Aluminium, aluminiumproductie: technologie, proces en beschrijving
Aluminium heeft een massa eigenschappen die makenhet is een van de meest gebruikte materialen ter wereld. Het is wijd verspreid in de natuur en neemt de eerste plaats in bij metalen. Het lijkt erop dat er geen problemen zouden zijn met de productie ervan. Maar de hoge chemische activiteit van het metaal leidt ertoe dat het in zijn pure vorm niet wordt gehaald en moeilijk te produceren is - het is energie-intensief en kostbaar.
Grondstoffen voor productie
Van welke grondstoffen is aluminium gemaakt? De productie van aluminium uit alle mineralen die het bevatten is duur en niet rendabel. Ze extraheren het uit bauxieten, die tot 50% aluminiumoxiden bevatten en direct op het oppervlak van de aarde liggen met aanzienlijke massa's.
Deze aluminium-ertsen zijn behoorlijk complexchemische samenstelling. Ze bevatten aluminiumoxide in een hoeveelheid van 30-70% van de totale massa, silica, dat tot 20% kan zijn, ijzeroxide van 2 tot 50%, titanium (tot 10%).
Alumina, en dit is aluminiumoxide, is samengesteld uit hydroxiden, korund en kaoliniet.
Onlangs zijn aluminiumoxiden verkregen uit nephelines, die ook natrium-, kalium-, silicium- en alunietoxiden bevatten.
Voor de productie van 1 ton zuiver aluminium is ongeveer twee ton aluminiumoxide nodig, dat op zijn beurt wordt verkregen uit ongeveer 4,5 ton bauxiet.
Stortingen van bauxiet
De reserves van bauxiet in de wereld zijn beperkt. Over de hele wereld zijn er zeven regio's met zijn rijke aanslag. Dit is Guinee in Afrika, Brazilië, Venezuela en Suriname in Zuid-Amerika, Jamaica in het Caribisch gebied, Australië, India, China, Griekenland en Turkije in de Middellandse Zee en Rusland.
In landen waar rijke deposito's zijnbauxiet, aluminiumproductie kan worden ontwikkeld. Rusland extraheert bauxieten in de Oeral, in de Altai en Krasnojarsk regio's, in een van de districten van de Leningrad regio, nepheline - op het Kola-schiereiland.
De rijkste afzettingen behoren preciesRussisch verenigd bedrijf UC RUSAL. Achter haar zijn de reuzen Rio Tinto (Engeland-Australië), verenigd met de Canadese Alcan en CVRD. Op de vierde plaats staat het bedrijf Chalco uit China, vervolgens de Amerikaans-Australische onderneming Alcoa, die ook grote aluminiumproducenten zijn.
Oorsprong van de productie
De Deense natuurkundige Oersted selecteerde het eerste aluminium erinvrije vorm in 1825. De chemische reactie vond plaats met aluminiumchloride en kaliumamalgaam, in plaats van twee jaar later gebruikte de Duitse chemicus Wohler metaalkalium.
Kalium is vrij duur, dus inDe industriële productie van aluminium, de Fransman St. Clair Deville, gebruikte in plaats van kalium in 1854 natrium, een veel goedkoper element en resistent dubbelchloride van aluminium en natrium.
Russische wetenschapper N. N. Beketov kon aluminium van gesmolten cryoliet met magnesium verdrijven. In de late jaren tachtig van dezelfde eeuw gebruikten de Duitsers deze chemische reactie bij de eerste aluminiumfabriek. In de tweede helft van de 18e eeuw werd ongeveer 20 ton zuiver metaal verkregen door chemische methoden. Het was een erg duur aluminium.
Aluminiumproductie door elektrolyseHet ontstond in 1886, toen op hetzelfde moment bijna identieke octrooiaanvragen werden ingediend door de oprichters van deze methode aan de Amerikaanse wetenschapper Hall en de Fransman Erou. Ze stelden voor om alumina op te lossen in gesmolten cryoliet en vervolgens aluminium te verkrijgen door middel van elektrolyse.
Hiermee begon de aluminiumindustrie, die in meer dan een eeuw geschiedenis een van de grootste takken van de metallurgie is geworden.
De belangrijkste fasen van productietechnologie
In het algemeen is de technologie van de aluminiumproductie niet veranderd sinds de oprichting.
Het proces bestaat uit drie fasen. Het eerste aluminiumerts, of het nu bauxiet of nepheline is, produceert alumina - alumina.2O3 .
