Alüminyum işleme

maden eritme

Alüminyum üretmek için çeşitli yöntemler olmasına rağmen, sadece bir tanesi ticari olarak kullanılmaktadır. Metalik sodyumun alüminyum klorür ile doğrudan reaksiyonunu içeren Deville işlemi, 19. yüzyılın sonlarında alüminyum üretiminin temelini oluşturdu, ancak daha ekonomik elektrolitik işlem lehine terk edildi. Metalik oksitleri azaltmak (oksijeni uzaklaştırmak) için klasik yöntem olan bir karbotermik yaklaşım yıllardır yoğun araştırmaların konusu olmuştur. Bu, karbon monoksit ve alüminyum üretmek için oksidin karbonla birlikte ısıtılmasını içerir. Karbotermik eritme işleminin büyük cazibesi, alümina rafinasyonunu atlatma ve petrol kokuna kıyasla boksit ve düşük dereceli karbondan daha düşük dereceli cevherlerle başlama olasılığıdır. Uzun yıllar süren yoğun araştırmalara rağmen, Bayer-Hall-Héroult yaklaşımı için hiçbir ekonomik rakip bulunamamıştır.

Prensipte değişmese de, bugünün Hall-Héroult eritme işlemi orijinal süreçten büyük ölçüde farklıdır. Modern teknoloji, ekipman ve malzemelerde önemli gelişmeler sağladı ve nihai maliyetleri düşürdü.

Modern bir izabe makinesinde, alümina, çoğunlukla sodyum, alüminyum ve florin adı verilen bir bileşikten oluşan erimiş bir elektrolit ile doldurulmuş, karbonla kaplı derin, dikdörtgen çelik kabuklar - eritme kaplarında çözülür.

Karbon anotları vasıtasıyla, doğru akım elektrolitten hücrenin altındaki bir karbon katot astarına geçirilir. Erimiş hamamın yüzeyinde bir kabuk oluşur. Alümina bu kabuğun üzerine eklenir, burada hücreden gelen ısı ile (yaklaşık 950 ° C [1.750 ° F]) önceden ısıtılır ve adsorbe edilmiş nemi uzaklaştırılır. Periyodik olarak kabuk kırılır ve alümina banyoya verilir. Daha yeni hücrelerde, alümina otomatik besleyiciler aracılığıyla doğrudan erimiş banyoya beslenir.

Elektrolizin sonuçları, erimiş alüminyumun hücrenin dibine birikmesi ve karbon dioksitin karbon anotu üzerindeki evrimidir. Üretilen her kilogram (2.2 pound) alüminyum için yaklaşık 450 gram (1 pound) karbon tüketilir. Üretilen her kilogram alüminyum için yaklaşık 2 kg alümina tüketilir.

Eritme işlemi süreklidir. İndirgeme ile tüketilenin yerine banyoya periyodik olarak ilave alümina eklenir. Elektrik akımı tarafından üretilen ısı, banyoyu erimiş durumda tutar, böylece taze alümina çözülür. Periyodik olarak, erimiş alüminyum sifonlanır.

İşlemde kriyolit elektrolitten bir miktar florür kaybolduğundan, banyo kimyasal bileşimini geri kazanmak için gerektiğinde alüminyum florür eklenir. Aşırı alüminyum florür içeren bir banyo maksimum verimlilik sağlar.

Gerçek uygulamada, potline adı verilen uzun azaltma kapları dizileri elektriksel olarak seri olarak bağlanır. Tencere için normal voltajlar dört ila altı volt arasında ve akım yükleri 30.000 ila 300.000 amper arasındadır. 50 ila 250 tencere, toplam voltajı 1.000 volttan fazla olan tek bir potline oluşturabilir. Güç, alüminyumun en pahalı bileşenlerinden biridir. 1900 yılından bu yana, alüminyum üreticileri ucuz hidroelektrik enerji kaynakları aramaktadır, ancak fosil yakıtlardan enerji kullanan birçok tesis inşa etmek zorunda kalmıştır. Teknolojik gelişmeler, bir kilogram alüminyum üretmek için gerekli elektrik enerjisi miktarını azalttı. 1940 yılında bu rakam 19 kilovat saatti. 1990 yılına kadar üretilen her bir kilogram alüminyum için tüketilen elektrik enerjisi miktarı, en verimli hücreler için yaklaşık 13 kilowatt-saate düşmüştür.

Erimiş alüminyum hücrelerden büyük potalara sifonlanır. Oradan metal döküm külçesinin üretilmesi için doğrudan kalıplara dökülebilir, daha fazla rafine etmek veya diğer metallerle alaşım haline getirmek veya imalat külçesi oluşturmak için tutma fırınlarına aktarılabilir. Hücreden geldiği gibi, birincil alüminyum yaklaşık yüzde 99.8 saftır.

Otomasyon ve bilgisayar kontrolü izabe tesisi operasyonları üzerinde belirgin bir etkiye sahiptir. En modern azaltma tesisleri, boru hattı operasyonlarını izlemek ve otomatikleştirmek için tamamen mekanize karbon tesisleri ve bilgisayar kontrolü kullanır.

geri dönüşüm

Alüminyum hurdalarının yeniden eritilmesi, boksitten birincil alüminyum yapmak için gereken enerjinin sadece yüzde 5'ini tükettiğinden, üretim sacından, dövmelerden ve ekstrüzyonlardan “işlemde” hurda metal, üretim başladığından bu yana eritme fırınına geri dönüş yolunu buldu. Ayrıca, I. Dünya Savaşı'ndan kısa bir süre önce, alüminyumdan ticari ve yerli ürünlerin imalatı sırasında üretilen “yeni” hurda, ikincil alüminyum endüstrisi olarak bilinen girişimci tarafından toplandı. Yeni hurdaların kimyasal bileşimi genellikle iyi tanımlanmıştır; sonuç olarak, aynı alaşıma dönüştürülmek üzere genellikle birincil alüminyum üreticilerine satılmaktadır. “Yeni” hurda artık büyük ölçüde, otomobil veya çim sandalye gibi atılan tüketici ürünlerinin geri dönüşümü ile üretilen “eski” hurda ile destekleniyor. Eski hurda genellikle kirli ve birçok alaşımın karışımı olduğundan, genellikle daha yüksek alaşım elementlerine sahip döküm alaşımları ile sonuçlanır.

Kullanılmış alüminyum içecek kapları benzersiz bir eski hurda türü oluşturur. Bu kutuların gövdeleri ve kapakları farklı alüminyum alaşımlarından yapılmış olmasına rağmen, her ikisi de magnezyum ve manganez içerir. Sonuç olarak, geri dönüştürülmüş içecek kapları her iki ürün için stoku yeniden yapmak için kullanılabilir. Hurdadan bir içecek kutusu üretmek için gereken enerji, birincil metalden kutu üretmek için gereken enerjinin yaklaşık yüzde 30'udur. Bu nedenle, kullanılmış içecek kaplarının geri dönüşümü, birincil metal üreticileri için artan bir metal kaynağını temsil eder.