โลหะวิทยาอลูมิเนียม อะลูมิเนียม การผลิตอะลูมิเนียม: เทคโนโลยี กระบวนการ และคำอธิบาย รับอลูมิเนียมขัดเงา

อลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดชนิดหนึ่งในเปลือกโลก โดยมีจำนวนมากกว่า 7% เป็นอันดับสามรองจากออกซิเจนและซิลิกอน ได้มาจากแร่บอกไซต์เช่น หินตะกอนซึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นเป็นออกไซด์

โลหะนี้เป็นที่รู้จักกันดีมานานกว่า 2,000 ปีและมีลักษณะเฉพาะด้วยการใช้งานทางเทคนิคอย่างกว้างขวาง ใช้ทำอะไรได้บ้าง?

ในอุตสาหกรรม อลูมิเนียมส่วนใหญ่จะใช้ในโลหะผสมกับองค์ประกอบอื่นๆ ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นวัสดุโครงสร้างอเนกประสงค์ที่ใช้งานได้หลากหลาย ในบรรดาโลหะผสมอลูมิเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โลหะผสมที่หล่อและโลหะผสมที่ใช้สำหรับการแปรรูปพลาสติกสามารถแยกแยะได้ องค์ประกอบของมันนอกเหนือไปจากอลูมิเนียมรวมถึงองค์ประกอบเช่น: ทองแดง, แมกนีเซียม, ซิลิกอนและแมงกานีส อะลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้โดยเฉพาะในการบิน อุตสาหกรรมเคมี อุตสาหกรรมยานยนต์ และแม้กระทั่งการต่อเรือ

อลูมิเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมในรูปแบบบริสุทธิ์สำหรับการผลิตของใช้ในครัวเรือนต่างๆ เช่น กระจก กระป๋องสำหรับเครื่องดื่มและอาหาร เครื่องครัว หรือฟอยล์อลูมิเนียมที่มีชื่อเสียง นอกจากนี้ยังใช้ทำอุปกรณ์เคมี สายไฟ หรือแม้แต่วัตถุระเบิด เพื่อแยกองค์ประกอบนี้ออกจากแร่อะลูมิเนียมจำเป็นต้องดำเนินการสองขั้นตอนติดต่อกัน ขั้นตอนแรกคือกระบวนการของไบเออร์ ซึ่งทำให้สามารถรับอะลูมิเนียมออกไซด์จากแร่ได้ จากนั้นสารประกอบนี้จะถูกอิเล็กโทรไลซิสทำให้เกิดอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิค

อลูมิเนียมทำมาจากอะไร?

อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเนื่องจากความสามารถในการทำให้เป็นฟิล์ม ปรากฏการณ์นี้ประกอบด้วยการเกิดออกซิเดชันของโลหะในที่ที่มีอากาศซึ่งเป็นผลมาจากชั้นป้องกันแบบพาสซีฟก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของมัน อะลูมิเนียมเคลือบด้วยชั้นอะลูมิเนียมออกไซด์ (Al 2 O 3) ที่มีความหนาสูงสุดหลายนาโนเมตร จากนั้นภายใต้อิทธิพลของความชื้นชั้นนอกจะได้รับการไฮโดรไลซิสบางส่วนอันเป็นผลมาจากการเกิดไฮดรอกไซด์เพิ่มเติมเช่น อัล(OH)3.

อลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบของหินแร่ต่างๆ ที่พบในธรรมชาติในรูปของแร่ สำหรับการผลิตอลูมิเนียมบริสุทธิ์นั้นส่วนใหญ่จะใช้แร่อะลูมิเนียมเคลย์ ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในบริเวณที่มีการผุกร่อนของหินอะลูมิโนซิลิเกตในสภาพอากาศร้อนและยังมีสารประกอบเหล็ก นี่คือหินที่มีลักษณะเป็นสีแดงหรือสีน้ำตาลซึ่งเกิดขึ้นได้ในสองรูปแบบ: ซิลิเกตและคาร์บอเนต

การผลิตอลูมิเนียมเกรดอุตสาหกรรม

อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิค (มากกว่า 99%) ได้มาจากอุตสาหกรรมอันเป็นผลมาจากสองกระบวนการที่ต่อเนื่องกัน อันเป็นผลมาจากอันแรก ได้อะลูมิเนียมออกไซด์ (กระบวนการของไบเออร์) และในขั้นต่อไป กระบวนการลดอิเล็กโทรไลต์ (Héroult-Hall อิเล็กโทรลิซิส) จะดำเนินการเนื่องจากได้อลูมิเนียมบริสุทธิ์ เพื่อลดต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งแร่บอกไซต์ โรงงานแปรรูปส่วนใหญ่จะสร้างขึ้นใกล้กับเหมือง

กระบวนการไบเออร์

ขั้นตอนแรกหลังจากการขุดแร่คือการล้างด้วยน้ำ ดังนั้นสารปนเปื้อนส่วนใหญ่ที่ละลายได้ง่ายในน้ำจะถูกลบออก จากนั้นจึงเติม CaO ลงในวัตถุดิบที่บำบัดด้วยน้ำเช่น แคลเซียมออกไซด์ หลังจากนั้นจะถูกบดโดยใช้เครื่องโม่แบบพิเศษจนได้เมล็ดพืชที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมาก กล่าวคือ น้อยกว่า 300 ไมครอน การบดวัตถุดิบอย่างเหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของเมล็ดพืช ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการสกัด

ขั้นตอนต่อไปในการผลิตอะลูมิเนียมออกไซด์คือการละลายเมล็ดพืชด้วยสารละลายโซดาไฟที่เป็นน้ำ ที่ PCC Group โซเดียมไฮดรอกไซด์ผลิตโดยอิเล็กโทรลิซิสเมมเบรน ผลิตภัณฑ์ที่ได้มาในลักษณะนี้มีคุณภาพและความบริสุทธิ์สูงมาก โดยเป็นไปตามข้อกำหนดของเภสัชตำรับยุโรปฉบับล่าสุด ส่วนผสมที่มีเมล็ดพืชบดและถูกเก็บไว้เป็นเวลาหลายชั่วโมงในเครื่องปฏิกรณ์พิเศษที่เรียกว่าหม้อนึ่งความดัน ในระหว่างขั้นตอนการสะสมอย่างต่อเนื่อง ความดันสูงและอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะยังคงอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ ดังนั้นจึงได้โซเดียมอะลูมิเนตซึ่งถูกทำให้บริสุทธิ์โดยใช้ตัวกรองต่างๆ

ในขั้นตอนต่อไป สารละลายโซเดียมอะลูมิเนตบริสุทธิ์จะสลายตัว ผลที่ได้คือ (เช่น สารละลายโซดาไฟ) และผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ตะกอนที่ได้จากการตกผลึกจะถูกกรองออกและล้างด้วยน้ำ และสุราโซดาที่เหลือจะถูกทำให้ร้อนและกลับสู่กระบวนการนำกลับมาใช้ใหม่

ขั้นตอนสุดท้ายในการผลิตอลูมินาบริสุทธิ์คือการเผา ประกอบด้วยการให้ความร้อนอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 o C ซึ่งเป็นผลมาจากการสลายตัวเป็น Al 2 O 3 ซึ่งได้มาในรูปของผงสีขาวบริสุทธิ์ ดังนั้นอลูมินาที่เตรียมไว้จึงถูกส่งไปยังเตาเผาเพื่อผลิตอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะในกระบวนการลดอิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรลิซิสอะลูมิเนียมออกไซด์

ขั้นตอนต่อไปในการรับอะลูมิเนียมบริสุทธิ์คือกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสโดยวิธี Hall-Héroult ประการแรก Al 2 O 3 ที่ได้จากกระบวนการของไบเออร์ถูกหลอมด้วยไครโอไลต์ และสารละลายที่เตรียมจะอยู่ภายใต้กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสที่อุณหภูมิไม่เกิน 900 o C อะลูมิเนียมเหลวที่ได้จึงถูกแยกออกจากอิเล็กโทรไลต์และนำออก จากอ่างอิเล็กโทรไลต์โดยใช้สิ่งที่เรียกว่า กาลักน้ำสูญญากาศ จากนั้นวัตถุดิบจะเข้าสู่อุปกรณ์หล่อจากนั้นในขั้นต่อไปจะถูกใส่ลงในเตาเผาร้อนแดงซึ่งกระบวนการแปรรูปเกิดขึ้น ประกอบด้วยการทำความสะอาดอะลูมิเนียมเพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์สูงสุด ภายใต้สภาวะอุตสาหกรรม อลูมิเนียมสามารถทำความสะอาดได้สองวิธี ประการแรกประกอบด้วยการหลอมอลูมิเนียมและการส่งคลอรีนผ่านเข้าไปเนื่องจากสิ่งสกปรกจับกับก่อตัวเป็นคลอไรด์ซึ่งจะถูกลบออกจากกระบวนการ วิธีที่สองคือการลดอิเล็กโทรไลต์ของอะลูมิเนียมที่หลอมด้วยทองแดง ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ได้จึงมีความบริสุทธิ์สูงมาก

อลูมิเนียมเป็นวัสดุแห่งอนาคต

การพัฒนาวิธีการเพื่อให้ได้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์จากอะลูมิเนียมโดยใช้กระบวนการของไบเออร์และอิเล็กโทรลิซิสของ Hall-Héroult ได้ขยายขอบเขตขององค์ประกอบนี้ นอกจากนี้ การผสมผสานระหว่างความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบาทำให้สามารถเปลี่ยนอะลูมิเนียมเป็นเหล็กที่มีราคาแพงกว่าได้ในบางกรณี ความต้านทานต่อปัจจัยบรรยากาศทำให้สามารถใช้อลูมิเนียมในการผลิตโปรไฟล์หน้าต่างและประตูได้ ข้อดีอีกประการของอลูมิเนียมคือความสามารถในการรีไซเคิลได้หลายครั้ง ทำให้เป็นวัสดุที่ค่อนข้างเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

โดยสรุป อลูมิเนียมเป็นวัสดุอเนกประสงค์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร พลังงาน เคมี การขนส่ง การก่อสร้าง ยานยนต์ และการบิน ด้วยข้อดีหลายประการ สิ่งนี้จึงไม่ใช่ข้อจำกัดของความเป็นไปได้ในการใช้งาน และจะได้รับความนิยมอย่างต่อเนื่องในอนาคตอันใกล้

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งสหพันธรัฐรัสเซีย

หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษา

มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐ Magnitogorsk

พวกเขา. โนโซวา

ภาควิชาโลหะผสมเหล็ก

บทคัดย่อในสาขาวิชา "ประวัติศาสตร์โลหการ"

โลหะวิทยา อลูมิเนียม

คำอธิบายประกอบ

หัวข้อ "โลหะผสมอลูมิเนียม" ถือเป็นคุณสมบัติหลักของโลหะนี้อธิบายไว้ ประวัติความเป็นมาของการค้นพบอะลูมิเนียม วิธีที่เป็นไปได้ในการผลิต และการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้อธิบายไว้โดยย่อ

บทนำ

1. คุณสมบัติของอะลูมิเนียม

2. การทาอะลูมิเนียม

3. วัตถุดิบ

4. การผลิตอลูมินา

5. การผลิตอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้า

6. การกลั่นอลูมิเนียม

บทสรุป

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

บทนำ

คำว่า "โลหะวิทยา" มาจากภาษากรีก:

metalleuо - ฉันขุดฉันขุดจากพื้นดิน

metallurgeo - ฉันขุดแร่โลหะแปรรูป

metallon - เหมืองโลหะ

คำนี้หมายถึงสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีซึ่งครอบคลุมการแปรรูปแร่ที่ขุดจากลำไส้การได้รับโลหะและโลหะผสมทำให้มีคุณสมบัติบางอย่าง

ในสมัยโบราณ ในยุคกลางและค่อนข้างเร็ว จนถึงสมัยของ M.V. Lomonosov เชื่อกันว่ามีโลหะ 7 ชนิด (ทอง เงิน ทองแดง ดีบุก ตะกั่ว เหล็ก ปรอท)

ในปี ค.ศ. 1814 เจ. เบอร์เซลิอุส นักเคมีชาวสวีเดนแนะนำให้ใช้ตัวอักษรที่คนทั้งโลกใช้ โดยมีข้อยกเว้นที่ไม่ค่อยพบ

ทุกวันนี้ วิทยาศาสตร์รู้จักโลหะมากกว่า 80 ชนิด ส่วนใหญ่ใช้ในเทคโนโลยี

ในทางปฏิบัติของโลก มีการแบ่งโลหะออกเป็นเหล็ก (เหล็กและโลหะผสมตามนั้น) และส่วนที่เหลือทั้งหมด - โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก, อังกฤษ; Nichtei-senmetalle, เยอรมัน) หรือโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก โลหะวิทยามักจะแบ่งออกเป็นเหล็กและอโลหะ ปัจจุบัน โลหะเหล็กมีสัดส่วนประมาณ 95% ของผลิตภัณฑ์โลหะทั้งหมดที่ผลิตในโลก

ในเทคโนโลยีนั้น การจำแนกตามเงื่อนไขก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน โดยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กแบ่งออกเป็น "แสง" (อลูมิเนียม แมกนีเซียม) "หนัก" (ทองแดง ตะกั่ว ฯลฯ) วัสดุทนไฟ (ทังสเตน โมลิบดีนัม ฯลฯ) , ขุนนาง (ทองคำ แพลตตินั่ม และอื่นๆ) โลหะหายาก

ส่วนแบ่งของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยใช้โลหะที่เป็นเหล็กและอโลหะในปัจจุบันอยู่ที่ 72-74% ของผลิตภัณฑ์มวลรวมประชาชาติของรัฐ เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าโลหะในศตวรรษที่ 21 จะยังคงเป็นวัสดุโครงสร้างหลัก เนื่องจากคุณสมบัติ ประสิทธิภาพการผลิต และการบริโภคนั้นไม่มีที่เปรียบในการใช้งานส่วนใหญ่

โลหะที่ใช้แล้วประมาณ 800 ล้านตัน เหล็กประมาณ 750 ล้านตัน อะลูมิเนียม 20-22 ล้านตัน ทองแดง 8-10 ล้านตัน สังกะสี 5-6 ล้านตัน ตะกั่ว 4-5 ล้านตัน (ส่วนที่เหลือ -< 1 млн. т).

