การแปรรูปอลูมิเนียม

ถลุง

แม้ว่าจะมีหลายวิธีในการผลิตอลูมิเนียม แต่มีเพียงวิธีเดียวที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ กระบวนการ Deville ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาโดยตรงของโซเดียมโลหะกับอลูมิเนียมคลอไรด์เป็นพื้นฐานของการผลิตอลูมิเนียมในปลายศตวรรษที่ 19 แต่มันก็ถูกทอดทิ้งเพราะกระบวนการอิเล็กโทรไลต์ที่ประหยัดกว่า วิธี carbothermic ซึ่งเป็นวิธีดั้งเดิมในการลด (กำจัดออกซิเจนออกจาก) โลหะออกไซด์ออกไซด์เป็นเวลาหลายปีที่มีงานวิจัยที่เข้มข้น เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนออกไซด์พร้อมกับคาร์บอนเพื่อผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์และอลูมิเนียม สิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งของการหลอมคาร์บอนโดยใช้ความร้อนคือความเป็นไปได้ของการผ่านการกลั่นอะลูมินาและเริ่มต้นด้วยแร่เกรดต่ำกว่าแร่อะลูมิเนียมและคาร์บอนเกรดต่ำกว่าปิโตรเลียมโค้ก แม้จะมีการวิจัยอย่างเข้มข้นเป็นเวลาหลายปี แต่ก็ไม่พบว่ามีคู่แข่งทางเศรษฐกิจสำหรับวิธีการของไบเออร์ - ฮอล - เฮเริลต์

แม้ว่าในหลักการจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่กระบวนการถลุงของ Hall-Héroultในวันนี้มีความแตกต่างอย่างมากในขนาดและรายละเอียดจากกระบวนการดั้งเดิม เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้เกิดการปรับปรุงอย่างมากในอุปกรณ์และวัสดุและลดต้นทุนขั้นสุดท้าย

ในโรงหลอมสมัยใหม่อลูมินาจะถูกละลายในหม้อลดขนาดซึ่งเป็นเปลือกเหล็กรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่เต็มไปด้วยคาร์บอนซึ่งเต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลวซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารประกอบของโซเดียมอลูมิเนียมและฟลูออรีนที่เรียกว่า cryolite

โดยวิธีการของแอโนดคาร์บอนกระแสตรงจะถูกส่งผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังซับคาร์บอนแคโทดที่ด้านล่างของเซลล์ เปลือกโลกก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของอ่างหลอมเหลว อลูมินาจะถูกเติมลงบนเปลือกโลกที่ซึ่งความร้อนจากเซลล์ถูกทำให้ร้อน (ประมาณ 950 ° C [1,750 ° F]) และดูดซับความชื้นเอาไว้ เปลือกโลกจะถูกทำลายเป็นระยะและอลูมินาจะถูกป้อนเข้าสู่ห้องอาบน้ำ ในเซลล์ที่ใหม่กว่านั้นอลูมินาจะถูกป้อนเข้าสู่อ่างหลอมเหลวโดยตรงโดยเครื่องป้อนอัตโนมัติ

ผลลัพธ์ของอิเล็กโทรไลซิสคือการสะสมของอลูมิเนียมหลอมเหลวที่ด้านล่างของเซลล์และวิวัฒนาการของคาร์บอนไดออกไซด์ในแอโนดคาร์บอน ปริมาณคาร์บอนประมาณ 450 กรัม (1 ปอนด์) สำหรับอลูมิเนียมที่ผลิตได้ทุกกิโลกรัม (2.2 ปอนด์) อะลูมินาประมาณ 2 กิโลกรัมจะถูกใช้ในการผลิตอลูมิเนียมแต่ละกิโลกรัม

กระบวนการหลอมต่อเนื่อง อลูมินาเพิ่มเติมจะถูกเพิ่มเข้าไปในห้องอาบน้ำเป็นระยะเพื่อแทนที่ที่บริโภคโดยการลด ความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าจะรักษาอ่างอาบน้ำให้อยู่ในสภาพหลอมเหลวดังนั้นอลูมินาสดจะละลาย อลูมิเนียมหลอมเหลวจะถูกดูดออกเป็นระยะ

เนื่องจากฟลูออไรด์บางส่วนจากอิเล็กโตรไลต์ไครโอไลท์หายไปในกระบวนการอะลูมิเนียมฟลูออไรด์จึงถูกเพิ่มตามความจำเป็นเพื่อคืนค่าองค์ประกอบทางเคมีของอ่าง อาบน้ำที่มีฟลูออไรด์มากเกินไปจะให้ประสิทธิภาพสูงสุด

