A bauxittól az alumínium-oxidig: A Bayer-eljárás
A bauxit az alumínium fő érce, egy kőzet, amely 40-60% alumínium-oxidot tartalmaz vas-oxiddal, szilícium-dioxiddal és egyéb szennyeződésekkel együtt. Az első extrakciós szakasz, a Bayer-eljárás elválasztja az alumínium-oxidot ezektől a szennyeződésektől.
A zúzott bauxitot forró, tömény nátrium-hidroxid-oldattal keverik össze, és nyomás alatt 150-250 Celsius-fok körüli hőmérsékleten feltárják. Az alumínium-oxid feloldódik és nátrium-aluminátot képez, míg a vas-oxid, a szilícium-dioxid és más szennyeződések szilárd maradékként, vörösiszapként maradnak vissza. A szuszpenziót szűrjük a vörösiszap eltávolítására, így tiszta nátrium-aluminát oldat marad vissza.
Az alumínium-hidroxidot ezután oltással és hűtéssel csapják ki az oldatból, majd a csapadékot mossák és forgókemencékben vagy fluidágyas kalcinálókban kb. A termék fehér timföldpor, közel tiszta alumínium-oxid.
A timföldtől az alumíniumig: The Hall{0}}Heroult folyamat
Az alumínium-oxid olvadáspontja 2000 Celsius-fok felett van, ami a közvetlen olvasztást gazdaságtalanná tenné. A Hall-Heroult-eljárás a timföldet olvadt kriolitban, egy fluorid ásványban oldja, így az üzemi hőmérséklet körülbelül 950 Celsius-fokra csökken.
Erős, jellemzően 150 000-600 000 amperes egyenáram halad át a cellán a szénanódok és a szénnel bélelt katód között. A katódon folyékony alumínium képződik és összegyűlik a cella alján; az anódokon az oxigén reakcióba lép a szénnel, és szén-dioxid szabadul fel. A folyékony alumíniumot kiszívják a cellából, és további feldolgozás céljából tuskóba, tuskóba vagy táblákba öntik.
Energia és környezetvédelmi szempontok
Az elektrolízis energiaigényes: egy tonna primer alumínium előállításához nagyjából 13-15 megawatt-óra elektromos áramra van szükség, ezért a kohók alacsony költségű energiaforrások közelében helyezkednek el, beleértve a vízerőműveket is. A folyamat szén-dioxidot is bocsát ki az anódokból, és a Bayer-eljárásból származó vörösiszapot gondosan kell kezelni a tervezett tárolókban.
Ezek a hatások magyarázzák az újrahasznosítás erős környezetvédelmi szempontját: az alumíniumhulladék olvasztása az elsődleges termelés energiájának körülbelül 5%-át használja fel, és teljesen elkerüli a bauxit és a vörösiszap körforgását, ezért az újrahasznosított alumínium már ma is a globális kereslet nagy részét fedezi.
Alternatív és feltörekvő útvonalak
Léteznek alternatív kitermelési utak, de kevésbé gyakoriak. A savas kilúgozás kivonhatja az alumíniumot bizonyos ércekből és ipari hulladékokból, de általában drágább és összetettebb, mint a Bayer-eljárás. Folytatódik a kutatás az inert anódokon, amelyek kiküszöbölnék az elektrolízis szén-dioxid-kibocsátását, valamint a hatékonyabb cellatervezéseken, de a Bayer és Hall{2}}Heroult-eljárások továbbra is az alumíniumgyártás ipari gerincét képezik.
Gyakran Ismételt Kérdések
K: Mi a bauxit és honnan származik?
A bauxit 40-60% alumínium-oxidot (timföld) tartalmazó vöröses üledékes érc gibbsit, böhmit vagy diaszpóra ásványként, amelyet főként Ausztráliában, Guineában, Kínában, Brazíliában és Indiában bányásznak; 1 tonna alumínium előállításához nagyjából 4-6 tonna bauxit szükséges.
K: Mi történik a Hall{0}}Heroult elektrolizáló cellában?
Az alumínium-oxid olvadt kriolitban körülbelül 950-970 fokon feloldódik, és elektromos áram hatására olvadt alumíniumra hasad a szénkatódnál és szén-dioxidra a szénanódnál; a folyamat folyamatosan fut timföld betáplálással és anódcserékkel.
K: Mennyi áramot fogyaszt az elsődleges alumíniumgyártás?
Az elektrolízis lépés általában 13-15 kWh/kg alumíniumot fogyaszt, a modern olvasztók átlagosan 14 000-15 500 kWh/tonnát; Ez az oka annak, hogy az alumíniumkohókat mindig olcsó energiaforrások, például vízi erőművek mellett helyezik el.
K: Mi a vörösiszap és mi történik vele?
A vörösiszap a Bayer-eljárás után visszamaradt vasban{0}}dús lúgos maradék, körülbelül 1-1,5 tonna/tonna alumínium-oxid; gondosan kezelt zagytározókban tárolják, és új eljárások segítségével nyerik vissza a vasat, a ritkaföldfémeket, vagy cementben és építőanyagokban használják fel a hulladéklerakók mennyiségének csökkentésére.
K: Hogyan lett tisztább az alumíniumgyártás?
A modern olvasztók közömbös vagy elősütött anódokat használnak füstkezeléssel a kibocsátás csökkentése érdekében, a víz- és megújuló energiát pedig a szénlábnyom csökkentése érdekében, az ipar pedig belsőleg újrahasznosítja a feldolgozási hulladékot; az alumínium újrahasznosított fémből történő előállítása az elsődleges termelés energiájának csak körülbelül 5%-át használja fel.
K: Mennyi bauxit kell egy tonna alumínium előállításához?
Ökölszabályként körülbelül 4-5 tonna bauxitot finomítanak nagyjából 2 tonna timföldre, amit aztán körülbelül 1 tonna primer alumíniummá olvasztanak. A pontos arány az érc minőségétől, valamint a finomító és kohó hatásfokától függ.