โลหะที่มีค่าและสำคัญที่สุดสำหรับเทคโนโลยีสมัยใหม่มีเพียงไม่กี่ชนิดที่พบในเปลือกโลกในปริมาณมาก: อลูมิเนียม (8.8%) เหล็ก (4.65%) แมกนีเซียม (2.1%) ไททาเนียม (0.63%) .

แร่โลหะเบามักประกอบด้วยแร่ที่มีอะลูมิเนียม ซัพพลายเออร์หลักของอะลูมิเนียมคืออะลูมิเนียม เช่นเดียวกับอะลูไนต์ เนฟีลีน และดินเหนียวต่างๆ แร่ที่สะสมของโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ได้แก่ แร่ทองแดง ตะกั่วและสังกะสี โคบอลต์ นิกเกิล พลวง ปริมาณสำรองของโลหะที่ใหญ่ที่สุดมีตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยล้านตันโดยมีปริมาณโลหะตามปกติในแร่ - สองสามเปอร์เซ็นต์

มวลของวัสดุที่สกัดออกมานั้นมากกว่าปริมาณโลหะที่มีอยู่ในแร่หลายเท่า และในกรณีส่วนใหญ่อย่างท่วมท้น การสกัดส่วนประกอบที่มีประโยชน์โดยตรงจากแร่ธรรมชาตินั้นไม่ก่อให้เกิดผลกำไรทางเศรษฐกิจ

การขุดค้นทางโบราณคดีบ่งชี้ว่าการรู้จักมนุษย์กับโลหะนั้นย้อนไปในสมัยที่ห่างไกลจากเรามาก เชื่อกันว่าวัตถุทองสัมฤทธิ์ชิ้นแรกได้มาเมื่อ 3000 ปีก่อนคริสตกาลโดยการลดส่วนผสมของทองแดงและแร่ดีบุกด้วยถ่าน ในเวลาต่อมา ทองแดงเริ่มมีการผลิตโดยการเพิ่มดีบุกและโลหะอื่นๆ (อะลูมิเนียม เบริลเลียม นิกเกิลซิลิคอน ฯลฯ) ลงในทองแดง ปัจจุบันอะลูมิเนียมบรอนซ์ (5-12% Al) ที่มีการเติมธาตุเหล็ก แมงกานีส และนิกเกิลเป็นส่วนใหญ่

ปัจจุบัน การผลิตโลหะวิทยาเป็นหนึ่งในภาคส่วนสำคัญของเศรษฐกิจของประเทศ

1. คุณสมบัติของอะลูมิเนียม

อลูมิเนียมได้รับครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก H. Oersted ในปี พ.ศ. 2368 ชื่อขององค์ประกอบนี้มาจากภาษาละติน alumen เนื่องจากในสมัยโบราณเรียกว่าสารส้มซึ่งใช้สำหรับย้อมผ้า

อลูมิเนียมมีคุณสมบัติที่มีค่ามากมาย: ความหนาแน่นต่ำ - ประมาณ 2.7 g / cm 3, ค่าการนำความร้อนสูง - ประมาณ 300 W / (m. K) และค่าการนำไฟฟ้าสูง 13.8 10 7 โอห์ม/ม. มีความเหนียวที่ดีและมีความแข็งแรงทางกลเพียงพอ

อลูมิเนียมเป็นโลหะผสมที่มีองค์ประกอบหลายอย่าง ในสถานะหลอมเหลว อะลูมิเนียมจะเป็นของเหลวและเติมแม่พิมพ์ได้ดี ในสถานะของแข็ง จะมีรูปร่างผิดปกติและสามารถตัด บัดกรี และเชื่อมได้ง่าย

ความสัมพันธ์ของอะลูมิเนียมกับออกซิเจนนั้นสูงมาก ในระหว่างการออกซิเดชัน ความร้อนจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา (~ 1670000 J / โมล) อะลูมิเนียมที่บดละเอียดจะติดไฟเมื่อถูกความร้อนและเผาไหม้ในอากาศ อะลูมิเนียมผสมกับออกซิเจนในอากาศและในสภาพอากาศ ในกรณีนี้ อลูมิเนียมเคลือบด้วยฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีความหนาบาง (~ 0.0002 มม.) ซึ่งช่วยปกป้องจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ดังนั้นอลูมิเนียมจึงมีความทนทานต่อการกัดกร่อน พื้นผิวของอะลูมิเนียมสามารถป้องกันการเกิดออกซิเดชันของฟิล์มได้ดีแม้ในสถานะหลอมเหลว

อะลูมิเนียมอัลลอย ดูราลูมินและซิลูมินมีความสำคัญมากที่สุด

องค์ประกอบของ duralumin นอกเหนือจากอลูมิเนียมแล้ว ยังรวมถึง 3.4-4% Cu, 0.5% Mn และ 0.5% Mg, ไม่เกิน 0.8% Fe และ 0.8% Si Duralumin มีรูปร่างผิดปกติและมีคุณสมบัติเชิงกลใกล้เคียงกับเหล็กบางเกรดถึงแม้จะเบากว่าเหล็กกล้า 2.7 เท่า (ความหนาแน่นของ Duralumin เท่ากับ 2.85 g / cm 3)

คุณสมบัติทางกลของโลหะผสมนี้เพิ่มขึ้นหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนและการเสียรูปเย็น ความต้านทานแรงดึงเพิ่มขึ้นจาก 147-216 MPa เป็น 353-412 MPa และความแข็งของ Brinell จาก 490-588 เป็น 880-980 MPa ในกรณีนี้ การยืดตัวสัมพัทธ์ของโลหะผสมแทบไม่เปลี่ยนแปลงและยังคงค่อนข้างสูง (18-24%)

ซิลูมินเป็นโลหะผสมหล่อจากอะลูมิเนียมกับซิลิกอน พวกเขามีคุณสมบัติการหล่อที่ดีและคุณสมบัติทางกล

ในประวัติศาสตร์ของโลหะวิทยาอลูมิเนียม เป็นไปได้ที่จะแยกแยะสามช่วงเวลาโดยวิธีการบางอย่างที่ใช้ในการรับโลหะนี้! ช่วงเวลาเหล่านี้มีดังนี้: 1) ได้อะลูมิเนียมโดยวิธีทางเคมี 2) ได้อะลูมิเนียมโดยวิธีอิเล็กโตรเทอร์มอล และ 3) ได้อะลูมิเนียมโดยอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว

การค้นพบอลูมิเนียมและการผลิตด้วยวิธีการทางเคมี

ความพยายามครั้งแรกในการแยกอะลูมิเนียมออกจากสถานะอิสระนั้นมีมาตั้งแต่ปี 1807 และเป็นของ Humphry Davy นักเคมีชาวอังกฤษผู้โด่งดัง (1778-1629) ก่อนหน้านั้น ภายหลังสามารถได้รับโพแทสเซียมและโซเดียมที่เป็นโลหะโดยการอิเล็กโทรไลซิสของด่างโซดาไฟที่หลอมละลายได้เป็นครั้งแรก Davy ใช้คอลัมน์ voltaic เป็นแหล่งปัจจุบัน เจ

เพื่อแยกอะลูมิเนียม เดวี่พยายามย่อยสลายอลูมินาในลักษณะเดียวกัน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เขาส่งกระแสไฟฟ้าผ่านอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ชุบน้ำเล็กน้อยและในบรรยากาศไฮโดรเจน ในกรณีนี้แผ่นแพลตตินัมทำหน้าที่เป็นขั้วบวกซึ่งวางอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อัดแน่นและลวดเหล็กที่แช่อยู่ในนั้นทำหน้าที่เป็นแคโทด เมื่อกระแสไหลผ่าน กระแสหลังจะกลายเป็นสีขาวร้อนและละลาย

ด้วยวิธีนี้ Davy ได้เพียงโลหะผสมเหล็ก-อลูมิเนียมซึ่งเขาไม่สามารถแยกอลูมิเนียมอิสระได้ ในทำนองเดียวกัน การทดลองของ Davy ในการลดปริมาณอลูมินาด้วยไอโพแทสเซียมต่อหน้าตะไบเหล็กก็ไม่ประสบผลสำเร็จ

รูปที่ 1 การได้มาซึ่งอะลูมิเนียมโดยวิธี Saint-Clair-Deville เวิร์คช็อปแห่งแรกในพื้นที่ปารีส

จากผลโลหะผสมของเหล็กและอะลูมิเนียม Davy ยังล้มเหลวในการแยกส่วนหลังในรูปแบบที่บริสุทธิ์

อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้ไม่ได้ป้องกัน Davy จากการแน่ใจว่าอลูมินาเป็นอนุพันธ์ทางเคมีของโลหะที่ถูกกล่าวหา ซึ่งเขาเคยตั้งชื่อให้ว่าอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมอิสระถูกแยกออกเป็นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Hans Oersted (1777-1851) ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2368 ด้วยเหตุนี้ Oersted จึงได้รับอะลูมิเนียมอะมัลกัมโดยการลดอะลูมิเนียมคลอไรด์ (ซึ่งเขาได้รับเป็นครั้งแรกด้วย) ด้วย "โพแทสเซียมอะมัลกัม การกลั่นปรอทจากอะลูมิเนียมอะมัลกัมที่เกิดขึ้นโดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ ดังนั้น Oersted จึงสกัดอะลูมิเนียมก้อนเล็กๆ - "โลหะจากดินเหนียว" ที่มีสีใกล้เคียงกันและมีความมันวาวเหมือนดีบุก

ต่อมาในปี ค.ศ. 1827 นักเคมีชาวเยอรมันชื่อฟรีดริช เวเดอร์ (1800-1882) ได้ปรับปรุงวิธีการของเออร์สเต็ดโดยการแทนที่โพแทสเซียมอะมัลกัมด้วยโพแทสเซียมเมทัล Wehler วางโพแทสเซียมที่เป็นโลหะหลายชิ้นลงในพอร์ซเลนหรือเบ้าหลอมทองคำขาว คลุมด้วยคริสตัลอะลูมิเนียมคลอไรด์ที่ด้านบน และอุ่นถ้วยใส่ตัวอย่างอย่างระมัดระวังโดยปิดฝาบนเตา มวลที่หลอมละลายสีเทาดำที่ได้จากปฏิกิริยาถูกชะล้างด้วยน้ำหลังจากการทำให้เย็นลง ส่วนที่เป็นของแข็งเป็นผงอะลูมิเนียม เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างโพแทสเซียมและอะลูมิเนียมคลอไรด์ในระหว่างการหลอมโดยตรงของพวกมันดำเนินไปอย่างรุนแรงมาก ในปี ค.ศ. 1845 Wöhler ได้ใช้วิธีการดัดแปลงของเขาโดยให้ความร้อนกับสารเหล่านี้แยกจากกันและส่งไอของอะลูมิเนียมคลอไรด์ผ่านโพแทสเซียม ใช้วิธีนี้. Wehler ได้รับอะลูมิเนียมในปริมาณที่เพียงพอต่อการพิจารณาคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่สำคัญที่สุด

ในปี ค.ศ. 1864 Henri Saint-Clair-Deville (1818-1881) ในฝรั่งเศสใช้วิธีการของWöhlerสำหรับวิธีอุตสาหกรรมวิธีแรกในการผลิตอะลูมิเนียม โดยมีการปรับปรุงเพิ่มเติม: Saint-Clair-Deville แทนที่โพแทสเซียมที่เป็นโลหะด้วยโซเดียมที่ถูกกว่า และ อะลูมิเนียมคลอไรด์ที่ไม่เสถียรและดูดความชื้นสูง - ดับเบิลคลอไรด์ของอะลูมิเนียมและโซเดียมที่ทนทานกว่า (ALCLz No. CL) การสลายตัวของดับเบิ้ลคลอไรด์กับโซเดียมถูกดำเนินการในเตาเปลวไฟที่อุณหภูมิค่อยๆ เพิ่มขึ้น กระบวนการนี้ตรงกันข้ามกับปฏิกิริยาการลดความรุนแรงของอะลูมิเนียมคลอไรด์บริสุทธิ์ ดำเนินไปอย่างสงบมาก เก็บอะลูมิเนียมที่ลดลงไว้ที่ด้านล่างของเตาเผาแล้วหล่อเป็นแท่งในแม่พิมพ์เหล็ก (รูปที่ 1) การผลิตอะลูมิเนียมโดยกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่านี้ตามวิธี Saint-Clair-Deville มีขึ้นตั้งแต่ปี 1854 ถึง 1890 อย่างไรก็ตาม ในระหว่างนั้น เป็นเวลา 30 ปี ด้วยความช่วยเหลือของวิธีทางเคมี ได้อลูมิเนียมเพียง 200 ตันเท่านั้น ในช่วงปลายยุค 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา วิธีการทางเคมีถูกแทนที่ด้วยวิธีอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งทำให้สามารถลดต้นทุนการผลิตอะลูมิเนียมได้อย่างมาก และสร้างโอกาสสำหรับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอะลูมิเนียม

