Spracovanie hliníka

tavenie

Aj keď existuje niekoľko spôsobov výroby hliníka, iba jeden sa komerčne používa. Devilleov proces, ktorý zahŕňa priamu reakciu sodíka s kovom s chloridom hlinitým, bol základom výroby hliníka na konci 19. storočia, ale bol upustený v prospech úspornejšieho elektrolytického procesu. Karbotermický prístup, klasická metóda redukcie (odstraňovania kyslíka z) oxidov kovov, je už roky predmetom intenzívneho výskumu. To znamená zahrievanie oxidu spolu s uhlíkom za vzniku oxidu uhoľnatého a hliníka. Veľkou atrakciou karbotermického tavenia je možnosť obísť rafináciu oxidu hlinitého a začať s rudami nižšej kvality ako bauxit a uhlíkom nižšej kvality ako ropný koks. Napriek dlhoročnému intenzívnemu výskumu sa však nezistil žiadny ekonomický konkurent pre prístup Bayer-Hall-Héroult.

Hoci sa hutnícky proces Hall-Héroult v zásade nezmenil, jeho rozsah a detail sa od pôvodného procesu výrazne líšia. Moderná technológia priniesla výrazné vylepšenia zariadení a materiálov a znížila konečné náklady.

V modernej taviarni sa alumina rozpustí v redukčných nádobách - hlbokých, pravouhlých oceľových škrupinách obložených uhlíkom - ktoré sú naplnené roztaveným elektrolytom, ktorý pozostáva väčšinou zo zlúčeniny sodíka, hliníka a fluóru nazývaného kryolit.

Pomocou uhlíkových anód sa jednosmerný prúd vedie elektrolytom do uhlíkovej katódovej vložky na dne článku. Na povrchu roztaveného kúpeľa sa vytvára kôra. Na vrch tejto kôry sa pridáva oxid hlinitý, kde je predhrievaný teplom z bunky (približne 950 ° C) a odvedená adsorbovaná vlhkosť. Kôra sa pravidelne láma a do kúpeľa sa privádza oxid hlinitý. V novších bunkách sa alumina privádza priamo do roztaveného kúpeľa pomocou automatických dávkovačov.

Výsledkom elektrolýzy je nanášanie roztaveného hliníka na spodok článku a vývoj oxidu uhličitého na uhlíkovej anóde. Na každý vyrobený kilogram hliníka sa spotrebuje asi 450 gramov uhlíka. Na každý vyrobený kilogram hliníka sa spotrebuje asi 2 kg oxidu hlinitého.

Proces tavenia je nepretržitý. Do kúpeľa sa pravidelne pridáva alumina, aby sa nahradilo množstvo spotrebované redukciou. Teplo generované elektrickým prúdom udržuje kúpeľ v roztavenom stave, takže sa čerstvý oxid hlinitý rozpúšťa. Roztavený hliník sa periodicky odsáva.

Pretože sa pri tomto postupe stráca nejaký fluorid z kryolitového elektrolytu, podľa potreby sa pridáva fluorid hlinitý, aby sa obnovilo chemické zloženie kúpeľa. Kúpeľ s prebytkom fluoridu hlinitého poskytuje maximálnu účinnosť.

V skutočnej praxi sú dlhé rady redukčných nádob, nazývané potrubia, elektricky spojené do série. Normálne napätie pre črepníky sa pohybuje od 4 do 6 voltov a prúdové záťaže sa pohybujú od 30 000 do 300 000 ampérov. Od 50 do 250 hrncov môže tvoriť jeden prívod s celkovým sieťovým napätím vyšším ako 1 000 voltov. Sila je jednou z najdrahších zložiek hliníka. Od roku 1900 hľadajú výrobcovia hliníka zdroje lacnej vodnej energie, ale museli tiež postaviť mnoho zariadení, ktoré využívajú energiu z fosílnych palív. Technologický pokrok znížil množstvo elektrickej energie potrebnej na výrobu jedného kilogramu hliníka. V roku 1940 to bolo 19 kilowatthodín. Do roku 1990 sa množstvo elektrickej energie spotrebovanej na každý kilogram vyrobeného hliníka znížilo na asi 13 kilowatthodín pre najúčinnejšie články.

Roztavený hliník sa z buniek odvádza do veľkých téglikov. Odtiaľ môže byť kov nalievaný priamo do foriem na výrobu zlievárenského ingotu, môže byť premiestnený do udržovacích pecí na ďalšie zušľachťovanie alebo na legovanie s inými kovmi alebo oboma, na vytvorenie ingotu na výrobu. Ako vyplýva z článku, primárny hliník má čistotu asi 99,8%.

Automatizácia a počítačové riadenie mali výrazný vplyv na operácie tavenia. Najmodernejšie redukčné zariadenia využívajú plne mechanizované zariadenia na výrobu uhlíka a počítačové riadenie na monitorovanie a automatizáciu operácií s linkami.

recyklácia

Pretože pretavovanie hliníkového šrotu spotrebuje iba 5 percent energie potrebnej na výrobu primárneho hliníka z bauxitu, „spracovávaný“ kovový šrot z výroby plechov, výkovkov a výliskov sa našiel cestu späť do taviacej pece od začiatku výroby. Okrem toho krátko pred prvou svetovou vojnou zozbierali podnikatelia, ktorí začali s výrobou tzv. Sekundárneho hliníkového priemyslu, „nový“ šrot vyrobený pri výrobe komerčných a domácich výrobkov z hliníka. Chemické zloženie nového šrotu je zvyčajne dobre definované; v dôsledku toho sa často predáva späť výrobcom primárneho hliníka, aby sa prepracovali na rovnakú zliatinu. „Nový“ šrot je teraz do značnej miery doplnený „starým“ šrotom, ktorý vzniká recykláciou vyradených spotrebných výrobkov, ako sú automobily alebo záhradné stoličky. Pretože starý šrot je často špinavý a je zmesou mnohých zliatin, zvyčajne končí liatím zliatin, ktoré majú vyššie úrovne legovacích prvkov.

Použité hliníkové nápojové obaly predstavujú jedinečný druh starého šrotu. Telo a viečka týchto plechoviek sú vyrobené z rôznych hliníkových zliatin, ale obsahujú horčík aj mangán. V dôsledku toho sa recyklované nádoby na nápoje môžu použiť na prepracovanie zásob ktoréhokoľvek z týchto produktov. Energia potrebná na výrobu nápojového plechovky zo šrotu je asi 30 percent energie potrebnej na výrobu plechovky z primárneho kovu. Z tohto dôvodu predstavuje recyklácia použitých nápojových obalov rastúci zdroj kovov pre výrobcov primárnych kovov.