Производство алюминия
Процесс производства алюминия включает следующие стадии:
- Получение из алюминиевых руд глинозема.
- Получение из глинозема алюминия.
- Рафинирование алюминия.
Основными алюминиевыми рудами, используемыми в производстве алюминия, являются бокситы, Из них глинозем ($\mathrm {Al_2O_3}$) получают либо щелочным, либо кислотным, либо электролитическим способами, Наибольшее распространение получил щелочной метод или способ Байера,
Способ Байера
Рисунок 1. Получение глинозема по способу Байера. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Данный метод состоит из определенных операций:
- Подготовка боксита.
Выщелачивание боксита.
$\mathrm {Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow NaAlO_2 + 2H_2O}$
После окончания процесса растворения полученный алюминат натрия разбавляют водным раствором щелочи,
Разделение алюминатного раствора и красного шлама с помощью промывки в сгустителях (красный шлам осаждается в виде осадка, алюминатный раствор сливают и фильтруют).
Замечание 1Красный шлам - это смесь нерастворимого натриевого алюмосиликата с окислами титана и железа, которые окрашивают остаток в красный цвет,
Разложение алюминатного раствора.
$\mathrm {Na_2OAl_2O_3 + 4H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 2NaOH}$
Выделение гидроокиси алюминия.
- Кальцинация (обезвоживание).
По окончании процесса глинозем подвергают электролизу, который происходит в электролизере, В качестве электролита используется расплавленный криолит $\mathrm {Na_3AlF_6}$, На катоде выделяется алюминий, который собирается на угольном основании (жидкий алюминий тяжелее расплава электролита), где его периодически извлекают,
Также в электролит погружены угольные аноды, при сгорании в выделяющемся кислороде из окиси алюминия которых выделяются $\mathrm {CO и CO_2}$,
$\mathrm {Al_2O_3 + 1,5C \rightarrow 2Al + 1,5CO_2}$
$\mathrm {Al_2O_3 + 3C \rightarrow 2Al + 3CO}$
Для дальнейшего получения более чистого алюминия прибегают к его рафинированию, Например, используется метод трехслойного электролиза, Нижний анодный слой - это расплавленный рафинированный металл, Средний слой - электролит, состоящий либо из фторидов, либо из смеси хлорида бария и фторидов алюминия и натрия, Верхний слой - это алюминия, который растворяется из анодного слоя в электролите, В результате данного процесса получают чистый алюминий и продукты сегрегации (тяжелые металлы и кремний).