ประวัติการได้มาซึ่งโลหะผสมอะลูมิเนียมด้วยวิธีอิเล็กโทรเทอร์มอล

ในประวัติศาสตร์โลหะวิทยาอลูมิเนียมผลงานของพี่ Kaules เกี่ยวกับการผลิตโลหะผสมอลูมิเนียมด้วยความร้อนด้วยไฟฟ้า (เกี่ยวข้องกับจุดจบของอดีต (ศตวรรษ หลังจากพยายามหาอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ที่ปราศจากคาร์ไบด์ด้วยการลดปริมาณอะลูมินาด้วยคาร์บอนมาหลายครั้งแล้ว) Kaules จึงจำเป็นต้องดำเนินการตามกระบวนการนี้ ต่อหน้าโลหะอื่น ๆ ที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่า เป็นผลให้พวกเขา วิธีการทางอุตสาหกรรมได้รับการพัฒนาสำหรับการผลิตโลหะผสมอลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าความร้อนด้วยทองแดงและเหล็ก - อะลูมิเนียมบรอนซ์และเฟอร์โรอะลูมิเนียม

เพื่อให้ได้โลหะผสมเหล่านี้ Kaules ใช้เตาอาร์คสำหรับ 5,000-6000 a และ 60 b (รูปที่ 2) ส่วนผสมของอลูมินา ถ่านและเศษโลหะ (เหล็กหรือทองแดง) ถูกนำเข้าไปในเตาเผา อะลูมิเนียมบรอนซ์ได้รับเนื้อหาสูงถึง 17% Al และเฟอร์โรอะลูมิเนียมสูงถึง 20% Al ปริมาณการใช้ไฟฟ้าเฉลี่ย 37 kWh ต่ออะลูมิเนียม 1 กิโลกรัมในโลหะผสม

รูปที่. 2. เตาอาร์คไฟฟ้าbr. เคาเลส

ตามวิธีการ br. Kaules ในอังกฤษและสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2427 ถึง พ.ศ. 2435 ดำเนินการโรงงานที่ผลิตโลหะผสมสำหรับตลาด อย่างไรก็ตาม ในรูปแบบนี้ วิธีอิเล็กโทรเทอร์มอลสำหรับการผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียมไม่สามารถแข่งขันกับวิธีอิเล็กโทรไลต์ที่ถูกกว่าได้

เฉพาะในปัจจุบันเท่านั้น การผลิตโลหะผสมอลูมิเนียมด้วยความร้อนด้วยไฟฟ้าซึ่งส่วนใหญ่ใช้ซิลิกอนได้รับการพัฒนาที่สำคัญอีกครั้งในฐานะหนึ่งในพื้นที่พิเศษของโลหะวิทยาอะลูมิเนียม

ประวัติการผลิตอะลูมิเนียมโดยอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว

ในปี ค.ศ. 1852 Robert Bunane (1811-1899) ได้รับโลหะแมกนีเซียมโดยอิเล็กโทรไลซิสของแมกนีเซียมคลอไรด์หลอมเหลว จากการวิจัยของเขา Bunsen ได้ใช้วิธีเดียวกันนี้ในการแยกโลหะ α-aluminum เขาได้รับสิ่งหลังในปี พ.ศ. 2397 โดยอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียมคลอไรด์คู่หลอมเหลวและโซเดียม

Saint-Clair-Deville ขณะทำการวิจัยโดยไม่ขึ้นกับ Bunsen ในขณะเดียวกันก็ได้รับอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะโดยการแยกอิเล็กโทรไลซิสของดับเบิ้ลอะลูมิเนียมคลอไรด์และโซเดียม ในเดือนมีนาคม ค.ศ. 1854 แซงต์-แคลร์-เดวิลล์ได้นำเสนอต่อ French Academy of Sciences พร้อมกับคำอธิบายเกี่ยวกับการทดลองของเขา ซึ่งเป็นเม็ดอะลูมิเนียมขนาดเล็กที่แยกได้จากอิเล็กโทรไลต์ เมื่อวันที่ 9 กรกฎาคมของปีเดียวกัน Bunsen ได้ตีพิมพ์ผลงานของเขาใน Poggendorfs Annalen

อย่างไรก็ตาม การทดลองของ Bunsen และ Saint-Clair-Deville ไม่ได้ออกไปนอกห้องปฏิบัติการเนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะได้กระแสไฟฟ้าในปริมาณมากในขณะนั้น

ใช้เวลามากกว่า 30 ปีก่อนที่หลักการของการได้มาซึ่ง "อะลูมิเนียมโดยอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว" จะถูกนำไปปฏิบัติทางอุตสาหกรรม! และ.

แรงผลักดันอันทรงพลังสำหรับการพัฒนาวิธีอิเล็กโทรไลต์คือ “การประดิษฐ์ในปี 1867 โดย br. ไดนาโม แกรม.

ผู้ก่อตั้งวิธีการอิเล็กโทรไลต์สมัยใหม่สำหรับการผลิตอะลูมิเนียมโลหะคือ Paul Héroux (1863-1914) ในเศษส่วนและ Charles Hall (1863-1914) ในสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ 23 เมษายน พ.ศ. 2429 Héraultและ 9 กรกฎาคมของปีเดียวกัน Hall ประกาศสิทธิบัตรที่คล้ายคลึงกันเกือบทั้งหมดสำหรับวิธีการผลิตอะลูมิเนียมอิเล็กโทรลิซิสของอลูมินาที่ละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว

อันที่จริงวันที่เหล่านี้ควรถือเป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาอุตสาหกรรมอลูมิเนียมในโลกสมัยใหม่และในขณะเดียวกันก็เป็นจุดเริ่มต้นของการใช้อลูมิเนียมอย่างแพร่หลาย ควรสังเกตว่าการปรากฏตัวของสิทธิบัตร Erault และ Hall นำหน้าด้วยการสะสมของวัสดุเชิงปฏิบัติและเชิงทฤษฎีที่สำคัญที่ได้รับจากนักวิจัยจำนวนมากที่ทำงานเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลซิสของเกลืออลูมิเนียมหลอมเหลว ,

บทบาทของ Eru และ Hall อาจไม่ค่อยมากนักในข่าวการค้นพบของพวกเขา แต่เป็นการผสมผสานที่ประสบความสำเร็จของ "บทบัญญัติที่รู้จักกันแล้วซึ่งทำให้พวกเขากลายเป็นวิธีการที่เหมาะสมสำหรับการใช้ในอุตสาหกรรม

Hérouxเป็นนักเรียนของ Mining School ในปารีสแล้วในปี 1888 มีความสนใจในวิธีการอิเล็กโทรไลต์ในการรับอลูมิเนียม นี่คือหลักฐานโดยภาพร่างของอิเล็กโทรไลซิสในสมุดบันทึกของเขาซึ่งลงวันที่ในปีนี้ (รูปที่ 3) เป็นสิ่งสำคัญมากที่ภาพร่างนี้ใกล้เคียงกับภาพร่างจากสิทธิบัตรแรกของHéroult<см. фиг. 4). *

ความสนใจในอะลูมิเนียมของ Héroux เปลี่ยนไปในทางปฏิบัติหลังจากที่พ่อของเขาเสียชีวิต เมื่อเขาได้รับมรดกจากโรงหนังเล็กๆ ที่ Gentilly ใกล้กรุงปารีส เวิร์กช็อปติดตั้งเครื่องอบไอน้ำ และหลังจากซื้อเครื่องไดนาโม Gramma แล้ว Eru ก็สามารถทดลองอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบอะลูมิเนียมต่างๆ ได้

รูปที่. 3. ภาพสเก็ตช์ของอิเล็กโทรไลเซอร์ในสมุดบันทึกโรงเรียนของเอรุ

ด้วยความเชื่อมั่นว่าอะลูมิเนียมสามารถหาได้จากอิเล็กโทรไลซิส Eru หลังจากเกิดความล้มเหลวหลายครั้งกับสารละลายที่เป็นน้ำ จึงเปลี่ยนไปใช้อิเล็กโทรลิซิสของไครโอไลต์หลอมเหลวและส่วนผสมของอะลูมิเนียมคลอไรด์ ในระหว่างการทดลองครั้งหนึ่ง ผู้วิจัยพบสัญญาณการเผาไหม้ที่ชัดเจนบนคาร์บอนแอโนด และสรุปว่ามีออกไซด์ในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งการลดลงนั้นเกิดจากการบริโภควัสดุแอโนด

การวิเคราะห์ทางเคมีพบว่า แทนที่จะใช้อะลูมิเนียมคลอไรด์ นักวิจัยได้นำอลูมินาเข้าไปในไครโอไลต์ที่หลอมเหลว ซึ่งได้มาจากการไฮโดรไลซิสคลอไรด์ หลังจากนำอลูมินาเข้าสู่ไครโอไลต์โดยเจตนาแล้ว Eru 'i puk- นำไปสู่การค้นพบกระบวนการที่ใช้ตั้งแต่นั้นมาสำหรับการผลิตอลูมิเนียม

บนพื้นฐานของการทดลองเหล่านี้ Héroux ได้ยื่นจดสิทธิบัตรครั้งแรกเมื่อวันที่ 23 เมษายน พ.ศ. 2429 สิทธิบัตรนี้ให้การกำหนดสูตรที่ชัดเจนของสาระสำคัญของกระบวนการ ซึ่งยังคงมีผลใช้บังคับทั้งหมดจนถึงทุกวันนี้

รูปที่. 4. ภาพร่างของอิเล็กโทรไลเซอร์จากสิทธิบัตรแรกของHéroult

"ฉันอ้าง" สิทธิบัตรกล่าว "การประดิษฐ์วิธีการที่อธิบายไว้ข้างต้นสำหรับการผลิตอะลูมิเนียม ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาที่ละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว และกระแสไฟฟ้าจ่ายโดยใช้อิเล็กโทรดใดๆ เช่น แอโนดคาร์บอน แช่อยู่ใน อิเล็กโทรไลต์หลอมเหลวในขณะที่เรือคายัค เรืออิเล็กโทรไลต์เองทำหน้าที่เป็นแคโทด ในกรณีนี้ แอโนดจะถูกเผาโดยออกซิเจนที่ปล่อยออกมา และโลหะจะถูกรวบรวมไว้ที่ด้านล่างของเบ้าหลอม ในกระบวนการนี้ ไครโอไลต์จะไม่ถูกบริโภค และสำหรับการปล่อยโลหะอย่างต่อเนื่อง ก็เพียงพอที่จะแทนที่อลูมินาที่สลายตัวระหว่างอิเล็กโทรไลซิส

รูปที่. 5. ภาพร่างอิเล็กโทรไลเซอร์จากสิทธิบัตรเพิ่มเติมของ Héroult

ในฐานะที่เป็นอิเล็กโทรไลเซอร์ Eru ใช้แก้วคาร์บอนซึ่งใส่เข้าไปในเบ้าหลอมกราไฟท์ขนาดใหญ่ อุปกรณ์ทั้งหมดถูกวางไว้ในเตาอบโค้ก ในรูป 4 เป็นภาพร่างของอิเล็กโทรไลเซอร์จากสิทธิบัตรฉบับแรกของHéroult อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่พบการยื่นขอสิทธิบัตรที่ใช้งานได้จริงในตอนแรก Eru ได้พัฒนาวิธีการผลิตโลหะผสมอลูมิเนียม และประมาณหนึ่งปีต่อมา ได้ยื่นสิทธิบัตรเพิ่มเติมสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมบรอนซ์อิเล็กโทรไลต์ ในการทำเช่นนี้ จะมีการใส่ทองแดงที่เป็นโลหะในปริมาณที่เหมาะสมลงในอิเล็กโทรไลเซอร์ สิทธิบัตรยังระบุถึงความเป็นไปได้ของการแยกอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาและเฮฟวีเมทัลออกไซด์พร้อมกัน ดังจะเห็นได้จากภาพร่าง (รูปที่ 5) ที่ยืมมาจากสิทธิบัตรเสริมของ Héroult เซลล์ไม่มีความร้อนจากภายนอกเลย และคำอธิบายระบุว่า "กระแสไฟฟ้าสร้างความร้อนเพียงพอเพื่อให้อลูมินาอยู่ในสถานะหลอมเหลว สถานะ."

