Aliuminio apdirbimas

Kvepia

Nors yra keletas aliuminio gamybos būdų, komerciniais tikslais naudojamas tik vienas. Devilio procesas, apimantis tiesioginę metalinio natrio reakciją su aliuminio chloridu, buvo aliuminio gamybos pagrindas XIX amžiaus pabaigoje, tačiau jo atsisakyta ekonomiškesnio elektrolitinio proceso naudai. Karboterminis metodas, klasikinis metodas metalų oksidams sumažinti (deguoniui pašalinti), daugelį metų buvo intensyviai tiriamas. Tai apima oksido kaitinimą kartu su anglimi, gaunant anglies monoksidą ir aliuminį. Didžiausias karboterminio lydymo akcentas yra galimybė apeiti aliuminio oksido rafinavimą ir pradėti nuo žemesnės rūšies rūdų nei boksitas ir žemesnės kokybės anglies nei naftos koksas. Nepaisant ilgus metus trukusių intensyvių tyrimų, „Bayer-Hall-Héroult“ metodui nerastas joks ekonominis konkurentas.

Nors iš esmės nepakitęs, „Hall-Héroult“ lydymo procesas skiriasi nuo pradinio proceso masto ir detalių. Šiuolaikinės technologijos labai pagerino įrangą ir medžiagas, todėl sumažėjo galutinės išlaidos.

Šiuolaikiniame lydyklame aliuminio oksidas ištirpinamas redukciniuose induose - giliuose stačiakampiuose plieno apvalkaluose, išklotuose anglimi -, kurie užpildyti išlydytu elektrolitu, sudarytu daugiausia iš natrio, aliuminio ir fluoro junginio, vadinamo kriolitu.

Anglies anodais, per elektrolitą, nuolatinė srovė perduodama į anglies katodo pamušalą ląstelės apačioje. Išlydytos vonios paviršiuje susidaro pluta. Ant šios plutos pridedamas aliuminio oksidas, kur jis iš anksto pašildomas nuo kameros šilumos (apie 950 ° C [1750 ° F]), o adsorbuota drėgmė pašalinama. Periodiškai pluta suskaidoma, o aliuminio oksidas įpilamas į vonią. Naujesnėse ląstelėse aliuminio oksidas automatiškai tiekiamas tiesiai į išlydytą vonią.

Elektrolizės rezultatai yra išlydyto aliuminio nusėdimas ląstelės dugne ir anglies dioksido išsiskyrimas ant anglies anodo. Kiekvienam pagaminto aliuminio kilogramui (2,2 svaro) sunaudojama apie 450 gramų (1 svaras) anglies. Kiekvienam pagaminto aliuminio kilogramui sunaudojama apie 2 kg aliuminio oksido.

Lydymosi procesas yra tęstinis. Periodiškai į vonią įpilama papildomo aliuminio oksido, kuris pakeistų redukuojamąjį. Elektros srovės sukuriama šiluma palaiko vonią išlydytą, kad šviežias aliuminio oksidas ištirptų. Periodiškai išlydytas aliuminis yra pašalinamas.

Kadangi procesas praranda dalį kriolito elektrolito fluoro, prireikus pridedama aliuminio fluoro, kad būtų atkurta vonios cheminė sudėtis. Vonia su aliuminio fluoro pertekliumi užtikrina maksimalų efektyvumą.

Realioje praktikoje ilgos redukuojančių puodų eilės, vadinamos „potlines“, yra elektriškai sujungtos nuosekliai. Įprasta puodų įtampa svyruoja nuo keturių iki šešių voltų, o dabartinės apkrovos - nuo 30 000 iki 300 000 amperų. Nuo 50 iki 250 vazonų gali būti sukurta viena katilas, kurio bendra tinklo įtampa yra didesnė kaip 1000 voltų. Galia yra vienas brangiausių aliuminio ingredientų. Nuo 1900 m. Aliuminio gamintojai ieškojo pigios hidroelektrinės energijos šaltinių, tačiau taip pat turėjo pastatyti daugybę įrenginių, naudojančių iškastinio kuro energiją. Technologinė pažanga sumažino elektros energijos kiekį, reikalingą vienam kilogramui aliuminio pagaminti. 1940 m. Šis skaičius buvo 19 kilovatvalandžių. Iki 1990 m. Efektyviausiems elementams sunaudotos elektros energijos kiekis, sunaudotas kiekvienam kilogramui aliuminio, sumažėjo iki maždaug 13 kilovatvalandžių.

Išlydytas aliuminis yra pašalinamas iš ląstelių į didelius tiglius. Iš ten metalas gali būti pilamas tiesiai į formas, kad būtų gautas liejimo luitas, jis gali būti perkeltas į laikančias krosnis tolimesniam rafinavimui arba legiruoti su kitais metalais, arba abu, kad susidarytų apdirbamasis luitas. Kalbant apie ląstelę, pirminis aliuminis yra maždaug 99,8 procento grynas.

Automatika ir kompiuterio valdymas smarkiai paveikė lydyklų operacijas. Moderniausiuose redukcijos įrenginiuose naudojamos visiškai mechanizuotos anglies gamyklos ir kompiuterinis valdymas, siekiant stebėti ir automatizuoti katilinės operacijas.

Perdirbimas

Kadangi aliuminio laužo perlydimas sunaudoja tik 5 procentus energijos, reikalingos pirminiam aliuminiui gaminti iš boksito, „proceso metu“ pagamintas metalo laužas iš gaminamų lakštų, kaltinių ir ekstruzijų, nuo pat gamybos pradžios rado kelią atgal į lydymosi krosnį. Be to, prieš pat Pirmąjį pasaulinį karą verslininkai, pradėję vadinamąją antrinę aliuminio pramonę, surinko „naujus“ laužus, pagamintus gaminant komercinius ir buitinius gaminius iš aliuminio. Cheminė naujojo laužo sudėtis paprastai yra tiksliai apibrėžta; todėl jis dažnai parduodamas pirminiams aliuminio gamintojams, kad būtų perdirbtas į tą patį lydinį. „Naują“ laužą dabar labai papildo „senas“ laužas, kuris gaunamas perdirbant nebenaudojamus vartojimo produktus, tokius kaip automobiliai ar vejos kėdės. Kadangi senas laužas dažnai būna nešvarus ir daugelio lydinių mišinys, jis dažniausiai baigiasi liejimo lydiniais, kurie turi aukštesnį lydinių elementų kiekį.

Naudotos aliuminio gėrimų talpyklos yra unikalus senojo laužo tipas. Nors šių skardinių korpusai ir dangteliai yra pagaminti iš skirtingų aliuminio lydinių, abiejuose yra magnio ir mangano. Taigi perdirbti gėrimų indai gali būti naudojami perdirbant bet kurio produkto atsargas. Energija, reikalinga gėrimų skardinei gaminti iš laužo, yra apie 30 procentų energijos, reikalingos skardinės gamybai iš pirminio metalo. Dėl šios priežasties panaudotų gėrimų konteinerių perdirbimas yra didėjantis metalo šaltinis pirminių metalų gamintojams.