Алюминиевое производство – Алюминиевая промышленность — Википедия

11.10.2018 alexxlab

Содержание

Алюминиевая промышленность — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 июня 2019; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 июня 2019; проверки требуют 2 правки.

Алюминиевая промышленность — отрасль цветной металлургии, объединяющая предприятия по выработке металлического алюминия^[1]. По масштабам производства и потребления алюминий занимает первое место среди подотраслей цветной металлургии, а среди отраслей металлургии по объёму уступает лишь производству стали^[2]. Важнейшими потребителями продукции алюминиевой промышленности являются: авиационная, электротехническая, автомобильная и ряд других отраслей машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, а также строительство, железнодорожный транспорт, химическая, пищевая промышленность.

Рост производства алюминия в XX веке Принцип работы электролизной ванны по выплавке алюминия

В 1854 году французским учёным Анри Этьеном Сент-Клер Девилем (Sainte-Claire Deville), был открыт способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl·AlCl₃. За 36 лет его применения, с 1855 по 1890 гг., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия^[3].

В 1856 году на заводе братьев Тисье в Руане Девилль организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия. При этом стоимость 1 кг алюминия сначала равнялась 300 франкам. Через несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. Алюминий в это время употребляли почти как драгоценный металл для производства различных изделий. Изделия из этого металла даже пользовались популярностью благодаря своему белому цвету и приятному блеску. По мере совершенствования химических методов выделения алюминия цена на него с годами падала. Например, завод в Олбери (Англия) в середине 1880-х годов выпускал до 250 кг алюминия в день и продавал его по цене 30 шиллингов за кг, иными словами, цена его за 30 лет снизилась в 25 раз. Уже в середине XIX века некоторые химики указывали на то, что алюминий можно получать путём электролиза. В 1854 году Бунзен получил алюминий путём электролиза расплава хлористого алюминия. Для производства алюминия путём электролиза уже более 100 лет используется технология Эру-Холла — электролиз растворенного глинозема Al

2O₃ в расплаве криолита^[4]. Этот способ производства алюминия придумали независимо друг от друга француз Эру и американец Холл. Благодаря широкому распространению этого метода во всём мире, стало возможным производить алюминий в широких масштабах и цены на него упали в десятки раз.

Рост производства был особенно быстрым во время и после Второй мировой войны. Производство первичного алюминия (без учёта производства Советского Союза) составляло только 620 тыс. т в 1939 году. В 1943 году оно возросло до 1,9 млн т. В 1956 году во всем мире производилось 3,4 млн т первичного алюминия, в 1965 году мировое производство алюминия составило 5,4 млн т, в 1980 — 16,1 млн т, а в 1990 — 18 млн т. Производство алюминия в мире в 2007 году составило 37,41 млн тонн (по данным Международного института алюминия (International Aluminium Institute, IAI)

[5] и продолжает развиваться очень большими темпами. Применяются Технология Содерберга и другие технологии.

Структура алюминиевой промышленности[править | править код]

Алюминиевая промышленность охватывает следующие основные производства,

Основным природным сырьём для получения глинозёма с целью последующего получения из него алюминия, являются бокситы. Для производства одной тонны металлического алюминия требуется примерно 1930 кг глинозёма, 50 кг фтористых солей, 550 кг угольных электродов (анодной массы или обожжённых анодов) и до 18 000 квт-ч электроэнергии. Алюминиевая промышленность — одна из наиболее энергоёмких отраслей промышленности, поэтому важнейшим условием её развития является наличие мощных источников дешёвой электроэнергии.

Развитие и размещение алюминиевой промышленности в мире[править | править код]

Сырьевая база[править | править код]

Основные мировые месторождения, на которых добывают бокситы

Боксит является основным минеральным сырьём для алюминиевой промышленности. Его запасы в мире распределены очень неравномерно и ограничены. В мире существует семь бокситоносных районов:

По данным Геологической службы США мировые ресурсы бокситов оцениваются в 55 — 75 млрд т, которые распределяются между отдельными регионами следующим образом: Африка — 32 %, Океания — 23 %, Южная Америка и страны Карибского бассейна — 21 %, Азия — 18 %, прочие регионы — 6 %. В целом мировые запасы природных ресурсов бокситов достаточны для удовлетворения мировых потребностей в алюминии в течение продолжительного времени^[6].

Понимая важность сырьевой базы, крупнейшие производители алюминия в мире поделили основные месторождения бокситов высокого качества с содержанием глинозёма не менее 50 %. Другим компаниям остается либо приобретать глинозём на открытом рынке и быть всецело зависимыми от рыночного колебания цен, либо объединять усилия с владельцами месторождений

[2].

Основные производители алюминия в мире[править | править код]

Производство первичного алюминия по континентам земного шара Крупнейшие производители алюминия в мире

Список стран, крупнейших производителей алюминия[править | править код]

По данным Геологической службы США^[7] крупнейшими производителями алюминия в мире явились следующие страны:

Список компаний — крупнейших производителей алюминия[править | править код]

Десятка крупнейших компаний-производителей алюминия выглядит следующим образом^[8]:

Самым крупным предприятием по производству алюминия является Братский алюминиевый завод, который первым в мире стал производить более 1 миллиона тонн алюминия в год. Завод производит 30 % российского алюминия и 4 % мирового. Завод потребляет 75 % электроэнергии, вырабатываемой Братской ГЭС

[9].

ru.wikipedia.org

Производство алюминия: victorborisov — LiveJournal

АО «Казахстанский электролизный завод» (КЭЗ), входящий в состав ENRC (Eurasian Natural Resources Corporation) — единственный завод в Казахстане по производству первичного алюминия. Завод находится в Павлодаре. Открыт в 2007 году. Включает в себя электролизный цех, литейный цех, цех по изготовлению анодов и другие вспомогательные отделения. На его базе образован металлургический кластер с полным циклом производства: добыча бокситов, получение глинозема, выработка «крылатого металла». В настоящий момент производственная мощность завода — 125 000 тонн в год. Алюминий выпускается в двадцатикилограммовых слитках марки А-85 (содержит 99,85 % алюминия).

