Od boksita do glinice: Bayer ruta
Primarna proizvodnja aluminija počinje s glinicom, a gotovo sva svjetska glinica dolazi iz Bayerovog procesa. Zdrobljeni boksit se razgrađuje u vrućem natrijum hidroksidu na približno 240 stepeni C, koji rastvara aluminijum hidroksid i ostavlja nerastvorljivi ostatak poznat kao crveni mulj. Filtracijom se odvaja tečnost bogata glinicom-od tog ostatka, tečnost se hladi tako da se taloži aluminijum hidroksid, a talog se kalcinira na oko 1000 stepeni C da bi se izbacila voda i dobio Al2O3 za topionicu{5}}.
Budući da varenje i kalcinacija dominiraju računom za energiju, moderne rafinerije obnavljaju toplinu između procesnih tokova i smanjuju potrošnju na otprilike 10 GJ po toni glinice. Upravljanje crvenim muljem i kaustični oporavak su dva operativna ograničenja koja odlučuju da li rafinerija može da radi ekonomično.
Primarni aluminijum prema Hall-Heroult procesu
Aluminijum se ne redukuje ugljenikom na praktičnim temperaturama, tako da se rastvara u rastopljenom kriolitu na oko 950 stepeni C i elektrolizuje u ćelijama obloženim ugljenikom{1}}. Jednosmjerna struja od 4 do 6 V i do 300 kA pokreće ione aluminija do katode, gdje se tečni metal skuplja ispod kupke, dok se ugljenične anode troše i oksidiraju do CO2. Moderna ćelija proizvodi više od dvije tone dnevno sa čistoćom od oko 99,7%, a automatizacija ćelije je dramatično smanjila radni sadržaj procesa od 1990-ih.
| Stage | Radna temperatura | Glavni učinak |
|---|---|---|
| Digestija boksita | oko 240 stepeni C | Natrijum aluminatna tečnost plus ostatak crvenog mulja |
| Padavine | Kontrolirano hlađenje | Kristali aluminijum hidroksida |
| Kalcinacija | oko 1000 stepeni C | Topionica{0}} glinice |
| Elektroliza | oko 950 stepeni C | Tečni primarni aluminijum, čistoće oko 99,7%. |
Održivost Napredak u topionici
Tehnologija topljenja se re-upravlja oko energije i emisija. Dizajn sa navlaženom katodom smanjuje specifičnu potrošnju energije na oko 12,5 kWh po kilogramu aluminijuma poboljšanjem odvajanja metalnih-kupki. Razvoj inertne anode uklanja korak potrošnje ugljika i samim tim povezane emisije CO2. Sistemi za hvatanje gasa sada oporavljaju oko 98% emisije perfluorougljenika, digitalni modeli blizanaca optimizuju hemiju kupatila u realnom vremenu, a prijavljeno je da kombinacija ovih mera smanjuje ugljični otisak operacije za otprilike 15% godišnje.
Reciklirani aluminijum: drugačija tabela toka
Sekundarna proizvodnja je metalurški posao, a ne hemijski. Otpaci se magnetski odvajaju i usitnjavaju, a zatim delakiraju na oko 500 stepeni C kako bi se uklonili premazi prije topljenja. Peći u loncima tope šaržu na oko 700 stepeni C sa fluksovima soli koji vezuju nečistoće u uklonjivu šljaku, a sastav legure se koriguje dodavanjem matične legure. Spektrometri potvrđuju konačnu hemiju, što je od suštinskog značaja jer otpad stiže kao mešavina legura. Ključna ekonomska činjenica je energija: reciklirani aluminijum troši samo oko 5% energije potrebne za primarnu proizvodnju.
Zašto se kvalitet razlikuje između proizvodnih ruta
Primarni i reciklirani metal nisu zamjenjivi u svakoj primjeni. Primarni metal nosi manje metalnih nečistoća, ali obično više otopljenog vodika, koji se mora ukloniti kako bi se izbjegla poroznost. Reciklirani materijal može akumulirati bakar i cink iz mješovitog otpada legure, tako da se obično usmjerava na legure sa širokim prozorima sastava ili se razrjeđuje primarnim metalom. Tamo gdje je čistoća sama po sebi proizvod, elektrolitička rafinacija proizvodi 99,99% aluminija za elektroniku, a vakuumska destilacija dostiže 99,999% za specijaliziranu upotrebu. U svakom pravcu, tehnika otplinjavanja je ono što konačno kontroliše poroznost u livenom proizvodu.
Često postavljana pitanja
P: Kako Bayer proces pretvara boksit u glinicu?
Boksit se razgrađuje u vrućem natrijum hidroksidu na oko 240 stepeni C, tečnost bogata glinicom{1}} se filtrira iz crvenog mulja i hladi da istaloži aluminijum hidroksid, a talog se kalciniše na oko 1000 stepeni C.
P: Zašto se Hall-Heroult proces još uvijek koristi za primarni aluminijum?
Zato što glinica nema praktičan put karbotermičke redukcije na industrijskoj temperaturi. Otapanje u rastopljenom kriolitu na oko 950 stepeni C i elektroliza na 4 do 6 V i do 300 kA ostaje jedina dokazana metoda.
P: Koja se potrošnja energije može postići u modernoj topionici?
Dizajni ćelija sa vlažnom katodom donose specifičnu potrošnju na oko 12,5 kWh po kilogramu aluminijuma, dok su rafinerije smanjile potrošnju energije glinice na otprilike 10 GJ po toni uz rekuperaciju toplote.
P: Po čemu se reciklirani aluminij razlikuje od obrade?
Otpaci se moraju odvojiti i delakirati na oko 500 stepeni C pre topljenja na oko 700 stepeni C sa fluksovima soli, nakon čega master legure ispravljaju hemiju. Koristi samo oko 5% energije primarne proizvodnje.
P: Zašto kvalitet aluminijuma varira između proizvodnih ruta?
Primarni metal ima manje metalnih nečistoća, ali više otopljenog vodonika, dok reciklirani metal može akumulirati bakar i cink iz miješanog otpada. Degaziranje i rafiniranje kontroliraju konačni rezultat.
P: Kako se proizvodi aluminijum ultra{0}}visoke čistoće?
Elektrolitička rafinacija proizvodi 99,99% metala za elektroniku, a vakuumska destilacija dostiže 99,999% za specijalizirane primjene gdje elementi u tragovima moraju biti minimalni.
