คำอธิบายของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตอลูมิเนียม กระบวนการทางเทคโนโลยีของการผลิตอลูมิเนียม

กระบวนการทางเทคโนโลยีการผลิตอลูมิเนียมประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก:

1. การสร้างอลูมินาจากแร่อะลูมิเนียม
2. การทำอลูมิเนียมอลูมินา
3. กระบวนการกลั่นอลูมิเนียม

และในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ดังกล่าว:

อุปกรณ์สำหรับระบบกระจายอลูมินาส่วนกลาง
อิเล็กโทรไลเซอร์;
แคโทดบัสบาร์;
การติดตั้งการทำความสะอาดแก๊สแห้ง
ปั้นจั่นประกอบ เทคโนโลยีและโรงหล่อ
การติดตั้งความทะเยอทะยาน;
อุปกรณ์โรงหล่อ
อุปกรณ์ของร้านประกอบแอโนด
โครงสร้างโลหะของอาคารอุตสาหกรรม

การสร้างอลูมินาจากแร่ - ขั้นตอนการผลิตอะลูมิเนียม

สามารถรับอลูมินาได้สามวิธี: กรด ด่าง และอิเล็กโทรไลต์ วิธีที่นิยมมากที่สุดคือวิธีอัลคาไลน์ สาระสำคัญของวิธีการนี้อยู่ที่ความจริงที่ว่าสารละลายอลูมิเนียมเริ่มสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อมีการแนะนำอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และสารละลายที่ยังคงมาจากการสลายตัวหลังจากการระเหยด้วยการกวนอย่างแรงที่อุณหภูมิ 170 C สามารถละลายอลูมินาได้อีกครั้งซึ่งมีอยู่ใน บอกไซต์ วิธีนี้มีขั้นตอนหลักดังต่อไปนี้:

1. การเตรียมอะลูมิเนียมซึ่งเกี่ยวข้องกับการบดและบดในโรงสีพิเศษ ด่างโซดาไฟ บอกไซต์ และมะนาวเล็กน้อยถูกส่งไปยังโรงสี เยื่อกระดาษที่ได้จะถูกส่งไปชะล้าง

2. การชะล้างบอกไซต์หมายถึงการสลายตัวทางเคมีจากการรวมกันกับ สารละลายน้ำด่าง. ในกรณีนี้ อะลูมิเนียมออกไซด์ไฮเดรตเมื่อรวมกับอัลคาไล ผ่านเข้าไปในสารละลายในรูปของโซเดียมอะลูมิเนตและซิลิกาซึ่งมีอยู่ในบอกไซต์เมื่อรวมกับอัลคาไลแล้วจะผ่านเข้าไปในสารละลายในรูปของโซเดียมซิลิเกต ในสารละลาย สารประกอบเหล่านี้: โซเดียมอะลูมิเนตและโซเดียมซิลิเกตก่อให้เกิดโซเดียมอะลูมิโนซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำ เหล็กและไททาเนียมออกไซด์จะผ่านเข้าไปในสารตกค้างนี้ ซึ่งทำให้สารตกค้างเป็นสีแดง สารตกค้างนี้เป็นโคลนสีแดง เมื่อการละลายของโซเดียมอะลูมิเนตที่ได้รับเสร็จสิ้น จะถูกเจือจางด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของอัลคาไลในขณะที่ลดอุณหภูมิลงเหลือ 100°C

3. การแยกโคลนแดงและสารละลายอะลูมิเนตออกจากกันเกิดจากการล้างในสารเพิ่มความข้น หลังจากนั้นโคลนสีแดงจะเกาะตัวและกรองสารละลายอะลูมิเนตที่เหลือ

4. การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนต มันถูกกรองและส่งไปยังภาชนะขนาดใหญ่ด้วยเครื่องผสม อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะถูกปลดปล่อยออกจากสารละลายนี้เมื่อเย็นตัวลงที่อุณหภูมิ 60°C และกวนอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระบวนการดำเนินไปอย่างไม่สม่ำเสมอและช้ามาก และการเติบโตของผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีความสำคัญมากในการประมวลผลต่อไป จึงมีการเพิ่มไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งจำนวนมากลงในภาชนะเหล่านี้ด้วยเครื่องผสม - ตัวย่อยสลาย

5. การได้รับอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะดำเนินการในตัวกรองสูญญากาศและไฮโดรไซโคลน ไฮดรอกไซด์ที่เป็นวัสดุเมล็ดส่วนใหญ่จะถูกส่งกลับไปยังขั้นตอนการสลายตัว หลังจากล้างน้ำแล้ว สารตกค้างจะถูกส่งไปเผา และกรองกลับเข้าสู่กระบวนการด้วย

6. การคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตอลูมินา มันเกิดขึ้นในเตาเผาแบบท่อที่หมุนตลอดเวลา อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ดิบเมื่อผ่านเตาเผาจะแห้งและแห้งสนิท

การสร้างอลูมิเนียมจากอลูมินาระหว่างการผลิตยังเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน

1. อิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียมออกไซด์เกิดขึ้นที่อุณหภูมิในเซลล์ - 970 องศาเซลเซียส เซลล์มีอ่างอาบน้ำที่บุด้วยบล็อกคาร์บอนซึ่งเชื่อมต่อกระแสไฟฟ้า อะลูมิเนียมเหลวที่ปลดปล่อยออกมาจะถูกรวบรวมไว้บนเตียงคาร์บอนและสูบออกเป็นประจำ แอโนดของคาร์บอนจะจุ่มลงในอิเล็กโทรไลต์จากด้านบน เผาไหม้ในบรรยากาศของออกซิเจน ซึ่งถูกปล่อยออกมาจากอะลูมิเนียมออกไซด์ และในกรณีนี้ คาร์บอนมอนอกไซด์หรือคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมา

2. อิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียมคลอไรด์ทำได้โดยการเปลี่ยนอะลูมิเนียมออกไซด์ในถังปฏิกิริยาให้เป็นอะลูมิเนียมคลอไรด์ หลังจากนั้นอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียมคลอไรด์จะดำเนินการในอ่างแยก คลอรีนซึ่งถูกปล่อยออกมาจึงถูกดูดออกและส่งไปรีไซเคิล และอะลูมิเนียมตกตะกอนที่แคโทด

3. การนำอะลูมิเนียมคลอไรด์กลับคืนมาด้วยแมงกานีสในขณะที่ปล่อยอะลูมิเนียม การควบแน่นที่ควบคุมจะแยกสารปนเปื้อนที่เกี่ยวข้องกับคลอรีนออกจากกระแสคลอไรด์ของแมงกานีส เมื่อคลอรีนถูกปล่อยออกมา แมงกานีสคลอไรด์จะถูกแปลงเป็นแมงกานีสออกไซด์ ซึ่งจากนั้นจะถูกลดสถานะเป็นแมงกานีส ซึ่งสามารถนำไปรีไซเคิลได้

กระบวนการกลั่นอะลูมิเนียมในการผลิตอะลูมิเนียม

ไม่สามารถกลั่นอิเล็กโทรไลซิสด้วยการสลายตัวของสารละลายเกลือที่เป็นน้ำสำหรับอะลูมิเนียมได้ เนื่องจากระดับการทำให้อะลูมิเนียมอุตสาหกรรมบริสุทธิ์ซึ่งได้มาจากการแยกอิเล็กโทรไลซิสของไครโอไลต์-อลูมินาที่หลอมเหลว จะไม่เพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์บางอย่าง แม้แต่อะลูมิเนียมที่บริสุทธิ์กว่าก็ยังได้มาจากเศษโลหะและอะลูมิเนียมอุตสาหกรรมเนื่องจากการกลั่น วิธีการกลั่นที่พบมากที่สุดคืออิเล็กโทรไลซิสสามชั้น

อลูมิเนียมใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด (alumotol, ammonal) สารประกอบอลูมิเนียมหลายชนิดใช้กันอย่างแพร่หลาย การผลิตและการบริโภคอะลูมิเนียมมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งแซงหน้าการผลิตทองแดง เหล็ก สังกะสี และตะกั่วในแง่ของการเติบโตอย่างมาก

เพื่อให้ได้ทองแดงจะใช้แร่ทองแดงรวมถึงทองแดงเสียและโลหะผสม แร่ประกอบด้วยทองแดง 1 - 6% แร่ที่มีทองแดงน้อยกว่า 0.5% จะไม่ถูกแปรรูป เนื่องจากการสกัดทองแดงออกจากแร่นั้นไม่มีประโยชน์

ในแร่ทองแดงพบได้ในรูปของสารประกอบกำมะถัน (CuFeS 2 - chalco-pyrite, Cu 2 S - chalcosite, CuS - covelin), ออกไซด์ (CuO, CuO) และไบคาร์บอเนต

หินเสียของแร่ประกอบด้วย pyrite (FeS 2), ควอตซ์ (SiO 2), สารประกอบต่างๆที่มี Al 2 O 3 , MgO, CaO และเหล็กออกไซด์

แร่บางครั้งอาจมีโลหะอื่นๆ อยู่เป็นจำนวนมาก (สังกะสี ทอง เงิน และอื่นๆ)

มีสองวิธีในการรับทองแดงจากแร่:

• ไฮโดรโลหะวิทยา;
• pyrometallurgical

Hydrometallurgical ไม่พบการใช้งานที่กว้างขวางเนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะสกัดโลหะมีค่าพร้อมกับทองแดง

วิธีการไพโรเมทัลโลหการนี้เหมาะสำหรับการแปรรูปแร่ทั้งหมดและรวมถึงการดำเนินการดังต่อไปนี้:

• การเตรียมแร่เพื่อการหลอม
• ละลายบนด้าน;
• การแปลงแบบด้าน;
• การกลั่นทองแดง

การเตรียมแร่สำหรับการหลอม

การเตรียมแร่ประกอบด้วยการเพิ่มคุณค่าและการคั่ว การเพิ่มคุณค่าของแร่ทองแดงทำได้โดยการลอย ผลที่ได้คือทองแดงเข้มข้นที่มีทองแดงมากถึง 35% และกำมะถันสูงถึง 50% สารเข้มข้นมักจะเผาในเตาเผาฟลูอิไดซ์เบดเพื่อลดปริมาณกำมะถันให้เป็นค่าที่เหมาะสมที่สุด ในระหว่างการย่างกำมะถันจะถูกออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิ 750 - 800 ° C ส่วนหนึ่งของกำมะถันจะถูกลบออกด้วยก๊าซ ผลที่ได้คือผลิตภัณฑ์ที่เรียกว่าขี้เถ้า

ละลายบนเนื้อแมตต์

การหลอมแบบด้านจะดำเนินการในเตาสะท้อนเสียงหรือเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิ 1250 - 1300 ° C แร่ทองแดงเข้มข้นที่ผ่านการเผาจะเข้าสู่การถลุงซึ่งในระหว่างการให้ความร้อนซึ่งปฏิกิริยาของการลดลงของคอปเปอร์ออกไซด์และ ออกไซด์ที่สูงขึ้นต่อม

6CuO + FeS = 3Cu 2 O + FeO + SO 2

FeS + 3Fe 3 O 4 + 5SiO 2 = 5(2FeO SiO 2) + SO 2

อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของ Cu 2 O กับ FeS ทำให้ Cu 2 S เกิดขึ้นตามปฏิกิริยา:

Cu 2 O + FeS = Cu 2 S + FeO

ทองแดงและเหล็กซัลไฟด์หลอมรวมกันทำให้เกิดซิลิเกตเหล็กเคลือบด้านและหลอมละลายออกไซด์อื่น ๆ ทำให้เกิดตะกรัน เนื้อแมตต์ประกอบด้วย Cu 15–55%; 15 - 50% เฟ; 20 - 30% S. ตะกรันประกอบด้วย SiO 2 , FeO, CaO, Al 2 O 3 เป็นหลัก

ผิวด้านและตะกรันจะถูกปล่อยออกมาเมื่อสะสมผ่านรูพิเศษ

การแปลงแบบด้าน

ผิวด้านจะถูกแปลงเป็นตัวแปลงหลอมทองแดง (รูปที่ 44) โดยการเป่าด้วยอากาศเพื่อออกซิไดซ์ของเหล็กซัลไฟด์ ถ่ายโอนเหล็กไปยังตะกรัน และแยกทองแดงพุพอง

คอนเวอร์เตอร์มีความยาว 6-10 ม. และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 3-4 ม. เทเคลือบด้านที่หลอมเหลว เทผลิตภัณฑ์ถลุงออก และก๊าซจะถูกลบออกผ่านคอที่อยู่ตรงกลางของคอนเวอร์เตอร์ ในการไล่อากาศด้านออก อากาศอัดจะถูกส่งผ่านทูเยเรสที่ตั้งอยู่ตามกำเนิดของคอนเวอร์เตอร์ ในผนังด้านหนึ่งของคอนเวอร์เตอร์จะมีรูซึ่งทำการโหลดนิวแมติกของฟลักซ์ควอตซ์ซึ่งจำเป็นต้องเอาเหล็กเข้าไปในตะกรัน
กระบวนการล้างจะดำเนินการในสองช่วงเวลา ในช่วงแรกจะมีการเทการเคลือบลงในคอนเวอร์เตอร์และให้ฟลักซ์ควอตซ์ ในช่วงเวลานี้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของซัลไฟด์

เหล็กออกไซด์ที่ได้จะมีปฏิกิริยากับฟลักซ์ของควอตซ์และถูกกำจัดไปยังตะกรัน

ในขณะที่ตะกรันสะสมอยู่ จะมีการระบายออกบางส่วนและส่วนใหม่ของการเคลือบเดิมจะถูกเทลงในคอนเวอร์เตอร์ เพื่อรักษาระดับของการเคลือบด้านในคอนเวอร์เตอร์ ในช่วงที่สอง คิวพอรัสออกไซด์ทำปฏิกิริยากับคอปเปอร์ซัลไฟด์ เกิดเป็นทองแดงโลหะ

ดังนั้นจากการเป่าจึงได้ทองแดงพุพองที่มี 98.4 - 99.4% Cu ทองแดงพุพองที่ได้จะถูกเทลงในแม่พิมพ์แบบแบนบนเครื่องหล่อเทป

เทคโนโลยีการผลิตแมกนีเซียม

วิธีหลักในการผลิตแมกนีเซียมคืออิเล็กโทรไลต์ การผลิตแมกนีเซียมด้วยไฟฟ้าจากสารละลายในน้ำเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากศักยภาพทางเคมีไฟฟ้าของแมกนีเซียมมีค่าลบมากกว่าศักยภาพในการปล่อยไฮโดรเจนไอออนที่แคโทด ดังนั้นอิเล็กโทรไลซิสของแมกนีเซียมจะดำเนินการจากเกลือที่หลอมเหลว

องค์ประกอบหลักของอิเล็กโทรไลต์คือแมกนีเซียมคลอไรด์ MgCl2 และเพื่อลดจุดหลอมเหลวของอิเล็กโทรไลต์และเพิ่มการนำไฟฟ้า NaCl, CaCl2, KCl และ NaF และ CaF2 จำนวนเล็กน้อยจะถูกนำเข้าไปในนั้น

วัตถุดิบหลักในการรับแมกนีเซียม ได้แก่ คาร์นัลไลต์ (MgCl2 KCl 6H2O), แมกนีเซียม (MgCO3), โดโลไมต์ (CaCO3 MgCO3), บิสโชไฟต์ (MgCl2 6H2O) แมกนีเซียมในปริมาณมากที่สุดได้มาจากคาร์นัลไลต์

ขั้นตอนหลักของการผลิตแมกนีเซียม:

1. คาร์นัลไลต์;

2. การเพิ่มคุณค่าของ carnallite;

3. การคายน้ำของ carnallite;

4. การผลิตแมกนีเซียมด้วยไฟฟ้า

5. การกลั่นแมกนีเซียม

6. แมกนีเซียม

การเพิ่มคุณค่าของคาร์นัลไลต์เป็นขั้นตอนแรกของการแปรรูป สาระสำคัญของกระบวนการเสริมคุณค่าจะลดลงเหลือเพียงการแยก KCl และสิ่งสกปรกที่ไม่ละลายน้ำโดยการถ่ายโอน MgCl2 และ KCl ไปยังสารละลายที่เป็นน้ำ เมื่อสารละลายที่ได้ถูกทำให้เย็นลงในเครื่องตกผลึกแบบสุญญากาศ ผลึกคาร์นัลไลต์ MgCl2 KCl 6H2O เทียมจะตกตะกอน ซึ่งแยกจากกันโดยการกรอง

Carnallite ถูกทำให้แห้งในสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกดำเนินการในเตาหลอมแบบท่อหรือเตาฟลูอิไดซ์เบดที่อุณหภูมิ 550-600 ° C ภายใต้การกระทำของความร้อนของก๊าซร้อน carnallite จะถูกคายน้ำและหลังจากการรักษาดังกล่าวจะมีความชื้น 3-4%

ขั้นตอนที่สองของการคายน้ำจะดำเนินการโดยการละลายคาร์นัลไลต์ที่ได้รับหลังจากขั้นตอนแรกในเตาไฟฟ้าตามด้วยการตกตะกอนของแมกนีเซียมออกไซด์หรือโดยการคลอรีนคาร์นัลไลต์ในสถานะหลอมเหลว

การผลิตแมกนีเซียมด้วยไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้จึงใช้อิเล็กโทรไลเซอร์ซึ่งปูด้วยอิฐไฟร์เคลย์จากด้านใน แผ่นกราไฟท์ทำหน้าที่เป็นแอโนดและแผ่นเหล็กที่อยู่ทั้งสองด้านของขั้วบวกทำหน้าที่เป็นแคโทด

สำหรับการสลายตัวด้วยไฟฟ้าของแมกนีเซียมคลอไรด์ กระแสไฟฟ้าภายใต้แรงดันไฟฟ้า 2.7-2.8 V จะถูกส่งผ่านอิเล็กโทรไลต์

ผลของการสลายตัวด้วยไฟฟ้าของแมกนีเซียมคลอไรด์ทำให้เกิดคลอรีนไอออนซึ่งเคลื่อนที่ไปทางขั้วบวกและหลังจากการปลดปล่อยจะสร้างฟองคลอรีนที่โผล่ออกมาจากอิเล็กโทรไลต์ ไอออนของแมกนีเซียมจะเคลื่อนเข้าหาแคโทดและหลังจากการคายประจุ จะถูกปล่อยออกมาบนพื้นผิว ทำให้เกิดหยดของแมกนีเซียมเหลว แมกนีเซียมมีความหนาแน่นต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์ ดังนั้นแมกนีเซียมจึงลอยขึ้นไปที่พื้นผิวในพื้นที่แคโทด จากนั้นจึงนำแมกนีเซียมออกเป็นระยะโดยใช้ทัพพีสูญญากาศ

ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส ความเข้มข้นของคลอไรด์อื่นๆ ในอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการบริโภค MgCl2 ดังนั้นส่วนหนึ่งของอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้แล้วจะถูกลบออกจากอ่างเป็นระยะและแทนที่จะเท MgCl2 หรือ carnallite ที่หลอมละลาย อันเป็นผลมาจากการสลายตัวของสิ่งสกปรกที่ด้านล่างของอ่างบางส่วนทำให้เกิดตะกอนซึ่งจะถูกลบออกจากอ่างเป็นประจำ

การกลั่นแมกนีเซียม ในอ่างอิเล็กโทรไลซิสจะได้รับแมกนีเซียมดิบซึ่งมีสิ่งสกปรก 5%: สิ่งสกปรกที่เป็นโลหะ (Fe, Na, K, Al, Ca) และสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ (MgCl2, KCl, NaCl, CaCl2, MgO) แมกนีเซียมถูกทำให้บริสุทธิ์ (กลั่น) โดยการหลอมใหม่ด้วยฟลักซ์

ตำนานที่น่าสงสัยอย่างหนึ่งกล่าวว่าเมื่อชายคนหนึ่งมาถึงจักรพรรดิแห่งโรมัน Tiberius (42 ปีก่อนคริสตกาล - 37 AD) พร้อมชามโลหะที่แตกไม่ได้ วัสดุของชามถูกกล่าวหาว่ามาจากอลูมินา (Al 2 O 3) และต้องเป็นอลูมิเนียม ด้วยความกลัวว่าโลหะที่ทำจากดินเหนียวดังกล่าวจะทำให้ทองและเงินมีค่าเสื่อมราคา ในกรณีนี้ ทิเบเรียสจึงสั่งให้ตัดศีรษะของชายคนนั้น แน่นอน เรื่องราวนี้เชื่อได้ยาก: อะลูมิเนียมโดยกำเนิดไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ และในสมัยจักรวรรดิโรมัน ก็ไม่อาจมีวิธีการทางเทคนิคใดที่จะยอมให้อะลูมิเนียมถูกสกัดจากสารประกอบของมันได้

ในแง่ของความชุกในธรรมชาติ อลูมิเนียมเป็นอันดับหนึ่งในกลุ่มโลหะ เนื้อหาในเปลือกโลกคือ 7.45% อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติ อลูมิเนียมจนถึงปลายศตวรรษที่ 19 ยังเป็นของโลหะหายากจำนวนหนึ่ง ในรูปแบบบริสุทธิ์ ไม่พบอะลูมิเนียมเนื่องจากมีกิจกรรมทางเคมีสูง พบมากในรูปของสารประกอบที่มีออกซิเจนและซิลิกอน - อะลูมิโนซิลิเกต

เฉพาะหินที่อุดมไปด้วยอลูมินา (Al 2 O 3) และนอนอยู่เป็นจำนวนมากบนพื้นผิวโลกเท่านั้นที่สามารถทำหน้าที่เป็นแร่อะลูมิเนียม หินเหล่านี้รวมถึงแร่บอกไซต์ เนฟีลีน - (Na, K) 2 O O Al 2 O 3 ּ2SiO 2, alunites - (Na, K) 2 SO 4 ּAl 2 (SO 4) 3 ּ4Al (OH) 3 และดินขาว (ดินเหนียว) สนามสปาร์ (ออร์โธคลาส) - K 2 O O Al 2 O 3 ּ6SiO 2

แร่หลักในการผลิตอะลูมิเนียมคือบอกไซต์ อลูมิเนียมบรรจุอยู่ในรูปของไฮดรอกไซด์ Al(OH), AlOOH, คอรันดัม Al 2 O 3 และ kaolinite Al 2 O 3 ּ2SiO 2 ּ2H 2 O องค์ประกอบทางเคมีบอกไซต์มีความซับซ้อน: อลูมินา 28-70%; ซิลิกา 0.5-20%; เหล็กออกไซด์ 2-50%; ไทเทเนียมออกไซด์ 0.1-10% ที่ ครั้งล่าสุดเนฟีลีนและอลูไนต์เริ่มถูกนำมาใช้เป็นแร่

แหล่งแร่อะลูมิเนียมขนาดใหญ่ตั้งอยู่ในเทือกเขาอูราลในเขต Tikhvin ของภูมิภาคเลนินกราดในภูมิภาคอัลไตและครัสโนยาสค์

เนเฟลีน (KּNa 2 OּAl 2 O 3 ּ2SiO 2) เป็นส่วนหนึ่งของหินอะพาไทต์ - เนฟีลีน (บนคาบสมุทร Kola)

เป็นครั้งแรกในรูปแบบอิสระที่อลูมิเนียมถูกแยกออกในปี พ.ศ. 2368 โดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Oersted โดยการกระทำของโพแทสเซียมอะมัลกัมบนอะลูมิเนียมคลอไรด์ ในปี พ.ศ. 2370 นักเคมีชาวเยอรมัน Wöhler ได้ปรับปรุงวิธีการของ Oersted โดยแทนที่โพแทสเซียมอะมัลกัมด้วยโพแทสเซียมโลหะ:

AlCl 3 + 3K→3KCl + Al (ปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากการปลดปล่อยความร้อน)

ในปี ค.ศ. 1854 Sainte-Clair Deville ในฝรั่งเศสเป็นคนแรกที่ใช้วิธี Wehler สำหรับ การผลิตภาคอุตสาหกรรมอลูมิเนียมโดยใช้โซเดียมที่ถูกกว่าแทนโพแทสเซียมและแทนอะลูมิเนียมคลอไรด์ที่ดูดความชื้น - อะลูมิเนียมและโซเดียมคลอไรด์ที่ทนทานกว่า ในปี พ.ศ. 2408 นักเคมีกายภาพชาวรัสเซีย N. N. Beketov แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่จะแทนที่อลูมิเนียมด้วยแมกนีเซียมจากไครโอไลต์หลอมเหลว ปฏิกิริยานี้ถูกใช้ในปี พ.ศ. 2431 เพื่อผลิตอะลูมิเนียมที่โรงงานแห่งแรกของเยอรมนีในเมืองกเมลิงเงน การผลิตอลูมิเนียมโดยวิธีที่เรียกว่า "เคมี" เหล่านี้ดำเนินการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2397 ถึง พ.ศ. 2433 ภายใน 35 ปีโดยใช้วิธีการเหล่านี้จะได้รับอลูมิเนียมประมาณ 20 ตัน

ในช่วงปลายยุค 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา วิธีทางเคมีแทนที่วิธีการอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งทำให้สามารถลดต้นทุนของอลูมิเนียมได้อย่างมาก และสร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอลูมิเนียม ในปี พ.ศ. 2429 ผู้ก่อตั้งวิธีอิเล็กโทรไลต์สมัยใหม่สำหรับการผลิตอะลูมิเนียม Héroult ในฝรั่งเศสและ Hall ในสหรัฐอเมริกา ได้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรที่คล้ายคลึงกันเกือบทั้งหมดสำหรับวิธีการผลิตอะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าของอลูมินาที่ละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว นับตั้งแต่การปรากฏตัวของสิทธิบัตรของHéroult and Hall อุตสาหกรรมอลูมิเนียมสมัยใหม่ได้เริ่มต้นขึ้น ซึ่งในช่วงเวลากว่า 115 ปีของการดำรงอยู่ ได้เติบโตขึ้นเป็นหนึ่งในสาขาที่ใหญ่ที่สุดของโลหะวิทยา

กระบวนการทางเทคโนโลยีในการรับอลูมิเนียมประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก:

หนึ่ง). การรับอลูมินา (Al 2 O 3) จากแร่อะลูมิเนียม

2). รับอลูมิเนียมจากอลูมินา

3). การกลั่นอลูมิเนียม

รับอลูมินาจากแร่

อลูมินาได้มาจากสามวิธี: อัลคาไลน์ กรด และอิเล็กโทรไลต์ วิธีที่พบมากที่สุดคือวิธีอัลคาไลน์ (วิธีของ K. I. ไบเออร์ซึ่งพัฒนาขึ้นในรัสเซียเมื่อปลายศตวรรษก่อนและใช้สำหรับการประมวลผลบอกไซต์คุณภาพสูงที่มีซิลิกาเล็กน้อย (มากถึง 5-6%)) ตั้งแต่นั้นมา ประสิทธิภาพทางเทคนิคก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก รูปแบบการผลิตอลูมินาโดยวิธีไบเออร์แสดงในรูปที่ หนึ่ง.

สาระสำคัญของวิธีการนี้อยู่ที่ความจริงที่ว่าสารละลายอลูมิเนียมจะสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อมีการนำอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เข้ามา และสารละลายที่เหลือจากการสลายตัวหลังจากการระเหยของสารภายใต้สภาวะของการผสมแบบเข้มข้นที่ 169-170 ° C สามารถละลายอลูมินาที่มีอยู่ในบอกไซต์ได้อีกครั้ง วิธีนี้ประกอบด้วยการดำเนินการหลักดังต่อไปนี้:

หนึ่ง). การเตรียมอะลูมิเนียมซึ่งประกอบด้วยการบดและบดในโรงสี โรงสีจะมาพร้อมกับบอกไซต์ ด่างกัดกร่อน และไม่ใช่ จำนวนมากของมะนาวซึ่งปรับปรุงการจัดสรร Al 2 O 3 ; เยื่อกระดาษที่ได้จะถูกป้อนเพื่อชะล้าง

2). การชะล้างบอกไซต์ (เมื่อเร็ว ๆ นี้บล็อกหม้อนึ่งความดันรูปทรงกลมที่ใช้จนถึงขณะนี้ได้ถูกแทนที่บางส่วนด้วยหม้อนึ่งความดันแบบท่อซึ่งการชะจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 230-250 ° C (500-520 K) ซึ่งประกอบด้วยการสลายตัวทางเคมีจากการมีปฏิสัมพันธ์กับ สารละลายด่าง อะลูมิเนียมออกไซด์ไฮเดรตเมื่อทำปฏิกิริยากับด่างให้เข้าสู่สารละลายในรูปของโซเดียมอะลูมิเนต:

AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O

อัล(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;

SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H 2 O;

ในสารละลายโซเดียมอะลูมิเนตและโซเดียมซิลิเกตก่อให้เกิดโซเดียมอะลูมิโนซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำ ไททาเนียมและเหล็กออกไซด์ผ่านเข้าไปในสารตกค้างที่ไม่ละลายน้ำทำให้สารตกค้างเป็นสีแดง สารตกค้างนี้เรียกว่าโคลนแดง เมื่อเสร็จสิ้นการละลาย โซเดียมอะลูมิเนตที่เป็นผลลัพธ์จะถูกเจือจางด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของอัลคาไลในขณะที่ลดอุณหภูมิลง 100°C;

3). การแยกสารละลายอะลูมิเนตออกจากโคลนสีแดง มักจะล้างด้วยสารเพิ่มความข้นพิเศษ ด้วยเหตุนี้ โคลนสีแดงจึงตกลงมา และสารละลายอะลูมิเนตจะถูกระบายออกแล้วกรองออก (ชี้แจง) ในปริมาณที่จำกัด กากตะกอนจะถูกใช้ ตัวอย่างเช่น เป็นสารเติมแต่งสำหรับซีเมนต์ ขึ้นอยู่กับเกรดของแร่อะลูมิเนียม 0.6-1.0 ตันของโคลนสีแดง (สารตกค้างแห้ง) ต่ออลูมินา 1 ตันที่ได้รับ

สี่) การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนต มันถูกกรองและสูบลงในภาชนะขนาดใหญ่ที่มีตัวกวน (ตัวย่อยสลาย) อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 ถูกสกัดจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเมื่อเย็นลงจนถึง 60°C (330 K) และกวนอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างช้าๆและไม่สม่ำเสมอ และการก่อตัวและการเติบโตของผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการประมวลผลต่อไป จึงมีการเพิ่มไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งจำนวนมากลงในตัวย่อยสลาย - เมล็ดพืช:

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

5). การจัดสรรอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และการจำแนกประเภท สิ่งนี้เกิดขึ้นในไฮโดรไซโคลนและตัวกรองสุญญากาศ ซึ่งตะกอนที่มีอนุภาค Al(OH) 50-60% ถูกแยกออกจากสารละลายอะลูมิเนต ส่วนสำคัญของไฮดรอกไซด์จะกลับสู่กระบวนการย่อยสลายเป็นวัสดุเมล็ด ซึ่งยังคงหมุนเวียนอยู่ในปริมาณที่ไม่เปลี่ยนแปลง สารตกค้างหลังจากล้างด้วยน้ำจะถูกเผา ตัวกรองจะกลับสู่การไหลเวียน (หลังจากความเข้มข้นในเครื่องระเหย - สำหรับการชะล้างแร่บอกไซต์ใหม่);

6). การคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (การเผา); เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตอลูมินา มันดำเนินการในเตาเผาแบบหมุนแบบท่อและเมื่อเร็ว ๆ นี้ในเตาเผาที่มีการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนของวัสดุที่อุณหภูมิ 1150-1300 ประมาณ C; อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ดิบ ผ่านเตาโรตารี่ ทำให้แห้งและแห้ง เมื่อถูกความร้อน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่อไปนี้จะเกิดขึ้นตามลำดับ:

อลูมินาที่ผ่านการเผาขั้นสุดท้ายมี 30-50% α-Al 2 O 3 (คอรันดัม) ส่วนที่เหลือคือ γ-Al 2 O 3 .

วิธีนี้สกัด 85-87% ของอลูมินาทั้งหมดที่ผลิตได้ อะลูมิเนียมออกไซด์ที่ได้คือสารประกอบเคมีที่แรงซึ่งมีจุดหลอมเหลว 2050 o C

ได้อะลูมิเนียมจากออกไซด์ของมัน

อิเล็กโทรลิซิสอะลูมิเนียมออกไซด์

การนำอะลูมิเนียมออกไซด์กลับคืนด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าที่ละลายในตัวหลอมแบบไครโอไลต์ที่อุณหภูมิ 950-970 องศาเซลเซียสในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เซลล์ประกอบด้วยอ่างที่ปูด้วยบล็อกคาร์บอนซึ่งอยู่ด้านล่างซึ่งมีการจ่ายกระแสไฟฟ้า อลูมิเนียมเหลวที่ปล่อยออกมาด้านล่างทำหน้าที่เป็นแคโทดที่หนักกว่าเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมละลาย ดังนั้นจึงถูกรวบรวมไว้บนฐานถ่านหิน จากนั้นจึงสูบออกเป็นระยะ (รูปที่ 2) จากด้านบน คาร์บอนแอโนดจะแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเผาไหม้ในบรรยากาศของออกซิเจนที่ปล่อยออกมาจากอะลูมิเนียมออกไซด์ ปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) หรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ในทางปฏิบัติใช้แอโนดสองประเภท:

ก) แอโนด Zederberg ที่อบด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยก้อนที่เรียกว่า "ขนมปัง" ของมวล Zederberg (ถ่านหินเถ้าต่ำที่มีน้ำมันดิน 25-35%) ยัดลงในเปลือกอลูมิเนียม ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงมวลขั้วบวกจะถูกเผา (เผา);

b) อบหรือ "ต่อเนื่อง" แอโนดจากบล็อกคาร์บอนขนาดใหญ่ (เช่น 1900 × 600 × 500 มม. น้ำหนักประมาณ 1.1 ตัน)

ความแรงของกระแสไฟฟ้าบนอิเล็กโทรไลต์คือ 150,000 A. พวกมันเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบบอนุกรมนั่นคือระบบ (ซีรีย์) ได้รับ - อิเล็กโทรไลต์แถวยาว

แรงดันใช้งานบนอ่างซึ่งอยู่ที่ 4-5 V นั้นสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อะลูมิเนียมออกไซด์สลายตัวมาก เนื่องจากการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าในกระบวนการนี้ย่อมหลีกเลี่ยงไม่ได้ ส่วนต่างๆระบบต่างๆ ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานในการผลิตอะลูมิเนียม 1 ตัน แสดงในรูปที่ 3.

อะลูมิเนียมคลอไรด์อิเล็กโทรลิซิส (วิธีอัลโค)

ในถังปฏิกิริยา อะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมคลอไรด์ก่อน จากนั้นในอ่างที่หุ้มฉนวนอย่างแน่นหนา อิเล็กโทรไลซิสของ AlCl 3 จะถูกละลายในเกลือหลอมเหลวของ KCl หรือ NaCl คลอรีนที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะถูกดูดออกและป้อนเพื่อรีไซเคิล อลูมิเนียมวางอยู่บนแคโทด

ประโยชน์ วิธีนี้ก่อนที่อิเล็กโทรลิซิสที่มีอยู่ของไครโอไลต์-อลูมินาเหลวจะละลาย (Al 2 O 3 ละลายในไครโอไลต์ Na 3 AlF 6) ให้พิจารณา: ประหยัดพลังงานได้มากถึง 30%; ความเป็นไปได้ของการใช้อะลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งไม่เหมาะสำหรับอิเล็กโทรไลซิสแบบเดิม (เช่น Al 2 O 3 กับ เนื้อหาสูงซิลิคอน); แทนที่ไครโอไลต์ราคาแพงด้วยเกลือที่ถูกกว่า การขจัดความเสี่ยงของการปล่อยฟลูออไรด์

การกู้คืนอะลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยแมงกานีส (วิธี Toth)

เมื่อลดลงด้วยแมงกานีส อะลูมิเนียมจะถูกปลดปล่อยออกจากอะลูมิเนียมคลอไรด์ สารปนเปื้อนที่เกี่ยวข้องกับคลอรีนจะถูกปลดปล่อยออกจากกระแสแมงกานีสคลอไรด์โดยการควบแน่นที่ควบคุม เมื่อคลอรีนถูกปล่อยออกมา แมงกานีสคลอไรด์จะถูกออกซิไดซ์เป็นแมงกานีสออกไซด์ จากนั้นจึงลดขนาดเป็นแมงกานีสที่เหมาะสมสำหรับใช้รอง ข้อมูลในสิ่งพิมพ์ที่มีอยู่นั้นไม่ถูกต้องมาก ดังนั้นในกรณีนี้ จำเป็นต้องละทิ้งการประเมินวิธีการ

รับอลูมิเนียมขัดเงา

สำหรับอะลูมิเนียม การกลั่นด้วยไฟฟ้าด้วยการสลายตัวของสารละลายเกลือในน้ำเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเพื่อวัตถุประสงค์บางอย่าง ระดับการทำให้อะลูมิเนียมอุตสาหกรรมบริสุทธิ์ (Al 99.5 - Al 99.8) ที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมของไครโอไลต์-อลูมินานั้นไม่เพียงพอ แม้แต่อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (Al 99, 99 R) ก็ได้มาจากอะลูมิเนียมอุตสาหกรรมหรือเศษโลหะโดยการกลั่น . วิธีการกลั่นที่มีชื่อเสียงที่สุดคืออิเล็กโทรไลซิสสามชั้น

การกลั่นด้วยอิเล็กโทรไลซิสสามชั้น

หุ้มด้วยแผ่นเหล็กที่ทำงานด้วยกระแสตรง (แสดงในรูปที่ 4 - ดูด้านบน) อ่างกลั่นประกอบด้วยเตาถ่านที่มีตัวนำกระแสไฟและซับในแมกนีเซียมที่หุ้มฉนวนความร้อน ตรงกันข้ามกับอิเล็กโทรไลซิสของไครโอไลต์-อลูมินาที่หลอมเหลว แอโนดที่นี่คือ ตามกฎแล้ว โลหะกลั่นที่หลอมเหลว (ชั้นแอโนดที่ต่ำกว่า) อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยฟลูออไรด์บริสุทธิ์หรือส่วนผสมของแบเรียมคลอไรด์และอะลูมิเนียมและโซเดียมฟลูออไรด์ (ชั้นกลาง) อะลูมิเนียมที่ละลายจากชั้นแอโนดในอิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมาเหนืออิเล็กโทรไลต์ (ชั้นแคโทดด้านบน) โลหะบริสุทธิ์ทำหน้าที่เป็นแคโทด กระแสไฟฟ้าถูกส่งไปยังชั้นแคโทดโดยอิเล็กโทรดกราไฟท์

อ่างทำงานที่อุณหภูมิ 750-800°C อัตราสิ้นเปลืองพลังงาน 20 kWh ต่ออะลูมิเนียมบริสุทธิ์ 1 กก. ซึ่งสูงกว่าการอิเล็กโทรไลซิสแบบอะลูมิเนียมทั่วไปเล็กน้อย

โลหะแอโนดประกอบด้วย 25-35% Cu; 7-12% สังกะสี; 6-9% ศรี; มากถึง 5% Fe และแมงกานีส นิกเกิล ตะกั่ว และดีบุกจำนวนเล็กน้อย ส่วนที่เหลือ (40-55%) เป็นอะลูมิเนียม โลหะหนักและซิลิกอนทั้งหมดยังคงอยู่ในชั้นแอโนดระหว่างการกลั่น การปรากฏตัวของแมกนีเซียมในอิเล็กโทรไลต์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์หรือทำให้เกิดตะกรันที่รุนแรง ในการกำจัดแมกนีเซียม ตะกรันที่มีแมกนีเซียมจะได้รับการบำบัดด้วยฟลักซ์หรือคลอรีนที่เป็นก๊าซ

ผลจากการกลั่นจะได้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (99.99%) และผลิตภัณฑ์คัดแยก (ผลิตภัณฑ์ Ziger) ซึ่งประกอบด้วยโลหะหนักและซิลิกอน และถูกแยกออกมาในรูปของสารละลายอัลคาไลน์และกากผลึก สารละลายอัลคาไลน์เป็นของเสีย และกากที่เป็นของแข็งจะถูกใช้เพื่อขจัดความเป็นกรด

อลูมิเนียมกลั่นมักมีองค์ประกอบดังนี้ %: Fe 0.0005-0.002; ศรี 0.002-0.005; ลูกบาศ์ก 0.0005-0.002; สังกะสี 0.0005-0.002; ร่องรอยมิลลิกรัม; อัลพักผ่อน

อลูมิเนียมกลั่นถูกแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปในองค์ประกอบที่กำหนดหรือผสมกับแมกนีเซียม (ดูตารางที่ 1.2)

ตาราง 1.2.องค์ประกอบทางเคมีของอะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูงและอะลูมิเนียมขั้นต้นตาม DIN 1712, แผ่นที่ 1

การกลั่นด้วยสารประกอบเชิงซ้อนออร์กาโนอะลูมิเนียมและการหลอมโซน

อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงเกรด A1 99.99 R ได้จากการกลั่นอิเล็กโทรลิซิสของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์หรืออะลูมิเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์โดยใช้สารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมที่ซับซ้อนของอะลูมิเนียมเป็นอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรลิซิสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียสระหว่างอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็ง และหลักการคล้ายกับอิเล็กโทรไลซิสสำหรับการกลั่นของทองแดง ลักษณะของอิเล็กโทรไลต์กำหนดความจำเป็นในการทำงานโดยไม่มีอากาศและที่ความหนาแน่นกระแสไฟต่ำ

อิเล็กโทรไลซิสสำหรับการกลั่นประเภทนี้ ซึ่งใช้ในตอนแรกเฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ได้ดำเนินการในระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็กแล้ว - ผลิตโลหะหลายตันต่อปี ระดับการทำให้บริสุทธิ์ของโลหะที่ได้คือ 99.999-99.9999% ขอบเขตที่เป็นไปได้ในการใช้งานสำหรับโลหะที่มีความบริสุทธิ์นี้ ได้แก่ วิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ด้วยการแช่แข็ง

สามารถใช้วิธีการกลั่นที่พิจารณาแล้วในการชุบด้วยไฟฟ้า

ความบริสุทธิ์ที่สูงกว่า - ในนามสูงถึง A1 99.99999 - สามารถรับได้จากการหลอมโลหะในโซนที่ตามมา เมื่อแปรรูปอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป แผ่นหรือลวด จำเป็นต้องคำนึงถึง อุณหภูมิต่ำการตกผลึกของโลหะใหม่ ใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษ คุณสมบัติที่โดดเด่นของโลหะกลั่นคือการนำไฟฟ้าสูงในบริเวณที่มีอุณหภูมิในการแช่แข็ง

รับอะลูมิเนียมรอง

การรีไซเคิลวัตถุดิบทุติยภูมิและของเสียจากการผลิตมีประโยชน์เชิงเศรษฐกิจ โลหะผสมทุติยภูมิที่ได้นั้นตอบสนองความต้องการอลูมิเนียมได้ประมาณ 25% ของความต้องการทั้งหมด

พื้นที่ที่สำคัญที่สุดของการใช้โลหะผสมทุติยภูมิคือการผลิตการหล่ออลูมิเนียม ใน DIN 1725 แผ่นที่ 2 พร้อมกับเกรดโลหะผสมมาตรฐาน มีการแสดงรายการโลหะผสมหลายเกรดที่ผลิตโดยโรงหล่อ รายชื่อโลหะผสมที่ผลิตโดยโรงงานเหล่านี้ประกอบด้วยโลหะผสมที่ไม่ได้มาตรฐานบางชนิด

การเตรียมเศษอะลูมิเนียมแบบไร้ข้อผิดพลาดในสัดส่วนที่หลากหลายสามารถทำได้ในโรงถลุงที่มีอุปกรณ์พิเศษเท่านั้น แนวคิดของกระบวนการทำงานที่ซับซ้อนในโรงงานดังกล่าวแสดงไว้ในรูปที่ 5.