А мы тем временем приступим к изучению технологии производства алюминия в фотографиях.

Общая информация
Алюминий — химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. По содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Земная кора на 8,8% состоит из алюминия (для сравнения, содержание в земной коре железа – 4,2%, меди – 0,003, золота – 0,000005%). В природе алюминий встречается только в виде различных и очень разнообразных по своему составу соединений. Основная их масса приходится на оксид алюминия — в обиходе он называется глиноземом , или просто глиной. Глина примерно на треть состоит из оксида алюминия и является потенциальным сырьем для его производства.

Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Это — небольшая плотность алюминия, хорошая пластичность и достаточная механическая прочность, высокие тепло- и электропроводность. Алюминий нетоксичен, немагнитен и коррозионностоек к ряду химических веществ.

Важнейшие потребители алюминия и его сплавов — авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.

Производство алюминия
Сущность процесса производства алюминия заключается в получении безводного, свободного от примесей оксида алюминия (глинозёма) с последующим получением металлического алюминия путем электролиза растворенного глинозема в криолите.

Технологический процесс получения алюминия состоит из двух основных стадий:

• Получение глинозема (Al₂O₃) из алюминиевых руд;
• Электролиз и рафинирование алюминия из глинозема;

Глинозем получают из бокситов путем их обработки щелочью. Полученный алюминат натрия подвергают гидролизу. В результате в осадок выпадают кристаллы гидроксида алюминия. Гидроксид алюминия обезвоживают путем нагрева во вращающихся печах и получают обезвоженный глинозем.

Для производства криолита сначала из плавикового шпата получают фтористый водород, а затем плавиковую кислоту. В раствор плавиковой кислоты вводят гидроксид алюминия, в результате чего образуется фторалюминиевая кислота, которую нейтрализуют содой и получают криолит, выпадающий в осадок. Его отфильтровывают и просушивают в сушильных барабанах.

Таким образом получают глинозем, представляющий из себя серый порошок. Следующая задача выделить из него чистый алюминий с помощью электролиза. Вот теперь начинается самое интересное:

Цех по изготовлению анодов

2. Алюминиевая промышленность является крупным потребителем угольных электродов, которые служат для подвода тока к электролиту в электролизерах.

3. Здесь производят прессованные предварительно обожженные электроды.

4. Анод представляет собой призматический блок, на верхней плоскости которого имеется несколько ниппельных гнезд (углублений).

5. Анодные блоки изготавливают из малозольных и малосернистых коксов.

6. Для подвода тока к аноду служат стальные ниппеля, которые вставляют в ниппельные гнезда и заливают расплавленным чугуном или заделывают углеродистой пастой.

7. Для производства углеродистых изделий применяют твердые углеродистые материалы, составляющие основу электрода, и связующие углеродистые вещества, заполняющие промежутки между зернами твердых углеродистых материалов. При обжиге изделий связующие вещества коксуются и прочно связывают зерна твердых углеродистых материалов между собой.

Электролизный цех

10. Современный цех электролиза представляет собой территориально и административно обособленную хозрасчетную единицу с полным циклом производства — от приемных складов сырья до складов товарной продукции, основу которого составляет одна или несколько серии последовательно соединенных электролизных ванн.

11. Электролизер представляет собой ванну с расплавленным криолитом, двойным фторидом натрия и алюминия, в котором растворено 3–5% глинозема, – плавающим на подушке из расплавленного алюминия. Стальные шины, проходящие через подину из углеродистых плит, используются для подачи напряжения на катод, а подвешенные угольные бруски, погруженные в расплавленный криолит, служат анодами. Рабочая температура процесса близка к 950° С, что значительно выше температуры плавления алюминия. Температура в электролизной ванне регулируется изменением зазора между анодами и катодным металлоприемником, на который осаждается расплавленный алюминий.

12.

13.

14. Жидкий алюминий выделившийся на подине, служащей катодом, тяжелее расплава соли электролита, поэтому собирается на угольном основании, откуда его периодически откачивают. Сверху в электролит погружены угольные аноды, которые сгорают в атмосфере выделяющегося из окиси алюминия кислорода, с выделением окиси углерода СО и двуокиси углерода CO₂.

15. Сила тока на электролизерах составляет 150 000 А. Рабочее напряжение на ванне 4-5 В. Рядом с электролизерами присутствует сильное электромагнитное поле.

16. Специальная машина транспорта анодных паллет. Применяются для транспортировки свежих анодов и анодных огарков между анодо-монтажным отделением (АМО) и корпусом электролиза.

17. Общие размеры цеха впечатляют. Позади такой же ряд электролизеров, а также рядом находится второй цех аналогичных размеров.

18. Характерным для производства глинозема, фтористых солей и углеродистых изделий является требование максимальной степени чистоты этих материалов.

19. В состав электролита промышленных алюминиевых электролизеров, помимо основных компонентов — криолита, фтористого алюминия и глинозема, входят небольшие количества (в сумме до 8-9%) некоторых других солей, которые улучшают некоторые физико-химические свойства электролита и тем самым повышают эффективность работы электролизеров.

20. По мере обеднения электролита глиноземом в него вводят очередную порцию глинозема.

Литейный цех

21. Литейное отделение расположено на территории электролизного цеха с таким расчетом, чтобы транспортные пути жидкого металла из корпусов электролиза в литейное отделение были минимальными. Основное оборудование этого отделения — отражательные печи (миксеры) с электрическим обогревом.

22. Обычно для повышения качества продукции устанавливают последовательно две спаренные отражательные печи, одна из которых (отстойник) предназначается для приема, отстаивания, усреднения температуры и состава металла, а другая (разливочная) — для литья из нее различных видов продукции. Система стационарных печей в отличие от поворотных позволяет осуществить непрерывный процесс литья.

23. Жидкий алюминий выдерживают в электропечи в течение 30—45 минут при температуре 690—730 °С для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла.

24. Примеси удаляют рафинированием, для чего продувают хлор через
расплав алюминия. Образующийся парообразный хлористый алюминий, проходя через расплавленный металл, обволакивает частички примесей, которые всплывают на поверхность металла, где их удаляют. Хлорирование алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg и газов, растворенных в алюминии. После рафинирования чистота первичного алюминия составляет 99,5—99,85%.

