Alumínium feldolgozás

olvasztása

Noha az alumínium előállítására számos módszer létezik, a kereskedelemben csak egyet alkalmaznak. A Deville-folyamat, amely magában foglalja a fém-nátrium közvetlen reakcióját az alumínium-kloriddal, az alumíniumgyártás alapját képezte a 19. század végén, ám ezt a gazdaságosabb elektrolitikus eljárás érdekében elhagyták. A karbotermikus megközelítést, a fém-oxidok redukciójának (oxigén eltávolításának) klasszikus módszerét évek óta intenzív kutatások tárgyát képezik. Ez magában foglalja az oxid melegítését a széntel, hogy szén-monoxidot és alumíniumot kapjon. A karbotermikus olvasztás nagy vonzereje abban rejlik, hogy megkerüljük az alumínium-oxid finomítását és az alacsonyabb minőségű ércekkel kezdjük meg, mint a bauxit, és az alacsonyabb minőségű érmekkel, mint a kőolajkokszal. A sok éves intenzív kutatás ellenére azonban a Bayer-Hall-Héroult megközelítésre nem találtak gazdasági versenytársat.

Bár a mai Hall-Héroult olvasztási eljárás elvileg változatlan, méretében és részletességében nagyban különbözik az eredeti folyamattól. A modern technológia jelentős fejlesztéseket eredményezett a berendezésekben és az anyagokban, és csökkentette a végső költségeket.

Egy modern kohóban az alumínium-oxidot redukciós edényekben oldják - mély, szögletes, szögletes acélhéjban -, amelyeket megolvasztott elektrolit tölt meg, amely többnyire nátrium-, alumínium- és fluortartalmú, kriolitnak nevezett vegyületből áll.

Szénanódok segítségével az egyenáramot az elektroliton keresztül egy szénkatodi bélésre vezetik a cella alján. Az olvadt fürdő felületén kéreg alakul ki. A kéreg tetejére alumínium-oxidot adunk, ahol a cellából származó hő melegíti fel (kb. 950 ° C [1,750 ° F]), és adszorbeált nedvessége eltávolítja. Időnként a kéreg eltört és az alumínium-oxidot bevezetik a fürdőbe. Az újabb sejtekben az alumínium-oxidot közvetlenül az olvadékfürdőbe táplálják automatizált adagolókkal.

Az elektrolízis eredménye az olvadt alumínium lerakódása a cella alján és a szén-dioxid fejlődése a szén anódon. Körülbelül 450 gramm (1 font) szént fogyasztanak minden elõállított alumínium kilogrammonként (2,2 font). Körülbelül 2 kg alumínium-oxidot fogyaszt minden elõállított alumínium-kilogrammonként.

Az olvasztási folyamat folyamatos. Időnként további alumínium-oxidot adunk a fürdőhöz, hogy helyettesítsük a redukcióval felvett anyagot. Az elektromos áram által termelt hő fenntartja a fürdőt olvadt állapotban, hogy a friss alumínium-oxid feloldódjon. Időnként az olvadt alumíniumot szifonnal eltávolítják.

Mivel a folyamatban eliminálódik a kriolit-elektrolitból származó néhány fluorid, szükség esetén alumínium-fluoridot adnak hozzá a fürdő kémiai összetételének helyreállításához. A felesleges alumínium-fluoridos fürdő maximális hatékonyságot nyújt.

A gyakorlatban a redukálóedények hosszú sorai, úgynevezett potlines, sorba vannak kapcsolva egymással. Az edények normál feszültsége négy-hat volt, a jelenlegi terhelés pedig 30 000 - 300 000 amper. 50–250 edény alkothat egyetlen edényt, amelynek teljes hálózati feszültsége meghaladja az 1000 voltot. A teljesítmény az alumínium egyik legköltségesebb alkotóeleme. 1900 óta az alumíniumgyártók olcsó vízenergia-forrásokat kerestek, de sok olyan létesítményt kellett építeniük, amely fosszilis tüzelőanyagokból nyer energiát. A technológiai fejlődés csökkentette az egy kilogramm alumínium előállításához szükséges villamos energia mennyiségét. 1940-ben ez a szám 19 kilowattóra volt. 1990-re az előállított alumínium kilogrammján az elhasznált elektromos energia mennyisége körülbelül 13 kilowattóra volt a leghatékonyabb cellák esetében.

Az olvadt alumíniumot a sejtekből nagy tégelyekké szűrjük. Innentől kezdve a fém közvetlenül öntőformákba önthető öntödei öntvény előállítása céljából, azt továbbtarthatják tartókemencékbe további finomítás céljából, vagy más fémekkel való ötvözéshez, vagy mindkettővel, hogy készítsen rézöntvényt. A cellából származó primer alumínium tisztasága körülbelül 99,8%.

Az automatizálás és a számítógépes vezérlés jelentős hatást gyakorolt ​​az olvasztóművek működésére. A legmodernebb redukáló létesítmények teljesen gépesített szén-dioxid-erőműveket és számítógépes vezérlést használnak a potline műveletek megfigyelésére és automatizálására.

Újrafeldolgozás

Mivel az alumíniumhulladék újraolvasztása a primer alumínium előállításához szükséges energia mindössze 5% -át igényli a bauxitból, a feldolgozás alatt álló fémhulladékból a lemezgyártásból, kovácsoltvasokból és sajtolásokból a gyártás kezdete óta visszatért az olvasztókemencébe. Ezenkívül, röviddel az I. világháború elõtt, a vállalkozók gyűjtötték össze az „új” hulladékokat, amelyek kereskedelmi és háztartási termékek gyártásakor készültek el az alumíniumból, és elkezdték az úgynevezett másodlagos alumíniumipart. Az új hulladék kémiai összetétele általában jól meghatározható; következésképpen gyakran eladják vissza az elsődleges alumínium gyártóknak, hogy ugyanazon ötvözetvé alakítsák át. Az „új” hulladékot nagymértékben kiegészíti a „régi” hulladék, amelyet az elhasználódott fogyasztási cikkek, például gépjárművek vagy gyepszékek újrahasznosítása útján állítanak elő. Mivel a régi törmelék gyakran piszkos és sok ötvözet keveréke, általában öntött ötvözetekbe vezetnek, amelyek magasabb ötvözőelemekkel rendelkeznek.

A használt alumínium italtartályok egyedi fajta régi hulladékot alkotnak. Noha ezeknek a kannáknak a teste és a fedő része különböző alumíniumötvözetekből készül, mindkettő magnéziumot és mangánt tartalmaz. Következésképpen az újrahasznosított italkonténerek felhasználhatók bármely termék készleteinek újrakészítésére. Az italkonzerv hulladékból történő előállításához szükséges energia körülbelül annak az energianek a 30% -a, amely ahhoz szükséges, hogy a kannát primer fémből előállítsák. Ezért a használt italtartályok újrahasznosítása növekvő fémforrást jelent az elsődleges fémgyártók számára.