Металлургия алюминия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2177 

Кафедра цветных металлов и золота

А.П. Лысенко 
Р.Т. Хайрулина 
 

Металлургия алюминия

 

Учебное пособие 

Допущено учебно-методическим объединением  
по образованию в области металлургии в качестве  
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению 150400 – Металлургия 

Москва 2012 

УДК 669 
 
Л88 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. Т.А. Базлова 

Лысенко, А.П. 
Л88  
Металлургия 
алюминия : учеб. 
пособие / А.П. Лысенко, 
Р.Т. Хайрулина. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2012. – 57 с. 
ISBN 978-5-87623-594-7 

Учебное пособие по курсу «Металлургия алюминия» состоит из трех разделов: электрометаллургия алюминия, производство магния и металлургия 
вторичного алюминиевого сырья. Для лучшего усвоения студентами теоретического материала и самоподготовки к контрольным мероприятиям каждый из разделов содержит тесты, охватывающие основные вопросы данного 
курса. 
Предназначено для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению «Металлургия». 
 

УДК 669 

ISBN 978-5-87623-594-7 
© А.П. Лысенко, 
Р.Т. Хайрулина, 2012 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие..............................................................................................4 
1. Электрометаллургия алюминия ..........................................................5 
1.1. Производство фтористых солей и электродных изделий ..........9 
1.2. Физико-химические свойства криолитоглиноземных 
расплавов и влияние на них различных добавок.............................12 
1.3. Основные электрохимические реакции, протекающие на 
электродах ...........................................................................................15 
1.4. Выход алюминия по току, расход электроэнергии и 
влияние на них различных факторов................................................17 
1.5. Конструкция и основы расчета алюминиевой ванны ..............18 
1.6. Технология электролитического производства алюминия......23 
1.7. Качество алюминия.....................................................................28 
1.8. Электролизный цех алюминиевых заводов ..............................29 
1.9. Рафинирование технического алюминия ..................................30 
2. Производство магния .........................................................................35 
2.1. Подготовка магниевого сырья....................................................36 
2.2. Теоретические основы получения магния электролизом ........41 
2.3. Технология электролитического производства магния...........45 
2.4. Термические способы получения магния..................................48 
2.5. Рафинирование магния ...............................................................50 
3. Металлургия вторичного алюминиевого сырья ..............................52 
Литература ..............................................................................................56 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Учебное пособие предназначено для проверки знаний, приобретенных бакалаврами, обучающимися по направлению «Металлургия», в процессе изучения технологий производства легких металлов. 
В лекционном блоке курса подробно рассматриваются вопросы теории и практики электролиза и рафинирования алюминия и магния 
начиная от сырьевой базы и заканчивая потребительскими свойствами полученных продуктов. Особое внимание уделено проблемам, 
связанным с переработкой и утилизацией алюминиевого лома и отходов – вторичной металлургии. 
Учебное пособие состоит из трех разделов: получение и рафинирование алюминия, производство магния и металлургия вторичного 
алюминиевого сырья. Краткие пояснения к каждому разделу совместно с курсом лекций позволят студентам ответить на предлагаемые 
вопросы. Тесты можно использовать для самоконтроля знаний, опроса студентов на семинарских занятиях, подготовки к контрольным 
работам, зачету и экзамену. 

1. ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ АЛЮМИНИЯ 

Алюминий получают электролизом криолитоглиноземного расплава в ванне, содержащей жидкий металлический катод и углеграфитовый анод. 
Электролитом для производства алюминия служит криолитоглиноземный расплав.  
Криолит – это конгруэнтно плавящееся соединение Nа3АIF6 
(3NaF·АIF3). Этот расплав имеет ряд существенных недостатков:  
– расплавленные криолитоглиноземные электролиты чрезвычайно агрессивны. В них реально устойчивы лишь графит и другие углеродистые материалы; 
– электролиз этих электролитов сопровождается выделением отравляющего атмосферу газообразного фтористого водорода и фторсодержащей пыли; 
– криолит и фтористые соли являются дорогими и дефицитными 
материалами, что неблагоприятно сказывается на себестоимости 
алюминия.  
Несмотря на это, на сегодняшний день криолит является единственным растворителем глинозема.  
Криолитоглиноземные расплавы представляют собой тройную 
систему 
Nа3АIF6–А12О3–АIF3. 
Если 
криолитовое 
отношение 
(NaF/AlF3) у криолита равно 3, то промышленные электролиты имеют небольшой избыток фтористого алюминия. Кроме основных компонентов (Nа3А1F6, А1F3, Аl2О3), в него входят и другие химические 
соединения (СаF2, МgF2, LiF, NаСI), улучшающие физикохимические свойства электролита. Растворение глинозема в электролите сопровождается химической реакцией 

 
Na3AlF6 + Al2O3 = 3NaAlOF2. 

Электролиз ведут непрерывно. При этом содержание глинозема в 
оксидно-фторидном расплаве уменьшается. При достижении минимальной концентрации Al2O3 в электролите, в него догружают глинозем и доводят до предельного (8…10 % масс. Al2O3) содержания при 
температуре 955…965 °С. Растворенный глинозем диссоциирует на 
ионы. При этом на катоде происходит выделение алюминия: 

 
3AlOF2
– + 6e = 2Al↓ + AlO3
3– + 6F–, 

а на аноде разряжаются кислородсодержащие ионы: 

3AlOF2
– – 6e = 3Al3+ + 6F– + 1,5 О2↑. 

На практике применяют угольно-графитовый анод. Взаимодействие образующегося кислорода с углеродом анода происходит по реакции 

 
1,5О2 + 2С → СО + СО2. 

Выделяющийся алюминий накапливается на подине. Его периодически извлекают из ванны. Анодный газ улавливают и удаляют из 
электролизера с помощью специальных устройств в систему газоотсоса и газоочистки. Механизм горения угля состоит из следующих 
стадий:  
– химическая адсорбция кислорода на угле; 
– образование промежуточных углерод-кислородных соединений типа CxOy; 
– распад CxOy на СО и СО2; 
– десорбция СО и СО2 с поверхности анода.  
Теоретически в процессе получения алюминия расходуется не 
только глинозем и углерод, но и электроэнергия, которая необходима 
для разложения глинозема и поддержания высокой рабочей температуры электролиза. Кроме этого, в ходе электролиза наблюдаются потери значительного количества криолита и других фтористых солей 
из-за испарения и впитывания в футеровку.  
На 1 т получаемого металла расходуется:  
глинозема 
– 1925…1945 кг; 
анодной массы 
– 525…570 кг; 
фтористых солей – 40…100 кг. 
Часть фтористых солей регенерируется и возвращается в процесс 
получения алюминия.  
Металлический алюминий получают в электролизной ванне. Выделяющийся расплавленный алюминий при температуре электролиза 
тяжелее электролита и находится на подине ванны. Устройство электролизера можно схематически представить следующим образом. 
Это неглубокая шахта, которая заполнена электролитом. Внутренняя 
футеровка ванны сделана из угольных блоков – боковых и подовых. 
В электролит опущен угольный анод. Катодом служит угольная подина. К аноду и к подине подведены токопроводящие шины. Над 
расплавом на границе с воздухом образуется корка застывшего электролита. Слоем застывшего электролита покрыты изнутри боковые