Alumini, alumini uzalishaji: teknolojia, mchakato na maelezo

Aluminium ina mengi ya makala kwamba kufanya hivyo ni moja ya vifaa vya wengi kutumika katika dunia. Ni sana kusambazwa katika asili, kwa kuchukua nafasi ya kwanza kati ya vyuma. Inaonekana kwamba matatizo katika uzalishaji wake haipaswi. Lakini juu ya kemikali shughuli ya madini inaongoza kwa ukweli kwamba haikuwa kukutana, na kuzalisha safi - ni vigumu, gharama kubwa na nishati kubwa.

malighafi kwa ajili ya uzalishaji

Ambayo malighafi ni alumini? Aluminium uzalishaji wa madini vyote vilivyo na hilo, ghali na uneconomic. Dondoo kutoka bauxite, ambayo yana hadi 50% nitrojeni alumini na zilizoingia moja kwa moja kwenye uso wa dunia raia kubwa.

Hizi madini alumini na badala tata kemikali utungaji. Wao vyenye aluminiumoxid katika kiasi cha 30-70% kwa uzito, silicas, ambayo inaweza kuwa juu ya 20% ya oksidi feri katika mbalimbali kutoka ya 2 hadi 50%, titanium (hadi 10%).

Aluminas, na aluminiumoxid hii inaundwa na hidroksidi, corundum na kaolinite.

Hivi karibuni aluminiumoxid tayari kutoka nephelines chuma ambao ndani pia sodiamu, oksidi potasiamu, silika, na alunite.

Kwa ajili ya uzalishaji wa tani 1 ya alumini safi haja takriban mbili tani aluminiumoxid, ambayo, kwa upande, tayari kutoka tani takriban 4.5 ya bauxite.

bauxite

Limited akiba ya bauxite katika dunia. Kote duniani katika wilaya zote saba, na amana yake tajiri. Ni Guinea katika Afrika, Brazil, Venezuela na Suriname katika Amerika ya Kusini, Jamaica, Caribbean, Australia, India, China, Ugiriki na Uturuki kwa Mediterranean na Urusi.

Katika nchi ambako kuna utajiri amana ya bauxite, unaweza kuendelezwa na uzalishaji wa alumini. Russian migodi bauxite katika Urals, Altai na Krasnoyarsk Majimbo, katika moja ya wilaya za mkoa Leningrad, nepheline - katika Kola Peninsula.

tajiri amana inayomilikiwa na UC Rusal ni Russian kuingizwa kampuni. Ni ikifuatiwa na makubwa Rio Tinto (Australia-England), ina wameungana na Alcan Canada na CVRD. Katika nafasi ya nne Chalco kampuni kutoka China, basi US-Australia shirika Alcoa, ambayo pia ni kubwa wazalishaji alumini.

Asili ya uzalishaji

Denmark mwanafizikia Oersted zilizotengwa alumini kwanza katika fomu ya bure mwaka 1825. kemikali mmenyuko ulifanyika kwa kloridi alumini na amalgam potassium, badala ya ambayo miaka miwili baadaye Ujerumani duka la dawa Wohler kutumia chuma potassium.

Potassium - nyenzo ghali, hata hivyo katika uzalishaji wa viwanda ya alumini Mfaransa St. Clair Deville 1854 badala ya potassium sodium godu kutumika, kipengele ni kwa kiasi kikubwa bei nafuu, na mbili sugu kloridi alumini na sodiamu.

Russian mwanasayansi NN Beketov inaweza kuondoa alumini kutoka kusubu cryolite magnesium. Katika miaka ya themanini mwishoni mwa karne hiyo majibu ya kemikali zinazotumiwa na Wajerumani kwanza alumini smelter. Katika nusu ya pili ya karne ya XVIII alikuwa kupatikana kwa kemikali ina maana 20 tani safi chuma. Ilikuwa ghali sana alumini.

uzalishaji wa alumini na electrolysis asili katika 1886, wakati wote wawili walikuwa karibu sawa filed patent maombi ya hii njia waanzilishi wa Marekani msomi na Hall na mchakato Mfaransa Heroult. Walitoa kufuta aluminiumoxid katika cryolite kuyeyuka na kisha electrolysis kupata alumini.

Na hili alianza sekta ya alumini, ambayo imekuwa kwa zaidi ya karne ya moja ya matawi kubwa ya viwanda.

hatua kuu ya teknolojia ya uzalishaji

Kwa ujumla, alumini viwanda teknolojia halijabadilika tangu kuundwa.

mchakato ina hatua tatu. On madini kwanza alumini au bauxite kama nephelines kupatikana aluminiumoxid - alumini oxide Al ₂ O _3.

