metalurgia aluminiului. Aluminiu, producția de aluminiu: tehnologie, proces și descriere. Obținerea aluminiului rafinat

Aluminiul este unul dintre cele mai comune elemente din scoarța terestră - cu o cantitate de peste 7%, se află pe locul trei după oxigen și siliciu. Se obține din bauxită, adică rocă sedimentară, în care apare în principal sub formă de oxid.

Acest metal este bine cunoscut de mai bine de 2 mii de ani și se caracterizează printr-o aplicație tehnică largă. La ce poate fi folosit?

În industrie, aluminiul este utilizat în principal în aliaje cu alte elemente, ceea ce îi îmbunătățește proprietățile de performanță. Ca atare, este un material structural versatil cu o aplicație foarte versatilă. Printre aliajele de aluminiu se pot distinge în special aliajele de turnare și aliajele utilizate pentru prelucrarea plasticului. Compoziția lor, pe lângă aluminiu, include elemente precum: cupru, magneziu, siliciu și mangan. Aliajele de aluminiu sunt folosite, în special, în aviație, industria chimică, industria auto și chiar în construcțiile navale.

Aluminiul este utilizat pe scară largă în industrie în forma sa pură pentru fabricarea diverselor articole de uz casnic, cum ar fi, de exemplu, oglinzi, cutii pentru băuturi și alimente, ustensile de bucătărie sau binecunoscuta folie de aluminiu. De asemenea, este folosit pentru fabricarea de echipamente chimice, fire electrice și chiar explozibili. Pentru a izola acest element de minereul de bauxită, este necesar să se efectueze două etape succesive. Primul dintre acestea este procesul Bayer, care face posibilă obținerea oxidului de aluminiu din mineral. Apoi, acest compus este supus electrolizei, rezultând formarea de aluminiu de puritate tehnică.

Din ce este fabricat aluminiul?

Aluminiul pur nu apare în mod natural datorită capacității sale de pasivare. Acest fenomen constă în oxidarea metalului în prezența aerului, în urma căreia pe suprafața acestuia se formează un strat protector pasiv. Aluminiul este acoperit cu un strat de oxid de aluminiu (Al 2 O 3) de până la câțiva nm grosime. Apoi, sub influența umidității, stratul exterior suferă o hidroliză parțială, în urma căreia se formează un hidroxid suplimentar, adică. Al(OH)3.

Aluminiul este un component al diferitelor roci minerale găsite în natură sub formă de minereuri. Pentru producția de aluminiu pur, minereul de bauxită de argilă este utilizat în primul rând. Se formează în principal în locurile de intemperii ale rocilor de aluminosilicat în climă caldă și conține, de asemenea, compuși de fier. Aceasta este o rocă cu o culoare roșie sau maro caracteristică, care apare sub două forme: silicat și carbonat.

Productie de aluminiu de calitate industriala

Aluminiul de puritate tehnică (mai mult de 99%) este obținut industrial în urma a două procese succesive. Ca urmare a primului se obține oxid de aluminiu (procedeul Bayer), iar în etapa următoare se realizează un proces de reducere electrolitică (electroliza Héroult-Hall), datorită căruia se obține aluminiu pur. Pentru a reduce costurile asociate cu transportul minereului de bauxită, majoritatea fabricilor de procesare sunt construite în apropierea minelor.

Procesul Bayer

Primul pas după extragerea minereului este spălarea cu apă. Astfel, majoritatea contaminanților care pur și simplu se dizolvă în apă sunt îndepărtați. Apoi, se adaugă CaO la materia primă tratată cu apă, adică. oxid de calciu. După aceea, se zdrobește folosind mori cu tuburi speciale până se obțin boabe cu un diametru foarte mic, adică. mai puțin de 300 de microni. Măcinarea corespunzătoare a materiei prime este extrem de importantă, deoarece oferă o suprafață mare a boabelor, care, la rândul său, afectează eficiența procesului de extracție.

Următorul pas în producerea oxidului de aluminiu este dizolvarea boabelor cu o soluție apoasă de sodă caustică. La grupul PCC, hidroxidul de sodiu este produs prin electroliza membranei. Produsul obtinut in acest fel este de foarte inalta calitate si puritate, indeplineste in acelasi timp cerintele celei mai recente editii a Farmacopeei Europene. Un amestec care contine boabe macinate si este depozitat timp de cateva ore in reactoare speciale numite autoclave. În timpul procesului de depunere în curs de desfășurare, în reactoare sunt menținute o presiune ridicată și o temperatură ridicată. Astfel, se obține aluminatul de sodiu, care este apoi purificat folosind diverse filtre.

În etapa următoare, soluția purificată de aluminat de sodiu este descompusă. Rezultatul este (adică, o soluție apoasă de sodă caustică) și cristale de hidroxid de aluminiu de înaltă puritate. Precipitatul obţinut ca rezultat al cristalizării este filtrat şi spălat cu apă. Și lichidul de sifon rămas este încălzit și returnat la proces pentru reutilizare.

Ultimul pas în producerea de alumină pură este calcinarea. Constă în încălzirea hidroxidului de aluminiu la o temperatură peste 1000 o C, în urma căreia se descompune în Al 2 O 3 , care se obţine sub formă de pulbere albă pură. Astfel, alumina preparată este transportată la cuptoare pentru producerea de aluminiu metalic în procesul de reducere electrolitică.

Electroliza oxidului de aluminiu

Următorul pas în obținerea aluminiului pur este procesul de electroliză prin metoda Hall-Héroult. În primul rând, Al 2 O 3 obținut în procedeul Bayer se topește cu criolit și soluția astfel preparată este supusă unui proces de electroliză la o temperatură care nu depășește 900 o C. Aluminiul lichid astfel obținut este separat de electrolit și îndepărtat. din băile electrolitice folosind așa-numitele. sifoane cu vid. Apoi materia primă intră în dispozitivul de turnare, de unde, într-o etapă ulterioară, este introdusă în cuptoare încinse în care are loc procesul de prelucrare. Constă în curățarea aluminiului pentru a obține o puritate maximă. În condiții industriale, aluminiul poate fi curățat prin două metode. Prima dintre acestea constă în topirea aluminiului și trecerea prin el a clorului, datorită căruia impuritățile se leagă, formând cloruri, care sunt apoi îndepărtate din proces. A doua metodă este reducerea electrolitică a aluminiului topit cu cupru. Produsul final astfel obtinut se caracterizeaza printr-o puritate foarte mare.

Aluminiul este materialul viitorului

Dezvoltarea unei metode de obținere a aluminiului pur din bauxită folosind procedeul Bayer și electroliza Hall-Héroult a extins domeniul de aplicare al acestui element. În plus, combinația dintre rezistența ridicată și ușurința a făcut posibilă în unele cazuri înlocuirea aluminiului cu oțel mai scump. Rezistența la factorii atmosferici a făcut posibilă utilizarea aluminiului în producția de profile de ferestre și uși. Un alt beneficiu al aluminiului este capacitatea sa de a fi reciclat de mai multe ori, ceea ce îl face un material relativ prietenos cu mediul.

Pe scurt, aluminiul este un material versatil utilizat pe scară largă în industria alimentară, energetică, chimică, transporturilor, construcțiilor, auto și aviației. Având în vedere numeroasele sale avantaje, aceasta nu este cu siguranță limita posibilităților sale de aplicare și va continua să câștige popularitate în viitorul apropiat.

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Agenția Federală pentru Educație

Universitatea Tehnică de Stat Magnitogorsk

lor. Nosova

Departamentul de Metalurgie Feroasă

Rezumat despre disciplina „Istoria metalurgiei”

METALURGIE ALUMINIU

adnotare

Se ia în considerare subiectul „Metalurgia aluminiului”, sunt descrise principalele proprietăți ale acestui metal. Istoria descoperirii aluminiului, posibilele modalități de producere și aplicare a acestuia în diverse industrii sunt descrise pe scurt.

Introducere

1. Proprietățile aluminiului

2. Aplicarea aluminiului

3. Materii prime

4. Producția de alumină

5. Producția electrolitică de aluminiu

6. Rafinarea aluminiului

Concluzie

Lista literaturii folosite

Introducere

Cuvântul „metalurgie” provine din greacă:

metalleu® - Sapat, mine din pământ;

metalurgeo - exploat minereu, proces metale;

metalon - al meu, metal.

Acest cuvânt înseamnă domeniul științei și tehnologiei, acoperind prelucrarea minereurilor extrase din intestine, obținerea metalelor și aliajelor, conferindu-le anumite proprietăți.

În antichitate, în Evul Mediu și relativ recent, până în vremea lui M.V. Lomonosov, se credea că există 7 metale (aur, argint, cupru, staniu, plumb, fier, mercur).

În 1814, chimistul suedez J. Berzelius a sugerat folosirea caracterelor alfabetice care sunt folosite de întreaga lume, cu rare excepții.

Astăzi, peste 80 de metale sunt cunoscute științei, majoritatea fiind folosite în tehnologie.

În practica mondială, există o împărțire a metalelor în feroase (fier și aliaje pe baza acestuia) și toate celelalte - neferoase (metale neferoase, engleză; Nichtei-senmetalle, germană) sau metale neferoase. Metalurgia este adesea împărțită în feroase și neferoase. În prezent, metalele feroase reprezintă aproximativ 95% din toate produsele metalice produse în lume.

În tehnologie, se adoptă și o clasificare condiționată, conform căreia metalele neferoase sunt împărțite în „ușoare” (aluminiu, magneziu), „grele” (cupru, plumb etc.), refractare (wolfram, molibden etc.) , nobile (aur, platină și etc.), metale rare.

