როგორ იწარმოება ალუმინი მეტალურგიაში? სამრეწველო კლასის ალუმინის წარმოება

განათლებისა და მეცნიერების სამინისტრო რუსეთის ფედერაცია

მაგნიტოგორსკის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი

მათ. ნოსოვა

შავი მეტალურგიის განყოფილება

რეზიუმე დისციპლინაზე "მეტალურგიის ისტორია"

მეტალურგია ალუმინი

ანოტაცია

განიხილება თემა "ალუმინის მეტალურგია", აღწერილია ამ ლითონის ძირითადი თვისებები. მოკლედ არის აღწერილი ალუმინის აღმოჩენის ისტორია, მისი წარმოების და გამოყენების შესაძლო გზები სხვადასხვა ინდუსტრიაში.

შესავალი

1. ალუმინის თვისებები

2. ალუმინის გამოყენება

3. ნედლეული

4. ალუმინის წარმოება

5. ალუმინის ელექტროლიტური წარმოება

6. ალუმინის გადამუშავება

დასკვნა

გამოყენებული ლიტერატურის სია

შესავალი

სიტყვა "მეტალურგია" მომდინარეობს ბერძნულიდან:

metalleuо - ვთხრი, მიწიდან ვიღებ;

მეტალურგეო - ვამუშავებ მადანს, ვამუშავებ ლითონებს;

მეტალონი - მაღარო, ლითონი.

ეს სიტყვა ნიშნავს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სფეროს, რომელიც მოიცავს ნაწლავებიდან მოპოვებული მადნების დამუშავებას, ლითონებისა და შენადნობების მიღებას, მათ გარკვეულ თვისებებს.

ძველ დროში, შუა საუკუნეებში და შედარებით ცოტა ხნის წინ, M.V. ლომონოსოვის დრომდე, ითვლებოდა, რომ იყო 7 ლითონი (ოქრო, ვერცხლი, სპილენძი, კალა, ტყვია, რკინა, ვერცხლისწყალი).

1814 წელს შვედმა ქიმიკოსმა ჯ. ბერცელიუსმა შემოგვთავაზა ანბანური სიმბოლოების გამოყენება, რომელსაც იყენებს მთელი მსოფლიო, იშვიათი გამონაკლისის გარდა.

დღეს მეცნიერებისთვის ცნობილია 80-ზე მეტი ლითონი, მათი უმეტესობა გამოიყენება ტექნოლოგიაში.

მსოფლიო პრაქტიკაში არსებობს ლითონების დაყოფა ფერად (რკინა და მასზე დაფუძნებული შენადნობები) და ყველა დანარჩენი - ფერადი (ფერადი ლითონები, ინგლისური; Nichtei-senmetalle, გერმანული) ან ფერადი ლითონები. მეტალურგია ხშირად იყოფა შავი და ფერადი. ამჟამად, შავი ლითონები შეადგენს მსოფლიოში წარმოებული ლითონის პროდუქტების დაახლოებით 95%-ს.

ტექნოლოგიაში ასევე მიღებულია პირობითი კლასიფიკაცია, რომლის მიხედვითაც ფერადი ლითონები იყოფა "მსუბუქად" (ალუმინი, მაგნიუმი), "მძიმე" (სპილენძი, ტყვია და ა.შ.), ცეცხლგამძლე (ვოლფრამი, მოლიბდენი და ა.შ.) , კეთილშობილი (ოქრო, პლატინა და სხვ.) და სხვ.), იშვიათი ლითონები.

შავი და ფერადი ლითონების გამოყენებით წარმოებული პროდუქციის წილი ამჟამად სახელმწიფო მთლიანი ეროვნული პროდუქტის 72-74%-ს შეადგენს. შეიძლება ითქვას, რომ ლითონები XXI ს. დარჩება ძირითადი სტრუქტურული მასალები, რადგან მათი თვისებები, წარმოების ეფექტურობა და მოხმარება შეუსაბამოა გამოყენების უმეტეს სფეროებში.

~ 800 მილიონი ტონა მოხმარებული ლითონიდან ~ 750 მილიონი ტონა არის ფოლადი, 20-22 მილიონი ტონა ალუმინი, 8-10 მილიონი ტონა სპილენძი, 5-6 მილიონი ტონა თუთია, 4-5 მილიონი ტონა ტყვია (დანარჩენი -< 1 млн. т).

თანამედროვე ტექნოლოგიებისთვის ყველაზე ღირებული და მნიშვნელოვანი ლითონებიდან მხოლოდ რამდენიმეა ნაპოვნი დედამიწის ქერქში დიდი რაოდენობით: ალუმინი (8.8%), რკინა (4.65%), მაგნიუმი (2.1%), ტიტანი (0.63%).

მსუბუქი ლითონების საბადოები ჩვეულებრივ მოიცავს ალუმინის შემცველ მადნებს; ალუმინის მთავარი მიმწოდებელია ბოქსიტები, ასევე ალუნიტები, ნეფელინები და სხვადასხვა თიხები. ფერადი ლითონების საბადოები მოიცავს სპილენძის, ტყვიის და თუთიის, კობალტის, ნიკელის, ანტიმონის საბადოებს. მათგან ყველაზე დიდში ლითონების მარაგი ათეულიდან ასობით მილიონ ტონამდე აღწევს, მადნის ლითონების ჩვეულებრივი შემცველობით - რამდენიმე პროცენტს.

მოპოვებული მასალების მასა მრავალჯერ აღემატება ლითონებს, რომლებიც შეიცავს მადნში და უმეტეს შემთხვევაში ეკონომიკურად არ არის მომგებიანი ბუნებრივი მადნებიდან სასარგებლო კომპონენტების უშუალოდ ამოღება.

არქეოლოგიური გათხრები მიუთითებს, რომ ადამიანის გაცნობა ლითონებთან ჩვენგან ძალიან შორეული დროით თარიღდება. ითვლება, რომ პირველი ბრინჯაოს ნაწარმი მიღებულ იქნა ჩვენს წელთაღრიცხვამდე 3 ათასი წლის განმავლობაში სპილენძისა და კალის საბადოების დნობის ნარევით. ნახშირი. მოგვიანებით, ბრინჯაოს წარმოება დაიწყო სპილენძში კალის და სხვა ლითონების (ალუმინი, ბერილიუმი, სილიციუმის ნიკელი და სხვ.) დამატებით. ამჟამად ყველაზე გავრცელებულია ალუმინის ბრინჯაოები (5-12% Al) რკინის, მანგანუმის და ნიკელის დანამატებით.

ამჟამად მეტალურგიული წარმოება ერთ-ერთია პრიორიტეტული ინდუსტრიებიეროვნული ეკონომიკა.

1. ალუმინის თვისებები

ალუმინი პირველად მოიპოვა დანიელმა ფიზიკოსმა ჰ. ორსტედმა 1825 წელს. ამ ელემენტის სახელწოდება მომდინარეობს ლათინური ალუმენიდან, როგორც ძველად ეწოდებოდა ალუმს, რომელსაც იყენებდნენ ქსოვილების შესაღებად.

ალუმინს აქვს მრავალი ღირებული თვისება: დაბალი სიმკვრივე - დაახლოებით 2,7 გ / სმ 3, მაღალი თბოგამტარობა - დაახლოებით 300 W / (მ. K) და მაღალი ელექტროგამტარობა 13,8. 10 7 Ohm/m, კარგი გამტარიანობა და საკმარისი მექანიკური სიმტკიცე.

ალუმინი აყალიბებს შენადნობებს მრავალი ელემენტით. გამდნარ მდგომარეობაში ალუმინი არის თხევადი და კარგად ავსებს ფორმებს, მყარ მდგომარეობაში ის კარგად დეფორმირებულია და ადვილად შეიძლება დაიჭრა, შედუღება და შედუღება.

