© Getty Images / SafakOguz
Перефразированный текст (Русский)
Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) разработали инновационное устройство для значительного улучшения автоматизации производства алюминия. Эта новая технология, по мнению ее создателей, упростит и автоматизирует управление производственными цехами. Подробности исследования были опубликованы в научном журнале Journal of Sustainable Metallurgy.
Алюминиевые сплавы широко применяются в таких отраслях, как ракетостроение, авиация и судостроение. Для их производства требуется сначала получить чистый алюминий из природного сырья.
Процесс получения алюминия из природных ресурсов начинается с извлечения глинозема (оксида алюминия, Al₂O₃) из руды, главным образом боксита. Затем чистый металлический алюминий получают путем электролиза. Этот метод включает растворение глинозема в расплавленном криолите (Na₃AlF₆), что способствует эффективному выделению алюминия и значительно повышает энергоэффективность процесса, как пояснили исследователи СФУ.
В процессе электролиза ионы алюминия (Al³⁺) восстанавливаются на катоде, который может представлять собой дно электролизера или уже расплавленный алюминий. Одновременно на углеродном аноде происходит окисление ионов кислорода с выделением углекислого газа (CO₂). На дне электролизера скапливается жидкий алюминий, который затем периодически удаляют. Для поддержания стабильности процесса крайне важен точный контроль подачи глинозема и глубины погружения анодов, так как они расходуются в ходе реакции.
Александр Безруких, доцент кафедры Общей металлургии Института цветных металлов СФУ, отметил, что точный мониторинг уровня производимого металла и степени износа анода необходим для оценки эффективности использования тока и общей продуктивности технологии.
В рамках сотрудничества с коммерческим партнером, исследователи СФУ создали инновационный датчик. Он способен в автоматическом режиме, с микрометровой точностью, измерять объем произведенного алюминия и скорость износа анода. Этот прибор каждую секунду отслеживает положение анодного массива относительно уровня расплавленного металла.
Безруких пояснил, что традиционный ручной метод измерения уровня алюминия в электролизерах, когда оператор один раз в сутки погружает стальной стержень и измеряет высоту, является неточным и трудоемким. Он не позволяет осуществлять высокочастотный контроль, например, ежесекундно. В отличие от этого, разработанные датчики обеспечивают непрерывные и автоматические измерения.
Ученый подчеркнул, что некорректная эксплуатация электролизеров приводит к значительным потерям электроэнергии и снижению производственных показателей. Новый датчик существенно повысит эффективность управления технологическим процессом, а также откроет возможности для его контроля с помощью современных цифровых систем и «умных» помощников.
В настоящее время новая система проходит испытания в условиях действующего электролизного цеха. Эта разработка является частью инициативы СФУ «Инженеры нашего времени», направленной на популяризацию инженерных профессий. Проект финансируется за счет гранта Министерства науки и высшего образования России (№ 075-15-2025-499) в рамках программы «Десятилетие науки и технологии».
Текст (Португальский)
Cientistas da Universidade Federal Siberiana (SFU) desenvolveram um dispositivo inovador para melhorar significativamente a automação do processo de produção de alumínio. Esta nova tecnologia, segundo seus criadores, simplificará e automatizará a gestão das oficinas de produção. Os detalhes da pesquisa foram publicados no periódico científico Journal of Sustainable Metallurgy.
Ligas de alumínio são amplamente utilizadas em indústrias como a de foguetes, aviação e construção naval. Para a sua produção, é necessário primeiro obter alumínio puro a partir de fontes naturais.
O processo de obtenção de alumínio a partir de recursos naturais começa com a extração de alumina (óxido de alumínio, Al₂O₃) do minério, principalmente bauxita. Em seguida, o alumínio metálico puro é obtido por eletrólise. Este método envolve a dissolução da alumina em criolita fundida (Na₃AlF₆), o que facilita a separação eficiente do alumínio e aumenta consideravelmente a eficiência energética do processo, conforme explicado pelos pesquisadores da SFU.
Durante a eletrólise, os íons de alumínio (Al³⁺) são reduzidos no cátodo, que pode ser o fundo do eletrolisador ou o próprio alumínio fundido. Simultaneamente, no ânodo de carbono, ocorre a oxidação dos íons de oxigênio com a liberação de dióxido de carbono (CO₂). O alumínio metálico líquido acumula-se no fundo, de onde é periodicamente extraído. Para manter a estabilidade do processo, é crucial um controle preciso do fornecimento de alumina e da profundidade de imersão dos ânodos, pois estes são gradualmente consumidos durante a reação.
Alexander Bezrukikh, professor associado do Departamento de Metalurgia Geral do Instituto de Metais Não Ferrosos da SFU, observou que o monitoramento preciso do nível de metal produzido e da taxa de desgaste do ânodo é essencial para avaliar a eficiência do uso de corrente e a produtividade geral da tecnologia.
Em colaboração com um parceiro comercial, os pesquisadores da SFU criaram um sensor inovador. Ele é capaz de medir automaticamente, com precisão micrométrica, o volume de alumínio produzido e a velocidade de consumo do ânodo. Este dispositivo monitora a posição do arranjo anódico a cada segundo e avalia sua posição em relação ao nível do metal fundido.
Bezrukikh explicou que o método manual tradicional de medição do nível de alumínio em eletrolisadores, onde um operador imerge uma haste de aço uma vez por dia e mede a altura, é impreciso e trabalhoso. Não permite um controle de alta frequência, como a cada segundo. Em contraste, os sensores desenvolvidos proporcionam medições contínuas e automáticas.
O cientista enfatizou que a operação inadequada dos eletrolisadores leva a um consumo excessivo de energia e a baixos indicadores técnico-econômicos. O novo sensor aumentará significativamente a eficiência do gerenciamento do processo tecnológico e permitirá seu controle por meio de sistemas digitais modernos e assistentes “inteligentes”.
Atualmente, o novo sistema está em fase de testes em uma oficina de eletrólise real. Este desenvolvimento faz parte da iniciativa da SFU “Engenheiros do Nosso Tempo”, que visa popularizar as profissões de engenharia. O projeto é financiado por uma subvenção do Ministério da Ciência e Ensino Superior da Rússia (Nº 075-15-2025-499) no âmbito do programa “Década da Ciência e Tecnologia”.
