تولید آلومینیوم

تولید آلومینیوم

به طور کلی فرایند تولید سومین عنصر  فراوان پوسته زمین در سه مرحله استخراج سنگ معدن بوکسیت , استحصال آلومینا از سنگ معدن بوکسیت و در آخر فرایند الکترولیز انجام می شود. آلومینیوم عنصر ضروری زندگی مدرن است. تقریباً همه هر روز از آلومینیوم استفاده می کنند به همین علت تولید آلومینیوم برای مصارف صنایع مختلف اهمیت بسیار بالایی دارد.
شاید تا به حال توجه نکرده باشید اما شما هرگز بیش از شش فوت از یک قطعه آلومینیوم فاصله نخواهید داشت – از اتومبیل ها و هواپیماهایی که ما را حمل می کنند، عینک هایی که به ما کمک می کنند تا ببینیم، رایانه ها و تلفن هایی که استفاده می کنیم، سقف بالای سرمان، فویل ها و قوطی ها. که از غذای ما محافظت می کند، حتی زیپ های روی لباس های ما.

اطلاعات کوتاه درباره آلومینیوم

• آلومینیوم بی نهایت بار قابل بازیافت است و تقریباً 75 درصد از کل آلومینیوم تولید شده تا به امروز هنوز مورد استفاده قرار می گیرد.
• ورق آلومینیوم با سریع‌ترین رشد مواد خودرو ، وسایل نقلیه را ایمن‌تر، کارآمدتر انرژی و عملکرد بهتر می‌سازد.
• آلومینیوم یکی از کارآمدترین و پایدارترین مصالح ساختمانی است که به سازندگان کمک می کند تا گواهینامه LEED را دریافت کنند.
• پروازهای مدرن هوا و فضا بدون توسعه آلیاژهای آلومینیوم سبک وزن اما با استحکام بالا امکان پذیر نخواهد بود.
• آلومینیوم پرمصرف ترین ماده در پنل های خورشیدی مدرن است که بیش از 85 درصد از اجزای فتوولتائیک خورشیدی را تشکیل می دهد.
• آلومینیوم همه کاره می تواند مانند فویل آلومینیوم آشپزخانه نازک و قابل خم شدن باشد یا به اندازه کافی سفت و سخت و بادوام برای استفاده در صفحه زرهی نظامی باشد.
• ورق آلومینیوم یک ماده ویترینی در برخی از محبوب ترین لوازم الکترونیکی مصرفی امروزی است ، از آیفون اپل گرفته تا جدیدترین تلویزیون های صفحه تخت.
• قوطی آلومینیومی نوشیدنی حاوی محتوای بازیافتی بسیار بیشتری نسبت به شیشه یا پلاستیک هستند و در حمل و نقل و تبرید انرژی زیادی صرفه جویی می کنند.
• سیم و کابل آلومینیومی سبک وزن به شرکت های برق اجازه می دهد تا خطوط انتقال را با ساختارهای پشتیبانی بسیار کمتر اجرا کنند.

فرآیند تولید آلومینیوم

آلومینیوم فراوان ترین فلز در پوسته زمین است و به همان اندازه در زندگی روزمره ما فراوان است – از فویل آشپزخانه گرفته تا قوطی های نوشیدنی گرفته تا هواپیما و اتومبیل. فرآیند مدرن تولید آلومینیوم از استخراج بوکسیت تا پالایش و تولید تا بازیافت، شیوه کار جهان را تغییر داده است. در اینجا نحوه اجرای فرآیند تولید آلومینیوم آمده است از استخراج بوکسیت تا بازیافت محصول
آلومینیوم چگونه ساخته می شود.

تولید اولیه فرآیندی است که از طریق آن آلومینیوم جدید ساخته می شود (در مقابل تولید ثانویه، که در آن آلومینیوم موجود به فلز خالص بازیافت می شود). آلومینیوم از بوکسیت، سنگ معدنی که معمولاً در خاک سطحی مناطق مختلف گرمسیری و نیمه گرمسیری یافت می شود، منشاء می گیرد. پس از استخراج، آلومینیوم در سنگ معدن بوکسیت از طریق فرآیند بایر به آلومینا، یک ترکیب اکسید آلومینیوم، استخراج می شود. در مرحله دوم، آلومینا از طریق فرآیند هال-هرولت به فلز آلومینیوم خالص تبدیل می‌شود.

استخراج بوکسیت : از رایج ترین مواد اولیه در کرحله ابتدایی فرایند تولید الومینیوم بوکسیت‌ها هستند که از اکسید الومینیوم همراه با سایر مواد معدنی تشکیل شده است. بوکسیت‌ها تنوع زیادی همچون جامد , متراکم و یا شکننده وجو دارند که رایج ترین آن‌ها قرمزآجری , قرمز شعله‌ور و یا قهوه‌ای می‌باشد.میزان کیفیت بوکسیت‌ها براساس درصد تشکیل اکسید الومینیوم موجود در آن‌ها می‌باشد که اگر این درصد بسیار کم باشد رنگ بوکسید سفید و یاخاکستری رنگ می‌باشد.

تولید آلومینا : در مرحله دوم پس از استخراج بوکسیت‌ها تهیه پودر سفید رنگی به نام آلومینا و یا اکسید الومینیوم می‌باشد.بر اساس کیفیت بوکسیت‌های اولیه مقدار 4 الی 5 تن از آن توانایی تولید 2 تن الومینا را دارد. در این مرحله ناخالصی های موجود در آلومینیا شامل آهن, سیلیس و یا اکسید تیتانیوم حذف می‌شوند.