ალუმინის მიდრეკილება ჟანგბადთან ძალიან მაღალია. მისი დაჟანგვის დროს გამოიყოფა დიდი რაოდენობით სითბო (~ 1670000 ჯ/მოლი). წვრილად დაფქული ალუმინი გაცხელებისას აალდება და ჰაერში იწვის. ალუმინი აერთიანებს ჟანგბადს ჰაერში და ატმოსფერულ პირობებში. ამ შემთხვევაში ალუმინი დაფარულია ალუმინის ოქსიდის თხელი (~ 0,0002 მმ სისქის) მკვრივი ფირით, რომელიც იცავს მას შემდგომი დაჟანგვისგან; ამიტომ ალუმინი მდგრადია კოროზიის მიმართ. ალუმინის ზედაპირი კარგად იცავს ამ ფილმის დაჟანგვისგან თუნდაც გამდნარ მდგომარეობაში.

ალუმინის შენადნობებიდან ყველაზე დიდი მნიშვნელობა აქვს დურალუმინს და სილუმინს.

დურალუმინის შემადგენლობა, ალუმინის გარდა, შეიცავს 3,4-4% Cu, 0,5% Mn და 0,5% Mg, დასაშვებია არაუმეტეს 0,8% Fe და 0,8% Si. Duralumin კარგად არის დეფორმირებული და თავისებურად მექანიკური საკუთრებაზოგიერთი კლასის ფოლადის მახლობლად, თუმცა ის 2,7-ჯერ მსუბუქია ვიდრე ფოლადი (დურალუმინის სიმკვრივეა 2,85 გ/სმ 3).

ამ შენადნობის მექანიკური თვისებები იზრდება თერმული დამუშავებისა და ცივი დეფორმაციის შემდეგ. დაჭიმვის სიმტკიცე იზრდება 147-216 მპა-დან 353-412 მპა-მდე, ხოლო ბრინელის სიმტკიცე 490-588-დან 880-980 მპა-მდე. ამ შემთხვევაში შენადნობის შედარებითი დრეკადობა თითქმის არ იცვლება და საკმაოდ მაღალი რჩება (18-24%).

სილუმინები არის ალუმინის ჩამოსხმული შენადნობები სილიკონით. მათ აქვთ კარგი ჩამოსხმის თვისებები და მექანიკური თვისებები.

სტატიის შინაარსი

ალუმინის მრეწველობა. 1854 წელს ა.დევილმა გამოიგონა პირველი პრაქტიკული მეთოდი სამრეწველო წარმოებაალუმინის. წარმოების ზრდა განსაკუთრებით სწრაფი იყო მეორე მსოფლიო ომის დროს და მის შემდეგ. პირველადი ალუმინის წარმოება (საბჭოთა კავშირის წარმოების გამოკლებით) შეადგენდა მხოლოდ 620 ათას ტონას 1939 წელს, მაგრამ გაიზარდა 1,9 მილიონ ტონამდე 1943 წელს. 1956 წლისთვის მთელ მსოფლიოში იწარმოებოდა 3,4 მილიონი ტონა პირველადი ალუმინი; 1965 წელს ალუმინის მსოფლიო წარმოებამ შეადგინა 5,4 მილიონი ტონა, 1980 წელს - 16,1 მილიონი ტონა, 1990 წელს - 18 მილიონი ტონა.

ალუმინის წარმოება მოიცავს სამ ძირითად ეტაპს: მადნის მოპოვება და დამუშავება; მადნიდან სუფთა ალუმინის ოქსიდის (ალუმინის) მიღება; ალუმინის აღდგენა ოქსიდიდან ელექტროლიზით.

მადნის მოპოვება და გამდიდრება.

ძირითადი ალუმინის მადანი - ბოქსიტი - მოიპოვება ძირითადად კარიერებში; ბოქსიტის უმსხვილესი მწარმოებლები არიან ავსტრალია, გვინეა, იამაიკა და ბრაზილია. როგორც წესი, მადნის ფენის აფეთქება ხდება სამუშაო პლატფორმის შესაქმნელად 20 მ-მდე სიღრმეზე და შემდეგ ირჩევა. მადნის ნაჭრები დამსხვრეული და დახარისხებულია ეკრანებისა და კლასიფიკატორების გამოყენებით. დაქუცმაცებული მადანი კიდევ უფრო მდიდრდება და ნარჩენი ქანები (კუდები) იყრება. პროცესის ამ ეტაპზე ეკონომიურია რეცხვისა და სკრინინგის მეთოდების გამოყენება, რომლებიც იყენებენ მადანსა და ნარჩენ ქანებს შორის სიმკვრივის სხვაობას მათი ერთმანეთისგან გამოსაყოფად. ნაკლებად მკვრივი ნარჩენი ქანები სარეცხი წყლით იტანს და კონცენტრატი ჩერდება საკონცენტრაციო ქარხნის ფსკერზე.

ბაიერის პროცესი.

სუფთა ალუმინის წარმოების პროცესი გულისხმობს ბოქსიტის გაცხელებას კაუსტიკური სოდით, ფილტრაციას, ალუმინის ჰიდროქსიდის დალექვას და მის კალცირებას სუფთა ალუმინის იზოლირებისთვის. პრაქტიკაში, მადანი შერეულია ცხელ კაუსტიკური სოდასთან სათანადო რაოდენობით რბილი ფოლადის ავტოკლავში და ნარევი ამოტუმბულია ორთქლით დაფარული ფოლადის ჭურჭლით. ორთქლის წნევა 1,4–3,5 მპა შენარჩუნებულია ჭურჭელში 40 წუთიდან რამდენიმე საათამდე პერიოდის განმავლობაში, სანამ არ დასრულდება ალუმინის ოქსიდის გადასვლა ბოქსიტიდან ნატრიუმის ალუმინატის ხსნარზე გადახურებულ სითხეში. გაგრილების შემდეგ მყარი ნალექი გამოეყოფა სითხეს. სითხე გაფილტრულია; შედეგი არის ზეგაჯერებული სუფთა ალუმინის ხსნარი. ეს ხსნარი მეტასტაბილურია: ალუმინის იონი იშლება ალუმინის ჰიდროქსიდის წარმოქმნით. ხსნარში წინა ციკლიდან დარჩენილი კრისტალური ალუმინის ჰიდროქსიდის დამატება აჩქარებს დაშლას. მშრალი ალუმინის ჰიდროქსიდის კრისტალები შემდეგ კალცინირებულია წყლის გამოსაყოფად. მიღებული უწყლო ალუმინა შესაფერისია Hall-Heroult-ის პროცესში გამოსაყენებლად. ეკონომიკური მიზეზების გამო, ინდუსტრია მიდრეკილია ამ პროცესების რაც შეიძლება უწყვეტი გახადოს.

Hall-Eru ელექტროლიზი.

ალუმინის წარმოების საბოლოო ეტაპი მოიცავს მის ელექტროლიტურ შემცირებას ბაიერის პროცესში მიღებული სუფთა ალუმინისგან. ალუმინის მოპოვების ეს მეთოდი ეფუძნება იმ ფაქტს (აღმოაჩინეს ჰოლმა და ერუმ), რომ როდესაც ალუმინი იხსნება გამდნარ კრიოლიტში, ალუმინი გამოიყოფა ხსნარის ელექტროლიზის დროს. ტიპიური Hall-Heroult უჯრედია გამდნარი კრიოლიტის აბაზანა 3NaF H AlF 3 (Na 3 AlF 6) - ორმაგი ნატრიუმის და ალუმინის ფტორიდი, რომელშიც 3-5% ალუმინი იხსნება - მცურავია გამდნარი ალუმინის ბალიშზე. ფოლადის ზოლები, რომლებიც გადის ნახშირბადის ფირფიტის კერაში, გამოიყენება კათოდის ენერგიის გასააქტიურებლად, ხოლო ნახშირის დაკიდული ზოლები, რომლებიც ჩაეფლო გამდნარ კრიოლიტში, ემსახურება ანოდებს. პროცესის საოპერაციო ტემპერატურა უახლოვდება 950°C-ს, რაც ბევრად აღემატება ალუმინის დნობის ტემპერატურას. ელექტროლიზის აბანოში ტემპერატურა კონტროლდება ანოდებსა და კათოდური ლითონის მიმღებს შორის არსებული უფსკრულის შეცვლით, რომელზედაც დეპონირებულია გამდნარი ალუმინი. დახვეწილი კონტროლის სისტემები გამოიყენება თანამედროვე ქოთნებში ოპტიმალური ტემპერატურისა და ალუმინის კონცენტრაციის შესანარჩუნებლად. ალუმინის წარმოება მოიხმარს უამრავ ელექტროენერგიას, ამიტომ პროცესის ენერგოეფექტურობა არის მთავარი პრობლემა ალუმინის ინდუსტრიაში. ელექტროდის რეაქციები არის ალუმინის შემცირება მისი ოქსიდიდან და ნახშირბადის დაჟანგვა მის ოქსიდამდე და დიოქსიდამდე ანოდებში. ერთი ღუმელი დღეში 2,2 ტონამდე ალუმინს აწარმოებს. ლითონს აშრობენ დღეში ერთხელ (ან ნაკლებად ხშირად), შემდეგ მას ადუღებენ და გაზავებენ ამრეკლავ შესანახ ღუმელში და ასხამენ ფორმებში.

