Od boksita do glinice: Bayerjev proces
Boksit je glavna ruda aluminija, kamnina, ki vsebuje 40 % do 60 % aluminijevega oksida skupaj z železovim oksidom, kremenom in drugimi nečistočami. Prva stopnja ekstrakcije, Bayerjev postopek, loči aluminijev oksid od teh nečistoč.
Zdrobljen boksit se zmeša z vročo, koncentrirano raztopino natrijevega hidroksida in razkroji pod pritiskom pri temperaturah okoli 150 do 250 stopinj Celzija. Aluminijev oksid se raztopi in tvori natrijev aluminat, medtem ko železov oksid, silicijev dioksid in druge nečistoče ostanejo kot trden ostanek, imenovan rdeče blato. Zmes se filtrira, da se odstrani rdeče blato, pri čemer ostane bistra raztopina natrijevega aluminata.
Aluminijev hidroksid se nato obori iz raztopine s sejanjem in ohlajanjem, oborina pa se spere in žge v rotacijskih pečeh ali žganjih z-vrtinčeno plastjo pri približno 1000 stopinjah Celzija, da se odstrani voda. Produkt je bel prah aluminijevega oksida, skoraj čisti aluminijev oksid.
Od glinice do aluminija: Hall-Heroultov proces
Aluminijev oksid ima tališče nad 2000 stopinj Celzija, zaradi česar bi bilo neposredno taljenje neekonomično. Postopek Hall-Heroult raztopi aluminijev oksid v staljenem kriolitu, fluoridnem mineralu, s čimer zniža delovno temperaturo na približno 950 stopinj Celzija.
Močan enosmerni tok, običajno 150.000 do 600.000 amperov, teče skozi celico med ogljikovimi anodami in katodo, prevlečeno z ogljikom. Na katodi se tvori tekoči aluminij in zbira na dnu celice; na anodah kisik reagira z ogljikom in sprosti ogljikov dioksid. Tekoči aluminij se sifonira iz celice in vlije v ingote, gredice ali plošče za nadaljnjo predelavo.
Energetski in okoljski vidiki
Elektroliza je energetsko intenzivna: proizvodnja ene tone primarnega aluminija zahteva približno 13 do 15 megavat-ur električne energije, zato so talilnice v bližini poceni-virov energije, vključno s hidroelektrarnami. Proces oddaja tudi ogljikov dioksid iz anod, z rdečim blatom iz Bayerjevega procesa pa je treba skrbno ravnati v inženirskih skladiščih.
Ti vplivi pojasnjujejo močan okoljski razlog za recikliranje: taljenje odpadnega aluminija porabi približno 5 % energije primarne proizvodnje in se v celoti izogne krogu boksita in rdečega blata, zaradi česar reciklirani aluminij že pokriva velik delež svetovnega povpraševanja.
Alternativne in nastajajoče poti
Alternativne poti pridobivanja obstajajo, vendar so manj pogoste. S kislim izpiranjem je mogoče pridobiti aluminij iz nekaterih rud in industrijskih odpadkov, vendar je na splošno dražji in zapletenejši od Bayerjevega postopka. Nadaljuje se raziskava inertnih anod, ki bi odpravile emisije ogljikovega dioksida pri elektrolizi, in učinkovitejših zasnov celic, vendar Bayerjev in Hall-Heroultov proces ostaja industrijska hrbtenica proizvodnje aluminija.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Kaj je boksit in od kod prihaja?
Boksit je rdečkasta sedimentna ruda, ki vsebuje 40–60 % aluminijevega oksida (aluminijevega oksida) v obliki mineralov gibsit, boehmit ali diaspore, ki se pridobiva predvsem v Avstraliji, Gvineji, na Kitajskem, v Braziliji in Indiji; za proizvodnjo 1 tone aluminija je potrebnih približno 4-6 ton boksita.
V: Kaj se dogaja znotraj celice za elektrolizo Hall-Heroult?
Aluminijev oksid je raztopljen v staljenem kriolitu pri približno 950-970 stopinjah in razdeljen z električnim tokom v staljeni aluminij na ogljikovi katodi in ogljikov dioksid na ogljikovi anodi; proces teče neprekinjeno z dovajanjem aluminijevega oksida in menjavo anode.
V: Koliko električne energije porabi primarna proizvodnja aluminija?
Korak elektrolize običajno porabi 13-15 kWh na kilogram aluminija, sodobne talilnice pa v povprečju približno 14.000-15.500 kWh na tono; zato so talilnice aluminija vedno postavljene poleg poceni energije, kot so hidroelektrarne.
V: Kaj je rdeče blato in kaj se z njim zgodi?
Rdeče blato je z železom -bogat alkalni ostanek, ki ostane po Bayerjevem postopku, približno 1–1,5 tone na tono aluminijevega oksida; shranjuje se v skrbno upravljanih jaloviščih, novi postopki pa pridobivajo železo, redke zemlje ali jih uporabljajo v cementu in gradbenih materialih za zmanjšanje odlaganja.
V: Kako je proizvodnja aluminija postala čistejša?
Sodobne talilnice uporabljajo inertne ali predpečene anode z obdelavo s hlapi za zmanjšanje emisij, vodno in obnovljivo energijo za zmanjšanje ogljičnih odtisov, industrija pa interno reciklira odpadke; proizvodnja aluminija iz reciklirane kovine porabi le približno 5 % energije primarne proizvodnje.
V: Koliko boksita je potrebnih za izdelavo ene tone aluminija?
Praviloma se približno 4-5 ton boksita rafinira v približno 2 toni glinice, ki se nato stopi v približno 1 tono primarnega aluminija. Točno razmerje je odvisno od kakovosti rude in učinkovitosti rafinerije in topilnice.