Alwminiwm, cynhyrchu alwminiwm: technoleg, proses a disgrifiad

Mae gan Alwminiwm lawer o nodweddion sy'n ei gwneud yn un o'r deunyddiau a ddefnyddir fwyaf yn y byd. Mae'n cael ei dosbarthu'n eang yn natur, gan gymryd y lle cyntaf ymhlith metelau. Mae'n ymddangos na ddylai anawsterau gyda'i gynhyrchiad fod. Ond mae'r gweithgaredd cemegol uchel o fetelau yn arwain at y ffaith nad oedd yn cwrdd, ac yn cynhyrchu pur - mae'n anodd, yn gostus ac ynni dwys.

deunyddiau crai ar gyfer cynhyrchu

O ba ddeunyddiau crai yn cael eu alwminiwm? cynhyrchu Alwminiwm o'r holl fwynau sy'n ei gynnwys, yn ddrud ac yn aneconomaidd. Dyfyniad oddi wrth y bocsit, sy'n cynnwys hyd at 50% ocsidau alwminiwm ac a adneuwyd yn uniongyrchol ar wyneb y ddaear llu mawr.

Mae'r rhain yn fwyn alwminiwm yn cael cyfansoddiad cemegol braidd yn gymhleth. Maent yn cynnwys alwmina mewn swm o 30-70% yn ôl pwysau, silica, a all fod hyd at 20% o haearn ocsid yn yr ystod 2 i 50%, titaniwm (hyd at 10%).

Aluminas, ac alwmina hwn yn cynnwys hydrocsidau, corundum a kaolinite.

Yn ddiweddar alwmina a baratowyd o nephelines dur sy'n cynnwys hefyd sodiwm, potasiwm ocsid, silica, a alunite.

Ar gyfer cynhyrchu 1 tunnell o alwminiwm pur angen tua dwy tunnell o alwmina, sydd, yn ei dro, a baratowyd o tua 4.5 tunnell o bocsit.

bocsit

cronfeydd cyfyngedig o bocsit yn y byd. O gwmpas y byd yn y saith ardal, gyda'i dyddodion cyfoethog. Mae'n Guinea yn Affrica, Brasil, Venezuela a Suriname yn Ne America, Jamaica, y Caribî, Awstralia, India, Tsieina, Gwlad Groeg a Thwrci i Fôr y Canoldir a Rwsia.

Mewn gwledydd lle mae dyddodion cyfoethog o bocsit, gellir datblygu a chynhyrchu alwminiwm. mwyngloddiau Rwsia bocsit yn yr Urals, Altai a Thiriogaethau Krasnoyarsk, mewn un o'r ardaloedd y rhanbarth Leningrad, nepheline - ar Benrhyn Kola.

Mae'r dyddodion cyfoethocaf yn eiddo i UC Rusal yn gwmni corfforedig Rwsia. Mae'n cael ei ddilyn gan y cewri Rio Tinto (Awstralia-Lloegr), wedi ymuno â Alcan a CVRD Canada. Yn y pedwerydd safle yn Chalco gwmni o Tsieina, yna bydd y gorfforaeth US-Awstralia Alcoa, sydd hefyd yn y cynhyrchwyr alwminiwm mwyaf.

Mae tarddiad cynhyrchu

ffisegydd Danish Oersted a ddyrannwyd alwminiwm cyntaf ar ffurf rhad ac am ddim yn 1825. Cynhaliwyd y adwaith cemegol lle gyda clorid alwminiwm a amalgam potasiwm, yn lle y mae dwy flynedd yn ddiweddarach fferyllydd Almaeneg Wöhler ddefnyddio potasiwm metelaidd.

Potasiwm - yn ddeunydd drud, fodd bynnag, yn y cynhyrchu diwydiannol o alwminiwm Ffrancwr St. Clair Deville 1854 yn lle sodiwm potasiwm godu a ddefnyddiwyd, yr elfen yn sylweddol rhatach, a dwbl clorid alwminiwm gwrthsefyll a sodiwm.