25. Разливка мелкоформатной чушки производится в изложницы на разливочной машине конвейерного типа, оборудованной устройством для механического клеймения чушек и системой воздушного или водяного охлаждения изложниц.

26. Разливку металла в изложницы ведут короткой ровной струей. После заполнения изложниц с поверхности металла удаляют оксидную пленку.

27. Устройство для механического клеймения чушек.

28. Отлитые чушки укладываются в штабеля с помощью чушкоукладчика, установленного в конце конвейерной машины.

29. После этого готовая продукция упаковывается в паллеты по 1000 кг и отправляется на склад.

30. Для производства одной тонны алюминия требуется около 14 000 киловатт-часов электроэнергии и окол двух тонн глинозема. В то же самое время, для производства одной тонну глинозера требуется переработать около 5 тонн бокситовой руды. В настоящее время стоимость алюминия на лондонской бирже металлов составляет 2600 долларов за тонну.

Видео с электролизного завода. Я совершил небольшую ошибку пытаясь одновременно снимать фото и видео, в результате на видео имеются паузы в момент экспонирования.

Книга для самостоятельного изучения: Металлургия алюминия

Репортажи с этого завода также смотрите в ближайшее время в журналах russos и gelio (здесь).

Ранее в серии «Индустриальный Казахстан»:
Производство металлургического кремния
Производство стеклопластиковых труб
Локомотивосборочный завод по производству тепловозов ТЭ33А «Evolution»
Карьер золотоизвлекательной фабрики АО «Васильковский ГОК»
Алматинский метрополитен. Часть 1/2

По вопросам организации фотосессий со мной можно связаться по электронной почте — [email protected]

victorborisov.livejournal.com

Производство алюминия — Статьи — Горная Промышленность

Алюминий — химический элемент, занимающий лидирующее место в числе наиболее распространенных металлов в земной коре, а также и среди самых часто применяемых. Количество алюминия в земной коре достигает 9%. Он встречается лишь в форме соединений, которые представлены оксидом алюминия или глиноземом. В глине находится примерно 30% этого оксида.
Этот металл занимает выгодную позицию среди прочих типов вследствие своих свойств. К которым относят, отличную пластичность, отличные показатели тепло- и электропроводности, и при этом небольшую плотность. В этой статье мы расскажем о том, какие существуют особенности производства алюминия.

Необходимое оборудование

Алюминий получают из глинозема, который в свою очередь получают из бокситов. Чтобы осуществлять добычу глинозема в природных условиях, а потом извлекать из него алюминий, необходимо различное оборудование:

устройства для проведения раздачи глинозема
катодная ошиновка
система по газоочистке сухим методом
электролизер
краны — монтажный, линейный и технический
оснащение, которое необходимо для литейного и анодно-монтажного цехов.

Чтобы заниматься производством алюминия понадобится не только большое количество оборудования, но и большое по площади помещение, имеющее мощную электросеть. Все потому, что электролиз протекает в особых ваннах в условиях температуры 9600С и силы тока примерно 250000 А.

Технология производства алюминия

Получение алюминия включает такие технологические процессы:

добыча бокситов
добыча глинозема (окись алюминия) из алюминиевых руд (бокситов)
выделение из окиси алюминия.
конечная очистка алюминия.

Из 4-5 тонн бокситов можно получить около 2 тонн глинозема, из которых в итоге дальнейшей переработки получится 1 тонна алюминия.
производство алюминия начинается с добычи алюминиевых руд, которых в природе существует несколько видов. Однако главным сырьем для получения металла является именно боксит. Боксит является высококачественным, если в его составе присутствует более 50% оксида алюминия.
Специалисты предоставляют информацию о количестве 18,6 миллиардов тонн бокситов, которые содержатся в земной коре. Сегодняшний уровень добычи гарантирует, что бокситов хватит еще на 100 лет.
В мире насчитывается семь бокситоносных районов:

Западная и Центральная Африка (больше всего в Гвинее)
Южная Америка: Бразилия, Венесуэла, Суринам, Гайана
Карибский регион: Ямайка
Океания и южная часть Азии: Австралия, Индия
Китай
Средиземноморье: Греция и Турция

Урал (Россия).

Бокситы бывают:

твердые, с высокой плотностью
рыхлые, которые легко рассыпаются.

Цвет бокситов чаще всего — кирпично-красный, может быть рыжеватый или коричневый вследствие примеси оксида железа. Если железа в породе мало, бокситы будут белого или серого цвета. Однако, попадаются и руды желтого, темно-зеленого цвета и даже пестрые – с голубыми, красно-фиолетовыми или черными прожилками.
Добычу бокситов осуществляют открытым методом. Особые машины «срезают» руду слой за слоем с поверхности земли и перевозят в пункт дальнейшей переработки. Но существуют на Земле и участки, в которых алюминиевая руда залегает на большой глубине. В таком случае, чтобы добыть руду, строят шахты. Самая глубокая шахта «Черемуховская-Глубокая» расположена в России, на Урале, ее глубина достигает 1550 метров.

Создание глинозема

Дальнейший процесс производства алюминия подразумевает получение глинозема, кислотным, щелочным и электролитическим способом. Кислотный метод применяется в работе с высокими сортами сырья. В процессе щелочного метода происходит разложение алюминиевого раствора под действием введенной алюминиевой гидроокиси. После этого раствор выпаривают.

Наиболее востребованным можно назвать щелочной метод. Известно, что алюминиевый раствор практически моментально начинают разлагаться, если ввести в него гидроокись алюминия. Этот метод состоит из двух этапов:

подготовка боксита. Происходит дробление руды. Ее измельчают в особых мельницах. В мельницы добавляют едкую щелочь, боксит и небольшое количество извести. Получившуюся пульпу отправляют на выщелачивание
выщелачивание боксита фактически является его химическим разложением при соприкосновении с водным раствором щелочи. В этой реакции гидраты окиси алюминия вступая в реакцию со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия, а кремнезем, содержащийся в боксите, реагируя со щелочью, поступает в раствор в виде силиката натрия. Эти соединения реагируя между собой образуют нерастворимый натриевый алюмосиликат. В этом остатке содержатся окислы железа и титана, предающие остатку красный цвет. Этот остаток называют красным шламом. Красный шлам отделяют от алюминатного раствора при помощи промывки в сгустителях. При этом красный шлам выпадает в осадок, а оставшийся алюминатный раствор подвергают фильтрованию.