Vervolgens wordt industrieel oxide met een zuiveringsgraad van 99,5% geïsoleerd uit oxide, hetgeen voor sommige doeleinden onvoldoende is.
Daarom wordt aluminium in de laatste fase verfijnd. De productie van aluminium wordt voltooid met de reiniging tot 99,99%.
Productie van aluminiumoxide
Er zijn drie manieren om aluminiumoxide uit ertsen te verkrijgen:
- zuur;
- elektrolytisch;
- alkalisch.
De laatste methode is de meest voorkomende,ontwikkeld in dezelfde XVIII eeuw, maar sindsdien herhaaldelijk verfijnd en aanzienlijk verbeterd, wordt het gebruikt voor het verwerken van hoogwaardige bauxiet. Dus krijg ongeveer 85% van alumina.
De essentie van de alkalische methode is datAluminiumoplossingen ontleden in hoge mate wanneer aluminiumhydroxide daarin wordt ingebracht. De oplossing die overblijft na de reactie wordt verdampt bij een hoge temperatuur van ongeveer 170 ° C en wordt opnieuw gebruikt om alumina op te lossen;
Eerst wordt het bauxiet geplet en gemalenmolens met bijtende alkali en kalk, vervolgens in autoclaven bij temperaturen tot 250 ° C, vindt de chemische ontleding plaats en wordt natriumaluminaat gevormd, dat wordt verdund met een alkalische oplossing reeds bij een lagere temperatuur - slechts 100 ° C. De aluminaatoplossing wordt gewassen in speciale verdikkingsmiddelen en gescheiden van het slib . Dan valt het uiteen. Door de filters wordt de oplossing met roerinrichtingen in de tank gepompt voor het constant mengen van de samenstelling, waarin vast aluminiumhydroxide aan het zaad wordt toegevoegd.
In hydrocyclonen en vacuümfilters vrijgegevenaluminiumhydroxide, waarvan een deel wordt teruggevoerd als een zaadmateriaal en een deel wordt gebruikt voor calcinatie. Het filtraat dat overblijft na de scheiding van het hydroxide, wordt ook teruggevoerd naar de omzet voor het uitlogen van de volgende partij bauxiet.
Het calcineerproces (dehydratatie) van hydroxide in draaiovens vindt plaats bij temperaturen tot 1300 ° C.
8,4 kWh elektriciteit wordt verbruikt om twee ton aluminiumoxide te produceren.
Een duurzame chemische verbinding met een smeltpunt van 2.050 ° C is geen aluminium. Aluminiumproductie vooruit.
Elektrolyse van aluminiumoxide
De belangrijkste apparatuur voor elektrolyse isspeciaal bad bekleed met koolstofblokken. Er wordt een elektrische stroom aan geleverd. Koolstofanodes worden ondergedompeld in het bad, die uitbranden tijdens de afgifte van zuivere zuurstof uit het oxide en ulglorodeoxide en -dioxide vormen. Baden of elektrolyse-apparaten, zoals zij experts worden genoemd, worden achtereenvolgens opgenomen in het elektrische circuit en vormen een reeks. De stroom in dit geval is 150 duizend ampère.
Anodes kunnen van twee soorten zijn: gebrand uit grote steenkoolblokken, waarvan de massa meer dan een ton en zelfverbrandend kan zijn, bestaande uit steenkoolbriketten in een aluminium omhulsel, die worden gesinterd tijdens het elektrolyseproces onder inwerking van hoge temperaturen.
De bedrijfsspanning op het bad is meestal rond de 5 volt. Het houdt rekening met zowel de spanning die nodig is voor de ontleding van het oxide als de onvermijdelijke verliezen in een uitgebreid netwerk.
Uit opgelost in de smelt op basis van cryoliet aluminiumoxide, wordt het vloeibare metaal, dat zwaarder is dan de zouten van de elektrolyt, afgezet op de steenkoolbasis van het bad. Het wordt periodiek weggepompt.
Het aluminiumproductieproces vereist groteelektriciteitskosten. Om één ton aluminium uit alumina te halen, moet u ongeveer 13,5 duizend kWh DC-elektriciteit uitgeven. Daarom is nog een voorwaarde voor het creëren van grote productiecentra een krachtige centrale in de buurt.
