Алюминий – металл который доказал своё значение во многих областях, темпы выпуска крылатого металла до сих пор лидируют среди других цветных металлов, но не опережает производству черных металлов. Данный металл уникален своими свойствами, чем заслужил место во многих производствах (строительство, авиация, машиностроение, электроэнергия и т.д.).
Первооткрывателем алюминия в виде металла, стал датский физик Ганс Эрстед, который в 1825 году восстановил хлорид алюминия амальгамой калия при взаимодействии высоких температур.
Спустя некоторое время, Фридрих Вёлер, использовал чистый калий для получения металлического алюминия. В 1854 году Сент–Клер Девиль по методу Вёлера, заменив лишь только калий на безопасный натрий, осуществил полупромышленный способ получения алюминия. Промышленный способ получения металла электролизом расплава Al2O3 в криолите разработали независимо друг от друга Ч. Холл и П. Эру в 1886 году.
В 1960-х годах компания Alcan разработала карботермический процесс получения субгалогенида (монохлорида алюминия). Бокситы или низкосортные руды восстанавливались углеродом, а полученный в результате нечистый алюминий очищался с помощью процесса субхлорида алюминия. Оказалось, что затраты энергии были выше, чем для процесса Холла, и возникли серьезные проблемы с коррозией. Компания «TOTH» в тот же период провела карботермическое хлорирование глины и восстановила полученный хлорид алюминия марганцем. Образовавшийся хлорид марганца был преобразован в оксид марганца и хлор с помощью воздуха. Хлор был рециклирован, а оксид марганца карботермически восстановлен до марганца и рециклирован. Образовался марганцево-алюминиевый сплав, который было нерентабельно отделять. В 1970-х годах компания «ALCOA» осуществила крупномасштабную программу разработки процесса получения хлорида алюминия (трихлорида алюминия). Глинозем карботермически хлорировался до хлорида алюминия, который электролитически разлагался на алюминий и хлор в биполярных ячейках с графитовыми электродами. Ячейки работали хорошо, но были технические проблемы с установкой для производства хлорида алюминия.
Порошок глинозема (оксида алюминия), подаваемый на электролитический процесс, производится по процессу Байера из бокситовой руды. Бокситы содержат 40-60% глинозема в сочетании с кремнеземом (оксидом кремния), оксидом железа и диоксидом титана. Бокситы добывают во многих местах мира, например, в Гвинее, Ямайке, Бразилии, Австралии и Африке. В процессе Байера глинозем растворяется в горячем растворе гидроксида натрия, а оксид железа и другие оксиды удаляются в виде нерастворимого "красного шлама". Из осветленного раствора осаждается гидроксид алюминия путем охлаждения и осаждения кристаллов гидроксида алюминия. Промытый осадок прокаливают при температуре до 1200 С (2192 F) для получения безводного глинозема. Размер частиц глинозема составляет около 100 мкм и называется "рудой" в установках электролитического восстановления.
Царская Россия не располагала мощностями для производства алюминия. Первые теоретические исследования в области электролиза алюминия принадлежали выдающемуся русскому учёному, основоположнику электрометаллургии цветных металлов в нашей стране профессору Федотьеву П.П. В 1912 году им совместно с Ильинским В.П. был опубликован труд «Экспериментальное исследование по электрометаллургии алюминия», который имел огромное влияние на алюминиевую промышленность во всём мире. В Петербургском университете было сделано тщательное исследование, в ходе которого узнали приемлемый состав электролита и влияние добавок фторидов натрия и кальция на процесс электролиза. 28 марта 1929 года в газете «Ленинградская правда сообщалось о том, что на заводе «Красный выборжец» получили из одной ванны 8 кг алюминия. Это стало переломным моментом для России. В 1931 году был организован научно-исследовательский институт алюминиево-магниевой промышленности (ВАМИ), в 1932 году пущен Волховский, а в 1933 году – Днепровский алюминиевые заводы.
Компания «РУСАЛ» является прямым наследником советской алюминиевой промышленности. Историю крупнейшего в мире производителя алюминия и одного из самых крупных производителей глинозёма принято отсчитывать от 2007 года, когда произошло слияние активов РУСАЛа, СУАЛа и Glencore (Швейцария) крупнейшего сырьевого трейдера, в результате чего создается объединенная компания РУСАЛ – крупнейший производитель алюминия. Более 90% алюминия компании выпускается с использованием чистой возобновляемой гидроэнергии. Это позволило РУСАЛу одному из первых в мире начать производство «зеленого» металла. Меньше 4 тонн углекислого газа выбрасывается на 1 тонну алюминия. Свою деятельность компания ведет на 43 заводах на 5 континентах.
Все существующие технологии производства легких металлов являются очень вредными и приводят к ущербу для окружающей среды. Например, производство 1 тонны алюминия выделяет огромное количество выбросов парниковых газов. Очень важным является радикальное сокращение вредных отходов. Для достижения этих целей необходимы фундаментальные научные исследования. Основными направлениями являются:
- Изучение основных физико-химических свойств
расплавленных солевых смесей;
2. Исследование электродных процессов;
3. Разработка новых коррозионностойких соединений, используемых в качестве конструкционных, футеровочных и электродных материалов.
Целью первого направления является разработка нового электролита, обладающего высокой электропроводностью, низкой вязкостью, низким давлением пара и возможностью проводить процесс при минимально возможных температурах. Первым результатом этих исследований должна стать разработка физической модели структуры и свойств.
Целью второго направления является исследование электродных процессов и определение технологических лимитирующих стадий технологических процессов.
В рамках третьего направления основным приоритетом является разработка новых коррозионностойких материалов является основным приоритетом. В частности, для алюминиевой промышленности это разработка новых электродных материалов, предотвращающих избыточное анодное окисления и новых защитных покрытий для обеспечения катодной стабильности в жидких металлах. Очень важным является разработка не расходуемых анодов для низкотемпературного электролиза алюминия.
Решение перечисленных проблем позволяет разработать новую и мощную электролизную ячейку с вертикальным расположением анодов и катодов и с рабочей температурой 750-850°С. Много различных типов не расходуемых анодов было предложено. Существуют керамические, металлические и керметные. Керамические и керметные аноды достаточно хрупкие и чувствительны к тепловому шоку. Металлические аноды лишены этих недостатков и обладают высокой электропроводностью. Процессы деградации показывает, что основным источником их деградации является отсутствие глинозема в электролите. Таким образом, скорость растворения глинозема должна быть выше, чем скорость электрохимического процесса (разложения глинозема). При низких температурах (850 °C и ниже) скорость растворения глинозема в криолите натрия очень низкая. Поэтому криолит калия является более перспективным низкотемпературным электролитом.
Алюминий и его уникальные свойства нашли применение во многих областях. В электротехнической промышленности используется в качестве оболочек кабелей, конденсаторов, приборостроение. В пищевой промышленности алюминий себя показывает, как стойкий металл против действия лимонной, молочной и других органических кислот, поэтому широко применяться для изготовления тары под пищевые продукты. В быту алюминий себя показывает, как практичный и удобный металл из которого делают посуду, мебель и предметы обихода. В народном хозяйстве алюминий прочно закрепился между иных цветных металлов.
Спасибо за внимание! Оставайтесь НА СВЯЗИ!!!