განახლებადი Soderberg ელექტროდები.

Hall-Heroult საკანში ნახშირბადის ანოდები მოიხმარენ 2,5 სმ/დღეში, ამიტომ ხშირად საჭიროა ახალი ანოდები. წარმოებაში ადამიანის ხშირი ჩარევის აღმოსაფხვრელად, შემუშავდა პროცესი განახლებადი სოდერბერგის ელექტროდის გამოყენებით. სოდერბერგის ანოდი განუწყვეტლივ წარმოიქმნება და აგლომერდება პასტის შემცირების პალატაში - 70% დაფქული კოქსისა და 30% ფისოვანი შემკვრელის ნარევი. ეს ნარევი შეფუთულია მართკუთხა ფურცლის ფოლადის გარსში, ღიაა ორივე ბოლოში და განლაგებულია ვერტიკალურად ღუმელის შიგნით გამდნარი აბაზანის ზემოთ. როდესაც ანოდი მოიხმარება, პასტა ემატება ჭურვის ზედა გახსნას. კოქსი-ტარის ნარევი დაღმასვლისას და თბება, ის იშლება მძიმე ნახშირბადის ზოლში, სანამ არ მიაღწევს სამუშაო ადგილს.

ალუმინის მოხმარება.

წარმოებული ალუმინის დაახლოებით 28% გამოიყენება სასმელების ქილების დასამზადებლად, საკვების შესაფუთად და ყველა სახის შესაფუთად. კიდევ 17% გამოიყენება მანქანები, მათ შორის თვითმფრინავები, სამხედრო ტექნიკა, რკინიგზის სამგზავრო ვაგონები და ავტომობილები. დაახლოებით 16% გამოიყენება სამშენებლო კონსტრუქციებში. დაახლოებით 8% გამოიყენება მაღალი ძაბვის ელექტროგადამცემ ხაზებში და სხვა ელექტრო მოწყობილობებში, 7% სამომხმარებლო პროდუქტებში, როგორიცაა მაცივრები, კონდიციონერები, სარეცხი მანქანები და ავეჯი. 6% იხარჯება მანქანათმშენებლობისა და სამრეწველო აღჭურვილობის საჭიროებებზე. მოხმარებული ალუმინის დანარჩენი ნაწილი გამოიყენება სატელევიზიო ანტენების, პიგმენტებისა და საღებავების, კოსმოსური ხომალდების და გემების წარმოებაში.

პირველად მეტალის ალუმინი ქიმიურად მიიღო გერმანელმა ქიმიკოსმა F. Wöhler-მა 1821 წელს (ალუმინის ქლორიდის შემცირებით მეტალის კალიუმით გაცხელებისას). 1854 წელს ფრანგმა მეცნიერმა სენ-კლერ დევილმა შემოგვთავაზა ალუმინის წარმოების ელექტროქიმიური მეთოდი ალუმინის ნატრიუმის ორმაგი ქლორიდის ნატრიუმით შემცირებით.

ალუმინის წარმოება და წარმოება

მეტალის ალუმინი მიიღება სამ ეტაპად:

ალუმინის მადნებიდან ალუმინის (Al 2 O 3) მიღება;
ალუმინის მოპოვება ალუმინისგან;
ალუმინის გადამუშავება.

ალუმინის მიღება

ალუმინის დაახლოებით 95% მიიღება ბოქსიტის საბადოებიდან.

ბოქსიტი(ფრანგული ბოქსიტი) (საფრანგეთის სამხრეთში მდებარე ტერიტორიის Baux-ის სახელის მიხედვით) - ალუმინის საბადო, რომელიც შედგება ალუმინის ჰიდროქსიდებისგან, რკინისა და სილიციუმის ოქსიდებისგან, ალუმინისა და ალუმინის შემცველი ცეცხლგამძლე მასალების წარმოებისთვის. კომერციულ ბოქსიტებში ალუმინის შემცველობა 40%-დან 60%-მდე და მეტია. იგი ასევე გამოიყენება როგორც ნაკადი შავი მეტალურგიაში.

სურათი 1 - ბოქსიტის საბადო

როგორც წესი, ბოქსიტი არის მიწიერი, თიხის მსგავსი მასა, რომელსაც შეიძლება ჰქონდეს ზოლიანი, პიზოლიტის (ბარდის მსგავსი) ან ერთიანი ტექსტურა. ნორმალური ამინდის პირობებში, ფელდსპარები (მინერალები, რომლებიც ქმნიან დედამიწის ქერქის დიდ ნაწილს და წარმოადგენენ ალუმინოსილიკატებს) იშლება თიხების წარმოქმნით, მაგრამ ცხელ კლიმატში და მაღალი ტენიანობის პირობებში, ბოქსიტები შეიძლება იყოს მათი დაშლის საბოლოო პროდუქტი, რადგან ასეთი გარემო ხელს უწყობს მოცილებას. ტუტეებისა და სილიციუმის დიოქსიდისაგან, განსაკუთრებით სიენიტის ან გაბროსგან. ბოქსიტები ალუმინად მუშავდება ეტაპობრივად: ჯერ მიიღება ალუმინის ოქსიდი (ალუმინა), შემდეგ კი მეტალის ალუმინი (ელექტროლიტურად კრიოლიტის თანდასწრებით).

ბოქსიტებში ძირითადი მინარევებია Fe 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 . ბოქსიტების მცირე მინარევებია: Na 2 O, K 2 O, CaO, MgO, იშვიათი დედამიწის ელემენტები, Cr, P, V, F, ორგანული ნივთიერებები.

ჩვეულებრივ, ბოქსიტები კლასიფიცირდება:

ფერის მიხედვით;
ძირითადი მინერალით (უფრო ხშირად ისინი შერეულია);
ასაკის მიხედვით.

ძირითადი კრიტერიუმები ალუმინის მადნის თვისებებია:

სილიკონის მოდული (Msi = Al 2 O 3 /SiO 2 (% wt.)). რაც უფრო დიდია სილიკონის მოდული, მით უკეთესია ხარისხი (Msi = 7);
რკინის შემცველობა Fe 2 O 3-ის თვალსაზრისით. თუ Fe 2 O 3-ის შემცველობა არის დაახლოებით 18 wt.%, მაშინ ბოქსიტი ითვლება მაღალი რკინით. რაც უფრო დიდია რკინის შემცველობა მით უფრო რთულია ბოქსიტების მოპოვება;
გოგირდის შემცველობა. დიდი რაოდენობით გოგირდის არსებობა ართულებს ბოქსიტის დამუშავებას;
კარბონატების შემცველობა CO 3-ში (2-) . დიდი რაოდენობით კარბონატების არსებობა ართულებს ბოქსიტის დამუშავებას.

ბოქსიტები გამოიყენება:

ალუმინის წარმოებაში;
აბრაზიული მასალების წარმოებაში;
ცეცხლგამძლე მასალების წარმოებაში;
როგორც ნაკადი ღია კერის ფოლადის დნობისთვის;
გაზების გასაშრობად და გოგირდისგან ზეთის გასაწმენდად;
როგორც საღებავი.