Ponderea produselor fabricate cu metale feroase si neferoase este in prezent de 72-74% din produsul national brut al statului. Se poate susține că metalele în secolul XXI. vor rămâne principalele materiale structurale, deoarece proprietățile, eficiența producției și consumul lor sunt de neegalat în majoritatea domeniilor de aplicare.

Din ~ 800 de milioane de tone de metale consumate, ~ 750 de milioane de tone sunt oțel, 20-22 milioane de tone sunt aluminiu, 8-10 milioane de tone sunt cupru, 5-6 milioane de tone sunt zinc, 4-5 milioane de tone sunt plumb (restul -< 1 млн. т).

Dintre cele mai valoroase și importante metale pentru tehnologia modernă, doar câteva se găsesc în scoarța terestră în cantități mari: aluminiu (8,8%), fier (4,65%), magneziu (2,1%), titan (0,63%).

Depozitele de minereu de metale ușoare includ de obicei minereuri care conțin aluminiu; principalul furnizor de aluminiu este bauxite, precum și alunite, nefeline și diverse argile. Depozitele de minereu de metale neferoase includ zăcăminte de cupru, plumb și zinc, cobalt, nichel, antimoniu. Rezervele de metale în cea mai mare dintre ele ajung de la zeci la sute de milioane de tone, cu conținutul obișnuit de metale în minereu - câteva procente.

Masa materialelor extrase este de multe ori mai mare decât cantitatea de metale conținută în minereu și, în majoritatea covârșitoare a cazurilor, nu este rentabilă din punct de vedere economic să extrageți direct componente utile din minereurile naturale.

Săpăturile arheologice indică faptul că cunoașterea omului cu metalele datează din vremuri foarte îndepărtate de noi. Se crede că primele articole din bronz au fost obținute în anul 3000 î.Hr. printr-un amestec de topire prin reducere de minereuri de cupru și staniu cu cărbune. Mult mai târziu, bronzurile au început să fie produse prin adăugarea de staniu și alte metale (aluminiu, beriliu, siliciu nichel etc.) la cupru. În prezent, bronzurile de aluminiu (5-12% Al) cu adaosuri de fier, mangan și nichel sunt cele mai comune.

În prezent, producția metalurgică este unul dintre sectoarele prioritare ale economiei naționale.

1. PROPRIETATI ALE ALUMINIUULUI

Aluminiul a fost obținut pentru prima dată de fizicianul danez H. Oersted în 1825. Numele acestui element provine de la latinescul alumen, așa cum era numit în antichitate alaunul, care era folosit pentru vopsirea țesăturilor.

Aluminiul are multe proprietăți valoroase: densitate scăzută - aproximativ 2,7 g / cm 3, conductivitate termică ridicată - aproximativ 300 W / (m. K) și conductivitate electrică ridicată de 13,8. 10 7 Ohm/m, ductilitate bună și rezistență mecanică suficientă.

Aluminiul formează aliaje cu multe elemente. În stare topit, aluminiul este fluid și umple bine matrițele; în stare solidă, este bine deformat și poate fi ușor tăiat, lipit și sudat.

Afinitatea aluminiului pentru oxigen este foarte mare. În timpul oxidării sale, se eliberează o cantitate mare de căldură (~ 1670000 J / mol). Aluminiul măcinat fin se aprinde când este încălzit și arde în aer. Aluminiul se combină cu oxigenul din aer și în condiții atmosferice. În acest caz, aluminiul este acoperit cu o peliculă densă subțire (~ 0,0002 mm grosime) de oxid de aluminiu, care îl protejează de oxidarea ulterioară; prin urmare, aluminiul este rezistent la coroziune. Suprafața aluminiului protejează bine împotriva oxidării acestui film chiar și în stare topită.

Dintre aliajele de aluminiu, duraluminiul și siluminii sunt de cea mai mare importanță.

Compoziția duraluminiului, în plus față de aluminiu, include 3,4-4% Cu, 0,5% Mn și 0,5% Mg, nu sunt permise mai mult de 0,8% Fe și 0,8% Si. Duraluminul este bine deformat și, în proprietățile sale mecanice, este aproape de unele clase de oțel, deși este de 2,7 ori mai ușor decât oțelul (densitatea duraluminului este de 2,85 g/cm3).

Proprietățile mecanice ale acestui aliaj cresc după tratamentul termic și deformarea la rece. Rezistența la tracțiune crește de la 147-216 MPa la 353-412 MPa, iar duritatea Brinell de la 490-588 la 880-980 MPa. În acest caz, alungirea relativă a aliajului aproape nu se modifică și rămâne destul de mare (18-24%).

Siluminile sunt aliaje turnate de aluminiu cu siliciu. Au calități bune de turnare și proprietăți mecanice.

În istoria metalurgiei aluminiului, se pot distinge trei perioade caracterizate prin anumite metode folosite pentru obținerea acestui metal! Aceste perioade sunt următoarele: 1) obținerea aluminiului prin metode chimice, 2) obținerea aluminiului prin mijloace electrotermice și 3) obținerea aluminiului prin electroliza sărurilor topite.

Descoperirea aluminiului și producerea lui prin metode chimice

Încercările inițiale de a izola aluminiul în stare liberă datează din 1807 și aparțin celebrului chimist englez Humphrey Davy (1778-1629). Până atunci, acesta din urmă a reușit pentru prima dată să obțină potasiu și sodiu metalic prin electroliza alcalinelor caustice topite. Davy a folosit o coloană voltaică ca sursă de curent. J

Pentru a izola aluminiul, Davy a încercat să descompună alumina în același mod. Pentru a face acest lucru, a trecut un curent electric prin hidroxid de aluminiu ușor umezit și într-o atmosferă de hidrogen. În acest caz, o placă de platină a servit drept anod, pe care a fost plasat hidroxid de aluminiu presat dens, iar un fir de fier scufundat în ea a servit drept catod. Când trecea un curent, acesta din urmă a devenit alb încins și s-a topit.

În acest fel, Davy a obținut doar un aliaj fier-aluminiu, din care nu a putut izola aluminiu liber. În mod similar, experimentele lui Davy privind reducerea aluminei cu vapori de potasiu în prezența piliturii de fier nu au avut succes.

Fig.1 Obținerea aluminiului prin metoda Saint-Clair-Deville. Primul atelier din regiunea Parisului

Din aliajul rezultat de fier și aluminiu, Davy nu a reușit să-l izoleze pe acesta din urmă în forma sa pură.

Toate acestea, însă, nu l-au împiedicat pe Davy să fie sigur că alumina este un derivat chimic al presupusului metal, căruia îi dăduse anterior denumirea de aluminiu (aluminiu), formându-l din denumirea engleză pentru alumină - alumină.

Aluminiul liber a fost izolat pentru prima dată de către fizicianul danez Hans Oersted (1777-1851) în martie 1825. În acest scop, Oersted a obținut amalgam de aluminiu prin reducerea clorurii de aluminiu (obținută tot de el pentru prima dată) cu „amalgam de potasiu. Distilând mercurul din amalgamul de aluminiu rezultat fără acces la aer, Oersted a extras astfel mici bulgări de aluminiu - „metal din argilă”, asemănătoare ca culoare și luciu cu staniul.

Mai târziu, în 1827, chimistul german Friedrich Weder (1800-1882) a îmbunătățit metoda lui Oersted prin înlocuirea amalgamului de potasiu cu potasiu metal. Wehler a pus mai multe bucăți de potasiu metalic într-un creuzet de porțelan sau platină, le-a acoperit deasupra cu cristale de clorură de aluminiu și a încălzit cu grijă creuzetul închis cu un capac pe un arzător. Masa topită cenușiu-negru obținută ca rezultat al reacției a fost leșiată cu apă după răcire; reziduul solid a fost pulbere de aluminiu. Întrucât interacțiunea dintre potasiu și clorura de aluminiu în timpul fuziunii lor directe a decurs extrem de violent, în 1845 Wöhler a aplicat o versiune modificată a metodei sale, încălzind aceste substanțe separat și trecând vaporii de clorură de aluminiu peste potasiu. Aplicând această metodă. Wehler a obținut aluminiu în cantități suficiente pentru a-i determina cele mai importante proprietăți fizice și chimice.

În 1864, Henri Saint-Clair-Deville (1818-1881) în Franța a aplicat metoda Wöhler pentru prima metodă industrială de producere a aluminiului, aducându-i mai multe îmbunătățiri: Saint-Clair-Deville a înlocuit potasiul metalic cu sodiu mai ieftin și clorură de aluminiu instabilă și foarte higroscopică - clorură dublă de aluminiu și sodiu mai durabilă (ALCLz nr. CL). Descompunerea clorurii duble cu sodiu a fost efectuată într-un cuptor cu flacără la o temperatură care crește treptat. Procesul, spre deosebire de reacția de reducere violentă a clorurii de aluminiu pură, a decurs foarte calm. Aluminiul redus a fost colectat pe fundul cuptorului și apoi turnat în lingouri în forme de fier (Fig. 1). Producerea aluminiului prin acest așa-numit proces chimic conform metodei Saint-Clair-Deville a existat din 1854 până în 1890. Cu toate acestea, în timpul. Timp de 30 de ani, cu ajutorul metodei chimice, s-au obţinut în total doar circa 200 de tone de aluminiu. La sfârșitul anilor 80 ai secolului trecut, metoda chimică a fost înlocuită cu metoda electrolitică, ceea ce a făcut posibilă reducerea drastică a costurilor de producție a aluminiului și a creat o oportunitate pentru dezvoltarea rapidă a industriei aluminiului.