ของเสียจะถูกหลอมใหม่หลังจากการคัดแยกเบื้องต้นคร่าวๆ เหล็ก นิกเกิล หรือทองแดงที่มีอยู่ในของเสียเหล่านี้ ซึ่งมีจุดหลอมเหลวซึ่งสูงกว่าจุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียม ยังคงอยู่ในเตาหลอมที่มีจุดหลอมเหลวในระหว่างการหลอม และหลอมอะลูมิเนียม ในการกำจัดสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ออกไซด์ ไนไตรด์ คาร์ไบด์หรือก๊าซจากของเสีย การบำบัดโลหะหลอมเหลวด้วยเกลือ หรือใช้การกำจัดก๊าซ (ซึ่งมีเหตุผลมากกว่า) - คลอรีนหรือไนโตรเจนถูกนำมาใช้

ในการกำจัดสิ่งเจือปนของโลหะออกจากการหลอมเหลวนั้น วิธีการต่าง ๆ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เช่น สารเติมแต่งแมกนีเซียมและวิธีสุญญากาศ - วิธีเบ็คเช่ เติมสังกะสีหรือปรอทตามด้วยการอพยพ - วิธีซับฮาโลเจน การกำจัดแมกนีเซียมถูกจำกัดด้วยการนำคลอรีนเข้าไปในโลหะหลอมเหลว โดยการแนะนำสารเติมแต่งที่กำหนดอย่างแม่นยำโดยองค์ประกอบของการหลอม จะได้รับโลหะผสมการหล่อที่กำหนด

การผลิตอลูมิเนียมเกรดอุตสาหกรรม

วิธีการอิเล็กโทรไลต์เป็นวิธีเดียวที่ใช้ทั่วโลกในการผลิตโลหะอะลูมิเนียมเกรดทางเทคนิค วิธีการอื่นๆ ทั้งหมด (ความร้อนจากสังกะสี ความร้อนของคาร์ไบด์ ซับคลอไรด์ ไนไตรด์ ฯลฯ) ซึ่งอะลูมิเนียมสามารถสกัดได้จากแร่อะลูมิเนียม ได้รับการพัฒนาในห้องปฏิบัติการและมาตราส่วนนำร่อง แต่ยังไม่พบการใช้งานจริง

เพื่อให้ได้โลหะผสมอลูมิเนียม - ซิลิกอนนั้นใช้วิธีอิเล็กโทรเทอร์มอลซึ่งได้รับการพัฒนาและนำไปใช้ในระดับอุตสาหกรรมในสหภาพโซเวียตเป็นครั้งแรก ประกอบด้วยสองขั้นตอน: ในระยะแรกโลหะผสมอะลูมิเนียม - ซิลิกอนหลักที่มีเนื้อหา 60-63% Al ได้มาจากการลดแร่อะลูมิเนียมซิลิกอนโดยตรงในเตาไฟฟ้าความร้อนแร่ ในขั้นตอนที่สอง โลหะผสมหลักจะถูกเจือจางด้วยอะลูมิเนียมเชิงพาณิชย์ เพื่อให้ได้ซิลูมินและโลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิกอนที่หล่อและขึ้นรูปอื่นๆ กำลังดำเนินการวิจัยเพื่อแยกอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ทางเทคนิคออกจากโลหะผสมหลัก

โดยทั่วไป การผลิตอะลูมิเนียมโดยวิธีอิเล็กโทรไลต์ ได้แก่ การผลิตอลูมินา (อลูมินา) จากแร่อะลูมิเนียม การผลิตเกลือฟลูออไรด์ (ไครโอไลต์ อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ และโซเดียมฟลูออไรด์) การผลิตมวลแอโนดคาร์บอน แอโนดคาร์บอนอบและแคโทด บล็อกและวัสดุบุผิวอื่นๆ ตลอดจนการผลิตอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าจริง ซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท้ายของโลหะวิทยาอะลูมิเนียมสมัยใหม่

โดยทั่วไปสำหรับการผลิตอลูมินา เกลือฟลูออไรด์ และผลิตภัณฑ์คาร์บอนเป็นข้อกำหนดสำหรับระดับความบริสุทธิ์สูงสุดของวัสดุเหล่านี้ เนื่องจากไครโอลิธิก-อลูมินาที่หลอมด้วยไฟฟ้าไม่ควรมีสิ่งเจือปนของธาตุที่มีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม แคโทดในตอนแรกจะทำให้โลหะเสีย

ในเกรดอลูมินา G-00, G-0 และ G-1 ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการแยกกระแสไฟฟ้า เนื้อหาของ SiO 2 คือ 0.02-0.05%, aFe 2 O 3 - 0.03-0.05% Cryolite มีค่าเฉลี่ย 0.36-0.38% SiO 2 และ 0.05-0.06% Fe 2 O 3 อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ 0.30-0.35% (SiO 2 + Fe 2 O 3) มวลขั้วบวกประกอบด้วย SiO 2 ไม่เกิน 0.25% และ 0.20% Fe 2 O 3

แร่อะลูมิเนียมที่สำคัญที่สุดที่สกัดอลูมินาคือบอกไซต์ ในบอกไซต์อลูมิเนียมมีอยู่ในรูปของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ในสหภาพโซเวียต นอกจากแร่อะลูมิเนียมแล้ว หินเนฟีลีนยังใช้ในการผลิตอลูมินา - โซเดียมและโพแทสเซียมอะลูมิโนซิลิเกต เช่นเดียวกับหินอลูไนต์ ซึ่งพบอะลูมิเนียมในรูปของซัลเฟต วัตถุดิบสำหรับการผลิตมวลแอโนดและบล็อกแอโนดอบเป็นวัสดุคาร์บอนบริสุทธิ์ - ปิโตรเลียมหรือโค้กพิตช์และพิตช์ถ่านหินเป็นสารยึดเกาะ และสำหรับการผลิตไครโอไลต์และเกลือฟลูออไรด์อื่นๆ - แคลเซียมฟลูออไรด์ (ฟลูออไรด์)

ในการผลิตอิเล็กโทรไลต์ของอลูมิเนียมอลูมินา Al 2 O 3 ละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว Na 3 AlF 6 การสลายตัวทางไฟฟ้าเคมีด้วยการปล่อยประจุบวกของอะลูมิเนียมที่แคโทด (อะลูมิเนียมเหลว) และไอออนที่มีออกซิเจน (ไอออนของออกซิเจน) - ที่ ขั้วบวกคาร์บอน

โดย ความคิดสมัยใหม่, ไครโอไลต์ในสถานะหลอมเหลวจะแยกตัวออกเป็นไอออนและ : , และอลูมินา - เป็นไอออนเชิงซ้อนและ : ซึ่งอยู่ในสมดุลกับไอออนอย่างง่าย: , .

กระบวนการหลักที่เกิดขึ้นที่แคโทดคือการลดไอออนอะลูมิเนียมไตรวาเลนต์: Al 3+ + 3 อี→อัล(I).

นอกจากกระบวนการหลักแล้ว การปล่อยไอออนอะลูมิเนียมไตรวาเลนท์ที่ไม่สมบูรณ์ยังเกิดขึ้นได้ด้วยการก่อตัวของไอออนโมโนวาเลนต์: Al 3+ + 2 อี→ Al + (II) และในที่สุดการปล่อยไอออนโมโนวาเลนต์ด้วยการปล่อยโลหะ: Al + + อี→อัล(III).

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ (ความเข้มข้นของ Na + ไอออนค่อนข้างสูง ความร้อนเป็นต้น) การปล่อยโซเดียมไอออนสามารถเกิดขึ้นได้กับการปล่อยโลหะ: Na + + อี→ นา(IV). ปฏิกิริยา (II) และ (IV) ทำให้ผลผลิตอลูมิเนียมในปัจจุบันลดลง

ไอออนของออกซิเจนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกของคาร์บอน: 2O 2– – 4 อี→O2. อย่างไรก็ตาม ออกซิเจนจะไม่ถูกปล่อยออกมาในรูปแบบอิสระ เนื่องจากออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนของแอโนดเพื่อสร้างส่วนผสมของ CO 2 และ CO

ปฏิกิริยาโดยรวมที่เกิดขึ้นในเซลล์สามารถแสดงได้ด้วยสมการ Al 2 O 3 + x C ↔ 2Al + (2 x–3)CO + (3– x)CO2

องค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรไลต์อลูมิเนียมอุตสาหกรรมนอกเหนือจากส่วนประกอบหลัก - cryolite อะลูมิเนียมฟลูออไรด์และอลูมินารวมถึงเกลืออื่น ๆ จำนวนเล็กน้อย (มากถึง 8-9%) - CaF 2 , MgF 2 , NaCl และ LiF (สารเติมแต่ง) ซึ่งปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของอิเล็กโทรไลต์และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลเซอร์ ปริมาณอลูมินาสูงสุดในอิเล็กโทรไลต์มักจะอยู่ที่ 6-8% ซึ่งลดลงระหว่างอิเล็กโทรไลซิส เมื่ออิเล็กโทรไลต์กลายเป็นอลูมินาหมด จะมีการนำอลูมินาอีกส่วนหนึ่งเข้าไป สำหรับการทำงานปกติของเซลล์อะลูมิเนียม อัตราส่วน NaF:AlF 3 ในอิเล็กโทรไลต์จะคงอยู่ภายใน 2.7-2.8 โดยการเพิ่มส่วนของไครโอไลต์และอะลูมิเนียมฟลูออไรด์

ในการผลิตอลูมิเนียม อิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดคาร์บอนที่อบเองได้และแหล่งจ่ายกระแสไฟด้านข้างหรือด้านบนถูกนำมาใช้ เช่นเดียวกับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดคาร์บอนที่อบไว้ล่วงหน้า แนวโน้มมากที่สุดคือการออกแบบเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่มีแอโนดอบ ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มกำลังหน่วยของหน่วย ลดการใช้ไฟฟ้ากระแสตรงเฉพาะสำหรับอิเล็กโทรลิซิส ได้โลหะบริสุทธิ์ ปรับปรุงสภาพการทำงานที่ถูกสุขอนามัยและถูกสุขลักษณะ และลด การปล่อยสารอันตรายสู่ชั้นบรรยากาศ

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักและตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมประเภทต่างๆ แสดงไว้ในตาราง 1.3.

ตาราง 1.3

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักและตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของอลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์

อะลูมิเนียมขั้นต้นที่สกัดจากอิเล็กโทรไลเซอร์ (อะลูมิเนียมดิบ) มีสิ่งเจือปนจำนวนหนึ่งที่สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: อโลหะ (เกลือฟลูออรีน, α- และ γ-alumina, อะลูมิเนียมคาร์ไบด์และไนไตรด์, อนุภาคถ่านหินที่กักขังทางกลไกเมื่อเทโลหะจากเซลล์อิเล็กโทรไลต์); โลหะ (เหล็ก ซิลิกอน) ที่มาจากวัตถุดิบ วัสดุถ่านหิน และองค์ประกอบโครงสร้างของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ก๊าซ - ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนซึ่งเกิดขึ้นในโลหะอันเป็นผลมาจากการสลายตัวด้วยไฟฟ้าของน้ำที่เข้าสู่อิเล็กโทรไลต์ด้วยวัตถุดิบ

ของสิ่งเจือปนของโลหะ นอกจากเหล็กและซิลิกอนแล้ว ยังมีแกลเลียม สังกะสี ไททาเนียม แมงกานีส โซเดียม วาเนเดียม โครเมียม ทองแดง ในปริมาณมากที่สุด เนื้อหาของสิ่งเหล่านี้และ microimpurities ของโลหะอื่น ๆ ใน อลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์ให้ไว้ด้านล่าง, %:

แหล่งที่มาหลักของสิ่งเจือปนตามรอยโลหะในอะลูมิเนียมคืออลูมินา ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของวัตถุดิบ อาจมีแกลเลียม สังกะสี โพแทสเซียม ฟอสฟอรัส กำมะถัน วานาเดียม ไททาเนียม และโครเมียม วัสดุที่เป็นคาร์บอน (มวลแอโนด แอโนดอบ ผลิตภัณฑ์แคโทด) เป็นแหล่งของสิ่งเจือปนขนาดเล็ก เช่น วาเนเดียม ไททาเนียม แมงกานีส สังกะสี

โดยอิเล็กโทรลิซิสของไครโอไลต์-อลูมินาหลอม หากใช้วัสดุเริ่มต้นบริสุทธิ์ (ส่วนใหญ่เป็นอลูมินาและวัสดุคาร์บอน) สามารถรับอะลูมิเนียมดิบเกรด A85 และ A8 (99.85 และ 99.80%) ส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุดของโลหะในเกรดเหล่านี้ (60-70% ของผลผลิตทั้งหมด) ได้มาจากอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดอบ เช่นเดียวกับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีการจ่ายกระแสด้านข้าง (มากถึง 70% ของการผลิตทั้งหมด) สำหรับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดแบบอบเองและตัวนำกระแสไฟบน เอาต์พุตของอะลูมิเนียมดิบเกรด A8 ต่ำ (1-3%) และไม่สามารถรับโลหะเกรด A85 ได้เนื่องจากเหล็กเจือปนที่มีนัยสำคัญเข้าสู่อะลูมิเนียมจากวัสดุที่ไม่ใช่วัตถุดิบ (แอโนด) หมุด, ส่วนเหล็กหล่อของตัวสะสมก๊าซ , เครื่องมือเทคโนโลยี, หน่วยแคโทด)

อะลูมิเนียมขั้นปฐมที่หลอมละลายซึ่งสกัดจากเซลล์อิเล็กโทรไลต์โดยใช้ทัพพีสุญญากาศ เข้าสู่แผนกโรงหล่อเพื่อกลั่นสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและในก๊าซ และแปรรูปต่อไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่วางตลาด (หมู แท่งทรงกระบอกและแท่งแบน เหล็กลวด ฯลฯ) ก่อนเท อลูมิเนียมดิบจะถูกเก็บไว้ในสถานะหลอมเหลวในเตาหลอมแบบต้านทานไฟฟ้า (เครื่องผสม) หรือในเตาหลอมแบบใช้แก๊ส ในเตาเผาเหล่านี้ ไม่เพียงแต่จะทำการผสมอย่างมีเหตุผลของอะลูมิเนียมเหลวขององค์ประกอบต่างๆ เท่านั้น แต่ยังทำให้บริสุทธิ์บางส่วนจากการเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ ฟิล์มออกไซด์ และโซเดียมด้วย

การเทอลูมิเนียมจากเครื่องผสมลงในแท่งโลหะจะดำเนินการโดยใช้เครื่องหล่อแบบสายพานลำเลียง แท่งทรงกระบอกและแท่งแบนผลิตโดยการหล่อแบบกึ่งต่อเนื่อง และมีการใช้หน่วยการหล่อและการรีดแบบพิเศษร่วมกันในการผลิตเหล็กลวด

ที่โรงงานอลูมิเนียมในประเทศ เมื่อทำการหล่อหลอมอลูมิเนียมที่มาจากเครื่องผสมเข้าสู่แม่พิมพ์ของเครื่องหล่อจะถูกกรองแบบกลั่นที่ง่ายที่สุด - หลอมกรองผ่านตาข่ายแก้วที่มีเซลล์ขนาดตั้งแต่ 0.6 × 0.6 ถึง 1.7 × 1.7 มม. . วิธีนี้ช่วยให้คุณทำความสะอาดอะลูมิเนียมจากการรวมออกไซด์ที่หยาบมากเท่านั้น วิธีที่สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้นในการกรองของเหลวที่หลอมละลายผ่านตาข่ายแก้วในการไหลขึ้น ด้วยวิธีกรองนี้ อนุภาคของออกไซด์เจือปนที่ชนกับกริดจะไม่ถูกจับโดยกระแสหลอม แต่จะถูกฝากไว้ที่ด้านล่างของรางหล่อ

สำหรับการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พร้อมกัน ทั้งจากสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและจากไฮโดรเจน ใช้วิธีการกรองผ่านตัวกรองฟลักซ์ร่วมกับการขจัดไนโตรเจนได้สำเร็จ อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดของอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลเซอร์สามารถใช้เป็นฟลักซ์ได้ อันเป็นผลมาจากการทำให้บริสุทธิ์ดังกล่าว ปริมาณไฮโดรเจนในอะลูมิเนียมจะลดลงจาก 0.22 เป็น 0.16 ซม. 3 ต่อโลหะ 100 กรัม

ในอะลูมิเนียมขั้นต้นที่ใช้สำหรับการผลิตโลหะผสมของระบบ Al-Mg ปริมาณโซเดียมไม่ควรเกิน 0.001% เนื่องจากการมีอยู่ของโซเดียมในโลหะผสมเหล่านี้ทำให้คุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติการทำงานอื่นๆ ของผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในภาคส่วนต่างๆ ของเศรษฐกิจของประเทศแย่ลง

ที่สุด วิธีที่มีประสิทธิภาพการกลั่นอลูมิเนียมพร้อมกันจากโซเดียม ไฮโดรเจน และสิ่งสกปรกที่ไม่ใช่โลหะคือการเป่าโลหะหลอมเหลวที่มีส่วนผสมของก๊าซไนโตรเจนกับคลอรีน 2-10% นำเข้าสู่การหลอมในรูปของฟองอากาศขนาดเล็กโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ วิธีการกลั่นนี้ทำให้สามารถลดปริมาณโซเดียมในอะลูมิเนียมลงเหลือ 0.0003-0.001% ที่การใช้ก๊าซผสม 0.8 ถึง 1.5 ม. 3 /ตัน ของโลหะ

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในการผลิตอลูมิเนียมเชิงพาณิชย์ 1 ตันจากโลหะดิบโดยใช้เตาไฟฟ้าคือ 150-200 kWh; การสูญเสียโลหะในโรงหล่อที่แก้ไขไม่ได้คือ 1.5-5% ขึ้นอยู่กับประเภทของผลิตภัณฑ์ในท้องตลาด

รับอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง

เพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง (เกรด A995-A95) อะลูมิเนียมขั้นต้นที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิคจะได้รับการกลั่นด้วยไฟฟ้า ทำให้สามารถลดเนื้อหาของโลหะและก๊าซเจือปนในอะลูมิเนียมได้ และทำให้ค่าการนำไฟฟ้า ความเหนียว การสะท้อนแสง และความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก

การกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าทำได้โดยวิธีอิเล็กโทรลิซิสของเกลือหลอมเหลวในวิธีสามชั้น สาระสำคัญของวิธีการมีดังนี้ มีสามชั้นหลอมเหลวในเซลล์การกลั่น อันล่างที่หนักที่สุดอยู่ด้านล่างที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและทำหน้าที่เป็นแอโนด เรียกว่าโลหะผสมแอโนดและเป็นโลหะผสมของอลูมิเนียมขัดสีกับทองแดงซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อทำให้ชั้นหนักขึ้น ชั้นกลางเป็นอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว ความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของโลหะผสมแอโนดและสูงกว่าความหนาแน่นของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (แคโทด) บริสุทธิ์ที่อยู่เหนืออิเล็กโทรไลต์ (ชั้นของเหลวด้านบนและชั้นที่สาม)

ในระหว่างการละลายขั้วบวก สิ่งเจือปนทั้งหมดจะมีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม (Fe, Si, Ti, Cu เป็นต้น) จะยังคงอยู่ในโลหะผสมขั้วบวกโดยไม่ผ่านเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ ในทางกายวิภาค มีเพียงอะลูมิเนียมเท่านั้นที่จะละลาย ซึ่งในรูปของไอออน Al 3+ จะผ่านเข้าสู่อิเล็กโทรไลต์: Al– 3 อี→Al3+

ในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิส อะลูมิเนียมไอออนจะถูกถ่ายโอนไปยังแคโทดซึ่งจะถูกปล่อยออก: Al 3+ + 3 อี→ อัล. เป็นผลให้ชั้นของอลูมิเนียมกลั่นหลอมเหลวสะสมบนแคโทด

หากสิ่งเจือปนมีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม (เช่น Ba, Na, Mg, Ca) มีอยู่ในโลหะผสมแอโนด ก็สามารถละลายด้วยไฟฟ้าเคมีบนแอโนดร่วมกับอะลูมิเนียมและผ่านเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ในรูปของไอออน เนื่องจากเนื้อหาของสิ่งเจือปนทางไฟฟ้าในอะลูมิเนียมดิบมีปริมาณต่ำ จึงไม่สะสมในปริมาณที่ประเมินค่าได้ในอิเล็กโทรไลต์ การคายประจุของไอออนเหล่านี้บนแคโทดแทบไม่เกิดขึ้น เนื่องจากศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดมีค่าไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม

ในฐานะที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ในการกลั่นด้วยไฟฟ้าของอลูมิเนียมในสหภาพโซเวียตและในประเทศส่วนใหญ่ใช้อิเล็กโทรไลต์ฟลูออไรด์คลอไรด์ซึ่งมีองค์ประกอบคือ 55-60% BaCl 2, 35-40% AlF 4 + NaF และ 0-4 % NaCl อัตราส่วนโมลาร์ของ NaF: AlF 3 รองรับ 1.5-2.0; จุดหลอมเหลวของอิเล็กโทรไลต์ 720-730 องศาเซลเซียส; อุณหภูมิของกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสอยู่ที่ประมาณ 800 องศาเซลเซียส; ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ 2.7 g/cm 3 .