Фильтрация подразумевает отправление раствора в крупные емкости с мешалками. Из этого раствора, охлажденного до 60°С, при постоянном перемешивании получают гидроокись алюминия. В эти емкости с мешалками необходимо обязательно добавить большое количество твердой гидроокиси.
Самой последней стадией является обезвоживание гидроокиси алюминия. Ее осуществляют в трубчатых, постоянно вращающихся печах.

Электролиз и рафинация

Металлургическое производство алюминия продолжается при загрузке в электролизер анодной массы, глинозема, а также фторсоли. В процессе электролиза из глины выделяются окислы углерода, а также фтористые вещества в газообразном состоянии. В то же время определенный объем анодной массы расходуется как пена, которую снимают с поверхности самого электролита.
Теоретически, чтобы получить 1 кг алюминия необходимо 1,9 кг глинозема. В остальной его части находятся различные примеси. Тем не менее, практика показывает, что сырья затрачивается намного больше. Все зависит от типа глины, применяемого оснащения и ряда других факторов.
В процессе электролиза основным аппаратом является особая ванна (электролизер), в которой имеются углеродистые блоки. К ванне подведен электрический ток мощностью до 150000 А, а в самой емкости размещены угольные аноды, которые сгорают в конце выделения чистого кислорода и формирующие окись углерода.
Аноды бывают двух видов:

полученные при помощи обжига угольных блоков, вес которых превышает 1 тонну
самообжигающиеся, которые включают в себя угольные брикеты, подвергающиеся распеканию в процессе электролиза.

Электролиз окиси алюминия осуществляется в условиях температуры в электролизере около 970°С.
Алюминий оседает на катоде. В завершении этого этапа алюминий приобретает товарный вид, к примеру, слитки, чушки или проволока.
Центры производства алюминия
Самым крупным производителем алюминия можно назвать компанию «Русал», производящую свыше 4 млн. т алюминия ежегодно. Кроме этого, в перечень самых крупных изготовителей алюминия в России внесены:

Братский алюминиевый завод, создающий 30% российского алюминия и 4% мирового. Предприятие использует 75% электроэнергии, создаваемой на Братской ГЭС
предприятие «СУАЛ», которые специализируются на работе с алюминиевыми сплавами
компания АО «БАЗ», функционирующая на производстве и добыче глинозема и гидроксида алюминия
ВгАЗ — предприятие по изготовлению первичного алюминия.

Согласно информации геологической службы США, в 2016 году первое место в мире по производству алюминия занимал Китай. На втором месте – Россия, на третьем Канада.

Перечень предприятий алюминиевой промышленности Российской Федерации
Завод	Место расположения	Год ввода в эксплуатацию
КАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «КАЗ-СУАЛ»	Мурманская область, г.Кандалакша	1951
НкАЗ ОАО «РУСАЛ Новокузнецк»	Кемеровская область, г.Новокузнецк	1943
КрАЗ ОАО «РУСАЛ Красноярск»	Красноярский край, г.Красноярск	1964
БрАЗ ОАО «РУСАЛ Братск»	Иркутская область, г.Братск	1966
САЗ АО «РУСАЛ Саяногорск»	Республика Хакасия, г.Саяногорск	1985, 2006
ИркАЗ Филиал ОАО «РУСАЛ Братск» в г.Шелехове	Иркутская область, г.Шелехов	1960
НАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «НАЗ-СУАЛ»	Республика Карелия, п.Надвоицы	1954
ВгАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «ВгАЗ-СУАЛ»	г.Волгоград	1959
БоАЗ ЗАО «Богучанский алюминиевый завод»	Красноярский край, Богучанский район	2015
АГК ОАО «РУСАЛ Ачинск»	Красноярский край, г.Ачинск	1970
Пикалевский глиноземный завод («Базэл Цемент Пикалево»)	Ленинградская область, г.Пикалево	1959
БАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «БАЗ-СУАЛ»	Свердловская область, г.Краснотурьинск	1943
УАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «УАЗ-СУАЛ»	Свердловская область, г.Каменск-Уральский	1939

mining-prom.ru

Алюминиевая промышленность — это… Что такое Алюминиевая промышленность?

История

Рост производства алюминия в ХХ веке Принцип работы электролизной ванны по выплавке алюминия

В 1854 году французским учёным Анри Этьеном Сент-Клер Девилем (Sainte-Claire Deville), был открыт способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl•AlCl3. За 36 лет его применения, с 1855 по 1890 гг., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия^[3].

В 1856 году на заводе братьев Тисье в Руане Девилль организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия. При этом стоимость 1 кг алюминия сначала равнялась 300 франкам. Через несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. Алюминий в это время употребляли почти как драгоценный металл для производства различных изделий. Изделия из этого металла даже пользовались популярностью благодаря своему белому цвету и приятному блеску. По мере совершенствования химических методов выделения алюминия цена на него с годами падала. Например, завод в Олбери (Англия) в середине 1880-х годов выпускал до 250 кг алюминия в день и продавал его по цене 30 шиллингов за кг, иными словами, цена его за 30 лет снизилась в 25 раз. Уже в середине XIX века некоторые химики указывали на то, что алюминий можно получать путем электролиза. В 1854 году Бунзен получил алюминий путем электролиза расплава хлористого алюминия. Для производства алюминия путём электролиза уже более 100 лет используется технология Эру-Холла^[4]. Этот способ производства алюминия придумали независимо друг от друга француз Эру и американец Холл. Благодаря широкому распространению этого метода во всём мире, стало возможным производить алюминий в широких масштабах и цены на него упали в десятки раз.

