Производство алюминия

Основным способом производства алюминия в настоящее время является электролитический. Электролиз — это совокупность процессов электрохимического окисления-восстановления, происходящих на погруженных в электролит электродах при прохождении электрического тока.

Производство алюминия включает в себя получение безводного, свободного от примесей оксида алюминия (глинозема), криолита из плавикового шпата, а также электролиз глинозема в расплавленном криолите.

Основным сырьем для производства алюминия служат алюминиевые руды: бокситы, нефелины, алуниты, каолины. Наибольшее значение имеют бокситы, в которых алюминий содержится в виде минералов — гидроксидов Al(OH)3, AlO(OH), корунда Al2O3 и каолинита Al2O3*2SiO2*2Н2O. Алюминий получают электролизом глинозема — оксида алюминия (Al2O3) в расплавленном криолите (Na3AlF6) с добавлением фтористых алюминия и натрия (AlF3, NaF).

Электролиз глинозема Al2O3 проводят в электролизере, в котором имеется ванна из углеродистого материала. В ванне слоем 250...300 мм находится расплавленный алюминий, служащий катодом, и жидкий криолит.

Анодное устройство состоит из угольного анода, погруженного в электролит. Постоянный ток силой 70...75 кА и напряжением 4...4,5 В подводят для электролиза и разогрева электролита до температуры 1000 °C.

Электролит состоит из криолита, глинозема, AlF3 и NaF. Криолит и глинозем в электролите диссоциируют; на катоде разряжается ион Al3+ и образуется алюминий, а на аноде — ион О2-, окисляющий углерод анода до CO и CO2, которые удаляются из ванны с помощью вентиляционной системы. Алюминий собирается на дне ванны под слоем электролита. Его периодически извлекают, используя специальное устройство. Для нормальной работы ванны на дне оставляют немного алюминия.

Алюминий, полученный электролизом, называют алюминием-сырцом. В нем содержатся металлические и неметаллические примеси, газы. Примеси удаляют рафинированием, для чего продувают хлор через расплав алюминия. Образующийся парообразный хлористый алюминий, проходя через расплавленный металл, обволакивает частички примесей, которые всплывают на поверхность металла, откуда их удаляют. Хлорирование алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg и газов, растворенных в алюминии.

Жидкий алюминий затем выдерживают в ковше или электропечи в течение 30...45 мин при температуре 690...730 °C для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла. После рафинирования чистота первичного алюминия составляет 99,5...99,85 %.