Производство алюминия. Изображение: © Getty Images / SafakOguz
Специалисты Сибирского федерального университета (СФУ) разработали новое устройство, призванное значительно улучшить и автоматизировать процесс получения алюминия. По мнению авторов, эта инновация сделает управление производственными цехами более эффективным и удобным. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Journal of Sustainable Metallurgy.
Алюминиевые сплавы активно применяются в производстве ракет, самолетов и кораблей. Для их создания крайне важно получать чистый алюминий из природных источников.
Технологический процесс получения алюминия
Процесс получения алюминия начинается с извлечения глинозема (оксида алюминия, Al2O3) из руды, в основном боксита. Затем чистый металлический алюминий выделяется из глинозема методом электролиза, который проводится в расплаве криолита (Na3AlF6). Криолит эффективно растворяет глинозем, обеспечивая при этом энергоэффективность всего процесса, как пояснили ученые СФУ.
Во время электролиза ионы алюминия (Al³⁺) восстанавливаются на катоде, который представляет собой отрицательно заряженный электрод (дно электролизера или сам расплавленный алюминий). Одновременно на углеродном аноде (положительном электроде) происходит окисление ионов кислорода с выделением углекислого газа (СО2). Жидкий алюминий скапливается на дне электролизера и периодически выводится. Для стабильности процесса крайне важно точно контролировать подачу глинозема и глубину погружения анодов, так как они постепенно расходуются.
Доцент кафедры Общей металлургии Института цветных металлов СФУ Александр Безруких подчеркнул, что для оценки эффективности технологии и расхода тока необходим точный контроль уровня производимого металла и степени износа анода.
Инновационный датчик от СФУ
В ответ на запрос коммерческого партнера, ученые СФУ создали датчик, который с микрометровой точностью автоматически измеряет уровень наработанного металла и скорость износа анода. Устройство ежесекундно отслеживает положение анодного массива относительно уровня расплавленного металла.
«Традиционно в электролизных цехах уровень алюминия в электролизере измеряется вручную: рабочий один раз в сутки опускает стальной стержень, затем извлекает его и с помощью линейки определяет уровень. Это устаревший, неточный и трудоемкий метод, не позволяющий проводить измерения с высокой частотой, например, раз в секунду. Наши новые датчики позволяют выполнять эти измерения автоматически и непрерывно», — пояснил Александр Безруких.
Ученый отметил, что некорректная работа электролизера приводит к перерасходу энергии и снижению ключевых технико-экономических показателей. Новый датчик значительно повысит точность управления технологическим процессом и даст возможность интегрировать цифровые системы управления.
В настоящее время разработка проходит испытания в условиях действующего электролизного цеха. Этот проект СФУ является частью инициативы «Инженеры нашего времени», направленной на популяризацию инженерных специальностей и реализуемой при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования России в рамках Десятилетия науки и технологий.
