Алюминий присутствует в нашей жизни всего лишь около полутора веков, но и за этот короткий срок успел пройти путь от декоративного металла, любимца ювелиров, до материала, позволяющего нам передвигаться быстрее, жить в тепле и уюте, пользоваться всеми благам современности и познавать миры вокруг.

Алюминий – самый распространенный металл на Земле, его доля в земной коре составляет до 8,8%. Однако алюминиевых рудников в природе не существует. Благодаря своей химической активности алюминий практически не встречается в свободном виде — для промышленного производства подходят лишь немногие из содержащих его минералов и горных пород.

В этом посте я расскажу, как производят алюминий на одном из крупнейших алюминиевых заводов мира.

Алюминиевое производство на КрАЗ

Сущесвует легенда, которая гласит, что однажды к римскому императору Тиберию (42 год до н. э. — 37 год н. э.) пришёл ювелир с металлической, небьющейся обеденной тарелкой, изготовленной якобы из глинозёма (Al2O3). Тарелка была очень светлой и блестела, как серебро. По всем признакам она должна быть алюминиевой. При этом ювелир утверждал, что только он и боги знают, как получить этот металл из глины. Тиберий, опасаясь, что металл из легкодоступной глины может обесценить золото и серебро, приказал на всякий случай отрубить ювелиру голову.

Лишь почти через 2000 лет после Тиберия, в 1825 году, датский физик Ганс Христиан Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия, а в 1827 году Фридрих Вёлер смог выделить крупинки алюминия, которые, однако, на воздухе немедленно покрывались тончайшей пленкой оксида алюминия.

Дальше Анри Сент-Клер Девиль, исследования которого финансировал Наполеон III, придумал первый способ промышленного получения алюминия и получил первый слиток массой около 7 кг. Девиль начал производство алюминия на заводе братьев Тиссье в Руане. За сутки завод производил два килограмма алюминия. В 1857 году килограмм этого металла стоил 300 франков.

В те годы комнату на месяц в Париже можно было снять за 20 франков. Начало современному способу производства алюминия положил метод, изобретённый почти одновременно в 1886 году Чарльзом Холлом в США и Полем Эру во Франции и основанный на получении алюминия электролизом глинозема, растворённого в расплавленном криолите. С тех пор, в связи с улучшением электротехники, производство алюминия совершенствовалось. Заметный вклад в развитие производства глинозема внесли русские учёные К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковский, А. А. Яковкин и др.

Электролизеры, работающие по технологии экологического Содерберга

Датой рождения алюминиевой промышленности России считается 14 мая 1932 года, когда на Волховском заводе в Ленинградской области была получена первая партия металла. Через год первую продукцию выпустил Днепровский алюминиевый завод на Украине. .... Дабы не конспектировать текст, я советую почитать на сайте РУСАЛа историю российской алюминиевой промышленности.

С помощью вакуумного ковша забирают алюминий из электролизера

На данный момент лидером мировой алюминиевой отрасли является РУСАЛ (Объединенная компания «Российский алюминий»). Продукция экспортируется клиентам в 70 странах мира. В состав компании входят предприятия по добыче бокситов и нефелиновый руды, производству глинозема, алюминия, сплавов, фольги и упаковочных материалов на ее основе, а также энергоактивы. На долю Объединенной компании приходится около 12,5% мирового рынка алюминия и 16% глинозема, что обеспечивается производственными мощностями, позволяющими производить 3,9 млнтонн алюминия и 10,6 млнтонн глинозема в год. Компания создана в марте 2007 года в результате объединения РУСАЛа, СУАЛа и глиноземных активов Glencore. В UC RUSAL работает 100 000 человек. Объединенная компания присутствует в 17 странах мира на 5 континентах.

Красноярский алюминиевый завод как раз принадлежит РУСАЛу. КрАЗ - второй крупнейший производитель алюминия в мире, а так же основная площадка для опытной эксплуатации и внедрения инновационных разработок РУСАЛа. Производственная мощность КрАЗа - 1 млн тонн алюминия в год (около 24% российского и 2,4% мирового производства алюминия). В производственный комлпекс завода входят 25 корпусов электролиза (2233 электролизера), 3 литейных отделения и отделение производства анодной массы.

В 2011 году КрАЗ произвел алюминия больше, чем БрАЗ, который является самым крупным производителем алюминия в мире

Производство алюминия является исключительно энергоемким. Поэтому алюминиевые заводы преимущественно строят в регионах, где есть свободной доступ к мощным источникам электроэнергии. В нашем случае этим источником является Красноярская ГЭС, установленная мощность которой 6000 МВт. Сегодня это самая мощная ГЭС в России (до тех пор, пока СШГЭС находится на реконструкции). Красноярский алюминиевый завод потребляет около 70% от общего объема производимой ГЭС электроэнергии.

