Алюміній присутній в нашому житті всього лише близько півтора століття, але і за цей короткий термін встиг пройти шлях від декоративного металу, улюбленця ювелірів, до матеріалу, що дозволяє нам пересуватися швидше, жити в теплі і затишку, користуватися всіма благ сучасності і пізнавати світи навколо.

Алюміній - найпоширеніший метал на Землі, його частка в земній корі становить до 8,8%. Однак алюмінієвих рудників в природі не існує. Завдяки своїй хімічній активності алюміній практично не зустрічається у вільному вигляді - для промислового виробництва підходять лише деякі з містять його мінералів і гірських порід.

У цьому пості я розповім, як виробляють алюміній на одному з найбільших алюмінієвих заводів світу.

Алюмінієве виробництво на КрАЗ

Сущесвуют легенда, яка свідчить, що одного разу до римського імператора Тиберія (42 рік до н. Е. - 37 рік н. Е.) Прийшов ювелір з металевою, не б'ється обідньої тарілкою, виготовленої нібито з глинозему (Al2O3). Тарілка була дуже світлою і блищала, як срібло. За всіма ознаками вона повинна бути алюмінієвою. При цьому ювелір стверджував, що тільки він і боги знають, як отримати цей метал з глини. Тиберій, побоюючись, що метал з легкодоступною глини може знецінити золото і срібло, наказав про всяк випадок відрубати ювеліра голову.

Лише майже через 2000 років після Тиберія, в 1825 році, датський фізик Ганс Християн Ерстед отримав кілька міліграмів металевого алюмінію, а в 1827 році Фрідріх Велер зміг виділити крупинки алюмінію, які, проте, на повітрі негайно покривалися найтоншою плівкою оксиду алюмінію.

Далі Анрі Сент-Клер Девіль, дослідження якого фінансував Наполеон III, придумав перший спосіб промислового отримання алюмінію і отримав перший злиток масою близько 7 кг. Девіль почав виробництво алюмінію на заводі братів Тіссьє в Руані. За добу завод виробляв два кілограми алюмінію. У 1857 році кілограм цього металу коштував 300 франків.

У ті роки кімнату на місяць в Парижі можна було зняти за 20 франків. Початок сучасного способу виробництва алюмінію поклав метод, винайдений майже одночасно в 1886 році Чарльзом Холом в США і Полем Еру у Франції і заснований на отриманні алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті. З тих пір, в зв'язку з поліпшенням електротехніки, виробництво алюмінію удосконалювалося. Помітний внесок у розвиток виробництва глинозему внесли російські вчені К. І. Байєр, Д. А. Пеняк, А. Н. Кузнецов, Е. І. Жуковський, А. А. Яковкин і ін.

Електролізери, що працюють за технологією екологічного Содерберга

Датою народження алюмінієвої промисловості Росії вважається 14 травня 1932 року, коли на Волховському заводі в Ленінградській області була отримана перша партія металу. Через рік першу продукцію випустив Дніпровський алюмінієвий завод на Україні. .... Щоб не конспектувати текст, я раджу почитати на сайті РУСАЛу історію російської алюмінієвої промисловості .

За допомогою вакуумного ковша забирають алюміній з електролізера

На даний момент лідером світової алюмінієвої галузі є РУСАЛ (Об'єднана компанія «Російський алюміній»). Продукція експортується клієнтам в 70 країнах світу. До складу компанії входять підприємства з видобутку бокситів і сієніт руди, виробництва глинозему, алюмінію, сплавів, фольги і пакувальних матеріалів на її основі, а також енергоактиви. На частку Об'єднаної компанії припадає близько 12,5% світового ринку алюмінію і 16% глинозему, що забезпечується виробничими потужностями, що дозволяють виробляти 3,9 млнтонн алюмінію і 10,6 млнтонн глинозему на рік. Компанія створена в березні 2007 року в результаті об'єднання РУСАЛу, СУАЛа і глиноземних активів Glencore. В UC RUSAL працює 100 000 чоловік. Об'єднана компанія присутня в 17 країнах світу на 5 континентах.

Красноярський алюмінієвий завод якраз належить РУСАЛу. КрАЗ - другий найбільший виробник алюмінію в світі, а так же основний майданчик для дослідної експлуатації і впровадження інноваційних розробок РУСАЛу. Виробнича потужність КрАЗу - 1 млн тонн алюмінію на рік (близько 24% російського і 2,4% світового виробництва алюмінію). У виробничий комлпекс заводу входять 25 корпусів електролізу (2233 електролізера), 3 ливарних відділення і відділення виробництва анодної маси.

У 2011 році КрАЗ справив алюмінію більше, ніж БрАЗ, який є найбільшим виробником алюмінію в світі

Виробництво алюмінію є виключно енергоємним. Тому алюмінієві заводи переважно будують в регіонах, де є вільною доступ до потужних джерел електроенергії. У нашому випадку цим джерелом є Красноярська ГЕС, встановлена ​​потужність якої 6000 МВт. Сьогодні це найпотужніша ГЕС в Росії (до тих пір, поки СШГЕС знаходиться на реконструкції). Красноярський алюмінієвий завод споживає близько 70% від загального обсягу виробленої ГЕС електроенергії.