Héroux ไม่สามารถตระหนักถึงสิ่งประดิษฐ์ของเขาในฝรั่งเศสและได้ดำเนินการในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ที่โรงงานใน Neuhausen ซึ่งเปิดตัวเมื่อปลายปี พ.ศ. 2431 โรงงานแห่งนี้เป็นโรงงานอะลูมิเนียมแห่งแรกในยุโรปที่ทำงานโดยใช้วิธีอิเล็กโทรไลต์ ในตอนแรก โรงงานได้ผลิตอะลูมิเนียมบรอนซ์ตามสิทธิบัตรเพิ่มเติมจากHéroult ในไม่ช้า (1891) อย่างไรก็ตาม โรงงาน Neuhausen ได้เปลี่ยนไปใช้การผลิตอะลูมิเนียมบริสุทธิ์

Hall, Mac และ Eru ในขณะที่ยังเป็นนักศึกษาวิทยาลัย เริ่มให้ความสนใจในประเด็นการได้มาซึ่งอะลูมิเนียมและทำการทดลองโดยหวังว่าจะค้นพบวิธีที่ประหยัดที่สุดในการผลิตโลหะนี้ ในการวิจัยของเขา แรกเริ่มฮอลล์เดินตามเส้นทางเชิงประจักษ์ล้วนๆ เขาพยายามใช้วิธีลดความร้อน จากนั้นจึงเปลี่ยนมาใช้อิเล็กโทรลิซิสของสารละลายที่เป็นน้ำของเกลืออะลูมิเนียม เชื่อว่าจำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้อิเล็กโทรลิซิสในตัวกลางที่ไม่ใช่น้ำ และในที่สุดก็เริ่มมองหาตัวทำละลายสำหรับอลูมินา ด้วยเหตุนี้ Hall จึงลองใช้เกลือฟลูออไรด์หลายชนิด ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429 เขาได้ทดสอบไครโอไลต์ และพบว่าสารอลูมินาละลายได้ง่ายมาก ซึ่งหายไปอย่างรวดเร็วในเกลือหลอมเหลว ละลาย "เหมือนน้ำตาลหรือเกลือในน้ำเดือด"

เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429 ฮอลล์ได้ทำการอิเล็กโทรไลต์สารละลายของอลูมินาในไครโอไลต์หลอมเหลวและได้อะลูมิเนียมมา เมื่อวันที่ 9 กรกฎาคม พ.ศ. 2429 เขาได้ยื่นขอ "สิทธิบัตรหลัก" ซึ่งออกให้แก่เขาเมื่อวันที่ 2 เมษายน พ.ศ. 2432

ในปี พ.ศ. 2431 ในเมืองเคนซิงตันใกล้เมืองพิตต์สเบิร์ก (สหรัฐอเมริกา) การผลิตอะลูมิเนียมครั้งแรกในสหรัฐอเมริกาเริ่มโดยใช้วิธีฮอลล์อิเล็กโทรไลต์ด้วยการผลิตโลหะ 50 ปอนด์ (28.65 กก.) ต่อวัน (รูปที่ 6) ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2437 พลังงานของน้ำตกไนแองการ่าได้ถูกนำมาใช้ในการผลิตนี้

รูปที่. 6. การผลิตอะลูมิเนียมครั้งแรกด้วยวิธีการ ห้องโถงในพิตต์สเบิร์ก

ตั้งแต่การปรากฏตัวของวิธีการของ Eru และ Hall การพัฒนาอุตสาหกรรมอลูมิเนียมที่ทันสมัยได้เริ่มขึ้นแล้วซึ่งได้เติบโตขึ้นเป็นหนึ่งในภาคส่วนที่ใหญ่ที่สุดของเศรษฐกิจโลกในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา

การเคลื่อนไหวของราคาอะลูมิเนียมในตลาดโลกเป็นสิ่งที่บ่งชี้ได้ชัดเจนมาก เป็นเวลา 30 ปีที่อลูมิเนียมได้มาจากวิธีการทางเคมีราคาอยู่ที่ประมาณ 45 รูเบิล ต่อกิโลกรัม ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2433 เมื่อวิธีอิเล็กโทรไลต์แทนที่วิธีอื่นๆ ทั้งหมด ราคาอะลูมิเนียมลดลงน้อยมาก ซึ่งในปีต่อๆ มามีค่าเฉลี่ย 1 รูเบิล ต่อกิโลกรัม

ความพยายามครั้งแรกในการจัดระเบียบการผลิตอลูมิเนียมในประเทศของเรามีขึ้นในทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมาเมื่อใกล้มอสโกเพื่อให้ได้ โรงงานขนาดเล็กแห่งหนึ่งถูกสร้างขึ้นด้วยวิธีการทางเคมีของอะลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม มีอยู่ในช่วงเวลาสั้นๆ (ต.ค. 2435 ถึง 2436)

ในช่วงต้นศตวรรษนี้ ศ. P. P. Fedoteev (1864-1934) และนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียคนอื่น ๆ ได้ทำการศึกษาเชิงทฤษฎีจำนวนมากในด้านการศึกษาวิธีการผลิตอลูมิเนียมที่ทันสมัยซึ่งได้รับชื่อเสียงไปทั่วโลก อย่างไรก็ตาม หลังจากการปฏิวัติสังคมนิยมในเดือนตุลาคมเท่านั้นที่มีการสร้างเงื่อนไขสำหรับองค์กรและการพัฒนาอุตสาหกรรมอลูมิเนียมในประเทศของเรา

การทดลองครั้งแรกในการรับอลูมิเนียมในปริมาณที่มีนัยสำคัญได้ดำเนินการในปี 2472 ตามความคิดริเริ่มของสภาเศรษฐกิจแห่งชาติของเลนินกราดที่โรงงาน Krasny Vyborzhets (เลนินกราด) ภายใต้การแนะนำของศาสตราจารย์ ป.ล. เฟโดติเยฟ ในปีพ.ศ. 2473 ได้มีการเปิดตัวโรงงานอะลูมิเนียมทดลองในเลนินกราด ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรมอะลูมิเนียมของสหภาพโซเวียต โรงงานแห่งนี้ได้ทดสอบอุปกรณ์ต่างๆ เป็นเวลาสี่ปี พนักงานที่ผ่านการฝึกอบรมและเจ้าหน้าที่ด้านวิศวกรรมสำหรับโรงงานอะลูมิเนียมแห่งแรก

ในเดือนพฤษภาคมปี 19321 โรงงานอะลูมิเนียม Volkhov ซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นฐานของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Volkhov ได้เปิดตัว และในเดือนมิถุนายน 1933 โรงงานอะลูมิเนียม Dnieper ซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นฐานของ Dneproges ในปีพ.ศ. 2481 โรงงานอลูมินา Tikhvin ได้เริ่มดำเนินการซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับแหล่งแร่อะลูมิเนียม Tikhvin นอกจากนี้ ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2482 โรงงานอะลูมิเนียมอูราลได้เปิดตัวด้วยอุปกรณ์ที่ล้ำหน้าและทรงพลังกว่าโรงงานเดิม และในช่วงมหาสงครามแห่งความรักชาติ โรงงานอะลูมิเนียมแห่งใหม่จำนวนหนึ่งถูกสร้างขึ้นในภาคตะวันออกของประเทศ

กระทู้ที่เกี่ยวข้อง:

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งสหพันธรัฐรัสเซีย

หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษา

มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐ Magnitogorsk

พวกเขา. โนโซวา

ภาควิชาโลหะผสมเหล็ก

บทคัดย่อในสาขาวิชา "ประวัติศาสตร์โลหการ"

โลหะวิทยา อลูมิเนียม

คำอธิบายประกอบ

บทนำ

1. คุณสมบัติของอะลูมิเนียม

2. การทาอะลูมิเนียม

3. วัตถุดิบ

4. การผลิตอลูมินา

5. การผลิตอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้า

6. การกลั่นอลูมิเนียม

บทสรุป

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

บทนำ

คำว่า "โลหะวิทยา" มาจากภาษากรีก:

metalleuо - ฉันขุดฉันขุดจากพื้นดิน

metallurgeo - ฉันขุดแร่โลหะแปรรูป

metallon - เหมืองโลหะ

ทุกวันนี้ วิทยาศาสตร์รู้จักโลหะมากกว่า 80 ชนิด ส่วนใหญ่ใช้ในเทคโนโลยี

1. คุณสมบัติของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมอัลลอย ดูราลูมินและซิลูมินมีความสำคัญมากที่สุด

2. การใช้งานอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมและโลหะผสมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม เช่น การบิน การขนส่ง โลหะวิทยา อุตสาหกรรมอาหาร ฯลฯ ตัวเครื่องบิน มอเตอร์ กระบอกสูบ กระปุกเกียร์ ปั๊ม และชิ้นส่วนอื่นๆ ในอุตสาหกรรมการบิน ยานยนต์และรถแทรกเตอร์ เรือสำหรับจัดเก็บผลิตภัณฑ์เคมี . อลูมิเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน อุตสาหกรรมอาหาร พลังงานนิวเคลียร์ และยานอวกาศทำจากอลูมิเนียมและโลหะผสม

เนื่องจากอะลูมิเนียมมีความสัมพันธ์ทางเคมีสูงกับออกซิเจน อะลูมิเนียมจึงถูกใช้เป็นสารขจัดออกซิไดซ์ในโลหะวิทยา และเพื่อให้ได้โลหะที่กู้คืนได้ยาก (แคลเซียม ลิเธียม ฯลฯ) โดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าอลูมิโนเทอร์มิก

ในแง่ของการผลิตโลหะทั้งหมดในโลก อลูมิเนียมอยู่ในอันดับที่สองรองจากเหล็ก ,

3. วัตถุดิบ

วิธีการผลิตอลูมิเนียมที่ทันสมัยหลักคือวิธีอิเล็กโทรไลต์ซึ่งประกอบด้วยสองขั้นตอน ประการแรกคือการผลิตอลูมินา (Al 2 O 3) จากวัตถุดิบแร่ และประการที่สองคือการผลิตอะลูมิเนียมเหลวจากอลูมินาโดยวิธีอิเล็กโทรลิซิส

แร่อะลูมิเนียม. เนื่องจากกิจกรรมทางเคมีสูง อะลูมิเนียมจึงเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบที่ถูกผูกไว้เท่านั้น: คอรันดัม Al 2 O 3, gibbsite Al 2 O 3 3H 2 O, boehmite Al 2 O 3 . H 2 O, ไคยาไนต์ 3Al 2 O 3, 2SiO 2, เนฟีลีน (Na, K) 2 O. อัล 2 โอ 3 . 2SiO 2, ดินขาว Al 2 O 3, 2SiO 2 2H 2 O และอื่นๆ แร่อะลูมิเนียมหลักที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ บอกไซต์ เนฟีลีนและอะลูไนต์

บอกไซต์ อลูมิเนียมในบอกไซต์ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (gibbsite, boehmite ฯลฯ ) คอรันดัมและดินขาว องค์ประกอบทางเคมีของอะลูมิเนียมค่อนข้างซับซ้อน มักจะมีองค์ประกอบทางเคมีมากกว่า 40 รายการ เนื้อหาของอลูมินาในนั้นคือ 35-60% ซิลิกา 2-20% ออกไซด์ Fe 2 O 3 2-40% ไททาเนียมออกไซด์ 0.01-10% ลักษณะสำคัญของแร่บอกไซต์คืออัตราส่วนของเนื้อหาของ Al 2 O 3 ต่อ SiO 2 โดยน้ำหนัก - โมดูลซิลิกอนที่เรียกว่า

แหล่งแร่อะลูมิเนียมขนาดใหญ่ในประเทศของเรา ได้แก่ Tikhvinskoye (ภูมิภาคเลนินกราด), Severouralskoye (ภูมิภาค Sverdlovsk), Yuzhnouralskoye (ภูมิภาค Chelyabinsk), Turgai และ Krasnooktyabrskoye (ภูมิภาค Kostanay)

Nephelines เป็นส่วนหนึ่งของ nepheline syenites และ urtites คราบสกปรกจำนวนมากตั้งอยู่บนคาบสมุทร Kola ส่วนประกอบหลักของ urtite คือ nepheline และ apatite 3Ca 3 (PO 4) 2 . ซีเอฟ2. พวกเขาต้องได้รับการเสริมสมรรถนะด้วยการลอยตัวด้วยการปล่อยสารเข้มข้นของเนฟีลีนอะพาไทต์ ใช้อะพาไทต์เข้มข้นเพื่อเตรียมปุ๋ยฟอสเฟต ในขณะที่เนฟีลีนเข้มข้นใช้ในการผลิตอลูมินา Nepheline Concentrated ประกอบด้วย %: 20-30 Al 2 O 3 , 42-44 SiO 2 , 13-14 Na 2 O, 6-7 K 2 O, 3-4 Fe 2 O 3 และ 2-3 CaO

Alunites เป็นอะลูมิเนียมซัลเฟตพื้นฐานและโพแทสเซียม (หรือโซเดียม) K 2 SO 4 อัล 2 (SO 4) 3 . 4 อัล(OH) 3 . เนื้อหาของ Al 2 O 3 อยู่ในระดับต่ำ (20-22%) แต่มีส่วนประกอบที่มีคุณค่าอื่น ๆ : ซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ SO 3 (~ 20%) และอัลคาไล Na 2 O, K 2 O (4-5%) ดังนั้นพวกมันก็เหมือนกับเนฟีลีนเป็นวัตถุดิบที่ซับซ้อน

วัตถุดิบอื่นๆ. ในการผลิตอลูมินานั้นใช้อัลคาไล NaOH บางครั้งหินปูน CaCO 3 ในอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินา cryolite Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3) และอะลูมิเนียมฟลูออไรด์เล็กน้อย AlF 3 เช่นเดียวกับ CaF 2 และ MgF 2

4. การผลิตอลูมินา

ในต่างประเทศ อลูมินาเกือบทั้งหมดได้มาจากแร่บอกไซต์โดยวิธีไบเออร์เป็นหลัก (เค.ไอ. ไบเออร์เป็นวิศวกรชาวออสเตรียที่ทำงานในรัสเซีย) ที่โรงงานในประเทศ อลูมินาได้มาจากอะลูมิเนียมโดยวิธีไบเออร์ และจากอะลูมิเนียมและเนฟีลีนโดยวิธีการเผาผนึก ทั้งสองวิธีนี้เป็นวิธีการอัลคาไลน์ในการแยกอลูมินาออกจากแร่ มีความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจที่จะใช้วิธีการของไบเออร์ในการประมวลผลบอกไซต์ที่มีปริมาณ SiO 2 ต่ำ (ด้วยโมดูลซิลิกอน Al 2 O 3 / SiO 2 มากกว่า 5-7) เนื่องจากมีจำนวน SiO 2 เพิ่มขึ้นและ Al 2 O 3 และด่างที่ใช้ในกระบวนการมากขึ้นจะสูญเสียไปจากการก่อตัวของสารประกอบทางเคมี Na 2 O อัล 2 โอ 3 . 2SiO2. 2H2O.

