Alumini, prodhimi i aluminit: teknologjia, procesi dhe përshkrimi

Alumini ka një masë të pronave që e bëjnë atë një nga materialet më të përdorura në botë. Është shpërndarë gjerësisht në natyrë, duke marrë vendin e parë midis metaleve. Do të duket se nuk duhet të ketë ndonjë vështirësi me prodhimin e saj. Por aktiviteti i lartë kimik i metaleve çon në faktin se në formën e tij të pastër nuk është plotësuar dhe është e vështirë të prodhohet - është energji-intensive dhe e kushtueshme.

Lëndët e para për prodhim

Cilat lëndë të para janë prodhuar nga alumini? Prodhimi i aluminit nga të gjitha mineralet që përmbajnë atë është e shtrenjtë dhe jofitimprurëse. Ata e nxjerrin atë nga boksitet, të cilat përmbajnë deri në 50% të oksideve të aluminit dhe shtrihen direkt në sipërfaqen e tokës me masa të konsiderueshme.

Këto xehe alumini kanë një përbërje kimike mjaft komplekse. Ato përmbajnë aluminit në një sasi prej 30-70% të masës së përgjithshme, silicë, e cila mund të jetë deri në 20%, oksid hekuri që varion nga 2 deri në 50%, titan (deri në 10%).

Alumina, dhe kjo është oksid alumini, është i përbërë nga hidrokside, korund dhe kaolinite.

Kohët e fundit, oksidet e aluminit janë marrë nga nikelina, të cilat gjithashtu përmbajnë natrium, kalium, silikon dhe okside alunite.

Për të prodhuar 1 ton alumini të pastër, nevojiten rreth dy ton alumin, të cilat nga ana tjetër janë marrë nga rreth 4.5 ton bokside.

Depozitat e boksitit

Rezervat e boksitit në botë janë të kufizuara. Në të gjithë globin ekzistojnë vetëm shtatë rajone me depozita të pasura. Kjo është Guinea në Afrikë, Brazil, Venezuela dhe Suriname në Amerikën e Jugut, Xhamajka në Karaibe, Australi, Indi, Kinë, Greqi dhe Turqi në Mesdhe dhe Rusi.

Në vendet ku ka depozita të pasura të boksitit, mund të zhvillohet edhe prodhimi i aluminit. Rusia nxjerr boksitet në Urale, në rajonet e Altajit dhe Krasnoyarsk, në një nga rrethet e rajonit të Leningradit, nepheline - në gadishullin Kola.

Depozitat më të pasura i përkasin Shoqërisë së Bashkuar Ruse UC RUSAL. Pasohet nga gjigantët Rio Tinto (Angli-Australi), të bashkuar me kanadezin Alcan dhe CVRD. Vendi i katërt është kompania Chalco nga Kina, pastaj korporata amerikano-australiane Alcoa, të cilat janë gjithashtu prodhuesit kryesorë të aluminit.

Origjina e prodhimit

Fizikanti danez Oersted veçoi aluminin e parë në formë të lirë në 1825. Reagimi kimik u krye me klorid alumini dhe amalgamë kaliumi, në vend të së cilës dy vjet më vonë, kimisti gjerman Weller përdori kaliumin metalik.

Kaliumi - materiali është mjaft i shtrenjtë, kështu që në prodhimin industrial të aluminit, francezi Saint Clair Deville në vend të kaliumit në vitin 1854 përdoret natrium, një element shumë më i lirë dhe rezistent ndaj kloridit të dyfishtë të aluminit dhe natriumit.

Shkencëtari rus NN Beketov ishte në gjendje të nxiste alumin nga kriolit të shkrirë me magnez. Në fund të viteve tetëdhjetë të shekullit të njëjtë, ky reagim kimik u përdor nga gjermanët në fabrikën e parë të aluminit. Në gjysmën e dytë të shekullit të 18-të, 20 tonë metali të pastër u morën me mjete kimike. Ishte alumin shumë i shtrenjtë.

Prodhimi i aluminit me ndihmën e elektrolizës filloi në 1886, kur aplikacionet e patentave praktikisht identike u paraqitën nga themeluesit e kësaj metode nga studiuesi amerikan Hall dhe francezi Eru. Ata propozuan shpërndarjen e aluminit në kriolit të shkrirë, dhe pastaj marrjen e aluminit nga elektroliza.

Me këtë, filloi industria e aluminit, e cila u bë për më shumë se një shekull histori një nga degët më të mëdha të metalurgjisë.

Fazat kryesore të teknologjisë së prodhimit

Në terma të përgjithshëm, teknologjia e prodhimit të aluminit nuk ka ndryshuar që nga fillimi i tij.