დღეისათვის ბოქსიტის ძირითადი მომწოდებლები არიან:

ავსტრალია - ასევე არის უზარმაზარი საბადოები Fe, Au, U, Ni, Co, Cu და ა.შ. ავსტრალიიდან ნედლეულის ყიდვა უფრო მომგებიანია, ვიდრე საკუთარის გადამუშავება.
გვინეა - რუსეთს აქვს რამდენიმე ნაყიდი ადგილი.
ცენტრალური ამერიკა: გაიანა, იამაიკა, სურიმანი.
ბრაზილია.

ევროპაში ყველა დეპოზიტი ამოწურულია. ბოქსიტს საბერძნეთიდან აწვდიან, მაგრამ ეს ნედლეული უხარისხოა.

სურათი 2 - ბოქსიტის რეზერვები მსოფლიოში

ქვემოთ მოცემულია ალუმინის საბადოების ძირითადი საბადოები რუსეთში.

პირველი საბადო 1914 წელს აღმოაჩინეს პეტერბურგთან, ქალაქ ტიხვინთან. ამ მინდორზე 6 ქარხანა აშენდა. ყველაზე დიდი არის ვოლხოვის ალუმინის ქარხანა. დღეისათვის ტიხვინსკოეს საბადო ამოწურულია და ძირითადად იმპორტირებულ ნედლეულზე მუშაობს.
1931 წელს აღმოაჩინეს უნიკალური სევერო-ურალსკოეს მაღალი ხარისხის ბოქსიტის საბადო (SUBR). იგი საფუძვლად დაედო 1939 წელს ურალის ალუმინის ქარხნის (UAZ) მშენებლობას. და სამხრეთ ურალის ბოქსიტის მაღაროს (YUBR) ბაზაზე აშენდა ბოგოსლოვსკის ალუმინის ქარხანა (BAZ).
Severoonezhskoye ველი მდებარეობს კოლას ნახევარკუნძულის გზაზე. ის გეგმაშია, მაგრამ მშენებლობის თარიღი უცნობია.
ვისლოვსკოეს საბადო არის კაოლიტის ტიპის სუფთა თიხის საბადო. არ გამოიყენება ალუმინისთვის.
ტიმანსკოეს ველი (კომის რესპუბლიკა, ვარკუტა). კანადელები დაინტერესებულნი არიან ამ სფეროთი, ამიტომ გეგმავენ ქარხნების აშენებას (კომი სუალი ჰოლდინგის კომპანიაა).

ალუმინის მიღება ბოქსიტის მადნებიდან

ვინაიდან ალუმინი ამფოტერულია, ალუმინა იწარმოება სამი გზით:

ტუტე,
მჟავა;
ელექტროლიტური.

ყველაზე გავრცელებულია ტუტე მეთოდი (K. I. Bayer-ის მეთოდი, რომელიც განვითარდა რუსეთში წინა საუკუნის ბოლოს და გამოიყენებოდა მაღალი ხარისხის ბოქსიტების დასამუშავებლად მცირე რაოდენობით (5-6%) სილიციუმით). მას შემდეგ მისი ტექნიკური შესრულება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა. ბაიერის მეთოდით ალუმინის წარმოების სქემა ნაჩვენებია სურათზე 3.

სურათი 3 - ბაიერის მეთოდით ალუმინის მიღების სქემა

მეთოდის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ ალუმინის ხსნარები სწრაფად იშლება მათში ალუმინის ჰიდროქსიდის შეყვანისას, ხოლო აორთქლების შემდეგ დაშლის შედეგად დარჩენილი ხსნარი ინტენსიური შერევის პირობებში 169-170 °C ტემპერატურაზე, შეუძლია კვლავ დაშალოს ბოქსიტებში შემავალი ალუმინი. ეს მეთოდი შედგება შემდეგი ძირითადი ოპერაციებისგან:

1. ბოქსიტის მომზადება, რომელიც შედგება წისქვილში მისი დაწურვისა და დაფქვაში; ქარხნები მარაგდება ბოქსიტით, კაუსტიკური ტუტეთა და მცირე რაოდენობით კირით, რაც აუმჯობესებს Al 2 O 3-ის გამოყოფას; მიღებული რბილობი იკვებება გამორეცხვისთვის;

2. ბოქსიტის გაჟონვა (ამ ბოლო დროს გამოყენებული მრგვალი ფორმის ავტოკლავის ბლოკები ნაწილობრივ შეიცვალა მილაკოვანი ავტოკლავებით, რომლებშიც გამორეცხვა ხდება 230–250 ° С (500–520 K) ტემპერატურაზე, რაც შედგება მის ქიმიურ დაშლაში. ურთიერთქმედება წყალხსნარის ტუტეებთან; ალუმინის ოქსიდის ჰიდრატები, ტუტესთან ურთიერთობისას, გადადიან ხსნარში ნატრიუმის ალუმინატის სახით:

AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O

Al(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;

SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H2O;

ხსნარში ნატრიუმის ალუმინატი და ნატრიუმის სილიკატი ქმნიან უხსნად ნატრიუმის ალუმოსილიკატს; ტიტანისა და რკინის ოქსიდები გადადის უხსნად ნარჩენში, რაც ნარჩენს წითელ ფერს აძლევს; ამ ნარჩენს წითელ ტალახს უწოდებენ. დაშლის დასრულების შემდეგ, მიღებული ნატრიუმის ალუმინატი განზავებულია ტუტე წყალხსნარით, ხოლო ტემპერატურა 100 ° C-ით მცირდება;

3. ალუმინის ხსნარის გამოყოფა წითელი ტალახისაგან, რომელიც ჩვეულებრივ ხორციელდება სპეციალურ გასქელებებში რეცხვით; ამის შედეგად წითელი ტალახი დნება და ალუმინის ხსნარი დრენირდება და შემდეგ იფილტრება (გასუფთავება). შეზღუდული რაოდენობით, ტალახი გამოიყენება, მაგალითად, როგორც ცემენტის დანამატი. ბოქსიტის კლასიდან გამომდინარე, გამომუშავებულ 1 ტონა ალუმინაზე მოდის 0,6 - 1,0 ტონა წითელი ტალახი (მშრალი ნარჩენი);

4. ალუმინის ხსნარის დაშლა. მას ფილტრავენ და ასხამენ დიდ კონტეინერებში აგიტატორებით (დამშლელები). ალუმინის ჰიდროქსიდი Al(OH) 3 ამოღებულია ზეგაჯერებული ხსნარიდან 60 °C-მდე (330 K) გაციების და მუდმივი მორევის შემდეგ. ვინაიდან ეს პროცესი ნელა და არათანაბრად მიმდინარეობს და ალუმინის ჰიდროქსიდის კრისტალების წარმოქმნას და ზრდას დიდი მნიშვნელობა აქვს მისი შემდგომი დამუშავებისას, დიდი რაოდენობით მყარი ჰიდროქსიდი ემატება დამშლელებს - თესლს:

Na 2 O Al 2 O 3 + 4H2O→Al(OH) 3 + 2NaOH;

5. ალუმინის ჰიდროქსიდის გამოყოფა და მისი კლასიფიკაცია; ეს ხდება ჰიდროციკლონებსა და ვაკუუმ ფილტრებში, სადაც ნალექი, რომელიც შეიცავს 50 - 60% Al(OH) 3 ნაწილაკებს, გამოყოფილია ალუმინის ხსნარიდან. ჰიდროქსიდის მნიშვნელოვანი ნაწილი ბრუნდება დაშლის პროცესში, როგორც სათესლე მასალა, რომელიც რჩება მიმოქცევაში უცვლელი რაოდენობით. წყლით დაბანის შემდეგ ნარჩენი გადადის კალცინაციამდე; ფილტრატი ასევე ბრუნდება ცირკულაციაში (აორთქლებაში კონცენტრაციის შემდეგ - ახალი ბოქსიტების გასაწმენდად);

6. ალუმინის ჰიდროქსიდის გაუწყლოება (კალცინაცია); ეს არის ალუმინის წარმოების საბოლოო ოპერაცია; იგი ხორციელდება მილაკოვანი მბრუნავი ღუმელებით, და ახლახან ასევე ღუმელებში, მასალის ტურბულენტური მოძრაობით 1150 - 1300 ° C ტემპერატურაზე; ნედლი ალუმინის ჰიდროქსიდი, რომელიც გადის მბრუნავ ღუმელში, გამხმარი და გაუწყლოებული; როდესაც თბება, შემდეგი სტრუქტურული გარდაქმნები ხდება თანმიმდევრულად:

Al(OH) 3 → AlOOH → γ-Al 2 O 3 → α-Al 2 O 3

200 °C - 950 °C - 1200 °C.

