Производство алюминия: от боксита до готового металла

Добыча боксита

Боксит — это основная руда, содержащая алюминий. Он представляет собой смесь гидроксидов алюминия с оксидами железа и кремнезема. Основные месторождения боксита находятся в Австралии, Бразилии, Гвинее и на Ямайке. Добыча руды ведётся открытым способом, что позволяет экономически эффективно извлекать большие объёмы материала.

Обогащение руды

После добычи боксит направляется на обогащение. Цель этого процесса — удалить ненужные примеси и повысить содержание оксида алюминия. Боксит измельчают и подвергают химической обработке с использованием щелочных растворов, которые растворяют гидроксиды алюминия, оставляя нерастворимые компоненты (железо и кремнезем) в осадке. Полученный раствор называется алюмокалиевым шламом.

Получение глинозема (оксида алюминия)

Следующий этап — процесс Байера, названный в честь его создателя Карла Байера. В ходе этого процесса алюмокалиевый шлам фильтруют и подвергают нагреванию. В результате образуется осадок гидроксида алюминия, который затем прокаливают при высокой температуре для получения чистого оксида алюминия (глинозема).

Электролиз глинозема

Полученный глинозем используется для производства металлического алюминия методом электролиза. Этот процесс был разработан Чарльзом Холлом и Полем Эру в 1886 году и получил название процесса Холла-Эру.

Глинозем растворяют в расплавленном криолите (фториде натрия и алюминия) при температуре около 950°C. Затем через этот раствор пропускают электрический ток, который вызывает разложение оксида алюминия на кислород и алюминий. Алюминий оседает на катоде, а кислород высвобождается на аноде. Таким образом, получают жидкий алюминий, который затем выливают в формы или отправляют на дальнейшую переработку.

Литьё и обработка

Жидкий алюминий может быть использован для производства различных форм и изделий. Чаще всего его заливают в литейные формы для получения слитков или чушек, которые затем отправляют на дальнейшую переработку. Эти полуфабрикаты могут быть подвергнуты различным методам обработки, таким как прокатка, экструзия и ковка, для получения конечных продуктов с заданными формами и свойствами.

Вторичная переработка

Одним из важных аспектов производства алюминия является возможность его повторного использования. Вторичная переработка алюминия требует лишь около 5% энергии, необходимой для производства первичного алюминия из боксита. Этот процесс включает сбор и переплавку алюминиевых отходов, что позволяет значительно снизить затраты и уменьшить воздействие на окружающую среду.

Таким образом, производство алюминия — это сложный и энергоемкий процесс, включающий множество этапов от добычи боксита до получения готового металла. Тем не менее, усилия, затраченные на этот процесс, оправданы благодаря уникальным свойствам алюминия и его широкому применению в различных отраслях промышленности. Современные технологии и методы вторичной переработки позволяют эффективно использовать этот ценный металл, минимизируя его воздействие на окружающую среду.