Procesi përbëhet nga tri faza. Në të parën e xeheroreve të aluminit, qofshin ato të boksiteve apo të nikelines, merret oksidi aluminit-alumini Al ₂ O ₃ .

Pastaj, alumini industrial është nxjerrë nga oksidi me një shkallë pastrimi prej 99.5%, e cila për disa qëllime është e pamjaftueshme.

Prandaj, në fazën e fundit, alumini përpunohet. Prodhimi i aluminit përfundon me pastrimin e tij në 99.99%.

Marrja e aluminit

Ekzistojnë tri mënyra për të prodhuar oksid alumini nga xehe:

- acidik;

- elektrolitik;

- alkaline.

Metoda e fundit - më e zakonshme, e zhvilluar në të njëjtën shekull XVIII, por që atëherë përmirësohet në mënyrë të përsëritur dhe përmirësuar ndjeshëm, përdoret për përpunimin e boksitit të klasës së lartë. Pra, merrni rreth 85% të aluminit.

Thelbi i metodës alkaline qëndron në faktin se zgjidhjet e aluminit treten me shpejtësi të lartë kur hidroksid alumini futet në to. Zgjidhja e mbetur pas reagimit është avulluar në një temperaturë të lartë prej rreth 170 ° C dhe përdoret përsëri për të shpërndarë aluminit;

Boksiti i parë është grimcuar dhe grimcuar në mullinj me alkali dhe gëlqere kaustike, pastaj në autoklava në temperatura deri në 250 ° C, dekompozimi i tij kimik bëhet dhe formohet aluminat natriumi, i cili është i holluar me një solucion alkalik edhe në një temperaturë më të ulët - vetëm 100 ° C. Ndezës të veçantë, të ndarë nga llumrat. Pastaj dekompozimi i tij zhvillohet. Nëpërmjet filtrave, zgjidhja derdhet në një rezervuar për të përzier vazhdimisht formulimin në të cilin shtohet hidroksid alumini i fortë për mbjellje.

Hidroklonesat dhe filtrat vakum prodhojnë hidroksid alumini, disa prej të cilave janë kthyer si material fara dhe disa përdoren për kalcinimin. Filtrati i mbetur pas ndarjes së hidroksidit gjithashtu kthehet në qarkullim për të lyer grumbullin e ardhshëm të boksiteve.

Procesi i kalcinimit (dehidrimit) të hidroksidit në furrat rrotulluese ndodh në temperatura deri në 1300 ° C.

Për të prodhuar dy ton oksid alumini konsumon 8.4 kWh të energjisë elektrike.

Një përbërje e fortë kimike, pika e shkrirjes së të cilave është 2050 ° C, nuk është ende alumini. Prodhimi i aluminit në front.

Elektroliza e oksidit të aluminit

Pajisja kryesore për elektrolizë është një banjë e veçantë, e veshur me blloqe karboni. Rryma elektrike i është furnizuar atij. Në banjë, anodat e karbonit digjen kur ato janë të ndara nga oksidi i oksigjenit të pastër dhe formojnë oksid dhe dioksid karboni. Banja ose elektrolizuesit, siç quhen specialistë, përfshihen në qark elektrik në seri, duke formuar një seri. Fuqia aktuale është 150 mijë ampera.

Anodat mund të jenë të dy llojeve: pjekur nga blloqe të mëdha qymyri, masa e së cilës mund të jetë më shumë se një ton dhe vetë-pjekje, e përbërë nga briketa qymyri në një guaskë alumini, të cilat janë sintered gjatë elektrolizës nën ndikimin e temperaturave të larta.

Tensioni operativ në banjë është zakonisht rreth 5 volt. Ai merr parasysh të dyja tensionet e kërkuara për dekompozimin e oksidit dhe humbjet e pashmangshme në rrjetin e degëzuar.

Nga tretur në shkrirjes në bazë të kriolitit të oksidit të aluminit, një metal i lëngët që është më i rëndë se kripërat elektrolitës, vendoset në bazën e qymyrit të banjës. Është derdhur në mënyrë periodike.

Procesi i prodhimit të aluminit kërkon shumë energji elektrike. Për të marrë një ton alumini nga alumin, ju duhet të shpenzoni rreth 13.5 mijë kWh të energjisë elektrike DC. Prandaj, një kusht më shumë për krijimin e qendrave të mëdha të prodhimit është një stacion i fuqishëm pranë fuqisë.

Rafinimi i aluminit

Metoda më e famshme është elektroliza me tre shtresa. Ajo gjithashtu ndodh në banjot me elektrolizë me pads të karbonit, të veshur me magnezit. Anodi në proces është vetë metali i shkrirë, i cili i nënshtrohet pastrimit. Ajo është e vendosur në shtresën më të ulët në bazën përçuese. Alumini i pastër, i cili shpërndahet nga elektroliti në shtresën e anodës, kuptohet lart dhe shërben si katodë. E tanishme për të është furnizuar me anë të një elektroda grafit.

