Металургія алюмінію. Як отримують алюміній високої чистоти?

  1. З чого виробляють алюміній?
  2. Виробництво алюмінію технічної чистоти
  3. Алюміній - матеріал майбутнього

Опубліковано: 6-06-2018 Опубліковано: 6-06-2018   Алюміній є одним з найпоширеніших елементів в земній корі - з кількістю понад 7% займає третє місце після кисню і кремнію

Алюміній є одним з найпоширеніших елементів в земній корі - з кількістю понад 7% займає третє місце після кисню і кремнію. Його отримують з бокситу, тобто осадової гірської породи, в якій він зустрічається в основному у вигляді оксиду. Цей метал добре відомий вже більше 2-х тисяч років і характеризується широким технічним застосуванням. Для чого його можна використовувати?

У промисловості алюміній в основному використовується в сплавах з іншими елементами, що покращує його експлуатаційні властивості. У такому вигляді він являє собою універсальний конструкційний матеріал з дуже універсальним застосуванням. Серед алюмінієвих сплавів можна виділити, зокрема, ливарнісплави і сплави, що використовуються для пластичної обробки. До їх складу, крім алюмінію, входять такі елементи, як: мідь, магній, кремній і марганець. Алюмінієві сплави використовують, зокрема, в авіації, хімічної промисловості, автомобілебудуванні та навіть в суднобудуванні.

Алюміній широко використовується в промисловості також і в чистому вигляді для виготовлення різних предметів побуту, таких як, наприклад, дзеркала, банки для напоїв і продуктів харчування, кухонне приладдя або ж усім відома алюмінієва фольга. Його використовують також для виготовлення хімічної апаратури, електричних проводів, а навіть вибухових речовин. Щоб виділити цей елемент з бокситовий руди, необхідно здійснити два наступних один за одним етапи. Перший з них - це процес Байєра, який дозволяє отримати з мінералу оксид алюмінію. Потім ця сполука піддається електролізу, в результаті чого утворюється алюміній технічної чистоти.

З чого виробляють алюміній?

Чистий алюміній не зустрічається в природі через його здатності до пасивації. Це явище полягає в окисленні металу в присутності повітря, в результаті чого на його поверхні утворюється пасивний захисний шар. Алюміній покривається шаром оксиду алюмінію (Al2O3) товщиною до декількох нм. Потім, під впливом вологи зовнішній шар піддається частковому гідролізу, в результаті чого додатково утворюється гідроксид, тобто Al (OH) 3.

Алюміній входить до складу різних мінеральних порід, що зустрічаються в природі у вигляді руд. Для виробництва чистого алюмінію використовується, перш за все, глиниста бокситовая руда. Вона утворюється в основному в місцях вивітрювання алюмосилікатних порід в жаркому кліматі і містить також сполуки заліза. Це порода з характерним червоним або коричневим кольором, яка зустрічається в двох видах: силикатном і карбонатном.

Виробництво алюмінію технічної чистоти

Алюміній технічної чистоти (більше 99%) промислово отримують в результаті двох послідовних процесів. В результаті першого отримують оксид алюмінію (процес Байера), а на наступному етапі проводять процес електролітичного редукції (електроліз методом Холла-Еру), завдяки якому отримують чистий алюміній. Для зниження витрат, пов'язаних з транспортуванням бокситовий руди, більшість переробних підприємств будують недалеко від шахт.

процес Байєра

Перший етап після видобутку руди полягає в її миття за допомогою води. Таким чином видаляють більшу частину забруднень, які просто розчиняються у воді. Потім, в оброблене водою сировину додають CaO, тобто оксид кальцію. Після цього його подрібнюють за допомогою спеціальних трубних млинів до моменту отримання зерен з дуже малим діаметром, тобто менше 300 мкм. Відповідне подрібнення сировини надзвичайно важливо, тому що воно забезпечує велику площу поверхні зерен, що, в свою чергу, впливає на ефективність протікання процесу екстракції.

Наступний етап виробництва оксиду алюмінію полягає в розчиненні зерен за допомогою водного розчину каустичної соди. У Групі PCC гідроксид натрію виробляється методом мембранного електролізу. Отриманий таким чином продукт характеризується дуже високою якістю і чистотою, відповідаючи при цьому вимогам останнього видання Європейської фармакопеї. Суміш, що містить мелені зерна і гідроксид натрію , Зберігається протягом декількох годин в спеціальних реакторах, званих автоклавами. Під час протікає процесу осадження в реакторах підтримуються високий тиск і підвищена температура. Таким чином, отримують алюмінат натрію, який потім очищають за допомогою різних фільтрів.

На наступному етапі очищений розчин алюмінату натрію піддається розкладанню. В результаті утворюється натровий луг (Тобто водний розчин каустичної соди) і кристали гідроксиду алюмінію високого ступеня чистоти. Отриманий в результаті кристалізації осад відфільтровують і промивають водою. А що залишився натровий луг нагрівають і повертають в процес для повторного використання.

Останнім етапом виробництва чистого оксиду алюмінію є кальцинація. Вона полягає в нагріванні гідроксиду алюмінію при температурі вище 1000oC, в результаті чого відбувається його розкладання на Al2O3, який отримують у вигляді чистого білого порошку. Так підготовлений оксид алюмінію транспортують в печі для отримання металевого алюмінію в процесі електролітичної редукції.

Електроліз оксиду алюмінію

Наступним етапом отримання чистого алюмінію є проведення процесу електролізу методом Холла-Еру. В першу чергу, отриманий в процесі Байєра Al2O3 розплавляють з кріоліту і таким чином приготований розчин піддають процесу електролізу при температурі не вище 900oC. Отриманий таким чином рідкий алюміній відокремлюють від електроліту і видаляють з електролітичних ванн за допомогою т.зв. вакуумних сифонів. Потім сировина потрапляє в ливарне пристрій, звідки на подальшому етапі його вкладають в розпечені печі, в яких відбувається процес переробки. Він полягає в очищенні алюмінію з метою досягнення максимальної чистоти. У промислових умовах алюміній може бути очищений двома методами. Перший з них полягає в розпалюванні алюмінію і пропущенні через нього хлору, завдяки чому домішки зв'язуються з хлором , Утворюючи хлориди, які потім видаляють з процесу. Другий метод полягає в електролітичної редукції розплавленого з міддю алюмінію. Отриманий таким чином кінцевий продукт характеризується дуже високою чистотою.

Алюміній - матеріал майбутнього

Розробка методу отримання чистого алюмінію з бокситу за допомогою процесу Байєра і електролізу Холла-Еру розширила сферу застосування цього елемента. Крім того, поєднання високої міцності з легкістю дозволило в деяких випадках замінити алюмінієм дорожчу сталь. Стійкість до впливу атмосферних чинників дала можливість використовувати алюміній у виробництві віконних і дверних профілів. Ще однією перевагою алюмінію є можливість піддавати його багаторазової вторинній переробці, завдяки чому він вважається відносно дружнім навколишньому середовищу матеріалом.

Підводячи підсумок, алюміній - це універсальний матеріал, який широко використовується в харчовій, енергетичній, хімічній, транспортній, будівельній, автомобільній і авіаційній промисловості. З огляду на його численні переваги, безумовно, це не межа можливостей його застосування і в найближчому майбутньому він як і раніше буде набувати популярності.

З чого виробляють алюміній?
Для чого його можна використовувати?
З чого виробляють алюміній?