De la Pliny până în prezent
Pliny cel Bătrân menționează legenda că, odată ce împăratul roman Tiberius a fost prezentat cu un castron de metal, similar cu argintul, dar foarte luminos. Maestrul, pentru a face un castron, a susținut că metalul este derivat din lut, și Tiberius, temându-se că acest metal se va devaloriza toți banii, a ordonat executarea inventatorului de a păstra secretul. Nu se știe cât de adevărat această legendă, dar compușii de aluminiu sunt familiare oamenilor de la cele mai vechi timpuri, pentru că alumina (argilă albă) - nu este nimic, ca oxid de aluminiu (2O 3). Aluminiu este al treilea element cel mai abundent al crustei pământului (după oxigen și siliciu). Numele lui a primit de la numele latin de săruri de aluminiu, alaun (dublu trei sulfat si metale monovalente) - alaun, - care timp de secole au fost folosite pentru vopsirea textilelor și piele.
Aluminiu de metal este mai întâi obținut în 1825 fizician reducere danez Hans Christian Oersted de clorură de aluminiu folosind amalgam de potasiu. Doi ani mai târziu, chimistul german Friedrich Wöhler a folosit potasiu metalic în acest scop. O metodă modificată Wohler folosind sodiu metalic, ceea ce a permis să se obțină, deși mici, dar nu și cantități mici de metal din 1846, Henri Sainte-Claire Deville. Cu toate acestea, aluminiu a rămas un metal foarte rar și scump pentru o lungă perioadă de timp. Acest lucru este demonstrat de faptul că, la o recepție organizată de împăratul francez Napoleon al III-lea, și bogăția monarhiei simbolizat gazde tacâmuri de aluminiu și oaspeții de onoare, iar ceilalți oaspeți tratați „normale“ - de aur - linguri și furculițe.
Energie concentrată
În magazinul de electroliză a fabricii de aluminiu sunt instalate sute de electrolize. Fiecare dintre ele este aranjat destul de simplu: baie de oțel, care este un catod (electrodul negativ) este umplut cu criolit topit la circa 950 ° C, în care oxidul de aluminiu dizolvat (alumină). Anodul (electrodul pozitiv) este scufundat în topitură. Este trecut prin curentul celulei, oxigenul este eliberat la anod, catod - aluminiu, care este în formă lichidă acoperă fundul băii (temperatura sa de topire 660 ° C). "Inginerii noștri glumesc că aluminiu este electrică concentrată", explică Victor Mann, directorul tehnic al UC RUSAL. - Primirea unui kilogram de metal necesită consumul a 13 kWh de energie electrică. Odată ce acest indicator a fost semnificativ mai mare, dar pe măsură ce tehnologia a fost îmbunătățită, a fost redusă - și sper că va fi posibil să o reducem încă. De fapt, acesta este unul dintre domeniile dezvoltării noastre - pentru a realiza reducerea consumului de energie prin optimizarea proiectarea anozi, electroliza, reducerea disiparea căldurii, și de alți factori ".
Utilizarea energiei electrice ridică o altă problemă. sute de celule magazin de electroliză conectate în serie, căderea de tensiune pe fiecare destul de mici - doar aproximativ 4 V. Dar curentul este măsurat în sute de kA (în particular, Hase este 320 kA, iar în electroliza mai nou - 550 kA). Astfel de curenți în conductoare adiacente, provocând apariția forței Ampere, care conduce la cablurile de curent încep să acționeze forțele de numerotare în sute sau mii de kilograme-forță. „Pentru a minimiza impactul forței Amperi, construcția și conexiunile electrice ale electrozilor se conta cu ajutorul modelelor computerizate, - a spus Victor Mann. - Configurare devine complicat - aveți nevoie pentru a distribui cabluri de curent la anozii în înălțime și lungime, să se ia în considerare dimensiunile barelor de autobuz în zeci de metri lungime, la câmpul magnetic nu se deformeze întreaga structură. Forțele acționează asupra aluminiului topit, care este un strat gros de 20-50 cm acoperă fundul cuvei, precum și un conductor de electricitate. "
Anozi și catozi
În procesul de producție a aluminiului nu se consumă numai electricitate, ci și anozi de carbon. Deoarece materialul anodului trebuie să reziste la eroziunea electrică (dizolvarea în electrolit și în aluminiu), carbonul este acum utilizat în această capacitate. Dar sub influența oxigenului eliberat, acesta arde rapid cu formarea monoxidului de carbon și a dioxidului de carbon: aproximativ o jumătate de tonă de anozi de carbon sunt consumați pentru a produce o tonă de aluminiu.