საბოლოო კალცინირებული ალუმინა შეიცავს 30 - 50% α-Al2O3 (კორუნდი), დანარჩენი არის γ-Al 2 O 2 .

ეს მეთოდი გამოაქვს ყველა წარმოებული ალუმინის 85-87%. მიღებული ალუმინა არის ძლიერი ქიმიური ნაერთი, რომლის დნობის წერტილია 2050 ° C.

ალუმინის მიღება ელექტროლიზით

კრიოლიტზე დაფუძნებულ დნობაში გახსნილი ალუმინის ოქსიდის ელექტროლიტური რედუქცია ხორციელდება ელექტროლიტურ უჯრედში 950–970 °C ტემპერატურაზე. უჯრედი შედგება ნახშირბადის ბლოკებით გაფორმებული აბანოსგან, რომლის ძირში მიეწოდება ელექტრო დენი. ფსკერზე გამოთავისუფლებული თხევადი ალუმინი, რომელიც ემსახურება კათოდის ფუნქციას, უფრო მძიმეა ვიდრე ელექტროლიტური მარილის დნობა, ამიტომ იგი გროვდება ნახშირის ბაზაზე, საიდანაც პერიოდულად ამოტუმბავს მას (სურათი 4). ზემოდან, ნახშირბადის ანოდები ჩაეფლო ელექტროლიტში, რომელიც იწვის ალუმინის ოქსიდიდან გამოთავისუფლებული ჟანგბადის ატმოსფეროში, ათავისუფლებს ნახშირორჟანგს (CO) ან ნახშირორჟანგს (CO 2). პრაქტიკაში გამოიყენება ორი ტიპის ანოდები:

ზედერბერგის ანოდები, რომლებიც შედგება ბრიკეტებისგან, ე.წ. მაღალი ტემპერატურის ზემოქმედებით ანოდური მასა იწვება (ადუღდება);
ნახშირბადის დიდი ბლოკებისგან დამზადებული ანოდები (მაგალითად, 1900 × 600 × 500 მმ, წონა დაახლოებით 1,1 ტონა).

სურათი 4 - ელექტროლიზატორის სქემა

ელექტროლიზატორებზე დენის სიმძლავრე არის 150000 ა. ისინი უერთდებიან ქსელს სერიულად, ანუ მიიღება სისტემა (სერია) - ელექტროლიზატორების გრძელი რიგი.

აბანოზე მოქმედი ძაბვა, რომელიც არის 4 - 5 ვ, ბევრად აღემატება ძაბვას, რომლის დროსაც ალუმინის ოქსიდი იშლება, ვინაიდან სისტემის სხვადასხვა ნაწილში ძაბვის დანაკარგები გარდაუვალია მუშაობის დროს. ნედლეულისა და ენერგიის ბალანსი 1 ტონა ალუმინის მიღებისას ნაჩვენებია სურათზე 5.

სურათი 5 - ნედლეულის და ენერგიის ბალანსი 1 ტონა ალუმინის წარმოებაში

რეაქციის ჭურჭელში ალუმინის ოქსიდი პირველად გარდაიქმნება ალუმინის ქლორიდში. შემდეგ, მჭიდროდ იზოლირებულ აბაზანაში, ხდება KCl, NaCl გამდნარ მარილებში გახსნილი AlCl 3-ის ელექტროლიზი. ამ პროცესში გამოთავისუფლებული ქლორი იწოვება და იკვებება გადამუშავებისთვის; ალუმინი დეპონირებულია კათოდზე.

ამ მეთოდის უპირატესობა თხევადი კრიოლიტი-ალუმინის დნობის (Al 2 O 3, Na 3 AlF 6 კრიოლიტში გახსნილი) ელექტროლიზთან შედარებით არის: ენერგიის 30%-მდე დაზოგვა; ალუმინის ოქსიდის გამოყენების შესაძლებლობა, რომელიც არ არის შესაფერისი ტრადიციული ელექტროლიზისთვის (მაგალითად, Al 2 O 3 სილიციუმის მაღალი შემცველობით); ძვირადღირებული კრიოლიტის შეცვლა იაფი მარილებით; ფტორის გამოყოფის საფრთხის აღმოფხვრა.

დახვეწილი ალუმინის მიღება

ალუმინისთვის ელექტროლიზის დახვეწა მარილის წყალხსნარების დაშლით შეუძლებელია. ვინაიდან გარკვეული მიზნებისთვის სამრეწველო ალუმინის (Al 99.5 - Al 99.8) გაწმენდის ხარისხი, რომელიც მიღებულია კრიოლიტ-ალუმინის დნობის ელექტროლიზით, არასაკმარისია, უფრო სუფთა ალუმინიც კი (Al 99.99 R) მიიღება სამრეწველო ალუმინის ან ლითონის ნარჩენებისგან გადამუშავებით. . დახვეწის ყველაზე ცნობილი მეთოდია სამშრიანი ელექტროლიზი.

დახვეწა სამშრიანი ელექტროლიზით

მოპირკეთებული ფოლადის ფურცლით, რომელიც მუშაობს მუდმივ დენზე (სურათი 6), გადამამუშავებელი აბანო შედგება ნახშირის კერისგან მიმდინარე მილებით და თბოიზოლაციის მაგნეზიტის საფარით. კრიოლიტ-ალუმინის დნობის ელექტროლიზისგან განსხვავებით, აქ ანოდი, როგორც წესი, არის გამდნარი რაფინირებული ლითონი (ქვედა ანოდის ფენა). ელექტროლიტი შედგება სუფთა ფტორიდებისგან ან ბარიუმის ქლორიდისა და ალუმინის და ნატრიუმის ფტორიდების ნარევისგან (შუა ფენა). ანოდის ფენიდან ელექტროლიტში ხსნადი ალუმინი გამოიყოფა ელექტროლიტის ზემოთ (ზედა კათოდური ფენა). სუფთა ლითონი ემსახურება კათოდის ფუნქციას. დენი მიეწოდება კათოდის ფენას გრაფიტის ელექტროდით.

სურათი 6 - ელექტროლიტური უჯრედის დიაგრამა წინა კერით ალუმინის დასამუშავებლად (Fulda - Ginzberg-ის მიხედვით)

1 - ალუმინის დნობა; 2 – ელექტროლიტი; 3 - მაღალი სიხშირის დახვეწილი ალუმინი; 4 – გრაფიტის კათოდი; 5 - მაგნეზიტის კედელი; 6 - წინა საყვირი; 7 - საიზოლაციო ფენა; 8 - გვერდითი იზოლაცია; 9 - ქვანახშირის კერა; 10 – ანოდის გამტარი; 11 - კერის იზოლაცია; 12 - რკინის ყუთი; 13 - საფარი

აბანო მუშაობს 750 - 800 ° C ტემპერატურაზე, ენერგომოხმარება არის 20 კვტ/სთ 1 კგ სუფთა ალუმინზე, ანუ გარკვეულწილად უფრო მაღალია, ვიდრე ჩვეულებრივი ალუმინის ელექტროლიზით.