Istoricul obținerii aliajelor de aluminiu pe cale electrotermică

În istoria metalurgiei aluminiului, opera lui fra. Kaules privind producția electrotermală a aliajelor de aluminiu, (legată de sfârșitul trecutului (Secole. După o serie de încercări nereușite de a obține aluminiu pur, fără carburi, prin reducerea aluminei cu carbon, Kaules a ajuns la necesitatea efectuării acestui proces). în prezența altor metale mai puțin reactive.. Ca urmare, acestea A fost dezvoltată o metodă industrială pentru producerea electrotermică a aliajelor de aluminiu cu cupru și fier - bronz aluminiu și feroaluminiu.

Pentru a obține aceste aliaje br. Kaules a folosit cuptoare cu arc pentru 5000-6000 a și 60 b (Fig. 2). În cuptor a fost introdus un amestec de alumină, cărbune și resturi de metal (fier sau cupru). Bronzul aluminiu a fost obținut cu un conținut de până la 17% Al și feroaluminiu până la 20% Al. Consumul de energie electrică a fost în medie de 37 kWh per 1 kg de aluminiu din aliaj.

Smochin. 2. Cuptoare electrice cu arc br. Kaules

Conform metodei br. Kaules din Anglia și SUA între 1884 și 1892 a operat fabrici care produceau aliaje pentru piață. Cu toate acestea, în această formă, metoda electrotermală pentru producerea aliajelor de aluminiu nu ar putea concura cu metoda electrolitică mai ieftină.

Numai în prezent, producția electrotermală de aliaje de aluminiu, în principal cu siliciu, a primit din nou o dezvoltare semnificativă ca unul dintre domeniile speciale ale metalurgiei aluminiului.

Istoria producerii de aluminiu prin electroliza sărurilor topite

În 1852, Robert Bunane (1811-1899) a obținut magneziu metal prin electroliza clorurii de magneziu topită. Continuându-și cercetările, Bunsen a aplicat aceeași metodă pentru a izola α-aluminiu metalic. Acesta din urmă a fost obținut de el în 1854 prin electroliza clorurii duble de aluminiu topite și a sodiului.

Saint-Clair-Deville, în timp ce își desfășura cercetările independent de Bunsen, a obținut în același timp și aluminiu metalic prin electroliza clorurii duble de aluminiu și a sodiului. În martie 1854, Saint-Clair-Deville a prezentat Academiei Franceze de Științe, împreună cu o descriere a experimentelor sale, un mic pelet de aluminiu izolat de el electrolitic. La 9 iulie a aceluiași an, Bunsen a publicat rezultatele lucrării sale în Poggendorfs Annalen.

Experimentele lui Bunsen și Saint-Clair-Deville nu au ieșit, însă, în afara laboratorului din cauza imposibilității de a obține cantități semnificative de energie electrică la acel moment.

Au trecut mai bine de 30 de ani până când principiul obținerii „aluminiului prin electroliza sărurilor topite” și-a găsit implementarea industrială! și.

Un impuls puternic pentru dezvoltarea metodei electrolitice a fost „invenția din 1867 de către br. Dinamo Gram.

Fondatorii metodei electrolitice moderne de producere a aluminiului metalic sunt Paul Héroux (1863-1914) în Fraction și Charles Hall (1863-1914) în SUA, la 23 aprilie 1886. Hérault și 9 iulie același an, Hall a declarat brevete aproape similare pentru metoda de producere a electroliza a aluminiului a aluminei dizolvate în criolitul topit.

Aceste date, de fapt, ar trebui considerate începutul dezvoltării industriei mondiale moderne a aluminiului și, în același timp, începutul utilizării pe scară largă a aluminiului. De menționat că apariția brevetelor Eroult și Hall a fost precedată de acumularea de material practic și teoretic semnificativ obținut de un număr mare de cercetători care au lucrat mult pe problema electrolizei sărurilor de aluminiu topite. ,

Rolul lui Eru și Hall a fost, poate, nu atât în știrea descoperirii lor, cât în combinarea reușită a „prevederilor deja cunoscute, pe care le-au oficializat într-o metodă potrivită pentru uz industrial.

Héroux, fiind elev al Școlii de Mine din Paris, deja în 1888 era interesat de metoda electrolitică de obținere a aluminiului. Acest lucru este dovedit de o schiță a electrolizei din caietul său, datată anul acesta (Fig. 3). Este foarte semnificativ faptul că această schiță este extrem de apropiată de schița din primul brevet al lui Héroult.<см. фиг. 4). *

Interesul lui Héroux pentru aluminiu a luat o turnură practică după moartea tatălui său, când a moștenit un mic atelier de piele la Gentilly, lângă Paris. Atelierul a fost echipat cu o mașină cu abur, iar după achiziționarea unui dinam Gramma, Eru a putut experimenta electroliza diverșilor compuși de aluminiu.

Smochin. 3. O schiță a unui electrolizor în caietul școlii lui Eru

Convins că aluminiul poate fi obținut prin electroliză, Eru, după multe defecțiuni cu soluții apoase, a apelat la electroliza criolitului topit și amestecul acestuia cu clorură de aluminiu. În timpul unuia dintre aceste experimente, cercetătorul a găsit semne clare de ardere pe anodul de carbon și a concluzionat că în electrolit există oxid, a cărui reducere s-a datorat consumului de material anodic.

Analiza chimică a arătat că, în loc de clorură de aluminiu, cercetătorul a introdus alumină în criolitul topit, care a fost obținut prin hidroliza clorurii. După ce a introdus acum în mod deliberat alumină în criolit, Eru ‘i puk-. a condus la descoperirea unui proces care a fost folosit de atunci pentru producerea aluminiului.

Pe baza acestor experimente, Héroux a depus primul său brevet la 23 aprilie 1886. Acest brevet oferă o formulare foarte clară a esenței procedeului, care rămâne în întregime valabil până în prezent.

Smochin. 4. Schița electrolizatorului din primul brevet al Héroult

„Reclam”, spune brevetul, „invenția metodei descrise mai sus pentru producerea aluminiului, care constă în electroliza aluminei dizolvate în criolitul topit, iar curentul este furnizat folosind orice electrozi, cum ar fi anozii de carbon, scufundați în electrolit topit, în timp ce caiacul Vasul de electrolit însuși servește drept catod. În acest caz, anodul este ars de oxigenul eliberat pe el, iar metalul este colectat în fundul creuzetului. În acest proces, criolitul nu este consumat, iar pentru eliberarea continuă a metalului este suficientă înlocuirea aluminei care se descompune în timpul electrolizei.

Smochin. 5. Schița electrolizatorului din brevetul suplimentar al Héroult

Ca electrolizor, Eru a folosit o sticlă de carbon, care este introdusă într-un creuzet mare de grafit. Întregul aparat a fost introdus într-un cuptor de cocs. în fig. 4 este o schiță a unui electrolizor din primul brevet al lui Héroult. Cu toate acestea, nefiind găsit inițial o aplicație practică pentru brevetul său, Eru a început dezvoltarea unei metode de producere a aliajelor de aluminiu și, aproximativ un an mai târziu, a depus un brevet suplimentar pentru producerea electrolitică a bronzului de aluminiu. Pentru a face acest lucru, în electrolizor este introdusă o cantitate adecvată de cupru metalic. Brevetul indică, de asemenea, posibilitatea electrolizei simultane a aluminei și a oxidului de metale grele. După cum se poate observa din schița (Fig. 5) împrumutată din brevetul suplimentar al lui Héroult, nu există deloc încălzire externă a celulei, iar descrierea afirmă că „curentul electric produce suficientă căldură pentru a menține alumina în stare topită. stat."

Héroux nu a putut să-și realizeze invenția în Franța și a făcut-o în Elveția, la uzina din Neuhausen, lansată la sfârșitul anului 1888. Această fabrică a fost prima întreprindere de aluminiu din Europa care a funcționat după metoda electrolitică. La început, fabrica producea bronz de aluminiu pe baza unui brevet suplimentar de la Héroult. Curând (1891). cu toate acestea, fabrica de la Neuhausen a trecut la producția de aluminiu pur.

Hall, Mac și Eru, pe când erau încă studenți, au devenit interesați de problema obținerii aluminiului și au făcut experimente în speranța de a găsi cea mai economică modalitate de a produce acest metal. În cercetările sale, Hall a urmat inițial o cale pur empirică. A încercat să aplice metoda reducerii termice, apoi a trecut la electroliza soluțiilor apoase de săruri de aluminiu, s-a convins de necesitatea trecerii la electroliză în mediu neapos și, în cele din urmă, a început să caute un solvent pentru alumină. În acest scop, Hall a încercat diverse săruri cu fluor. În februarie 1886, a testat criolitul și a găsit în el o solubilitate foarte ușoară a aluminei, care a dispărut rapid în sare topită, dizolvându-se „ca zahărul sau sarea în apă clocotită”.

La 23 februarie 1886, Hall a electrolizat o soluție de alumină în criolit topit și a obținut aluminiu. La 9 iulie 1886, a depus cererea pentru „brevet principal”, care i-a fost eliberat la 2 aprilie 1889.

În 1888, în Kensington, lângă Pittsburgh (SUA), a început prima producție de aluminiu în SUA folosind metoda electrolitică Hall cu producția a 50 de lire sterline (28,65 kg) de metal pe zi (Fig. 6). Din 1894, energia Cascadelor Niagara a fost folosită pentru această producție.

Smochin. 6. Prima producție de aluminiu prin metoda Hall din Pittsburgh

De la apariția metodei Eru și Hall, începe de fapt dezvoltarea industriei moderne a aluminiului, care a devenit unul dintre cele mai mari sectoare ale economiei mondiale peste o jumătate de secol de existență.

