Р ис. 5.50. Схема электролиза для получения алюминия:
1 - углеродистая футеровка; 2 - огнеупорная футеровка; 3 - застывший электролит; 4 - расплавленный электролит; 5 - угольный анод; 6 - самообжигающаяся углеродистая масса; 7 - газоотвод; 8 - слой глинозема; 9 - токоподводы
Для обеспечения достаточной электропроводности и жидкоподвижности электролита температуру его поддерживают в пределах 930-970°С. Получающийся в результате электролиза жидкий алюминий (tпл = 660°С) скапливается на углеродистой подине, выполняющей роль катода. Над ним располагается слой расплавленного электролита (с плотностью примерно 2,1 г/см3; плотность алюминия 2.3 г/см3).
По ходу электролиза концентрация глинозема в электролите снижается. Для её восстановления периодически разбивают корочку застывшего электролита на поверхности ванны и в образовавшееся отверстие загружают порцию А12О3. Раз в сутки накопившийся в ванне алюминий отсасывают с помощью вакуумного насоса.
По мере расходования анода его опускают, поддерживая постоянным межполюсное расстояние 4-5 см. При этом верхнюю часть анода наращивают, используя самообжигающуюся углеродистую массу. Один из типоразмеров электролизных ванн имеет внутренние размеры: ширина 3,8, длина 10,0 м; размеры анода в горизонтальном сечении 2,8 х 9,0 м. Электролизеры обычно объединяют в серии по 100-150 штук.
Показатели процесса электролиза: удельный расход на 1 т алюминия - глинозема 1,92-1,93 т; анодной массы 550 кг; криолита и других добавок 50 кг. Рабочее напряжение на электродах промышленных ванн составляет 4,0-4,5В. Удельный расход электроэнергии при этом получается равным
WФ
= 
=
13,9
103
кВт • ч/т Аl
(0,90 выход по току). Стоимость электроэнергии составляет примерно 30% себестоимости алюминия. Производительность ванны 550-1200 кг/сут.
5.2.4. IV стадия - получение чистого алюминия
Извлеченный из ванны алюминий-сырец содержит много примесей, снижающих качество металла: выделяющиеся на катоде совместно с алюминием железо, титан, механические примеси (А12О3, карбид алюминия, угольные частицы), газы Н2, О2, СО2, СО и др.
Обычно очистку алюминия от примесей производят продувкой слоя металла хлором. Образующиеся в результате хлорирования соединения всплывают на поверхность, откуда их удаляют. Получаемый алюминий имеет чистоту 99,80-99,85%.
Алюминий высокой чистоты получают более сложными приемами: электролитическим рафинированием (99,996%), зонной плавкой (99,9999%) или дистилляцией. В последнем варианте парообразные А12Cl3 или AIF3 при 1000°С пропускают над расплавленным алюминием. При этом образуются неустойчивые соединения
А1С13 +2AI →3А1С1 или AIF3 + 2А1 →3A1F.
При последующем охлаждении до 700°С реакции идут в обратном направлении с выделением особо чистого алюминия - 99,99998%.
5.3. Производство меди
5.3.1. Рудная база
По распространенности в земной коре медь занимает 22-е место - 0,01% (у железа более 5%). В небольших количествах встречаются руды, в которых медь присутствует в виде оксидов СuО и Cu20; очень редко находят самородную медь (в виде металла). Основное количество природных медных руд содержит медь в форме сульфидных минералов: CuFeS2; CuS; Cu2S. Одной из особенностей медных руд является их комплексность - в рудах кроме меди присутствуют Fe; Zn; Ni; Pb, а также в небольших количествах благородные и редкие металлы: Ag, Au, Se, Те и др. Извлечение попутных элементов делает производство меди более рентабельным. Химический состав некоторых типов медных руд приведен в табл. 5.11.
Таблица 5.11