Gallai gwyddonydd Rwsia NN Beketov disodli'r alwminiwm o magnesiwm cryolite tawdd. Yn yr wythdegau hwyr o'r un ganrif yr adwaith cemegol a ddefnyddir gan yr Almaenwyr ar y mwyndoddwr alwminiwm cyntaf. Yn yr ail hanner y ganrif XVIII wedi ei gael drwy cemegol yn golygu tua 20 tunnell metel pur. Roedd alwminiwm yn ddrud iawn.

Mae cynhyrchu alwminiwm drwy electrolysis tarddu ym 1886, pan fydd y ddau yn geisiadau patent ffeilio bron yn union yr hyn sylfaenwyr dull ysgolhaig Americanaidd gan Hall a'r broses Ffrancwr Heroult. Maent yn cynnig i ddiddymu'r alwmina mewn cryolite tawdd ac yna electrolysis i gael alwminiwm.

Gyda hyn dechreuodd y diwydiant alwminiwm, sydd wedi dod ar gyfer mwy nag un o'r canghennau mwyaf o ddiwydiant ganrif.

Y prif gamau o dechnoleg cynhyrchu

Yn gyffredinol, nid yw technoleg gweithgynhyrchu alwminiwm wedi newid ers creu.

Mae'r broses yn cynnwys tri cham. Ar y mwyn alwminiwm cyntaf neu bocsit a yw'n nephelines cael alwmina - alwminiwm ocsid Al ₂ O _3.

Yna, o alwminiwm hydrocsid diwydiannol ei ynysu gyda purdeb 99.5%, sydd yn annigonol ar gyfer rhai dibenion.

Felly, yn y cam olaf yn cael ei mireinio alwminiwm. cynhyrchu Alwminiwm yn cwblhau ei glanhau i 99.99%.

cael alwmina

Mae tair ffordd o gael alwmina o fwynau:

- asid;

- electrolytig;

- alcalïaidd.

Mae'r olaf dull - y mwyaf cyffredin, a ddatblygwyd yn ôl yn yr un ganrif XVIII, ond ers hynny ei ddiwygio dro ar ôl tro ac yn gwella'n sylweddol, yn cael ei ddefnyddio ar gyfer prosesu uchel-radd bocsit. Felly yn cael ei sicrhau tua 85% alwmina.

CRYNODEB dull alcali yw bod atebion alwminiwm pydru ar gyflymder uchel pan fyddant yn cael eu cyflwyno i alwminiwm hydrocsid. Yr ateb a oedd yn weddill ar ôl diflannu yr adwaith ar dymheredd uchel o tua 170 ° C ac eto ei ddefnyddio ar gyfer diddymu'r alwmina;

First bocsit falu a'i ddaear mewn melinau gyda chalch costig, ac yna mewn awtoclaf ar dymheredd hyd at 250 ° C, y dadelfeniad ei cemegol a sodiwm aluminate ei ffurfio, sy'n cael ei wanhau gyda ateb alcalïaidd sydd eisoes yn is tymheredd - 100 ° C i gyd o'r ateb aluminate ei olchi mewn tewychwyr arbennig, gwahanu oddi wrth y llaid. Yna mae ei diraddio. Ateb ei bwmpio drwy'r hidlwyr mewn cynhwysydd gyda stirrer am cynhyrfus parhaus cyfansoddiad y mae'r had yn ychwanegu at y alwminiwm hydrocsid solet.

Mae'r hydrocyclones a hidlwyr gwactod a ddyrannwyd alwminiwm hydrocsid, cyfran o'r sy'n cael ei ddychwelyd fel y deunydd had, a rhan yn mynd i'r calcination. Mae'r hidlo'r weddill ar ôl gwahanu y hydrocsid, hefyd yn dychwelyd i'r trosiant ar gyfer y trwytholchi llwyth nesaf o bocsit.

proses calcination (dadhydradu) hydrocsid mewn odyn cylchdro ar dymheredd hyd at 1300 ° C.

