Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) разработали инновационное устройство, направленное на существенное повышение автоматизации в процессе производства алюминия. По мнению разработчиков, эта технология значительно упростит и оптимизирует управление производственными цехами. Подробности исследования были опубликованы в научном журнале Journal of Sustainable Metallurgy.
Важность алюминия и его получение
Алюминиевые сплавы остаются незаменимым материалом в аэрокосмической и судостроительной промышленности. Для их изготовления крайне важно получать чистый алюминий, который изначально добывается из природных руд.
Процесс получения алюминия начинается с извлечения глинозема (оксида алюминия, Al2O3) из руды, главным образом боксита. Далее, чистый металлический алюминий получают методом электролиза, который происходит в расплаве криолита (Na3AlF6). Криолит эффективно растворяет глинозем, обеспечивая энергоэффективность всего процесса, как пояснили специалисты СФУ.
Особенности электролитического процесса
При электролизе ионы алюминия (Al3+) восстанавливаются на катоде, который может представлять собой дно электролизера или расплавленный металл. Одновременно на угольном аноде происходит окисление ионов кислорода с выделением углекислого газа (CO2). Жидкий алюминий собирается на дне и регулярно удаляется. Для поддержания стабильности процесса жизненно важен точный контроль над подачей глинозема и глубиной погружения анодов, которые изнашиваются в процессе работы.
Александр Безруких, доцент кафедры Общей металлургии Института цветных металлов СФУ, подчеркнул, что мониторинг уровня накопления металла и расхода анодов является критически важным для оценки эффективности использования электроэнергии и технологического процесса в целом.
Новое решение от СФУ
По заказу коммерческого партнера, команда ученых из СФУ создала высокоточный датчик, способный в автоматическом режиме измерять уровень получаемого алюминия и степень износа анода с микрометровой точностью. Это инновационное устройство постоянно, каждую секунду, отслеживает положение анодной группы относительно уровня расплавленного металла.
Безруких отметил, что традиционный метод контроля уровня алюминия в электролизерах включает ручное измерение с помощью стального стержня всего лишь раз в сутки. Этот подход является трудозатратным и не обеспечивает необходимой точности и частоты данных, например, измерений каждую секунду. В отличие от него, разработанные автоматические датчики позволяют осуществлять непрерывный и высокочастотный мониторинг.
Ученый подчеркнул, что некорректная работа электролизера приводит к значительному перерасходу электроэнергии и ухудшению ключевых производственных показателей. Внедрение нового датчика обещает радикально улучшить контроль над технологическим процессом, открывая возможности для использования цифровых систем управления и оптимизации.
Внедрение и перспективы
На данный момент инновационная разработка проходит испытания в условиях действующего электролизного цеха. Эта инициатива является частью более широкого проекта СФУ под названием «Инженеры нашего времени», целью которого является популяризация инженерных профессий. Проект финансируется Министерством науки и высшего образования России (грант № 075-15-2025-499) в рамках программы «Десятилетие науки и технологии».
Дмитрий Верхов