webinar eli aasen060717 (Kan 2024)
smelting
Selv om det er flere metoder for å produsere aluminium, brukes bare en kommersielt. Deville-prosessen, som involverer direkte reaksjon av metallisk natrium og aluminiumklorid, var grunnlaget for aluminiumproduksjon på slutten av 1800-tallet, men den har blitt forlatt til fordel for den mer økonomiske elektrolytiske prosessen. En karbotermisk tilnærming, den klassiske metoden for å redusere (fjerne oksygen fra) metalloksider, har i mange år vært gjenstand for intens forskning. Dette innebærer oppvarming av oksydet sammen med karbon for å produsere karbonmonoksid og aluminium. Den store attraksjonen ved karbotermisk smelting er muligheten for å omgå raffinering av aluminiumoksid og å starte med malm av lavere kvalitet enn bauxitt og lavere karbon enn petroleumskoks. Til tross for mange års intensiv forskning, har det imidlertid ikke blitt funnet noen økonomisk konkurrent til Bayer-Hall-Héroult-tilnærmingen.
Selv om prinsippet er uendret, skiller Hall-Héroult smelteprosessen i dag sterkt i omfang og detaljer fra den opprinnelige prosessen. Moderne teknologi har gitt betydelige forbedringer i utstyr og materialer, og det har senket de endelige kostnadene.
I et moderne smelteverk blir aluminiumoksyd oppløst i reduksjonsgryter - dype, rektangulære stålskaller foret med karbon - som er fylt med en smeltet elektrolytt bestående mest av en forbindelse av natrium, aluminium og fluor kalt kryolit.
Ved hjelp av karbonanoder føres likestrøm gjennom elektrolytten til en karbon-katodeforing i bunnen av cellen. Det dannes en jordskorpe på overflaten av det smeltede badet. Alumina blir tilsatt på toppen av denne skorpen, hvor den forvarmes av varmen fra cellen (ca. 950 ° C) og dens adsorberte fuktighet blir drevet av. Med jevne mellomrom blir jordskorpen brutt, og aluminiumoksyden blir ført i badekaret. I nyere celler føres aluminiumoksydet direkte inn i det smeltede badet ved hjelp av automatiserte matere.
Resultatene av elektrolyse er avsetning av smeltet aluminium på bunnen av cellen og utviklingen av karbondioksid på karbonanoden. Omtrent 450 gram (1 pund) karbon konsumeres for hvert kg produsert aluminium. Cirka 2 kg aluminiumoksyd forbrukes for hvert kg produsert aluminium.
Smelteprosessen er kontinuerlig. Ytterligere aluminiumoksyd blir tilsatt til badekaret med jevne mellomrom for å erstatte det som konsumeres ved reduksjon. Varme som genereres av den elektriske strømmen opprettholder badet i en smeltet tilstand, slik at fersk aluminiumoksyd oppløses. Med jevne mellomrom filtreres smeltet aluminium av.
Fordi noe fluor fra kryolitelektrolytten går tapt i prosessen, tilsettes aluminiumfluorid etter behov for å gjenopprette den kjemiske sammensetningen av badet. Et bad med overskudd av aluminiumfluorid gir maksimal effektivitet.
I praksis er lange rader med reduksjonsgryter, kalt potlines, elektrisk koblet i serie. Normale spenninger for potter varierer fra fire til seks volt, og strømbelastninger varierer fra 30.000 til 300.000 ampere. Fra 50 til 250 potter kan danne en enkelt potline med en total ledningsspenning på mer enn 1000 volt. Kraft er en av de mest kostbare ingrediensene i aluminium. Siden 1900 har aluminiumsprodusenter søkt etter kilder til billig vannkraft, men har også måttet anlegge mange anlegg som bruker energi fra fossilt brensel. Teknologiske fremskritt har redusert mengden elektrisk energi som er nødvendig for å produsere en kilo aluminium. I 1940 var tallet 19 kilowattimer. I 1990 hadde mengden elektrisk energi som ble brukt for hvert produsert kg aluminium redusert til omtrent 13 kilowatt-timer for de mest effektive cellene.
Smeltet aluminium sippes fra cellene til store digler. Derfra kan metallet helles direkte i støpeformer for å produsere gjengestang, det kan overføres til å holde ovner for videre raffinering eller for legering med andre metaller, eller begge deler, for å danne fabrikasjonsgat. Siden det kommer fra cellen, er primæraluminium 99,8 prosent rent.
Automasjon og datakontroll har hatt en markant effekt på smelteverksdriften. De mest moderne reduksjonsanleggene bruker fullmekaniserte karbonanlegg og datakontroll for å overvåke og automatisere potlineoperasjoner.
gjenvinning
Fordi omsmeltingen av aluminiumsskrot bruker bare 5 prosent av energien som kreves for å lage primæraluminium fra bauksitt, har "in-process" skrapmetall fra fabrikasjonsplate, smed og ekstruderinger funnet veien tilbake til smelteovnen helt siden produksjonen startet. I tillegg, kort tid før første verdenskrig, ble "nytt" skrot produsert under fabrikasjon av kommersielle og innenlandske produkter fra aluminium samlet av gründere som startet det som kalles den sekundære aluminiumindustrien. Den kjemiske sammensetningen av nytt skrot er vanligvis godt definert; følgelig blir det ofte solgt tilbake til de primære aluminiumsprodusentene for å bli gjort om til den samme legeringen. “Nytt” skrot blir nå kraftig supplert med “gammelt” skrot, som genereres ved gjenvinning av kasserte forbrukerprodukter som biler eller plenstoler. Fordi gammelt skrot ofte er skittent og en blanding av mange legeringer, ender det vanligvis opp i støpte legeringer, som har høyere nivåer av legeringselementer.
Brukte aluminiumsbeholdere med drikkevarer utgjør en unik type gammelt skrot. Selv om kroppene og lokkene til disse bokser er laget av forskjellige aluminiumslegeringer, inneholder begge magnesium og mangan. Følgelig kan resirkulerte drikkebeholdere brukes til å gjenskape lager for begge produktene. Energien som kreves for å produsere en drikkeboks fra skrot er omtrent 30 prosent av energien som trengs for å produsere boksen fra primært metall. Av denne grunn representerer resirkulering av brukte drikkecontainere en økende metallkilde for primærmetallprodusenter.
