Prelucrare aluminiu

metalurgie

Deși există mai multe metode de producere a aluminiului, doar una este utilizată comercial. Procesul Deville, care implică reacția directă a sodiului metalic cu clorura de aluminiu, a fost baza producției de aluminiu la sfârșitul secolului XIX, dar a fost abandonat în favoarea procesului electrolitic mai economic. O abordare carbotermică, metoda clasică pentru reducerea (eliminarea oxigenului) din oxizii metalici, a fost ani de zile obiectul unor cercetări intense. Aceasta implică încălzirea oxidului împreună cu carbonul pentru a produce monoxid de carbon și aluminiu. Marea atracție a topirii carbotermice este posibilitatea de a ocoli rafinarea aluminei și de a începe cu minereuri de calitate inferioară decât bauxită și carbon de calitate mai mică decât cocsul de petrol. În ciuda multor ani de cercetare intensivă, cu toate acestea, nu a fost găsit niciun concurent economic pentru abordarea Bayer-Hall-Héroult.

Deși în mod neschimbat în principiu, procesul de topire Hall-Héroult de astăzi diferă foarte mult ca dimensiune și detaliu față de procesul inițial. Tehnologia modernă a produs îmbunătățiri substanțiale în echipamente și materiale și a redus costurile finale.

Într-o topitorie modernă, alumina este dizolvată în vase de reducere - învelișuri de oțel adânci, dreptunghiulare căptușite cu carbon - care sunt umplute cu un electrolit topit constând în cea mai mare parte dintr-un compus de sodiu, aluminiu și fluor numit criolit.

Cu ajutorul anodilor de carbon, curentul direct este trecut prin electrolit la o căptușeală de catod de carbon din partea inferioară a celulei. Pe suprafața băii topite se formează o crustă. Alumina este adăugată deasupra acestei cruste, unde este preîncălzită de căldura din celulă (aproximativ 950 ° C [1.750 ° F]) și umiditatea sa adsorbită. Periodic crusta este ruptă, iar alumina este introdusă în baie. În celulele mai noi, alumina este introdusă direct în baia topită cu ajutorul unor alimentatoare automate.

Rezultatele electrolizei sunt depunerea aluminiului topit pe fundul celulei și evoluția dioxidului de carbon pe anodul de carbon. Aproximativ 450 de grame (1 kilogram) de carbon sunt consumate pentru fiecare kilogram (2,2 kilograme) de aluminiu produs. Aproximativ 2 kg de alumină sunt consumate pentru fiecare kilogram de aluminiu produs.

Procesul de topire este continuu. În baie se adaugă periodic alumină suplimentară pentru a o înlocui pe cea consumată prin reducere. Căldura generată de curentul electric menține baia într-o stare topită, astfel încât alumina proaspătă se dizolvă. Periodic, aluminiu topit este sifonat.

Deoarece unele fluoruri din electrolitul criolit se pierd în proces, fluorura de aluminiu este adăugată, după caz, pentru a restabili compoziția chimică a băii. O baie cu un exces de fluorură de aluminiu asigură eficiență maximă.

În practica reală, rânduri lungi de ghivece de reducere, numite potline, sunt conectate electric în serie. Tensiunile normale pentru ghivece variază între patru și șase volți, iar încărcările curente variază între 30.000 și 300.000 amperi. De la 50 la 250 de ghivece pot forma o singură olă cu o tensiune de linie totală de peste 1.000 de volți. Puterea este unul dintre cele mai costisitoare ingrediente din aluminiu. Începând cu 1900, producătorii de aluminiu au căutat surse de energie hidroelectrică ieftină, dar au fost nevoiți să construiască multe instalații care utilizează energia din combustibili fosili. Progresele tehnologice au redus cantitatea de energie electrică necesară pentru a produce un kilogram de aluminiu. În 1940, această cifră era de 19 kilowati-ore. Până în 1990, cantitatea de energie electrică consumată pentru fiecare kilogram de aluminiu produs a scăzut la aproximativ 13 kilowatt-ore pentru celulele cele mai eficiente.

Aluminiul topit este sifonat din celule în creuzete mari. De acolo metalul poate fi turnat direct în matrițe pentru a produce un lingou de turnătorie, acesta poate fi transferat la cuptoare de susținere pentru perfecționarea ulterioară sau pentru alierea cu alte metale, sau ambele, pentru a forma un lingou de fabricare. Deoarece provine din celulă, aluminiul primar este aproximativ 99,8 la sută pur.

Automatizarea și controlul computerului au avut un efect semnificativ asupra operațiunilor de topire. Cele mai moderne instalații de reducere utilizează instalații de carbon complet mecanizate și control computerizat pentru monitorizarea și automatizarea operațiunilor de retea.

Reciclarea

Deoarece refacerea deșeurilor de aluminiu consumă doar 5 la sută din energia necesară pentru a produce aluminiu primar din bauxită, resturi de „procesare” din fabricarea tablelor, forjelor și extruziilor și-a găsit drumul înapoi la cuptorul de topire încă de la începerea producției. În plus, cu puțin timp înainte de Primul Război Mondial, resturile „noi” produse în timpul fabricării de produse comerciale și interne din aluminiu au fost colectate de antreprenori care au început ceea ce este cunoscută drept industria secundară a aluminiului. Compoziția chimică a resturilor noi este de obicei bine definită; în consecință, este adesea vândut înapoi către producătorii primari de aluminiu pentru a fi reînnoit în același aliaj. Resturile „noi” sunt acum completate foarte mult de resturi „vechi”, care sunt generate de reciclarea produselor de consum aruncate, cum ar fi automobilele sau scaunele cu peluză. Deoarece resturile vechi sunt adesea murdare și un amestec de mai multe aliaje, de obicei, se termină în aliaje de turnare, care au niveluri mai ridicate de elemente de aliere.

Recipientele de băuturi din aluminiu folosite constituie un tip unic de fier vechi. Deși corpurile și capacele acestor cutii sunt fabricate din aliaje de aluminiu diferite, ambele conțin magneziu și mangan. În consecință, containerele pentru băuturi reciclate pot fi utilizate pentru a reîncărca stocul pentru orice produs. Energia necesară pentru producerea unei cutii de băuturi din resturi este de aproximativ 30 la sută din energia necesară pentru producerea cutiei din metal primar. Din acest motiv, reciclarea containerelor de băuturi folosite reprezintă o sursă din ce în ce mai mare de metal pentru producătorii de metale primare.