Ar gyfer dau tunnell o alwmina a ddefnyddir 8.4 kWh o drydan.

cyfansoddyn cemegol cryf y mae eu tymheredd ymdoddi yn 2050 ° C, nid yw'n alwminiwm. cynhyrchu Alwminiwm ymlaen.

Electrolysis alwmina

Y prif offer ar gyfer y electrolysis yn bath arbennig, leinio â blociau carbon. Iddi hi siociau trydan. bath Mae'r anodau carbon yn cael eu trwytho yn cael ei losgi wrth ddyrannu monocsid a deuocsid ocsigen a ffurf pur ocsidau ulgleroda. Baddonau neu elektrilizery gan eu bod yn gelwir arbenigwyr, yn cael eu cynnwys yn y cylched trydan yn y gyfres, gan ffurfio cyfres. Mae dwysedd presennol yn yr achos hwn yn 150,000 amperes.

Gall anodau fod o ddau fath: Coal tanio o flociau mawr, y mae eu màs fod yn fwy na tunnell Soderberg ac sy'n cynnwys y brics glo glo yn y wain alwminiwm, sy'n cael eu sintered ystod electrolysis ar dymheredd uchel.

Offer cell foltedd yn nodweddiadol tua 5 folt. Mae'n cymryd i ystyriaeth y foltedd angenrheidiol ar gyfer dadelfeniad ocsid a cholled na ellir ei osgoi mewn rhwydwaith canghennog.

O toddi mewn alwmina tawdd cryolite-seiliedig metel tawdd, sy'n drymach na'r halen electrolyt ei adneuo ar sail glo bath. Mae'n symud o dro i dro.

broses gynhyrchu alwminiwm yn gofyn am y defnydd o ynni trydanol mawr. Er mwyn cael un tunnell o alwminiwm o alwmina, mae angen gwario tua 13,500 kWh o drydan DC. Felly, cyflwr arall ar gyfer y canolfannau diwydiannol mawr creu yw gweithio ochr yn ochr â gwaith pŵer pwerus.

mireinio alwminiwm

Y dull mwyaf adnabyddus - mae electrolysis tair haen. Mae hefyd yn digwydd yn y baddonau electrolysis gyda aelwyd glo leinio gyda magnesite. Mae'r anod yn y broses ei hun yn gwasanaethu fel y metel tawdd, sy'n cael ei glanhau. Mae wedi ei leoli yn yr haen isaf ar aelwyd dargludol. alwminiwm pur, sy'n toddi i mewn i'r electrolyt o'r haen anod, deellir fyny ac yn gwasanaethu fel y cathod. Mae'r cerrynt yn cael ei gyflenwi â hynny drwy electrod graffit.

Mae'r electrolyt yn yr haen ganolradd - yn fflworid alwminiwm neu pur neu gyda ychwanegu sodiwm clorid a bariwm. Mae'n cael ei gynhesu i 800 ° C tymheredd.

Defnydd o ynni yn ystod y mireinio tair haen yn 20 kWh y kg o fetel, angen hy un tunnell 20,000 KW * h. Dyna pam, gan nad oes cynhyrchu metel, alwminiwm yn gofyn nid yn unig yn ffynhonnell o bŵer trydanol, a gwaith pŵer mawr yn y cyffiniau.

Mae'r alwminiwm mireinio mewn symiau bach iawn yn cynnwys haearn, silicon, copr, sinc, titaniwm a magnesiwm.

Ar ôl puro, alwminiwm yn cael ei brosesu i mewn i gynnyrch gwerthadwy. Mae'r ingot a'r gwifren, a thaflen, a ingotau.

cynhyrchion gwahanu gafwyd gan puro, yn rhannol, fel gwaddod solet, yn cael ei ddefnyddio ar gyfer deoxidation, ac ymestyn yn rhannol ar ffurf ateb alcali.