Elektroliti në shtresën e ndërmjetme është fluorid alumini ose i pastër ose me shtimin e natriumit dhe kloridit të barit. Ngrohet në 800 ° C.

Konsumi i energjisë elektrike për rafinimin me tre shtresa është 20 kWh për 1 kg metal, që është 20 mijë kWh për një ton. Për këtë arsye, si asnjë prodhim metalik, alumini kërkon praninë jo vetëm të burimit të energjisë elektrike, por edhe të një centrali të madh në afërsi të tij.

Alumini i rafinuar përmban hekur, silikon, bakër, zink, titan dhe magnez në sasi shumë të vogla.

Pas rafinimit, alumini përpunohet në produkte komerciale. Kjo është ingots, dhe tela, dhe një fletë, dhe chushki.

Produktet e ndarjes të marra si rezultat i rafinimit, pjesërisht, në formën e një precipitati të ngurtë, përdoren për deoksidimin dhe pjesërisht dalin si një zgjidhje alkaline.

Alumini absolutisht i pastër merret nga shkrirja e zonës pasuese të metaleve në një gaz inert ose vakum. Karakteristika e saj e shquar është përçueshmëria e lartë elektrike në temperaturat kriogjenike.

Riciklimi i lëndëve të para sekondare

Një e katërta e kërkesës totale për alumini plotësohet nga përpunimi dytësor i lëndëve të para. E produkteve të derdhur riciklueshme formohem.

Materialet e para të klasifikuara janë shkrirë në furrën e pragut. Në të ka metale që kanë një pikë shkrirjeje më të lartë se alumini, për shembull nikeli dhe hekuri. Mbylljet e ndryshme jo-metalike hiqen nga alumini i shkrirë duke u pastruar me klor ose azot.

Më shumë papastërtitë metalike të shkrirë hiqen nga aditivët e magnezit, zinkut ose zhivës dhe evakuimit. Magnezi hiqet nga shkrirja me klor.

Një aliazh i paracaktuar i shkritores prodhohet duke futur aditivë që përcaktohen nga përbërja e aluminit të shkrirë.

Qendrat e prodhimit të aluminit

Sa i përket konsumit të aluminit, Kina zë vendin e parë, duke lënë prapa SHBA në vendin e dytë dhe vendin e tretë të Gjermanisë.

Kina është gjithashtu një vend i prodhimit të aluminit, me një diferencë të madhe që çon në këtë fushë.

Dhjetë të lartë, përveç PRC, përfshijnë Rusinë, Kanadanë, Emiratet e Bashkuara Arabe, Indi, Shtetet e Bashkuara, Australi, Norvegji, Brazil dhe Bahrein.

Në Rusi, kompania e bashkuar RUSAL është monopolist në prodhimin e aluminit dhe aluminit . Prodhon deri në 4 milionë tonë alumini në vit dhe eksporton prodhime në shtatëdhjetë vende dhe është i pranishëm në pesë kontinente në shtatëmbëdhjetë vende.

Kompania amerikane Alcoa në Rusi zotëron dy fabrika metalurgjike.

Prodhuesi më i madh i aluminit në Kinë është Chalco. Ndryshe nga konkurrentët e huaj, të gjitha pasuritë e saj janë të përqendruara në vendin e tij.

Divizioni Hydro Aluminium i kompanisë norvegjeze Norsk Hydro zotëron impiantet e aluminit në Norvegji, Gjermani, Sllovaki, Kanada dhe Australi.

BHP Australian Billiton zotëron prodhimin e aluminit në Australi, Afrikën e Jugut dhe Amerikën e Jugut.

Në Bahrein është Alba (Alumini Bahrain BSC) - pothuajse prodhimi më i madh. Alumini i këtij prodhuesi zë më shumë se 2% të vëllimit total të metalit "me krahë" të prodhuar në botë.

Pra, duke përmbledhur, mund të themi se prodhuesit kryesorë të aluminit janë kompani ndërkombëtare që kanë rezerva të boksitit. Dhe procesi jashtëzakonisht intensiv i energjisë konsiston në marrjen e aluminit nga xeherorët e aluminit, prodhimin e kripërave të fluorit, të cilat përfshijnë kriolit, masën anode të karbonit dhe anodin e karbonit, katodën, materialet e rreshtimit dhe prodhimin aktual elektrolitik të metalit të pastër, i cili është përbërësi kryesor i metalurgjisë së aluminit.