Aluminium raffinage
De bekendste methode is een drielaagselektrolyse. Het vindt ook plaats in elektrolyse baden met koolstofstokken bekleed met magnesiet. De anode in het proces is het gesmolten metaal zelf, dat wordt gereinigd. Het bevindt zich in de onderste laag op de geleidende bodem. Zuiver aluminium, dat wordt opgelost uit de elektrolyt in de anodelaag, wordt naar boven begrepen en dient als een kathode. Stroom wordt geleverd met een grafietelektrode.
Het elektrolyt in de tussenlaag is aluminiumfluoride, hetzij puur of met de toevoeging van natrium en bariumchloride. Het wordt verwarmd tot een temperatuur van 800 ° C.
Elektriciteitsverbruik op drie lagenraffinage is 20 kWh per kg metaal, dat wil zeggen, één ton heeft 20 duizend kWh nodig. Dat is de reden waarom aluminium, net als geen andere metaalproductie, niet alleen een bron van elektriciteit vereist, maar een grote energiecentrale in de directe omgeving.
Verfijnd aluminium bevat ijzer, silicium, koper, zink, titanium en magnesium in zeer kleine hoeveelheden.
Na het raffineren van aluminium wordt verwerkt tot verhandelbare producten. Dit zijn ingots, draad, laken en blokken.
De scheidingsproducten die resulteren uit de raffinage, gedeeltelijk in de vorm van een vast precipitaat, worden gebruikt voor deoxidatie en gedeeltelijk onttrokken als een alkalische oplossing.
Absoluut zuiver aluminium wordt verkregen doorhet daaropvolgend zonesmelten van het metaal in een inert gas of vacuüm. Een opmerkelijk kenmerk is de hoge elektrische geleiding bij cryogene temperaturen.
Recycling van secundaire grondstoffen
Een kwart van de totale vraag naar aluminium wordt opgevangen door recycling van grondstoffen. Van de producten van recyclebare gietvormen gegoten.
Voorgesorteerde grondstoffengesmolten in de drempeloven. Het bevat metalen met een hoger smeltpunt dan aluminium, bijvoorbeeld nikkel en ijzer. Verschillende niet-metallische insluitsels worden uit het gesmolten aluminium verwijderd door te spoelen met chloor of stikstof.
Meer laagsmeltende metaalonzuiverheden worden verwijderd met magnesium-, zink- of kwikadditieven en stofzuigen. Magnesium wordt met chloor uit de smelt verwijderd.
Een gegeven gegoten legering wordt verkregen door toevoeging van additieven, die worden bepaald door de samenstelling van gesmolten aluminium.
Aluminium productiecentra
In termen van aluminiumverbruiksvolumes bezet China de eerste plaats, waarbij de Verenigde Staten op de tweede plaats achterblijven en Duitsland, de derde plaatshouder.
China is het land van de aluminiumproductie, dat ver op dit gebied toonaangevend is.
De top tien, naast China, omvat Rusland, Canada, de Verenigde Arabische Emiraten, India, de VS, Australië, Noorwegen, Brazilië en Bahrein.
In Rusland, een monopolist in de productie van aluminiumoxide enAluminium is een verenigd bedrijf RUSAL. Het produceert tot 4 miljoen ton aluminium per jaar en exporteert producten naar zeventig landen en is aanwezig op vijf continenten in zeventien landen.
Het Amerikaanse bedrijf Alcoa in Rusland bezit twee metallurgische fabrieken.
De grootste aluminiumproducent in China is Chalco. In tegenstelling tot buitenlandse concurrenten zijn al hun activa geconcentreerd in hun thuisland.
Hydro Aluminium van het Noorse bedrijf Norsk Hydro is eigenaar van aluminiumsmelterijen in Noorwegen, Duitsland, Slowakije, Canada en Australië.
Australische BHP Billiton is eigenaar van aluminiumproductie in Australië, Zuid-Afrika en Zuid-Amerika.
In Bahrein is er Alba (Aluminium Bahrein B. S. C.) - misschien wel de grootste productie. Aluminium van deze fabrikant is goed voor meer dan 2% van het totale "gevleugelde" metaal dat in de wereld wordt geproduceerd.
Dus, samenvattend kunnen we zeggen dat het belangrijkste isAluminiumproducenten zijn internationale bedrijven die bauxietreserves bezitten. En het zeer energie-intensieve proces zelf bestaat uit het produceren van aluminiumoxide uit aluminiumerts, het produceren van fluoridezouten, waaronder cryoliet, koolstofhoudende anodemassa en steenkoolanodische, kathodische, bekledingsmaterialen en de elektrolytische productie van zuiver metaal, dat de hoofdcomponent is van aluminiummetallurgie.
