Od boksita do glinice: Bayerov proces
Boksit je glavna ruda aluminija, stijena koja sadrži 40% do 60% aluminijevog oksida zajedno sa željeznim oksidom, silicijem i drugim nečistoćama. Prvi stupanj ekstrakcije, Bayerov proces, odvaja aluminijev oksid od tih nečistoća.
Zdrobljeni boksit se miješa s vrućom, koncentriranom otopinom natrijevog hidroksida i vari pod pritiskom na temperaturama od oko 150 do 250 stupnjeva Celzijusa. Aluminijev oksid se otapa stvarajući natrijev aluminat, dok željezni oksid, silicij i druge nečistoće ostaju kao čvrsti ostatak koji se naziva crveni mulj. Mulj se filtrira kako bi se uklonio crveni mulj, ostavljajući bistru otopinu natrijeva aluminata.
Aluminijev hidroksid se zatim istaloži iz otopine zasijavanjem i hlađenjem, a talog se ispere i kalcinira u rotirajućim pećima ili kalcinatorima-s fluidiziranim slojem na oko 1000 stupnjeva Celzija kako bi se uklonila voda. Proizvod je bijeli prah glinice, gotovo čisti aluminijev oksid.
Od glinice do aluminija: Hall-Heroultov proces
Glinica ima talište iznad 2000 stupnjeva Celzijusa, što bi izravno taljenje učinilo neekonomičnim. Hall-Heroult proces otapa glinicu u rastaljenom kriolitu, fluoridnom mineralu, snižavajući radnu temperaturu na oko 950 stupnjeva Celzijusa.
Snažna istosmjerna struja, obično 150 000 do 600 000 ampera, prolazi kroz ćeliju između ugljičnih anoda i katode obložene ugljikom. Na katodi se formira tekući aluminij i skuplja na dnu ćelije; na anodama kisik reagira s ugljikom i oslobađa ugljični dioksid. Tekući aluminij odvodi se iz ćelije i lijeva u ingote, gredice ili ploče za daljnju obradu.
Energetska i ekološka razmatranja
Elektroliza je energetski intenzivna: proizvodnja jedne tone primarnog aluminija zahtijeva otprilike 13 do 15 megavat-sati električne energije, zbog čega se talionice nalaze u blizini jeftinih-izvora energije, uključujući hidroelektrane. Proces također emitira ugljični dioksid iz anoda, a crvenim muljem iz Bayerovog procesa mora se pažljivo upravljati u projektiranim skladišnim postrojenjima.
Ovi utjecaji objašnjavaju jak ekološki razlog za recikliranje: topljenje otpadnog aluminija koristi oko 5% energije primarne proizvodnje i u potpunosti izbjegava ciklus boksita i crvenog mulja, zbog čega reciklirani aluminij već pokriva veliki udio globalne potražnje.
Alternativni i novi pravci
Postoje alternativni pravci ekstrakcije, ali su rjeđi. Kiselim ispiranjem može se izdvojiti aluminij iz određenih ruda i industrijskog otpada, ali je općenito skuplje i složenije od Bayerovog procesa. Nastavljaju se istraživanja inertnih anoda koje bi eliminirale emisije ugljičnog dioksida elektrolize i učinkovitijih dizajna ćelija, ali Bayer i Hall-Heroult procesi ostaju industrijska okosnica proizvodnje aluminija.
Često postavljana pitanja
P: Što je boksit i odakle dolazi?
Boksit je crvenkasta sedimentna ruda koja sadrži 40-60% aluminijevog oksida (aluminijevog oksida) u obliku gibsita, bemita ili dijaspornih minerala, koja se vadi uglavnom u Australiji, Gvineji, Kini, Brazilu i Indiji; otprilike 4-6 tona boksita potrebno je za proizvodnju 1 tone aluminija.
P: Što se događa unutar Hall-Heroultove ćelije za elektrolizu?
Glinica je otopljena u rastaljenom kriolitu na oko 950-970 stupnjeva i podijeljena električnom strujom u rastaljeni aluminij na ugljikovoj katodi i ugljični dioksid na ugljikovoj anodi; proces teče kontinuirano s dovodom glinice i izmjenama anode.
P: Koliko električne energije troši primarna proizvodnja aluminija?
Korak elektrolize obično troši 13-15 kWh po kilogramu aluminija, a moderne talionice prosječno troše oko 14.000-15.500 kWh po toni; to je razlog zašto su talionice aluminija uvijek smještene uz jeftinu energiju kao što su hidroelektrane.
P: Što je crveni mulj i što se s njim događa?
Crveni mulj je alkalni ostatak -bogat željezom koji je ostao nakon Bayerovog procesa, oko 1-1,5 tona po toni glinice; pohranjuje se u pažljivo upravljanim jalovištima, a novi procesi obnavljaju željezo, rijetke zemlje ili ga koriste u cementu i građevinskim materijalima kako bi se smanjilo odlaganje otpada.
P: Kako je proizvodnja aluminija postala čišća?
Moderne talionice koriste inertne ili prethodno pečene anode s tretmanom dimom za smanjenje emisija, hidro i obnovljivu energiju za smanjenje ugljičnog otiska, a industrija interno reciklira otpad od procesa; proizvodnja aluminija iz recikliranog metala koristi samo oko 5% energije primarne proizvodnje.
P: Koliko boksita je potrebno za proizvodnju jedne tone aluminija?
Općenito, oko 4-5 tona boksita se rafinira u otprilike 2 tone glinice, koja se zatim tali u oko 1 tonu primarnog aluminija. Točan omjer ovisi o kvaliteti rude i učinkovitosti rafinerije i talionice.