Електролізна ванна, де виробляється алюміній

Алюміній виробляють з глинозему, який в свою чергу витягується переважно з бокситів (іноді з нефелінових руд), запаси яких на землі практично безмежні. Тобто на КрАЗі ми можемо бачити тільки заключний етап виробництва - відновлення алюмінію процесом Холла-Еру. Він заснований на принципі: при електролізі розчину глинозему в розплавленому кріоліті (Na3AlF6) виділяється алюміній. Дно електролізної ванни служить катодом, а вугільні бруски, занурені в кріоліт - анодами. Під розчином криолита з 3-5% глинозему осідає розплавлений алюміній. При цьому температура процесу досягає 955 ° С, що значно вище за температуру плавлення самого металу - 660 ° С.

Відстань між анодом і катодом 5.5 - 6.5 см, це так званий межполюсние зазор, саме там і відбувається реакція відновлення алюмінію.

Вакуумні ковші можуть забрати за один раз від 3 до 5 тонн гарячого металу

На КрАЗі в 2004-2009 роках була здійснена модернізація, яка дозволила значно підвищити ефективність роботи і знизити обсяг питомих викидів шкідливих речовин. Зараз проходить другий етап модернізації, який полягає в поетапному перекладі потужностей підприємства на технологію «Екологічний Содерберг», так само дозволяє істотно знизити вплив на навколишнє середовище.

Все електролізери Содерберга обладнали системою АПГ (автоматична подача глинозему в електролізер), це підвищило автоматизацію виробничого процесу і поліпшило екологічну обстановку в корпусах. Так само встановили систему сухого очищення газів, яка забезпечила максимальний вирівняні уловлювання фторидів - до 99%.

Добова продуктивність заводу 2725 тонн

На КрАЗі введений в роботу єдиний в Росії корпус з електролізерами АВЧ (виробництво алюмінію високої чистоти).

Чистота надчистого металу - 99,996%. Він використовується у виробництві комп'ютерних жорстких дисків, мобільних телефонів та іншої електронної техніки, а також в аерокосмічній і оборонній промисловостях. Основні поставки цього алюмінію з КрАЗа йдуть в Азію, Японію, США.

Напруга, що подається на електролізер всього лише 4.5 V, але сила струму величезна - 174300 A

Якщо в корпусах Содерберга отримання алюмінію відбувається з глинозему, то в корпусі АВЧ вихідною сировиною є більш брудний алюміній. Простіше кажучи, технічний алюміній проходить вторинну очистку, що робить його надчистого. Продуктивність одного електролізера АВЧ - 600 кг \ добу

КрАЗ є єдиним в світі заводом, де використовується відразу три технології виробництва алюмінію - електролізери Содерберга, АВЧ і електролізери з обоження анодами.

На відміну від електролізерів, що працюють за технологією Содерберга, технологія виробництва алюмінію з використанням заздалегідь обпалених анодів характеризується меншими витратами на електроенергію і впливом на навколишнє середовище.

У кожного корпусу КрАЗу є складне газоочисне обладнання, встановлене в рамках першого етапу екологічної модернізації.

Ефективність уловлювання газоочистки шкідливих речовин - 99,9%.

Я вже писав вище, що в виробничий комплекс КрАЗа входить 3 ливарних відділення. Нижче фотографії з ливарного відділення №3, в якому крім всього роблять найдовші алюмінієві зливки в світі.

Міксер на 100 тонн металу, в якому йде приготування сплавів. Міксер по суті - це велика каструля, в яку крім первинного металу додаються необхідні інгредієнти - легуючі матеріали. В результаті виходить високоякісний алюмінієвий сплав.

Температура металу в міксері більше 800 градусів

Заливка металу в міксер

КрАЗ заточений на випуск високотехнологічної продукції. Наприклад, завод зараз розвиває виробництво так званих плоских злитків. Вони широко затребувані ринком пакувальних матеріалів, потрібні для виробництва літографічних пластин та кузовних панелей легкових автомобілів.

В рамках програми модернізації в ливарному відділенні підприємства заробив унікальний ливарний агрегат, який став випускати злитки подвійної довжини - до 11,5 м. Виготовлені на ньому сплави тепер використовуються у виробництві фольги. Причому, це злитки-рекордсмени. Такі довгі алюмінієві зливки не випускав ще жоден завод світу.

У 2012 році завод запропонував нову продукцію лідерам світового автопрому. Наприклад, японські концерни Тойота і Міцубісі замовили сплави, щоб підвищити експлуатаційні властивості своїх легкових автомобілів. Кразівці запропонували метал, що забезпечує елементів двигуна і колісним дискам і міцність, і пластичність. Вдосконалені сплави для виробництва фольги замовили відомі європейські прокатні компанії - Novelis і Hydro.

На цьому все. Спасибі прес-службі КрАЗу за цікаву екскурсію по заводу. В одному з наступних постів я покажу фотографії з Красноярського металургійного заводу, де з виробленого на КрАЗі алюмінію роблять різні вироби, в тому числі автомобільні ковані диски.