Рост производства был особенно быстрым во время и после Второй мировой войны. Производство первичного алюминия (без учета производства Советского Союза) составляло только 620 тыс. т в 1939 году. В 1943 году оно возросло до1,9 млн. т. В 1956 году во всем мире производилось 3,4 млн. т первичного алюминия, в 1965 году мировое производство алюминия составило 5,4 млн. т, в 1980 — 16,1 млн. т, а в 1990 — 18 млн. т. Производство алюминия в мире в 2007 году составило 37,41 млн. тонн (по данным Международного института алюминия (International Aluminium Institute, IAI)^[5] и продолжает развиваться очень большими темпами.

Структура алюминиевой промышленности

Алюминиевая промышленность охватывает следующие основные производства,

Развитие и размещение алюминиевой промышленности в мире

Сырьевая база

Основные мировые месторождения, на которых добывают бокситы

Понимая важность сырьевой базы, крупнейшие производители алюминия в мире поделили основные месторождения бокситов высокого качества, с содержанием глинозема не менее 50%. Другим компаниям остается либо приобретать глинозем на открытом рынке и быть всецело зависимыми от рыночного колебания цен, либо объединять усилия с владельцами месторождений^[2]

Основные производители алюминия в мире

Производство первичного алюминия по континентам земного шара Крупнейшие производители алюминия в мире

Список стран, крупнейших производителей алюминия

По данным Геологической службы США]]^[6]^[7] крупнейшими производителями алюминия в мире в 2010 году явились следующие страны:

Место	Страна	Производство алюминия в 2010 году, тыс. тонн	Годовые производственные мощности, тыс. тонн
1	Китай	16800	18400
2	Россия	3850	4280
3	Канада	2920	3020
4	Австралия	1950	2050
5	Соединённые Штаты Америки	1720	3190
6	Бразилия	1550	1700
7	Индия	1400	2300
8	Объединённые Арабские Эмираты	1400	1650
9	Бахрейн	870	880
10	Норвегия	800	1230
11	Южно-Африканская республика	800	900
12	Исландия	780	790
	Весь мир	41400	49000

Список компаний — крупнейших производителей алюминия

Десятка крупнейших компаний-производителей алюминия выглядит следующим образом^[8]:

Самым крупным предприятием по производству алюминия является Братский алюминиевый завод, который первым в мире стал производить более 1 миллиона тонн алюминия в год. Завод производит 30% российского алюминия и 4% мирового. Завод потребляет 75% электроэнергии, вырабатываемой Братской ГЭС^[9].

Примечания

Ссылки

См. также

Список стран по выплавке алюминия

dic.academic.ru

Алюминиевое производство — Что такое алюминий?

Опубликовано Jul 05, 2016

Что такое алюминий?

Нынешний век по аналогии с каменным и бронзовым смело можно назвать алюминиевым. Еще сто с небольшим лет тому назад этот металл был драгоценным и шел исключительно на предметы роскоши. Сегодня же его используют в производстве всего подряд, а есть вещи которые без этого металла и вовсе нельзя было бы создать.

Алюминий самый распространенный металл на Земле. Он составляет 9% объема земной коры и входит в состав 250 минералов. Вы удивитесь но и Рубин и Сапфир это тоже алюминий в соединении с кислородом.

Несмотря на такую распространенность быстро и легко получить металл можно лишь из нескольких минералов. Крупные месторождения алюминиевых руд распределены крайне неравномерно ,кроме того полученное руда нуждается в глубокой переработке. Нередко путь сырья от месторождения до алюминиевого завода растягивается на 1000 километров.

Республика Хакасия здесь в верховьях Енисея у самого подножия Саян расположился один из центров российской алюминиевой промышленности город Саяногорск. Своим статусом город обязан сразу трем алюминиевым заводом. За год они производят около 840 тыс.тонн легкого металла перерабатывая более полутора миллионов тонн исходного сырья глинозема, который ничего общего не имеет внешне не c глиной не с землей, тем не менее этот минерал входит в состав любой глины.

Его химическая формула Al2O3 Это значит что на два атома алюминия приходится три атома кислорода, и эти атомные связи внутри настолько сильные, что у этого порошка совершенно нету металлических свойств, несмотря на то, что половина его объема это чистый алюминий.

Получение алюминия из глинозема на заводе

Прибывший на завод глинозем засыпается в силосные башни, которые лучше всего подходят для хранения сыпучих материалов. Одной пригоршни сырья хватит, что бы сделать несколько алюминиевых ложек или пару корпусов для модного телефона, но только сначала из глинозема придется выделить чистый алюминий, а для этого понадобится очень много энергии.

Около треть себе стоимости алюминия составляет затраты на электроэнергию, и именно по этому алюминиевые заводы лучше строить там, где много дешевого электричества. Например там где есть гидроэлектростанция, например Сояросушинская, между прочем самая большая гидроэлектростанция в России.

Проектная мощность этой электростанции 6 тыс.мегаватт в 1 час это в 1.5 раза больше, чем дает Калининская атомная станция питающая электричеством Москву. Главным потребителем ГС, является Саяногорский алюминиевый комплекс,пожирающий за 1 год 11 млн. мегаватт электроэнергии.

Ваты, киловатты, мегавольты это все хорошо для тех кто разбирается в электричестве, а вот чтобы обычный человек понял какая нужна сила тока для выплавления алюминия, стоит представить, что на алюминиевом заводе электричество передают не по проводам, а по трубам. Внутренняя электросеть действительно напоминает трубопровод, из за внушительной толщины электропроводки. Из-за огромной мощности тока обычные провода перегрелись бы или расплавились. Самые мощные электролинии в сечении в пол метра идут от трансформаторных станций к цехам электролиза.

Магнитное поле здесь настолько сильное, что способна удерживать железный ключ от квартиры в вертикальном положении, именно по этому сюда нельзя ходить с механическими часами, потому что они испортится и с банковскими картами магнитными, потому что можно остаться без зарплаты.

Мощные магнитные поля возникают вокруг проводников, они действуют так же, как и магнитное поле Земли, которое отклоняет легкую стрелку компаса. Только здесь напряженность значительно выше естественного фона, и любой металлический предмет стремиться встать вдоль невидимых магнитных линий.