Mișcarea prețurilor la aluminiu pe piața mondială este foarte indicativă. Timp de 30 de ani, în timp ce aluminiul a fost obținut prin mijloace chimice, prețul a fost aproximativ la nivelul de 45 de ruble. pe kilogram. Din 1890, când metoda electrolitică le-a înlocuit pe toate celelalte, a existat o scădere rară a prețului aluminiului, care în toți anii următori a fost în medie de 1 rublă. pe kilogram.

Primele încercări de organizare a producției de aluminiu în țara noastră datează din anii 80 ai secolului trecut, când în apropiere de Moscova pentru a obține aluminiu prin mijloace chimice, s-a construit o mică fabrică, care a existat totuși pentru o perioadă foarte scurtă Os 1892 până în 1893).

La începutul acestui secol prof. P. P. Fedotiev (1864-1934) și alți oameni de știință ruși au efectuat o serie de studii teoretice în domeniul studierii metodei moderne de producție a aluminiului, care a câștigat faima mondială. Cu toate acestea, abia după Revoluția Socialistă din octombrie s-au creat condițiile pentru organizarea și dezvoltarea industriei aluminiului în țara noastră.

Primele experimente de obținere a aluminiului la scară semnificativă au fost efectuate în 1929 la inițiativa Consiliului Regional al Economiei Naționale din Leningrad la uzina Krasny Vyborzhets (Leningrad), sub îndrumarea prof. P. P. Fedotiev. În 1930, la Leningrad a fost lansată o fabrică experimentală de aluminiu, care a jucat un rol important în dezvoltarea industriei sovietice de aluminiu. Timp de patru ani, această fabrică a testat diverse echipamente și a instruit muncitori și personal de inginerie pentru primele întreprinderi din aluminiu.

În mai 19321 a fost lansată uzina de aluminiu Volhov, construită pe baza hidrocentralei Volhov, iar în iunie 1933, uzina de aluminiu Nipru, construită pe baza Niprogesului. În 1938, a fost pusă în funcțiune uzina de alumină Tikhvin, situată în imediata apropiere a zăcământului de bauxită Tikhvin. Mai departe, în septembrie 1939, uzina de aluminiu Ural a fost lansată cu echipamente mai avansate și mai puternice decât cele anterioare, iar apoi, deja în timpul Marelui Război Patriotic, o serie de noi fabrici de aluminiu construite în regiunile de est ale țării.

Postări asemănatoare:

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Agenția Federală pentru Educație

Universitatea Tehnică de Stat Magnitogorsk

lor. Nosova

Departamentul de Metalurgie Feroasă

Rezumat despre disciplina „Istoria metalurgiei”

METALURGIE ALUMINIU

adnotare

Introducere

1. Proprietățile aluminiului

2. Aplicarea aluminiului

3. Materii prime

4. Producția de alumină

5. Producția electrolitică de aluminiu

6. Rafinarea aluminiului

Concluzie

Lista literaturii folosite

Introducere

Cuvântul „metalurgie” provine din greacă:

metalleu® - Sapat, mine din pământ;

metalurgeo - exploat minereu, proces metale;

metalon - al meu, metal.

Acest cuvânt înseamnă domeniul științei și tehnologiei, acoperind prelucrarea minereurilor extrase din intestine, obținerea metalelor și aliajelor, conferindu-le anumite proprietăți.

În antichitate, în Evul Mediu și relativ recent, până în vremea lui M.V. Lomonosov, se credea că există 7 metale (aur, argint, cupru, staniu, plumb, fier, mercur).

În 1814, chimistul suedez J. Berzelius a sugerat folosirea caracterelor alfabetice care sunt folosite de întreaga lume, cu rare excepții.

Astăzi, peste 80 de metale sunt cunoscute științei, majoritatea fiind folosite în tehnologie.

În practica mondială, există o împărțire a metalelor în feroase (fier și aliaje pe baza acestuia) și toate celelalte - neferoase (Non-ferrousmetals, engleză; Nichtei-senmetalle, germană) sau metale neferoase. Metalurgia este adesea împărțită în feroase și neferoase. În prezent, metalele feroase reprezintă aproximativ 95% din toate produsele metalice produse în lume.

În prezent, producția metalurgică este unul dintre sectoarele prioritare ale economiei naționale.

1. PROPRIETATI ALE ALUMINULUI

Aluminiul formează aliaje cu multe elemente. În stare topit, aluminiul este fluid și umple bine matrițele; în stare solidă, este bine deformat și poate fi ușor tăiat, lipit și sudat.

Dintre aliajele de aluminiu, duraluminiul și siluminii sunt de cea mai mare importanță.

Siluminile sunt aliaje turnate de aluminiu cu siliciu. Au calități bune de turnare și proprietăți mecanice.

2. APLICAȚII ALUMINIU

Aluminiul și aliajele sunt utilizate pe scară largă în multe industrii, inclusiv în aviație, transport, metalurgie, industria alimentară, etc. . Aluminiul este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi, industria alimentară, în energia nucleară și navele spațiale sunt fabricate din aluminiu și aliajele sale.

Datorită afinității chimice mari a aluminiului pentru oxigen, acesta este utilizat în metalurgie ca dezoxidant, dar și pentru obținerea, prin așa-numitul procedeu aluminotermic, a metalelor greu recuperabile (calciu, litiu etc.).

În ceea ce privește producția totală de metale din lume, aluminiul ocupă locul al doilea după fier. ,

3. MATERII PRIME

Principala metodă modernă de producție a aluminiului este metoda electrolitică, care constă din două etape. Prima este producerea de alumină (Al 2 O 3) din materii prime minereu, iar a doua este producerea de aluminiu lichid din alumină prin electroliză.

Minereuri de aluminiu. Datorită activității chimice ridicate, aluminiul se găsește în natură numai sub formă legată: corindon Al 2 O 3, gibbsite Al 2 O 3. 3H20, boehmit Al203. H2O, cianită 3Al2O3, 2SiO2, nefelină (Na, K)2O. Al203. 2SiO2, caolinit Al2O3, 2SiO2. 2H2O şi altele. Principalele minereuri de aluminiu utilizate în prezent sunt bauxitele, precum și nefelinele și alunitele.

bauxite. Aluminiul din bauxite se găsește în principal sub formă de hidroxizi de aluminiu (gibbsite, boehmit etc.), corindon și caolint. Compoziția chimică a bauxitei este destul de complexă. Acestea conțin adesea mai mult de 40 de elemente chimice. Conținutul de alumină în ele este de 35-60%, silice 2-20%, oxid Fe 2 O 3 2-40%, oxid de titan 0,01-10%. O caracteristică importantă a bauxitelor este raportul dintre conținutul lor de Al 2 O 3 și SiO 2 în greutate - așa-numitul modul de siliciu.

Depozitele mari de bauxită din țara noastră includ Tikhvinskoye (regiunea Leningrad), Severouralskoye (regiunea Sverdlovsk), Yuzhnouralskoye (regiunea Chelyabinsk), Turgai și Krasnooktyabrskoye (regiunea Kostanay).

Nefelinele fac parte din sienitele și urtitele nefeline. Un mare depozit de urtite este situat în Peninsula Kola. Principalele componente ale urtitei sunt nefelina și apatita 3Ca 3 (PO 4) 2 . CaF2. Ele sunt supuse îmbogățirii prin flotație cu eliberarea de concentrate de apatită nefelină. Concentratul de apatită este utilizat pentru prepararea îngrășămintelor cu fosfat, iar concentratul de nefelină este folosit pentru a produce alumină. Concentratul de nefelină conţine, %: 20-30 Al203, 42-44 SiO2, 13-14 Na20, 6-7 K20, 3-4 Fe203 şi 2-3 CaO.

Alunitele sunt sulfat de aluminiu bazic și potasiu (sau sodiu) K 2 SO 4 . Al2(S04)3. 4Al(OH)3. Conținutul de Al 2 O 3 în ele este scăzut (20-22%), dar conțin și alte componente valoroase: anhidridă sulfuric SO 3 (~ 20%) și alcali Na 2 O, K 2 O (4-5%). Astfel, ele, ca și nefelinele, sunt materii prime complexe.

Alte materii prime. În producția de alumină se folosește NaOH alcalin, uneori calcar CaCO 3, în electroliza aluminei, criolitul Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3) și puțină fluorură de aluminiu AlF 3, precum și CaF 2 și MgF 2.

4. PRODUCȚIE DE ALUMINĂ

În străinătate, aproape toată alumina se obține din bauxite în principal prin metoda Bayer (K.I. Bayer este un inginer austriac care a lucrat în Rusia), la fabricile interne, alumina se obține din bauxită prin metoda Bayer și din bauxite și nefeline prin metoda sinterizării. Ambele metode aparțin metodelor alcaline de separare a aluminei de minereuri. Este fezabil din punct de vedere economic să se utilizeze metoda Bayer pentru prelucrarea bauxitelor cu un conținut scăzut de SiO 2 (cu un modul de siliciu Al 2 O 3 / SiO 2 mai mult de 5-7), deoarece cu o creștere a cantității de SiO 2 mai mult și mai mult Al 2 O 3 și alcalii utilizate în proces se pierd din cauza formării compusului chimic Na 2 O. Al203. 2SiO2. 2H2O.

Pentru prelucrarea bauxitei cu un modul de siliciu mai mic de 5-7, metoda de sinterizare este mai economică. Datorită epuizării depozitelor de bauxită bogate în alumină și implicării în producție a bauxitelor mai sărace, ponderea metodei Bayer în producția de alumină este în scădere și ponderea metodei de sinterizare este în creștere.

metoda Bayer

Procesul Bayer, o metodă de izolare a aluminei din bauxită, se bazează pe leșiere, al cărei scop este dizolvarea oxidului de aluminiu conținut în bauxită, evitând transferul în soluție a componentelor rămase ale bauxitei. Metoda se bazează pe o reacție chimică reversibilă:

Al 2 O 3, nH 2 O + 2 NaOH \u003d Na 2 O. Al203 + (n + 1)H2O

Când reacția se desfășoară spre dreapta, alumina sub formă de aluminat de sodiu trece în soluție, iar în cursul invers al reacției, Al2O3 hidratat rezultat precipită.

