itciskra.ru
Процесс получения алюминия начинается с бокситовой руды, которая содержит около 30% алюминия. Сначала бокситовую руду подвергают обжигу, чтобы удалить неорганические примеси. Затем обжиганную руду смешивают с гидроксидом натрия и подвергают гидролизу, чтобы получить гидроксид алюминия. Полученный гидроксид алюминия подвергают обработке раствором натрия, чтобы превратить его в гидроксид натрия.
Полученный гидроксид натрия затем используется в процессе электролиза. Процесс электролиза основан на использовании электрического тока для разложения гидроксида натрия на газообразный алюминий и оксид натрия. Алюминий собирается на отрицательной анодной поверхности, а оксид натрия остается в растворе и отделяется от алюминия. Полученный алюминий очищают от примесей и формируют в виде блоков или слитков, которые затем используются в различных промышленных процессах.
Промышленный способ получения алюминия: основные принципы и фазы процесса
Промышленное производство алюминия основано на электролизе расплавленных солей, известное под названием процесса Холла-Эроу. Этот способ получения алюминия был разработан в конце XIX века американским химиком Чарльзом Мартином Холлом и французским инженером Полем Луи Тумблиером.
Основные принципы этого процесса включают использование растворимого криолита (Na3AlF6) в качестве электролита и анода и катода из графита или графитового анода. Расплавленная смесь алюминия оксида (Al2O3) с источником криолита образует электролитическую ванну, в которой происходит электролиз.
Процесс Холла-Эроу разделяется на несколько фаз:
1. Подготовка электролитической ванны: в специальной печи проводится нагрев смеси расплавленного оксида алюминия и криолита до температуры около 1000 градусов Цельсия.
2. Электролиз: в нагретую электролитическую ванну погружают анод и катод. На аноде происходит окисление алюминия, а на катоде восстанавливается алюминий, который осаждается в виде металлического осадка.
3. Сбор алюминия: металлический осадок периодически собирается с катода и использовуется для дальнейших промышленных целей.
Процесс Холла-Эроу является одним из наиболее эффективных способов получения алюминия на промышленном уровне. Он позволяет получать высококачественный металл с минимальными потерями и приемлемыми энергозатратами. Благодаря этому способу алюминий стал широко используемым материалом в различных отраслях промышленности.
Электролиз: главная стадия производства
Процесс электролиза осуществляется в особых емкостях, называемых электролизерами.
Электролизеры состоят из двух частей — анода и катода, которые погружены в специальную жидкую среду — расплав алюминия и соли.
При проведении электрического тока через электролизер происходит разложение соли на положительно заряженные ионы катиона и отрицательно заряженные анионы.
Атрибутируя к аноду положительный полюс и к катоду отрицательный полюс, положительно заряженные ионы притягиваются к катоду, где они превращаются в металлические атомы алюминия.
Особая форма электролизера, называемая «старение», применяется для очистки алюминия от легких примесей и улучшения его качества.
Конечный продукт электролиза — алюминий — собирается дном электролизера, после чего подвергается дополнительной переработке, чтобы получить готовый металл, готовый для использования в различных отраслях промышленности.
Шлаковый метод: альтернативный способ получения
Процесс получения алюминия по шлаковому методу начинается с обогащения руды, чтобы получить концентрат с высоким содержанием алюминия и силикатов. Затем этот концентрат смешивается с содой и измельчается до мелкого состояния.
Полученная смесь загружается в печь и нагревается до высокой температуры, обычно около 1800 градусов Цельсия. В результате нагрева происходит реакция, в результате которой образуется расплавленный шлак и газообразный алюминий.
| Реакция | Реагенты | Продукты |
|---|---|---|
| Реакция 1 | Концентрат руды + Сода | Шлак + Газообразный алюминий |
Полученный газообразный алюминий затем собирается и используется для дальнейшей переработки. Шлак же, содержащий ненужные примеси и минералы, отделяется и утилизируется.
Шлаковый метод получения алюминия имеет свои преимущества и недостатки по сравнению с промышленным методом. Он более энергоемкий и требует больше времени на обработку сырья. Однако, шлаковый метод позволяет использовать алюмосиликатные руды, которые являются более дешевыми и более распространенными, что может быть экономически выгодно.