Kisha, kutoka viwanda hidroksidi ya alumini ni pekee kwa usafi wa 99.5%, ambayo ni ya kutosha kwa ajili ya baadhi.

Kwa hiyo, katika hatua ya mwisho ni iliyosafishwa alumini. uzalishaji Aluminium kukamilika kusafisha yake ya 99.99%.

kupata aluminiumoxid

Kuna njia tatu ya kupata aluminiumoxid kutoka ores:

- asidi;

- Electrolytic;

- alkali.

mwisho njia - ya kawaida, maendeleo nyuma katika moja XVIII karne, lakini tangu wakati huo wamekuwa kurudia upya na kuboreshwa kwa kiasi kikubwa, ni kutumika kwa ajili ya usindikaji wa bauxite juu ya daraja. Hivyo hupatikana karibu 85% aluminiumoxid.

MUHTASARI alkali njia ni kwamba ufumbuzi alumini kuoza kwa kasi ya wakati wao ni kuletwa ndani ya hidroksidi ya alumini. ufumbuzi iliyobaki ilikuwa evaporated baada majibu katika joto la juu ya 170 ° C na tena kutumika kwa ajili ya kuvunjwa kwa aluminiumoxid,

bauxite Kwanza ni aliwaangamiza na milled na chokaa caustic, na kisha katika autoclave kwa joto hadi 250 ° C, mtengano wa kemikali na sodium yake aluminate ni sumu, ambayo ni diluted na ufumbuzi alkali tayari katika joto chini - tu 100 ° C. aluminate ufumbuzi ni kuosha katika thickeners maalum, kutengwa na sludge. Kisha kuna uharibifu wake. Solution iliingizwa kwenye vichujio katika chombo na stirrer kwa kuchochea kuendelea utungaji ambamo mbegu iliongezwa kwenye hidroksidi imara alumini.

hydrocyclones na filters utupu zilizotengwa hidroksidi ya alumini, sehemu ya ambayo ni kurudi kama nyenzo mbegu, na sehemu inakwenda calcination. filtrate iliyobaki baada mgawanyo wa hidroksidi, pia anarudi mauzo kwa kipindi cha kundi leaching ya bauxite.

Calcination mchakato (upungufu wa maji mwilini) hidroksidi jiko rotary kwa joto hadi 1300 ° C.

Kwa tani mbili za aluminiumoxid zinazotumiwa 8.4 kWh ya umeme.

Nguvu kemikali kiwanja ambao joto ya kiwango ni 2050 ° C, si alumini. uzalishaji Aluminium mbele.

Electrolysis aluminiumoxid

Vifaa kuu ya electrolysis ni umwagaji maalum, lined na vitalu kaboni. Kwa majanga yake ya umeme. carbon anodes ni kuzama umwagaji ni combusted katika mgao wa safi ya oksijeni na fomu za nitrojeni ulgleroda monoksidi na dioksidi. Bafu au elektrilizery kama wao ni kuitwa wataalamu, ni pamoja na katika mzunguko wa umeme katika mfululizo, na kutengeneza mfululizo. kiwango ya sasa katika kesi hii ni 150 elfu amperes.

Anodes inaweza kuwa ya aina mbili: Coal kufukuzwa vitalu kubwa, ambao habari inaweza kuwa zaidi ya tani Soderberg na yenye briquettes makaa ya mawe katika ala alumini, ambayo ni sintered wakati electrolysis katika joto ya juu.

Vyombo vya kiini voltage ni kawaida karibu 5 volts. Inachukua katika akaunti ya voltage muhimu kwa ajili ya mtengano wa oksidi na hasara kuepukika katika mtandao matawi.

Kutoka na kuharibiwa katika cryolite makao ya kuyeyuka aluminiumoxid chuma kuyeyuka, ambayo ni kubwa kuliko electrolyte chumvi zilizoingia kwenye makaa ya mawe ya msingi kuoga. Ni mara kwa mara kuhamishwa.

mchakato wa uzalishaji alumini inahitaji kubwa ya umeme matumizi ya nguvu. Kupata tani moja ya alumini kutoka aluminiumoxid, ni muhimu kutumia kuhusu 13,500 kWh ya DC umeme. Kwa hiyo, hali ya mwingine kwa ajili ya kuunda vituo kubwa ya viwanda ni kazi pamoja na nguvu ya kupanda nguvu.

