Технология производства алюминия

 
 
 

по предмету: «Экономические основы технологического развития »

на тему: «Технология производства алюминия» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                   

          

       Содержание:

                 Введение…………………………………………………….. 3                                

       1. Общие сведения о алюминии................................................ 4           

       2. Особенности восстановления активных металлов.............. 4

       3. Свойства и получение активных металлов.......................... 5

       4. Руды алюминия....................................................................... 5

       5. Производство глинозема........................................................ 7

       6. Способ Байера......................................................................... 7

       7. Производство электродов...................................................... 8

       8. Сырье для получения электродов......................................... 8

       9. Электролит алюминиевой ванны.......................................... 9

       10. Конструкции электролизеров.............................................. 9

       11. Выливка алюминия............................................................. 10

       12. Структура себестоимости алюминия-сырца.................... 10

       13. Получение алюминия особой чистоты............................. 11

       14. Сплавы алюминия............................................................... 11

                   Заключение………………………………………………..15

             Список используемой литературы ………………………17

                                                                                    

             
 
 
 
 
 
 
 

     Введение 

      В настоящее время на территории России находятся несколько заводов по производству первичного алюминия, часть из них объединены в крупные алюминиевые корпорации. Крупнейшая компания - «РУСАЛ», в состав которой входят Братский (БрАЗ), Саяногорский (САЗ, оснащённый электролизёрами с предварительно обожжёнными анодами (ОА)), Красноярский (КрАЗ), Новокузнецкий (НкАЗ) алюминиевые заводы, а также Ачинский глинозёмный комбинат, ряд заводов по производству изделий из алюминия и др. «РУСАЛ» входит в тройку крупнейших производителей алюминия в мире.

      Второй  по величине алюминиевой компанией  России является ОАО «СУАЛ», включающее в себя Иркутский (ИркАЗ), Уральский (УАЗ), Богословский (БАЗ), Кандалакшский (КАЗ), Волгоградский (ВгАЗ), Надвоицкий (НАЗ) алюминиевые заводы, Полевский криолитовый завод, научно-исследовательский и проектный институт «СибВАМИ» и др. Эта компания занимает 2 место в нашей стране по производству алюминия и 1 место - по производству глинозёма.

      Россия  по-прежнему сохраняет ведущие позиции  в мировом производстве и экспорте первичного алюминия. Однако для российской алюминиевой промышленности характерна зависимость  от рынка глинозёма - основного сырьевого материала. 
 
 
 
 
 
 
 

      1. Общие сведения о алюминии.

        Алюминий (Aluminium) - химический элемент третьей группы периодической системы. Атомный номер 13, атомная масса 26,9815. Обозначается латинскими буквами Al . Это серебристо-белый металл, легкий (Плотность=2,7 г/см³) , легкоплавкий (t_пл = 660,4 °С ), пластичный, легко вытягивается в проволоку и фольгу. Электропроводность алюминия довольно высока и уступает только серебру (Ag) и меди (Cu) (в 2,3 раза больше чем у меди) Алюминий находится практически везде на земном шаре так как его оксид (Al₂O₃) составляет основу глинозема. Алюминий в природе встречается в соединениях - его основные минералы:

      ·  боксит  - смесь минералов диаспора, бемита AlOOH, гидраргиллита Al(OH)₃  и оксидов других металлов - алюминиевая руда;

      ·     алунит - (Na,K)₂SO_{4 *} Al₂(SO₄)_{3 *} 4Al(OH)₃ ;

      ·     нефелин - (Na,K)₂O _* Al₂O_{3 *} 2SiO₂ ;

      ·     корунд - Al₂O₃ - прозрачные кристаллы;

      ·     полевой шпат (ортоклаз) - K₂O _* Al₂O_{3 *} 6SiO₂ ;

      ·     каолинит - Al₂O_{3 *} 2SiO_{2 *} 2H₂O - важнейшая составляющая часть глины и другие алюмосиликаты, входящие в состав глин.

      И хотя содержание его в земной коре 8,8% (для сравнения, например, железа в земной коре 4,65% - в два раза меньше), а по распространенности занимает третье место после кислорода (O) кремния (Si) в свободном состоянии впервые был получен в 1825 году Х. К. Эрстедом.

            2. Особенности восстановления активных металлов.

      Большинство металлов добывают из их соедитнений  с помощью восстановительных процессов. Так, способы получения железа, олова, свинца, меди и других металлов средней активности основаны на восстановлении руд углеродом при высоких температурах. Для получения металлов высокой активности, такие способы неприменимы из-за большой скорости окисления этих металлов кислородом, содержащимся в реакционной газовой смеси.

            Промышленное производство многих активных металлов на электролизе расплавленных сред. Электролизу подвергается либо соль металла, либо его окисел, растворенный в солевом расплаве. Состав  расплава подбирают таким, чтобы в нем не было катионов, разряжающихся при меньшем напряжении, чем катион получаемого металла.

            3. Свойства и получение активных металло.

