Особенность и ведущий фактор производства алюминия

Алюминиевая промышленность является одним из крупнейших энергопотребляющих и энергоемких промышленных секторов в мире, поэтому развита в странах имеющих большие энергоресурсы, например, в Китае, России, Канаде. Особенность производства алюминия в необходимости большого количества энергетических, транспортных, трудовых и сырьевых ресурсов.

Алюминий и сталь — два важнейших металла для современного производства. Особенная способность к коррозионной устойчивости делает алюминий предпочитаемым металлом для изготовления во множественных направления: автомобильном, авиационном, консервные банки и упаковка, компоненты космического корабля и строительная промышленность.

Алюминиевый металл изготавливается из двух источников:

Первичный алюминий, выделенный из металла, включает в себя добычу бокситов, рафинирование бокситов и электрохимическое восстановление глинозема в плавильном цехе.
Вторичный алюминий производится из лома. Металл извлекается из переработанного ломового материала, где лом должен иметь содержание алюминия > 20 % от массы. Лом с содержанием < 20 % от массы обычно отбрасывается. Около 0,39 кВт/ч энергии требуется на переработку лома для производства 1 кг алюминия. 1 кг собранных банок сэкономит 8 кг боксита и 14 кВт/ч электроэнергии.

Энергетическая особенность производства

В среднем требуется ~ 16 кВт/ч и > 18 кВт/ч электроэнергии для производства 1 кг алюминия из глинозема (оксида алюминия), для нормального и рафинированного качества (99,999%). 4-5 тонн бокситов = 2 тонны глинозема =1 тонна алюминия.

Для примера: для производства 1 кг стали необходимо затратить 9 кВт/ч электроэнергии.

Таким образом, особенность производства алюминия в необходимости большой энергоемкости. Поэтому мировые заводы расположены в районах, имеющих доступ к богатым экономическим энергоресурсам, таким как гидроэлектростанции, природный газ и угольные зоны.

Что такое выплавка алюминия и как производится этот металл?

Бокситы — основная руда, используемая для производства алюминия. Они содержат 30-60 % от массы глинозема, и извлекаются открытым способом добычи, где слой почвы поверх месторождения глинозема, обычно называемый вскрышным, удаляется. Обычные буровые или взрывные работы не проводятся из-за мягкого характера бокситовых месторождений. Более богатые руды используются в качестве добываемых. Руды более низкого качества могут быть полезны путем дробления, промывки и последующей сушки для удаления отходов глины и кремнезема.
Добытый боксит затем транспортируется на заводы.

Производство металлического алюминия состоит из трёх основных этапов:

Добыча бокситов – руда с повышенным содержанием этого металла.
Очистка. Производство глинозема из боксита осуществляется методом Байера, при котором боксит переваривается при высокой температуре и давлении в сильном растворе каустической соды. Полученный гидрат кристаллизуют и прокаливают до оксида в печи или кальцинаторе с псевдоожиженным слоем.
Восстановление путем электролитического рафинирования. Алюминий получают электролизом из расплавленного оксида алюминия Al2O3. Производство из глинозема до первичного алюминиевого металла использует электролитический процесс Холла–Херулта с использованием углеродных электродов и криолитового флюса для получения металла высокой чистоты (>99,99%).

Методы получения

Оксид алюминия был впервые извлечен из боксита, т. е. из руды. Процесс в котором боксит переваривается под давлением с каустической содой (гидроксидом натрия) называется процессом Байера. Оксид растворяется с образованием алюмината натрия, который отфильтровывается. Этот процесс называется прокаливанием, в результате которого образуется оксид.
При выплавке алюминия в печи происходит процесс электролиза: в печь подается смесь глинозема и криолита. В печи в качестве анодов выступают углеродные стержни, которые опускаются в расплавленную смесь. Электричество проходит между ними, и углеродная футеровка печи действует как катод. Электричество расщепляет оксид на металлический алюминий, который собирается в виде расплавленного слоя в печи.

Рекуперация энергии в алюминиевой промышленности

Потенциал рекуперации энергии в энергоемких отраслях промышленности огромен.
Особенность производства алюминия в рекуперации, как процесс, позволяющий сохранить часть энергии. В настоящее время высокие затраты на электроэнергию и энергетическая нестабильность привели к сокращению первичного производства этого белого металла в большинстве регионов нашего мира.

Энергетический менеджмент должен изучить способы снижения энергопотребления и общей стоимости, такие как:

Искать энергетические добавки к поставляемой по сетям электроэнергии, такие как распределенная генерация и возобновляемые источники энергии, в частности гидроэнергия.
Повышение энергоэффективности и снижение затрат.
Контроль и управление качеством углерода, кокса, торфяного и древесного дегтя и другого сырья для первичного производства.
Улучшенные контрольно-измерительные приборы и системы управления для получения оптимальных электромагнитных эффектов и перемешивания металла для требований подачи глинозема.
В будущем алюминиевая промышленность, возможно, потребует замены процессов Байера.

Технологические отходы, особенно те, которые образуются при первичном производстве, могут помочь производителям алюминия минимизировать отходы, устранить потоки отходов и улучшить утилизацию отработанного тепла, особенно из отходящих газов.
Для плавки, затвердевания и рециркуляции, а также для рекуперации энергии альтернативные чистые источники энергии могут помочь промышленности удовлетворить свои энергетические потребности при дальнейшем минимизации ее воздействия на окружающую среду, возможно, используя следующие технологии: