Виробництво алюмінію у промисловості

У промисловості алюміній отримують електролізом глинозему Аl2О3 шляхом розчинення його в розплавленому кріоліті NasAlF6 при температурі близько 950 °С.

Використовуються електролізери трьох основних конструкцій:

1) електролізери з безперервними самозаймистими анодами і бічним підведенням струму;
(2) ті ж електролізери, тільки з повітряним живленням; і
3) електролізери з легкозаймистими анодами. Електролітична ванна є залізним ковпаком, що обігрівається зсередини тепло- та електроізоляційним матеріалом, виготовленим з вогнетривкої цегли на основі вуглецевих панелей і блоків.

Робочий бак заповнений розплавленим електролітом, що складається з 6-8% глинозему та 94-92% кріоліту (зазвичай з домішкою AlF3 і приблизно 5-6% сумішшю фторидів калію та магнію). Прокладка ванни діє як катод, а вугільні блоки, що згоріли або самозаймисті набиті електроди в електроліті діють як анод.

У міру проходження струму через катод виділяється розплавлений алюміній, який накопичується на підкладці, а кисень з’являється на аноді, утворюючи сполуки CO та CO2 з вуглецевим анодом. Основний матеріал – оксид алюмінію – пред’являє високі вимоги до чистоти і розміру частинок. Якщо він містить більше оксидів, ніж позитивні елементи алюмінію, алюміній може бути забруднений. При достатній кількості глинозему ванна нормально працює при напрузі 4-4,5 В. Ванни послідовно підключаються до джерела постійного струму (150-160 ванн).

Сучасні електролізери працюють на струмах до 150 кА. Алюміній зазвичай видаляють із ванної за допомогою вакуумного відра. Розплавлений алюміній чистотою 99,7% розливають у форми. Алюміній високої чистоти (99,9965%) отримують шляхом електролітичного рафінування первинного алюмінію за так званим тришаровим методом, який знижує кількість домішок Fe, Si і Су. Дослідження процесу електролітичного рафінування алюмінію з використанням органічних електролітів показали можливість отримання 99,999% алюмінію за відносно низького енергоспоживання. Однак поки що цей метод контрпродуктивний. Для хорошого очищення алюмінію використовується зональна плавка або перегонка з використанням субфлорида.

Електролітичне вилучення алюмінію може призвести до ураження електричним струмом, високої температури та небезпечного газу. Щоб уникнути нещасних випадків ванни надійно ізольовані, робітники носять суху повсть і відповідний спеціальний одяг. Ефективна вентиляція підтримує здорову атмосферу. Постійне вдихання пилу металевого алюмінію та його оксиду може спричинити алюмоз легень. Робочі алюмінієвого виробництва часто страждають на катар верхніх дихальних шляхів (ринітом, фарингітом, ларингітом). Допустима концентрація металевого алюмінієвого пилу, його оксидів та сплавів у повітрі становить 2 мг/м3.