สำหรับการประมวลผลบอกไซต์ที่มีโมดูลัสซิลิกอนน้อยกว่า 5-7 วิธีการเผาผนึกจะประหยัดกว่า เนื่องจากการลดลงของแร่อะลูมิเนียมที่อุดมด้วยอะลูมิเนียมและการมีส่วนร่วมของอะลูมิเนียมที่ยากจนกว่าในการผลิต ส่วนแบ่งของวิธีไบเออร์ในการผลิตอลูมินาจึงลดลง และส่วนแบ่งของวิธีการเผาผนึกก็เพิ่มขึ้น

วิธีไบเออร์

กระบวนการของไบเออร์ซึ่งเป็นวิธีการแยกอลูมินาออกจากบอกไซต์นั้นใช้การชะล้าง โดยมีจุดประสงค์เพื่อละลายอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีอยู่ในบอกไซต์ เพื่อหลีกเลี่ยงการถ่ายโอนส่วนประกอบที่เหลือของบอกไซต์ไปเป็นสารละลาย วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีแบบย้อนกลับได้:

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

เมื่อปฏิกิริยาดำเนินไปทางด้านขวา อลูมินาในรูปของโซเดียมอะลูมิเนตจะผ่านเข้าไปในสารละลาย และในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ผลลัพธ์ที่ได้คือ Al 2 O 3 ที่ถูกไฮเดรต

1. การเตรียมอะลูมิเนียมสำหรับชะล้าง บอกไซต์ถูกบดขยี้และบดเป็นเศษส่วน 0.05 - 0.15 มม. ในตัวกลางที่เติมสารละลายอัลคาไลและสารละลายหมุนเวียนอัลคาไล และเติมมะนาวเล็กน้อยเพื่อกระตุ้นการชะล้าง

2. การชะล้าง เยื่อกระดาษที่ได้จากการบดจะถูกส่งไปชะล้าง สำหรับปฏิกิริยาทั้งหมดข้างต้นทางด้านขวา (การก่อตัวของโซเดียมอะลูมิเนต) สภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง แรงดันสูง (~ 3 MPa) ความร้อนของเยื่อกระดาษถึง 100 - 240 0 C (ขึ้นอยู่กับเกรดบอกไซต์) และระยะเวลานาน (ประมาณ 2 ชั่วโมง) ต้องผสม เงื่อนไขดังกล่าวมีอยู่ในหม้อนึ่งความดัน - เรือทำงานภายใต้ความกดดัน หม้อนึ่งความดันที่ใช้คือ (รูปที่ 2) ภาชนะเหล็กทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.6 - 2.5 และสูง 13.5 - 17.5 ม. ความดันในหม้อนึ่งความดันคือ 2.5 - 3.3 MPa เยื่อกระดาษถูกป้อนจากด้านบนจากด้านล่างถึง ท่อ 2 พร้อม bubbler 3 - ไอน้ำที่ให้ความร้อนและผสม เยื่อกระดาษถูกบีบออกจากหม้อนึ่งความดันผ่านท่อ 1

เยื่อกระดาษมักจะผ่านแบตเตอรี่ 6-10 หม้อนึ่งความดันที่ติดตั้งอย่างต่อเนื่องโดยที่อลูมินาบรรจุอยู่ในเยื่อกระดาษในรูปของ Al 2 O 3 , H 2 O, Al 2 O 3 , 3H 2 O และ Al 2 O 3 ทำปฏิกิริยากับ ด่างเป็นเวลา ~ 2 ชั่วโมง (ปฏิกิริยาได้รับข้างต้น) กลายเป็น Na 2 O. อัล 2 โอ 3 . เยื่อกระดาษจะถูกทิ้งลงในหม้อนึ่งความดันเครื่องแรกโดยปั๊ม อุ่นที่อุณหภูมิ ~ 150 0 C จากหม้อนึ่งความดันสุดท้าย เยื่อกระดาษจะเข้าสู่เครื่องระเหยแบบนึ่งฆ่าเชื้ออัตโนมัติสองเครื่อง ซึ่งความดันจะลดลงเป็นความดันบรรยากาศ ผลิตภัณฑ์นี้เป็นสารละลาย Autoclaved ที่ประกอบด้วยสารละลายอะลูมิเนต (ประกอบด้วย Na 2 O . Al 2 O 3 ) และกากตะกอน (ตะกอนที่สิ่งเจือปนของอะลูมิเนียมที่เหลือตกตะกอน)

3. การแยกสารละลายอะลูมิเนตและกากตะกอนหลังจากการเจือจางของเยื่อกระดาษด้วยน้ำจะดำเนินการในสารเพิ่มความข้น (ผู้ตั้งถิ่นฐาน) - ภาชนะที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 15 - 50 ม. ที่ด้านล่างของกากตะกอนและสารละลายอะลูมิเนตที่ตกตะกอน ไหลผ่านด้านบน ผ่านตัวกรองเพิ่มเติมและส่งไปยังการดำเนินการถัดไป - การสลายตัว โคลนสีแดงที่เกิดขึ้น (แต่งแต้มด้วยอนุภาคของ F 2 O 3) ไปที่กองขยะ กากตะกอนประกอบด้วย%:

อัล 2 O 3 12-18, SiO 2 6-1, F 2 O 3 44-50, CaO. 8-13

4. การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนตที่เรียกว่าการสลายตัวหรือการบิดตัวจะดำเนินการเพื่อถ่ายโอนอลูมิเนียมจากสารละลายไปยังตะกอนในรูปของ Al 2 O 3, 3H 2 O ซึ่งมีปฏิกิริยาการชะล้างข้างต้น ด้านซ้ายไปสู่การก่อตัวของ Al 2 O 3 , 3H 2 O เพื่อให้ปฏิกิริยานี้ไปทางซ้ายจำเป็นต้องลดความดันเจือจางและทำให้สารละลายเย็นลงแนะนำเมล็ดและเยื่อกระดาษเข้าไปเพื่อให้ได้เพียงพอ ผลึกขนาดใหญ่ของ Al 2 O 3, 3H 2 O กวนเป็นเวลา 50-90 ชั่วโมง

กระบวนการนี้ดำเนินการในชุดของตัวย่อยสลายที่ติดตั้งเป็นชุดและเชื่อมต่อกันด้วยกาลักน้ำบายพาสซึ่งเยื่อกระดาษผ่านเป็นชุด มีการติดตั้งตัวย่อยสลาย 10-11 ตัวที่มีการกวนทางกลหรือตัวย่อยสลาย 16-28 ตัวที่มีการกวนในอากาศของเยื่อกระดาษ

5. การแยกผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ออกจากสารละลายและการจำแนกผลึกตามขนาด หลังจากการสลายตัว เยื่อกระดาษจะเข้าสู่สารเพิ่มความข้น โดยที่ไฮดรอกไซด์จะถูกแยกออกจากสารละลาย ไฮดรอกไซด์ที่ได้รับในตัวแยกไฮโดรจะถูกแบ่งออกเป็นเศษส่วนที่มีขนาดอนุภาค 40-100 ไมโครเมตรและเศษละเอียดซึ่งใช้เป็นเมล็ดสำหรับการสลายตัว เศษขนาดใหญ่จะถูกล้าง กรอง และส่งไปเผา

6. การเผาหรือการคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะดำเนินการในเตาเผาแบบหมุนรูปท่อที่มี chamotte ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5-5 และความยาว 35-110 ม. ให้ความร้อนด้วยก๊าซธรรมชาติหรือน้ำมันเชื้อเพลิง ไฮดรอกไซด์ถูกผสมอย่างช้าๆตามดรัมหมุนไปทางกระแส 200-300 0 Сที่สถานที่โหลดสูงถึง ~ 1200 0 Сใกล้กับเตาปฏิกิริยาเกิดขึ้น: Al 2 O 3 , 3H 2 O = Al 2 O 3 + , 3H 2 O สิ้นสุดที่ 900 0 C. ผลิตภัณฑ์คือ Al 2 O 3 alumina (ผงสีขาว).

การสกัดอลูมินาโดยใช้กระบวนการของไบเออร์ที่อธิบายไว้คือประมาณ 87% ,

วิธีการเผาผนึก

วิธีนี้ใช้เพื่อให้ได้อลูมินาจากแร่อะลูมิเนียมซิลิกาที่มีโมดูลัสซิลิกอนน้อยกว่า 5-7 และจากแร่เนฟีลีน วิธีนี้เหมาะสำหรับการแปรรูปวัตถุดิบอลูมิเนียม

สาระสำคัญของวิธีการคือเพื่อให้ได้อะลูมิเนตที่เป็นของแข็งโดยการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง (~ 1300 0 C) และการชะล้างตัวซินเตอร์ที่ได้รับในภายหลัง

รับอลูมินาจากบอกไซต์ ขั้นตอนหลักของกระบวนการนี้มีดังนี้

การเตรียมการสำหรับการเผาผนึก อะลูมิเนียมและหินปูนหลังจากการบดแล้วจะถูกบดในโรงสีโดยใช้สารละลายโซดารีไซเคิลด้วยการเติมโซดาสด เพื่อให้ได้เยื่อกระดาษที่มีความชื้น 40%

การเผาผนึกจะดำเนินการในเตาเผาแบบหมุนแบบท่อความร้อนที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางสูงสุด 5 ม. และความยาวสูงสุด 185 ม. อุณหภูมิในเตาเผาเพิ่มขึ้นจาก 200 -300 0 C ที่จุดป้อนเยื่อกระดาษเป็น ~ 1300 0 C ที่ สิ้นสุดที่หัวเตา เมื่อถูกความร้อน อะลูมิเนียมออกไซด์จะกลายเป็นโซเดียมอะลูมิเนตที่ละลายน้ำได้:

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

และซิลิกาจับกับซิลิเกตที่ละลายได้เพียงเล็กน้อย SiO 2 + 2CaO = 2CaO ซิโอ2 อะลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับโซดาด้วย ทำให้เกิด Na 2 O. Fe2O3 สารประกอบทางเคมีเหล่านี้ถูกเผาทำให้เกิดชิ้นส่วนที่หลอมละลายบางส่วน - ซินเตอร์

หลังจากเตาย่างแล้ว เค้กจะเย็นลงในตู้เย็น บดให้เป็นชิ้นขนาด 6-8 มม. แล้วส่งไปชะล้าง

การชะล้างจะดำเนินการด้วยน้ำร้อนโดยวิธีการไหลในอุปกรณ์ที่มีการออกแบบต่างๆ เช่น ดิฟฟิวเซอร์ (ภาชนะทรงกระบอกที่มีการโหลดซินเตอร์เป็นส่วนๆ) ในเครื่องชะล้างสายพานลำเลียง ฯลฯ ขั้นสูงที่สุดคือน้ำยาชะล้างท่อแบบต่อเนื่อง (รูปที่ 3) ซินเตอร์โหลดผ่านฮอปเปอร์ 1 ลงในถังที่มีความสูง 26 เมตร เนื่องจากการขนถ่ายอย่างต่อเนื่องโดยเซกเตอร์ขนถ่าย 2 จะเลื่อนลงมาและล้างด้วยน้ำไหลทวน โซเดียมอะลูมิเนตละลายในน้ำ น้ำจะสลายโซเดียมเฟอร์ไรท์ Na 2 O. Fe 2 O 3 และ Fe 2 O 3 ตกตะกอน ผลิตภัณฑ์ชะล้างเป็นสารละลายอะลูมิเนตและโคลนสีแดงที่มี Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO ซิลิกาเล็กน้อยจะผ่านเข้าไปในสารละลายอะลูมิเนตในรูปของไฮโดรซิลิเกต ดังนั้นสารละลายจึงถูกทำให้แห้ง

การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนตจะดำเนินการในแบตเตอรี่ของหม้อนึ่งความดันที่มีการสัมผัสเป็นเวลานาน (~ 2.5 ชั่วโมง) ที่อุณหภูมิ 150 - 170 0 C ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ผลึกของสารประกอบ Na 2 O ที่ไม่ละลายน้ำจะเติบโต อัล 2 โอ 3 . 2SiO 2, 2H 2 O (บางครั้งมะนาวถูกเติมลงในสารละลายในกรณีนี้ CaO, Al 2 O 3 เกิดผลึก 2SiO 2, 2H 2 O) เยื่อกระดาษออกมาจากหม้อนึ่งความดันซึ่งประกอบด้วยสารละลายอะลูมิเนตและตะกอนสีขาวตกตะกอน ต่อไป สารละลายจะถูกแยกออกจากโคลนสีขาวโดยการกรองให้ข้นและกรอง โคลนสีขาวเข้าสู่ประจุการเผาผนึก และสารละลายจะถูกส่งไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์

การทำให้เป็นคาร์บอนโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อแยกอะลูมิเนียมออกเป็นตะกอนของ Al 2 O 3 3H 2 O (คาร์บอนไดออกไซด์แทนที่การสลายตัวในกระบวนการไบเออร์) การทำให้เป็นคาร์บอนจะดำเนินการในภาชนะรูปทรงกระบอกหรือทรงกระบอกที่มีปริมาตรสูงถึง 800 ม. 3 โดยผ่านสารละลายของก๊าซไอเสียของเตาเผาผนึกที่มี CO 10 -14% 2 . ก๊าซผสมสารละลายและสลายโซเดียมอะลูมิเนต:

นา2โอ อัล 2 O 3 + CO 2 + 3H 2 O \u003d อัล 2 O 3 3H 2 O + นา 2 CO 3

และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ตกตะกอน

ถัดไป การดำเนินการทางเทคโนโลยีแบบเดียวกันจะดำเนินการตามวิธีของไบเออร์: การแยก Al 2 O 3 . 3H 2 O จากสารละลายและการเผา - การคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์โดยการเผาในเตาหลอมแบบท่อเพื่อให้ได้อลูมินา Al 2 O 3

ปริมาณการใช้วัสดุโดยประมาณเพื่อรับอลูมินา 1 ตัน, t: บอกไซต์ 3.2 - 3.6; หินปูน 1.35; มะนาว 0.025; โซดาแอช 0.19; เชื้อเพลิงอ้างอิง 1.1 - 1.2; ไฟฟ้า ~ 800 กิโลวัตต์

