Металлургия аллюминия.

Источник алюминия – алюминиевые руды бокситов, из которых получают соли глинозема (оксид алюминия Al2O3). Металлургия алюминия имеет два способа: электролиз расплавленных солей алюминия и электрохимическая переработка алюминиевых руд. Это изобретения ХХ века. Алюминий трудно выделить из руды сразу, т. к. примеси восстанавливаются раньше, чем металл. Технологический процесс электролиза протекает в две стадии. 1-я стадия – выделение чистого Al2O3. 2-я стадия – электролиз расплава оксида алюминия до алюминия (Al). Для 1-ой стадии известно 200 способов, три характерные группы: чисто химические; традиционно металлургические (ценный продукт - шлак); спекание с химической обработкой. Все способы направлены на получение растворимых в воде соединений (Al2O3•Na2O – алюминат натрия), из которых затем в водном растворе осаждается гидрат окиси алюминия при помощи углекислоты СО2:

Al2O3•Na2O+CO2+3H2O=2Al(OH)3+Na2CO3

Al(OH)3 выпадает в осадок, его прокаливают в результате

2Al(OH)3→Al2O3+3H2O

получается чистый глинозем (tпл=2050ºС).

Природный глинозем – это минералы корунд (бесцв.), рубин (красный), сапфир (синий), а также просто белое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде. Эти камушки можно получить искусственным путем для ювелирных целей, однако, инженеры делают из них рабочие тела лазеров, детали точных механизмов и металл – алюминий. Снижение рабочей tº плавки достигается растворением Al2O3 в криолите Na3AlF6 (фторид алюм. и натрия). Электролиз производится в электролизных ваннах (электролизерах) с самообжигающимся анодом:

Uэ=(5÷10)В

Iэ=100000А

Электролит греется за счет протекания тока Rэ=Uэ/Iэ≈0,0001Ом, tºэ≈1000ºС. Расход энергии 18000 кВт/час. Побочный продукт – плавиковая кислота (HF). На 1т алюминия ≈2т глинозема и ≈90кг криолита.

Первенец ГОЭЛРО – Волховская ГЭС – создан для ВАЗ!!!

Химия электорлиза:

1. диссоциация расплава криолита: →Na(+) и AlF6(-)

глинозема: →Al(+)+AlO3(-)

к катоду к аноду

(3-х валентный ион Al(+3) на катоде получает 3 электрона и превращается в металл алюминий)

2. на катоде Al(3+)+3e=Al металл

3. на аноде 2AlF6(3-)+Al2O3+6e→2Al2F6+3/2O2.

Анод постепенно выгорает С+О2→СО2. При выработке Al2O3 Rэ↑ анодный эффект ↑Uэ→сигнал к новой загрузке – пробивают корку на поверхности ванны и засыпают Al2O3. Первоначальный состав электролита восстанавливается. В окрестностях Волхова – вся таблица Менделеева→экологи имеют работу!!!

Существует электротермический способ получения Al, который экономичнее, но требует чистых исходных материалов и топлива (кокс), а также ртути. Используются дуговые электрические печи с проводящим подом. Получают силикоалюминий (это исходное сырье для силумина и чистого Al) [60% Al и 40% Si].

SiO2+2C→Si+2CO (угарный газ)

Al2O3+3C→2Al+3CO (угарный газ)

Чистый Al получают возгонкой из расплава с Hg в виде паров, которые конденсируют-ся на том металле, который применяется для возгонки. Затем металл (tºнизк) удаляется той же возгонкой. Таким образом можно перерабатывать руды в сыром виде без отделения от них окиси алюминия.