            Электролиз расплавленных  солей - сравнительно молодой металлургический процесс. Его разработка и промышленное освоение стали  возможными лишь при уровне науки и техники, достигнутом только во второй половине ХIХ века. Поэтому история применения металлов, восстанавливаемых электролизом расплавов, насчитывает не более ста леит (если не принимать во внимание малые количества металлов, получаемых ранее в лабораториях ученых).

            Завод по производству алюминия.                    

            Производство этих металлов росло и продолжает расти очень быстро. Алюминия сейчас производят в мире больше, чем меди или цинка, магния - почти столько же, сколько олова или никеля. По масштабам  производства наиболее применяемые в наше время металлы располагаются в такой последовательности: железо, алюминий, медь, цинк, свинец, никель, олово, магний, титан. Но уже в ближайшие годы произойдут изменения в этом ряду, так как по темпам развития производства магний, и особенно титан, значительно опережают стоящие впереди металлы. Только железо, по-видимому, надолго сохранит место главного металла человечества. Несмотря на быстрое развитие алюминиевой промышленности, разница между выпуском алюминия и железа еще очень велика.

      4. Руды алюминия.

            По содержанию в  земной коре алюминий занимает первое место среди металлов (7,45%), а вместе с кислородом и кремнием составляет 82,58% массы земной коры. Он входит в состав около 250 минералов, 40% которых относится к алюмосиликатам.

        Алюминиевой рудой называют горную породу с высоким содержанием окиси алюминия в доступной для извлечения форме, образующую крупные залежи. Ниже приведены основные рудообразующие минералы алюминия, содержащие Al₂O₃, %:  

 

            Наибольшее значение для производства глинозема имеют  руды: бокситы, нефелины, алуниты, кианиты и каолины.

      Бокситы - горная порода, состоящая из гидроокисей алюминия, окислов железа, кремния и титана с примесями других соединений минерального и органического происхождения. В зависимости от того, какие гидроокиси алюминия преобладают, бокситы подразделяются на моногидратные (бемитовые и диаспоровые) и тригидратные (гиббситовые).

      Нефелины менее богаты окисью алюминия, чем бокситы, но содержат щелочи Na₂O и K₂O, что позволяет вести комплексную переработку этого сырья. Важнейшие месторождения нефелиновых руд - Кукисвумгорское на Кольском полуострове, Кия-Шалтырское в Кемеровской области и Ужурское в Красноярском крае.

           Алуниты благодаря содержащимся в них сернокислым солям представляют собой ценное комплексное сырье, при переработке которого получают глинозем, серную кислоту, сульфаты калия и алюминия, квасцы и некоторые другие продукты.

      5. Производство глинозема.

            Свойства глинозема. Алюминий образуетз с кислородом три окиси: Al₂O_, AlOиAl₂O₃. В субокиси Al₂O он одновалентен, в Al₂O₃ - трехваленте, а в AlO проявляет смешанную валентность. Субсоединения Al₂O  и AlO  могут быть получены при высоких температурах восстановлением или термическим разложением Al₂O₃  но практического значения эти процессы пока не имеют.

            Сырьем для производства алюминия служит глинозем - порошкообразная окись алюминия, состоящая из двух разновидностей (модификаций) окисла: α - Al₂O₃  (альфа-глинозем) и γ- Al₂O₃  (гамма-глинозем). Альфа-окись алюминия - наиболее устойчивая форма, встречается в природе в виде минерала корунда. Он имеет прочную структуру, большую твердость и химическую стойкость: температура плавления корунда (2054±6)°С. Гамма-глинозем получается при обезвоживании гидроокиси алюминия, хорошо взаимодействует с растворами щелочей и кислот, обладает высокой гигроскопичностью. Даже нагретый до 1000°С гамма глинозем удерживает около 1% воды, и лишь продолжительная выдержка при 1200°С полностью его обезвоживает.

      6. Гамма-глинозем при этом превращается в корунд Способ Байера.

      Производство  глинозема по спосбу Байера состоит в обработке боксита щелочным раствором при высокой температуре, получении алюминатного раствора и нерастворимого осадка - красного шлама, отделения этого осадка от раствора и выделении из раствора гидроокиси алюминия в присутствии затравки – свежеосажденной Al(OH)₃.

            Сущность процесса Байера можно выразить следующей  обратимой химической реакцией:

      Al(OH)₃  + NaOH ↔ NaAlO₂ + 2H₂O

      При протекании реакции слева направо  идет процесс извлечения глинозема  в алюминатный  раствор, при протекании реакции справа налево – разложение раствора с выделением гидроокиси алюминия.

      7. Производство электродов.

      Электроды служат  для подвода электрического тока к электролиту, находящемуся в рабочем пространстве электролизера,  поэтому они должны иметь хорошую электропроводимость, быть термостойкими, химически стойкими в расплавах и механически прочными. Их чистота должна обеспечивать высокое качество алюминия. Такими свойствами обладают углеродистые материалы, получаемые из углей и нефти.