ในทางปฏิบัติจริงหม้อลดแถวยาวที่เรียกว่า potlines เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าในซีรีย์ แรงดันไฟฟ้าปกติสำหรับหม้อมีตั้งแต่สี่ถึงหกโวลต์และโหลดปัจจุบันมีตั้งแต่ 30,000 ถึง 300,000 แอมแปร์ จาก 50 ถึง 250 pot อาจเป็นแบบ potline เดียวที่มีแรงดันไฟฟ้ารวมมากกว่า 1,000 โวลต์ กำลังเป็นหนึ่งในส่วนผสมของอลูมิเนียมที่มีราคาแพงที่สุด ตั้งแต่ปี 1900 ผู้ผลิตอลูมิเนียมได้ค้นหาแหล่งพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำราคาถูก แต่ยังต้องสร้างโรงงานหลายแห่งที่ใช้พลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีลดปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมหนึ่งกิโลกรัม ในปี 1940 ตัวเลขนั้นคือ 19 กิโลวัตต์ชั่วโมง ในปี 1990 ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ใช้สำหรับอลูมิเนียมแต่ละกิโลกรัมที่ผลิตได้ลดลงไปประมาณ 13 กิโลวัตต์ - ชั่วโมงสำหรับเซลล์ที่มีประสิทธิภาพที่สุด

อลูมิเนียมหลอมเหลวจะถูกดูดออกจากเซลล์ไปยังถ้วยทดลองขนาดใหญ่ จากนั้นโลหะอาจถูกเทลงในแม่พิมพ์โดยตรงเพื่อผลิตโลหะหล่อมันอาจถูกถ่ายโอนไปยังเตาหลอมสำหรับการกลั่นเพิ่มเติมหรือสำหรับการผสมกับโลหะอื่น ๆ หรือทั้งสองอย่างเพื่อผลิตโลหะ เมื่อมาจากเซลล์อะลูมิเนียมปฐมภูมินั้นบริสุทธิ์ประมาณ 99.8 เปอร์เซ็นต์

การทำงานอัตโนมัติและการควบคุมคอมพิวเตอร์มีผลต่อการทำงานของโรงหลอม สิ่งอำนวยความสะดวกการลดที่ทันสมัยที่สุดใช้โรงงานผลิตคาร์บอนแบบกลไกและการควบคุมคอมพิวเตอร์สำหรับการตรวจสอบและการทำงานแบบอัตโนมัติ

รีไซเคิล

เนื่องจากการกำจัดเศษอลูมิเนียมใช้พลังงานเพียง 5 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่จำเป็นในการผลิตอะลูมิเนียมปฐมภูมิจากแร่อะลูมิเนียมทำให้เศษโลหะ“ ระหว่างกระบวนการ” จากการผลิตแผ่นขึ้นรูปการตีขึ้นรูปและการอัดขึ้นรูปได้กลับมาสู่เตาหลอม นอกจากนี้ก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเศษเหล็ก“ ใหม่” ที่ผลิตขึ้นในระหว่างการประดิษฐ์ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์และในประเทศจากอลูมิเนียมถูกรวบรวมโดยผู้ประกอบการที่เริ่มต้นสิ่งที่เรียกว่าอุตสาหกรรมอลูมิเนียมรอง องค์ประกอบทางเคมีของเศษเหล็กใหม่มักจะถูกนิยามไว้อย่างดี ดังนั้นจึงมักจะขายกลับไปยังผู้ผลิตอลูมิเนียมขั้นต้นเพื่อเหล็กไหลเป็นโลหะผสมเดียวกัน เศษซาก“ ใหม่” ได้รับการเสริมอย่างมากด้วยเศษซาก“ เก่า” ซึ่งเกิดจากการรีไซเคิลผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคที่ถูกทิ้งเช่นรถยนต์หรือเก้าอี้สนามหญ้า เนื่องจากเศษเหล็กเก่ามักจะสกปรกและมีส่วนผสมของโลหะผสมจำนวนมากจึงมักจะเกิดขึ้นในการหล่อโลหะผสมซึ่งมีองค์ประกอบผสมในระดับที่สูงขึ้น

ภาชนะบรรจุเครื่องดื่มอลูมิเนียมที่ใช้แล้วเป็นเศษซากชนิดเก่าที่ไม่เหมือนใคร แม้ว่าร่างกายและฝาของกระป๋องเหล่านี้ทำจากโลหะผสมอลูมิเนียมที่แตกต่างกันทั้งสองมีแมกนีเซียมและแมงกานีส ดังนั้นภาชนะบรรจุเครื่องดื่มที่นำกลับมาใช้สามารถนำมาผลิตใหม่สำหรับสินค้าทั้งสองชนิด พลังงานที่ต้องใช้ในการผลิตเครื่องดื่มสามารถทำได้จากเศษเหล็กประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่จำเป็นในการผลิตกระป๋องจากโลหะปฐมภูมิ ด้วยเหตุนี้การรีไซเคิลภาชนะบรรจุเครื่องดื่มที่ใช้แล้วจึงเป็นแหล่งของโลหะที่เพิ่มขึ้นสำหรับผู้ผลิตโลหะขั้นต้น