Boksiidist alumiiniumoksiidini: Bayeri tee
Alumiiniumi esmane tootmine algab alumiiniumoksiidist ja peaaegu kogu maailma alumiiniumoksiid pärineb Bayeri protsessist. Purustatud boksiit seeditakse kuumas naatriumhüdroksiidis ligikaudu 240 kraadi juures, mis lahustab alumiiniumhüdroksiidi ja jätab lahustumatud jäägid, mida nimetatakse punaseks mudaks. Filtreerimisel eraldatakse sellest jäägist alumiiniumoksiid{3}rikas vedelik, vedelik jahutatakse nii, et alumiiniumhüdroksiid sadestub, ja sade kaltsineeritakse umbes 1000 °C juures, et eemaldada vesi ja saada sulatus-kvaliteediga Al2O3.
Kuna energiaarves domineerivad kääritamine ja kaltsineerimine, taastavad kaasaegsed rafineerimistehased soojust protsessivoogude vahel ja on vähendanud tarbimist ligikaudu 10 GJ-ni alumiiniumoksiidi tonni kohta. Punase muda käitlemine ja söövitava aine taastumine on kaks tegevuspiirangut, mis otsustavad, kas rafineerimistehas saab ökonoomselt töötada.
Peamine alumiinium Halli{0}}Heroulti protsessi järgi
Alumiiniumoksi ei redutseerita praktilistel temperatuuridel süsiniku toimel, seetõttu lahustatakse see sulatatud krüoliidis umbes 950 °C juures ja elektrolüüsitakse süsiniku{1}}vooderdatud elementides. Alalisvool pingel 4–6 V ja kuni 300 kA juhib alumiiniumioonid katoodile, kus vedel metall koguneb vanni alla, samas kui süsinikanoodid kuluvad ära ja oksüdeeritakse CO2-ks. Kaasaegne rakk toodab rohkem kui kaks tonni päevas umbes 99,7% puhtusega ja raku automatiseerimine on alates 1990. aastatest protsessi tööjõukulu järsult vähendanud.
| Lava | Töötemperatuur | Põhiväljund |
|---|---|---|
| Boksiidi seedimine | umbes 240 kraadi C | Naatriumaluminaadi vedelik pluss punase muda jäägid |
| Sademed | Kontrollitud jahutus | Alumiiniumhüdroksiidi kristallid |
| Kaltsineerimine | umbes 1000 kraadi C | Sulatus{0}}alumiiniumoksiid |
| Elektrolüüs | umbes 950 kraadi C | Vedel primaaralumiinium, umbes 99,7% puhtus |
Jätkusuutlikkuse edusammud sulatamisel
Sulatustehnoloogiat{0}}konstrueeritakse ümber energia ja heitkoguste osas. Niisutatud katoodkonstruktsioonid vähendavad energia eritarbimist umbes 12,5 kWh-ni alumiiniumi kilogrammi kohta, parandades metalli-vanni eraldamist. Inertse anoodi väljatöötamine eemaldab süsiniku tarbimise etapi ja sellega seotud CO2 heitkogused. Gaasi kogumissüsteemid taastavad nüüd umbes 98% perfluorosüsivesinike heitkogustest, digitaalsed kaksikmudelid optimeerivad vanni keemiat reaalajas ja nende meetmete kombinatsioon vähendab operatsiooni süsiniku jalajälge ligikaudu 15% aastas.
Taaskasutatud alumiinium: erinev vooskeem
Sekundaarne tootmine on metallurgia, mitte keemiaäri. Jäägid eraldatakse magnetiliselt ja purustatakse, seejärel lakkitakse umbes 500 kraadi juures, et eemaldada enne sulamist kate. Tiigliahjud sulatavad laengu umbes 700 kraadi C juures soolavoogudega, mis seovad lisandid eemaldatavaks räbuks, ja sulami koostist korrigeeritakse põhisulami lisanditega. Spektromeetrid kontrollivad lõplikku keemiat, mis on oluline, kuna jäägid saabuvad sulamite seguna. Peamine majanduslik fakt on energia: ringlussevõetud alumiinium tarbib vaid umbes 5% esmaseks tootmiseks vajalikust energiast.
Miks kvaliteet tootmisviiside vahel erineb?
Esmane ja ringlussevõetud metall ei ole igas rakenduses omavahel asendatavad. Esmane metall sisaldab vähem metallilisi lisandeid, kuid tavaliselt rohkem lahustunud vesinikku, mis tuleb poorsuse vältimiseks eemaldada. Taaskasutatud materjal võib segatud sulamijäätmetest koguneda vaske ja tsinki, nii et see suunatakse tavaliselt laia koostisega akendega sulamitesse või lahjendatakse esmase metalliga. Kui toode ise on puhtus, annab elektrolüütiline rafineerimine 99,99% alumiiniumist elektroonika jaoks ja vaakumdestilleerimine ulatub 99,999%ni erikasutuse jaoks. Iga marsruudi puhul on degaseerimistehnika see, mis lõpuks kontrollib valatud toote poorsust.
Korduma kippuvad küsimused
K: Kuidas muudab Bayeri protsess boksiidi alumiiniumoksiidiks?
Boksiit lagundatakse kuumas naatriumhüdroksiidis temperatuuril umbes 240 °C, alumiiniumoksiidirikas vedelik filtreeritakse punasest mudast ja jahutatakse alumiiniumhüdroksiidi sadestamiseks ning sade kaltsineeritakse umbes 1000 °C juures.
K: Miks kasutatakse endiselt esmase alumiiniumi jaoks Hall{0}}Heroulti protsessi?
Kuna alumiiniumoksiidil puudub praktiline karbotermiline redutseerimisviis tööstuslikul temperatuuril. Ainsaks tõestatud meetodiks on selle lahustamine sulas krüoliidis temperatuuril umbes 950 °C ja elektrolüüs 4–6 V ja kuni 300 kA juures.
K: Milline energiatarbimine on tänapäevases sulatusahjus saavutatav?
Niisutatud katoodelemendi konstruktsioonid toovad eritarbimise umbes 12,5 kWh-ni alumiiniumi kilogrammi kohta, samas kui rafineerijad on vähendanud alumiiniumoksiidi energiatarbimist ligikaudu 10 GJ-ni tonni kohta koos soojuse taastamisega.
K: Mis muudab ringlussevõetud alumiiniumi töötlemiseks erinevaks?
Jäägid tuleb eraldada ja lakkida umbes 500 ° C juures enne sulatamist umbes 700 ° C juures soola räbustitega, misjärel põhisulamid korrigeerivad keemiat. See kasutab ainult umbes 5% primaartootmise energiast.
K: Miks alumiiniumi kvaliteet tootmismarsruutidel erineb?
Primaarses metallis on vähem metallilisi lisandeid, kuid rohkem lahustunud vesinikku, samas kui ringlussevõetud metall võib segatud vanametallist koguda vaske ja tsinki. Degaseerimine ja rafineerimine kontrollivad lõpptulemust.
K: Kuidas toodetakse üli-kõrge puhtusastmega alumiiniumi?
Elektrolüütilise rafineerimise tulemusel saadakse 99,99% elektroonika jaoks mõeldud metallist ja vaakumdestilleerimine ulatub 99,999%ni spetsiaalsetes rakendustes, kus mikroelemente peab olema minimaalselt.
