Как получить алюминий из бокситов| процесс редукции

Бокситы - основной ресурс для производства алюминия.

Хотя алюминий является наиболее распространенным металлом, который мы видим в нашей повседневной жизни, на него приходится 8% земной коры, он слишком реактивен с другими элементами, чтобы возникать в естественных условиях.

Боксит, порода, образованная из красноватого глинистого материала, называемого латеритной почвой, является основным источником алюминия и обычно встречается в тропических или субтропических регионах.

По данным глобального резервирования ресурсов бокситов, крупнейшими производителями бокситов в мире являются Гвинея, Австралия, Вьетнам, Бразилия, Ямайка, Индонезия, Китай, Индия, Россия и Малайзия, среди которых Австралии, Китаю и Гвинее принадлежит 69.5% добычи. мировые ресурсы бокситов.

Боксит образуется у поверхности, поэтому его лучше всего добывать открытым способом. Промышленность по добыче бокситов играет ведущую роль в защите окружающей среды.

В процессе добычи бокситов очистка и хранение поверхности земли - это первое, что нужно сделать для восстановления земли. Если вести добычу в лесной зоне, вы увидите, что 80% земли можно восстановить до своей естественной экосистемы.

Как извлечь алюминий из процесса боксита-Байера и процесса All-Héroult?

Бокситы в основном состоят из глинозема, кремнезема, оксида железа и диоксида титана. Около 70% бокситовой руды в мире используют процесс Байера для производства глинозема. Затем с помощью электронного процесса Холла-Эру можно восстановить оксид алюминия до чистого алюминия.

Этапы процесса Байера для производства глинозема

Поскольку боксит находится недалеко от поверхности, его разработка должна вестись открытым способом.

Шаг 1. Процесс удаления

Первым шагом процесса Байера является использование дробильного оборудования для дробления бокситовая руда на частицы диаметром около 30 мм. По мере уменьшения размера частиц удельная поверхность боксита значительно увеличивается, что помогает ускорить последующую скорость химической реакции.

Шаг 2. Процессы промывки и разделения

После измельчения в дробилках боксит нуждается в машине для промывки песка для удаления и отделения глины и примесей на поверхности частиц. Если бы не производился процесс промывки, бокситы с высоким содержанием SiO 2 могли бы вызвать засорение и проблемы с качеством конечного продукта.

Шаг 3. Процессы измельчения и смешивания

После промывки частицы боксита смешиваются с раствором гидроксида натрия с концентрацией 30-40%, который затем образует суспензию с размером твердых частиц менее 300 микрон с помощью шаровая мельница . Боксит и каустическая сода, возвращаемые со стадии осаждения, добавляются в мельницу для получения перекачиваемой суспензии.

Под землей вышеупомянутых процессов - промывки, дробления, измельчения - частицы боксита уменьшаются, чтобы увеличить доступную площадь поверхности для стадии разложения.

Шаг 4. Процесс пищеварения

В процессе сбраживания суспензия нагревается до 270 ℃ с образованием перенасыщенного раствора алюмината натрия или "насыщенной жидкости". Горячий раствор едкого натра (NaOH) может растворять алюминийсодержащие минералы в боксите.

Есть два типа бокситов: гиббсит, бемит и диаспор.

Гиббсит:

Al (OH) ₃ + Na⁺ + OH^- → Al (OH) ₄^- + Na⁺

Бёмит и Диаспор:

AlO (OH) + Na⁺ + OH^- + H₂O → Al (OH)₄^- + Na⁺

Условия внутри варочного котла (концентрация щелочи, температура и давление) устанавливаются в соответствии со свойствами бокситовой руды. Если бокситовые руды имеют высокое содержание гиббсита, их необходимо обрабатывать при температуре 140 °C. Другой тип бокситовой руды - бемитовые бокситы требуют температуры от 200 до 280 °C.

Давление в процессе разложения не имеет значения, но определяется давлением насыщения пара. При 240 °C давление составляет примерно 3.5 МПа. Затем суспензию охлаждают в серии расширительных баков примерно до 106 °C.

Процесс разложения может максимизировать скорость извлечения глинозема и производительность жидкости в боксите.

Шаг 5. Процесс выяснения/урегулирования

Остаток боксита оседает на дне и перед утилизацией промывают и фильтруют. Первое, что нужно сделать в процессе осветления, - это отделить остатки боксита от остатков алюмината натрия в растворе путем седиментации.