1. Prepararea bauxitei pentru levigare. Bauxita este zdrobită și măcinată până la fracțiuni de 0,05 - 0,15 mm în mediu de soluție de circulație alcalină și alcalină adăugată, se adaugă și puțin var pentru a activa levigarea.

2. Leşierea. Pulpa obtinuta in timpul macinarii este trimisa la levigare. Pentru cursul complet al reacției de mai sus la dreapta (formarea de aluminat de sodiu), un mediu alcalin, presiune înaltă (~ 3 MPa), încălzirea pulpei la 100 - 240 0 C (în funcție de gradul de bauxită) și lungă (aproximativ 2 ore) este necesară amestecarea. Astfel de condiții sunt asigurate în autoclave - vase care funcționează sub presiune. Autoclavele folosite sunt (Fig. 2) un vas cilindric de otel cu diametrul de 1,6 - 2,5 si inaltimea de 13,5 - 17,5 m. Presiunea in autoclava este de 2,5 - 3,3 MPa, pulpa este alimentata de sus, de jos prin conducta 2 cu barbotatorul 3 - abur care o incalzeste si o amesteca. Pulpa este stoarsă din autoclavă prin conducta 1.

Pasta este trecută de obicei printr-o baterie de 6-10 autoclave instalate succesiv, unde alumina conținută în pastă sub formă de Al 2 O 3 , H 2 O , Al 2 O 3 , 3H 2 O și Al 2 O 3 reacționează cu alcalin timp de ~ 2 ore (reacția este dată mai sus), transformându-se în Na2O. Al203. Pulpa este aruncată în prima autoclavă cu o pompă, preîncălzită la ~ 150 0 C, din ultima autoclavă pulpa intră în două autoclave-evaporatoare, în care presiunea este redusă la presiunea atmosferică. Produsul este o suspensie autoclavată constând dintr-o soluție de aluminat (conținând Na2O. Al2O3) și nămol (un sediment în care precipită impuritățile rămase de bauxită).

3. Separarea soluției de aluminat și a nămolului după diluarea pastei cu apă se realizează în îngroșătoare (decantoare) - vase cu diametrul de 15 - 50 m, la fundul cărora se depune nămolul, iar soluția de aluminat decantată. se scurge prin vârf. În plus, este trecut prin filtre și trimis la următoarea operație - descompunere. Nămolul roșu rezultat (colorat cu particule de F 2 O 3) merge la haldă, nămolul conține, %:

Al20312-18, Si026-1, F20344-50, CaO. 8-13

4. Descompunerea soluției de aluminat, numită descompunere sau răsucire, se realizează pentru a transfera aluminiul din soluție în precipitat sub formă de Al 2 O 3, 3H 2 O, pentru care reacția de lixiviare de mai sus este asigurată la stânga, spre formarea de Al 2 O 3 , 3H 2 O. Pentru ca această reacție să se desfășoare spre stânga este necesar să se scadă presiunea, să se dilueze și să se răcească soluția, să se introducă în ea semințe și pulpă pentru a obține suficient cristalele mari de Al203, 3H20 se agită timp de 50-90 ore.

Acest proces se desfășoară într-o serie de descompozitoare instalate în serie și conectate prin sifoane bypass, prin care pulpa trece în serie. Se instalează în serie 10-11 descompozitoare cu agitare mecanică sau 16-28 descompotoare cu agitare cu aer a pastei.

5. Separarea cristalelor de hidroxid de aluminiu din soluție și clasificarea cristalelor după mărime. După descompunere, pulpa intră în agenți de îngroșare, unde hidroxidul este separat de soluție. Hidroxidul obținut în hidroseparatoare este împărțit într-o fracție cu o dimensiune a particulei de 40-100 μm și o fracțiune fină, care este folosită ca sămânță pentru descompunere. Fracția mare este spălată, filtrată și trimisă la calcinare.

6. Calcinarea sau deshidratarea hidroxidului de aluminiu se realizează în cuptoare rotative tubulare căptușite cu șamotă, cu diametrul de 2,5-5 și lungimea de 35-110 m, încălzite cu gaz natural sau păcură. Hidroxidul se amestecă lent de-a lungul tamburului rotativ spre debitul de 200-300 0 С la locul de încărcare până la ~ 1200 0 С lângă arzător, are loc reacția: Al 2 O 3 , 3H 2 O = Al 2 O 3+, 3H20, care se termină la 900°C. Produsul este Al203alumină (pulbere albă).

Extracția aluminei folosind procedeul Bayer descris este de aproximativ 87%. ,

Metoda de sinterizare

Metoda este utilizată pentru a obține alumină din bauxită cu conținut ridicat de siliciu cu un modul de siliciu mai mic de 5-7 și din minereuri de nefelină; metoda este potrivită și pentru prelucrarea oricărei materie primă din aluminiu.

Esența metodei este obținerea de aluminați solizi prin sinterizarea acestora la temperaturi ridicate (~ 1300 0 C) și leșierea ulterioară a sinterului obținut.

Obținerea aluminei din bauxită. Principalele etape ale acestui proces sunt următoarele.

Pregătirea pentru sinterizare. Bauxita și calcarul după zdrobire sunt zdrobite în mori în mijlocul unei soluții de sifon reciclat cu adaos de sifon proaspăt, obținându-se o pulpă cu un conținut de umiditate de 40%.

Sinterizarea se realizează în cuptoare rotative tubulare încălzite cu un diametru de până la 5 m și o lungime de până la 185 m. Temperatura în cuptor crește de la 200 -300 0 C la punctul de alimentare al celulozei la ~ 1300 0 C la capătul de refulare la arzător. Când este încălzit, oxidul de aluminiu se transformă în aluminat de sodiu solubil în apă:

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 \u003d Na 2 O. Al 2 O 3 + CO,

iar siliciul se leagă de silicați puțin solubili: SiO 2 + 2CaO = 2CaO. SiO2. Bauxita reacționează și cu soda, formând Na 2 O. Fe2O3. Acești compuși chimici sunt sinterizați, formând piese parțial topite - sinterizare.

După cuptorul de prăjire, prăjitura este răcită în frigidere, zdrobită până la o dimensiune de particule de 6-8 mm și trimisă la levigare.

Leşierea se efectuează cu apă caldă prin metoda curgerii în aparate de diferite modele: difuzoare (vase cilindrice în care se încarcă şi se descarcă sinterul în porţiuni), în lixiviare transportoare etc. Cele mai avansate sunt leşitoarele tubulare continue (Fig. 3). Sinterizarea încărcată prin buncărul 1 într-un vas de 26 m înălțime, datorită descarcării continue de către descărcatoarele sectoriale 2, se deplasează în jos și este spălată cu un contracurent de apă. Aluminatul de sodiu se dizolvă în apă, apa descompune ferita de sodiu Na 2 O. Precipită Fe2O3 şi Fe2O3. Produsele de leșiere sunt soluția de aluminat și noroiul roșu care conține Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO. Puțin siliciu trece în soluția de aluminat sub formă de hidrosilicați și, prin urmare, soluția este supusă desiliconizării.

Desiliconizarea soluției de aluminat se efectuează într-o baterie de autoclave pentru o expunere îndelungată (~ 2,5 h) la o temperatură de 150 - 170 0 C. În aceste condiții, se dezvoltă cristale ale compusului Na2O insolubil în apă. Al203. 2SiO 2, 2H 2 O (uneori se adaugă var în soluţie, în acest caz se formează cristale de CaO, Al 2 O 3. 2SiO 2, 2H 2 O). Pulpa iese din autoclave, constând dintr-o soluție de aluminat și un precipitat - nămol alb. Apoi, soluția este separată de noroiul alb prin îngroșare și filtrare. Namolul alb intră în sarcina de sinterizare, iar soluția este trimisă pentru carbonizare.

Carbonizarea se realizează cu scopul de a separa aluminiul într-un precipitat de Al 2 O 3 . 3H 2 O (carbonizarea înlocuiește descompunerea în procesul Bayer). Carbonizarea se realizează în vase de formă cilindrică sau cilindrică cu un volum de până la 800 m 3 prin trecerea prin soluția de gaze de evacuare a cuptoarelor de sinterizare care conțin 10 -14% CO 2 . Gazele amestecă soluția și descompun aluminatul de sodiu:

Na2O. Al 2 O 3 + CO 2 + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3. 3H2O + Na2CO3

iar hidroxidul de aluminiu precipită.

În continuare, se efectuează aceleași operațiuni tehnologice ca în metoda Bayer: separarea Al 2 O 3 . 3H 2 O din soluţie şi calcinare - deshidratare a hidroxidului de aluminiu prin calcinare în cuptoare tubulare pentru obţinerea aluminei Al 2 O 3 .

Consumul aproximativ de materiale pentru obținerea a 1 tonă de alumină, t: bauxită 3,2 - 3,6; calcar 1,35; var 0,025; sodă 0,19; combustibil de referință 1,1 - 1,2; electricitate ~ 800 kWt.

Obținerea aluminei din nefeline. Concentratul de nefelină sau minereul și calcarul după zdrobire sunt măcinate în mediu apos, obținându-se pulpă pentru sinterizare. Datorită prezenței alcalinelor în compoziția nefelinei, nu sunt necesare adaosuri la încărcătura de sifon.