Электрическая проводка сделана из листов алюминия, который не магнитит, однако железные болты с помощью которых она крепится превратились в электромагниты, причем весьма мощными. За сутки электролизер производит чуть больше 2 тонн алюминия. Казалось бы не много, но только на заводе в одном цеху таких установок 168.

Внутрь электролизеров глинозем поступает автоматически порциями по 2 кг. Внутри этих установок находится жидкий электролит, разогретый до 950 градусов, в таком расплаве глинозем растворяется, но что бы он превратился в металл, через него нужно пропустить очень мощный электрический ток, именно по этому алюминиевое производство и считается самым энергозатратным.

Руду не достаточно просто переплавить в печи, нужно разорвать внутри атомные связи алюминия с кислородом, на что уходит основная энергия. Ток внутрь подводят с помощью электродов, которые делают из прессованного, обожженного угля. Всего их 32 и последованная замена позволяет не останавливать процесс.

Что такое электролизер?

Электролизер это большая ванна, но которая выложена огнеупорным кирпичом, когда в нее опускается электроды возникает цепь, и электрический ток проходит через расплав от положительного анода к отрицательному дну ванны. Под воздействием тока устойчивые соединения распадаются, и из расплавленного глинозема начинает оседать чистый алюминий.

Всеми сложными операциями в электролизном цеху занимаются огромные мостовые комбайны, у которых как в швейцарском ноже, есть инструмент на любой вкус. В процессе электролиза опущенные аноды постепенно сгорают, и их приходится регулярно заменять на новые.

Превращение глинозема в алюминий занимает около суток. Алюминий получается не много тяжелее шлака, плавающего на поверхности, и когда в электролизе набирается 3 тонны металла его сливают. Процесс напоминает питье через соломинку, обод вакуумного ковша опускается на дно ванны электролизера, что бы засосать металл из ковша откачивают воздух, и перепад давления заставляет алюминий заливаться внутрь.

Вот теперь в этом ковше то, что не смогла создать сама природа. Чистый алюминий в виде металла, а не в составе сложных минералов, смог появится на свет благодаря стараниям человека.

Дальше из этого металла будут сделаны машины и самолеты, а может и просто упаковочная фольга. Но отдавать его заказчику сейчас еще рано, металл нужно довести до кондиции, а там как это происходит, а так же как выглядит конечная продукция алюминиевого завода читайте здесь.

goramet.ru

Алюминий, производство алюминия: технология, процесс и описание

Алюминий обладает массой свойств, которые делают его одним из самых используемых материалов в мире. Он широко распространен в природе, занимая среди металлов первое место. Казалось бы, и трудностей с его производством быть не должно. Но высокая химическая активность металла приводит к тому, что в чистом виде его не встретить, а производить – сложно, энергоемко и затратно.

Сырье для производства

Из какого сырья получают алюминий? Производство алюминия из всех минералов, его содержащих, дорого и нерентабельно. Добывают его из бокситов, которые содержат до 50% оксидов алюминия и залегают прямо на поверхности земли значительными массами.

