Изготовление алюминия

Виробництво алюмінію

      За поширеністю в природі алюміній займає перше місце серед металів; його вміст в земній корі становить 7,45%. Однак, незважаючи на широку поширеність в природі, алюміній до кінця XIX століття належав до числа рідкісних металів. У чистому вигляді алюміній не зустрічається внаслідок своєї високої хімічної активності. Він переважно зустрічається у вигляді сполук з киснем і кремнієм - алюмосилікатів.

      Рудами алюмінію можуть служити лише породи, багаті глиноземом (Al2O3) і що залягають великими масами на поверхні землі. До таких порід відносяться боксити, нефеліни - (Na, K) 2O? Al2O3? 2SiO2, алуніти - (Na, K) 2SO4? Al2 (SO4) 3? 4Al (OH) 3 і каоліни (глини), польовий шпат (ортоклаз) - K2O? Al2O3? 6SiO2. 

      Основний рудою для одержання алюмінію є боксити. Алюміній у них міститься у вигляді гідроксидів Al (OH), AlOOH, корунду Al2O3 і каолініту Al2O3? 2SiO2? 2H2O. Хімічний склад бокситів складний: 28-70% глинозему; 0,5-20% кремнезему; 2-50% окису заліза; 0,1-10% оксиду титану. Останнім часом в якості руди стали застосовувати нефеліни і алуніти.

      Великі родовища бокситів знаходяться на Уралі, в Тихвинському районі Ленінградської області, в Алтайському і Красноярському краях.  
Нефелін (K? Na2O? Al2O3? 2SiO2) входить до складу апатітонефелінових порід (на Кольському півострові).

      Вперше у вільному вигляді алюміній був виділений в 1825 р. датським фізиком Ерстед шляхом дії амальгами калію на хлорид алюмінію. У 1827г. німецький хімік Велер удосконалив спосіб Ерстеда, замінивши амальгаму калію металевим калієм: AlCl3 + 3K? 3KCl + Al (Реакція протікає з виділенням тепла). 

      У 1854 р. Сент-Клер Девіль у Франції вперше застосував спосіб Велером для промислового виробництва алюмінію, використавши замість калію більш дешевий натрій, а замість гігроскопічного хлориду алюмінію - більш стійкий подвійний хлорид алюмінію та натрію. У 1865 р. російський фізико-хімік М. М. Бекетов показав можливість витіснення алюмінію магнієм з розплавленого кріоліту. Ця реакція в 1888 р. була використана для виробництва алюмінію на першому німецькому заводі в Гмелінгені.

      Виробництво алюмінію цими так званими «хімічними» способами здійснювалося з 1854 р. по 1890 р. У протягом 35 років за допомогою цих способів, було отримано в цілому близько 20 т алюмінію.  
Наприкінці 80-х років XIX століття хімічні способи витіснив електролітичний спосіб, який дозволив різко знизити вартість алюмінію і створив передумови до швидкого розвитку алюмінієвої промисловості. Основоположники сучасного електролітичного способу виробництва алюмінію Еру у Франції та Холл у США незалежно один від одного подали в 1886 р. майже аналогічні заявки на патентування способу отримання алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті. З моменту появи патентів Еру і Холу і починається сучасна алюмінієва промисловість, яка більш ніж за 115 років свого існування виросла в одну з найбільших галузей металургії.

      Технологічний процес отримання алюмінію складається з трьох основних стадій:

      1). Отримання глинозему (Al2O3) з алюмінієвих руд; 

      2). Отримання алюмінію з глинозему;

      3). Рафінування алюмінію.