Sinterizarea se realizează în cuptoare rotative tubulare încălzite cu un diametru de 3–5 și o lungime de până la 190 m; pulpa este turnată în cuptor din partea de gaz, unde temperatura este de 200 - 300 0 C, iar la capătul de descărcare ajunge la 1300 0 C. În procesul de încălzire, nefelina interacționează cu calcarul:

(Na, K)20.Al203. 2SiO 2 + 4 CaCO 3 \u003d (Na, K) 2 O. Al2O3 + 2(2CaO. SiO2) + 4CO2

Ca rezultat al acestei reacții, Na 2 O și K 2 O, care fac parte din nefelină, asigură conversia aluminei în aluminați solubili în apă, iar CaO leagă silicea într-un silicat dicalcic slab solubil. Prajitura rezultata se raceste la frigider si se zdrobeste.

Leșierea turtei de nefelină se combină cu măcinarea acesteia și se realizează în mori cu bile sau cu tije în apă fierbinte cu o soluție alcalină obținută după carbonizare. În timpul procesului de levigare, aluminații sunt dizolvați în apă și rămâne nămol calcar-siliceos, care merge la producția de ciment.

Desiliconizarea soluției de aluminat are loc în două etape. Primul se efectuează în autoclave timp de 1,5-2 ore la o temperatură de 150-170 0 C; în acest caz, aluminosilicații care conțin silice precipită, acest precipitat intră în sarcina de sinterizare.

A doua parte a soluției de aluminat este suplimentar desiliconizată în mixere cu adaos de var la ~ 95 0 C timp de 1,5-2 ore.În acest caz, precipită nămol de var-silicat și se asigură desiliconizarea profundă a soluției de aluminat. Apoi această soluție este supusă calcinării, obținându-se hidroxid de aluminiu și soluție de sodă profund desiliconizată în sediment, din care se obțin în continuare potasiu (K 2 CO 3) și calcina de sodiu (Na 2 CO 3); desiliconizarea profundă este necesară pentru a obține aceste produse comercializabile.

Calcinare. Hidroxidul de aluminiu după ambele ramuri ale prelucrării soluției de aluminat este supus spălării și filtrării și apoi trimis la calcinare (deshidratare), care se realizează în același mod ca în metoda Bayer, obținându-se alumina.

Consumul aproximativ de materiale pentru obtinerea a 1 tona de alumina din nefelina, t: nefelina 4; calcar 7; var 0,1; combustibil de referință 1,5; electricitate ~ 1000 kWh.Totodata se obtin aproximativ 1 tona de produse sifon si pana la 10 tone de ciment.

5. PRODUCEREA ELECTROLITICĂ A ALUMINIU

Aluminiul se obține prin electroliza aluminei dizolvate în electroliza topită, a cărei componentă principală este criolitul. În criolitul pur Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3) raportul NaF: AlF 3 este 3, pentru a economisi energie electrică este necesar ca acest raport să fie în intervalul 2,6-2,8 în timpul electrolizei, prin urmare se adaugă fluorură de aluminiu AlF 3 la criolit. În plus, la electrolit se adaugă puțin CaF2, MgF2 și uneori NaCl pentru a scădea punctul de topire. Conținutul de componente principale din electrolitul industrial se încadrează în următoarele limite, %: Na 3 AlF 6 75-90; AlF35-12; MgF22-5; CaF22-4; Al2032-10.

Baia sau celula de electroliză în care se efectuează electroliza are o formă dreptunghiulară în plan. O carcasă din tablă de oțel înconjoară pereții băii, iar pentru băile mari este realizată cu fund. În interior se află un strat de argilă refractară și apoi pereții sunt căptușiți cu plăci de cărbune, iar fundul este format din blocuri de cărbune de vatră. O baie de 0,5-0,6 m adâncime este umplută cu un electrolit și un strat de aluminiu lichid sub ea.

Anodul de carbon este suspendat pe tije de oțel, astfel încât capătul său inferior să fie scufundat în electrolit, curentul este furnizat anodului prin tijele din anvelope.

Puterea celulei, determinată de puterea curentului furnizat acesteia, variază de la 30 kA pentru băile de putere mică până la 250 kA pentru băile de mare putere.

Băile de electroliză cu anozi precoperți au un ansamblu anodic compus din mai multe blocuri de carbon sau grafit dispuse pe două rânduri. Fiecare bloc are patru nipluri de oțel conectate la tijă; acest dispozitiv servește la alimentarea cu curent și la suspendarea unității. Blocurile arse sunt înlocuite cu altele noi. Deasupra căzii se află o cutie de recuperare a gazelor.

Utilizarea anozilor coapți a făcut posibilă creșterea capacității unitare a băilor și reducerea semnificativă a eliberării de substanțe cancerigene dăunătoare care se formează în timpul cocsării pasului de electroni cu autococere.

Băile electronice sunt amplasate în atelier în rând - câteva zeci de băi la rând.

Electroliza se efectuează la o tensiune de 4-4,3 V și, după cum s-a menționat, la o densitate de curent specifică care trece prin anod egală cu 0,65-1,0 A / cm 2. Grosimea stratului de electrolit din baie este de 150-250. mm. Temperatura băii se menține în intervalul 950-970 0 C datorită căldurii degajate în timpul trecerii curentului continuu prin electrolit. Astfel de temperaturi apar sub anod și se formează o crustă de electrolit solidificat la granița cu aerul și un strat solidificat de electrolit (așchii) lângă pereții băii.

Temperatura necesară a băii, adică eliberarea cantității necesare de căldură în stratul de electrolit, este asigurată la o anumită rezistență electrică a stratului de electrolit. O astfel de rezistență electrică este obținută prin menținerea compoziției electrolitului și a grosimii stratului său conductiv în limitele specificate, adică distanța dintre anod și stratul de aluminiu lichid în 40-60 mm.

Când se aplică o tensiune la catod și anod, componentele electrolitului lichid suferă disociere electrolitică, iar topitura constă din numeroși cationi și anioni. Compoziția electrolitului este aleasă astfel încât, în conformitate cu valorile potențialelor de descărcare de pe electrozi, doar cationii Al 3+ și anionii O 2-, care se formează în timpul disocierii Al 2 O 3 în electrolit. , poate fi descărcat.

Aluminiul descărcat la catod se acumulează pe fundul băii sub stratul de electrolit. Eliberat la anod cu formarea de gaze CO și CO2, adică partea inferioară a anodului este oxidată și, prin urmare, anodul este coborât periodic. Gazele CO și CO 2 ies de sub anozi de-a lungul suprafețelor lor laterale, ele conțin compuși toxici de fluor eliberați din electrolit și praful de alumină; aceste gaze sunt captate și curățate de praf și compuși ai fluorului.

În cursul procesului, alumina este încărcată periodic în băi; controlează compoziția electrolitului prin introducerea de aditivi corectori; cu ajutorul regulatoarelor se mentine distanta optima intre anozi si aluminiul lichid. Alumina este încărcată în băi de sus, în acest scop, crusta de electrolit sinterizat este tăiată cu ajutorul mașinilor care se deplasează de-a lungul băilor.

Aluminiul lichid este îndepărtat din băi o dată pe zi sau după 2-3 zile folosind găleți cu vid. Oala de vid este un recipient căptușit cu șamotă care conține 1,5-5 tone de aluminiu, în care se creează un vid de ~ 70 kPa. Tubul de admisie conectat la duza oalului este scufundat de sus într-un strat de aluminiu lichid și aspirat în oală.

Gazele anodice eliberate sunt trimise mai întâi la arzătoare, unde sunt arse sublimele de CO și gudron, iar apoi la curățarea gazelor, unde sunt captate praful și compușii de fluor.

Productivitatea băilor moderne de electroliză este de 500-1200 kg de aluminiu pe zi. Pentru a obține 1 tonă de aluminiu se consumă ~ 1,95 tone de alumină, ~ 25 kg de criolit, 25 kg de fluorură de aluminiu, 0,5-0,6 tone de masă anodică, 14-16 MWh de energie electrică. ,

6. RAFINAREA ALUMINIU

Aluminiul extras din băile de electroliză se numește aluminiu brut. Conține impurități metalice și nemetalice, precum și gaze (hidrogen, oxigen, azot, oxizi de carbon, dioxid de sulf). Impuritățile nemetalice sunt particule de alumină antrenate mecanic, electroliți, particule de căptușeală etc.

Pentru curățarea de impurități prinse mecanic, gaze dizolvate, precum și de Na, Ca și Mg, aluminiul este supus clorării. Pentru a face acest lucru, un tub este introdus în oala cu vid, prin care este furnizat clor gazos timp de 10-15 minute și pentru a crește suprafața de contact a gazului cu metalul, dopuri ceramice poroase sunt atașate la capătul tubului, asigurând zdrobirea jetului de gaz în bule mici. Clorul reacţionează energic cu aluminiul pentru a forma clorură de aluminiu AlCl 3 . Vaporii de clorură de aluminiu se ridică prin stratul de metal și împreună cu ei plutesc în sus impuritățile nemetalice în suspensie, o parte din gaze și clorurile de Na, Ca, Mg și H2 rezultate.

Apoi, aluminiul este turnat în cuptoare electrice de mixare sau în cuptoare cu reverberație, unde rămâne timp de 30-45 de minute. Scopul acestei operațiuni este purificarea suplimentară a incluziunilor nemetalice și gazoase și mediarea compoziției prin amestecarea aluminiului din diferite băi. Apoi, aluminiul este turnat fie în lingouri pe mașini de turnare cu transportoare, fie în instalații de turnare continuă a lingourilor pentru laminare sau tragere. În acest fel, se obține aluminiu cu o puritate de cel puțin 99,8% Al.

