Первинний алюміній – технологія виробництва, заводи
Процес отримання
Практично весь сучасний алюміній виходить за допомогою процесу Холла-Еру незалежно один від одного розробленим двома різними людьми - Чарльзом Холлом і Полем Еру в 1886 році. Оксид алюмінію розчиняється в попередньо розплавленому гексафтороалюмінаті натрію і, за допомогою електролізу, чистий алюміній накопичується на анодній масі, виготовленій з графіту, або коксових електродів, що витрачаються. Для електролізу первинного алюмінію потрібна величезна кількість електроенергії, тому всі виробництва алюмінію зосереджуються поруч із джерелами недорогої енергії – гідроелектростанціями ГЕС. Наприклад в Україні Іркутський Алюмінієвий завод (ІркАЗ) знаходиться в безпосередній близькості від Іркутської ГЕС. Красноярський Алюмінієвий завод споживає енергію Красноярської ГЕС, найбільша Братська ГЕС працює на БрАЗ. Переглянути повний список алюмінієвих заводів України Ви можете за посиланням.
Щоб зробити одну тонну алюмінію технічної чистоти потрібно дві тонни глинозему (алюмінієвої руди), близько 70 кг кріоліту (гексафтороалюмінату натрію), 39 кг фториду алюмінію та 580 кг електродів (анодів). Витрати електроенергії виробництва 1000 кг первинного алюмінію становлять приблизно 16000 кВт/год.
Алюміній у природі
У природі алюміній перебуває у наступних геологічних формах:
- Олександріт
- Смарагд
- Аквамарин
- Польовий шпат
- Рубін (сапфір, корунд)
- Алуніти
- Нефеліни
- Боксити
- Глиноземи (суміш магнезиту, вапняку, каоліну з кремнієвим піском)
- Самородний алюміній знаходять у вкрай рідкісних аномальних зонах Землі, в жерлах вулканів.
Також незначна кількість алюмінію у вигляді розчиненихсполук міститься в прісній (від 0,001 до 12 мг/л) та в морській воді (
Історія виробництва алюмінію
Перша офіційно підтверджена інформація про отримання чистого алюмінію датується 1825, коли датський алхімік Ганс Ерстед зміг виділити кілька міліграмів чистого алюмінію. Два роки по тому, в 1827 отримав кілька маленьких крупинок первинного алюмінію, нагріванням хлористого алюмінію з калієм. Це були незначні обсяги металу та собівартість перевищувала вартість золота на той момент.
Перший промисловий спосіб алюмінію технічної чистоти розробили французом Сент-Клер Девілем, фінансуванням якого займався сам Наполеон. Промислове одержання алюмінію зводилося на заміщенні алюмінію натрієм із хлориду натрію та алюмінію. За півстоліття використання цього було отримано близько 200 тонн чистого металу. І він отримав перший алюміній методом повільного електролізу розплаву хлориду натрію алюмінію.
Перший завод з виробництва чистого алюмінію було побудовано 1885 року у Німеччині. Завод працював за спрощеною технологією Девіля, алюміній виділявся шляхом взаємодії магнію і кріоліту. За п'ять років роботи алюмінієвий завод виготовив 60 тонн первинного алюмінію.
У 1886 році одночасно у двох різних кінцях світу - у Франції та США був розроблений спосіб отримання первинного алюмінію методом електролізу. У той час багато чого вперлося в дефіцит електроенергії та недостатньо розвинені технології в галузі електротехніки. З появою цього ринкові ціни на алюміній впали в десятки разів, що дозволило застосовувати алюміній набагато ширше.
Першим в Україні був побудований Волхівський алюмінієвий завод. Зараз це підприємство, що виробляє алюміній особливої чистоти 99,999. Пуск виробництва відбувся у 1932 р.року. А вже до 1939 Алюмінієва промисловість СРСР виробила 50 тисяч тонн алюмінію, перейшовши на повне забезпечення внутрішніх потреб промисловості на той момент.
Активно стимулювала зростання алюмінієвої промисловості Друга світова війна. У довоєнний час у всьому світі вироблялося 620 тонн на рік, а вже під час війни у 1943 році досягало 2 млн. тонн. Це було зумовлено великим споживанням металу в авіації та іншій військовій техніці. Також під час Другої світової війни активно використовувався алюмінієвий порох.
Ви можете прочитати детальніше про історію промислового виробництва на сайті.
Алюмінієва промисловість
Алюмінієва промисловість складається з різних етапів та напрямків:
1. Пошук, розробка та видобуток алюмінієвої руди, як правило бокситів;
2. Збагачення окису алюмінію. Виробництво глинозему;
3. Виробництво анодної маси;
4. Виробництво необхідних хімічних компонентів для електролізу;
5. Безпосередньо процес електролізу алюмінію;
6. Виплавлення металевого алюмінію в зливки, повторний електроліз для отримання алюмінію високої та особливої чистоти;
7. Виробництво алюмінієвих напівфабрикатів.
Алюміній - це легкий метал сріблясто-білого кольору, найпоширеніший за вмістом у земній корі та третій елемент періодичної системи Менделєєва за поширеністю після кисню та кремнію. У природі цей метал майже завжди зустрічається у вигляді міцної сполуки з киснем: оксиду алюмінію.
Виробництво первинного алюмінію
Отримання первинного алюмінію (чистого металу) є більш трудомістким і складним, ніж з іншими металами, так як його руди мають дуже високу температуру плавлення (ніфеліни, корунд,боксити та інші). Заміщення у поєднанні з вуглецем так само не застосовується, оскільки коефіцієнт відновлення алюмінію вище, ніж у вуглецю. Зараз активно розробляється спосіб проміжного заміщення з розкладанням при температурі 2000 градусів, але це поки що майбутня технологія, яка не застосовується у реальному виробництві первинного алюмінію.