Электролизная ванна, где производится алюминий

Алюминий производят из глинозёма, который в свою очередь извлекается преимущественно из бокситов (иногда из нефелиновых руд), запасы которых на земле практически безграничны. Т.е. на КрАЗе мы можем видеть только заключительный этап производства - восстановление алюминия процессом Холла-Эру. Он основан на следующем принципе: при электролизе раствора глинозема в расплавленном криолите (Na3AlF6) выделяется алюминий. Дно электролизной ванны служит катодом, а угольные бруски, погруженные в криолит — анодами. Под раствором криолита с 3-5% глинозема осаждается расплавленный алюминий. При этом температура процесса достигает 955° С, что значительно выше температуры плавления самого металла — 660° С.

Расстояние между анодом и катодом 5.5 - 6.5 см, это так называемый межполюсный зазор, именно там и происходит реакция восстановления алюминия.

Вакуумные ковши могут забрать за один раз от 3 до 5 тонн горячего металла

На КрАЗе в 2004-2009 годах была осуществлена модернизация, которая позволила значительно повысить эффективность работы и снизить объем удельных выбросов вредных веществ. Сейчас проходит второй этап модернизации, который заключается в поэтапном переводе мощностей предприятия на технологию «Экологичный Содерберг», так же позволяющую существенно снизить воздействие на окружающую среду.

Все электролизеры Содерберга оборудовали системой АПГ (автоматическая подача глинозёма в электролизер), это повысило автоматизацию производственного процесса и улучшило экологическую обстановку в корпусах. Так же установили систему сухой очистки газов, которая обеспечила максимальный уровнень улавливания фторидов – до 99%.

Суточная производительность завода 2725 тонн

На КрАЗе введен в работу единственный в России корпус с электролизерами АВЧ (производство алюминия высокой чистоты).

Чистота сверхчистого металла - 99,996%. Он используется в производстве компьютерных жестких дисков, мобильных телефонов и другой электронной техники, а также в аэрокосмической и оборонной промышленностях. Основные поставки этого алюминия с КрАЗа идут в Азию, Японию, США.

Напряжение, подаваемое на электролизер всего лишь 4.5 V, но сила тока огромная - 174300 A

Если в корпусах Содерберга получение алюминия происходит из глинозёма, то в корпусе АВЧ исходным сырьем является более грязный алюминий. Проще говоря, технический алюминий проходит вторичную очистку, что делает его сверхчистым. Производительность одного электролизера АВЧ - 600 кг\сутки

КрАЗ является единственным в мире заводом, где используется сразу три технологии производства алюминия - электролизеры Содерберга, АВЧ и электролизеры с обоженными анодами.

В отличие от электролизеров, работающих по технологии Содерберга, технология производства алюминия с использованием заранее обожженных анодов характеризуется меньшими затратами на электроэнергию и влиянием на окружающую среду.

У каждого корпуса КрАЗа есть сложное газоочистное оборудование, установленное в рамках первого этапа экологической модернизации.

Эффективность улавливания газоочистками вредных веществ – 99,9%.

Я уже писал выше, что в производственный комплекс КрАЗа входит 3 литейных отделения. Ниже фотографии с литейного отделения №3, в котором помимо всего делают самые длинные алюминиевые слитки в мире.

Миксер на 100 тонн металла, в котором идет приготовление сплавов. Миксер по сути - это большая кастрюля, в которую помимо первичного металла добавляются необходимые ингредиенты – легирующие материалы. В результате получается высококачественный алюминиевый сплав.

Температура металла в миксере более 800 градусов

Заливка металла в миксер

КрАЗ заточен на выпуск высокотехнологичной продукции. К примеру, завод сейчас развивает производство так называемых плоских слитков. Они широко востребованы рынком упаковочных материалов, нужны для производства литографических пластин и кузовных панелей легковых автомобилей.

В рамках программы модернизации в литейном отделении предприятия заработал уникальный литейный агрегат, который стал выпускать слитки двойной длины – до 11,5 м. Изготовленные на нем сплавы теперь используются в производстве фольги. Причем, это слитки-рекордсмены. Такие длинные алюминиевые слитки не выпускал еще ни один завод мира.

В 2012 году завод предложил новую продукцию лидерам мирового автопрома. К примеру, японские концерны Тойота и Мицубиси заказали сплавы, чтобы повысить эксплуатационные свойства своих легковых автомобилей. Кразовцы предложили металл, обеспечивающий элементам двигателя и колесным дискам и прочность, и пластичность. Усовершенствованные сплавы для производства фольги заказали известные европейские прокатные компании – Novelis и Hydro.

На этом всё. Спасибо пресс-службе КрАЗа за интересную экскурсию по заводу. В одном из следующих постов я покажу фотографии с Красноярского металлургического завода, где из произведенного на КрАЗе алюминия делают различные изделия, в том числе автомобильные кованные диски.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.