Получение алюминия. 
Материаловедение и технология материалов

Алюминий и его сплавы являются одними из самых востребованных материалов для производства современных изделий. Получают их из алюминиевых руд — бокситов, нефелинов, алунитов.

Бокситы содержат алюминий в виде гиббсита (А1₂0₃*ЗН₂0), белита (А1₂0₃ • 11₂0), корунда (А1₂0₃) и каолина (А1₂0₃ • 2Si0₂ • 211₂0); нефелины имеют формулу (Na, К)₂0-Al₂0₃-2Si0₂, алуниты — K₂(Na₂)S0₄ Al₂(S0T)₃ 4А1(ОН)₃.

Начальным этапом получения алюминия является выделение из алюминиевых руд глинозема. Одним из способов получения глинозема является метод Байера. В его основе — реакция избирательного растворения в щелочи А1₂0₃, содержащегося в боксите:

Способ применим для бокситов с небольшим содержанием Si0₂.

В другом случае глинозем получают, используя процесс спекания, которым перерабатывают руды с повышенным содержанием (более 6—8%) Si0₂. В основе способа, применимого для любых алюминиевых руд, лежит спекание при температуре ~1300°С алюминатов с последующим выщелачиванием. В алюминиевых рудах может содержаться силикат 2СаО • Si0₂. Удаление кремния производится длительной выдержкой алюминатного раствора, полученного после выщелачивания и содержащего гидросиликат и красный шлам (осадок из оксидов Fe₂0₃, Al₂0₃, Si0₂ и СаО), в автоклаве при температуре ~160°С. После добавления к раствору извести получают осадок из кристаллов СаО • А1₂0₃ • 2Si0₂ • 2Н₂0.

В итоге гидроксид алюминия в виде Na₂— А1₂0₃ после операции карбонизации (обработки отходящими печными газами, содержащими 10—14% С0₂), выпадает в осадок:

Далее используется тот же метод Байера, позволяющий в итоге получить глинозем А1₂0₃ — порошок белого цвета.

Алюминий получают широко известным способом — электролизом глинозема.

Па рис. 12.3 представлена схема электролизера для получения алюминия.

Электролит 9 в виде расплава содержит Л1₂0₃ (2—10%) и криолит Na₃AlFe, в последний вводят A1F₃ (для экономии энергии), а также CaF₂ и MgF₂ (для снижения температуры плавления). Электролит проходящим через него током нагревается до температуры 950—970°С. В результате диссоциации молекул криолита протекает реакция

Рис. 123. Схема электролизера для получения алюминия:

1 — кожух; 2 — шамот; 3 — угольный блок; 4 — угольная плита; 5 — глинозем; 6 — анод; 7 — токоподводящая шина; 8 — подвеска (токоподвод); 9 — электролит; 10 — корка затвердевшего электролита; 11 — гарнисаж (затвердевший электролит); 12 —

токоподвод, а главное, диссоциация AI2O3 приводит к образованию алюминия:

Алюминий, разряжающийся на катоде (Al³⁺ + Зе —" Al), накапливается на дне ванны под слоем электролита. Современные электролитные ванны рассчитаны на производство 500—1200 кг алюминия в сутки.