โลหะผสมแอโนดเตรียมจากอะลูมิเนียมขั้นต้นและทองแดงบริสุทธิ์ (99.90-99.95% Cu) ซึ่งนำเข้าสู่โลหะในปริมาณ 30-40% ความหนาแน่นของโลหะผสมแอโนดเหลวขององค์ประกอบนี้คือ 3-3.5 g/cm 3 ; ความหนาแน่นของอะลูมิเนียมแคโทดหลอมเหลวบริสุทธิ์คือ 2.3 g/cm3 ด้วยอัตราส่วนของความหนาแน่นนี้ เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการแยกชั้นหลอมเหลวที่ดีทั้งสามชั้นจะถูกสร้างขึ้น

ในระบบควอเทอร์นารี Al-Cu-Fe-Si ซึ่งเป็นโลหะผสมของแอโนด ยูเทคติกจะก่อตัวขึ้นโดยมีจุดหลอมเหลว 520 องศาเซลเซียส โดยการหล่อเย็นโลหะผสมแอโนดที่มีสิ่งเจือปนของเหล็กและซิลิกอนในปริมาณที่สูงกว่าความเข้มข้นของยูเทคติก จึงสามารถแยกเหล็กและซิลิกอนออกเป็นเฟสของแข็งได้ในรูปของสารประกอบระหว่างโลหะคือ FeSiAl 5 และ Cu 2 FeAl 7 เนื่องจากอุณหภูมิของโลหะผสมแอโนดในกระเป๋าเซลล์นั้นต่ำกว่าอุณหภูมิของโลหะผสมแอโนดในพื้นที่ทำงานของอ่าง 30-40 องศาเซลเซียส ตะกอนระหว่างโลหะที่เป็นของแข็งจะถูกปล่อยออกมา (เนื่องจากเหล็กและซิลิกอนสะสมอยู่ในแอโนด โลหะผสม) ด้วยการขจัดตะกอนเหล่านี้ออกเป็นระยะ โลหะผสมแอโนดจะถูกทำความสะอาด (ไม่มีการต่ออายุ) จากสิ่งสกปรกของเหล็กและซิลิกอน เนื่องจากแกลเลียมมีความเข้มข้นในโลหะผสมแอโนด ตะกอนที่สกัดจากอิเล็กโทรไลเซอร์ (30-40 กก. ต่ออะลูมิเนียม 1 ตัน) สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งเพื่อให้ได้โลหะนี้

สำหรับการกลั่นด้วยไฟฟ้าจะใช้อิเล็กโทรไลเซอร์ซึ่งในการออกแบบคล้ายกับอิเล็กโทรไลต์ที่มีแอโนดอบสำหรับการผลิตอิเล็กโทรไลต์ของอลูมิเนียมขั้นต้น แต่มีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันของเสา: เตาทำหน้าที่เป็นขั้วบวกและแถวบนของอิเล็กโทรดทำหน้าที่เป็นแคโทด . อิเล็กโทรไลเซอร์สมัยใหม่สำหรับการกลั่นด้วยไฟฟ้าของอะลูมิเนียมได้รับการออกแบบสำหรับกระแสสูงถึง 75 kA

ด้านล่างนี้เป็นตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจหลักของอิเล็กโทรไลเซอร์สำหรับปี 1979 ซึ่งทำได้โดยองค์กรในประเทศ (1, 2, 3)

ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าเคมีที่คำนวณจากโลหะที่เทจากอิเล็กโทรไลต์คือ 97-98% เอาต์พุตปัจจุบันจริงซึ่งคำนวณโดยปริมาณโลหะเชิงพาณิชย์คือ 92-96%

ปัจจัยหลักที่ลดประสิทธิภาพในปัจจุบัน นอกเหนือจากการสูญเสียกระแสตรงสำหรับการปล่อยอิออนอิเลคโตรเนกาติตีมากขึ้น การสูญเสียโลหะอันเนื่องมาจากการเกิดออกซิเดชันและการสูญเสียทางกลของอะลูมิเนียม คือ การทำงานของอิเล็กโทรไลเซอร์ด้วยการปล่อยโลหะนอกเกรด ซึ่ง กลับคืนสู่โลหะผสมแอโนดอีกครั้งเพื่อการกลั่นต่อไป ช่วงเวลาการทำงานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้เกิดขึ้นในระหว่างการเริ่มต้นของอิเล็กโทรไลเซอร์และการละเมิดระบอบเทคโนโลยี

การกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานมาก ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในกระแสสลับ รวมถึงพลังงานที่ใช้ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์และโลหะผสมแอโนด การทำงานของอุปกรณ์ระบายอากาศและยานพาหนะ รวมถึงการสูญเสียในการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงอยู่ที่ 18.5-21.1,000 kWh ต่ออลูมิเนียม 1 ตัน ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของการกลั่นอิเล็กโทรไลต์ไม่เกิน 5-7% กล่าวคือ 93-95% ของพลังงานถูกใช้ไปในรูปของการสูญเสียความร้อนซึ่งส่วนใหญ่ปล่อยออกมาในชั้นอิเล็กโทรไลต์ (ประมาณ 80-85% ของความร้อนทั้งหมดอินพุต) . ดังนั้น วิธีหลักในการลดการใช้พลังงานเฉพาะสำหรับการกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าคือการปรับปรุงฉนวนความร้อนของอิเล็กโทรไลเซอร์ (โดยเฉพาะส่วนบนของโครงสร้าง) และลดชั้นอิเล็กโทรไลต์ (ลดระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด)

ความบริสุทธิ์ของอลูมิเนียมที่กลั่นด้วยวิธีสามชั้น 99.995%; มันถูกกำหนดโดยความแตกต่างจากสิ่งเจือปนหลักห้าประการ - เหล็ก ซิลิกอน ทองแดง สังกะสีและไททาเนียม ปริมาณโลหะของเกรดนี้ที่ได้รับสามารถเป็น 45-48% ของผลผลิตทั้งหมด (โดยไม่ผสมกับเกรดที่ต่ำกว่า)

อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าจะมีสิ่งเจือปนของโลหะอื่นๆ น้อยกว่า ซึ่งจะช่วยลดความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมดังกล่าว การวิเคราะห์กัมมันตภาพรังสีทำให้สามารถตรวจจับสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าได้มากถึง 30 อย่าง ซึ่งเนื้อหาทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 60-10-4% ดังนั้นความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมกลั่นที่แตกต่างจากสิ่งเจือปนเหล่านี้จึงอยู่ที่ 99.994%

นอกเหนือจากสิ่งเจือปนที่ GOST จัดหาให้ (ดูตารางที่ 1.1) แบรนด์ทั่วไป (A99) ของอะลูมิเนียมกลั่นด้วยไฟฟ้าประกอบด้วย%: Cr 0.00016; วี 0.0001; กา 0.0006; PB 0.002; สน 0.00005; แคลิฟอร์เนีย 0.002-0.003; นา 0.001-0.008; Mn 0.001-0.007; มก. 0.001-0.007; เนื่องจาก<0,0001; Sb<0,00002; Bi<0,00001; Cd<0,000001; S 0,0007.

หนึ่งในแหล่งที่มาของการปนเปื้อนของอะลูมิเนียมแคโทดคือตัวนำกราไฟท์ดาวน์ที่มีเหล็กและซิลิกอนออกไซด์และสัมผัสกับอลูมิเนียมกลั่นอย่างต่อเนื่อง หากกระแสไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับอะลูมิเนียมแคโทดโดยตรงโดยบัสบาร์อะลูมิเนียม และใช้เครื่องมือที่ทำจากกราไฟท์บริสุทธิ์มาก เป็นไปได้ที่จะได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ 99.999% โดยความแตกต่างกับสิ่งเจือปนที่ตรวจจับได้ (Fe, Si, Cu, Zn และ Ti ). โลหะนี้มีค่าเฉลี่ย %: Si 0.0002; เฟ 0.00032; ลูกบาศ์ก 0.0002; Zn 0.0002 และ Ti 0.00005 อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัญหาทางเทคนิค วิธีการจ่ายกระแสไฟนี้ยังไม่พบการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง

รับอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง

อะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูง (เกรด A999) สามารถรับได้สามวิธี: การหลอมแบบโซน การกลั่นผ่านซับฮาไลด์ และการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียม จากวิธีการข้างต้นในการผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง วิธีการหลอมโซนได้รับการนำไปใช้จริงในสหภาพโซเวียต

หลักการของการหลอมโซนประกอบด้วยการเคลื่อนตัวของโซนหลอมเหลวหลายครั้งตามแท่งอลูมิเนียม โดยค่าสัมประสิทธิ์การกระจาย K=Sโทรทัศน์ /จาก w (ที่ไหน จากทีวี - ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในของแข็งและ จาก g - ในระยะของเหลว) ซึ่งส่วนใหญ่กำหนดประสิทธิภาพของการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรก สิ่งสกปรกเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม กลุ่มแรกประกอบด้วยสิ่งเจือปนที่ลดจุดหลอมเหลวของอลูมิเนียม มี ถึง<1 ในระหว่างการหลอมโซน พวกเขาจะเข้มข้นในเขตหลอมเหลวและถ่ายโอนไปยังส่วนสุดท้ายของแท่งโลหะ สิ่งเจือปนเหล่านี้ ได้แก่ Ga, Sn, Be, Sb, Ca, Th, Fe, Co, Ni, Ce, Te, Ba, Pt, Au, Bi, Pb, Cd, In, Na, Mg, Cu, Si, Ge , Zn . กลุ่มที่สองประกอบด้วยสิ่งเจือปนที่เพิ่มจุดหลอมเหลวของอลูมิเนียม มีลักษณะเฉพาะ K>1และในระหว่างการหลอมโซนพวกเขาจะเข้มข้นในส่วนที่เป็นของแข็ง (เริ่มต้น) ของแท่งโลหะ สิ่งเจือปนเหล่านี้รวมถึง Nb, Ta, Cr, Ti, Mo, V. กลุ่มที่สามรวมถึงสิ่งเจือปนที่มีค่าสัมประสิทธิ์การกระจายใกล้กับเอกภาพมาก (Mn, Sc) สารเจือปนเหล่านี้จะไม่ถูกขจัดออกในระหว่างการหลอมโซนของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมที่ใช้สำหรับการหลอมโซนต้องเตรียมการบางอย่าง ซึ่งประกอบด้วยการกรอง การแยกก๊าซออก และการดอง จำเป็นต้องมีการกรองเพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ที่ทนไฟและทนทานซึ่งกระจายอยู่ในโลหะออกจากอลูมิเนียม อลูมินาที่มีอยู่ในอะลูมิเนียมหลอมเหลวสามารถสร้างศูนย์กลางการตกผลึกในระหว่างการแข็งตัว ซึ่งนำไปสู่การผลิตแท่งคริสตัลไลน์และการหยุดชะงักของผลกระทบของการกระจายของสิ่งสกปรกระหว่างโลหะแข็งกับโซนหลอมเหลว อลูมิเนียมถูกกรองในสุญญากาศ (แรงดันตกค้าง 0.1-0.4 Pa) ผ่านรูที่ด้านล่างของเบ้าหลอมกราไฟท์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5-2 มม. การกำจัดแก๊สอะลูมิเนียมเบื้องต้นก่อนการหลอมโซน (รวมถึงการให้ความร้อนในสุญญากาศด้วย) จะดำเนินการเพื่อป้องกันการกระเด็นของโลหะระหว่างการหลอมโซนในกรณีที่ดำเนินการในสุญญากาศสูง ขั้นตอนสุดท้ายในการเตรียมอะลูมิเนียมสำหรับการหลอมโซนคือการกัดผิวด้วยส่วนผสมของกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นและกรดไนตริก

เนื่องจากอะลูมิเนียมมีกิจกรรมทางเคมีที่สำคัญ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกราไฟต์บริสุทธิ์ถูกใช้เป็นวัสดุหลักสำหรับคอนเทนเนอร์ (เรือ) การหลอมโซนของอะลูมิเนียมจะดำเนินการในสุญญากาศหรือในบรรยากาศก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน ฮีเลียม)

การหลอมโซนในสุญญากาศทำให้อะลูมิเนียมมีความบริสุทธิ์สูงเนื่องจากการระเหยของสิ่งเจือปนบางอย่างในระหว่างการดูดฝุ่น (โลหะแมกนีเซียม สังกะสี แคดเมียม อัลคาไล และอัลคาไลน์เอิร์ท) และยังไม่รวมการปนเปื้อนของโลหะบริสุทธิ์ที่มีสิ่งสกปรกอันเป็นผลมาจากการใช้ ป้องกันก๊าซเฉื่อย การหลอมอะลูมิเนียมแบบโซนในสุญญากาศสามารถทำได้ด้วยการอพยพอย่างต่อเนื่องของหลอดควอทซ์ โดยวางเรือกราไฟต์ที่มีแท่งอะลูมิเนียมไว้ เช่นเดียวกับหลอดควอตซ์ที่ปิดสนิท ซึ่งอากาศจะถูกอพยพในขั้นต้นไปยังความดันที่เหลือประมาณ 1 ּ10–3 Pa.

ในการสร้างโซนหลอมเหลวบนแท่งอลูมิเนียมในระหว่างการหลอมโซน สามารถใช้ความร้อนโดยใช้เตาเผาที่มีความต้านทานขนาดเล็กหรือกระแสความถี่สูง แหล่งจ่ายไฟของเตาต้านทานไฟฟ้าไม่ต้องการอุปกรณ์ที่ซับซ้อน เตาเผานั้นใช้งานง่าย ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวของวิธีการให้ความร้อนนี้คือการทำความสะอาดส่วนตัดขวางขนาดเล็กของแท่งอลูมิเนียม

การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำด้วยกระแสความถี่สูงเป็นวิธีที่เหมาะที่สุดในการสร้างโซนหลอมเหลวบนแท่งโลหะในการหลอมโซน วิธีการให้ความร้อนด้วยความถี่สูง (นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่จะช่วยให้โซนหลอมละลายของโลหะส่วนใหญ่) มีข้อได้เปรียบที่สำคัญที่โลหะหลอมเหลวจะถูกผสมอย่างต่อเนื่องในโซน สิ่งนี้อำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของอะตอมสิ่งเจือปนจากด้านหน้าการตกผลึกไปยังความลึกของการหลอมเหลว

เป็นครั้งแรกที่โรงงานผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยการหลอมแบบโซนถูกควบคุมโดยโรงงานอะลูมิเนียม Volkhov ในปี 1965 โดยใช้หน่วย UZPI-3 ที่พัฒนาโดย VAMI เป็นครั้งแรก การตั้งค่านี้ได้รับการติดตั้งควอตซ์ retorts แบบเหนี่ยวนำความร้อนสี่ตัว โดยตัวเหนี่ยวนำสามารถเคลื่อนที่ได้และภาชนะโลหะอยู่กับที่ ผลผลิตคือโลหะ 20 กก. ต่อรอบการทำความสะอาด ต่อจากนั้น การติดตั้งโลหะทั้งหมด UZPI-4 ที่มีประสิทธิภาพสูงได้ถูกสร้างขึ้นและนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในปี 1972 ที่โรงงานอะลูมิเนียม Volkhov

ประสิทธิภาพของการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในระหว่างการหลอมโซนสามารถจำแนกได้จากข้อมูลต่อไปนี้ หากเนื้อหารวมของสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าคือ (30÷60)ּ10 -4% จากนั้นหลังจากการหลอมโซนแล้ว จะลดลงเป็น (2.8÷3.2)ּ10 -4% นั่นคือ 15-20 ครั้ง ซึ่งสอดคล้องกับค่าความต้านทานไฟฟ้าตกค้างของอะลูมิเนียม ρ ○ (ที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลว 4.2 K) ตามลำดับ (20÷40)ּ10 –10 และ (1.8÷2.1)ด10 –10 หรือความบริสุทธิ์ 99.997-99.994 และ 99.9997% . ในตาราง. 1.4 (ดูด้านล่าง) แสดงข้อมูลการวิเคราะห์กัมมันตภาพรังสีเกี่ยวกับเนื้อหาของสิ่งเจือปนบางอย่างในอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ตามโซนและการกลั่นด้วยไฟฟ้า ข้อมูลเหล่านี้บ่งชี้ว่าปริมาณสิ่งเจือปนส่วนใหญ่ลดลงอย่างมาก แม้ว่าสิ่งเจือปน เช่น แมงกานีสและสแกนเดียมจะไม่ถูกขจัดออกในระหว่างการหลอมโซน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา VAMI ได้พัฒนาและทดสอบภายใต้สภาวะอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นเทคโนโลยีสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.9999% โดยวิธีการหลอมละลายโซนคาสเคด สาระสำคัญของวิธีการหลอมละลายโซนคาสเคดคือการทำให้อะลูมิเนียมดั้งเดิมที่มีความบริสุทธิ์ A999 บริสุทธิ์โดยการทำซ้ำรอบ (การเรียงซ้อน) ของแถบโซนอย่างต่อเนื่อง ในกรณีนี้ วัสดุต้นทางของแต่ละน้ำตกที่ตามมาคือส่วนตรงกลางและบริสุทธิ์ที่สุดของแท่งโลหะที่ได้รับจากรอบการทำความสะอาดครั้งก่อน

ตารางที่1.4

ในตาราง. 1.5 (ดูด้านล่าง) แสดงผลการวิเคราะห์และการวัดมวลด้วยสเปกตรัม R 293 พัน / Rอะลูมิเนียม 4.2 K ที่ได้จากการหลอมโซนคาสเคด จากข้อมูลข้างต้น สรุปได้ว่าความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมดังกล่าว พิจารณาจากความแตกต่างของสิ่งเจือปนหลักสิบประการ (Si, Fe, Mg, Mn, Ti, Cu, Cr, Zn, Na และ V) คือ > 99.9999 %. ข้อสรุปนี้ได้รับการยืนยันทางอ้อมด้วยค่า R 293 พัน / R 4.2 K ซึ่งในตัวอย่างทั้งหมดคือ >30ּ10 3 .

เพื่อให้ได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ 99.9999% ก็เพียงพอที่จะทำการหลอมโซนสองครั้ง (ดูตารางที่ 1.5) จำนวนขั้นที่เพิ่มขึ้นอีกไม่ได้เพิ่มความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียม แม้ว่าจะเพิ่มผลผลิตโดยรวมของโลหะด้วยความบริสุทธิ์ 99.9999%

อีกกระบวนการที่เป็นไปได้เพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงคือการกลั่นผ่านซับฮาไลด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านอะลูมิเนียมซับฟลูออไรด์

ความดันไออิ่มตัวของอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะนั้นไม่สูงพอที่จะทำการกลั่นโดยตรงในอัตราที่ยอมรับได้ในทางปฏิบัติ อย่างไรก็ตาม เมื่อให้ความร้อนในสุญญากาศ (ที่ 1,000-1050 °C) ด้วย AlF 3 อะลูมิเนียมจะก่อตัวเป็น subfluoride AlF ที่มีความผันผวนสูง ซึ่งถูกกลั่นเข้าไปในเขตเย็น (800 °C) ซึ่งจะสลายตัวอีกครั้ง (ไม่สมส่วน) ด้วยการปล่อย ของอลูมิเนียมบริสุทธิ์:

ความเป็นไปได้ของการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์อย่างล้ำลึกจากสิ่งเจือปนส่วนใหญ่เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าความน่าจะเป็นของการก่อตัวของสารประกอบย่อยของอะลูมิเนียมนั้นมากกว่าความน่าจะเป็นของการก่อตัวของสารประกอบย่อยสิ่งเจือปน

ตาราง 1.5

ผลการวิเคราะห์และการวัดมวลสเปกตรัม R 293 พัน / R 4.2 K CASCADE ZONE MELTING ALUMINIUM.

เนื้อหาของสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียมที่กลั่นผ่านซับฟลูออไรด์สัมพันธ์ผกผันกับมวลของแท่งโลหะที่เป็นผลลัพธ์ ในแท่งโลหะที่มีน้ำหนัก 1.5-1.7 กก. ปริมาณรวมของสิ่งเจือปน (Si, Fe, Cu, Mg) คือ 11²10 -4% และเนื้อหาของก๊าซคือ 0.007 cm 3 / 100 g. ความต้านทานตกค้างจำเพาะ (ρ ○) ที่ของเหลว อุณหภูมิฮีเลียมสำหรับโลหะดังกล่าวคือ (1.7÷2.0) การกลั่นอะลูมิเนียมผ่านซับฟลูออไรด์มีข้อเสียหลายประการ (ผลผลิตค่อนข้างต่ำ การทำให้บริสุทธิ์จากแมกนีเซียมในระดับลึกไม่เพียงพอ ฯลฯ) ดังนั้น วิธีการนี้จึงไม่ได้รับการพัฒนาทางอุตสาหกรรม

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาวิธีการเพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมเชิงซ้อน ซึ่งมีความแตกต่างกันในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ ตัวอย่างเช่น ในประเทศเยอรมนี ใช้วิธีอิเล็กโทรไลซิสของสารละลาย 50% ของ NaF ּ2Al (C 2 H 5) 3 ในโทลูอีน การกลั่นจะดำเนินการที่ 100°C แรงดันไฟฟ้าในเซลล์ 1.0-1.5 V และความหนาแน่นกระแส 0.3-0.5 A/DM 2 โดยใช้ขั้วไฟฟ้าอะลูมิเนียม ประสิทธิภาพกระแสแคโทด 99% การกลั่นด้วยไฟฟ้าเคมีในอิเล็กโทรไลต์ออร์กาโนอะลูมิเนียมช่วยลดปริมาณแมงกานีสและสแกนเดียมได้อย่างมาก ซึ่งแทบไม่ถูกขจัดออกในระหว่างการทำความสะอาดโซน ข้อเสียของวิธีนี้คือให้ผลผลิตต่ำและมีอันตรายจากไฟไหม้สูง

สำหรับการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ที่ลึกยิ่งขึ้นและได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ตั้งแต่ 99.99999% ขึ้นไป สามารถใช้วิธีการข้างต้นร่วมกันได้: อิเล็กโทรลิซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมหรือการระเหิดผ่านซับฟลูออไรด์ ตามด้วยการหลอมโซนของอะลูมิเนียมที่ได้รับ ตัวอย่างเช่น โดยการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในโซนซ้ำๆ ที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียม เป็นไปได้ที่จะได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยมีปริมาณสิ่งเจือปนอยู่ที่ ×10–9%: Fe 50; ซิ<500; Cu 10; Mg 30; Mn5; Ti <500; Cr 20; Zn <50; Co <1; Ag <5; Sb <1 и Se 3.