ანოდის ლითონი შეიცავს 25-35% Cu; 7 – 12% Zn; 6 – 9% Si; 5%-მდე Fe და მცირე რაოდენობით მანგანუმი, ნიკელი, ტყვია და კალა, დანარჩენი (40 - 55%) არის ალუმინი. ყველა მძიმე ლითონი და სილიციუმი რჩება ანოდის ფენაში გადამუშავების დროს. ელექტროლიტში მაგნიუმის არსებობა იწვევს ელექტროლიტის შემადგენლობის არასასურველ ცვლილებებს ან მის ძლიერ წიდას. მაგნიუმის მოსაშორებლად, მაგნიუმის შემცველი წიდები მუშავდება ნაკადით ან აირისებრი ქლორით.

გადამუშავების შედეგად მიიღება სუფთა ალუმინის (99,99%) და სეგრეგაციის პროდუქტები (ზიგერის პროდუქტი), რომლებიც შეიცავს მძიმე მეტალებს და სილიკონს და იზოლირებულია ტუტე ხსნარისა და კრისტალური ნარჩენების სახით. ტუტე ხსნარი ნარჩენია, ხოლო მყარი ნარჩენი გამოიყენება დემჟავიზაციისთვის.

რაფინირებულ ალუმინს ჩვეულებრივ აქვს შემდეგი შემადგენლობა, %: Fe 0,0005 - 0,002; Si 0.002 - 0.005; Cu 0,0005 - 0,002; Zn 0,0005 - 0,002; Mg კვალი; ალ დანარჩენი.

რაფინირებული ალუმინი მუშავდება ნახევრად მზა პროდუქტად მითითებულ შემადგენლობაში ან შენადნობს მაგნიუმთან (ცხრილი 1).

ცხრილი 1 - მაღალი სისუფთავის ალუმინის და პირველადი ალუმინის ქიმიური შემადგენლობა DIN 1712, ფურცელი 1 მიხედვით

		დასაშვები მინარევები*, %
			მათ შორის

* შეძლებისდაგვარად დადგინდეს კვლევის ჩვეულებრივი მეთოდებით.

** სუფთა ალუმინი ელექტროტექნიკისთვის (ალუმინის გამტარები) მიეწოდება პირველადი ალუმინის 99.5 სახით, რომელიც შეიცავს არაუმეტეს 0.03% (Ti + Cr + V + Mn); მითითებულია ამ შემთხვევაში, როგორც E-A1, მასალის ნომერი 3.0256. წინააღმდეგ შემთხვევაში შეესაბამება VDE-0202.

დახვეწა ალუმინის ორგანული ნაერთებით და ზონის დნობით

უმაღლესი სისუფთავის კლასის A1 99.99 R ალუმინი შეიძლება მიღებულ იქნას სუფთა ან კომერციულად სუფთა ალუმინის ელექტროლიზის დახვეწით, ალუმინის რთული ორგანული ალუმინის ნაერთების გამოყენებით ელექტროლიტის სახით. ელექტროლიზი ხდება დაახლოებით 1000°C ტემპერატურაზე მყარ ალუმინის ელექტროდებს შორის და პრინციპში მსგავსია სპილენძის დამუშავების ელექტროლიზის. ელექტროლიტის ბუნება კარნახობს ჰაერის გარეშე და დაბალი დენის სიმკვრივით მუშაობის აუცილებლობას.

ამ სახის გადამუშავების ელექტროლიზი, რომელიც თავდაპირველად გამოიყენება მხოლოდ ლაბორატორიული მასშტაბით, უკვე ხორციელდება მცირე სამრეწველო მასშტაბით - წელიწადში რამდენიმე ტონა ლითონი იწარმოება. მიღებული ლითონის გაწმენდის ნომინალური ხარისხია 99,999 -99,9999%. ამ სისუფთავის ლითონის გამოყენების პოტენციური სფეროებია კრიოგენული ელექტროინჟინერია და ელექტრონიკა.

შესაძლებელია განხილული დახვეწის მეთოდის გამოყენება ელექტრომოლევაში.

კიდევ უფრო მაღალი სისუფთავე - ნომინალურად A1 99.99999-მდე - შეიძლება მიღებულ იქნას ლითონის შემდგომი ზონის დნობით. მაღალი სისუფთავის ალუმინის ნახევრად მზა პროდუქტად, ფურცელში ან მავთულში გადამუშავებისას, ლითონის რეკრისტალიზაციის დაბალი ტემპერატურის გათვალისწინებით, აუცილებელია განსაკუთრებული სიფრთხილის ზომების მიღება. დახვეწილი ლითონის შესანიშნავი თვისებაა მისი მაღალი ელექტრული გამტარობა კრიოგენული ტემპერატურის რეგიონში.

Თვისებები

ალუმინი არის D.I. მენდელეევის ქიმიური ელემენტების პერიოდული სისტემის მესამე პერიოდის მესამე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის ელემენტი. ატომური ნომერი 13. აღინიშნება სიმბოლო Al (ლათ. ალუმინი). მიეკუთვნება მსუბუქი ლითონების ჯგუფს.

ყველაზე გავრცელებული მეტალი და მესამე ყველაზე გავრცელებული ქიმიური ელემენტი დედამიწის ქერქში (ჟანგბადისა და სილიციუმის შემდეგ). დედამიწის ქერქში ალუმინის შემცველობის პროცენტი, სხვადასხვა მკვლევარების აზრით, დედამიწის ქერქის მასის 7,45-დან 8,14%-მდე მერყეობს.

ალუმინის შემცველი ყველაზე მნიშვნელოვანი მინერალებია:

კორუნდი - Al 2 O 3

დიასპორა (ბოემიტი)-AlOOH

სპინელი - Al 2 O 3 MgO

გიბსიტი -Al(OH) 3

კიანიტი (ანდალუზიტი, სილიმონიტი) - Al 2 O 3 SiO 2

კაოლინი - Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O

ალუმინის ძირითადი საბადოებია ბოქსიტები, ნეფელინები, ალუნიტები, კაოლინები და კიანიტები. კომერციულ ბოქსიტებში ალუმინის შემცველობა 40%-დან 60%-მდე და მეტია. იგი ასევე გამოიყენება როგორც ნაკადი შავი მეტალურგიაში. ჩვენს ქვეყანაში ბოქსიტის დიდ საბადოებს მიეკუთვნება ტიხვინსკოე (ლენინგრადის ოლქი), სევერო-ურალსკოე (სვერდლოვსკის ოლქი), იუჟნოურალსკოე (ჩელიაბინსკის ოლქი), ტურგაი და კრასნოოკტიაბრსკოე (კოსტანაის ოლქი).

ფიზიკური თვისებები

ვერცხლისფერი თეთრი მეტალი, მსუბუქი,

სიმკვრივე - 2,7 გ / სმ³,

ტექნიკური ალუმინის დნობის წერტილი - 658 °C, მაღალი სისუფთავის ალუმინისთვის - 660 °C

შერწყმის სპეციფიკური სითბო - 390 კჯ/კგ,

დუღილის წერტილი - 2500 °C

ბრინელის სიმტკიცე - 24…32 კგფ/მმ²,

მაღალი პლასტიურობა: ტექნიკური - 35%, სუფთა - 50%, შემოხვეული თხელ ფურცლად და თანაბარ ფოლგაში

იანგის მოდული - 70 გპა.

ალუმინს აქვს მაღალი ელექტრული გამტარობა (0,0265 μOhmm) და თბოგამტარობა (1,24 × 10−3 W/(m K)), სპილენძის ელექტრული გამტარობის 65% და აქვს სინათლის მაღალი არეკვლა.

