Процес електролізу алюмінію

Електроліз кріоліту-глиноземних розплавів є домінуючим способом отримання алюмінію, хоча деяка кількість алюмінієвих ливарних сплавів виходить електротермічним способом.

Отримання алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті, було запропоновано одночасно в 1886 році французом П. Еру і американцем Ч. Холом. З тих пір метод Еру – Холла не зазнав принципових змін; сутність його полягає в наступному.

У плоских ваннах (електролізерах), футерованих вуглецевими матеріалами, знаходиться на подині шар розплавленого алюмінію, вище – шар електроліту – кріоліту-глиноземного розплаву. Зверху у ванну опущений вугільний анод, частково занурений в електроліт. Катодом служить розплавлений алюміній. Електроліт є розплавлений кріоліт з невеликим надлишком Al3F, в якому розчинений глинозем. Температура процесу близька до температури плавлення цієї суміші і становить 950-960 ° С; концентрація глинозему в електроліті від 1 до 8% (по масі). Процес полягає в електролітичному розкладанні глинозему, розчиненого в електроліті. На рідкому алюмінієвому катоді виділяється алюміній, на аноді відбувається окислення виділяється киснем вуглецю з утворенням суміші СО2 і СО.

Теоретично при електролізі повинні витрачатися глинозем, вуглецевий анод, а також електроенергія, необхідна не тільки для здійснення електрохімічного процесу, але і для підтримки високої робочої температури. Насправді витрачається і деяка кількість фтористих солей, які випаровуються і вбираються в футеровку. На 1 т одержуваного металу витрачається, кг: глинозему 1925-1930, вугільного анода 500-600, фтористих солей 50-70. Витрата електроенергії (в змінному струмі) становить 14,5-17,5 МВт · год на 1 т алюмінію. Виробництво алюмінію є одним з найбільш енергоємних процесів, тому алюмінієві заводи будують поблизу джерел енергії.

Всі матеріали, що надходять на електроліз, повинні мати мінімальний вміст домішок більше електропозитивних, ніж алюміній (залізо, кремній, мідь та ін.), Оскільки ці домішки при електролізі майже повністю переходять в метал. Для виробництва алюмінію застосовують вищі сорти глинозему Г- 00 ÷ Г- 4 (по ГОСТ 6912-74), вміст домішок оксидів заліза і кремнію в яких становить від 0,03 до 0,08% і від 0,02 до 0,20% відповідно. Технічний глинозем містить дві модифікації – α і γ. Модифікація а, або корунд відрізняється великою щільністю кристалічної решітки, високою хімічною стійкістю і твердістю. Модифікація у має менш щільну решітку, дуже гігроскопічна, хімічно активна. При нагріванні, починаючи з 950 ° С, відбувається перетворення γ-модифікації в α. Глинозем, що надходить на електроліз, повинен містити 25-30% α-модифікації; при більшому вмісті α-Аl2О3 утруднено розчинення глинозему в кріоліті, при меншому – глинозем містить занадто великі кількості поглиненої вологи. Вугільна анодна маса, з якої виготовляють аноди, також повинна бути чистою: по ТУ 48-5-80-76 вона повинна мати золи не більше 0,5-1,0% (залежно від сорту).

У розвитку теорії і технології електролітичного способу виробництва алюмінію значний внесок внесли російські і радянські вчені та інженери. Хоча в дореволюційній Росії не існувала алюмінієва промисловість, перші теоретичні дослідження по електролізу кріоліту-глиноземних розплавів належали П. П. Федотьева (1864-1934 рр.), Який разом із співробітниками в 1910-1912 рр. досліджував в Петербурзькому політехнічному інституті ряд важливих питань теорії: плавкость електроліту, розчинність алюмінію в ньому і запропонував схему електродних процесів. В кінці 20-х років ці теоретичні дослідження знайшли практичне застосування – П. П. Федотов разом з учнями провів напівзаводські досліди одержання алюмінію повністю з вітчизняної сировини.

З початку 30-х років алюмінієва промисловість в нашій країні стала бурхливо розвиватися: був створений в 1931 р науково-дослідний і проектний інститут в Ленінграді – НИИС алюмінію (тепер Всесоюзний алюмінієво-магнієвий інститут – ВАМИ), в 1932 р пущений первісток алюмінієвої промисловості – Волховський завод.

Ряд обставин сприяв і зараз сприяє розвитку виробництва алюмінію: великі запаси алюмінієвих руд в земній корі, зростання виробництва електроенергії, все розширюється застосування алюмінію і сплавів на його. основі. За масштабами виробництва алюміній вже давно займає перше місце серед усіх кольорових металів. Темпи зростання також дуже значні – світове виробництво алюмінію подвоюється кожні 10 років.

В даний час потужність алюмінієвих заводів капіталістичних і що розвиваються становить 14 млн. Тонн на рік. Наша країна за темпами зростання виробництва алюмінію значно випереджає передові капіталістичні країни.

Посилання на основну публікацію