Эти алюминиевые руды имеют достаточно сложный химический состав. Они содержат глиноземы в количестве 30-70% от общей массы, кремнеземы, которых может быть до 20%,окись железа в пределах от 2 до 50%, титан (до 10%).
Глиноземы, а это окись алюминия и есть, состоят из гидроокисей, корунда и каолинита.
В последнее время окиси алюминия стали получать из нефелинов, которые содержат еще и окиси натрия, калия, кремния, и алунитов.
Для производства 1 т чистого алюминия нужно около двух тонн глинозема, который, в свою очередь, получают из примерно 4,5 т боксита.
Месторождения бокситов
Запасы бокситов в мире ограничены. На всем земном шаре всего семь районов с его богатыми залежами. Это Гвинея в Африке, Бразилия, Венесуэла и Суринам в Южной Америке, Ямайка в Карибском регионе, Австралия, Индия, Китай, Греция и Турция в Средиземноморье и Россия.
В странах, где есть богатые месторождения бокситов, может быть развито и производство алюминия. Россия добывает бокситы на Урале, в Алтайском и Красноярском краях, в одном из районов Ленинградской области, нефелин — на Кольском полуострове.
Самые богатые месторождения принадлежат именно российской объединенной компании UC RUSAL. За ней идут гиганты Rio Tinto (Англия-Австралия), объединившийся с канадской Alcan и CVRD. На четвертом месте находится компания Chalco из Китая, затем американо-австралийская корпорация Alcoa, которые являются и крупными производителями алюминия.
Зарождение производства
Датский физик Эрстед выделил первым алюминий в свободном виде в 1825 году. Химическая реакция проходила с хлоридом алюминия и амальгамой калия, вместо которой спустя два года немецкий химик Велер использовал металлический калий.
Калий – материал достаточно дорогой, поэтому в промышленном производстве алюминия француз Сент-Клер Девиль вместо калия в 1854 году использовал натрий, элемент значительно более дешевый, и стойкий двойной хлорид алюминия и натрия.
Русский ученый Н. Н. Бекетов смог вытеснить алюминий из расплавленного криолита магнием. В конце восьмидесятых годов того же века эту химическую реакцию использовали немцы на первом алюминиевом заводе. Во второй половине XVIII века было получено около химическими способами 20 т чистого металла. Это был очень дорогой алюминий.
Производство алюминия с помощью электролиза зародилось в 1886 году, когда одновременно были поданы практически одинаковые патентные заявки основоположниками этого способа американским ученым Холлом и французом Эру. Они предложили растворять глинозем в расплавленном криолите, а затем электролизом получать алюминий.
С этого и началась алюминиевая промышленность, ставшая за более чем вековую историю одной из самых крупных отраслей металлургии.
Основные этапы технологии производства
В общих чертах технология производства алюминия не изменилась с момента создания.
Процесс состоит из трех стадий. На первой из алюминиевых руд, будь это бокситы или нефелины, получают глинозем – окись алюминия Al₂O₃ .
Затем из окиси выделяют промышленный алюминий со степенью очистки 99,5 % , которой для некоторых целей бывает недостаточно.
Поэтому на последней стадии рафинируют алюминий. Производство алюминия завершается его очисткой до 99,99 %.
Получение глинозема
Существует три способа получения окиси алюминия из руд:
— кислотный;
— электролитический;
— щелочной.
Последний способ — наиболее распространенный, разработанный еще в том же XVIII веке, но с тех пор неоднократно доработанный и существенно улучшенный, применяется для переработки бокситов высоких сортов. Так получают около 85 % глиноземов.
Сущность щелочного способа заключается в том, что алюминиевые растворы с большой скоростью разлагаются, когда в них вводится гидроокись алюминия. Оставшийся после реакции раствор выпаривается при высокой температуре около 170° С и опять используется для растворения глинозема;
Сначала боксит дробится и измельчается в мельницах с едкой щелочью и известью, затем в автоклавах при температурах до 250°С происходит его химическое разложение и образовывается алюминат натрия, который разбавляют щелочным раствором уже при более низкой температуре – всего 100° С. Алюминатный раствор промывается в специальных сгустителях, отделяется от шлама. Затем происходит его разложение. Через фильтры раствор перекачивают в емкости с мешалками для постоянного перемешивания состава, в который для затравки добавлена твердая гидроокись алюминия.
В гидроциклонах и вакуум-фильтрах выделяется гидроокись алюминия, часть которой возвращается в качестве затравочного материала, а часть идет на кальцинацию. Фильтрат, оставшийся после отделения гидроокиси, тоже возвращается в оборот для выщелачивания следующей партии бокситов.
Процесс кальцинации (обезвоживания) гидроокиси во вращающихся печах происходит при температурах до 1300° С.
Для получения двух тонн окиси алюминия расходуется 8,4 кВт*ч электроэнергии.
Прочное химическое соединение, температура плавления которого 2050° С, это еще не алюминий. Производство алюминия впереди.
Электролиз окиси алюминия
Основным оборудованием для электролиза является специальная ванна, футерованная углеродистыми блоками. К ней подводят электрический ток. В ванну погружаются угольные аноды, сгорающие при выделении из окиси чистого кислорода и образующие окись и двуокись улглерода. Ванны, или электрилизеры, как их называют специалисты, включаются в электрическую цепь последовательно, образуя серию. Сила тока при этом составляет 150 тысяч ампер.
Аноды могут быть двух типов: обожженные из больших угольных блоков, масса которых может быть больше тонны и самообжигающиеся, состоящие из угольных брикетов в алюминиевой оболочке, которые спекаются в процессе электролиза под действием высоких температур.
Рабочее напряжение на ванне обычно составляет около 5 вольт. Оно учитывает и напряжение, необходимое для разложения окиси, и неизбежные потери в разветвленной сети.
Из растворенной в расплаве на основе криолита окиси алюминия жидкий металл, который тяжелее солей электролита, оседает на угольном основании ванны. Его периодически откачивают.
Процесс производства алюминия требует больших затрат электроэнергии. Чтобы получить одну тонну алюминия из глинозема, нужно израсходовать около 13,5 тысяч кВт*ч электроэнергии постоянного тока. Поэтому еще одним условием создания крупных производственных центров является работающая рядом мощная электростанция.
Рафинация алюминия
Наиболее известный метод – это трехслойный электролиз. Он также проходит в электролизных ваннах с угольными подинами, футерованных магнезитом. Анодом в процессе служит сам расплавленный металл, который подвергается очистке. Он располагается в нижнем слое на токопроводящей подине. Чистый алюминий, который из электролита растворяется в анодном слое, понимается вверх и служит катодом. Ток к нему подводится с помощью графитового электрода.
Электролит в промежуточном слое – это фториды алюминия или чистые или с добавлением натрия и хлорида бария. Нагревается он до температуры 800°С.
Расход электроэнергии при трехслойном рафинировании составляет 20 кВт*ч на один кг металла, то есть на одну тонну нужно 20 тысяч кВт*ч. Вот почему, как ни одно производство металлов, алюминий требует наличия не просто источника электроэнергии, а крупной электростанции в непосредственной близости.
В рафинированном алюминии в очень малых количествах содержатся железо, кремний, медь, цинк, титан и магний.
После рафинирования алюминий перерабатывается в товарную продукцию. Это и слитки, и проволока, и лист, и чушки.
Продукты сегрегации, полученные в результате рафинирования, частично, в виде твердого осадка, используются для раскисления, а частично отходят в виде щелочного раствора.
Абсолютно чистый алюминий получают при последующей зонной плавке металла в инертном газе или вакууме. Примечательной его характеристикой является высокая электропроводность при криогенных температурах.
Переработка вторичного сырья