Hollol alwminiwm pur yn cael ei gynhyrchu mewn metel toddi barth dilynol mewn nwy anadweithiol neu gwactod. Nodwedd nodedig yw ei dargludedd uchel ar dymheredd cryogenig.

Ailgylchu deunyddiau crai eilaidd

Mae chwarter o gyfanswm y galw am alwminiwm yn cael eu diwallu ailgylchu deunyddiau crai. O'r cynhyrchion y gellir eu hailgylchu yn llifo castio llwydni.

deunyddiau crai Cyn-toddi ddidoli yn y ffwrnais trothwy. Ynddi yn fetelau cael bwynt toddi uwch nag alwminiwm, er enghraifft, nicel a haearn. Oherwydd bod y alwminiwm tawdd â chlorin neu nitrogen carthu gwared amrywiol gynhwysion anfetelig.

Mwy o amhureddau metel fusible yn cael eu tynnu dopants magnesiwm, sinc, neu mercwri a gwacáu. clorin Magnesiwm yn cael ei dynnu oddi ar y toddi.

Mae'r aloi castio bennwyd ymlaen llaw drwy gyflwyno ychwanegion sy'n cael eu pennu gan y cyfansoddiad y alwminiwm tawdd.

ganolfannau cynhyrchu alwminiwm

O ran Tsieina defnydd o alwminiwm ranked gyntaf, gan adael ymhell y tu ôl yn yr ail safle yn yr Unol Daleithiau a pherchennog y trydydd safle Almaen.

Tsieina - gwlad a chynhyrchu alwminiwm, o bell ffordd yn y blaen yn y maes hwn.

Yn y deg uchaf, ac eithrio ar gyfer Tsieina, yn Rwsia, Canada, Emiradau Arabaidd Unedig, India, UDA, Awstralia, Norwy, Brasil a Bahrain.

Mae'r monopolist Rwsia yn cynhyrchu alwmina ac alwminiwm yn cyfunol gwmni Rusal. Mae'n cynhyrchu hyd at 4 miliwn o dunelli o alwminiwm y flwyddyn ac yn allforio ei gynnyrch mewn gwledydd saith deg ac yn bresennol ar bum cyfandir yn un deg saith o wledydd.

cwmni Americanaidd Alcoa berchen ar ddau planhigion metelegol yn Rwsia.

Mae'r cynhyrchydd alwminiwm mwyaf yn Tsieina - y cwmni Chalco. Yn wahanol i gystadleuwyr tramor, ei holl asedau yn crynhoi yn y wlad cartref.

is-adran Hydro Alwminiwm y cwmni Norwyaidd Norsk Hydro berchen mwyndoddwyr alwminiwm yn Norwy, yr Almaen, Slofacia, Canada, ac Awstralia.

Awstralia BHP Billiton yn berchen cynhyrchu alwminiwm yn Awstralia, De Affrica a De America.

Bahrain yn Alba (Alwminiwm Bahrain BSC) - efallai y cynhyrchu mwyaf ar raddfa fawr. cynhyrchydd alwminiwm sy'n cymryd mwy na 2% o gyfanswm cyfaint y metel "asgellog" a gynhyrchwyd yn y byd.

Felly, crynhoi, gallwn ddweud bod y prif cynhyrchwyr alwminiwm yn gwmnïau rhyngwladol gyda chronfeydd wrth gefn o bocsit. A'r unig broses sy'n defnyddio ynni yn cynnwys cael alwmina o fflworidau cynhyrchu mwyn alwminiwm, sy'n cynnwys cryolite, past anod carbon a anod carbon, cathod, deunyddiau leinin, a chynhyrchu electrolytig priodol o fetel pur dyna'r prif elfen o alwminiwm a dur.