فرآیند خالص سازی : در این مرحله پودربوکسیت در دمای بالا داخل محلول سود سوزآوری ریخته می‌شود و با تحمل فشار 4 اتمسفری با سود سوزآور NaOH واکنش می‌دهد. پس از کاهش دما عناصر ناخالص ته نشین شده و الومینیوم بر روی سطح مخزن قرار می‌گیرد.

اضافه کردن کریولیت : پس از طی مرحله خالص سازی به ماده تولید شده کربولیت اضافه می‌شود که باعث کم شدن دمای آلومینا می‌شود.

احیا : این فرایند نیازمند صرف انژی بسیار بالایی می‌باشد. در سلول های الکترولیز با ورود جریان الکتریکی ,انرژی الکتریکی به کربولیت و اکسید الومینیوم از طریق آند و کاتد وارد می‌شودو درنتیجه موجب احیا شدن کاتد در یون آند در اکسیژن می‌شود.

آند : در طی واکنش کربن با اکسیژن به دلیل دمای بالای کربن و قابلیت رسانا بودن آن وارد واکنش شده و سپس آند‌های کربن از محیط واکنش خارج می‌شوند.

روش الکترولیز کلرید الومینیوم

وهلر در سال 1829 میلادی از طریق الکترولیز کلرید الومینیوم تحت مجاورت پتاسیم موفق به تولید الومینیوم شد.طی این فرایند دویل سدیم جانشین پتاسیم شد و در نتیجه کارخانه تولید الومینیوم با ظرفیت بسیار کمی برای اولین بار تاسیس شد.

فرآیند هال-هروولت: چگونه آلومینیوم اولیه ساخته می شود

در فرآیند هال-هروولت از تولید آلومینیوم، آلومینا در یک حمام کرایولیت مذاب در یک گلدان فولادی با پوشش کربن حل می‌شود. آندهای کربنی در بالای حمام وارد می‌شوند و جریان الکتریکی از آندها و حمام عبور می‌کند. اتم های اکسیژن از آلومینا جدا می شوند و با آند کربن ترکیب می شوند و آلومینیوم مذاب باقی مانده در ته دیگ باقی می ماند. آلومینیوم مذاب به صورت دوره ای سیفون شده و در یک کوره نگهدارنده قرار می گیرد. از کوره نگهدارنده، آلومینیوم مذاب به یک شمش ریخته می شود.

تاریخچه فرآیند هال-هروولت

چارلز مارتین هال، دانشجوی سال اول 20 ساله در کالج اوبرلین (اوهایو)، تحقیقاتی را برای تولید آلومینیوم در سال 1880 آغاز کرد. تلاش هال بر روش‌هایی برای استفاده از جریان الکتریکی برای استخراج آلومینیوم خالص از آلومینا (یک ترکیب اکسیدی که حاوی آلومینیوم و اکسیژن است). یکی از اولین چالش های هال تعیین مایع مناسب برای حل کردن اکسید آلومینیوم بود. استفاده از آب نتایج موفقیت آمیزی به همراه نداشت. عبور جریان الکتریسیته از محلول آب باعث می شود که آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه شود. رویکرد آزمایشی هال حل کردن آلومینا در کانی دیگری به نام کرایولیت بود.

در 23 فوریه 1886 هال اولین موفقیت خود را به دست آورد. پس از عبور جریان از تجهیزات او، مقادیر کمی آلومینیوم رسوب کرد. فرآیند هال-هرو به طور مستقل و تقریباً همزمان در سال 1886 توسط پل هرول، شیمیدان فرانسوی ابداع شد. در سال 1888، هال اولین کارخانه تولید آلومینیوم در مقیاس بزرگ را در پیتسبورگ افتتاح کرد. شرکت کاهش پیتسبورگ بعداً به شرکت آلومینیوم آمریکا و سپس Alcoa تبدیل شد.

نقش برق در تولید اولیه الومینیوم

زمانی که برق در مقیاس بزرگ تولید شد، پردازش آلومینیوم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شد. امروزه انرژی الکتریکی حدود 20 تا 40 درصد هزینه تولید آلومینیوم را تشکیل می دهد. طبق آمار موجود برای کشور امریکا، تولید آلومینیوم تقریباً 5 درصد از برق تولید شده را مصرف می کند. اگرچه در طول بیش از 110 سال تاریخ پردازش آلومینیوم برای کاهش میزان مصرف الکتریسیته در دنیا پیشرفت مستمری حاصل شده است، در حال حاضر هیچ جایگزین مناسبی برای فرآیند هال-هروولت وجود ندارد.

آینده نگر: بهبود در بهره وری انرژی

از سال 1991، انرژی مورد نیاز برای تولید آلومینیوم اولیه 27 درصد کاهش یافته است و تاثیر کربن تولید آلومینیوم اولیه تا 49 درصد کاهش یافته است. آلومینیوم تولید شده، که به شدت به انرژی آبی تجدیدپذیر متکی است، در میان پاک ترین ها در جهان قرار دارد. و شرکت‌ها در حال نوآوری با فناوری‌های آند بی‌اثر هستند که تمامی انتشار گازهای گلخانه‌ای مستقیم را از فرآیند ذوب اولیه حذف می‌کند.

شرکت پارس آلومینیوم باقرزاده تولید کننده انواع ورق و پروفیل آلومینیوم با کیفیت عالی و بهترین قیمت بازار کشور. برای اطلاع از قیمت روز آلومینیوم با ما تماس بگیرید.