Специалисты Сибирского федерального университета (СФУ) в составе научного коллектива разработали новое устройство, призванное существенно повысить автоматизацию процесса получения алюминия. По оценкам авторов, внедрение этой разработки сделает управление производственными цехами более удобным и технологичным. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Journal of Sustainable Metallurgy.
Технология производства алюминия и её текущие сложности
Алюминиевые сплавы активно применяются в аэрокосмической и судостроительной отраслях. Для их производства необходимо выделить чистый алюминий из природных источников.
Процесс получения алюминия начинается с извлечения глинозема — оксида алюминия (Al2O3) — преимущественно из бокситовой руды. Далее из глинозема получают металлический алюминий методом электролиза в расплаве криолита (Na3AlF6). Криолит способствует растворению глинозема и обеспечивает энергоэффективность процесса выделения чистого алюминия, как пояснили в Сибирском федеральном университете.
В ходе электролиза ионы алюминия (Al³⁺) восстанавливаются на катоде — отрицательно заряженном электроде, роль которого выполняет дно электролизера или расплавленный алюминий. На аноде (положительном углеродном электроде) происходит окисление ионов кислорода с выделением углекислого газа (СО2). Жидкий металлический алюминий собирается на дне и периодически удаляется. Для поддержания стабильности электролитического процесса требуется точный контроль за подачей глинозема и глубиной погружения анодов, которые постепенно расходуются.
Инновационный подход СФУ: новый датчик
Доцент кафедры Общей металлургии Института цветных металлов СФУ Александр Безруких подчеркнул, что для оценки эффективности технологии и расхода тока критически важно точно контролировать увеличение высоты металла и уменьшение высоты анода.
Ученые СФУ, работая по заказу коммерческого партнера, создали датчик, который в автоматическом режиме измеряет уровень наработанного металла и скорость расхода анода с микрометровой точностью. Это устройство ежесекундно проверяет положение анодного массива относительно уровня металла.
«В электролизных цехах измерение уровня наработанного алюминия производится вручную: оператор один раз в сутки погружает стальной стержень в электролизер, а затем линейкой измеряет уровень. Это трудоемкий, неточный метод, который не позволяет осуществлять высокочастотный контроль, например, раз в секунду. Разработанные нами датчики обеспечивают постоянные автоматические измерения», — прокомментировал Безруких.
Ученый также отметил, что неоптимальная работа электролизера ведет к перерасходу электроэнергии и снижению технико-экономических показателей. Новый датчик способен существенно повысить уровень управления технологическим процессом и интегрироваться с цифровыми системами мониторинга.
В настоящее время разработка проходит тестирование в условиях реального электролизного цеха. Этот проект СФУ реализуется в рамках инициативы «Инженеры нашего времени», направленной на популяризацию инженерных специальностей, и поддерживается грантом Министерства науки и высшего образования России в рамках Десятилетия науки и технологий.
