Специалисты Сибирского федерального университета (СФУ) представили передовое устройство, призванное значительно повысить автоматизацию процесса получения алюминия. По оценкам разработчиков, внедрение этой инновации сделает управление производственными цехами более удобным и эффективным. Результаты исследования были опубликованы в авторитетном научном издании Journal of Sustainable Metallurgy.
Применение и получение алюминия
Алюминиевые сплавы незаменимы в современных высокотехнологичных отраслях, включая ракетостроение, авиацию и судостроение. Для их производства требуется получение чистого алюминия из природного сырья.
Процесс получения алюминия начинается с извлечения глинозема (оксида алюминия, Al₂O₃) из руды, главным образом из бокситов. Затем чистый металлический алюминий выделяется с помощью электролиза в расплаве криолита (Na₃AlF₆). Криолит играет ключевую роль, растворяя глинозем и делая весь процесс энергоэффективным, как объяснили эксперты СФУ.
Особенности электролиза и проблемы контроля
В ходе электролиза ионы алюминия (Al³⁺) восстанавливаются на катоде (отрицательном электроде, которым может быть дно электролизера или расплавленный алюминий). На углеродном аноде (положительном электроде) происходит окисление ионов кислорода, сопровождающееся выделением углекислого газа (CO₂). Жидкий алюминий собирается на дне и периодически выводится. Для поддержания стабильности электролиза критически важен точный контроль подачи глинозема и глубины погружения анодов, поскольку они постепенно расходуются.
Доцент кафедры Общей металлургии Института цветных металлов СФУ Александр Безруких подчеркнул, что для оценки расхода тока и общей эффективности процесса необходимо с высокой точностью отслеживать изменение уровня расплавленного металла и степень износа анодов.
Инновационный датчик СФУ
По заказу коммерческого партнера ученые СФУ разработали уникальный датчик, который автоматически и с микрометровой точностью измеряет уровень формирующегося металла и скорость расхода анода. Устройство ежесекундно мониторит положение анодной группы относительно поверхности металла.
«В настоящее время измерение уровня алюминия в электролизере производится вручную: оператор раз в день опускает стальной стержень, а затем линейкой определяет высоту. Этот метод не только трудоемок, но и не обеспечивает необходимой точности и частоты измерений, например, каждую секунду. Наши датчики позволяют вести непрерывный автоматический мониторинг, что кардинально меняет подход», — пояснил Александр Безруких.
Эффективность и перспективы
Александр Безруких отметил, что неоптимальные условия работы электролизеров приводят к значительному перерасходу электроэнергии и ухудшению технико-экономических показателей. Новый датчик позволит на порядок повысить качество управления технологическим процессом и интегрировать его с системами цифровых советников для дальнейшей оптимизации.
Разработка в настоящее время проходит испытания в условиях действующего электролизного цеха. Этот проект СФУ является частью инициативы «Инженеры нашего времени», направленной на популяризацию инженерных специальностей, и реализуется при финансовой поддержке гранта Министерства науки и высшего образования России (№ 075-15-2025-499) в рамках Десятилетия науки и технологии.