სუსტი პარამაგნიტი

ალუმინი ქმნის შენადნობებს თითქმის ყველა მეტალთან. შენადნობებში ალუმინი ინარჩუნებს თავის თვისებებს. გამდნარ მდგომარეობაში ალუმინი არის თხევადი და კარგად ავსებს ფორმებს, მყარ მდგომარეობაში ის კარგად დეფორმირებულია და ადვილად შეიძლება დაიჭრა, შედუღება და შედუღება. ყველაზე ცნობილი შენადნობები სპილენძთან და მაგნიუმთან (დურალუმინთან) და სილიციუმთან (სილუმინთან)

ალუმინის მიდრეკილება ჟანგბადთან ძალიან მაღალია. მისი დაჟანგვის დროს გამოიყოფა დიდი რაოდენობით სითბო (~ 1670000 ჯ/მოლი). წვრილად დაფქული ალუმინი გაცხელებისას აალდება და ჰაერში იწვის. ალუმინი აერთიანებს ჟანგბადს ჰაერში და ატმოსფერულ პირობებში. ამ შემთხვევაში ალუმინი დაფარულია ალუმინის ოქსიდის თხელი (~ 0,0002 მმ სისქის) მკვრივი ფირით, რომელიც იცავს მას შემდგომი დაჟანგვისგან; ამიტომ ალუმინი მდგრადია კოროზიის მიმართ. ალუმინის ზედაპირი კარგად არის დაცული ჟანგვისგან ამ ფილმით, თუნდაც გამდნარ მდგომარეობაში.

წარმოება

ალუმინის წარმოების ძირითადი თანამედროვე მეთოდი ელექტროლიტური მეთოდია, რომელიც შედგება ორი ეტაპისგან. პირველი არის ალუმინის (Al 2 O 3) წარმოება მადნის ნედლეულიდან და მეორე არის თხევადი ალუმინის წარმოება ალუმინისგან ელექტროლიზით.

ბაიერის მეთოდი

ბაიერის მეთოდი - ბოქსიტიდან ალუმინის მოპოვების მეთოდი - ეფუძნება გაჟონვას, რომლის მიზანია ალუმინის ოქსიდის Al 2 O 3 დაშლა ბოქსიტში, დარჩენილი ბოქსიტის კომპონენტების (SiO 2, Fe 2 O 3) გადაცემის თავიდან აცილება. და სხვ.) ხსნარში. მეთოდი ეფუძნება შექცევად ქიმიურ რეაქციას:

Al 2 O 3 ნ H 2 O + 2NaOH \u003d Na 2 O Al 2 O 3 + (ნ + 1) H 2 O

როდესაც რეაქცია მიდის მარჯვნივ, ალუმინა ნატრიუმის ალუმინატის სახით გადადის ხსნარში და რეაქციის საპირისპირო მსვლელობისას, შედეგად ჰიდრატირებული Al 2 O 3 ნალექი.

1. ბოქსიტის მომზადება გამორეცხვისთვის.ბოქსიტს აჭედებენ და ფქვავენ 0,05-0,15მმ ფრაქციებზე დამატებული ტუტე და NaOH ტუტე მოცირკულირე ხსნარში, ასევე ემატება ცოტა ცაცხვი გამორეცხვის გასააქტიურებლად.

2. გამორეცხვაბოქსიტი, იგი შედგება ქიმიური დაშლისგან ტუტე წყალხსნართან ურთიერთქმედებით; ალუმინის ოქსიდის ჰიდრატები, ტუტესთან ურთიერთობისას, გადადიან ხსნარში ნატრიუმის ალუმინატის სახით:

AlOOH + NaOH → NaAlO 2 + H2O

Al (OH) 3 + NaOH → NaAlO 2 + 2H 2 O;

SiO 2 + 2NaOH → Na 2 SiO 3 + H 2 O;

ხსნარში ნატრიუმის ალუმინატი და ნატრიუმის სილიკატი ქმნიან უხსნად ნატრიუმის ალუმოსილიკატს; ტიტანისა და რკინის ოქსიდები გადადის უხსნად ნარჩენში, რაც ნარჩენს წითელ ფერს აძლევს; ამ ნარჩენს წითელ ტალახს უწოდებენ. დაშლის დასრულების შემდეგ, მიღებული ნატრიუმის ალუმინატი განზავებულია ტუტეს წყალხსნარით, ხოლო ტემპერატურა 100 °C-ით მცირდება.

გამორეცხვა ტარდება ავტოკლავებში - წნევის ჭურჭელში. პროდუქტი არის ავტოკლავის ხსნარი, რომელიც შედგება ალუმინის ხსნარისგან (შეიცავს Na 2 O · Al 2 O 3 ) და შლამს (ნალექი, რომელშიც გროვდება დარჩენილი ბოქსიტის მინარევები).

3. ალუმინის ხსნარის გამოყოფა წითელი ტალახისგანჩვეულებრივ ხორციელდება სპეციალურ გასქელებებში რეცხვით; ამის შედეგად წითელი ტალახი დნება, ალუმინის ხსნარი დრენირდება და შემდეგ იფილტრება (გასუფთავდება) მიღებული წითელი ტალახი (Fe 2 O 3 ნაწილაკებით შეღებილი) მიდის ნაგავსაყრელზე, ტალახი შეიცავს %: Al 2. O 3 12-18, SiO 2 6-11, Fe 2 O 3 44-50, CaO 8-13.

4. ალუმინის ხსნარის დაშლა, რომელსაც ასევე უწოდებენ დაშლას ან გადახვევას, ხორციელდება ალუმინის გადასატანად ხსნარიდან ნალექში Al 2 O 3 · 3 H 2 O, რისთვისაც ზემოაღნიშნული გამორეცხვის რეაქცია მოცემულია მარცხნივ, Al 2 O 3 · 3 H 2 O. იმისათვის, რომ ეს რეაქცია მარცხნივ წარიმართოს, აუცილებელია წნევის დაწევა (ატმოსფერულამდე), ხსნარის განზავება და გაგრილება, თესლის შეყვანა (ალუმინის ჰიდროქსიდის პატარა კრისტალები) და მასში რბილობი საკმარისად დიდი კრისტალების მისაღებად. Al 2 O 3-დან 3 H 2 O ურიეთ 50-90 საათის განმავლობაში.რადგან ეს პროცესი ნელი და არათანაბარია და მის შემდგომ დამუშავებაში დიდი მნიშვნელობა აქვს ალუმინის ჰიდროქსიდის კრისტალების წარმოქმნას და ზრდას, დიდი რაოდენობით მყარი ჰიდროქსიდი ემატება დამშლელებს - თესლს:

Na 2 O Al 2 O 3 + 4H 2 O → Al(OH) 3 + 2NaOH;

5. ალუმინის ჰიდროქსიდის კრისტალების გამოყოფა ხსნარიდან და კრისტალების კლასიფიკაცია ზომის მიხედვით.დაშლის შემდეგ რბილობი შედის გასქელებაში, სადაც ჰიდროქსიდი გამოყოფილია ხსნარიდან. ჰიდროსეპარატორებში მიღებული ჰიდროქსიდი იყოფა ფრაქციად ნაწილაკების ზომით 40-100 მიკრონი და წვრილ ფრაქციად (ზომით< 40 мкм), которую используют в качестве затравки при декомпозиции. Крупную фракцию промывают, фильтруют и направляют на кальцинацию.

6. ალუმინის ჰიდროქსიდის დეჰიდრატაცია (კალცინაცია); ეს არის ალუმინის წარმოების საბოლოო ოპერაცია; იგი ტარდება მილაკოვან მბრუნავ ღუმელებში, ბოლო დროს ასევე ღუმელებში მასალის ტურბულენტური მოძრაობით 1150-1300 °C ტემპერატურაზე; ნედლი ალუმინის ჰიდროქსიდი, რომელიც გადის მბრუნავ ღუმელში, გამხმარი და გაუწყლოებული, მბრუნავი ღუმელის გავლით, გამხმარი და გაუწყლოებული; როდესაც თბება, შემდეგი სტრუქტურული გარდაქმნები ხდება თანმიმდევრულად:

Al(OH) 3 → AlOOH→ γ-Al 2 O → α-Al 2 O 3

საბოლოო კალცინირებული ალუმინა შეიცავს 30-50% α-Al 2 O 3 (კორუნდი), დანარჩენი არის γ-Al 2 O 3.

ალუმინის მოპოვება აღწერილი ბაიერის მეთოდით არის დაახლოებით 87%. 1 ტონა ალუმინის, 2,0-2,5 ტონა ბოქსიტი, 70-90 კგ NaOH, დაახლოებით 120 კგ ცაცხვი, 7-9 ტონა ორთქლი, 160-180 კგ მაზუთი (ჩვეულებრივი საწვავის თვალსაზრისით) წარმოებისთვის. და იხარჯება დაახლოებით 280 კვტ.სთ ელექტროენერგია.

რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების სამინისტრო

განათლების ფედერალური სააგენტო

მაგნიტოგორსკის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი

მათ. ნოსოვა

შავი მეტალურგიის განყოფილება

რეზიუმე დისციპლინაზე "მეტალურგიის ისტორია"

მეტალურგია ალუმინი

ანოტაცია

შესავალი

1. ალუმინის თვისებები

2. ალუმინის გამოყენება

3. ნედლეული

4. ალუმინის წარმოება

5. ალუმინის ელექტროლიტური წარმოება

6. ალუმინის გადამუშავება

დასკვნა

გამოყენებული ლიტერატურის სია

შესავალი

სიტყვა "მეტალურგია" მომდინარეობს ბერძნულიდან:

metalleuо - ვთხრი, მიწიდან ვიღებ;

მეტალურგეო - ვამუშავებ მადანს, ვამუშავებ ლითონებს;

მეტალონი - მაღარო, ლითონი.

მსოფლიო პრაქტიკაში არსებობს ლითონების დაყოფა შავი (რკინა და მასზე დაფუძნებული შენადნობები) და ყველა დანარჩენი - ფერადი (Non-ferrousmetals, ინგლისური; Nichtei-senmetalle, გერმანული) ან ფერადი ლითონები. მეტალურგია ხშირად იყოფა შავი და ფერადი. ამჟამად, შავი ლითონები შეადგენს მსოფლიოში წარმოებული ლითონის პროდუქტების დაახლოებით 95%-ს.

არქეოლოგიური გათხრები მიუთითებს, რომ ადამიანის გაცნობა ლითონებთან ჩვენგან ძალიან შორეული დროით თარიღდება. ითვლება, რომ პირველი ბრინჯაოს ნივთები იქნა მიღებული ძვ. მოგვიანებით, ბრინჯაოს წარმოება დაიწყო სპილენძში კალის და სხვა ლითონების (ალუმინი, ბერილიუმი, სილიციუმის ნიკელი და სხვ.) დამატებით. ამჟამად ყველაზე გავრცელებულია ალუმინის ბრინჯაოები (5-12% Al) რკინის, მანგანუმის და ნიკელის დანამატებით.

ამჟამად მეტალურგიული წარმოება ეროვნული ეკონომიკის ერთ-ერთი პრიორიტეტული დარგია.

1. ალუმინის თვისებები

დურალუმინის შემადგენლობა, ალუმინის გარდა, შეიცავს 3,4-4% Cu, 0,5% Mn და 0,5% Mg, დასაშვებია არაუმეტეს 0,8% Fe და 0,8% Si. დურალუმინი კარგად არის დეფორმირებული და თავისი მექანიკური თვისებებით უახლოვდება ფოლადის ზოგიერთ ხარისხს, თუმცა ის 2,7-ჯერ მსუბუქია ვიდრე ფოლადი (დურალუმინის სიმკვრივეა 2,85 გ/სმ 3).

2. ალუმინის აპლიკაციები

ალუმინი და შენადნობები ფართოდ გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში, მათ შორის ავიაციაში, ტრანსპორტში, მეტალურგიაში, Კვების ინდუსტრიაალუმინი და მისი შენადნობები გამოიყენება საჰაერო ხომალდის კორპუსების, ძრავების, ცილინდრის ბლოკების, გადაცემათა კოლოფების, ტუმბოების და სხვა ნაწილების დასამზადებლად საავიაციო, საავტომობილო და ტრაქტორების მრეწველობაში, აგრეთვე ქიმიური პროდუქტების შესანახად გემების დასამზადებლად. ალუმინი ფართოდ გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში, კვების მრეწველობაში, ატომურ ენერგიაში და კოსმოსური ხომალდები მზადდება ალუმინისა და მისი შენადნობებისგან.

ალუმინის ჟანგბადთან მაღალი ქიმიური მიდრეკილების გამო, მას იყენებენ მეტალურგიაში, როგორც დეოქსიდიზატორის, ასევე, ე.წ.

მსოფლიოში ლითონის მთლიანი წარმოების თვალსაზრისით, ალუმინი მეორე ადგილზეა რკინის შემდეგ. ,

3. ნედლეული

ალუმინის საბადოები. მაღალი ქიმიური აქტივობის გამო, ალუმინი ბუნებაში გვხვდება მხოლოდ შეკრული სახით: კორუნდი Al 2 O 3, გიბსიტი Al 2 O 3. 3H 2 O, ბოემიტი Al 2 O 3. H 2 O, კიანიტი 3Al 2 O 3, 2SiO 2, ნეფელინი (Na, K) 2 O. ალ 2 ო 3 . 2SiO 2, კაოლინიტი Al 2 O 3, 2SiO 2. 2H 2 O და სხვები. ამჟამად გამოყენებული ალუმინის ძირითადი საბადოებია ბოქსიტები, ასევე ნეფელინები და ალუნიტები.

ბოქსიტები. ალუმინი ბოქსიტებში ძირითადად გვხვდება ალუმინის ჰიდროქსიდების (გიბსიტი, ბოემიტი და სხვ.), კორუნდისა და კაოლინთის სახით. ბოქსიტის ქიმიური შემადგენლობა საკმაოდ რთულია. ისინი ხშირად შეიცავს 40-ზე მეტ ქიმიურ ელემენტს. ალუმინის შემცველობა მათშია 35-60%, სილიციუმის დიოქსიდი 2-20%, ოქსიდი Fe 2 O 3 2-40%, ტიტანის ოქსიდი 0,01-10%. მნიშვნელოვანი მახასიათებელიბოქსიტები არის Al 2 O 3 მათი შემცველობის თანაფარდობა SiO 2 წონით - ე.წ. სილიკონის მოდული.

ჩვენს ქვეყანაში ბოქსიტის დიდ საბადოებს მიეკუთვნება ტიხვინსკოე (ლენინგრადის ოლქი), სევეროურალსკოე (სვერდლოვსკის ოლქი), იუჟნოურალსკოე (ჩელიაბინსკის ოლქი), ტურგაი და კრასნოოკტიაბრსკოე (კოსტანაის ოლქი).

ნეფელინები ნეფელინური სიენიტებისა და ურტიტების ნაწილია. ურტიტების დიდი საბადო მდებარეობს კოლას ნახევარკუნძულზე. ურტიტის ძირითადი კომპონენტებია ნეფელინი და აპატიტი 3Ca 3 (PO 4) 2 . CaF2. ისინი ექვემდებარებიან ფლოტაციურ გამდიდრებას ნეფელინის აპატიტის კონცენტრატების გამოყოფით. აპატიტის კონცენტრატი გამოიყენება ფოსფატური სასუქების მოსამზადებლად, ხოლო ნეფელინის კონცენტრატი გამოიყენება ალუმინის წარმოებისთვის. ნეფელინის კონცენტრატი შეიცავს %: 20-30 Al 2 O 3, 42-44 SiO 2, 13-14 Na 2 O, 6-7 K 2 O, 3-4 Fe 2 O 3 და 2-3 CaO.

ალუნიტები არის ძირითადი ალუმინის სულფატი და კალიუმის (ან ნატრიუმის) K 2 SO 4 . Al 2 (SO 4) 3 . 4 Al(OH) 3. მათში Al 2 O 3-ის შემცველობა დაბალია (20-22%), მაგრამ შეიცავს სხვა ღირებულ კომპონენტებს: გოგირდის ანჰიდრიდს SO 3 (~ 20%) და ტუტე Na 2 O, K 2 O (4-5%). ამრიგად, ისინი, ნეფელინების მსგავსად, რთული ნედლეულია.

სხვა ნედლეული. ალუმინის წარმოებაში გამოიყენება ტუტე NaOH, ზოგჯერ კირქვა CaCO 3, ალუმინის ელექტროლიზისას, კრიოლიტი Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3) და ცოტა ალუმინის ფტორიდი AlF 3, ასევე CaF 2 და MgF 2.