logo
Производственные процессы_УП

Получение алюминия

Получение алюминия это электролиз раствора глинозема Al2O3, получаемого из алюминиевых руд, в расплаве криолита Na3AlF6 c получением алюминия – сырца; очистка (рафинирование) сырца от примесей.

Основное сырье для получения алюминия (Al) - алюминиевые руды, в первую очередь бокситы. В бокситах алюминий содержится в виде гидроокисей Al(OH)3, AlOOH, Al2O3 и каолинита Al2O32SiO22H2O.

Рис. 2.8. Схема электролитического способа производства алюминия

Наиболее распространенным способом извлечения Al из руды является щелочной способ, с помощью которого получается глинозем (Al2O3) (см. схему на рис. 2.8).

Способ состоит из следующих операций [2]:

  1. Дробление боксита в мельницах.

  2. Выщелачивание боксита, которое заключается в химическом его разложении от взаимодействия с водным раствором щелочи:

AlOOH+NaOH=NaAlO2+H2O или Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O.

Содержащийся в боксите кремнезем также взаимодействует со щелочью и переходит в раствор в виде силиката натрия:

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O.

В растворе алюминат натрия NaAlO2 и силикат натрия Na2SiO3 образуют нерастворимый натриевый алюмосиликат; в нерастворимый остаток переходят окислы Ti и Fe, придающие остатку красный цвет; этот остаток называют красным шламом.

  1. Отделение алюминиевого раствора от красного шлама.

  2. Разложение алюминиевого раствора происходит самопроизвольно с выделением кристаллической гидроокиси Al:

Na2OAl2O3+4H2O=Al(OH)3+2NaOH.

  1. Выделение осадка 50...60% частиц гидроокиси алюминия Al(OH)3. Это происходит в гидроциклонах и вакуум-фильтрах.

  2. Обезвоживание Al(OH)3 осуществляют в трубчатых вращающихся печах при температуре (1150...1200)С.

При нагреве происходят следующие структурные превращения:

Al(OH)3

AlОOH

 Al2O3

 Al2O3.

200С

950С

1200С

Сырьем для производства криолита Na3AlF6 являются обогащенный плавиковый шпат (95% CaF2), серная кислота, гидрат окиси алюминия и кальцинированная сода.

Процесс протекает в две стадии:

  1. Получение из плавикового шпата фтористого водорода, а затем плавиковой кислоты HF.

  2. Получение солей плавиковой кислоты (криолита). В раствор плавиковой кислоты вводят гидроокись алюминия:

6HF+Al(OH)3=H3AlF6+3H2O.

В результате реакции образуется фтороалюминиевая кислота, которую нейтрализуют содой, получают криолит, выпадающий в осадок:

2H3AlF6+3Na2CO3=2Na3AlF6+3CO2+3H2O.

Рис. 2.9. Схема электролиза при получении алюминия

Алюминий получают путем электролиза раствора окиси алюминия (глинозема) в расплавленном криолите, который проводят в специальной ванне, оборудованной катодным и анодным устройствами (рис. 2.9). Катодом служит расплавленный алюминий находящийся на дне ванны слоем 250...300мм. Анодное устройство состоит из угольного анода, погруженного в электролит, содержащий криролит, 8...10% глинозема, а также AlF3 и NaF.

Алюминий-сырец, образующийся в результате электролиза, собирается на дне ванны под слоем электролита. Извлекают Al из ванны через 2...4 суток, используя вакуум-ковш. В алюминии-сырце содержатся металлические (Fe, Cu, Zn) и неметаллические примеси, а также газы, которые удаляют рафинированием.