Visió general de la ruta de producció de l'alumini
L'alumini primari es produeix en dues etapes connectades. En primer lloc, el mineral de bauxita es refina en alúmina (òxid d'alumini) pel procés Bayer. En segon lloc, l'alúmina es redueix a alumini fos per electròlisi en el procés Hall-Heroult. A continuació, el metall fos es tracta, s'alia i es col·loca en lingots, palanxes o lloses de laminació que alimenten indústries aigües avall com ara laminació de làmines, producció de làmines, extrusió i fosa. Entendre aquesta ruta ajuda els compradors a avaluar la coherència de la qualitat, els terminis de lliurament i les credencials de sostenibilitat del seu subministrament d'alumini.
Primera etapa: de la bauxita a l'alúmina (procés Bayer)
La bauxita es tritura i es barreja amb una solució calenta d'hidròxid de sodi, que dissol els compostos d'alumini mentre que els òxids de ferro i altres impureses s'instal·len com un residu anomenat comunament fang vermell. La solució clarificada es filtra i es refreda perquè precipiti l'hidròxid d'alumini. Aquest hidròxid es calcina a uns 1.100 graus centígrads per produir pols d'alúmina seca. El procés Bayer és intens-energètic, principalment a causa dels passos de digestió i calcinació a-alta temperatura, però les plantes modernes recuperen la calor i reutilitzen la solució càustica per millorar l'eficiència.
Segona fase: electròlisi (procés Hall-Heroult)
L'alúmina es dissol en un bany fos de criolita (fluorur d'alumini sòdic) dins d'una cèl·lula de reducció revestida de carboni. El bany redueix la temperatura de funcionament des del punt de fusió de l'alúmina pura, aproximadament 2.072 graus centígrads, fins a uns 950 graus centígrads. Els ànodes de carboni precuits condueixen el corrent elèctric al bany; l'oxigen es combina amb el carboni per formar diòxid de carboni, mentre que l'alumini pur s'acumula com una capa fosa al càtode del sòl de la cèl·lula. Els ànodes es consumeixen durant el funcionament i normalment es substitueixen cada 20 o 30 dies, i la qualitat de l'ànode afecta directament l'eficiència energètica i les emissions de la cèl·lula.
Tractament i fosa de metalls fosos
Després de la presa, l'alumini fos es tracta per aconseguir la qualitat requerida. La desgasificació amb argó o nitrogen elimina l'hidrogen dissolt, els agents fluxants eliminen les impureses àlcalis i alcalino-terrenes com el sodi i el magnesi, i els filtres d'escuma ceràmica capturen inclusions no-metàl·liques. L'agitació electromagnètica o altres mètodes de mescla-de fusió garanteixen una composició uniforme de l'aliatge. A continuació, el metall refinat es col·loca en lingots, palanxes d'extrusió o lloses laminades mitjançant sistemes de colada contínua o semi-contínua. Aquestes formes de fosa són la matèria primera per a la fabricació de làmines, plaques, làmines, tubs i perfils.
Control i eficiència ambiental a les foses modernes
Les foses modernes capturen la majoria de les emissions de fluor mitjançant fregadors secs amb adsorció d'alúmina, i el revestiment gastat es recicla en aplicacions de ciment i construcció. Moltes instal·lacions es troben a prop de les centrals hidroelèctriques per reduir la petjada de carboni del pas d'electròlisi-intensiu en energia. El fang vermell del procés de Bayer es reutilitza cada cop més en materials de construcció, i la monitorització contínua de l'aire i l'aigua admet el compliment dels estàndards internacionals de gestió ambiental, com ara la ISO 14001. L'alumini secundari, produït per la refusió de ferralla, consumeix una fracció de l'energia de la producció primària i és una part creixent del subministrament global.
PMF
P: Com s'extreu l'alumini del mineral de bauxita?
R: La bauxita es tritura i es digereix en hidròxid de sodi calent, que dissol els compostos d'alumini mentre les impureses s'instal·len com a fang vermell. L'hidròxid d'alumini es precipita de la solució filtrada i es calcina a uns 1.100 graus centígrads per produir alúmina, que després es redueix a metall per electròlisi.
P: Quin paper juga la criolita en la fosa d'alumini?
R: La criolita actua com un dissolvent que redueix la temperatura de funcionament del bany electrolític a uns 950 graus centígrads, permetent que l'alúmina es dissolgui i els ions es moguin entre els elèctrodes. Com que la criolita natural és rara, s'utilitza fluorur d'alumini de sodi sintètic a les cèl·lules comercials.
P: Com s'utilitzen els ànodes de carboni en la producció d'alumini?
R: Els ànodes de carboni precuits condueixen el corrent al bany electrolític. L'oxigen de l'alúmina reacciona amb el carboni per formar diòxid de carboni, mentre que l'alumini fos s'acumula al càtode. Els ànodes s'erosionen de manera constant i s'han de substituir periòdicament, i la seva qualitat influeix tant en l'ús d'energia com en les emissions.
P: Què passa amb l'alumini fos després de l'electròlisi?
R: El metall fos es desgasifica per eliminar l'hidrogen, es filtra per eliminar les impureses, es filtra a través de filtres d'escuma ceràmica i s'agita per homogeneïtzar l'aliatge. A continuació, es col·loca en lingots, palanxes o lloses de laminació per a un posterior processament en productes de làmina, làmines, tubs i perfils.
P: Com redueixen l'impacte ambiental les foses modernes?
R: Els depuradors capturen la gran majoria de les emissions de fluor, el revestiment gastat es recicla en additius de ciment i moltes plantes utilitzen energia hidroelèctrica. El fang vermell es reutilitza en els materials de construcció i el seguiment continu permet el compliment d'estàndards com ISO 14001.