การรับอลูมินาจากเนเฟลีน Nepheline เข้มข้นหรือแร่และหินปูนหลังจากการบดแล้วบดในตัวกลางที่เป็นน้ำเพื่อให้ได้เนื้อสำหรับการเผาผนึก เนื่องจากการมีอยู่ของด่างในองค์ประกอบของเนฟีลีน จึงไม่จำเป็นต้องเติมโซดาไฟ

การเผาผนึกจะดำเนินการในเตาโรตารี่แบบท่อความร้อนที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3-5 และความยาวสูงสุด 190 ม. เยื่อกระดาษถูกเทลงในเตาเผาจากด้านก๊าซซึ่งมีอุณหภูมิ 200 - 300 0 C และเมื่อสิ้นสุดการคายประจุจะถึง 1,300 0 C ในกระบวนการให้ความร้อน nepheline ทำปฏิกิริยากับหินปูน:

(นา, K) 2 O.Al 2 O 3 . 2SiO 2 + 4 CaCO 3 \u003d (นา, K) 2 O. อัล 2 O 3 + 2(2CaO. SiO 2) + 4CO 2

ผลของปฏิกิริยานี้ Na 2 O และ K 2 O ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเนฟีลีน ทำให้มั่นใจได้ว่าการเปลี่ยนอลูมินาเป็นอะลูมิเนตที่ละลายน้ำได้ และ CaO จะจับซิลิกาเป็นไดแคลเซียมซิลิเกตที่ละลายได้ต่ำ เค้กที่ได้จะถูกทำให้เย็นลงในตู้เย็นและบด

การชะล้างเค้กเนฟีลีนรวมกับการบดและดำเนินการในโรงสีลูกหรือแท่งในน้ำร้อนด้วยสารละลายอัลคาไลน์ที่ได้จากการทำให้เป็นคาร์บอน ในระหว่างกระบวนการชะล้าง อะลูมิเนตจะละลายในน้ำและกากตะกอนจากปูนขาว-ซิลิเกตซึ่งตกไปอยู่ที่การผลิตซีเมนต์

การทำให้แห้งของสารละลายอะลูมิเนตเกิดขึ้นในสองขั้นตอน ครั้งแรกดำเนินการในหม้อนึ่งความดัน 1.5-2 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 150-170 0 C; ในกรณีนี้ อะลูมิโนซิลิเกตที่ประกอบด้วยซิลิกาจะตกตะกอน ตะกอนนี้จะเข้าสู่ประจุการเผาผนึก

ส่วนที่สองของสารละลายอะลูมิเนตยังถูกทำให้แห้งในเครื่องผสมด้วยการเติมปูนขาวที่อุณหภูมิ ~ 95 0 C เป็นเวลา 1.5-2 ชั่วโมง ในกรณีนี้ ตะกอนจากมะนาวซิลิเกตจะตกตะกอนและทำให้เกิดการตกตะกอนของสารละลายอะลูมิเนตอย่างลึก จากนั้นสารละลายนี้จะถูกเผาโดยได้รับอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และสารละลายโซดาที่แห้งสนิทในตะกอนซึ่งจะได้รับโปแตช (K 2 CO 3) และโซดาแอช (Na 2 CO 3) เพิ่มเติมในร้านโซดา Desiliconization ลึกเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นที่ต้องการของตลาดเหล่านี้

การเผา อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์หลังจากการประมวลผลทั้งสองกิ่งของสารละลายอะลูมิเนตจะถูกล้างและกรองแล้วส่งไปที่การเผา (การคายน้ำ) ซึ่งดำเนินการในลักษณะเดียวกับวิธีไบเออร์เพื่อให้ได้อลูมินา

ปริมาณการใช้วัสดุโดยประมาณเพื่อรับอลูมินา 1 ตันจากเนฟีลีน t: เนฟีลีน 4; หินปูน 7; มะนาว 0.1; เชื้อเพลิงอ้างอิง 1.5; ไฟฟ้า ~ 1,000 kWh ในเวลาเดียวกันได้ผลิตภัณฑ์โซดาประมาณ 1 ตันและซีเมนต์มากถึง 10 ตัน

5. การผลิตไฟฟ้าของอะลูมิเนียม

อลูมิเนียมได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาที่ละลายในอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลวซึ่งมีส่วนประกอบหลักคือไครโอไลต์ ในไครโอไลต์บริสุทธิ์ Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3) อัตราส่วน NaF: AlF 3 คือ 3 เพื่อประหยัดพลังงานไฟฟ้า จำเป็นต้องมีอัตราส่วนนี้ในช่วง 2.6-2.8 ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส ดังนั้นจึงเพิ่มอะลูมิเนียมฟลูออไรด์ AlF 3 ไปที่ไครโอไลต์ นอกจากนี้ CaF 2 เล็กน้อย , MgF 2 และบางครั้ง NaCl จะถูกเติมลงในอิเล็กโทรไลต์เพื่อลดจุดหลอมเหลว เนื้อหาของส่วนประกอบหลักในอิเล็กโทรไลต์ทางอุตสาหกรรมอยู่ภายในขีดจำกัดต่อไปนี้ %: Na 3 AlF 6 75-90; อัลเอฟ 3 5-12; มก. 2 2-5; CaF 2 2-4; อัล 2 O 3 2-10

อ่างอิเล็กโทรไลซิสหรือเซลล์ที่ทำอิเล็กโทรไลซิสมีรูปทรงสี่เหลี่ยมในแผนผัง ตัวโครงทำจากเหล็กแผ่นล้อมรอบผนังของอ่าง และสำหรับอ่างขนาดใหญ่จะทำด้วยก้นอ่าง ข้างในมีชั้นของไฟร์เคลย์ จากนั้นผนังก็ปูด้วยแผ่นถ่านหิน และด้านล่างประกอบขึ้นด้วยเตาถ่าน อ่างที่มีความลึก 0.5-0.6 ม. เต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์และชั้นของอะลูมิเนียมเหลวที่อยู่ข้างใต้

แอโนดคาร์บอนถูกแขวนไว้บนแท่งเหล็กเพื่อให้ปลายล่างจุ่มอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ กระแสจะถูกส่งไปยังแอโนดผ่านก้านจากยาง

พลังของเซลล์ซึ่งกำหนดโดยความแรงของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายไปนั้นแตกต่างกันไปตั้งแต่ 30 kA สำหรับอ่างพลังงานต่ำไปจนถึง 250 kA สำหรับอ่างพลังงานสูง

อ่างอิเล็กโทรไลซิสที่มีแอโนดแบบอบล่วงหน้ามีแอสเซมบลีแอโนดที่ประกอบด้วยบล็อกคาร์บอนหรือกราไฟต์หลายอันเรียงกันเป็นสองแถว แต่ละบล็อกมีหัวนมเหล็กสี่ตัวเชื่อมต่อกับแกน อุปกรณ์นี้ทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟและระงับยูนิต บล็อกที่ถูกเผาจะถูกแทนที่ด้วยอันใหม่ เหนืออ่างอาบน้ำมีถังเก็บก๊าซ

การใช้แอโนดแบบอบทำให้สามารถเพิ่มความจุของอ่างอาบได้ และลดการปล่อยสารก่อมะเร็งที่เป็นอันตรายซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการโค้กของสนามอิเล็กตรอนแบบอบเองได้อย่างมาก

ห้องอาบน้ำแบบอิเล็กทรอนิกส์วางอยู่ในเวิร์กช็อปติดต่อกัน - หลายสิบอ่างติดต่อกัน

อิเล็กโทรไลซิสดำเนินการที่แรงดันไฟฟ้า 4-4.3 V และตามที่ระบุไว้ที่ความหนาแน่นกระแสเฉพาะที่ไหลผ่านแอโนดเท่ากับ 0.65-1.0 A / cm 2 ความหนาของชั้นอิเล็กโทรไลต์ในอ่างคือ 150-250 มม. . อุณหภูมิของอ่างจะคงอยู่ภายใน 950-970 0 C เนื่องจากความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างกระแสไฟตรงผ่านอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิดังกล่าวเกิดขึ้นภายใต้ขั้วบวกและเปลือกของอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งตัวจะก่อตัวขึ้นที่ขอบของอากาศและชั้นอิเล็กโทรไลต์ (เครื่องขัด) ที่แข็งตัวอยู่ใกล้กับผนังของอ่าง

อุณหภูมิที่ต้องการของอ่าง เช่น การปล่อยความร้อนตามปริมาณที่ต้องการในชั้นอิเล็กโทรไลต์นั้น จะมีให้ที่ความต้านทานไฟฟ้าของชั้นอิเล็กโทรไลต์ ความต้านทานไฟฟ้าดังกล่าวทำได้โดยการรักษาองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์และความหนาของชั้นนำไฟฟ้าภายในขอบเขตที่กำหนด กล่าวคือ ระยะห่างระหว่างขั้วบวกกับชั้นของอะลูมิเนียมเหลวภายใน 40-60 มม.

เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับแคโทดและแอโนด ส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์เหลวจะเกิดการแตกตัวด้วยไฟฟ้า และการหลอมจะประกอบด้วยไพเพอร์และแอนไอออนจำนวนมาก องค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ถูกเลือกเพื่อให้ตามค่าของศักย์ไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดมีเพียง Al 3+ cations และ O 2- anions ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวของ Al 2 O 3 ในอิเล็กโทรไลต์ ,สามารถปลดออกได้

อลูมิเนียมที่ปล่อยออกมาที่แคโทดจะสะสมที่ด้านล่างของอ่างใต้ชั้นอิเล็กโทรไลต์ ปล่อยออกมาที่ขั้วบวกด้วยการก่อตัวของก๊าซ CO และ CO 2 นั่นคือด้านล่างของขั้วบวกจะถูกออกซิไดซ์และขั้วบวกจะลดลงเป็นระยะ ก๊าซ CO และ CO 2 ออกมาจากใต้แอโนดตามพื้นผิวด้านข้างของพวกมัน พวกมันประกอบด้วยสารประกอบฟลูออไรด์ที่เป็นพิษซึ่งปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรไลต์และฝุ่นอลูมินา ก๊าซเหล่านี้ถูกจับและทำความสะอาดจากฝุ่นและสารประกอบฟลูออรีน

ในระหว่างกระบวนการ อลูมินาจะถูกบรรจุลงในอ่างเป็นระยะๆ ควบคุมองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์โดยการแนะนำสารเติมแต่ง ด้วยความช่วยเหลือของผู้ควบคุมการรักษาระยะห่างที่เหมาะสมระหว่างขั้วบวกและอะลูมิเนียมเหลว อลูมินาถูกบรรจุลงในอ่างจากด้านบน ด้วยเหตุนี้ เปลือกของอิเล็กโทรไลต์ที่เผาแล้วจะถูกตัดผ่านด้วยความช่วยเหลือของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ไปตามอ่างอาบน้ำ

อลูมิเนียมเหลวจะถูกลบออกจากอ่างอาบน้ำวันละครั้งหรือหลังจาก 2-3 วันโดยใช้ถังสูญญากาศ กระบวยสุญญากาศเป็นภาชนะที่ปูด้วย chamotte ซึ่งบรรจุอะลูมิเนียม 1.5-5 ตัน ซึ่งสร้างสุญญากาศประมาณ 70 kPa ท่อไอดีที่เชื่อมต่อกับหัวทัพพีถูกจุ่มจากด้านบนลงในชั้นของอะลูมิเนียมเหลวและดูดเข้าไปในทัพพี

ก๊าซแอโนดที่ถูกปลดปล่อยออกมาก่อนจะถูกส่งไปยังหัวเผา โดยที่ CO และน้ำมันดินมีค่าสูงจะถูกเผา และจากนั้นไปยังการทำความสะอาดก๊าซ ซึ่งดักจับฝุ่นและสารประกอบฟลูออไรด์

ประสิทธิภาพของอ่างอิเล็กโทรไลซิสที่ทันสมัยคืออลูมิเนียม 500-1200 กิโลกรัมต่อวัน เพื่อให้ได้อะลูมิเนียม 1 ตัน อลูมินา ~ 1.95 ตัน ไครโอไลต์ ~ 25 กก. อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ 25 กก. มวลแอโนด 0.5-0.6 ตัน และใช้ไฟฟ้า 14-16 เมกะวัตต์ชั่วโมงต่อชั่วโมง ,

6. การกลั่นอะลูมิเนียม

อลูมิเนียมที่สกัดจากอ่างอิเล็กโทรไลซิสเรียกว่าอลูมิเนียมดิบ ประกอบด้วยสิ่งสกปรกที่เป็นโลหะและอโลหะ รวมทั้งก๊าซ (ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอนออกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์) สิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะคืออนุภาคอลูมินาที่กักขังทางกลไก อิเล็กโทรไลต์ อนุภาคซับใน เป็นต้น

สำหรับการทำความสะอาดจากสิ่งสกปรกที่ดักจับทางกลไก ก๊าซที่ละลายน้ำ รวมทั้งจาก Na, Ca และ Mg อะลูมิเนียมจะต้องผ่านคลอรีน ในการทำเช่นนี้หลอดจะถูกใส่เข้าไปในกระบวยสูญญากาศซึ่งจ่ายคลอรีนก๊าซเป็นเวลา 10-15 นาทีและเพื่อเพิ่มพื้นผิวสัมผัสของแก๊สด้วยโลหะปลั๊กเซรามิกที่มีรูพรุนติดอยู่ที่ปลายท่อ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเจ็ทแก๊สบดอัดเป็นฟองอากาศขนาดเล็ก คลอรีนทำปฏิกิริยารุนแรงกับอะลูมิเนียมเพื่อสร้างอะลูมิเนียมคลอไรด์ AlCl 3 ไอระเหยของอะลูมิเนียมคลอไรด์จะลอยผ่านชั้นโลหะและมีสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะแขวนลอย ส่วนหนึ่งของก๊าซและคลอไรด์ Na, Ca, Mg และ H 2 ที่เป็นผลลัพธ์จะลอยขึ้น

