Алюминиевое производство (часть 1)
Что такое алюминий?
Нынешний век по аналогии с каменным и бронзовым смело можно назвать алюминиевым. Еще сто с небольшим лет тому назад этот металл был драгоценным и шел исключительно на предметы роскоши. Сегодня же его используют в производстве всего подряд, а есть вещи которые без этого металла и вовсе нельзя было бы создать.
Алюминий самый распространенный металл на Земле. Он составляет 9% объема земной коры и входит в состав 250 минералов. Вы удивитесь но и Рубин и Сапфир это тоже алюминий в соединении с кислородом.
Несмотря на такую распространенность быстро и легко получить металл можно лишь из нескольких минералов. Крупные месторождения алюминиевых руд распределены крайне неравномерно ,кроме того полученное руда нуждается в глубокой переработке. Нередко путь сырья от месторождения до алюминиевого завода растягивается на 1000 километров.
Республика Хакасия здесь в верховьях Енисея у самого подножия Саян расположился один из центров российской алюминиевой промышленности город Саяногорск. Своим статусом город обязан сразу трем алюминиевым заводом. За год они производят около 840 тыс.тонн легкого металла перерабатывая более полутора миллионов тонн исходного сырья глинозема, который ничего общего не имеет внешне не c глиной не с землей, тем не менее этот минерал входит в состав любой глины.
Его химическая формула Al2O3 Это значит что на два атома алюминия приходится три атома кислорода, и эти атомные связи внутри настолько сильные, что у этого порошка совершенно нету металлических свойств, несмотря на то, что половина его объема это чистый алюминий.
Получение алюминия из глинозема на заводе
Прибывший на завод глинозем засыпается в силосные башни, которые лучше всего подходят для хранения сыпучих материалов. Одной пригоршни сырья хватит, что бы сделать несколько алюминиевых ложек или пару корпусов для модного телефона, но только сначала из глинозема придется выделить чистый алюминий, а для этого понадобится очень много энергии.
Около треть себе стоимости алюминия составляет затраты на электроэнергию, и именно по этому алюминиевые заводы лучше строить там, где много дешевого электричества. Например там где есть гидроэлектростанция, например Сояросушинская, между прочем самая большая гидроэлектростанция в России.
Проектная мощность этой электростанции 6 тыс.мегаватт в 1 час это в 1.5 раза больше, чем дает Калининская атомная станция питающая электричеством Москву. Главным потребителем ГС, является Саяногорский алюминиевый комплекс,пожирающий за 1 год 11 млн. мегаватт электроэнергии.
Ваты, киловатты, мегавольты это все хорошо для тех кто разбирается в электричестве, а вот чтобы обычный человек понял какая нужна сила тока для выплавления алюминия, стоит представить, что на алюминиевом заводе электричество передают не по проводам, а по трубам. Внутренняя электросеть действительно напоминает трубопровод, из за внушительной толщины электропроводки. Из-за огромной мощности тока обычные провода перегрелись бы или расплавились. Самые мощные электролинии в сечении в пол метра идут от трансформаторных станций к цехам электролиза.
Магнитное поле здесь настолько сильное, что способна удерживать железный ключ от квартиры в вертикальном положении, именно по этому сюда нельзя ходить с механическими часами, потому что они испортится и с банковскими картами магнитными, потому что можно остаться без зарплаты.
Мощные магнитные поля возникают вокруг проводников, они действуют так же, как и магнитное поле Земли, которое отклоняет легкую стрелку компаса. Только здесь напряженность значительно выше естественного фона, и любой металлический предмет стремиться встать вдоль невидимых магнитных линий.
Электрическая проводка сделана из листов алюминия, который не магнитит, однако железные болты с помощью которых она крепится превратились в электромагниты, причем весьма мощными. За сутки электролизер производит чуть больше 2 тонн алюминия. Казалось бы не много, но только на заводе в одном цеху таких установок 168.
Внутрь электролизеров глинозем поступает автоматически порциями по 2 кг. Внутри этих установок находится жидкий электролит, разогретый до 950 градусов, в таком расплаве глинозем растворяется, но что бы он превратился в металл, через него нужно пропустить очень мощный электрический ток, именно по этому алюминиевое производство и считается самым энергозатратным.
Руду не достаточно просто переплавить в печи, нужно разорвать внутри атомные связи алюминия с кислородом, на что уходит основная энергия. Ток внутрь подводят с помощью электродов, которые делают из прессованного, обожженного угля. Всего их 32 и последованная замена позволяет не останавливать процесс.
Что такое электролизер?
Электролизер это большая ванна, но которая выложена огнеупорным кирпичом, когда в нее опускается электроды возникает цепь, и электрический ток проходит через расплав от положительного анода к отрицательному дну ванны. Под воздействием тока устойчивые соединения распадаются, и из расплавленного глинозема начинает оседать чистый алюминий.
Всеми сложными операциями в электролизном цеху занимаются огромные мостовые комбайны, у которых как в швейцарском ноже, есть инструмент на любой вкус. В процессе электролиза опущенные аноды постепенно сгорают, и их приходится регулярно заменять на новые.
Превращение глинозема в алюминий занимает около суток. Алюминий получается не много тяжелее шлака, плавающего на поверхности, и когда в электролизе набирается 3 тонны металла его сливают. Процесс напоминает питье через соломинку, обод вакуумного ковша опускается на дно ванны электролизера, что бы засосать металл из ковша откачивают воздух, и перепад давления заставляет алюминий заливаться внутрь.
Вот теперь в этом ковше то, что не смогла создать сама природа. Чистый алюминий в виде металла, а не в составе сложных минералов, смог появится на свет благодаря стараниям человека.
Дальше из этого металла будут сделаны машины и самолеты, а может и просто упаковочная фольга. Но отдавать его заказчику сейчас еще рано, металл нужно довести до кондиции, а там как это происходит, а так же как выглядит конечная продукция алюминиевого завода читайте здесь.