แอปพลิเคชัน

การรวมกันของคุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีของอะลูมิเนียมเป็นตัวกำหนดการใช้งานอย่างกว้างขวางในเกือบทุกด้านของเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบของโลหะผสมกับโลหะอื่นๆ ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า อะลูมิเนียมประสบความสำเร็จในการแทนที่ทองแดง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตตัวนำขนาดใหญ่ เช่น ในสายไฟเหนือศีรษะ สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง บัสบาร์สวิตช์เกียร์ หม้อแปลง (ค่าการนำไฟฟ้าของอะลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้าสูงถึง 65.5% ของทองแดง และ มันเบากว่าทองแดงมากกว่าสามเท่าด้วยหน้าตัดที่ให้ค่าการนำไฟฟ้าเท่ากันมวลของลวดอลูมิเนียมจึงเท่ากับครึ่งหนึ่งของสายทองแดง) อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พิเศษใช้ในการผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้าและวงจรเรียงกระแส ซึ่งการทำงานจะขึ้นอยู่กับความสามารถของฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ในการส่งกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พิเศษที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์โดยการหลอมโซน ใช้สำหรับการสังเคราะห์สารกึ่งตัวนำชนิด A III B V ที่ใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ อลูมิเนียมบริสุทธิ์ใช้ในการผลิตกระจกสะท้อนแสงประเภทต่างๆ อะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูงใช้ปกป้องพื้นผิวโลหะจากการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ (การหุ้ม สีอะลูมิเนียม) ด้วยส่วนการดูดกลืนนิวตรอนที่ค่อนข้างต่ำ อะลูมิเนียมจึงถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ถังอะลูมิเนียมความจุสูงเก็บและขนส่งก๊าซเหลว (มีเทน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ฯลฯ) กรดไนตริกและอะซิติก น้ำบริสุทธิ์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำมันที่บริโภคได้ อลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์และอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมอาหาร สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร (ในรูปของฟอยล์) สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนต่างๆ การใช้อลูมิเนียมในการตกแต่งอาคาร สถาปัตยกรรม การขนส่งและการกีฬาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ในทางโลหะวิทยา อะลูมิเนียม (นอกเหนือจากโลหะผสมที่มีพื้นฐานจากมัน) เป็นหนึ่งในสารเจือปนโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดในโลหะผสมตาม Cu, Mg, Ti, Ni, Zn และ Fe นอกจากนี้ อะลูมิเนียมยังใช้กำจัดเหล็กออกซิไดซ์ก่อนเทลงในแม่พิมพ์ เช่นเดียวกับในกระบวนการเพื่อให้ได้โลหะบางชนิดด้วยวิธีความร้อนจากอะลูมิเนียม บนพื้นฐานของอลูมิเนียม SAP (ผงอลูมิเนียมเผา) ถูกสร้างขึ้นโดยผงโลหะซึ่งมีความต้านทานความร้อนสูงที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 ° C

อลูมิเนียมใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด (แอมโมนัล, อะลูโมทอล) สารประกอบอลูมิเนียมหลายชนิดใช้กันอย่างแพร่หลาย

การผลิตและการบริโภคอะลูมิเนียมมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งแซงหน้าการผลิตเหล็ก ทองแดง ตะกั่ว และสังกะสีอย่างมีนัยสำคัญในแง่ของอัตราการเติบโต

DIN (DeutschIndustrienorm) เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมของประเทศเยอรมนี

ตำนานที่น่าสงสัยอย่างหนึ่งกล่าวว่าเมื่อชายคนหนึ่งมาถึงจักรพรรดิแห่งโรมัน Tiberius (42 ปีก่อนคริสตกาล - 37 AD) พร้อมชามโลหะที่แตกไม่ได้ วัสดุของชามถูกกล่าวหาว่ามาจากอลูมินา (Al 2 O 3) และต้องเป็นอลูมิเนียม ด้วยความกลัวว่าโลหะที่ทำจากดินเหนียวดังกล่าวจะทำให้ทองและเงินมีค่าเสื่อมราคา ในกรณีนี้ ทิเบเรียสจึงสั่งให้ตัดศีรษะของชายคนนั้น แน่นอน เรื่องราวนี้เชื่อได้ยาก: อะลูมิเนียมโดยกำเนิดไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ และในสมัยจักรวรรดิโรมัน ก็ไม่อาจมีวิธีการทางเทคนิคใดที่จะยอมให้อะลูมิเนียมถูกสกัดจากสารประกอบของมันได้

ในแง่ของความชุกในธรรมชาติ อลูมิเนียมเป็นอันดับหนึ่งในกลุ่มโลหะ เนื้อหาในเปลือกโลกคือ 7.45% อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติ อลูมิเนียมจนถึงปลายศตวรรษที่ 19 ยังเป็นของโลหะหายากจำนวนหนึ่ง ในรูปแบบบริสุทธิ์ ไม่พบอะลูมิเนียมเนื่องจากมีกิจกรรมทางเคมีสูง พบมากในรูปของสารประกอบที่มีออกซิเจนและซิลิกอน - อะลูมิโนซิลิเกต

เฉพาะหินที่อุดมไปด้วยอลูมินา (Al 2 O 3) และนอนอยู่เป็นจำนวนมากบนพื้นผิวโลกเท่านั้นที่สามารถทำหน้าที่เป็นแร่อะลูมิเนียม หินเหล่านี้รวมถึงแร่บอกไซต์ เนฟีลีน - (Na, K) 2 O O Al 2 O 3 ּ2SiO 2, alunites - (Na, K) 2 SO 4 ּAl 2 (SO 4) 3 ּ4Al (OH) 3 และดินขาว (ดินเหนียว) สนามสปาร์ (ออร์โธคลาส) - K 2 O O Al 2 O 3 ּ6SiO 2

แร่หลักในการผลิตอะลูมิเนียมคือบอกไซต์ อลูมิเนียมมีอยู่ในรูปของไฮดรอกไซด์ Al (OH), AlOOH, คอรันดัม Al 2 O 3 และ kaolinite Al 2 O 3 ּ2SiO 2 ּ2H 2 O องค์ประกอบทางเคมีของอะลูมิเนียมมีความซับซ้อน: 28-70% อลูมินา; ซิลิกา 0.5-20%; เหล็กออกไซด์ 2-50%; ไทเทเนียมออกไซด์ 0.1-10% เมื่อเร็ว ๆ นี้ nephelines และ alunite ถูกใช้เป็นแร่

แหล่งแร่อะลูมิเนียมขนาดใหญ่ตั้งอยู่ในเทือกเขาอูราลในเขต Tikhvin ของภูมิภาคเลนินกราดในภูมิภาคอัลไตและครัสโนยาสค์

เนเฟลีน (KּNa 2 OּAl 2 O 3 ּ2SiO 2) เป็นส่วนหนึ่งของหินอะพาไทต์ - เนฟีลีน (บนคาบสมุทร Kola)

เป็นครั้งแรกในรูปแบบอิสระที่อลูมิเนียมถูกแยกออกในปี พ.ศ. 2368 โดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Oersted โดยการกระทำของโพแทสเซียมอะมัลกัมบนอะลูมิเนียมคลอไรด์ ในปี พ.ศ. 2370 นักเคมีชาวเยอรมัน Wöhler ได้ปรับปรุงวิธีการของ Oersted โดยแทนที่โพแทสเซียมอะมัลกัมด้วยโพแทสเซียมโลหะ:

AlCl 3 + 3K→3KCl + Al (ปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากการปลดปล่อยความร้อน)

ในปี ค.ศ. 1854 Sainte-Clair Deville ในฝรั่งเศสเป็นคนแรกที่ใช้วิธี Wehler สำหรับการผลิตอะลูมิเนียมเชิงอุตสาหกรรม โดยใช้โซเดียมที่ถูกกว่าแทนโพแทสเซียม และอะลูมิเนียมและโซเดียมคลอไรด์ที่มีความเสถียรมากกว่าแทนการใช้อะลูมิเนียมคลอไรด์ดูดความชื้น ในปี พ.ศ. 2408 นักเคมีกายภาพชาวรัสเซีย N. N. Beketov แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่จะแทนที่อลูมิเนียมด้วยแมกนีเซียมจากไครโอไลต์หลอมเหลว ปฏิกิริยานี้ถูกใช้ในปี พ.ศ. 2431 เพื่อผลิตอะลูมิเนียมที่โรงงานแห่งแรกของเยอรมนีในเมืองกเมลิงเงน การผลิตอลูมิเนียมโดยวิธีที่เรียกว่า "เคมี" เหล่านี้ดำเนินการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2397 ถึง พ.ศ. 2433 ภายใน 35 ปีโดยใช้วิธีการเหล่านี้จะได้รับอลูมิเนียมประมาณ 20 ตัน

ในช่วงปลายยุค 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา วิธีการทางเคมีเข้ามาแทนที่วิธีอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งทำให้สามารถลดต้นทุนของอะลูมิเนียมได้อย่างมาก และสร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอะลูมิเนียม ในปี พ.ศ. 2429 ผู้ก่อตั้งวิธีอิเล็กโทรไลต์สมัยใหม่สำหรับการผลิตอะลูมิเนียม Héroult ในฝรั่งเศสและ Hall ในสหรัฐอเมริกา ได้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรที่คล้ายคลึงกันเกือบทั้งหมดสำหรับวิธีการผลิตอะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าของอลูมินาที่ละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว นับตั้งแต่การปรากฏตัวของสิทธิบัตรของHéroult and Hall อุตสาหกรรมอลูมิเนียมสมัยใหม่ได้เริ่มต้นขึ้น ซึ่งในช่วงเวลากว่า 115 ปีของการดำรงอยู่ ได้เติบโตขึ้นเป็นหนึ่งในสาขาที่ใหญ่ที่สุดของโลหะวิทยา

กระบวนการทางเทคโนโลยีในการรับอลูมิเนียมประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก:

หนึ่ง). การรับอลูมินา (Al 2 O 3) จากแร่อะลูมิเนียม

2). รับอลูมิเนียมจากอลูมินา

3). การกลั่นอลูมิเนียม

รับอลูมินาจากแร่

อลูมินาได้มาจากสามวิธี: อัลคาไลน์ กรด และอิเล็กโทรไลต์ วิธีที่พบมากที่สุดคือวิธีอัลคาไลน์ (วิธีของ K. I. ไบเออร์ซึ่งพัฒนาขึ้นในรัสเซียเมื่อปลายศตวรรษก่อนและใช้สำหรับการประมวลผลบอกไซต์คุณภาพสูงที่มีซิลิกาเล็กน้อย (มากถึง 5-6%)) ตั้งแต่นั้นมา ประสิทธิภาพทางเทคนิคก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก รูปแบบการผลิตอลูมินาโดยวิธีไบเออร์แสดงในรูปที่ หนึ่ง.

สาระสำคัญของวิธีการนี้อยู่ที่ความจริงที่ว่าสารละลายอลูมิเนียมจะสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อมีการนำอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เข้ามา และสารละลายที่เหลือจากการสลายตัวหลังจากการระเหยของสารภายใต้สภาวะของการผสมแบบเข้มข้นที่ 169-170 ° C สามารถละลายอลูมินาที่มีอยู่ในบอกไซต์ได้อีกครั้ง วิธีนี้ประกอบด้วยการดำเนินการหลักดังต่อไปนี้:

หนึ่ง). การเตรียมอะลูมิเนียมซึ่งประกอบด้วยการบดและบดในโรงสี โรงสีจะมาพร้อมกับบอกไซต์ ด่างกัดกร่อน และมะนาวจำนวนเล็กน้อย ซึ่งช่วยเพิ่มการปลดปล่อย Al 2 O 3 ; เยื่อกระดาษที่ได้จะถูกป้อนเพื่อชะล้าง

2). การชะล้างบอกไซต์ (เมื่อเร็ว ๆ นี้บล็อกหม้อนึ่งความดันรูปทรงกลมที่ใช้จนถึงขณะนี้ได้ถูกแทนที่บางส่วนด้วยหม้อนึ่งความดันแบบท่อซึ่งการชะจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 230-250 ° C (500-520 K) ซึ่งประกอบด้วยการสลายตัวทางเคมีจากการมีปฏิสัมพันธ์กับ สารละลายด่าง อะลูมิเนียมออกไซด์ไฮเดรตเมื่อทำปฏิกิริยากับด่างให้เข้าสู่สารละลายในรูปของโซเดียมอะลูมิเนต:

AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O

อัล(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;

SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H 2 O;

ในสารละลายโซเดียมอะลูมิเนตและโซเดียมซิลิเกตก่อให้เกิดโซเดียมอะลูมิโนซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำ ไททาเนียมและเหล็กออกไซด์ผ่านเข้าไปในสารตกค้างที่ไม่ละลายน้ำทำให้สารตกค้างเป็นสีแดง สารตกค้างนี้เรียกว่าโคลนแดง เมื่อเสร็จสิ้นการละลาย โซเดียมอะลูมิเนตที่เป็นผลลัพธ์จะถูกเจือจางด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของอัลคาไลในขณะที่ลดอุณหภูมิลง 100°C;

3). การแยกสารละลายอะลูมิเนตออกจากโคลนสีแดง มักจะล้างด้วยสารเพิ่มความข้นพิเศษ ด้วยเหตุนี้ โคลนสีแดงจึงตกลงมา และสารละลายอะลูมิเนตจะถูกระบายออกแล้วกรองออก (ชี้แจง) ในปริมาณที่จำกัด กากตะกอนจะถูกใช้ ตัวอย่างเช่น เป็นสารเติมแต่งสำหรับซีเมนต์ ขึ้นอยู่กับเกรดของแร่อะลูมิเนียม 0.6-1.0 ตันของโคลนสีแดง (สารตกค้างแห้ง) ต่ออลูมินา 1 ตันที่ได้รับ

สี่) การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนต มันถูกกรองและสูบลงในภาชนะขนาดใหญ่ที่มีตัวกวน (ตัวย่อยสลาย) อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 ถูกสกัดจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเมื่อเย็นลงจนถึง 60°C (330 K) และกวนอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างช้าๆและไม่สม่ำเสมอ และการก่อตัวและการเติบโตของผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการประมวลผลต่อไป จึงมีการเพิ่มไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งจำนวนมากลงในตัวย่อยสลาย - เมล็ดพืช:

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

5). การจัดสรรอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และการจำแนกประเภท สิ่งนี้เกิดขึ้นในไฮโดรไซโคลนและตัวกรองสุญญากาศ ซึ่งตะกอนที่มีอนุภาค Al(OH) 50-60% ถูกแยกออกจากสารละลายอะลูมิเนต ส่วนสำคัญของไฮดรอกไซด์จะกลับสู่กระบวนการย่อยสลายเป็นวัสดุเมล็ด ซึ่งยังคงหมุนเวียนอยู่ในปริมาณที่ไม่เปลี่ยนแปลง สารตกค้างหลังจากล้างด้วยน้ำจะถูกเผา ตัวกรองจะกลับสู่การไหลเวียน (หลังจากความเข้มข้นในเครื่องระเหย - สำหรับการชะล้างแร่บอกไซต์ใหม่);

6). การคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (การเผา); เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตอลูมินา มันดำเนินการในเตาเผาแบบหมุนแบบท่อและเมื่อเร็ว ๆ นี้ในเตาเผาที่มีการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนของวัสดุที่อุณหภูมิ 1150-1300 ประมาณ C; อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ดิบ ผ่านเตาโรตารี่ ทำให้แห้งและแห้ง เมื่อถูกความร้อน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่อไปนี้จะเกิดขึ้นตามลำดับ:

อลูมินาที่ผ่านการเผาขั้นสุดท้ายมี 30-50% α-Al 2 O 3 (คอรันดัม) ส่วนที่เหลือคือ γ-Al 2 O 3 .

วิธีนี้สกัด 85-87% ของอลูมินาทั้งหมดที่ผลิตได้ อะลูมิเนียมออกไซด์ที่ได้คือสารประกอบเคมีที่แรงซึ่งมีจุดหลอมเหลว 2050 o C

ได้อะลูมิเนียมจากออกไซด์ของมัน

อิเล็กโทรลิซิสอะลูมิเนียมออกไซด์

การนำอะลูมิเนียมออกไซด์กลับคืนด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าที่ละลายในตัวหลอมแบบไครโอไลต์ที่อุณหภูมิ 950-970 องศาเซลเซียสในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เซลล์ประกอบด้วยอ่างที่ปูด้วยบล็อกคาร์บอนซึ่งอยู่ด้านล่างซึ่งมีการจ่ายกระแสไฟฟ้า อลูมิเนียมเหลวที่ปล่อยออกมาด้านล่างทำหน้าที่เป็นแคโทดที่หนักกว่าเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมละลาย ดังนั้นจึงถูกรวบรวมไว้บนฐานถ่านหิน จากนั้นจึงสูบออกเป็นระยะ (รูปที่ 2) จากด้านบน คาร์บอนแอโนดจะแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเผาไหม้ในบรรยากาศของออกซิเจนที่ปล่อยออกมาจากอะลูมิเนียมออกไซด์ ปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) หรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ในทางปฏิบัติใช้แอโนดสองประเภท:

ก) แอโนด Zederberg ที่อบด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยก้อนที่เรียกว่า "ขนมปัง" ของมวล Zederberg (ถ่านหินเถ้าต่ำที่มีน้ำมันดิน 25-35%) ยัดลงในเปลือกอลูมิเนียม ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงมวลขั้วบวกจะถูกเผา (เผา);

b) อบหรือ "ต่อเนื่อง" แอโนดจากบล็อกคาร์บอนขนาดใหญ่ (เช่น 1900 × 600 × 500 มม. น้ำหนักประมาณ 1.1 ตัน)

ความแรงของกระแสไฟฟ้าบนอิเล็กโทรไลต์คือ 150,000 A. พวกมันเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบบอนุกรมนั่นคือระบบ (ซีรีย์) ได้รับ - อิเล็กโทรไลต์แถวยาว

แรงดันใช้งานบนอ่างซึ่งอยู่ที่ 4-5 V นั้นสูงกว่าแรงดันที่อะลูมิเนียมออกไซด์สลายตัวมาก เนื่องจากการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของระบบเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างการทำงาน ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานในการผลิตอะลูมิเนียม 1 ตัน แสดงในรูปที่ 3.

อะลูมิเนียมคลอไรด์อิเล็กโทรลิซิส (วิธีอัลโค)

ในถังปฏิกิริยา อะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมคลอไรด์ก่อน จากนั้นในอ่างที่หุ้มฉนวนอย่างแน่นหนา อิเล็กโทรไลซิสของ AlCl 3 จะถูกละลายในเกลือหลอมเหลวของ KCl หรือ NaCl คลอรีนที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะถูกดูดออกและป้อนเพื่อรีไซเคิล อลูมิเนียมวางอยู่บนแคโทด

ข้อดีของวิธีนี้เหนืออิเล็กโทรไลซิสที่มีอยู่ของของเหลว cryolite-alumina ละลาย (Al 2 O 3 ละลายใน cryolite Na 3 AlF 6) คือ: ประหยัดพลังงานได้มากถึง 30%; ความเป็นไปได้ของการใช้อะลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งไม่เหมาะสำหรับอิเล็กโทรไลซิสแบบเดิม (เช่น Al 2 O 3 ที่มีปริมาณซิลิกอนสูง) แทนที่ไครโอไลต์ราคาแพงด้วยเกลือที่ถูกกว่า การขจัดความเสี่ยงของการปล่อยฟลูออไรด์

การกู้คืนอะลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยแมงกานีส (วิธี Toth)

เมื่อลดลงด้วยแมงกานีส อะลูมิเนียมจะถูกปลดปล่อยออกจากอะลูมิเนียมคลอไรด์ สารปนเปื้อนที่เกี่ยวข้องกับคลอรีนจะถูกปลดปล่อยออกจากกระแสแมงกานีสคลอไรด์โดยการควบแน่นที่ควบคุม เมื่อคลอรีนถูกปล่อยออกมา แมงกานีสคลอไรด์จะถูกออกซิไดซ์เป็นแมงกานีสออกไซด์ จากนั้นจึงลดขนาดเป็นแมงกานีสที่เหมาะสมสำหรับใช้รอง ข้อมูลในสิ่งพิมพ์ที่มีอยู่นั้นไม่ถูกต้องมาก ดังนั้นในกรณีนี้ จำเป็นต้องละทิ้งการประเมินวิธีการ

รับอลูมิเนียมขัดเงา

สำหรับอะลูมิเนียม การกลั่นด้วยไฟฟ้าด้วยการสลายตัวของสารละลายเกลือในน้ำเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเพื่อวัตถุประสงค์บางอย่าง ระดับการทำให้อะลูมิเนียมอุตสาหกรรมบริสุทธิ์ (Al 99.5 - Al 99.8) ที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมของไครโอไลต์-อลูมินานั้นไม่เพียงพอ แม้แต่อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (Al 99, 99 R) ก็ได้มาจากอะลูมิเนียมอุตสาหกรรมหรือเศษโลหะโดยการกลั่น . วิธีการกลั่นที่มีชื่อเสียงที่สุดคืออิเล็กโทรไลซิสสามชั้น

การกลั่นด้วยอิเล็กโทรไลซิสสามชั้น

หุ้มด้วยแผ่นเหล็กที่ทำงานด้วยกระแสตรง (แสดงในรูปที่ 4 - ดูด้านบน) อ่างกลั่นประกอบด้วยเตาถ่านที่มีตัวนำกระแสไฟและซับในแมกนีเซียมที่หุ้มฉนวนความร้อน ตรงกันข้ามกับอิเล็กโทรไลซิสของไครโอไลต์-อลูมินาที่หลอมเหลว แอโนดที่นี่คือ ตามกฎแล้ว โลหะกลั่นที่หลอมเหลว (ชั้นแอโนดที่ต่ำกว่า) อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยฟลูออไรด์บริสุทธิ์หรือส่วนผสมของแบเรียมคลอไรด์และอะลูมิเนียมและโซเดียมฟลูออไรด์ (ชั้นกลาง) อะลูมิเนียมที่ละลายจากชั้นแอโนดในอิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมาเหนืออิเล็กโทรไลต์ (ชั้นแคโทดด้านบน) โลหะบริสุทธิ์ทำหน้าที่เป็นแคโทด กระแสไฟฟ้าถูกส่งไปยังชั้นแคโทดโดยอิเล็กโทรดกราไฟท์

อ่างทำงานที่อุณหภูมิ 750-800°C อัตราสิ้นเปลืองพลังงาน 20 kWh ต่ออะลูมิเนียมบริสุทธิ์ 1 กก. ซึ่งสูงกว่าการอิเล็กโทรไลซิสแบบอะลูมิเนียมทั่วไปเล็กน้อย

โลหะแอโนดประกอบด้วย 25-35% Cu; 7-12% สังกะสี; 6-9% ศรี; มากถึง 5% Fe และแมงกานีส นิกเกิล ตะกั่ว และดีบุกจำนวนเล็กน้อย ส่วนที่เหลือ (40-55%) เป็นอะลูมิเนียม โลหะหนักและซิลิกอนทั้งหมดยังคงอยู่ในชั้นแอโนดระหว่างการกลั่น การปรากฏตัวของแมกนีเซียมในอิเล็กโทรไลต์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์หรือทำให้เกิดตะกรันที่รุนแรง ในการกำจัดแมกนีเซียม ตะกรันที่มีแมกนีเซียมจะได้รับการบำบัดด้วยฟลักซ์หรือคลอรีนที่เป็นก๊าซ

ผลจากการกลั่นจะได้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (99.99%) และผลิตภัณฑ์คัดแยก (ผลิตภัณฑ์ Ziger) ซึ่งประกอบด้วยโลหะหนักและซิลิกอน และถูกแยกออกมาในรูปของสารละลายอัลคาไลน์และกากผลึก สารละลายอัลคาไลน์เป็นของเสีย และกากที่เป็นของแข็งจะถูกใช้เพื่อขจัดความเป็นกรด

อลูมิเนียมกลั่นมักมีองค์ประกอบดังนี้ %: Fe 0.0005-0.002; ศรี 0.002-0.005; ลูกบาศ์ก 0.0005-0.002; สังกะสี 0.0005-0.002; ร่องรอยมิลลิกรัม; อัลพักผ่อน

อลูมิเนียมกลั่นถูกแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปในองค์ประกอบที่กำหนดหรือผสมกับแมกนีเซียม (ดูตารางที่ 1.2)

ตาราง 1.2. องค์ประกอบทางเคมีของอะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูงและอะลูมิเนียมขั้นต้นตาม DIN 17122 แผ่นที่ 1

การกลั่นด้วยสารประกอบเชิงซ้อนออร์กาโนอะลูมิเนียมและการหลอมโซน

อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงเกรด A1 99.99 R ได้จากการกลั่นอิเล็กโทรลิซิสของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์หรืออะลูมิเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์โดยใช้สารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมที่ซับซ้อนของอะลูมิเนียมเป็นอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรลิซิสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียสระหว่างอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็ง และหลักการคล้ายกับอิเล็กโทรไลซิสสำหรับการกลั่นของทองแดง ลักษณะของอิเล็กโทรไลต์กำหนดความจำเป็นในการทำงานโดยไม่มีอากาศและที่ความหนาแน่นกระแสไฟต่ำ

อิเล็กโทรไลซิสสำหรับการกลั่นประเภทนี้ ซึ่งใช้ในตอนแรกเฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ได้ดำเนินการในระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็กแล้ว - ผลิตโลหะหลายตันต่อปี ระดับการทำให้บริสุทธิ์ของโลหะที่ได้คือ 99.999-99.9999% ขอบเขตที่เป็นไปได้ในการใช้งานสำหรับโลหะที่มีความบริสุทธิ์นี้ ได้แก่ วิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ด้วยการแช่แข็ง

สามารถใช้วิธีการกลั่นที่พิจารณาแล้วในการชุบด้วยไฟฟ้า

ความบริสุทธิ์ที่สูงกว่า - ในนามสูงถึง A1 99.99999 - สามารถรับได้จากการหลอมโลหะในโซนที่ตามมา เมื่อแปรรูปอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงให้เป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป แผ่นหรือลวด จำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเนื่องจากอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของโลหะ คุณสมบัติที่โดดเด่นของโลหะกลั่นคือการนำไฟฟ้าสูงในบริเวณที่มีอุณหภูมิในการแช่แข็ง

รับอะลูมิเนียมรอง

การรีไซเคิลวัตถุดิบทุติยภูมิและของเสียจากการผลิตมีประโยชน์เชิงเศรษฐกิจ โลหะผสมทุติยภูมิที่ได้นั้นตอบสนองความต้องการอลูมิเนียมได้ประมาณ 25% ของความต้องการทั้งหมด

พื้นที่ที่สำคัญที่สุดของการใช้โลหะผสมทุติยภูมิคือการผลิตการหล่ออลูมิเนียม ใน DIN 1725 แผ่นที่ 2 พร้อมกับเกรดโลหะผสมมาตรฐาน มีการแสดงรายการโลหะผสมหลายเกรดที่ผลิตโดยโรงหล่อ รายชื่อโลหะผสมที่ผลิตโดยโรงงานเหล่านี้ประกอบด้วยโลหะผสมที่ไม่ได้มาตรฐานบางชนิด

การเตรียมเศษอะลูมิเนียมแบบไร้ข้อผิดพลาดในสัดส่วนที่หลากหลายสามารถทำได้ในโรงถลุงที่มีอุปกรณ์พิเศษเท่านั้น แนวคิดของกระบวนการทำงานที่ซับซ้อนในโรงงานดังกล่าวแสดงไว้ในรูปที่ 5.

ของเสียจะถูกหลอมใหม่หลังจากการคัดแยกเบื้องต้นคร่าวๆ เหล็ก นิกเกิล หรือทองแดงที่มีอยู่ในของเสียเหล่านี้ ซึ่งมีจุดหลอมเหลวซึ่งสูงกว่าจุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียม ยังคงอยู่ในเตาหลอมที่มีจุดหลอมเหลวในระหว่างการหลอม และหลอมอะลูมิเนียม ในการกำจัดสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ออกไซด์ ไนไตรด์ คาร์ไบด์หรือก๊าซจากของเสีย การบำบัดโลหะหลอมเหลวด้วยเกลือ หรือใช้การกำจัดก๊าซ (ซึ่งมีเหตุผลมากกว่า) - คลอรีนหรือไนโตรเจนถูกนำมาใช้

ในการกำจัดสิ่งเจือปนของโลหะออกจากการหลอมเหลวนั้น วิธีการต่าง ๆ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เช่น สารเติมแต่งแมกนีเซียมและวิธีสุญญากาศ - วิธีเบ็คเช่ เติมสังกะสีหรือปรอทตามด้วยการอพยพ - วิธีซับฮาโลเจน การกำจัดแมกนีเซียมถูกจำกัดด้วยการนำคลอรีนเข้าไปในโลหะหลอมเหลว โดยการแนะนำสารเติมแต่งที่กำหนดอย่างแม่นยำโดยองค์ประกอบของการหลอม จะได้รับโลหะผสมการหล่อที่กำหนด

การผลิตอลูมิเนียมเกรดอุตสาหกรรม

วิธีการอิเล็กโทรไลต์เป็นวิธีเดียวที่ใช้ทั่วโลกในการผลิตโลหะอะลูมิเนียมเกรดทางเทคนิค วิธีการอื่นๆ ทั้งหมด (ความร้อนจากสังกะสี ความร้อนของคาร์ไบด์ ซับคลอไรด์ ไนไตรด์ ฯลฯ) ซึ่งอะลูมิเนียมสามารถสกัดได้จากแร่อะลูมิเนียม ได้รับการพัฒนาในห้องปฏิบัติการและมาตราส่วนนำร่อง แต่ยังไม่พบการใช้งานจริง

เพื่อให้ได้โลหะผสมอลูมิเนียม - ซิลิกอนนั้นใช้วิธีอิเล็กโทรเทอร์มอลซึ่งได้รับการพัฒนาและนำไปใช้ในระดับอุตสาหกรรมในสหภาพโซเวียตเป็นครั้งแรก ประกอบด้วยสองขั้นตอน: ในระยะแรกโลหะผสมอะลูมิเนียม - ซิลิกอนหลักที่มีเนื้อหา 60-63% Al ได้มาจากการลดแร่อะลูมิเนียมซิลิกอนโดยตรงในเตาไฟฟ้าความร้อนแร่ ในขั้นตอนที่สอง โลหะผสมหลักจะถูกเจือจางด้วยอะลูมิเนียมเชิงพาณิชย์ เพื่อให้ได้ซิลูมินและโลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิกอนที่หล่อและขึ้นรูปอื่นๆ กำลังดำเนินการวิจัยเพื่อแยกอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ทางเทคนิคออกจากโลหะผสมหลัก

โดยทั่วไป การผลิตอะลูมิเนียมโดยวิธีอิเล็กโทรไลต์ ได้แก่ การผลิตอลูมินา (อลูมินา) จากแร่อะลูมิเนียม การผลิตเกลือฟลูออไรด์ (ไครโอไลต์ อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ และโซเดียมฟลูออไรด์) การผลิตมวลแอโนดคาร์บอน แอโนดคาร์บอนอบและแคโทด บล็อกและวัสดุบุผิวอื่นๆ ตลอดจนการผลิตอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าจริง ซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท้ายของโลหะวิทยาอะลูมิเนียมสมัยใหม่

โดยทั่วไปสำหรับการผลิตอลูมินา เกลือฟลูออไรด์ และผลิตภัณฑ์คาร์บอนเป็นข้อกำหนดสำหรับระดับความบริสุทธิ์สูงสุดของวัสดุเหล่านี้ เนื่องจากไครโอลิธิก-อลูมินาที่หลอมด้วยไฟฟ้าไม่ควรมีสิ่งเจือปนของธาตุที่มีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม แคโทดในตอนแรกจะทำให้โลหะเสีย

ในอลูมินาเกรด G-00, G-0 และ G-1 ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการแยกกระแสไฟฟ้า เนื้อหาของ SiO 2 คือ 0.02-0.05% และ Fe 2 O 3 - 0.03-0.05% Cryolite มีค่าเฉลี่ย 0.36-0.38% SiO 2 และ 0.05-0.06% Fe 2 O 3 อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ 0.30-0.35% (SiO 2 + Fe 2 O 3) มวลขั้วบวกประกอบด้วย SiO 2 ไม่เกิน 0.25% และ 0.20% Fe 2 O 3

แร่อะลูมิเนียมที่สำคัญที่สุดที่สกัดอลูมินาคือบอกไซต์ ในบอกไซต์อลูมิเนียมมีอยู่ในรูปของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ในสหภาพโซเวียต นอกจากแร่อะลูมิเนียมแล้ว หินเนฟีลีนยังใช้ในการผลิตอลูมินา - โซเดียมและโพแทสเซียมอะลูมิโนซิลิเกต เช่นเดียวกับหินอลูไนต์ ซึ่งพบอะลูมิเนียมในรูปของซัลเฟต วัตถุดิบสำหรับการผลิตมวลแอโนดและบล็อกแอโนดอบเป็นวัสดุคาร์บอนบริสุทธิ์ - ปิโตรเลียมหรือโค้กพิตช์และพิตช์ถ่านหินเป็นสารยึดเกาะ และสำหรับการผลิตไครโอไลต์และเกลือฟลูออไรด์อื่นๆ - แคลเซียมฟลูออไรด์ (ฟลูออไรด์)

ในการผลิตอิเล็กโทรไลต์ของอลูมิเนียมอลูมินา Al 2 O 3 ละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว Na 3 AlF 6 การสลายตัวทางไฟฟ้าเคมีด้วยการปล่อยประจุบวกของอะลูมิเนียมที่แคโทด (อะลูมิเนียมเหลว) และไอออนที่มีออกซิเจน (ไอออนของออกซิเจน) - ที่ ขั้วบวกคาร์บอน

ตามแนวคิดสมัยใหม่ ไครโอไลต์ในสถานะหลอมเหลวจะแยกตัวออกเป็นไอออน และ : , และอลูมินา - เป็นไอออนเชิงซ้อน และ : ซึ่งอยู่ในสมดุลกับไอออนอย่างง่าย: , .

กระบวนการหลักที่เกิดขึ้นที่แคโทดคือการลดไอออนอะลูมิเนียมไตรวาเลนต์: Al 3+ + 3e → Al (I)

ควบคู่ไปกับกระบวนการหลัก การปล่อยไอออนอะลูมิเนียมไตรวาเลนท์ที่ไม่สมบูรณ์นั้นเป็นไปได้ด้วยการก่อตัวของไอออนโมโนวาเลนต์: Al 3+ + 2e → Al + (II) และสุดท้าย การปล่อยไอออนโมโนวาเลนต์ด้วยการปล่อยโลหะ: Al + + e → อัล (III).

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ (ความเข้มข้นค่อนข้างสูงของ Na + ไอออน อุณหภูมิสูง ฯลฯ) การปล่อยโซเดียมไอออนอาจเกิดขึ้นได้เมื่อปล่อยโลหะ: Na + + e → Na (IV) ปฏิกิริยา (II) และ (IV) ทำให้ผลผลิตอลูมิเนียมในปัจจุบันลดลง

ไอออนของออกซิเจนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกของคาร์บอน: 2O 2– – 4e → O 2 . อย่างไรก็ตาม ออกซิเจนจะไม่ถูกปล่อยออกมาในรูปแบบอิสระ เนื่องจากออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนของแอโนดเพื่อสร้างส่วนผสมของ CO 2 และ CO

ปฏิกิริยาโดยรวมที่เกิดขึ้นในอิเล็กโทรไลเซอร์สามารถแสดงได้ด้วยสมการ Al 2 O 3 + xC ↔ 2Al + (2x–3)CO + (3–x)CO 2

องค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรไลต์อลูมิเนียมอุตสาหกรรมนอกเหนือจากส่วนประกอบหลัก - cryolite อะลูมิเนียมฟลูออไรด์และอลูมินารวมถึงเกลืออื่น ๆ จำนวนเล็กน้อย (มากถึง 8-9%) - CaF 2 , MgF 2 , NaCl และ LiF (สารเติมแต่ง) ซึ่งปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของอิเล็กโทรไลต์และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลเซอร์ ปริมาณอลูมินาสูงสุดในอิเล็กโทรไลต์มักจะอยู่ที่ 6-8% ซึ่งลดลงระหว่างอิเล็กโทรไลซิส เมื่ออิเล็กโทรไลต์กลายเป็นอลูมินาหมด จะมีการนำอลูมินาอีกส่วนหนึ่งเข้าไป สำหรับการทำงานปกติของเซลล์อะลูมิเนียม อัตราส่วน NaF:AlF 3 ในอิเล็กโทรไลต์จะคงอยู่ภายใน 2.7-2.8 โดยการเพิ่มส่วนของไครโอไลต์และอะลูมิเนียมฟลูออไรด์

ในการผลิตอลูมิเนียม อิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดคาร์บอนที่อบเองได้และแหล่งจ่ายกระแสไฟด้านข้างหรือด้านบนถูกนำมาใช้ เช่นเดียวกับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดคาร์บอนที่อบไว้ล่วงหน้า แนวโน้มมากที่สุดคือการออกแบบเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่มีแอโนดอบ ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มกำลังหน่วยของหน่วย ลดการใช้ไฟฟ้ากระแสตรงเฉพาะสำหรับอิเล็กโทรลิซิส ได้โลหะบริสุทธิ์ ปรับปรุงสภาพการทำงานที่ถูกสุขอนามัยและถูกสุขลักษณะ และลด การปล่อยสารอันตรายสู่ชั้นบรรยากาศ

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักและตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมประเภทต่างๆ แสดงไว้ในตาราง 1.3.

ตาราง 1.3

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักและตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของอลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์

อะลูมิเนียมขั้นต้นที่สกัดจากอิเล็กโทรไลเซอร์ (อะลูมิเนียมดิบ) มีสิ่งเจือปนจำนวนหนึ่งที่สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: อโลหะ (เกลือฟลูออรีน, α- และ γ-อะลูมินา, อะลูมิเนียมคาร์ไบด์และไนไตรด์, อนุภาคถ่านหินที่กักขังทางกลไกเมื่อเทโลหะจาก อิเล็กโทรไลเซอร์ ); โลหะ (เหล็ก ซิลิกอน) ที่มาจากวัตถุดิบ วัสดุถ่านหิน และองค์ประกอบโครงสร้างของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ก๊าซ - ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนซึ่งเกิดขึ้นในโลหะอันเป็นผลมาจากการสลายตัวด้วยไฟฟ้าของน้ำที่เข้าสู่อิเล็กโทรไลต์ด้วยวัตถุดิบ

ของสิ่งเจือปนของโลหะ นอกจากเหล็กและซิลิกอนแล้ว ยังมีแกลเลียม สังกะสี ไททาเนียม แมงกานีส โซเดียม วาเนเดียม โครเมียม ทองแดง ในปริมาณมากที่สุด เนื้อหาของสิ่งเหล่านี้และ microimpurities ของโลหะอื่นๆ ในอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์แสดงไว้ด้านล่าง %:

แหล่งที่มาหลักของสิ่งเจือปนตามรอยโลหะในอะลูมิเนียมคืออลูมินา ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของวัตถุดิบ อาจมีแกลเลียม สังกะสี โพแทสเซียม ฟอสฟอรัส กำมะถัน วานาเดียม ไททาเนียม และโครเมียม วัสดุที่เป็นคาร์บอน (มวลแอโนด แอโนดอบ ผลิตภัณฑ์แคโทด) เป็นแหล่งของสิ่งเจือปนขนาดเล็ก เช่น วาเนเดียม ไททาเนียม แมงกานีส สังกะสี

โดยอิเล็กโทรลิซิสของไครโอไลต์-อลูมินาหลอม หากใช้วัสดุเริ่มต้นบริสุทธิ์ (ส่วนใหญ่เป็นอลูมินาและวัสดุคาร์บอน) สามารถรับอะลูมิเนียมดิบเกรด A85 และ A8 (99.85 และ 99.80%) ส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุดของโลหะในเกรดเหล่านี้ (60-70% ของผลผลิตทั้งหมด) ได้มาจากอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดอบ เช่นเดียวกับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีการจ่ายกระแสด้านข้าง (มากถึง 70% ของการผลิตทั้งหมด) สำหรับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดแบบอบเองและตัวนำกระแสไฟบน เอาต์พุตของอะลูมิเนียมดิบเกรด A8 ต่ำ (1-3%) และไม่สามารถรับโลหะเกรด A85 ได้เนื่องจากเหล็กเจือปนที่มีนัยสำคัญเข้าสู่อะลูมิเนียมจากวัสดุที่ไม่ใช่วัตถุดิบ (แอโนด) หมุด, ส่วนเหล็กหล่อของตัวสะสมก๊าซ , เครื่องมือเทคโนโลยี, หน่วยแคโทด)

อะลูมิเนียมขั้นปฐมที่หลอมละลายซึ่งสกัดจากเซลล์อิเล็กโทรไลต์โดยใช้ทัพพีสุญญากาศ เข้าสู่แผนกโรงหล่อเพื่อกลั่นสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและในก๊าซ และแปรรูปต่อไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่วางตลาด (หมู แท่งทรงกระบอกและแท่งแบน เหล็กลวด ฯลฯ) ก่อนเท อลูมิเนียมดิบจะถูกเก็บไว้ในสถานะหลอมเหลวในเตาหลอมแบบต้านทานไฟฟ้า (เครื่องผสม) หรือในเตาหลอมแบบใช้แก๊ส ในเตาเผาเหล่านี้ ไม่เพียงแต่จะทำการผสมอย่างมีเหตุผลของอะลูมิเนียมเหลวขององค์ประกอบต่างๆ เท่านั้น แต่ยังทำให้บริสุทธิ์บางส่วนจากการเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ ฟิล์มออกไซด์ และโซเดียมด้วย

การเทอลูมิเนียมจากเครื่องผสมลงในแท่งโลหะจะดำเนินการโดยใช้เครื่องหล่อแบบสายพานลำเลียง แท่งทรงกระบอกและแท่งแบนผลิตโดยการหล่อแบบกึ่งต่อเนื่อง และมีการใช้หน่วยการหล่อและการรีดแบบพิเศษร่วมกันในการผลิตเหล็กลวด

ที่โรงงานอลูมิเนียมในประเทศ เมื่อทำการหล่อหลอมอลูมิเนียมที่มาจากเครื่องผสมเข้าสู่แม่พิมพ์ของเครื่องหล่อจะถูกกรองแบบกลั่นที่ง่ายที่สุด - หลอมกรองผ่านตาข่ายแก้วที่มีเซลล์ขนาดตั้งแต่ 0.6 × 0.6 ถึง 1.7 × 1.7 มม. . วิธีนี้ช่วยให้คุณทำความสะอาดอะลูมิเนียมจากการรวมออกไซด์ที่หยาบมากเท่านั้น วิธีที่สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้นในการกรองของเหลวที่หลอมละลายผ่านตาข่ายแก้วในการไหลขึ้น ด้วยวิธีกรองนี้ อนุภาคของออกไซด์เจือปนที่ชนกับกริดจะไม่ถูกจับโดยกระแสหลอม แต่จะถูกฝากไว้ที่ด้านล่างของรางหล่อ

สำหรับการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พร้อมกัน ทั้งจากสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและจากไฮโดรเจน ใช้วิธีการกรองผ่านตัวกรองฟลักซ์ร่วมกับการขจัดไนโตรเจนได้สำเร็จ อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดของอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลเซอร์สามารถใช้เป็นฟลักซ์ได้ อันเป็นผลมาจากการทำให้บริสุทธิ์ดังกล่าว ปริมาณไฮโดรเจนในอะลูมิเนียมจะลดลงจาก 0.22 เป็น 0.16 ซม. 3 ต่อโลหะ 100 กรัม

ในอะลูมิเนียมขั้นต้นที่ใช้สำหรับการผลิตโลหะผสมของระบบ Al-Mg ปริมาณโซเดียมไม่ควรเกิน 0.001% เนื่องจากการมีอยู่ของโซเดียมในโลหะผสมเหล่านี้ทำให้คุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติการทำงานอื่นๆ ของผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในภาคส่วนต่างๆ ของเศรษฐกิจของประเทศแย่ลง

วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการกลั่นอะลูมิเนียมจากโซเดียม ไฮโดรเจน และสิ่งสกปรกที่ไม่ใช่โลหะพร้อมกัน คือการเป่าโลหะหลอมเหลวที่มีส่วนผสมของก๊าซไนโตรเจนกับคลอรีน 2-10% นำไปหลอมในรูปของฟองอากาศขนาดเล็กโดยใช้ อุปกรณ์พิเศษ วิธีการกลั่นนี้ทำให้สามารถลดปริมาณโซเดียมในอะลูมิเนียมลงเหลือ 0.0003-0.001% ที่การใช้ก๊าซผสม 0.8 ถึง 1.5 ม. 3 /ตัน ของโลหะ

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในการผลิตอลูมิเนียมเชิงพาณิชย์ 1 ตันจากโลหะดิบโดยใช้เตาไฟฟ้าคือ 150-200 kWh; การสูญเสียโลหะในโรงหล่อที่แก้ไขไม่ได้คือ 1.5-5% ขึ้นอยู่กับประเภทของผลิตภัณฑ์ในท้องตลาด

รับอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง

เพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง (เกรด A995-A95) อะลูมิเนียมขั้นต้นที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิคจะได้รับการกลั่นด้วยไฟฟ้า ทำให้สามารถลดเนื้อหาของโลหะและก๊าซเจือปนในอะลูมิเนียมได้ และทำให้ค่าการนำไฟฟ้า ความเหนียว การสะท้อนแสง และความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก

การกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าทำได้โดยวิธีอิเล็กโทรลิซิสของเกลือหลอมเหลวในวิธีสามชั้น สาระสำคัญของวิธีการมีดังนี้ มีสามชั้นหลอมเหลวในเซลล์การกลั่น อันล่างที่หนักที่สุดอยู่ด้านล่างที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและทำหน้าที่เป็นแอโนด เรียกว่าโลหะผสมแอโนดและเป็นโลหะผสมของอลูมิเนียมขัดสีกับทองแดงซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อทำให้ชั้นหนักขึ้น ชั้นกลางเป็นอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว ความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของโลหะผสมแอโนดและสูงกว่าความหนาแน่นของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (แคโทด) บริสุทธิ์ที่อยู่เหนืออิเล็กโทรไลต์ (ชั้นของเหลวด้านบนและชั้นที่สาม)

ในระหว่างการละลายขั้วบวก สิ่งเจือปนทั้งหมดจะมีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม (Fe, Si, Ti, Cu เป็นต้น) จะยังคงอยู่ในโลหะผสมขั้วบวกโดยไม่ผ่านเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ ในทางกายวิภาค มีเพียงอะลูมิเนียมเท่านั้นที่จะละลาย ซึ่งในรูปของไอออน Al 3+ จะผ่านเข้าสู่อิเล็กโทรไลต์: Al– 3e → Al 3+

ในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิส อะลูมิเนียมไอออนจะถูกถ่ายโอนไปยังแคโทดซึ่งจะถูกปล่อยออก: Al 3+ + 3e → Al เป็นผลให้ชั้นของอลูมิเนียมกลั่นหลอมเหลวสะสมบนแคโทด

หากสิ่งเจือปนมีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม (เช่น Ba, Na, Mg, Ca) มีอยู่ในโลหะผสมแอโนด ก็สามารถละลายด้วยไฟฟ้าเคมีบนแอโนดร่วมกับอะลูมิเนียมและผ่านเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ในรูปของไอออน เนื่องจากเนื้อหาของสิ่งเจือปนทางไฟฟ้าในอะลูมิเนียมดิบมีปริมาณต่ำ จึงไม่สะสมในปริมาณที่ประเมินค่าได้ในอิเล็กโทรไลต์ การคายประจุของไอออนเหล่านี้บนแคโทดแทบไม่เกิดขึ้น เนื่องจากศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดมีค่าไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม

ในฐานะที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ในการกลั่นด้วยไฟฟ้าของอลูมิเนียมในสหภาพโซเวียตและในประเทศส่วนใหญ่ใช้อิเล็กโทรไลต์ฟลูออไรด์คลอไรด์ซึ่งมีองค์ประกอบคือ 55-60% BaCl 2, 35-40% AlF 4 + NaF และ 0-4 % NaCl อัตราส่วนโมลาร์ของ NaF: AlF 3 รองรับ 1.5-2.0; จุดหลอมเหลวของอิเล็กโทรไลต์ 720-730 องศาเซลเซียส; อุณหภูมิของกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสอยู่ที่ประมาณ 800 องศาเซลเซียส; ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ 2.7 g/cm 3 .

โลหะผสมแอโนดเตรียมจากอะลูมิเนียมขั้นต้นและทองแดงบริสุทธิ์ (99.90-99.95% Cu) ซึ่งนำเข้าสู่โลหะในปริมาณ 30-40% ความหนาแน่นของโลหะผสมแอโนดเหลวขององค์ประกอบนี้คือ 3-3.5 g/cm 3 ; ความหนาแน่นของอะลูมิเนียมแคโทดหลอมเหลวบริสุทธิ์คือ 2.3 g/cm3 ด้วยอัตราส่วนของความหนาแน่นนี้ เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการแยกชั้นหลอมเหลวที่ดีทั้งสามชั้นจะถูกสร้างขึ้น

ในระบบควอเทอร์นารี Al-Cu-Fe-Si ซึ่งเป็นโลหะผสมของแอโนด ยูเทคติกจะก่อตัวขึ้นโดยมีจุดหลอมเหลว 520 องศาเซลเซียส โดยการหล่อเย็นโลหะผสมแอโนดที่มีสิ่งเจือปนของเหล็กและซิลิกอนในปริมาณที่สูงกว่าความเข้มข้นของยูเทคติก จึงสามารถแยกเหล็กและซิลิกอนออกเป็นเฟสของแข็งได้ในรูปของสารประกอบระหว่างโลหะคือ FeSiAl 5 และ Cu 2 FeAl 7 เนื่องจากอุณหภูมิของโลหะผสมแอโนดในกระเป๋าเซลล์นั้นต่ำกว่าอุณหภูมิของโลหะผสมแอโนดในพื้นที่ทำงานของอ่าง 30-40 องศาเซลเซียส ตะกอนระหว่างโลหะที่เป็นของแข็งจะถูกปล่อยออกมา (เนื่องจากเหล็กและซิลิกอนสะสมอยู่ในแอโนด โลหะผสม) ด้วยการขจัดตะกอนเหล่านี้ออกเป็นระยะ โลหะผสมแอโนดจะถูกทำความสะอาด (ไม่มีการต่ออายุ) จากสิ่งสกปรกของเหล็กและซิลิกอน เนื่องจากแกลเลียมมีความเข้มข้นในโลหะผสมแอโนด ตะกอนที่สกัดจากอิเล็กโทรไลเซอร์ (30-40 กก. ต่ออะลูมิเนียม 1 ตัน) สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งเพื่อให้ได้โลหะนี้

สำหรับการกลั่นด้วยไฟฟ้าจะใช้อิเล็กโทรไลเซอร์ซึ่งในการออกแบบคล้ายกับอิเล็กโทรไลต์ที่มีแอโนดอบสำหรับการผลิตอิเล็กโทรไลต์ของอลูมิเนียมขั้นต้น แต่มีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันของเสา: เตาทำหน้าที่เป็นขั้วบวกและแถวบนของอิเล็กโทรดทำหน้าที่เป็นแคโทด . อิเล็กโทรไลเซอร์สมัยใหม่สำหรับการกลั่นด้วยไฟฟ้าของอะลูมิเนียมได้รับการออกแบบสำหรับกระแสสูงถึง 75 kA

ด้านล่างนี้เป็นตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจหลักของอิเล็กโทรไลเซอร์สำหรับปี 1979 ซึ่งทำได้โดยองค์กรในประเทศ (1, 2, 3)

ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าเคมีที่คำนวณจากโลหะที่เทจากอิเล็กโทรไลต์คือ 97-98% เอาต์พุตปัจจุบันจริงซึ่งคำนวณโดยปริมาณโลหะเชิงพาณิชย์คือ 92-96%

ปัจจัยหลักที่ลดประสิทธิภาพในปัจจุบัน นอกเหนือจากการสูญเสียกระแสตรงสำหรับการปล่อยอิออนอิเลคโตรเนกาติตีมากขึ้น การสูญเสียโลหะอันเนื่องมาจากการเกิดออกซิเดชันและการสูญเสียทางกลของอะลูมิเนียม คือ การทำงานของอิเล็กโทรไลเซอร์ด้วยการปล่อยโลหะนอกเกรด ซึ่ง กลับคืนสู่โลหะผสมแอโนดอีกครั้งเพื่อการกลั่นต่อไป ช่วงเวลาการทำงานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้เกิดขึ้นในระหว่างการเริ่มต้นของอิเล็กโทรไลเซอร์และการละเมิดระบอบเทคโนโลยี

การกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานมาก ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในกระแสสลับ รวมถึงพลังงานที่ใช้ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์และโลหะผสมแอโนด การทำงานของอุปกรณ์ระบายอากาศและยานพาหนะ รวมถึงการสูญเสียในการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงอยู่ที่ 18.5-21.1,000 kWh ต่ออลูมิเนียม 1 ตัน ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของการกลั่นอิเล็กโทรไลต์ไม่เกิน 5-7% กล่าวคือ 93-95% ของพลังงานถูกใช้ไปในรูปของการสูญเสียความร้อนซึ่งส่วนใหญ่ปล่อยออกมาในชั้นอิเล็กโทรไลต์ (ประมาณ 80-85% ของความร้อนทั้งหมดอินพุต) . ดังนั้น วิธีหลักในการลดการใช้พลังงานเฉพาะสำหรับการกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าคือการปรับปรุงฉนวนความร้อนของอิเล็กโทรไลเซอร์ (โดยเฉพาะส่วนบนของโครงสร้าง) และลดชั้นอิเล็กโทรไลต์ (ลดระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด)

ความบริสุทธิ์ของอลูมิเนียมที่กลั่นด้วยวิธีสามชั้น 99.995%; มันถูกกำหนดโดยความแตกต่างจากสิ่งเจือปนหลักห้าประการ - เหล็ก ซิลิกอน ทองแดง สังกะสีและไททาเนียม ปริมาณโลหะของเกรดนี้ที่ได้รับสามารถเป็น 45-48% ของผลผลิตทั้งหมด (โดยไม่ผสมกับเกรดที่ต่ำกว่า)

อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าจะมีสิ่งเจือปนของโลหะอื่นๆ น้อยกว่า ซึ่งจะช่วยลดความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมดังกล่าว การวิเคราะห์กัมมันตภาพรังสีทำให้สามารถตรวจจับสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าได้มากถึง 30 อย่าง ซึ่งเนื้อหาทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 60-10-4% ดังนั้นความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมกลั่นที่แตกต่างจากสิ่งเจือปนเหล่านี้จึงอยู่ที่ 99.994%

นอกเหนือจากสิ่งเจือปนที่ GOST จัดหาให้ (ดูตารางที่ 1.1) แบรนด์ทั่วไป (A99) ของอะลูมิเนียมกลั่นด้วยไฟฟ้าประกอบด้วย%: Cr 0.00016; วี 0.0001; กา 0.0006; PB 0.002; สน 0.00005; แคลิฟอร์เนีย 0.002-0.003; นา 0.001-0.008; Mn 0.001-0.007; มก. 0.001-0.007; เนื่องจาก<0,0001; Sb<0,00002; Bi<0,00001; Cd<0,000001; S 0,0007.

หนึ่งในแหล่งที่มาของการปนเปื้อนของอะลูมิเนียมแคโทดคือตัวนำกราไฟท์ดาวน์ที่มีเหล็กและซิลิกอนออกไซด์และสัมผัสกับอลูมิเนียมกลั่นอย่างต่อเนื่อง หากกระแสไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับอะลูมิเนียมแคโทดโดยตรงโดยบัสบาร์อะลูมิเนียม และใช้เครื่องมือที่ทำจากกราไฟท์บริสุทธิ์มาก เป็นไปได้ที่จะได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ 99.999% โดยความแตกต่างกับสิ่งเจือปนที่ตรวจจับได้ (Fe, Si, Cu, Zn และ Ti ). โลหะนี้มีค่าเฉลี่ย %: Si 0.0002; เฟ 0.00032; ลูกบาศ์ก 0.0002; Zn 0.0002 และ Ti 0.00005 อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัญหาทางเทคนิค วิธีการจ่ายกระแสไฟนี้ยังไม่พบการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง

รับอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง

อะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูง (เกรด A999) สามารถรับได้สามวิธี: การหลอมแบบโซน การกลั่นผ่านซับฮาไลด์ และการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียม จากวิธีการข้างต้นในการผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง วิธีการหลอมโซนได้รับการนำไปใช้จริงในสหภาพโซเวียต

หลักการของการหลอมโซนประกอบด้วยการเคลื่อนตัวของโซนหลอมเหลวหลายครั้งตามแท่งอลูมิเนียม โดยค่าสัมประสิทธิ์การกระจาย K = C ทีวี / C w (โดยที่ C ทีวีคือความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในของแข็งและ C l - ในระยะของเหลว) ซึ่งส่วนใหญ่จะกำหนดประสิทธิภาพของการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรก สิ่งสกปรกเหล่านี้สามารถ แบ่งออกเป็นสามกลุ่ม กลุ่มแรกประกอบด้วยสิ่งเจือปนที่ลดจุดหลอมเหลวของอลูมิเนียม พวกเขามี k<1, при зонной плавке концентрируются в расплавленной зоне и переносятся ею к конечной части слитка. К числу этих примесей принадлежат Ga, Sn, Be, Sb, Ca, Th, Fe, Co, Ni, Ce, Te, Ba, Pt, Au, Bi, Pb, Cd, In, Na, Mg, Cu, Si, Ge, Zn. Ко второй группе принадлежат примеси, повышающие темпера­туру плавления алюминия; они характеризуют­ся К>1 และในระหว่างการหลอมโซนจะเข้มข้นในส่วนที่เป็นของแข็ง (เริ่มต้น) ของแท่งโลหะ สิ่งเจือปนเหล่านี้รวมถึง Nb, Ta, Cr, Ti, Mo, V. กลุ่มที่สามรวมถึงสิ่งเจือปนที่มีค่าสัมประสิทธิ์การกระจายใกล้กับเอกภาพมาก (Mn, Sc) สารเจือปนเหล่านี้จะไม่ถูกขจัดออกในระหว่างการหลอมโซนของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมที่ใช้สำหรับการหลอมโซนต้องเตรียมการบางอย่าง ซึ่งประกอบด้วยการกรอง การแยกก๊าซออก และการดอง จำเป็นต้องมีการกรองเพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ที่ทนไฟและทนทานซึ่งกระจายอยู่ในโลหะออกจากอลูมิเนียม อลูมินาที่มีอยู่ในอะลูมิเนียมหลอมเหลวสามารถสร้างศูนย์กลางการตกผลึกในระหว่างการแข็งตัว ซึ่งนำไปสู่การผลิตแท่งคริสตัลไลน์และการหยุดชะงักของผลกระทบของการกระจายของสิ่งสกปรกระหว่างโลหะแข็งกับโซนหลอมเหลว อลูมิเนียมถูกกรองในสุญญากาศ (แรงดันตกค้าง 0.1-0.4 Pa) ผ่านรูที่ด้านล่างของเบ้าหลอมกราไฟท์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5-2 มม. การกำจัดแก๊สอะลูมิเนียมเบื้องต้นก่อนการหลอมโซน (รวมถึงการให้ความร้อนในสุญญากาศด้วย) จะดำเนินการเพื่อป้องกันการกระเด็นของโลหะระหว่างการหลอมโซนในกรณีที่ดำเนินการในสุญญากาศสูง ขั้นตอนสุดท้ายในการเตรียมอะลูมิเนียมสำหรับการหลอมโซนคือการกัดผิวด้วยส่วนผสมของกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นและกรดไนตริก

เนื่องจากอะลูมิเนียมมีกิจกรรมทางเคมีที่สำคัญ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกราไฟต์บริสุทธิ์ถูกใช้เป็นวัสดุหลักสำหรับคอนเทนเนอร์ (เรือ) การหลอมโซนของอะลูมิเนียมจะดำเนินการในสุญญากาศหรือในบรรยากาศก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน ฮีเลียม)

การหลอมโซนในสุญญากาศทำให้อะลูมิเนียมมีความบริสุทธิ์สูงเนื่องจากการระเหยของสิ่งเจือปนบางอย่างในระหว่างการดูดฝุ่น (โลหะแมกนีเซียม สังกะสี แคดเมียม อัลคาไล และอัลคาไลน์เอิร์ท) และยังไม่รวมการปนเปื้อนของโลหะบริสุทธิ์ที่มีสิ่งสกปรกอันเป็นผลมาจากการใช้ ป้องกันก๊าซเฉื่อย การหลอมอะลูมิเนียมแบบโซนในสุญญากาศสามารถทำได้ด้วยการอพยพอย่างต่อเนื่องของหลอดควอทซ์ โดยวางเรือกราไฟต์ที่มีแท่งอะลูมิเนียมไว้ เช่นเดียวกับหลอดควอตซ์ที่ปิดสนิท ซึ่งอากาศจะถูกอพยพในขั้นต้นไปยังความดันที่เหลือประมาณ 1 ּ10–3 Pa.

