Alumīnija apstrāde

Smaržo

Lai arī alumīnija ražošanai ir vairākas metodes, tikai vienu no tām izmanto komerciāli. Deviļas process, kas ietver metāliskā nātrija tiešu reakciju ar alumīnija hlorīdu, bija alumīnija ražošanas pamatā 19. gadsimta beigās, taču tas tika atmests par labu ekonomiskākam elektrolītiskam procesam. Karbotermiskā pieeja, klasiskā metode metālu oksīdu reducēšanai (noņemšanai no skābekļa), gadiem ilgi ir bijusi intensīvas izpētes objekts. Tas ietver oksīda sildīšanu kopā ar oglekli, lai iegūtu oglekļa monoksīdu un alumīniju. Liela karbotermiskās kausēšanas pievilcība ir iespēja apiet alumīnija oksīda attīrīšanu un sākt ar zemākas kvalitātes rūdām nekā boksītu un zemākas kvalitātes oglekli nekā naftas koksu. Neskatoties uz daudzu gadu intensīvajiem pētījumiem, Bayer-Hall-Héroult pieejai ekonomiskais konkurents nav atrasts.

Lai arī principā tas nav mainīts, mūsdienās Hall-Héroult kausēšanas process pēc apjoma un detaļām ievērojami atšķiras no sākotnējā procesa. Mūsdienu tehnoloģijas ir ievērojami uzlabojušas aprīkojumu un materiālus, un tās ir samazinājušas galīgās izmaksas.

Mūsdienu kausēšanas vietā alumīnija oksīds tiek izšķīdināts reducēšanas traukos - dziļos, taisnstūrveida tērauda apvalkos, kas izklāta ar oglekli, un kas ir piepildīti ar izkausētu elektrolītu, kas galvenokārt sastāv no nātrija, alumīnija un fluora savienojuma, ko sauc par kriolītu.

Ar oglekļa anodu palīdzību caur elektrolītu līdzstrāva tiek nodota oglekļa katoda oderei šūnas apakšā. Uz izkusušās vannas virsmas veidojas garoza. Šai garozai pievieno alumīnija oksīdu, kur to uzkarsē kameras karstums (apmēram 950 ° C [1750 ° F]) un adsorbētais mitrums izvada. Periodiski garoza tiek salauzta, un alumīnija oksīdu ievada vannā. Jaunākās šūnās alumīnija oksīdu tieši ievada kausētā vannā, izmantojot automatizētās padevējas.

Elektrolīzes rezultāti ir izkausēta alumīnija nogulsnēšanās šūnas apakšā un oglekļa dioksīda izdalīšanās uz oglekļa anoda. Uz katru saražotā alumīnija kilogramu (2,2 mārciņas) tiek patērēti apmēram 450 grami (1 mārciņa) oglekļa. Par katru saražotā alumīnija kilogramu tiek patērēti apmēram 2 kg alumīnija oksīda.

Kausēšanas process ir nepārtraukts. Periodiski vannai pievieno papildu alumīnija oksīdu, lai aizstātu reducēto. Elektriskās strāvas radītais siltums uztur vannu izkusušā stāvoklī, lai svaigs alumīnija oksīds izšķīst. Periodiski kausētais alumīnijs tiek atdalīts.

Tā kā procesā zaudē daļu no kriolīta elektrolīta iegūtā fluora, pēc vajadzības pievieno alumīnija fluorīdu, lai atjaunotu vannas ķīmisko sastāvu. Vanna ar lieko alumīnija fluorīda daudzumu nodrošina maksimālu efektivitāti.

Faktiskajā praksē garas reduktoru rindas, ko sauc par katliem, ir elektriski savienotas virknē. Parastais podi spriegumā ir no četriem līdz sešiem voltiem, un pašreizējās slodzes ir no 30 000 līdz 300 000 ampēriem. No 50 līdz 250 katliem var veidoties vienreizējs trauks ar kopējo līnijas spriegumu vairāk nekā 1000 voltu. Jauda ir viena no dārgākajām alumīnija sastāvdaļām. Kopš 1900. gada alumīnija ražotāji ir meklējuši lētas hidroelektriskās enerģijas avotus, bet viņiem ir nācies uzbūvēt arī daudzas iekārtas, kas izmanto enerģiju no fosilā kurināmā. Tehnoloģiju sasniegumi ir samazinājuši nepieciešamās elektriskās enerģijas daudzumu, lai iegūtu vienu kilogramu alumīnija. 1940. gadā šis skaitlis bija 19 kilovatstundas. Līdz 1990. gadam patērētās elektroenerģijas daudzums uz katru saražotā alumīnija kilogramu visefektīvākajām šūnām bija samazinājies līdz aptuveni 13 kilovatstundām.

Izkausēto alumīniju no šūnām sifonē lielos tīģelīšos. Pēc tam metālu var tieši ielej veidnēs, lai iegūtu lietuves lietņu, to var pārvietot uz turēšanas krāsnīm turpmākai rafinēšanai vai sakausēšanai ar citiem metāliem, vai abiem, lai veidotu gatavo lietni. Tā kā tas nāk no šūnas, primārais alumīnijs ir aptuveni 99,8 procenti tīrs.

Automatizācijai un datora vadībai ir bijusi ievērojama ietekme uz kausēšanas darbību. Modernākajās reducēšanas iekārtās tiek izmantotas pilnībā mehanizētas oglekļa ražotnes un datorvadība, lai uzraudzītu un automatizētu trauku operācijas.

Pārstrāde

Tā kā alumīnija lūžņu pārkausēšana patērē tikai 5 procentus enerģijas, kas nepieciešama primārā alumīnija ražošanai no boksīta, “procesā esošais” metāllūžnis no lokšņu, kalumu un presēšanas, kopš ražošanas uzsākšanas ir atradis ceļu atpakaļ uz kausēšanas krāsni. Turklāt neilgi pirms Pirmā pasaules kara uzņēmēji, kas uzsāka tā dēvēto sekundāro alumīnija rūpniecību, savāca “jaunus” lūžņus, kas ražoti, ražojot komerciālus un mājsaimniecības izstrādājumus no alumīnija. Jaunu lūžņu ķīmiskais sastāvs parasti ir precīzi noteikts; līdz ar to to bieži pārdod atpakaļ alumīnija primārajiem ražotājiem, lai pārveidotu par to pašu sakausējumu. “Jaunos” lūžņus tagad ievērojami papildina “vecie” lūžņi, kas rodas, pārstrādājot nolietotus patēriņa produktus, piemēram, automašīnas vai zāliena krēslus. Tā kā vecie lūžņi bieži ir netīri un daudzu sakausējumu sajaukums, tie parasti nonāk liešanas sakausējumos, kuriem ir augstāks leģējošo elementu līmenis.

Lietoti alumīnija dzērienu konteineri veido unikālu veco lūžņu veidu. Kaut arī šo kārbu korpusi un vāki ir izgatavoti no dažādiem alumīnija sakausējumiem, abi satur magniju un mangānu. Līdz ar to pārstrādātu dzērienu traukus var izmantot, lai pārveidotu krājumus jebkuram produktam. Enerģija, kas nepieciešama dzērienu kārbu ražošanai no lūžņiem, ir aptuveni 30 procenti no enerģijas, kas nepieciešama kārbu ražošanai no primārā metāla. Šī iemesla dēļ izmantoto dzērienu trauku pārstrāde ir arvien lielāks metālu avots primāro metālu ražotājiem.