ถัดไป อลูมิเนียมจะถูกเทลงในเตาผสมไฟฟ้าหรือในเตาหลอมแบบสะท้อนกลับ โดยจะคงอยู่เป็นเวลา 30-45 นาที วัตถุประสงค์ของการดำเนินการนี้คือการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมจากการรวมที่ไม่ใช่โลหะและก๊าซ และการหาค่าเฉลี่ยขององค์ประกอบโดยผสมอลูมิเนียมจากอ่างต่างๆ จากนั้นเทอะลูมิเนียมลงในแท่งบนเครื่องหล่อแบบสายพานลำเลียงหรือในโรงงานหล่อหลอมแบบต่อเนื่องสำหรับการรีดหรือดึง ด้วยวิธีนี้จะได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์อย่างน้อย 99.8% Al

อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่าได้มาจากระดับอุตสาหกรรมโดยการกลั่นด้วยไฟฟ้าภายหลังการกลั่นอะลูมิเนียมเหลวตามวิธีการที่เรียกว่าสามชั้น อ่างอิเล็กโทรลิซิสมีผนังแมกนีไซต์ เตาถ่าน และแคโทดกราไฟท์ที่ห้อยลงมาจากด้านบน อลูมิเนียมเริ่มต้นถูกเทลงบนเตาผ่านรูด้านข้างเป็นส่วน ๆ โดยรักษาชั้นแอโนดให้มีความหนาอยู่ที่นี่ ด้านบนเป็นชั้นอิเล็กโทรไลต์ของเกลือฟลูออรีนและคลอไรด์ และเหนืออิเล็กโทรไลต์คือชั้นของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ ซึ่งเบากว่าอิเล็กโทรไลต์ ปลายแคโทดแช่อยู่ในชั้นนี้

เพื่อให้อลูมิเนียมกลั่นอยู่ด้านล่าง มันทำให้หนักขึ้นโดยสร้างโลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดงในชั้นแอโนด ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส ไอออน Al 3+ จะเคลื่อนจากชั้นแอโนดผ่านชั้นอิเล็กโทรไลต์ไปยังชั้นแคโทดและถูกคายประจุที่นี่ โลหะแคโทดบริสุทธิ์ที่สะสมอยู่บนพื้นผิวของอ่างจะถูกตักออกมาและเทลงในแท่งโลหะ วิธีนี้ทำให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.95% ปริมาณการใช้ไฟฟ้าอยู่ที่ ~ 18000 kWh ต่ออะลูมิเนียม 1 ตัน อะลูมิเนียมบริสุทธิ์มากขึ้นได้จากการหลอมโซนหรือการกลั่นผ่านซับฮาไลด์

บทสรุป

จากวัสดุที่พิจารณาพบว่าอลูมิเนียมเป็นหนึ่งในโลหะที่จำเป็นในอุตสาหกรรม โลหะวิทยาอลูมิเนียมมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหม่

รายชื่อวรรณคดีใช้แล้ว

1. Gabrielyan O.S. เคมี. - ม.: Bustard, 2004

2. Voskoboinikov V.G. , Kudrin V.A. , Yakushev A.M. โลหะวิทยาทั่วไป - M.: ICC "Akademkniga", 2004

3. กุลมาน เอ.จี. เคมีทั่วไป - ม.: "โคลอส", 2511

เป็นครั้งแรกที่นักเคมีชาวเยอรมัน F. Wöhler ได้รับอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะในทางเคมีในปี 1821 (โดยการลดอะลูมิเนียมคลอไรด์ที่มีโพแทสเซียมของโลหะเมื่อถูกความร้อน) ในปี ค.ศ. 1854 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Saint-Clair Deville ได้เสนอวิธีทางเคมีไฟฟ้าสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมโดยการลดอะลูมิเนียม-โซเดียม ดับเบิ้ลคลอไรด์ด้วยโซเดียม

การผลิตและการผลิตอลูมิเนียม

อลูมิเนียมเมทัลลิกได้มาจากสามขั้นตอน:

การรับอลูมินา (Al 2 O 3) จากแร่อะลูมิเนียม
รับอลูมิเนียมจากอลูมินา
การกลั่นอลูมิเนียม

รับอลูมินา

ประมาณ 95% ของอลูมินาทั้งหมดได้มาจากแร่บอกไซต์

อะลูมิเนียม(แร่อะลูมิเนียมฝรั่งเศส) (ตามชื่อพื้นที่ Baux ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส) - แร่อะลูมิเนียมประกอบด้วยอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ออกไซด์ของเหล็กและซิลิกอน วัตถุดิบสำหรับการผลิตอลูมินาและวัสดุทนไฟที่มีส่วนผสมของอลูมินา เนื้อหาของอลูมินาในแร่บอกไซต์เชิงพาณิชย์มีตั้งแต่ 40% ถึง 60% และอีกมากมาย นอกจากนี้ยังใช้เป็นฟลักซ์ในโลหะผสมเหล็ก

ภาพที่ 1 - แร่อะลูมิเนียม

โดยทั่วไป บอกไซต์เป็นก้อนดิน คล้ายดินเหนียว ซึ่งอาจมีลักษณะเป็นแถบ พิโซไลต์ (คล้ายถั่ว) หรือเนื้อที่สม่ำเสมอ ภายใต้สภาพดินฟ้าอากาศปกติ เฟลด์สปาร์ (แร่ธาตุที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของเปลือกโลกและเป็นอะลูมิโนซิลิเกต) จะสลายตัวเป็นดินเหนียว แต่ในสภาพอากาศร้อนและมีความชื้นสูง บอกไซต์อาจเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายจากการสลายตัว เนื่องจากสภาพแวดล้อมดังกล่าวสนับสนุนการกำจัด ของด่างและซิลิกา โดยเฉพาะจากไซไนต์หรือแกบโบร อะลูมิเนียมจะถูกแปรรูปเป็นอะลูมิเนียมเป็นขั้นๆ ขั้นแรก ได้อะลูมิเนียมออกไซด์ (อลูมินา) และจากนั้นก็เป็นอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะ

สิ่งเจือปนหลักในแร่บอกไซต์คือ Fe 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 สิ่งเจือปนเล็กน้อยของอะลูมิเนียม ได้แก่ Na 2 O, K 2 O, CaO, MgO, ธาตุหายาก, Cr, P, V, F, สารอินทรีย์

โดยปกติบอกไซต์จะถูกจัดประเภท:

ตามสี
โดยแร่ธาตุหลัก (มักผสมกัน);
ตามอายุ

เกณฑ์หลัก คุณสมบัติของแร่อะลูมิเนียมคือ:

โมดูลซิลิคอน (Msi = Al 2 O 3 /SiO 2 (% wt.)) โมดูลซิลิกอนที่ใหญ่ขึ้นคุณภาพก็จะยิ่งดีขึ้น (Msi = 7);
ปริมาณธาตุเหล็กในแง่ของ Fe 2 O 3 หากเนื้อหาของ Fe 2 O 3 อยู่ที่ประมาณ 18 % โดยน้ำหนัก อะลูมิเนียมก็ถือเป็นธาตุเหล็กสูง ยิ่งมีธาตุเหล็กมากเท่าไร การขุดแร่บอกไซต์ก็ยิ่งยากขึ้นเท่านั้น
ปริมาณกำมะถัน การปรากฏตัวของกำมะถันจำนวนมากทำให้การประมวลผลของบอกไซต์ซับซ้อน
ปริมาณคาร์บอเนตในแง่ของ CO 3 (2-) . การปรากฏตัวของคาร์บอเนตจำนวนมากทำให้การประมวลผลของบอกไซต์ซับซ้อน

ใช้อะลูมิเนียม:

ในการผลิตอลูมินา
ในการผลิตวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
ในการผลิตวัสดุทนไฟ
เป็นฟลักซ์สำหรับการถลุงเหล็กแบบเปิด
สำหรับการอบแห้งก๊าซและน้ำมันทำความสะอาดจากกำมะถัน
เป็นสีย้อม

จนถึงปัจจุบันซัพพลายเออร์หลักของอะลูมิเนียมคือ:

ออสเตรเลีย - มีเงินฝากจำนวนมากเช่น Fe, Au, U, Ni, Co, Cu และอื่นๆ การซื้อวัตถุดิบจากออสเตรเลียมีกำไรมากกว่าการซื้อวัตถุดิบเอง
กินี - รัสเซียซื้อที่นั่งหลายที่นั่ง
อเมริกากลาง: กายอานา จาเมกา ซูริมาน
บราซิล.

ในยุโรป เงินฝากทั้งหมดจะหมดลง บอกไซต์มาจากกรีซ แต่วัตถุดิบนี้มีคุณภาพต่ำ

รูปที่ 2 - ปริมาณสำรองของอะลูมิเนียมในโลก

ด้านล่างเป็นแหล่งแร่อะลูมิเนียมหลักในรัสเซีย

เงินฝากครั้งแรกถูกค้นพบในปี 1914 ใกล้เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ใกล้เมือง Tikhvin 6 โรงงานถูกสร้างขึ้นที่สนามนี้ ที่ใหญ่ที่สุดคือโรงงานอลูมิเนียม Volkhov จนถึงปัจจุบัน เขตข้อมูล Tikhvinskoye หมดลงแล้วและดำเนินการกับวัตถุดิบที่นำเข้าเป็นหลัก
ในปี 1931 มีการค้นพบแหล่งแร่บอกไซต์คุณภาพสูง (SUBR) ของ Severo-Uralskoye เป็นพื้นฐานสำหรับการก่อสร้างโรงงานอะลูมิเนียม Ural (UAZ) ในปี 1939 และบนพื้นฐานของเหมืองบอกไซต์เซาท์อูราล (YUBR) โรงถลุงอะลูมิเนียม Bogoslovsky (BAZ) ก็ถูกสร้างขึ้น
สนาม Severoonezhskoye ตั้งอยู่บนถนนสู่คาบสมุทร Kola อยู่ในแผน แต่ไม่ทราบวันที่สร้าง
เงินฝาก Vislovskoe เป็นดินเหนียวบริสุทธิ์ประเภท kaolite ไม่ใช้สำหรับอลูมินา
เขต Timanskoye (สาธารณรัฐ Komi, Varkuta) ชาวแคนาดามีความสนใจในสาขานี้ ดังนั้นพวกเขากำลังวางแผนที่จะสร้างโรงงาน (Komi Sual เป็นบริษัทโฮลดิ้ง)

การรับอลูมินาจากแร่บอกไซต์

เนื่องจากอะลูมิเนียมมีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริก จึงผลิตอลูมินาได้สามวิธี:

อัลคาไลน์,
กรด;
อิเล็กโทรไลต์

วิธีที่แพร่หลายที่สุดคือวิธีอัลคาไลน์ (วิธีของ K.I. ไบเออร์ซึ่งพัฒนาขึ้นในรัสเซียเมื่อปลายศตวรรษก่อนที่ผ่านมาและใช้สำหรับการประมวลผลบอกไซต์คุณภาพสูงที่มีซิลิกาจำนวนเล็กน้อย (มากถึง 5–6%)) ตั้งแต่นั้นมา ประสิทธิภาพทางเทคนิคก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก รูปแบบการผลิตอลูมินาโดยวิธีไบเออร์แสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 - โครงการรับอลูมินาโดยวิธีไบเออร์

สาระสำคัญของวิธีการนี้คือ สารละลายอะลูมิเนียมจะสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อใส่อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เข้าไป และสารละลายที่เหลือจากการสลายตัวหลังจากการระเหยของสารภายใต้สภาวะของการผสมแบบเข้มข้นที่ 169–170 °C สามารถละลายอลูมินาที่มีอยู่ในอะลูมิเนียมได้อีกครั้ง วิธีนี้ประกอบด้วยการดำเนินการหลักดังต่อไปนี้:

1. การเตรียมอะลูมิเนียมซึ่งประกอบด้วยการบดและบดในโรงสี โรงสีมีบอกไซต์ ด่างโซดาไฟ และปูนขาวจำนวนเล็กน้อย ซึ่งช่วยเพิ่มการปลดปล่อย Al 2 O 3 ; เยื่อกระดาษที่ได้จะถูกป้อนเพื่อชะล้าง

2. การชะชะอะลูมิเนียม (เมื่อเร็ว ๆ นี้บล็อกหม้อนึ่งความดันรูปทรงกลมที่ใช้จนถึงขณะนี้ได้ถูกแทนที่ด้วยหม้อนึ่งความดันบางส่วนซึ่งการชะล้างเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 230–250 ° C (500–520 K) ซึ่งประกอบด้วยการสลายตัวทางเคมีจาก ปฏิสัมพันธ์กับสารละลายด่าง อะลูมิเนียมออกไซด์ไฮเดรตเมื่อทำปฏิกิริยากับด่างให้ไปเป็นสารละลายในรูปของโซเดียมอะลูมิเนต:

AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O

อัล(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;

SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H2O;

ในสารละลายโซเดียมอะลูมิเนตและโซเดียมซิลิเกตเป็นโซเดียมอะลูมิโนซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำ ไททาเนียมและเหล็กออกไซด์ผ่านเข้าไปในสารตกค้างที่ไม่ละลายน้ำทำให้สารตกค้างเป็นสีแดง สารตกค้างนี้เรียกว่าโคลนแดง เมื่อละลายเสร็จแล้ว โซเดียมอะลูมิเนตที่ได้จะถูกเจือจางด้วยสารละลายด่างในขณะที่ลดอุณหภูมิลง 100 ° C

