В Сибири разработан уникальный датчик, который обещает совершить революцию в производстве алюминия, значительно повышая автоматизацию и эффективность процесса. Эта инновация, созданная специалистами Сибирского федерального университета (СФУ), призвана сделать управление электролизными цехами более удобным и точным.
Важность алюминия и существующие методы производства
Алюминиевые сплавы являются незаменимыми материалами в современном строительстве высокотехнологичной техники, такой как ракеты, самолеты и корабли. Для их производства требуется получение чистого алюминия из природных ресурсов.
Традиционный процесс начинается с извлечения глинозема, или оксида алюминия (Al2O3), из руды, преимущественно боксита. Затем металлический алюминий получают методом электролиза в расплаве криолита (Na3AlF6). Криолит эффективно растворяет глинозем, делая процесс энергоэффективным, как пояснили в СФУ.
Во время электролиза ионы алюминия (Al³⁺) восстанавливаются на катоде (отрицательно заряженном электроде, которым может служить дно электролизера или расплавленный алюминий). На углеродном аноде происходит окисление ионов кислорода с выделением углекислого газа (СО2). Жидкий металлический алюминий постепенно накапливается на дне, откуда его регулярно извлекают. Для обеспечения стабильности и непрерывности электролиза критически важно постоянно контролировать подачу глинозема и глубину погружения анодов, так как они расходуются в процессе работы.
Инновационный датчик от СФУ
Доцент кафедры Общей металлургии Института цветных металлов СФУ Александр Безруких подчеркнул, что точный контроль увеличения высоты наработанного металла и уменьшения высоты анода необходим для оценки эффективности расхода тока и общей производительности технологии.
По заказу коммерческого партнера, ученые СФУ разработали передовой датчик, который способен автоматически измерять уровень наработанного металла и скорость расхода анода с поразительной точностью до микрометров. Устройство непрерывно, каждую секунду, отслеживает положение анодного массива относительно уровня металла.
«В настоящее время на электролизных производствах измерение уровня алюминия производится вручную: электролизник ежедневно опускает в электролизер стальной стержень, затем извлекает его и с помощью линейки определяет уровень металла для каждого электролизера. Это трудоемкая и недостаточно точная методика, которая не позволяет осуществлять высокочастотный контроль. Наши разработанные датчики обеспечивают постоянные измерения в автоматическом режиме», — объяснил Александр Безруких.
Значение разработки и перспективы
Александр Безруких также отметил, что ненадлежащие условия работы электролизера приводят к значительному перерасходу электроэнергии и снижению ключевых технико-экономических показателей. Новый датчик позволит на порядок улучшить управление технологическим процессом и интегрировать его с системами цифровых советников.
В настоящее время разработка проходит активное тестирование в условиях действующего электролизного цеха. Эта инновация СФУ является частью масштабного проекта «Инженеры нашего времени», направленного на популяризацию инженерных специальностей. Проект реализуется при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования России в рамках государственной программы «Десятилетие науки и технологии».