Четверть общей потребности в алюминии удовлетворяется вторичной переработкой сырья. Из продуктов вторичной переработке льется фасонное литье.
Предварительно отсортированное сырье переплавляется в пороговой печи. В ней остаются металлы, имеющие более высокую температуру плавления, чем алюминий, например, никель и железо. Из расплавленного алюминия продувкой хлором или азотом удаляются различные неметаллические включения.
Более легкоплавкие металлические примеси удаляются присадками магния, цинка или ртути и вакуумированием. Магний удаляется из расплава хлором.
Заданный литейный сплав получают, введя добавки, которые определяются составом расплавленного алюминия.
Центры производства алюминия
По объемам потребления алюминия КНР занимает первое место, оставляя далеко позади находящиеся на втором месте США и обладательницу третьего места Германию.
Китай – это и страна производства алюминия, с огромным отрывом лидирующая в этой области.
В десятку лучших, кроме КНР, входят Россия, Канада, ОАЭ, Индия, США, Австралия, Норвегия, Бразилия и Бахрейн.
В России монополистом в производстве глинозема и алюминия является объединенная компания RUSAL. Она производит до 4 млн т алюминия в год и экспортирует продукцию в семьдесят стран, а присутствует на пяти континентах в семнадцати странах.
Американской компании Alcoa в России принадлежат два металлургических завода.
Крупнейший производитель алюминия в Китае – компания Chalco. В отличие от зарубежных конкурентов, все ее активы сосредоточены в родной стране.
Подразделение Hydro Aluminium норвежской компании Norsk Hydro владеет алюминиевыми заводами в Норвегии, Германии, Словакии, Канаде, и Австралии.
Австралийская BHP Billiton владеет производством алюминия в Австралии, Южной Африке и Южной Америке.
В Бахрейне находится Alba (Aluminium Bahrain B. S. C.) – едва ли не самое крупное производство. Алюминий этого производителя занимает более 2 % общего объема «крылатого» металла, выпускаемого в мире.
Итак, подводя итоги, можно сказать, что главными производителями алюминия являются международные компании, владеющие запасами бокситов. А сам исключительно энергоемкий процесс состоит из получения глинозема из алюминиевых руд, производства фтористых солей, к которым относится криолит, углеродистой анодной массы и угольных анодных, катодных, футеровочных материалов, и собственно электролитического производства чистого металла, которое является главной составляющей металлургии алюминия.
fb.ru
Алюминиевая промышленность — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Алюминиевая промышленность — отрасль цветной металлургии, объединяющая предприятия по выработке металлического алюминия^[1]. По масштабам производства и потребления алюминий занимает первое место среди подотраслей цветной металлургии, а среди отраслей металлургии по объёму уступает лишь производству стали^[2]. Важнейшими потребителями продукции алюминиевой промышленности являются: авиационная, электротехническая, автомобильная и ряд других отраслей машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, а также строительство, железнодорожный транспорт, химическая, пищевая промышленность.
История
Рост производства алюминия в XX веке Принцип работы электролизной ванны по выплавке алюминия
В 1854 году французским учёным Анри Этьеном Сент-Клер Девилем (Sainte-Claire Deville), был открыт способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl·AlCl₃. За 36 лет его применения, с 1855 по 1890 гг., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия^[3].
В 1856 году на заводе братьев Тисье в Руане Девилль организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия. При этом стоимость 1 кг алюминия сначала равнялась 300 франкам. Через несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. Алюминий в это время употребляли почти как драгоценный металл для производства различных изделий. Изделия из этого металла даже пользовались популярностью благодаря своему белому цвету и приятному блеску. По мере совершенствования химических методов выделения алюминия цена на него с годами падала. Например, завод в Олбери (Англия) в середине 1880-х годов выпускал до 250 кг алюминия в день и продавал его по цене 30 шиллингов за кг, иными словами, цена его за 30 лет снизилась в 25 раз. Уже в середине XIX века некоторые химики указывали на то, что алюминий можно получать путём электролиза. В 1854 году Бунзен получил алюминий путём электролиза расплава хлористого алюминия. Для производства алюминия путём электролиза уже более 100 лет используется технология Эру-Холла^[4]. Этот способ производства алюминия придумали независимо друг от друга француз Эру и американец Холл. Благодаря широкому распространению этого метода во всём мире, стало возможным производить алюминий в широких масштабах и цены на него упали в десятки раз.
Рост производства был особенно быстрым во время и после Второй мировой войны. Производство первичного алюминия (без учёта производства Советского Союза) составляло только 620 тыс. т в 1939 году. В 1943 году оно возросло до 1,9 млн т. В 1956 году во всем мире производилось 3,4 млн т первичного алюминия, в 1965 году мировое производство алюминия составило 5,4 млн т, в 1980 — 16,1 млн т, а в 1990 — 18 млн т. Производство алюминия в мире в 2007 году составило 37,41 млн тонн (по данным Международного института алюминия (International Aluminium Institute, IAI)^[5] и продолжает развиваться очень большими темпами. Применяются Технология Содерберга и другие технологии.
Структура алюминиевой промышленности
Алюминиевая промышленность охватывает следующие основные производства,
Основным природным сырьём для получения глинозёма с целью последующего получения из него алюминия, являются бокситы. Для производства одной тонны металлического алюминия требуется примерно 1930 кг глинозёма, 50 кг фтористых солей, 550 кг угольных электродов (анодной массы или обожжённых анодов) и до 18 000 квт-ч электроэнергии. Алюминиевая промышленность — одна из наиболее энергоёмких отраслей промышленности, поэтому важнейшим условием её развития является наличие мощных источников дешёвой электроэнергии.
Развитие и размещение алюминиевой промышленности в мире
Сырьевая база
Основные мировые месторождения, на которых добывают бокситы
Боксит является основным минеральным сырьём для алюминиевой промышленности. Его запасы в мире распределены очень неравномерно и ограничены. В мире существует семь бокситоносных районов:
По данным Геологической службы США мировые ресурсы бокситов оцениваются в 55 — 75 млрд. т, которые распределяются между отдельными регионами следующим образом: Африка — 32%, Океания — 23%, Южная Америка и страны Карибского бассейна — 21%, Азия — 18%, прочие регионы — 6%. В целом мировые запасы природных ресурсов бокситов достаточны для удовлетворения мировых потребностей в алюминии в течение продолжительного времени ^[6].
Понимая важность сырьевой базы, крупнейшие производители алюминия в мире поделили основные месторождения бокситов высокого качества, с содержанием глинозёма не менее 50%. Другим компаниям остается либо приобретать глинозём на открытом рынке и быть всецело зависимыми от рыночного колебания цен, либо объединять усилия с владельцами месторождений^[2].
Основные производители алюминия в мире
Производство первичного алюминия по континентам земного шара Крупнейшие производители алюминия в мире
Список стран, крупнейших производителей алюминия
По данным Геологической службы США^[7] крупнейшими производителями алюминия в мире явились следующие страны:
Список компаний — крупнейших производителей алюминия
Десятка крупнейших компаний-производителей алюминия выглядит следующим образом^[8]:
Самым крупным предприятием по производству алюминия является Братский алюминиевый завод, который первым в мире стал производить более 1 миллиона тонн алюминия в год. Завод производит 30% российского алюминия и 4% мирового. Завод потребляет 75% электроэнергии, вырабатываемой Братской ГЭС^[9].
Примечания
Ссылки
См. также
wikipedia.green
No related posts.