Затем с помощью серии фильтров безопасности дополнительно отделите беременную жидкость от бокситовых остатков. Назначение защитных фильтров - гарантировать, что конечный продукт не будет загрязнен примесями, присутствующими в остатке.

Шаг 6. Процесс обработки

Отфильтрованную жидкость охлаждают и обрабатывают затравочными кристаллами, которые способствуют кристаллизации с образованием минигидрата алюминия.

В процессе осаждения полированный фильтр используется для удаления частиц из воды для дальнейшего контроля железных элементов.

Когда жидкость, которую необходимо отфильтровать, опускается, специальный мелкозернистый слой инертного фильтрующего материала может перемещать частицы за счет постоянного впрыска воды путем медленного вращения разбрызгивателя. На этой стадии оксид алюминия извлекается путем кристаллизации из насыщенного раствора, который перенасыщен алюминатом натрия.

Реакция осаждения является обратной реакцией растворения гиббсита на стадии переваривания:

Al (OH)₄^- + Na⁺ → Al (OH)₃ + Na⁺ + OH^-

Шаг 7. Процесс прокаливания

Гидрат оксида алюминия нагревают до 1100 ℃, чтобы удалить связанные молекулы воды, образуя оксид алюминия. Используются различные технологии обжига, в том числе кальцинаторы с газовой суспензией, кальцинаторы с псевдоожиженным слоем и вращающиеся печи.

Следующее уравнение описывает реакцию прокаливания:

2Al (OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

Глинозем - это белый порошок, конечный продукт процесса Байера.

Процесс электролиза Hall-Héroult производит алюминий

После процесса Байера оксид алюминия превращается в расплавленный алюминий посредством процесса Холла-Эру, который происходит внутри ряда электролитических восстановительных ячеек.

Ячейка электролитического восстановления включает электролит на основе криолита, устройство подачи алюминия, угольный блок и углеродную футеровку. Плавка алюминия требует большого количества электроэнергии.

1. 1 Углеродные блоки производятся и потребляются в процессе, а остатки перерабатываются и используются повторно.
2. 2 Действует как положительный электрод или анод, а углеродная футеровка становится отрицательным электродом или катодом.
3. 3 Когда электричество проходит через раствор, происходит электролитическая реакция, в результате которой оксид алюминия расщепляется на горячий расплавленный алюминий и кислород.
4. 4 Кислород потребляет углерод анода, образуя CO₂.
5. 5 Горячий расплавленный алюминий накапливается на дне ячейки из-за высокой плотности, а затем улавливается тиглем.
6. 6 Тигли с расплавленным алюминием транспортируются в литейный цех для изготовления готовой продукции.

Во время процесса оксид алюминия растворяется в расплавленном криолите (Na₃AlF₆), чтобы снизить его температуру плавления для электролиза. Наконец, электролитическое восстановление при температуре около 960 °C дает алюминий чистотой 99.5-99.8%. Затем расплавленный алюминий отливают по другой технологии.

Расплавленный алюминий отливают по разной технологии.

Широко используются алюминиевые изделия , от машин, смартфонов до небоскребов. Но алюминий также образует сплавы с такими элементами, как кремний, магний и медь, для создания особых свойств, необходимых для определенных применений.

Жидкий алюминий и другие элементы смешиваются и нагреваются в печи с помощью технологии электромагнитного перемешивания. Различные технологии используются для литья расплавленного алюминия для производства необходимых алюминиевых изделий.

Заброс свиноматок

При литье свиноматки жидкий металл заливается прямо в форму и дает ему затвердеть. эти продукты переплавляются для использования в электронике и авиакосмической промышленности.

Отливка слитков в открытую форму

Слитки используются для производства автомобильных колес, блоков двигателей автомобилей и других автомобильных запчастей.

Отливка листовых слитков

Из листовых слитков раскатывают плоский прокат, который используется в упаковке, автомобилестроении и литографии.

Разливка заготовок в слитках

Материал подвергается термообработке внутри камеры, а затем охлаждается для достижения требуемых свойств материала. Заготовки используются в автомобильной, строительной и авиакосмической промышленности. Боксит - лучший и единственный материал для изготовления металлического алюминия.

Кроме того, бокситы также широко используются в химической промышленности, производстве огнеупорных кирпичей, абразивных материалах, производстве цемента, стали и в нефтяных месторождениях. Латеритный боксит обычно используется в качестве строительного материала.

Кальцинированный боксит из высокоглинозема, спеченный при высокой температуре во вращающейся печи, используется в качестве противоскользящего дорожного агрегата для предотвращения дорожно-транспортных происшествий.

Общие проблемы производства алюминия