Специалисты Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с другими учеными представили уникальное устройство, призванное значительно усовершенствовать и автоматизировать процесс производства алюминия. По мнению разработчиков, внедрение этой инновации сделает управление производственными цехами более эффективным и менее трудоемким. Детальное описание исследования опубликовано в научном издании Journal of Sustainable Metallurgy.
Алюминиевые сплавы широко применяются в современном ракетостроении, авиационной и судостроительной промышленности. Для изготовления таких материалов требуется предварительное получение чистого алюминия из природного сырья.
Процесс получения металлического алюминия начинается с извлечения глинозема (оксида алюминия, Al₂O₃) из руды, главным образом боксита. Затем чистый алюминий выделяется посредством электролиза. Этот электролитический процесс происходит в расплавленном криолите (Na₃AlF₆), который эффективно растворяет глинозем и способствует энергосбережению, как сообщили эксперты СФУ.
В ходе электролиза ионы алюминия (Al³⁺) восстанавливаются на катоде, которым может выступать дно электролизера или расплавленный алюминий. Одновременно на углеродном аноде происходит окисление кислородных ионов с выделением углекислого газа (CO₂). На дне электролизера скапливается жидкий алюминий, который затем регулярно удаляют. Для поддержания стабильности процесса электролиза критически важно контролировать подачу глинозема и глубину погружения анодов, поскольку последние изнашиваются в процессе работы.
Доцент кафедры Общей металлургии Института цветных металлов СФУ Александр Безруких пояснил, что для оценки эффективности и расхода электричества в процессе крайне важен точный контроль за уровнем образующегося металла и износом анодов.
По заказу одного из коммерческих партнеров исследователи СФУ создали инновационный датчик, способный с микрометровой точностью автоматически определять уровень производимого металла и скорость износа анода. Этот прибор мониторит положение анодного блока каждую секунду, сопоставляя его с уровнем алюминия в электролизере.
Александр Безруких отметил, что традиционный метод измерения уровня алюминия в электролизере крайне неэффективен: «Рабочие вручную, всего раз в день, опускают стальной стержень в электролизер и затем измеряют уровень металла. Этот метод не только трудозатратен и неточен, но и не позволяет получать данные с высокой частотой, например, ежесекундно. Наш новый датчик устраняет эти недостатки, обеспечивая непрерывный автоматический контроль».
Исследователь подчеркнул, что некорректная эксплуатация электролизеров приводит к значительным потерям электроэнергии и снижению общей производительности. Введение нового датчика, по словам Безруких, позволит значительно улучшить управление производственным процессом, а также откроет возможности для использования «цифровых советников» в контроле за операциями.
В настоящее время разработка проходит испытания в условиях действующего электролизного производства. Эта инновация является частью проекта СФУ «Инженеры нашего времени», направленного на популяризацию инженерных профессий. Проект финансируется Министерством науки и высшего образования России в рамках Десятилетия науки и технологий.