ในการสร้างโซนหลอมเหลวบนแท่งอลูมิเนียมในระหว่างการหลอมโซน สามารถใช้ความร้อนโดยใช้เตาเผาที่มีความต้านทานขนาดเล็กหรือกระแสความถี่สูง แหล่งจ่ายไฟของเตาต้านทานไฟฟ้าไม่ต้องการอุปกรณ์ที่ซับซ้อน เตาเผานั้นใช้งานง่าย ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวของวิธีการให้ความร้อนนี้คือการทำความสะอาดส่วนตัดขวางขนาดเล็กของแท่งอลูมิเนียม

การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำด้วยกระแสความถี่สูงเป็นวิธีที่เหมาะที่สุดในการสร้างโซนหลอมเหลวบนแท่งโลหะในการหลอมโซน วิธีการให้ความร้อนด้วยความถี่สูง (นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่จะช่วยให้โซนหลอมละลายของโลหะส่วนใหญ่) มีข้อได้เปรียบที่สำคัญที่โลหะหลอมเหลวจะถูกผสมอย่างต่อเนื่องในโซน สิ่งนี้อำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของอะตอมสิ่งเจือปนจากด้านหน้าการตกผลึกไปยังความลึกของการหลอมเหลว

เป็นครั้งแรกที่โรงงานผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยการหลอมแบบโซนถูกควบคุมโดยโรงงานอะลูมิเนียม Volkhov ในปี 1965 โดยใช้หน่วย UZPI-3 ที่พัฒนาโดย VAMI เป็นครั้งแรก การตั้งค่านี้ได้รับการติดตั้งควอตซ์ retorts แบบเหนี่ยวนำความร้อนสี่ตัว โดยตัวเหนี่ยวนำสามารถเคลื่อนที่ได้และภาชนะโลหะอยู่กับที่ ผลผลิตคือโลหะ 20 กก. ต่อรอบการทำความสะอาด ต่อจากนั้น การติดตั้งโลหะทั้งหมด UZPI-4 ที่มีประสิทธิภาพสูงได้ถูกสร้างขึ้นและนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในปี 1972 ที่โรงงานอะลูมิเนียม Volkhov

ประสิทธิภาพของการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในระหว่างการหลอมโซนสามารถจำแนกได้จากข้อมูลต่อไปนี้ หากเนื้อหารวมของสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าคือ (30÷60)ּ10 -4% จากนั้นหลังจากการหลอมโซนแล้ว จะลดลงเป็น (2.8÷3.2)ּ10 -4% นั่นคือ 15-20 ครั้ง ซึ่งสอดคล้องกับค่าความต้านทานไฟฟ้าตกค้างของอะลูมิเนียม ρ ○ (ที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลว 4.2 K) ตามลำดับ (20÷40)ּ10 –10 และ (1.8÷2.1)ด10 –10 หรือความบริสุทธิ์ 99.997-99.994 และ 99.9997% . ในตาราง. 1.4 (ดูด้านล่าง) แสดงข้อมูลการวิเคราะห์กัมมันตภาพรังสีเกี่ยวกับเนื้อหาของสิ่งเจือปนบางอย่างในอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ตามโซนและการกลั่นด้วยไฟฟ้า ข้อมูลเหล่านี้บ่งชี้ว่าปริมาณสิ่งเจือปนส่วนใหญ่ลดลงอย่างมาก แม้ว่าสิ่งเจือปน เช่น แมงกานีสและสแกนเดียมจะไม่ถูกขจัดออกในระหว่างการหลอมโซน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา VAMI ได้พัฒนาและทดสอบภายใต้สภาวะอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นเทคโนโลยีสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.9999% โดยวิธีการหลอมละลายโซนคาสเคด สาระสำคัญของวิธีการหลอมละลายโซนคาสเคดคือการทำให้อะลูมิเนียมดั้งเดิมที่มีความบริสุทธิ์ A999 บริสุทธิ์โดยการทำซ้ำรอบ (การเรียงซ้อน) ของแถบโซนอย่างต่อเนื่อง ในกรณีนี้ วัสดุต้นทางของแต่ละน้ำตกที่ตามมาคือส่วนตรงกลางและบริสุทธิ์ที่สุดของแท่งโลหะที่ได้รับจากรอบการทำความสะอาดครั้งก่อน

ตารางที่1.4

ในตาราง. 1.5 (ดูด้านล่าง) แสดงผลการวิเคราะห์มวลสารและการวัดอะลูมิเนียม R 293 K / R 4.2 K ที่ได้จากการหลอมโซนคาสเคด จากข้อมูลข้างต้น สรุปได้ว่าความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมดังกล่าว พิจารณาจากความแตกต่างของสิ่งเจือปนหลักสิบประการ (Si, Fe, Mg, Mn, Ti, Cu, Cr, Zn, Na และ V) คือ > 99.9999 %. ข้อสรุปนี้ได้รับการยืนยันทางอ้อมโดยค่าของ R 293 K /R 4.2 K ซึ่งในตัวอย่างทั้งหมดคือ >30ּ10 3

เพื่อให้ได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ 99.9999% ก็เพียงพอที่จะทำการหลอมโซนสองครั้ง (ดูตารางที่ 1.5) จำนวนขั้นที่เพิ่มขึ้นอีกไม่ได้เพิ่มความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียม แม้ว่าจะเพิ่มผลผลิตโดยรวมของโลหะด้วยความบริสุทธิ์ 99.9999%

อีกกระบวนการที่เป็นไปได้เพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงคือการกลั่นผ่านซับฮาไลด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านอะลูมิเนียมซับฟลูออไรด์

ความดันไออิ่มตัวของอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะนั้นไม่สูงพอที่จะทำการกลั่นโดยตรงในอัตราที่ยอมรับได้ในทางปฏิบัติ อย่างไรก็ตาม เมื่อให้ความร้อนในสุญญากาศ (ที่ 1,000-1050 °C) ด้วย AlF 3 อะลูมิเนียมจะก่อตัวเป็น subfluoride AlF ที่มีความผันผวนสูง ซึ่งถูกกลั่นเข้าไปในเขตเย็น (800 °C) ซึ่งจะสลายตัวอีกครั้ง (ไม่สมส่วน) ด้วยการปล่อย ของอลูมิเนียมบริสุทธิ์:

ความเป็นไปได้ของการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์อย่างล้ำลึกจากสิ่งเจือปนส่วนใหญ่เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าความน่าจะเป็นของการก่อตัวของสารประกอบย่อยของอะลูมิเนียมนั้นมากกว่าความน่าจะเป็นของการก่อตัวของสารประกอบย่อยสิ่งเจือปน

ตาราง 1.5

ผลการวิเคราะห์มวลสเปกตรัมและการวัด R 293 K / R 4.2 K ALUMINUM ของการหลอมละลายของโซน CASCADE

เนื้อหาของสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียมที่กลั่นผ่านซับฟลูออไรด์สัมพันธ์ผกผันกับมวลของแท่งโลหะที่เป็นผลลัพธ์ ในแท่งโลหะที่มีน้ำหนัก 1.5-1.7 กก. ปริมาณรวมของสิ่งเจือปน (Si, Fe, Cu, Mg) คือ 11²10 -4% และเนื้อหาของก๊าซคือ 0.007 cm 3 / 100 g. ความต้านทานตกค้างจำเพาะ (ρ ○) ที่ของเหลว อุณหภูมิฮีเลียมสำหรับโลหะดังกล่าวคือ (1.7÷2.0) การกลั่นอะลูมิเนียมผ่านซับฟลูออไรด์มีข้อเสียหลายประการ (ผลผลิตค่อนข้างต่ำ การทำให้บริสุทธิ์จากแมกนีเซียมในระดับลึกไม่เพียงพอ ฯลฯ) ดังนั้น วิธีการนี้จึงไม่ได้รับการพัฒนาทางอุตสาหกรรม

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาวิธีการเพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมเชิงซ้อน ซึ่งมีความแตกต่างกันในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ ตัวอย่างเช่น ในประเทศเยอรมนี ใช้วิธีอิเล็กโทรไลซิสของสารละลาย 50% ของ NaF ּ2Al (C 2 H 5) 3 ในโทลูอีน การกลั่นจะดำเนินการที่ 100°C แรงดันไฟฟ้าในเซลล์ 1.0-1.5 V และความหนาแน่นกระแส 0.3-0.5 A/DM 2 โดยใช้ขั้วไฟฟ้าอะลูมิเนียม ประสิทธิภาพกระแสแคโทด 99% การกลั่นด้วยไฟฟ้าเคมีในอิเล็กโทรไลต์ออร์กาโนอะลูมิเนียมช่วยลดปริมาณแมงกานีสและสแกนเดียมได้อย่างมาก ซึ่งแทบไม่ถูกขจัดออกในระหว่างการทำความสะอาดโซน ข้อเสียของวิธีนี้คือให้ผลผลิตต่ำและมีอันตรายจากไฟไหม้สูง

สำหรับการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ที่ลึกยิ่งขึ้นและได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ตั้งแต่ 99.99999% ขึ้นไป สามารถใช้วิธีการข้างต้นร่วมกันได้: อิเล็กโทรลิซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมหรือการระเหิดผ่านซับฟลูออไรด์ ตามด้วยการหลอมโซนของอะลูมิเนียมที่ได้รับ ตัวอย่างเช่น โดยการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในโซนซ้ำๆ ที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียม เป็นไปได้ที่จะได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยมีปริมาณสิ่งเจือปนอยู่ที่ ×10–9%: Fe 50; ซิ<500; Cu 10; Mg 30; Mn 5; Ti <500; Cr 20; Zn <50; Co <1; Ag <5; Sb <1 и Se 3.

แอปพลิเคชัน

การรวมกันของคุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีของอะลูมิเนียมเป็นตัวกำหนดการใช้งานอย่างกว้างขวางในเกือบทุกด้านของเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบของโลหะผสมกับโลหะอื่นๆ ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า อะลูมิเนียมประสบความสำเร็จในการแทนที่ทองแดง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตตัวนำขนาดใหญ่ เช่น ในสายไฟเหนือศีรษะ สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง บัสบาร์สวิตช์เกียร์ หม้อแปลง (ค่าการนำไฟฟ้าของอะลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้าสูงถึง 65.5% ของทองแดง และ มันเบากว่าทองแดงมากกว่าสามเท่าด้วยหน้าตัดที่ให้ค่าการนำไฟฟ้าเท่ากันมวลของลวดอลูมิเนียมจึงเท่ากับครึ่งหนึ่งของสายทองแดง) อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พิเศษใช้ในการผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้าและวงจรเรียงกระแส ซึ่งการทำงานจะขึ้นอยู่กับความสามารถของฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ในการส่งกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พิเศษที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์โดยการหลอมโซน ใช้สำหรับการสังเคราะห์สารกึ่งตัวนำชนิด A III B V ที่ใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ อลูมิเนียมบริสุทธิ์ใช้ในการผลิตกระจกสะท้อนแสงประเภทต่างๆ อะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูงใช้ปกป้องพื้นผิวโลหะจากการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ (การหุ้ม สีอะลูมิเนียม) ด้วยส่วนการดูดกลืนนิวตรอนที่ค่อนข้างต่ำ อะลูมิเนียมจึงถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ถังอะลูมิเนียมความจุสูงเก็บและขนส่งก๊าซเหลว (มีเทน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ฯลฯ) กรดไนตริกและอะซิติก น้ำบริสุทธิ์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำมันที่บริโภคได้ อลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์และอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมอาหาร สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร (ในรูปของฟอยล์) สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนต่างๆ การใช้อลูมิเนียมในการตกแต่งอาคาร สถาปัตยกรรม การขนส่งและการกีฬาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ในทางโลหะวิทยา อะลูมิเนียม (นอกเหนือจากโลหะผสมที่มีพื้นฐานจากมัน) เป็นหนึ่งในสารเจือปนโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดในโลหะผสมตาม Cu, Mg, Ti, Ni, Zn และ Fe นอกจากนี้ อะลูมิเนียมยังใช้กำจัดเหล็กออกซิไดซ์ก่อนเทลงในแม่พิมพ์ เช่นเดียวกับในกระบวนการเพื่อให้ได้โลหะบางชนิดด้วยวิธีความร้อนจากอะลูมิเนียม บนพื้นฐานของอลูมิเนียม SAP (ผงอลูมิเนียมเผา) ถูกสร้างขึ้นโดยผงโลหะซึ่งมีความต้านทานความร้อนสูงที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 ° C

การเพิ่มคุณค่าของก๊าซแอโนดด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์และการปรากฏตัวของอนุภาคคาร์บอนขนาดเล็กมากในอิเล็กโทรไลต์ ความซับซ้อนอีกประการหนึ่งของกระบวนการแคโทดิกคือการปลดปล่อย Na+ cations ซึ่งมีอยู่ในอะลูมิเนียมเสมอในระหว่างการผลิต ปริมาณโซเดียมที่ปล่อยออกมาขึ้นอยู่กับอัตราส่วนไครโอไลต์ (CR) ของอิเล็กโทรไลต์ เมื่อ KO ลดลงจาก 3 เป็น 2.5 ปริมาณโซเดียมจะลดลง 2.5 เท่า ที่อุณหภูมิ...

ในกรณีของการใช้แอโนดแบบอบเอง ส่วนหนึ่งของมวลแอโนดจะถูกลบออกจากกระบวนการในรูปของส่วนประกอบที่ระเหยง่ายของถ่านโค้ก ในการคำนวณวัสดุ จะกำหนดผลิตผลของเซลล์อิเล็กโทรไลต์และปริมาณการใช้วัตถุดิบสำหรับการผลิตอะลูมิเนียม ประสิทธิภาพของเซลล์ (P) โดยมีค่าความแรงกระแส J = 155A และกระแสไฟขาออกที่ยอมรับได้ = 86% คือ โดยที่ 0.3354 เทียบเท่ากับไฟฟ้าเคมี - ...

อัตราส่วนของธาตุเหล็กและซิลิกอนเจือปนอื่นรวมอยู่ในองค์ประกอบ ตัวอักษร E ในแบรนด์ AE หมายความว่าอลูมิเนียมของแบรนด์นี้มีไว้สำหรับการผลิตสายไฟ ข้อกำหนดเพิ่มเติมสำหรับคุณสมบัติของอลูมิเนียมคือความต้านทานไฟฟ้าต่ำ ซึ่งสำหรับลวดที่ทำขึ้นไม่ควรเกิน 0.0280 ohm mm m ที่ 20 C อลูมิเนียมใช้สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์จากมัน...

1.1 การรับอลูมินาจากแร่

อลูมินาได้มาจากสามวิธี: อัลคาไลน์ กรด และอิเล็กโทรไลต์ วิธีที่พบมากที่สุดคือวิธีอัลคาไลน์ (วิธีของ K. I. ไบเออร์ซึ่งพัฒนาขึ้นในรัสเซียเมื่อปลายศตวรรษก่อนและใช้สำหรับการประมวลผลบอกไซต์คุณภาพสูงที่มีซิลิกาเล็กน้อย (มากถึง 5-6%)) ตั้งแต่นั้นมา ประสิทธิภาพทางเทคนิคก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก รูปแบบการผลิตอลูมินาโดยวิธีไบเออร์แสดงในรูปที่ หนึ่ง.

สาระสำคัญของวิธีการนี้อยู่ที่ความจริงที่ว่าสารละลายอลูมิเนียมจะสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อมีการนำอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เข้ามา และสารละลายที่เหลือจากการสลายตัวหลังจากการระเหยของสารภายใต้สภาวะของการผสมแบบเข้มข้นที่ 169-170 ° C สามารถละลายอลูมินาที่มีอยู่ในบอกไซต์ได้อีกครั้ง วิธีนี้ประกอบด้วยการดำเนินการหลักดังต่อไปนี้:

การเตรียมอะลูมิเนียมซึ่งประกอบด้วยการบดและบดในโรงสี โรงสีจะมาพร้อมกับบอกไซต์ ด่างกัดกร่อน และมะนาวจำนวนเล็กน้อย ซึ่งช่วยเพิ่มการปลดปล่อย Al 2 O 3 ; เยื่อกระดาษที่ได้จะถูกป้อนเพื่อชะล้าง

การชะล้างบอกไซต์ (เมื่อเร็ว ๆ นี้บล็อกหม้อนึ่งความดันรูปทรงกลมที่ใช้จนถึงขณะนี้ได้ถูกแทนที่บางส่วนด้วยหม้อนึ่งความดันแบบท่อซึ่งการชะจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 230-250 ° C (500-520 K) ซึ่งประกอบด้วยการสลายตัวทางเคมีจากการมีปฏิสัมพันธ์กับ สารละลายด่าง อะลูมิเนียมออกไซด์ไฮเดรตเมื่อทำปฏิกิริยากับด่างให้เข้าสู่สารละลายในรูปของโซเดียมอะลูมิเนต:

AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O

อัล(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;

SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H 2 O;

ในสารละลายโซเดียมอะลูมิเนตและโซเดียมซิลิเกตก่อให้เกิดโซเดียมอะลูมิโนซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำ ไททาเนียมและเหล็กออกไซด์ผ่านเข้าไปในสารตกค้างที่ไม่ละลายน้ำทำให้สารตกค้างเป็นสีแดง สารตกค้างนี้เรียกว่าโคลนแดง เมื่อเสร็จสิ้นการละลาย โซเดียมอะลูมิเนตที่เป็นผลลัพธ์จะถูกเจือจางด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของอัลคาไลในขณะที่ลดอุณหภูมิลง 100°C;

การแยกสารละลายอะลูมิเนตออกจากโคลนสีแดง มักจะล้างด้วยสารเพิ่มความข้นพิเศษ ด้วยเหตุนี้ โคลนสีแดงจึงตกลงมา และสารละลายอะลูมิเนตจะถูกระบายออกแล้วกรองออก (ชี้แจง) ในปริมาณที่จำกัด กากตะกอนจะถูกใช้ ตัวอย่างเช่น เป็นสารเติมแต่งสำหรับซีเมนต์ ขึ้นอยู่กับเกรดของแร่อะลูมิเนียม 0.6-1.0 ตันของโคลนสีแดง (สารตกค้างแห้ง) ต่ออลูมินา 1 ตันที่ได้รับ

การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนต มันถูกกรองและสูบลงในภาชนะขนาดใหญ่ที่มีตัวกวน (ตัวย่อยสลาย) อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 ถูกสกัดจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเมื่อเย็นลงจนถึง 60°C (330 K) และกวนอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างช้าๆและไม่สม่ำเสมอ และการก่อตัวและการเติบโตของผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการประมวลผลต่อไป จึงมีการเพิ่มไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งจำนวนมากลงในตัวย่อยสลาย - เมล็ดพืช:

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

การจัดสรรอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และการจำแนกประเภท สิ่งนี้เกิดขึ้นในไฮโดรไซโคลนและตัวกรองสุญญากาศ ซึ่งตะกอนที่มีอนุภาค Al(OH) 50-60% ถูกแยกออกจากสารละลายอะลูมิเนต ส่วนสำคัญของไฮดรอกไซด์จะกลับสู่กระบวนการย่อยสลายเป็นวัสดุเมล็ด ซึ่งยังคงหมุนเวียนอยู่ในปริมาณที่ไม่เปลี่ยนแปลง สารตกค้างหลังจากล้างด้วยน้ำจะถูกเผา ตัวกรองจะกลับสู่การไหลเวียน (หลังจากความเข้มข้นในเครื่องระเหย - สำหรับการชะล้างแร่บอกไซต์ใหม่);

การคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (การเผา); เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตอลูมินา มันดำเนินการในเตาเผาแบบหมุนแบบท่อและเมื่อเร็ว ๆ นี้ในเตาเผาที่มีการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนของวัสดุที่อุณหภูมิ 1150-1300 ประมาณ C; อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ดิบ ผ่านเตาโรตารี่ ทำให้แห้งและแห้ง เมื่อถูกความร้อน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่อไปนี้จะเกิดขึ้นตามลำดับ:

อลูมินาที่ผ่านการเผาขั้นสุดท้ายมี 30-50% α-Al 2 O 3 (คอรันดัม) ส่วนที่เหลือคือ γ-Al 2 O 3 .

วิธีนี้สกัด 85-87% ของอลูมินาทั้งหมดที่ผลิตได้ อะลูมิเนียมออกไซด์ที่ได้คือสารประกอบเคมีที่แรงซึ่งมีจุดหลอมเหลว 2050 o C

1.2 ได้อะลูมิเนียมจากออกไซด์ของมัน

การนำอะลูมิเนียมออกไซด์กลับคืนด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าที่ละลายในตัวหลอมแบบไครโอไลต์ที่อุณหภูมิ 950-970 องศาเซลเซียสในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เซลล์ประกอบด้วยอ่างที่ปูด้วยบล็อกคาร์บอนซึ่งอยู่ด้านล่างซึ่งมีการจ่ายกระแสไฟฟ้า อะลูมิเนียมเหลวที่ปล่อยออกมาด้านล่างทำหน้าที่เป็นแคโทดที่หนักกว่าเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่ละลาย ดังนั้น จึงรวบรวมไว้บนฐานถ่านหินจากตำแหน่งที่สูบออกเป็นระยะ (รูปที่ 2) จากด้านบน คาร์บอนแอโนดจะแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเผาไหม้ในบรรยากาศของออกซิเจนที่ปล่อยออกมาจากอะลูมิเนียมออกไซด์ ปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) หรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ในทางปฏิบัติใช้แอโนดสองประเภท:

ก) แอโนด Zederberg ที่อบด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยก้อนที่เรียกว่า "ขนมปัง" ของมวล Zederberg (ถ่านหินเถ้าต่ำที่มีน้ำมันดิน 25-35%) ยัดลงในเปลือกอลูมิเนียม ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงมวลขั้วบวกจะถูกเผา (เผา);

b) อบหรือ "ต่อเนื่อง" แอโนดจากบล็อกคาร์บอนขนาดใหญ่ (เช่น 1900 × 600 × 500 มม. น้ำหนักประมาณ 1.1 ตัน)

ความแรงของกระแสไฟฟ้าบนอิเล็กโทรไลต์คือ 150,000 A. พวกมันเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบบอนุกรมนั่นคือระบบ (ซีรีย์) ได้รับ - อิเล็กโทรไลต์แถวยาว

แรงดันใช้งานบนอ่างซึ่งอยู่ที่ 4-5 V นั้นสูงกว่าแรงดันที่อะลูมิเนียมออกไซด์สลายตัวมาก เนื่องจากการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของระบบเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างการทำงาน ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานในการผลิตอะลูมิเนียม 1 ตัน แสดงในรูปที่ 3.

อะลูมิเนียมคลอไรด์อิเล็กโทรลิซิส (วิธีอัลโค)

ในถังปฏิกิริยา อะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมคลอไรด์ก่อน จากนั้นในอ่างที่หุ้มฉนวนอย่างแน่นหนา อิเล็กโทรไลซิสของ AlCl 3 จะถูกละลายในเกลือหลอมเหลวของ KCl หรือ NaCl คลอรีนที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะถูกดูดออกและป้อนเพื่อรีไซเคิล อลูมิเนียมวางอยู่บนแคโทด

ข้อดีของวิธีนี้เหนืออิเล็กโทรไลซิสที่มีอยู่ของของเหลว cryolite-alumina ละลาย (Al 2 O 3 ละลายใน cryolite Na 3 AlF 6) คือ: ประหยัดพลังงานได้มากถึง 30%; ความเป็นไปได้ของการใช้อะลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งไม่เหมาะสำหรับอิเล็กโทรไลซิสแบบเดิม (เช่น Al 2 O 3 ที่มีปริมาณซิลิกอนสูง) แทนที่ไครโอไลต์ราคาแพงด้วยเกลือที่ถูกกว่า การขจัดความเสี่ยงของการปล่อยฟลูออไรด์

การกู้คืนอะลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยแมงกานีส (วิธี Toth)

เมื่อลดลงด้วยแมงกานีส อะลูมิเนียมจะถูกปลดปล่อยออกจากอะลูมิเนียมคลอไรด์ สารปนเปื้อนที่เกี่ยวข้องกับคลอรีนจะถูกปลดปล่อยออกจากกระแสแมงกานีสคลอไรด์โดยการควบแน่นที่ควบคุม เมื่อคลอรีนถูกปล่อยออกมา แมงกานีสคลอไรด์จะถูกออกซิไดซ์เป็นแมงกานีสออกไซด์ จากนั้นจึงลดขนาดเป็นแมงกานีสที่เหมาะสมสำหรับใช้รอง ข้อมูลในสิ่งพิมพ์ที่มีอยู่นั้นไม่ถูกต้องมาก ดังนั้นในกรณีนี้ จำเป็นต้องละทิ้งการประเมินวิธีการ