Производство алюминия

Производство первичного алюминия осуществляется в три

стадии:

добыча боксита;

очистка боксита для экстракции оксида алюминия; восстановление оксида алюминия до получения первичного алюминия.

К другим стадиям относятся прокат и экструзия до получения алюминиевых листов, прокатного профиля и труб.

На добычу используется меньшее количество энергии, чем на все остальные стадии. Значительное количество топлива потребляется в процессе, применяемом для получения оксида алюминия из боксита фирмой. Bayer. Сначала бокситная руда вываривается в каустической соде, в результате чего образуется гидрат алюминия, который затем превращается в безводный оксид алюминия обжигом при температуре 1200 °С. На стадии обжига потребляется приблизительно 22,3 ГДж/т оксида алюминия (4 т боксита дают 1 т алюминия). Оксид алюминия восстанавливается по технологии фирмы Hall—Heroult, основой которой является электролиз.

* Затраты на 1 т продукта на каждой стадии

** КПД получения электроэнергии принимался равным 28%.

Как видно из табл. 3.2, на этой стадии потребляется большое количество электроэнергии.

Электролитический процесс, используемый фирмой Hall—Heroult, за последние 20 лет значительно усовершенствовался, и потребление электроэнергии на 1 т алюминия снизилось почти на 35%. Примерный энергобаланс процесса электролиза приводится в табл. 3.3 [3.4].

Значительные потери теплоты, составляющие почти половину общего энергопотребления, имеют место прежде всего из-за большого межэлектродного расстояния (5—6 см). Утилизация этой теплоты на заводе вполне возможна, однако она невыгодна из-за высоких капи»

Таблица 3.3. Энергобаланс процесса электролиза

Рис. S.5. Получение алюминия по методу Toth:

стадия / — получение чистого хлористого алюминия; стадия // — получение и отделение алюминии; стадия /// — окисление хлорида марганца; стадия iV — іклллааоалеаие оксиде марганца

телосложений.

Разрабатываются две новые технологии производства алюминия. Одна из них — процесс Toth (рис. 3.5), который в основном является химическим, а не электролитическим [3.15]. При этом процессе пртіте- кают следующие реакции:

rta              I стадии А1203 + ЗС + ЗС12 = 2A1CI, +              ЗСО;

на              II              стадии              2А1С13 + ЗМп = 2А1 + ЗМпС12;

• яа‘              Н1              стадии              2МпС12 + 02 == 2МнО + 2С1а;

на              IV              стадии              МпО + С = Мп + СО.

Реакция в общем виде: А1203 + 11/2 02 4- 6С — 2А1 + 6СО.

Что кабается энергоиспользования, то принципиальное различие между процессом Toth и системой Bayer/Hall—Heroult состоит в том, что для процесса Toth используется уголь (или кокс), а не электроэнергия. На 1 т алюминия теоретически расходуется 55 ГДж, и, кроме того, в технологии Toth больше возможности экономить энергию за счет использования вторичной энергии. Исследуются также и некоторые нетрадиционные электролитические процессы, одним из которых является система Alcoa, основанная на получении алюминия при электролизе хлорида алюминия. По сравнению с существующим методом предполагается экономить около 30% энергии. Рабочие температуры здесь гораздо ниже и анод не изнашивается в процессе электролиза. Экономия топлива при этом может составить до 60 ГДж/т.

Скрап, получаемый на алюминиевом заводе, составляет около 40% всего сырья. Большая его часть возвращается в цикл, но заключенная в нем энергия настолько велика, что восстановление ее из скрапа может дать значительную экономию. В большинстве стран, производящих алюминий (США, Япония, ФРГ и Великобритании), принято, что в цикл в различных пропорциях возвращается даже тот скрап, который поступает на завод извне. Так, 33% алюминия, получаемого в

Великобритании, производят из скрапа; для США — основной производителя алюминия — эта доля меньше 20%.

В настоящее время в алюминиевой промышленности испытаны уже все пути экономии энергии за исключением тех случаев, когда производители будут вырабатывать собственную электроэнергию. Однако, если будет внедрен процесс Toth, могут появиться аналогичные, как и в производстве стали, возможности утилизации теплоты.