Mill-Bauxite għall-Alumina: Il-Proċess Bayer
L-aluminju primarju huwa magħmul f'żewġ stadji distinti: ir-raffinar tal-bauxite f'alumina, u t-tnaqqis ta 'dik l-alumina għal metall. Bejn erba' u ħames tunnellati ta' boksajt jipproduċu madwar żewġ tunnellati ta' alumina, li mbagħad jipproduċu tunnellata ta' aluminju primarju. L-istadju tar-raffinar huwa l-proċess Bayer, rotta alkalina li tisfrutta s-solubilità tal-idrossidu tal-aluminju fis-soda kawstika sħuna.
Diġestjoni:Il-boksajt imfarrak jiġi diġerit f'soluzzjoni ta 'idrossidu tas-sodju f'140-300 grad taħt pressjoni ta' bejn wieħed u ieħor 35 atm, sabiex l-ossidi tal-aluminju jinħall bħala aluminat tas-sodju filwaqt li s-silika u l-ħadid jibqgħu bħala residwu li ma jinħallx.
Kjarifika:is-sedimentazzjoni u l-filtrazzjoni f'tankijiet ta' kjarifika jisseparaw il-likur tqila mir-residwu fin u rikk tal-ħadid-magħruf bħala tajn aħmar.
Preċipitazzjoni:il-likur huwa mkessaħ u miżrugħa bi kristalli ta 'idrossidu ta' l-aluminju, li jikbru u jissetiljaw mis-soluzzjoni.
Kalċinazzjoni:fran li jdur jikkalċina l-idrossidu f'madwar 1100 grad biex jagħtu alumina ta 'grad ta' funderija-, tipikament 99.5% Al₂O₃.
L-ekonomija tar-raffinerija hija ddominata mis-soda kawstika u l-konsum tal-enerġija, u l-grad tal-alumina għandu jkun ikkontrollat sewwa biex it-tieni stadju jaħdem b'mod stabbli.
Hall-Héroult Electrolysis: Il-Pass tat-Tnaqqis
L-aluminju metalliku huwa prodott mill-proċess Hall-Héroult, li fih l-alumina tinħall f'elettrolit ibbażat fuq krijolit imdewweb (Na₃AlF₆ b'addizzjonijiet ta' fluworidu tal-aluminju u fluworidu tal-kalċju) f'madwar 940-965 grad. Il-kurrent dirett jgħaddi minn anodi tal-karbonju konsumabbli mill-banju għal katodu miksi bil-karbonju. L-alumina titnaqqas b'mod elettrokimiku, l-aluminju mdewweb jinġabar fuq il-qiegħ taċ-ċellula u jiġi sifonat, u l-anodi tal-karbonju jiġu ossidizzati għal dijossidu tal-karbonju.
Ir-reazzjoni ġenerali taċ-ċellula hija 2Al₂O₃ + 3C → 4Al + 3CO₂. Ċelloli ta 'tnaqqis moderni joperaw b'effiċjenza kurrenti ta' 93-95%, u alimentaturi tal-punti awtomatiċi jżommu l-konċentrazzjoni tal-alumina fil-banju għal bejn wieħed u ieħor 2-4% sabiex ir-reazzjoni tibqa 'stabbli u l-effetti tal-anodu jiġu evitati.
Punti ta' Referenza tal-Enerġija u l-Konsum tal-Materjal
It-tidwib huwa negozju intensiv tal-elettriku-, u l-konsum huwa l-akbar lieva tal-ispiża u tal-emissjonijiet. Ċifri indikattivi għal-linji moderni ta' tnaqqis:
| Parametru | Valur tipiku |
|---|---|
| Konsum tal-alumina | 1.90 - 1.95 t kull tunnellata ta' aluminju |
| Konsum tal-anodu tal-karbonju | 0.40 - 0.45 t kull tunnellata ta' aluminju |
| Konsum tal-elettriku | 12.5 - 15 MWh għal kull tunnellata ta' aluminju |
| L-aħjar enerġija speċifika-fil--klassi | 12.3 - 13.0 kWh għal kull kg, miksub b'kumpens ottimizzat tal-busbar u tal-kamp manjetiku |
| Intensità medja tal-enerġija fiċ-Ċina | madwar 13,500 kWh kull tunnellata |
| Temperatura operattiva taċ-ċellula | 940 - 965 grad |
| Effiċjenza kurrenti | 93 - 95% |
| Ċelloli ta 'żvilupp ta' anodu inerti | madwar 15 kWh għal kull kg, bl-ebda dijossidu tal-karbonju iġġenerat fl-anodu |
L-irkupru tas-sħana mormija mill-egżost taċ-ċelluli u l-gass tal-borma huwa l-opportunità ewlenija ta 'effiċjenza li fadal, u s-sħana rkuprata tintuża dejjem aktar għat-tisħin distrettwali u għat-tisħin minn qabel tal-alumina jew tal-materja prima tal-anodu. Linji mibnija b'anodi slotted u kontroll dinamiku tal-vultaġġ joqogħdu fit-tarf t'isfel tal-firxa tal-konsum, filwaqt li ċelloli anzjani jistgħu jaqbżu l-15 kWh għal kull kg.
Effetti Anodi u Emissjonijiet PFC
Jekk il-konċentrazzjoni tal-alumina fil-banju tinżel taħt bejn wieħed u ieħor 1.5%, iċ-ċellula ma tistax ssostni l-elettroliżi normali u l-vultaġġ jogħla drastikament, ħafna drabi 'l fuq minn 8 V. Matul dawn l-effetti tal-anodu, il-gassijiet tal-fluworokarburi jiffurmaw fl-anodu, prinċipalment tetrafluoromethane u hexafluoroethane, permezz ta' reazzjoni sekondarja tal-kryolite, per eżempju Na₃AlF4 bath + 3C → 4Al + 12NaF + 3CF₄.
Il-perfluworokarburi huma gassijiet serra qawwija ħafna: fuq medda ta' 100-sena tetrafluoromethane iġorr potenzjal ta' tisħin globali ta' bejn wieħed u ieħor 6,600-7,400 u hexafluoroethane bejn wieħed u ieħor 11,100-12,200 darba dak tad-dijossidu tal-karbonju, skont ir-rapport ta' valutazzjoni użat. It-tmigħ tal-alumina awtomatizzat, il-monitoraġġ tal-vultaġġ taċ-ċelluli u l-kontroll tal-kompjuter naqqsu l-frekwenza tal-effett tal-anodu għal inqas minn 0.1 avvenimenti għal kull ċellula kuljum f'impjanti mmexxija tajjeb, u l-emissjonijiet globali rrappurtati ta 'PFC mit-tidwib tal-aluminju naqsu b'madwar 85% mill-1990.
Tajn Aħmar: Volumi, Riskji u Użu
Residwu tal-boksajt, jew tajn aħmar, huwa l-fluss ta 'skart solidu ewlieni tar-raffinar tal-alumina. Il-ġenerazzjoni globali hija stmata għal madwar 180 miljun tunnellata fis-sena, u r-residwu huwa alkalin b'mod qawwi, b'pH tipikament bejn 10 u 13 u 2-6% idrossidu tas-sodju residwu, għalhekk il-ħażna għandha tkun inġinerija biex tevita t-tnixxija u t-trab.
L-istivar niexef sar ir-rotta ta 'ġestjoni preferuta minħabba li jnaqqas il-footprint tal-ħażna bejn wieħed u ieħor bin-nofs u jneħħi r-riskju ta' falliment katastrofiku tad-diga assoċjat ma 'sekwestri imxarrba. L-użu għadu limitat iżda qed jespandi permezz ta 'diversi rotot: irkupru ta' ħadid, titanju u elementi ta 'art rari, użu ta' 8-12% tajn aħmar bħala sors ta 'silika u alumina f'taħlitiet ta' ġeopolimeru u siment, u lissija tal-aċidu biex tirkupra s-soda kawstika u jinnewtralizza r-residwu.
Mistoqsijiet Frekwenti
Q: X'inhi d-differenza bejn il-boksajt, l-alumina u l-aluminju?
Il-boksajt huwa l-mineral imminat, l-alumina (ossidu tal-aluminju) hija l-intermedjarju raffinat estratt minnu, u l-aluminju huwa l-metall prodott meta l-alumina titnaqqas f'ċellula elettrolitika.
Q: Għaliex it-tidwib tal-aluminju huwa daqshekk intensiv fl-enerġija?
Ir-rabta tal-aluminju-ossiġnu fl-alumina hija qawwija ħafna, għalhekk it-tkissir jeħtieġ kurrent dirett kbir kontinwu. Anke l-aqwa ċelloli jeħtieġu aktar minn 12-il kWh ta 'elettriku għal kull kilogramma ta' metall, u huwa għalhekk li jinbnew funderiji fejn l-enerġija hija rħisa u soda.
Q: F'liema temperatura taħdem ċellula ta 'tnaqqis?
L-elettrolit ibbażat fuq il-krijolit-dewweb qrib 950 grad, u ċ-ċelloli normalment joperaw bejn 940 u 965 grad, li huwa għoli biżżejjed biex iżomm il-banju mdewweb iżda baxx biżżejjed biex jillimita t-telf tal-fluworidu u l-użu tal-enerġija.
Q: Għaliex l-effetti tal-anodu huma importanti?
Huma jaħlu l-enerġija, jiddisturbaw it-tħaddim taċ-ċelluli u jiġġeneraw perfluworokarbonji b'potenzjal għoli ħafna ta' tisħin globali. It-tmigħ awtomatiku u l-kontroll tal-vultaġġ iżommu l-effetti rari, u l-frekwenza tal-effetti hija indikatur tal-prestazzjoni standard għal funderija.
Q: Kemm jiġi prodott tajn aħmar għal kull tunnellata ta 'metall?
Il-ġenerazzjoni tar-residwi tal-boksajt tiddependi fuq il-grad tal-minerali iżda ġeneralment tkun fil-medda ta 'wieħed sa żewġ tunnellati ta' residwu niexef għal kull tunnellata ta 'alumina prodotta, għalhekk il-ġestjoni tar-residwi hija spiża ambjentali ewlenija tal-produzzjoni primarja.
Q: L-aluminju sekondarju huwa sostitut għall-metall primarju?
L-aluminju riċiklat jeħtieġ biss frazzjoni żgħira ta 'l-enerġija meħtieġa għat-tidwib primarju u jista' jerġa 'jiddewweb ripetutament mingħajr ma jitlef il-proprjetajiet essenzjali tiegħu, għalkemm l-għażla tal-liga jillimita kemm metall sekondarju jista' jintuża f'applikazzjonijiet eżiġenti.
