Sadržaj:
Peć za topljenje aluminijuma. (Svibanj 2024)
taljenje
Iako postoji nekoliko metoda proizvodnje aluminija, komercijalno se koristi samo jedna. Devilleov postupak, koji uključuje izravnu reakciju metalnog natrija s aluminijskim kloridom, bio je osnova proizvodnje aluminija u kasnom 19. stoljeću, ali je napušten u korist ekonomičnijeg elektrolitičkog postupka. Karbotermički pristup, klasična metoda smanjenja (uklanjanja kisika iz) metalnih oksida, već je godinama predmet intenzivnih istraživanja. To uključuje zagrijavanje oksida zajedno s ugljikom radi dobivanja ugljičnog monoksida i aluminija. Velika atrakcija karbotermičke topljenja je mogućnost zaobilaženja rafiniranja glinice i započinjanje s rudama nižeg razreda od boksita i ugljika nižeg razreda od nafte. Unatoč dugogodišnjim intenzivnim istraživanjima, međutim, nije pronađen nijedan ekonomski konkurent za Bayer-Hall-Héroult pristup.
Iako je u principu nepromijenjeno, današnji postupak taljenja Hall-Héroult uvelike se razlikuje u veličini i detaljima od izvornog postupka. Suvremena tehnologija urodila je znatnim poboljšanjima opreme i materijala i smanjila konačne troškove.
U modernoj topionici, glinica se rastvara u redukcijskim loncima - dubokim, pravokutnim čeličnim školjkama obloženim ugljikom - koji se pune rastopljenim elektrolitom koji se sastoji od spoja natrija, aluminija i fluora zvanog kriolit.
Pomoću ugljičnih anoda direktna struja prolazi kroz elektrolit do ugljične katode koja se nalazi na dnu stanice. Na površini rastopljene kupelji formira se kora. Vrh ove kore dodaje se glinica, gdje se prethodno zagrijava toplinom iz stanice (oko 950 ° C [1.750 ° F]), a njena adsorbirana vlaga odvodi. Povremeno se kora slomi, a glinica se dovodi u kadu. U novijim stanicama, glinica se dovodi izravno u staljenu kupku pomoću automatiziranih dovodnica.
Rezultati elektrolize su taloženje rastaljenog aluminija na dnu stanice i evolucija ugljičnog dioksida na ugljičnoj anodi. Za svaki kilogram proizvedenog aluminija troši se oko 450 grama (1 kilograma) ugljika. Za svaki kilogram proizvedenog aluminija troši se oko 2 kg glinice.
Proces topljenja je kontinuiran. U kupku se dodaju dodatni glinici koji se povremeno zamjenjuju potrošnjom redukcije. Toplina nastala električnom strujom održava kupku u rastopljenom stanju, tako da se svježa glinica otapa. Povremeno se rastaljeni aluminij sifonira.
Kako se u procesu gubi nešto fluorida iz kriolitnog elektrolita, po potrebi se dodaje aluminij fluorid za obnavljanje kemijskog sastava kupelji. Kupka s viškom aluminij-fluorida pruža maksimalnu učinkovitost.
U stvarnoj praksi, dugi redovi reduktorskih lonaca, zvani potline, električno su povezani serijski. Normalni naponi za lonce kreću se od četiri do šest volti, a trenutna opterećenja kreću se od 30 000 do 300 000 ampera. Od 50 do 250 posuda može tvoriti jednu cijev sa ukupnim naponom više od 1000 volti. Snaga je jedan od najskupljih sastojaka aluminija. Od 1900. godine, proizvođači aluminija tražili su izvore jeftine hidroelektrane, ali također su morali izgraditi mnoge pogone koji koriste energiju iz fosilnih goriva. Tehnološki napredak smanjio je količinu električne energije potrebne za proizvodnju jednog kilograma aluminija. Godine 1940. taj je iznos bio 19 kilovat-sati. Do 1990. godine potrošena električna energija za svaki kilogram proizvedenog aluminija smanjila se na oko 13 kilovat-sati za najučinkovitije stanice.
Rastaljeni aluminij sipa se iz stanica u velike posude. Odatle se metal može sipati izravno u kalupe za proizvodnju ljevaonice, a može se prenijeti u držanje peći za daljnje rafiniranje ili za legiranje s drugim metalima, ili oboje, kako bi se tvorio izrađeni ingoti. Kako dolazi iz ćelije, primarni aluminij je čisti oko 99,8 posto.
Automatizacija i kontrola računala imali su izrazit utjecaj na topionicu. Najmodernija postrojenja za smanjenje upotrebe potpuno mehaniziranih postrojenja za ugljik i računalnu kontrolu za nadgledanje i automatizaciju rada na nafti.
Recikliranje
Budući da se ponovnim topljenjem aluminijskih otpadaka potroši samo 5 posto energije potrebne za izradu primarnog aluminija od boksita, metalni otpad u procesu prerade od lima, kovanja i istiskivanja pronašao je svoj put do peći za topljenje još od početka proizvodnje. Povrh toga, malo prije Prvog svjetskog rata, „novi“ ostaci proizvedeni tijekom proizvodnje komercijalnih i domaćih proizvoda od aluminija sakupljali su poduzetnici koji su započeli ono što je poznato kao sekundarna aluminijska industrija. Kemijski sastav novih otpadaka obično je dobro definiran; slijedom toga, on se često prodaje natrag primarnim proizvođačima aluminija kako bi bio preuređen u istu leguru. "Novi" otpad sada se uvelike nadopunjuje "starim" otpadom koji nastaje recikliranjem odbačenih potrošačkih proizvoda kao što su automobili ili travnjaci. Budući da je stari otpad često prljav i mješavina je mnogih legura, obično završava u legurama koje imaju višu razinu legirajućih elemenata.
Rabljeni aluminijski spremnici za piće predstavljaju jedinstvenu vrstu starog otpada. Iako su tijela i poklopci ovih limenki napravljeni od različitih aluminijskih legura, obje sadrže magnezij i mangan. Slijedom toga reciklirani spremnici pića mogu se upotrijebiti za preuređivanje zaliha za bilo koji proizvod. Energija potrebna za proizvodnju limenke za piće je oko 30 posto energije potrebne za proizvodnju limenke iz primarnog metala. Iz tog razloga recikliranje rabljenih spremnika za piće predstavlja sve veći izvor metala za proizvođače primarnih metala.
