Электролиз расплавов. Производство алюминия

При электролизе водных растворов могут получаться только вещества, потенциал выделения которых на катоде более положителен, чем потенциал выделения водорода. В частности, такие электроотрицательные металлы, как литий, калий, кальций, натрий и др., не могут быть выделены из водных растворов на твердых катодах и в промышленности их получают исключительно электролизом расплавов солей, оксидов, гидроокисей или их смесей. При электролизе металлы выделяются преимущественно в расплавленном виде.

Расплавленные электролиты в основном подчиняются тем же электрохимическим закономерностям, что и водные растворы, хотя электролизу расплавов присущи и некоторые специфические особенности.

Электролиз расплавов проводится при высоких температурах, которые получаются за счет выделения тепла при прохождении постоянного тока через электролит. Следовательно, в этом случае энергия электрического тока используется для разложения вещества, расплавления электролита и компенсации тепловых потерь. Нижний предел температуры электролиза ограничивается застыванием электролита или металла. Чтобы электролиз протекал при сравнительно низких температурах, в качестве электролита применяют сложные смеси, образующие легкоплавкие эвтектики. Практически применяемые температуры лежат в широком интервале от 310 до 14000С.

Алюминий – легкий металл, плотность которого при 200С составляет 2.7 г/см3, температура плавления 6590С, температура кипения 25000С. Он обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью. В окислительной среде, в частности на воздухе, на алюминии образуется плотная окисная пленка, придающая ему коррозионную стойкость. Алюминий для увеличения механической прочности и литейных качеств сплавляют с другими металлами. Наибольшее распространение получили сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем, называемые дюралюминий, а также сплавы с кремнием – силумины. Сочетание легкости с прочностью, высокой электро- и теплопроводностью сделало алюминий и его сплавы важнейшими конструкционными материалами в самолетостроении, автостроении, транспортном машиностроении и т.д.

Сырьем для производства алюминия служит глинозем (Аl2О3), который получают из различного минерального сырья: бокситов, нефелина, алунита и др. Основным сырьем служат бокситы, содержащие Аl(ОН)3 или АlООН, в смеси с окислами железа, кремнеземом и другими примесями.

Технология получения металлического алюминия достаточно сложна и состоит из четырех производств, связанных между собою технологической цепочкой и производимыми продуктами. Она включает:

– производство глинозема (оксида алюминия);

– производство фтористых солей и криолита;

– производство угольных изделий (электродов и блоков футеровки)

– производство электролитического алюминия.

Основными производствами, составляющими технологическую схему Руда – Глинозем -Алюминий , является производство глинозема и алюминия. Территориально они обычно разделены. Вследствие высокой энергоемкости процесса электролитического восстановления алюминия алюминиевые заводы располагаются в районах с дешевой электроэнергией ГЭС. Производство глинозема, наоборот, базируется в местах добычи алюминиевых руд с тем, чтобы сократить расходы на перевозку сырья.