Aluminiul de puritate mai mare este obținut la scară industrială prin rafinarea electrolitică ulterioară a aluminiului lichid conform așa-numitei metode cu trei straturi. Baia de electroliză are pereți de magnezit, vatră de cărbune și catozi de grafit suspendați de sus. Aluminiul inițial se toarnă pe vatră prin orificiul lateral pe porțiuni, menținând aici stratul anodic de o anumită grosime; deasupra este un strat electrolit de săruri de fluor și clorură, iar deasupra electrolitului este un strat de aluminiu purificat, care este mai ușor decât electrolitul; capetele catozilor sunt scufundate în acest strat.

Pentru ca aluminiul rafinat să fie în partea de jos, acesta este făcut mai greu prin formarea unui aliaj de aluminiu-cupru în stratul anod. În timpul electrolizei, ionii de Al 3+ se deplasează din stratul anodic prin stratul de electrolit către stratul catodic și sunt descărcați aici. Metalul catodic pur care se acumulează pe suprafața băii este scos și turnat în lingouri. Această metodă produce aluminiu cu o puritate de 99,95%. Consumul de energie electrică este de ~ 18000 kWh per 1 tonă de aluminiu. Aluminiul mai pur se obține prin topirea zonei sau prin distilare prin subhalogenuri.

CONCLUZIE

Din materialul luat în considerare rezultă că aluminiul este unul dintre metalele necesare în industrie. Metalurgia aluminiului joacă un rol important în dezvoltarea tehnologiilor moderne.

LISTA LITERATURII UTILIZATE

1. Gabrielyan O.S. Chimie.- M.: Gutarda, 2004

2. Voskoboinikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev A.M. Metalurgie generală.- M .: ICC „Akademkniga”, 2004

3. Kulman A.G. Chimie generală.- M.: „Kolos”, 1968.

Pentru prima dată, aluminiul metalic a fost obținut chimic de chimistul german F. Wöhler în 1821 (prin reducerea din clorură de aluminiu cu potasiu metalic la încălzire). În 1854, omul de știință francez Saint-Clair Deville a propus o metodă electrochimică pentru producerea aluminiului prin reducerea clorurii duble de aluminiu-sodiu cu sodiu.

Productie si productie de aluminiu

Aluminiul metalic se obține în trei etape:

Obținerea aluminei (Al 2 O 3) din minereuri de aluminiu;
Obținerea aluminiului din alumină;
rafinarea aluminiului.

Obținerea de alumină

Aproximativ 95% din toată alumina este obținută din minereurile de bauxită.

Bauxită(bauxită franceză) (după numele zonei Baux din sudul Franței) - minereu de aluminiu, constând din hidroxizi de aluminiu, oxizi de fier și siliciu, materii prime pentru producerea de alumină și refractare care conțin alumină. Conținutul de alumină din bauxite comerciale variază de la 40% la 60% și mai mult. De asemenea, este folosit ca flux în metalurgia feroasă.

Poza 1 - Minereu de bauxita

În mod obișnuit, bauxita este o masă pământoasă, asemănătoare argilei, care poate avea o textură cu bandă, pisolitică (asemănătoare cu mazărea) sau uniformă. În condiții normale de intemperii, feldspații (mineralele care alcătuiesc cea mai mare parte a scoarței terestre și sunt aluminosilicați) se descompun formând argile, dar în climatul cald și cu umiditate ridicată, bauxita poate fi produsul final al descompunerii lor, deoarece un astfel de mediu favorizează îndepărtarea. alcaline și silice, în special din sienite sau gabro. Bauxitele sunt procesate în aluminiu în etape: mai întâi se obține oxid de aluminiu (alumină), apoi aluminiu metalic (electrolitic în prezența criolitului).

Principalele impurități din bauxite sunt Fe 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 . Micile impurități ale bauxitei includ: Na 2 O, K 2 O, CaO, MgO, elemente de pământuri rare, Cr, P, V, F, organice.

De obicei, bauxitele sunt clasificate:

după culoare;
prin mineralul principal (mai des sunt amestecate);
după vârstă.

Criteriile principale calităţile minereului de aluminiu sunt:

Modul de siliciu (Msi = Al203/Si02 (% în greutate)). Cu cât modulul de siliciu este mai mare, cu atât calitatea este mai bună (Msi = 7);
Conținutul de fier în termeni de Fe 2 O 3 . Dacă conținutul de Fe 2 O 3 este de aproximativ 18 % în greutate, atunci bauxita este considerată un conținut ridicat de fier. Cu cât este mai mare conținutul de fier, cu atât este mai dificil să extragi bauxită;
Conținut de sulf. Prezența unei cantități mari de sulf complică prelucrarea bauxitei;
Conținutul de carbonați în termeni de CO 3 (2-) . Prezența unei cantități mari de carbonați complică prelucrarea bauxitei.

Bauxitele sunt folosite:

în producția de alumină;
în producția de materiale abrazive;
în producția de materiale refractare;
ca flux pentru topirea oțelului cu focar deschis;
pentru uscarea gazelor și curățarea uleiului de sulf;
ca vopsea.

Până în prezent, principalii furnizori de bauxită sunt:

Australia - există și zăcăminte uriașe de Fe, Au, U, Ni, Co, Cu etc. Este mai profitabil să cumpărați materii prime din Australia decât să procesați propria dvs.
Guineea - Rusia are mai multe locuri achiziționate.
America Centrală: Guyana, Jamaica, Suriman.
Brazilia.

În Europa, toate depozitele sunt epuizate. Bauxitele sunt furnizate din Grecia, dar această materie primă este de proastă calitate.

Figura 2 - Rezerve de bauxită în lume

Mai jos sunt principalele zăcăminte de minereuri de aluminiu din Rusia.

Primul zăcământ a fost descoperit în 1914 lângă Sankt Petersburg, lângă orașul Tikhvin. La acest domeniu au fost construite 6 uzine. Cea mai mare este fabrica de aluminiu Volkhov. Până în prezent, zăcământul Tikhvinskoye este epuizat și funcționează în principal cu materii prime importate.
În 1931, a fost descoperit depozitul unic de bauxită de înaltă calitate Severo-Uralskoye (SUBR). A servit drept bază pentru construcția în 1939 a fabricii de aluminiu Ural (UAZ). Și pe baza minei de bauxită din Uralul de Sud (SUBR), a fost construită topitoria de aluminiu Bogoslovsky (BAZ).
Câmpul Severoonezhskoye este situat pe drumul către Peninsula Kola. Este în Plan, dar nu se cunoaște data construcției.
Depozitul Vislovskoe este un depozit pur de argilă de tip caolit. Nu este folosit pentru alumină.
Câmpul Timanskoye (Republica Komi, Varkuta). Canadienii sunt interesați de acest domeniu, așa că plănuiesc să construiască fabrici (Komi Sual este un holding).

Obținerea aluminei din minereurile de bauxită

Deoarece aluminiul este amfoter, alumina este produsă în trei moduri:

alcalin,
acid;
electrolitic.

Cea mai răspândită este metoda alcalină (metoda lui K. I. Bayer, dezvoltată în Rusia la sfârșitul secolului anterior și utilizată pentru prelucrarea bauxitelor de calitate superioară cu o cantitate mică (până la 5–6%) de silice). De atunci, performanța sa tehnică a fost îmbunătățită semnificativ. Schema de producere a aluminei prin metoda Bayer este prezentată în Figura 3.

Figura 3 - Schema de obținere a aluminei prin metoda Bayer

Esența metodei este că soluțiile de aluminiu se descompun rapid atunci când se introduce hidroxid de aluminiu în ele, iar soluția rămasă din descompunere după evaporare în condiții de amestecare intensivă la 169–170 °C poate dizolva din nou alumina conținută în bauxite. Această metodă constă din următoarele operații principale:

1. Prepararea bauxitei, care constă în zdrobirea și măcinarea acesteia în mori; morile sunt alimentate cu bauxită, alcalii caustice și o cantitate mică de var, ceea ce îmbunătățește eliberarea de Al 2 O 3 ; pulpa rezultată este alimentată pentru levigare;

2. Leșierea bauxitei (recent, blocurile de autoclave de formă rotundă folosite până în prezent au fost parțial înlocuite cu autoclave tubulare, în care leșierea are loc la temperaturi de 230–250 ° C (500–520 K), care constă în descompunerea sa chimică din interacțiunea cu o soluție apoasă alcaline; Hidrații de oxid de aluminiu, atunci când interacționează cu alcalii, intră în soluție sub formă de aluminat de sodiu:

AlOOH+NaOH→NaAlO2+H2O

Al(OH)3 +NaOH→NaAl02 +2H20;

Si02 +2NaOH→Na2Si03 +H2O;

în soluție, aluminatul de sodiu și silicatul de sodiu formează un aluminosilicat de sodiu insolubil; oxizii de titan și fier trec în reziduul insolubil, dând reziduului o culoare roșie; acest reziduu se numește noroi roșu. După terminarea dizolvării, aluminatul de sodiu rezultat este diluat cu o soluție apoasă de alcali în timp ce temperatura scade cu 100 ° C;

3. Separarea soluției de aluminat de nămol roșu, efectuată de obicei prin spălare în agenți de îngroșare speciali; ca urmare a acesteia se depune noroiul rosu, iar solutia de aluminat este drenata si apoi filtrata (clarificata). În cantități limitate, nămolul este folosit, de exemplu, ca aditiv pentru ciment. În funcție de gradul de bauxită, 0,6 - 1,0 tone de noroi roșu (reziduu uscat) cade pe 1 tonă de alumină produsă;

4. Descompunerea soluției de aluminat. Se filtrează și se pompează în recipiente mari cu agitatoare (descompunetoare). Hidroxidul de aluminiu Al(OH)3 este extras dintr-o soluție suprasaturată la răcire la 60 °C (330 K) și agitare constantă. Deoarece acest proces se desfășoară lent și inegal, iar formarea și creșterea cristalelor de hidroxid de aluminiu sunt de mare importanță în prelucrarea sa ulterioară, se adaugă o cantitate mare de hidroxid solid la descompozitori - semințe:

Na20Al203 + 4H20→Al(OH)3 + 2NaOH;

5. Alocarea hidroxidului de aluminiu și clasificarea acestuia; acest lucru se întâmplă în hidrocicloane și filtre cu vid, unde un precipitat care conține 50 - 60% particule de Al(OH) 3 este separat din soluția de aluminat. O parte semnificativă a hidroxidului este returnată în procesul de descompunere sub formă de material sămânță, care rămâne în circulație în cantități nemodificate. Reziduul după spălare cu apă trece la calcinare; filtratul este, de asemenea, readus în circulație (după concentrare în evaporatoare - pentru a leși noi bauxite);

6. Deshidratarea hidroxidului de aluminiu (calcinare); este operațiunea finală a producției de alumină; se realizează în cuptoare tubulare rotative, iar recent și în cuptoare cu mișcare turbulentă a materialului la o temperatură de 1150 - 1300 ° C; hidroxid de aluminiu brut, care trece printr-un cuptor rotativ, uscat și deshidratat; atunci când sunt încălzite, următoarele transformări structurale au loc secvenţial:

Al(OH) 3 → AlOOH → γ-Al 2 O 3 → α-Al 2 O 3

200 °C - 950 °C - 1200 °C.

Alumina calcinată finală conține 30 - 50% α-Al2O3 (corindon), restul este γ-Al 2 O 2 .

Această metodă extrage 85 - 87% din toată alumina produsă. Alumina rezultată este un compus chimic puternic cu un punct de topire de 2050 ° C.

Obținerea aluminiului prin electroliză

Reducerea electrolitică a oxidului de aluminiu dizolvat într-o topitură pe bază de criolit se realizează la 950–970 °C într-o celulă electrolitică. Celula este formată dintr-o baie căptușită cu blocuri de carbon, la baza căreia este alimentat un curent electric. Aluminiul lichid eliberat pe fund care servește drept catod este mai greu decât topitura sării electrolitului, prin urmare este colectat pe o bază de cărbune, de unde este pompat periodic (Figura 4). De sus, anozii de carbon sunt scufundați în electrolit, care ard în atmosferă oxigenul eliberat din oxidul de aluminiu, eliberând monoxid de carbon (CO) sau dioxid de carbon (CO 2). În practică, se folosesc două tipuri de anozi:

anozi Zederberg autocoapți, constând din brichete, așa-numitele „pâini” din masa Zederberg (cărbune cu conținut scăzut de cenușă cu 25 - 35% smoală de gudron de cărbune), umplute într-o carcasă de aluminiu; sub acțiunea temperaturii ridicate se arde masa anodului (sinterizat);
anozi arși sau „continui”, din blocuri mari de carbon (de exemplu, 1900 × 600 × 500 mm, cântărind aproximativ 1,1 tone).

Figura 4 - Schema electrolizorului

Puterea curentului la electrolizoare este de 150.000 A. Ele sunt conectate la rețea în serie, adică se obține un sistem (serie) - un rând lung de electrolizoare.

Tensiunea de funcționare pe baie, care este de 4 - 5 V, este mult mai mare decât tensiunea la care se descompune oxidul de aluminiu, deoarece pierderile de tensiune în diferite părți ale sistemului sunt inevitabile în timpul funcționării. Bilanțul de materii prime și energie la primirea a 1 tonă de aluminiu este prezentat în Figura 5.

Imaginea 5 - Bilanțul materiilor prime și energiei în producerea a 1 tonă de aluminiu

În vasul de reacție, oxidul de aluminiu este mai întâi transformat în clorură de aluminiu. Apoi, într-o baie strâns izolată, are loc electroliza AlCl 3 , dizolvată în sărurile topite ale KCl, NaCl. Clorul eliberat în acest proces este aspirat și alimentat pentru reciclare; aluminiul se depune pe catod.

Avantajele acestei metode față de electroliza existentă a unei topituri de criolit-alumină lichidă (Al 2 O 3 , Na 3 AlF 6 dizolvat în criolit) sunt: economisirea de până la 30% din energie; posibilitatea utilizării oxidului de aluminiu, care nu este potrivit pentru electroliza tradițională (de exemplu, Al 2 O 3 cu un conținut ridicat de siliciu); înlocuirea criolitului scump cu săruri mai ieftine; eliminarea pericolului de emisie de fluor.

Obținerea aluminiului rafinat

Pentru aluminiu, electroliza de rafinare cu descompunerea soluțiilor apoase de sare nu este posibilă. Întrucât în unele scopuri gradul de purificare a aluminiului industrial (Al 99,5 - Al 99,8), obținut prin electroliza unei topituri criolit-alumină, este insuficient, chiar și mai pur aluminiu (Al 99,99 R) se obține din aluminiu industrial sau deșeuri metalice prin rafinare. . Cea mai cunoscută metodă de rafinare este electroliza în trei straturi.

Rafinare prin electroliză în trei straturi

Căptușită cu o tablă de oțel, care funcționează în curent continuu (Figura 6), baia de rafinare este formată dintr-o vatră de cărbune cu conductoare de curent și o căptușeală termoizolantă de magnezit. Spre deosebire de electroliza unei topituri de criolit-alumină, anodul aici este, de regulă, metal rafinat topit (stratul inferior de anod). Electrolitul este compus din fluoruri pure sau un amestec de clorura de bariu si fluoruri de aluminiu si sodiu (stratul mijlociu). Aluminiul care se dizolvă din stratul anodic din electrolit este eliberat deasupra electrolitului (stratul catod superior). Metalul pur servește drept catod. Curentul este furnizat stratului catod de un electrod de grafit.

Figura 6 - Diagrama unei celule electrolitice cu focar frontal pentru rafinarea aluminiului (conform Fulda - Ginzberg)

1 - aluminiu topit; 2 – electrolit; 3 - aluminiu rafinat de înaltă frecvență; 4 – catod de grafit; 5 - perete de magnezit; 6 - claxon fata; 7 - strat izolator; 8 - izolatie laterala; 9 - vatra de carbuni; 10 – conductor anod; 11 - izolarea vetrei; 12 - cutie de fier; 13 - acoperire

Baia funcționează la 750 - 800 ° C, consumul de energie este de 20 kWh la 1 kg de aluminiu pur, adică ceva mai mare decât la electroliza convențională a aluminiului.

Metalul anodului conține 25–35% Cu; 7 – 12% Zn; 6 – 9% Si; până la 5% Fe și o cantitate mică de mangan, nichel, plumb și staniu, restul (40 - 55%) este aluminiu. Toate metalele grele și siliciul rămân în stratul anodic în timpul rafinării. Prezența magneziului în electrolit duce la modificări nedorite ale compoziției electrolitului sau la o zgură puternică a acestuia. Pentru a îndepărta magneziul, zgura care conțin magneziu este tratată cu fluxuri sau cu clor gazos.

Ca urmare a rafinarii se obtin aluminiu pur (99,99%) si produse de segregare (produs Ziger), care contin metale grele si siliciu si sunt izolate sub forma unei solutii alcaline si a unui reziduu cristalin. Soluția alcalină este un deșeu, iar reziduul solid este folosit pentru dezacidificare.

Aluminiul rafinat are de obicei următoarea compoziție, %: Fe 0,0005 - 0,002; Si 0,002 - 0,005; Cu 0,0005 - 0,002; Zn 0,0005 - 0,002; urme de Mg; Al rest.

Aluminiul rafinat este prelucrat într-un semifabricat în compoziția specificată sau aliat cu magneziu (tabelul 1).

Tabel 1 - Compoziția chimică a aluminiului de înaltă puritate și a aluminiului primar conform DIN 1712, foaia 1

		Impurități permise*, %
			inclusiv

* Pe cât posibil să se determine prin metode convenționale de cercetare.

** Aluminiul pur pentru electrotehnică (conductoare de aluminiu) este furnizat sub formă de aluminiu primar 99,5 care nu conține mai mult de 0,03% (Ti + Cr + V + Mn); desemnată în acest caz ca E-A1, numărul material 3.0256. În caz contrar, respectă VDE-0202.

Rafinare prin compuși complecși de organoaluminiu și topire în zone

Aluminiul de grad mai mare de puritate A1 99,99 R poate fi obținut prin rafinarea electroliza a aluminiului pur sau comercial pur folosind compuși complecși de organoaluminiu ai aluminiului ca electrolit. Electroliza are loc la o temperatură de aproximativ 1000°C între electrozii solizi de aluminiu și este similară în principiu cu electroliza de rafinare a cuprului. Natura electrolitului dictează necesitatea de a lucra fără aer și la o densitate scăzută de curent.

Acest tip de electroliză de rafinare, folosită la început doar la scară de laborator, este deja realizată la scară industrială mică - se produc mai multe tone de metal pe an. Gradul nominal de purificare a metalului rezultat este de 99,999 -99,9999%. Domeniile potențiale de aplicare pentru un metal de această puritate sunt ingineria electrică criogenică și electronica.

Este posibil să se utilizeze metoda de rafinare considerată în galvanizare.

Puritate și mai mare - nominal până la A1 99,99999 - poate fi obținută prin topirea ulterioară în zonă a metalului. La prelucrarea aluminiului de înaltă puritate într-un semifabricat, foaie sau sârmă, este necesar, având în vedere temperatura scăzută de recristalizare a metalului, să se ia măsuri de precauție speciale. O proprietate remarcabilă a metalului rafinat este conductivitatea sa electrică ridicată în regiunea temperaturilor criogenice.