alumini kusafisha

njia ya maalumu - tatu-safu electrolysis. Pia hufanyika katika bafu electrolysis na makaa ya mawe ya makaa lined na magnesite. anode katika mchakato yenyewe hutumika kama chuma kuyeyuka, ambayo ni kusafishwa. Iko katika safu ya chini juu ya makaa conductive. Pure alumini, ambayo dissolves katika electrolyte na anode safu, ni kuelewa juu na mtumishi kama cathode. ya sasa hutolewa dharura kupitia grafiti electrode.

electrolyte katika kati ya safu - ni alumini floridi au safi au na kuongeza ya sodium chloride na bari. Ni joto 800 ° C joto.

matumizi ya nishati wakati wa tatu-safu ya kusafisha ni 20 kWh kwa kilo ya chuma, yaani tani moja haja elfu 20 KW * h. Hiyo ni kwa nini, kama hakuna uzalishaji wa chuma, alumini inahitaji siyo tu chanzo cha nguvu za umeme, na kubwa ya nguvu ya kupanda katika maeneo ya jirani.

alumini iliyosafishwa katika kiasi kidogo sana ina chuma, silicon, shaba, zinki, titanium na magnesiamu.

Baada ya kusafisha, alumini ni processed katika bidhaa soko. Hii ingot na waya, na karatasi, na ingots.

ubaguzi za kupatikana kwa kusafisha, kwa sehemu, kama precipitate imara, ni kutumika kwa deoxidation, na kupanua sehemu katika mfumo wa ufumbuzi alkali.

Kabisa alumini safi ni zinazozalishwa katika baadae chuma ukanda kiwango katika gesi ajizi au utupu. kipengele ajabu ni conductivity yake ya juu katika joto cryogenic.

Usafishaji wa vifaa sekondari ghafi

robo ya mahitaji ya jumla kwa ajili ya alumini ni alikutana kusindika malighafi. Wa bidhaa recyclable mtiririko mold kurusha.

vifaa kabla ya melted mbichi yamepangwa katika kizingiti tanuru. Ndani yake zipo vyuma kuwa juu ya hatua ya kiwango ya alumini, kwa mfano, nickel na chuma. Kwa sababu alumini kusubu na klorini au nitrojeni purge kuondosha mbalimbali inclusions isiyo metali.

Zaidi fusible chuma uchafu ni kuondolewa dopants magnesiamu, zinki, au zebaki na uokoaji. Magnesiamu klorini ni kuondolewa katika barafu.

predetermined kurusha Aloi kupatikana kwa kuanzisha viungio ambayo ni kuamua na muundo wa alumini kusubu.

vituo vya uzalishaji alumini

Kwa upande wa matumizi ya alumini China nafasi ya kwanza, na kuacha nyuma katika nafasi ya pili ni Marekani na mmiliki wa nafasi ya tatu Ujerumani.

China - nchi na uzalishaji wa alumini, kwa kiasi kubwa katika kuongoza katika eneo hili.

Katika kumi, isipokuwa kwa China, ni Urusi, Canada, UAE, India, Marekani, Australia, Norway, Brazil na Bahrain.

bepari Russian katika uzalishaji wa aluminiumoxid na alumini ni pamoja kampuni Rusal. Inazalisha hadi tani milioni 4 ya alumini kwa mwaka na mauzo ya bidhaa zake katika nchi sabini na ni sasa katika mabara matano katika nchi kumi na saba.

American kampuni Alcoa inamiliki mitambo miwili metallurgiska katika Urusi.

wazalishaji alumini kubwa katika China - kampuni Chalco. Tofauti na washindani nje, yote ya mali yake ni kujilimbikizia katika nchi nyumbani.

Hydro Aluminium mgawanyo wa Norway kampuni Norsk Hydro anamiliki smelters alumini nchini Norway, Ujerumani, Slovakia, Canada na Australia.

Australia BHP Billiton anamiliki uzalishaji alumini katika Australia, Afrika Kusini na Amerika ya Kusini.

Bahrain ni Alba (Aluminium Bahrain BSC) - labda uzalishaji zaidi kwa kiasi kikubwa. wazalishaji Aluminium kwamba inachukua zaidi ya 2% ya jumla ya kiasi ya chuma "winged" zinazozalishwa katika dunia.

Hivyo, jumla yake, tunaweza kusema kwamba alumini wazalishaji kuu ni makampuni ya kimataifa na akiba ya bauxite. Na tu nishati mwingi mchakato lina kupata aluminiumoxid kutoka floridi alumini uzalishaji madini, ambayo ni pamoja cryolite, dioksidi anode kuweka na kaboni anode, cathode, vifaa bitana, na sahihi electrolytic uzalishaji wa chuma safi kwamba ni sehemu kuu ya alumini na chuma.