14.2. Производство алюминия

Природное сырье для производства алюминия – бокситы, нефелины, алуниты и др. Самые распространенные – бокситы. Они содержат 50-60% глинозема, 10-30% воды, остальное – кремнезем, оксид железа, оксид титана.

Алюминий производят в два этапа: сначала из бокситов получают глинозем, затем из глинозема – алюминий. Глинозем получают 3 способами: электротермическим, кислотным и щелочным:

• Электротермический метод – получение в электропечи соединений алюминия, которые находятся в минерале. Такие некачественные соединения алюминия применяются для шлифовальных кругов и других абразивных изделий.

• Кислотный метод – алюминиевые минералы обрабатывают соляной или серной кислотами. В процессе взаимодействия образуются соли (например, хлористый алюминий). Но для изготовления оборудования необходима кислотостойкая сталь, а это дополнительные затраты на производство алюминия.

• Щелочной способ – самый дешевый способ получения глинозема и для оборудования необходимы дешевые углеродистые стали и чугуны. На сегодняшний день 95% глинозема производят из бокситов методом Байера: глинозем получают способом обработки бокситов щелочами (NaOH), а алюминий из глинозема – электролизом (2А1₂О₃=4А1+3О₂.). Технологическая схема получения алюминия состоит из 4 самостоятельных подсистем: производство глинозема, криолита, электродной (анодной) смеси и алюминия из глинозема.

Для производства 1 т алюминия необходимо использовать 2 т глинозема, 0,7 т анодной смеси, 0,1 т криолита и 16-18 МВт/год электроэнергии. Затраты на электроэнергию составляют 30% стоимости алюминия.

Получаемый алюминий называется первичным. В нем много примесей, которые ухудшают его качество. Для уменьшения содержания примесей первичный алюминий подвергают рафинированию тремя способами: продувкой расплава первичного алюминия хлором, электролизным способом (алюминий чище, чем получаемый продувкой), зонным переплавом (особо чистый алюминий).