Predelava aluminija

Taljenje

Čeprav obstaja več načinov za proizvodnjo aluminija, se komercialno uporablja samo eden. Devillov postopek, ki vključuje neposredno reakcijo kovinskega natrija z aluminijevim kloridom, je bil osnova proizvodnje aluminija v poznem 19. stoletju, vendar je bil opuščen v prid varčnejšemu elektrolitičnemu postopku. Karbotermični pristop, klasična metoda za zmanjšanje (odstranjevanje kisika iz) kovinskih oksidov, je že leta predmet intenzivnih raziskav. To vključuje segrevanje oksida skupaj z ogljikom za proizvodnjo ogljikovega monoksida in aluminija. Velika privlačnost karbotermičnega taljenja je možnost izogibanja rafiniranju glinice in zagon z rudami nižjega razreda kot boksita in ogljika nižjega razreda kot naftni koks. Kljub dolgoletnim intenzivnim raziskavam pa za pristop Bayer-Hall-Héroult ni bil najden noben gospodarski konkurent.

Čeprav je načeloma nespremenjeno, se današnji postopek taljenja Hall-Héroult po obsegu in podrobnostih močno razlikuje od prvotnega postopka. Sodobna tehnologija je znatno izboljšala opremo in materiale ter znižala končne stroške.

V sodobni topilnici se glinica raztopi v lončkih za zmanjševanje - globoke pravokotne jeklene lupine, obložene z ogljikom - ki so napolnjene s staljenim elektrolitom, sestavljenim iz večinoma spojine natrija, aluminija in fluora, imenovane kriolit.

S pomočjo ogljikovih anod se neposreden tok skozi elektrolit pretaka v ogljikovo katodo, ki se nahaja na dnu celice. Na površini staljene kopeli nastane skorja. Na tej skorji se doda glinica, kjer jo predgrevamo s toploto iz celice (približno 950 ° C [1.750 ° F]) in njeno adsorbirano vlago. Občasno se skorja poruši in glinica se dovaja v kopel. V novejših celicah se glinica dovaja neposredno v staljeno kopel s pomočjo avtomatiziranih dovajalnikov.

Rezultati elektrolize so odlaganje staljenega aluminija na dnu celice in nastanek ogljikovega dioksida na ogljikovi anodi. Za vsak kilogram proizvedenega aluminija porabimo približno 450 gramov (1 kilogram) ogljika. Za vsak kilogram proizvedenega aluminija porabimo približno 2 kg glinice.

Postopek taljenja je neprekinjen. Občasno se v kopel doda dodatna glinica, da nadomesti porabljeno z redukcijo. Toplota, ki jo ustvarja električni tok, ohranja kopel v staljenem stanju, tako da se sveža glinica raztopi. Občasno se staljeni aluminij odstrani.

Ker se v procesu izgubi nekaj fluorida iz kriolitnega elektrolita, po potrebi dodamo aluminijev fluorid za obnovo kemične sestave kopeli. Kopel s presežkom aluminijevega fluorida zagotavlja največjo učinkovitost.

V dejanski praksi so dolge vrstice redukcijskih loncev, imenovane potline, električno povezane zaporedno. Običajne napetosti za lonce se gibljejo od štiri do šest voltov, trenutne obremenitve pa od 30 000 do 300 000 amperov. Od 50 do 250 lončkov lahko tvori eno samo potico s skupno napetostjo več kot 1000 voltov. Moč je ena najdražjih sestavin aluminija. Proizvajalci aluminija so od leta 1900 iskali vire poceni hidroelektrarne, vendar so morali zgraditi tudi številne objekte, ki uporabljajo energijo iz fosilnih goriv. Tehnološki napredek je zmanjšal količino električne energije, potrebne za proizvodnjo enega kilograma aluminija. Leta 1940 je ta številka znašala 19 kilovatnih ur. Do leta 1990 se je poraba električne energije za vsak kilogram proizvedenega aluminija zmanjšala na približno 13 kilovatnih ur za najučinkovitejše celice.

Staljeni aluminij se sili iz celic v velike lončke. Od tod se kovina lahko vlije neposredno v kalupe za proizvodnjo livarskega ingota, lahko pa se prenese v držalne peči za nadaljnje rafiniranje ali za zlitje z drugimi kovinami ali oboje, da se tvorijo ingoti. Ker prihaja iz celice, je primarni aluminij čist približno 99,8 odstotka.

Avtomatizacija in računalniški nadzor sta močno vplivala na obratovanje topilnice. Najmodernejše naprave za zmanjševanje emisij uporabljajo popolnoma mehanizirane naprave za ogljik in računalniško krmiljenje za spremljanje in avtomatizacijo obratovanja potlin.

Recikliranje

Ker talilni ostanki porabijo le 5 odstotkov energije, potrebne za izdelavo primarnega aluminija iz boksita, je "v postopku" odpadna kovina iz materialov za izdelavo pločevine, odkovkov in iztiskov našla pot nazaj v talilno peč, odkar se je začela proizvodnja. Poleg tega so tik pred prvo svetovno vojno podjetniki, ki so začeli tako imenovano sekundarno aluminijasto industrijo, zbirali "nove" odpadke, ki so jih ustvarili med proizvodnjo trgovskih in domačih izdelkov iz aluminija. Kemična sestava novih ostankov je običajno dobro določena; posledično se pogosto prodaja nazaj proizvajalcem aluminija, da bi jih ponovno predelali v isto zlitino. "Novo" ostanke zdaj močno dopolnjujejo "stari" odpadki, ki nastanejo z recikliranjem zavrženih potrošniških izdelkov, kot so avtomobili ali vrtni stoli. Ker so stari ostanki pogosto umazani in so mešanica številnih zlitin, se običajno končajo v litinskih zlitinah, ki vsebujejo višjo raven zlitinskih elementov.

Rabljene aluminijaste posode za pijačo predstavljajo edinstveno vrsto starega ostanka. Čeprav so telesa in pokrovi teh pločevink narejeni iz različnih aluminijevih zlitin, oba vsebujeta magnezij in mangan. Posledično lahko reciklirane posode za pijačo uporabimo za preoblikovanje zalog za kateri koli izdelek. Potrebna energija za proizvodnjo pločevinke iz odpadnih odpadkov je približno 30 odstotkov energije, potrebne za proizvodnjo pločevinke iz primarne kovine. Iz tega razloga recikliranje rabljenih posod za pijače predstavlja vse večji vir kovin za proizvajalce primarnih kovin.