3. การแยกสารละลายอะลูมิเนตออกจากโคลนแดง มักล้างด้วยสารเพิ่มความข้นพิเศษ ด้วยเหตุนี้ โคลนสีแดงจึงตกลงมา และสารละลายอะลูมิเนตจะถูกระบายออกแล้วกรองออก (ชี้แจง) ในปริมาณที่จำกัด กากตะกอนจะถูกใช้ เช่น เป็นสารเติมแต่งสำหรับซีเมนต์ ขึ้นอยู่กับเกรดของอะลูมิเนียม โคลนสีแดง 0.6 - 1.0 ตัน (สารตกค้างแห้ง) ตกลงบนอลูมินาที่ผลิตได้ 1 ตัน ขึ้นอยู่กับเกรดของอะลูมิเนียม

4. การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนต มันถูกกรองและสูบลงในภาชนะขนาดใหญ่ที่มีตัวกวน (ตัวย่อยสลาย) อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 ถูกสกัดจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเมื่อทำให้เย็นลงจนถึง 60 °C (330 K) และกวนอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างช้าๆและไม่สม่ำเสมอ และการก่อตัวและการเติบโตของผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการประมวลผลต่อไป จึงมีการเพิ่มไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งจำนวนมากลงในตัวย่อยสลาย - เมล็ดพืช:

นา 2 O อัล 2 O 3 + 4H2O→Al(OH) 3 + 2NaOH;

5. การจัดสรรอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และการจำแนกประเภท สิ่งนี้เกิดขึ้นในไฮโดรไซโคลนและตัวกรองสุญญากาศ โดยตะกอนที่มีอนุภาค Al(OH) 3 50 - 60% แยกออกจากสารละลายอะลูมิเนต ส่วนสำคัญของไฮดรอกไซด์จะกลับสู่กระบวนการย่อยสลายเป็นวัสดุเมล็ด ซึ่งยังคงหมุนเวียนอยู่ในปริมาณที่ไม่เปลี่ยนแปลง สารตกค้างหลังจากล้างด้วยน้ำจะถูกเผา กรองก็กลับสู่การไหลเวียน (หลังจากความเข้มข้นในเครื่องระเหย - เพื่อชะล้างบอกไซต์ใหม่);

6. การคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (การเผา); เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตอลูมินา มันดำเนินการในเตาเผาแบบหมุนแบบท่อและเมื่อเร็ว ๆ นี้ในเตาเผาที่มีการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนของวัสดุที่อุณหภูมิ 1150 - 1300 ° C; อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ดิบ ผ่านเตาโรตารี่ ทำให้แห้งและแห้ง เมื่อถูกความร้อน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่อไปนี้จะเกิดขึ้นตามลำดับ:

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

200 °C - 950 °C - 1200 °C.

อลูมินาที่ผ่านการเผาขั้นสุดท้ายมี 30 - 50% α-Al2O3 (คอรันดัม) ส่วนที่เหลือคือ γ-Al 2 O 2 .

วิธีนี้สกัดได้ 85 - 87% ของอลูมินาทั้งหมดที่ผลิต อลูมินาที่ได้นั้นเป็นสารประกอบทางเคมีที่แรงโดยมีจุดหลอมเหลว 2050 ° C

การได้มาซึ่งอะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้า

การลดอิเล็กโทรไลต์ของอะลูมิเนียมออกไซด์ที่ละลายในตัวหลอมแบบไครโอไลต์จะดำเนินการที่อุณหภูมิ 950–970 °C ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เซลล์ประกอบด้วยอ่างที่ปูด้วยบล็อกคาร์บอนซึ่งอยู่ด้านล่างซึ่งมีการจ่ายกระแสไฟฟ้า อะลูมิเนียมเหลวที่ปล่อยออกมาด้านล่างซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทดนั้นหนักกว่าเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมละลาย ดังนั้นจึงถูกรวบรวมไว้บนฐานถ่านหิน จากนั้นจึงสูบออกเป็นระยะ (รูปที่ 4) จากด้านบน คาร์บอนแอโนดจะแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเผาไหม้ในบรรยากาศของออกซิเจนที่ปล่อยออกมาจากอะลูมิเนียมออกไซด์ ปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) หรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ในทางปฏิบัติใช้แอโนดสองประเภท:

แอโนด Zederberg ที่อบด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยก้อนที่เรียกว่า "ขนมปัง" ของมวล Zederberg (ถ่านหินเถ้าต่ำที่มีน้ำมันดิน 25 - 35%) ยัดลงในเปลือกอลูมิเนียม ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงมวลขั้วบวกจะถูกเผา (เผา);
ยิงหรือ "ต่อเนื่อง" แอโนดที่ทำจากบล็อกคาร์บอนขนาดใหญ่ (เช่น 1900 × 600 × 500 มม. น้ำหนักประมาณ 1.1 ตัน)

รูปที่ 4 - แผนผังของอิเล็กโทรไลเซอร์

ความแรงของกระแสไฟฟ้าบนอิเล็กโทรไลต์คือ 150,000 A. พวกมันเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบบอนุกรมนั่นคือระบบ (อนุกรม) ได้มา - อิเล็กโทรไลต์แถวยาว

แรงดันไฟในอ่างซึ่งอยู่ที่ 4 - 5 V นั้นสูงกว่าแรงดันไฟที่อะลูมิเนียมออกไซด์สลายตัวมาก เนื่องจากการสูญเสียแรงดันไฟในส่วนต่างๆ ของระบบเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างการทำงาน ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานเมื่อได้รับอะลูมิเนียม 1 ตัน แสดงในภาพที่ 5

ภาพที่ 5 - ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานในการผลิตอลูมิเนียม 1 ตัน

ในถังปฏิกิริยา อะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมคลอไรด์ก่อน จากนั้นในอ่างที่หุ้มฉนวนอย่างแน่นหนา อิเล็กโทรไลซิสของ AlCl 3 ละลายในเกลือหลอมเหลวของ KCl หรือ NaCl คลอรีนที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะถูกดูดออกและป้อนเพื่อรีไซเคิล อลูมิเนียมวางอยู่บนแคโทด

ข้อดีของวิธีนี้เหนืออิเล็กโทรไลซิสที่มีอยู่ของของเหลว cryolite-alumina ละลาย (Al 2 O 3 , Na 3 AlF 6 ที่ละลายใน cryolite) คือ: ประหยัดพลังงานได้มากถึง 30%; ความเป็นไปได้ของการใช้อะลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งไม่เหมาะสำหรับอิเล็กโทรไลซิสแบบเดิม (เช่น Al 2 O 3 ที่มีปริมาณซิลิกอนสูง) แทนที่ไครโอไลต์ราคาแพงด้วยเกลือที่ถูกกว่า การกำจัดอันตรายจากการปล่อยฟลูออไรด์

รับอลูมิเนียมขัดเงา

สำหรับอะลูมิเนียม การกลั่นด้วยไฟฟ้าด้วยการสลายตัวของสารละลายเกลือในน้ำเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเพื่อวัตถุประสงค์บางอย่าง ระดับการทำให้อะลูมิเนียมอุตสาหกรรมบริสุทธิ์ (Al 99.5 - Al 99.8) ที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมของไครโอไลต์-อลูมินายังไม่เพียงพอ แม้แต่อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (Al 99.99 R) ก็ได้มาจากอะลูมิเนียมอุตสาหกรรมหรือเศษโลหะโดยการกลั่น . วิธีการกลั่นที่มีชื่อเสียงที่สุดคืออิเล็กโทรไลซิสสามชั้น

การกลั่นด้วยอิเล็กโทรไลซิสสามชั้น

ซับในด้วยแผ่นเหล็กที่ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง (รูปที่ 6) อ่างกลั่นประกอบด้วยเตาถ่านที่มีตัวนำกระแสไฟฟ้าและแผ่นเคลือบแมกนีเซียมที่หุ้มฉนวนความร้อน ตรงกันข้ามกับอิเล็กโทรไลซิสของไครโอไลต์-อลูมินาที่หลอมเหลว ขั้วบวกที่นี่คือ ตามกฎแล้ว โลหะกลั่นที่หลอมเหลว (ชั้นแอโนดที่ต่ำกว่า) อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยฟลูออไรด์บริสุทธิ์หรือส่วนผสมของแบเรียมคลอไรด์และอะลูมิเนียมและโซเดียมฟลูออไรด์ (ชั้นกลาง) อะลูมิเนียมที่ละลายจากชั้นแอโนดในอิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมาเหนืออิเล็กโทรไลต์ (ชั้นแคโทดด้านบน) โลหะบริสุทธิ์ทำหน้าที่เป็นแคโทด กระแสไฟฟ้าถูกส่งไปยังชั้นแคโทดโดยอิเล็กโทรดกราไฟท์

รูปที่ 6 - ไดอะแกรมของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่มีเตาด้านหน้าสำหรับการกลั่นอลูมิเนียม (ตาม Fulda - Ginzberg)

1 - อลูมิเนียมละลาย; 2 – อิเล็กโทรไลต์; 3 - อลูมิเนียมกลั่นความถี่สูง 4 – แคโทดกราไฟท์; 5 - ผนังแมกนีไซต์; 6 - แตรหน้า; 7 - ชั้นฉนวน; 8 - ฉนวนด้านข้าง; 9 - เตาถ่าน; 10 – ตัวนำแอโนด; 11 - การแยกเตาไฟ; 12 - กล่องเหล็ก; 13 - ปก

อ่างทำงานที่อุณหภูมิ 750 - 800 ° C กินไฟ 20 kWh ต่ออะลูมิเนียมบริสุทธิ์ 1 กก. นั่นคือค่อนข้างสูงกว่าอิเล็กโทรไลซิสแบบอะลูมิเนียมทั่วไป

โลหะแอโนดประกอบด้วย 25-35% Cu; 7 – 12% สังกะสี; 6 – 9% ศรี; มากถึง 5% Fe และแมงกานีส นิกเกิล ตะกั่ว และดีบุกเล็กน้อย ส่วนที่เหลือ (40 - 55%) เป็นอะลูมิเนียม โลหะหนักและซิลิกอนทั้งหมดยังคงอยู่ในชั้นแอโนดระหว่างการกลั่น การปรากฏตัวของแมกนีเซียมในอิเล็กโทรไลต์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์หรือทำให้เกิดตะกรันที่รุนแรง ในการกำจัดแมกนีเซียม ตะกรันที่มีแมกนีเซียมจะได้รับการบำบัดด้วยฟลักซ์หรือคลอรีนที่เป็นก๊าซ

ผลจากการกลั่นจะได้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (99.99%) และผลิตภัณฑ์จากการคัดแยก (ผลิตภัณฑ์ Ziger) ซึ่งประกอบด้วยโลหะหนักและซิลิกอน และถูกแยกออกมาในรูปของสารละลายอัลคาไลน์และกากผลึก สารละลายอัลคาไลน์เป็นของเสีย และกากที่เป็นของแข็งจะถูกใช้เพื่อขจัดความเป็นกรด

อะลูมิเนียมบริสุทธิ์มักจะมีองค์ประกอบดังนี้ %: Fe 0.0005 - 0.002; ศรี 0.002 - 0.005; ลูกบาศ์ก 0.0005 - 0.002; สังกะสี 0.0005 - 0.002; ร่องรอยมิลลิกรัม; อัลพักผ่อน

อลูมิเนียมกลั่นถูกแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปในองค์ประกอบที่ระบุหรือผสมกับแมกนีเซียม (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1 - องค์ประกอบทางเคมีของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์สูงและอะลูมิเนียมขั้นต้นตาม DIN 1712 แผ่น 1

		สิ่งเจือปนที่อนุญาต*, %
			รวมทั้ง

* เท่าที่เป็นไปได้ที่จะกำหนดโดยวิธีการวิจัยทั่วไป

** อะลูมิเนียมบริสุทธิ์สำหรับงานวิศวกรรมไฟฟ้า (ตัวนำอะลูมิเนียม) มีจำหน่ายในรูปของอะลูมิเนียมปฐมภูมิ 99.5 ที่มีปริมาณไม่เกิน 0.03% (Ti + Cr + V + Mn) กำหนดในกรณีนี้เป็น E-A1 หมายเลขวัสดุ 3.0256 มิฉะนั้นจะเป็นไปตาม VDE-0202

การกลั่นด้วยสารประกอบเชิงซ้อนออร์กาโนอะลูมิเนียมและการหลอมโซน

อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงเกรด A1 99.99 R ได้จากการกลั่นอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์หรืออะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์โดยใช้สารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมที่ซับซ้อนของอะลูมิเนียมเป็นอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรลิซิสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียสระหว่างอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็ง และหลักการคล้ายกันกับการแยกอิเล็กโทรไลซิสของทองแดง ธรรมชาติของอิเล็กโทรไลต์กำหนดความจำเป็นในการทำงานโดยไม่มีอากาศและที่ความหนาแน่นกระแสไฟต่ำ

อิเล็กโทรไลซิสสำหรับการกลั่นประเภทนี้ ซึ่งใช้ในตอนแรกเฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ได้ดำเนินการในระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็กแล้ว - ผลิตโลหะหลายตันต่อปี ระดับการทำให้บริสุทธิ์ของโลหะที่ได้คือ 99.999 -99.9999% ขอบเขตการใช้งานที่เป็นไปได้สำหรับโลหะที่มีความบริสุทธิ์นี้คือวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ด้วยการแช่แข็ง

สามารถใช้วิธีการกลั่นที่พิจารณาแล้วในการชุบด้วยไฟฟ้า

ความบริสุทธิ์ที่สูงกว่า - ในนามถึง A1 99.99999 - สามารถรับได้จากการหลอมโลหะในโซนที่ตามมา เมื่อแปรรูปอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงให้เป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป แผ่นหรือลวด จำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเนื่องจากอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของโลหะ คุณสมบัติที่โดดเด่นของโลหะกลั่นคือการนำไฟฟ้าสูงในบริเวณที่มีอุณหภูมิในการแช่แข็ง