Există două tipuri principale de anozi de carbon. Anodurile Soderberg cu auto-coacere continuă sunt brichete din pastă de cocs, care sunt încărcate în carcasa de oțel a electrodului de sus. Pe măsură ce fundul arde, brichetele cad în jos și sunt arse înainte de a ajunge la baie cu topitura. Compoziția brichetelor include diferite rășini de liant, care contribuie la produsele de combustie. Cel de-al doilea tip - anodii prebobiți - oferă mai puține emisii în procesul de electroliză. Ele sunt formate din carbon cu diverse lianți și sunt trase în cuptoare speciale. Electrodul terminat este fixat în suportul anodului și intră în topitură. Odată cu procesul de ardere, anodul este înlocuit, iar "banda" este prelucrată, făcând noi anozi din reziduuri.
Anozi inerți
Consumul de electrozi generează multe probleme. În afară de faptul că înlocuirea electrozilor complică procesul și crește costul aluminiului, aceasta nu conduce la emisii semnificative de dioxid de carbon și gazele de monoxid de carbon. Potrivit lui Victor Mann, un anod inert, care nu ar fi consumat în procesul de electroliză, nu se estompeze, nu se dizolvă în criolit topit și nu ar contamina aluminiul produs - probabil visul principal al dezvoltatorilor de echipamente de electroliză. Aceasta se poate baza Anozi ceramice oxizi de metale diferite (fier, nichel, cupru, etc.), complet inerte pentru electrolit și aluminiu, dar este dificil de sudat (prin urmare, este destul de dificil de a face un curent de aprovizionare). O altă abordare - aliaje metalice speciale (fier, cupru, etc.), acestea sunt mai manufacturable, dar poate reacționa cu aluminiu, făcându-l proporția de impurități. „Suntem deja destul de aproape de ea, astfel de anozi sunt acum testate, și sper că în următorii câțiva ani va fi introdus în producție pe“ fabrici Rusal“, - a spus Victor Mann. - anozi nu necesită înlocuirea electrolizoare existente cu anozi orizontale. Dar, dacă vorbim despre viitor și de design, care este proiectat special pentru anozi, ar fi de așteptat trecerea la o altă schemă - set de o multitudine de anozi alternante verticale și catozi. O astfel de configurație va crește semnificativ productivitatea și eficiența procesului de electroliză. Deși, desigur, vor fi necesare soluții noi. De exemplu, în mod obișnuit cu ajustarea orizontală a intervalului dintre electrozii anodului are loc prin simpla coborâre anod. Ajustați același spațiu între electrozii verticali mai dificil din punct de vedere structural. În plus, utilizarea căldurii devine mai complicată. Dar avantajele, desigur, merită. Industria aerospațială, auto, construcții și industria electrică cer mai multe aliaje de aluminiu, astfel încât, în viitor, acest metal. "
De la materii prime la porci
I. Pentru a produce 1 tona de aluminiu, sunt necesare aproximativ 2 tone de alumină. Și înainte de a intra în celulă, alumina îndeplinește o altă funcție importantă - serveste ca un absorbant în captatoare de gaz, absorbând gazele formate în timpul procesului de electroliză.
II. Tehnologiile vechi de producere a aluminiului, furnizate pentru un consum redus de criolit, praful de cărbune a condus la formarea de spumă (zgură), care din când în când a fost necesar să se îndepărteze. Tehnologia modernă în acest sens este mult mai curată - criolitul nu numai că nu este consumat, ci chiar este produs prin impurități de sodiu în alumină, care în timpul electrolizei reacționează cu fluorul format.
III. Aluminiu este coborât la partea de jos a celulei, și apoi scos dintr-o găleată de vid. Din cuvă se amestecă într-un mixer, unde sunt pregătite aliajele necesare.
IV. Principalele impurități din aluminiu care rezultă sunt fierul și siliciul (de obicei mai puțin de 1%). Mai puțini, cu atât este mai mare gradul de metal. Sursele de impurități sunt anodele, o baie, uneltele, conductorii de curent și alte elemente ale unui electrolizor.
Producția de aluminiu
