알루미늄 가공

제련

알루미늄을 제조하는 방법은 여러 가지가 있지만, 상업적으로 하나만 사용된다. 염화나트륨과 금속 나트륨의 직접 반응을 포함하는 데빌 공정은 19 세기 후반 알루미늄 생산의 기초 였지만,보다 경제적 인 전해 공정을 위해 포기되었다. 금속 산화물로부터 산소를 제거하는 고전적인 방법 인 탄 열성 접근법은 수년간 집중적 인 연구 대상이되어왔다. 여기에는 산화물을 탄소와 함께 가열하여 일산화탄소와 알루미늄이 생성됩니다. 탄수화물 제련의 가장 큰 매력은 알루미나 정제를 우회하고 보크 사이트보다 낮은 등급의 광석과 석유 코크스보다 낮은 등급의 탄소로 시작할 수 있다는 것입니다. 그러나 수년간의 집중적 인 연구에도 불구하고 Bayer-Hall-Héroult 접근 방식에 대한 경제적 경쟁자는 발견되지 않았습니다.

원칙적으로 변경되지 않았지만 오늘날의 Hall-Héroult 제련 공정은 원래 공정과 규모와 세부 사항이 크게 다릅니다. 현대 기술은 장비와 재료를 크게 개선하여 최종 비용을 절감했습니다.

현대의 제련소에서 알루미나는 탄소로 늘어선 깊고 직사각형의 강철 껍질 인 환원 포트에 용해되어 있으며 대부분은 나트륨, 알루미늄 및 플루오 린 화합물 인 cryolite로 구성된 용융 전해질로 채워져 있습니다.

탄소 애노드에 의해, 직류는 전해질을 통해 셀의 바닥에서 카본 캐소드 라이닝으로 전달된다. 용융 조의 표면에 크러스트가 형성됩니다. 이 크러스트 위에 알루미나가 첨가되어 셀의 열 (약 950 ° C [1,750 ° F])에 의해 예열되고 흡착 된 수분이 제거됩니다. 주기적으로 껍질이 부서지고 알루미나가 욕조에 공급됩니다. 새로운 전지에서, 알루미나는 자동 공급기를 통해 용융 조로 직접 공급된다.

전기 분해의 결과는 전지 바닥에 용융 알루미늄이 증착되고 탄소 양극에서 이산화탄소가 방출됩니다. 생산 된 알루미늄 1 킬로그램 (2.2 파운드)마다 약 450 그램 (1 파운드)의 탄소가 소비됩니다. 생산 된 알루미늄 1kg 당 약 2kg의 알루미나가 소비됩니다.

제련 공정은 연속적입니다. 환원에 의해 소비 된 알루미나를 대체하기 위해 추가 알루미나가 욕에 주기적으로 첨가된다. 전류에 의해 발생 된 열은 조를 용융 상태로 유지하여 새로운 알루미나가 용해되도록한다. 용융 알루미늄은 주기적으로 제거됩니다.

공정에서 빙정 전해질로부터의 일부 불화물이 소실되기 때문에, 필요에 따라 불화 알루미늄이 첨가되어 욕의 화학적 조성을 회복시킨다. 과량의 불화 알루미늄을 가진 욕조는 최대 효율을 제공합니다.

실제로는 전선으로 불리는 긴 줄의 환원 포트가 전기적으로 직렬로 연결되어 있습니다. 포트의 정상 전압 범위는 4-6 볼트이며 전류 부하는 30,000-300,000 암페어입니다. 50 ~ 250 개의 포트는 1,000V 이상의 총 라인 전압을 가진 단일 포트 라인을 형성 할 수 있습니다. 전력은 가장 비싼 알루미늄 성분 중 하나입니다. 1900 년 이래 알루미늄 생산 업체들은 저렴한 수력 발전소를 찾았지만 화석 연료의 에너지를 사용하는 많은 시설을 건설해야했습니다. 기술 발전은 1 킬로그램의 알루미늄을 생산하는 데 필요한 전기 에너지의 양을 줄였습니다. 1940 년에는 그 수치가 19 킬로와트시였습니다. 1990 년까지 생산 된 알루미늄 1 킬로그램 당 소비되는 전기 에너지의 양은 가장 효율적인 전지의 경우 약 13 킬로와트시로 줄었습니다.

용융 알루미늄은 셀에서 큰 도가니로 흡수됩니다. 거기서부터 금속을 주형에 직접 부어 주조 잉곳을 제조 할 수 있고, 추가로 정제하거나 다른 금속과의 합금화를 위해 홀딩 퍼니스로 이송하여 잉곳을 제조 할 수있다. 전지에서 나오는 1 차 알루미늄의 순도는 약 99.8 %입니다.

자동화 및 컴퓨터 제어는 제련소 운영에 현저한 영향을 미쳤습니다. 가장 현대적인 환원 설비는 완전히 자동화 된 탄소 플랜트와 컴퓨터 제어를 사용하여 전력선 작업을 모니터링하고 자동화합니다.

재활용

알루미늄 스크랩의 재 용융은 보크 사이트에서 1 차 알루미늄을 만드는 데 필요한 에너지의 5 % 만 소비하기 때문에, 시트, 단조 및 압출 가공에서 "공정 중"스크랩 금속은 생산이 시작된 이래로 용광로로 돌아 왔습니다. 또한 제 1 차 세계 대전 직전에 알루미늄으로 상업용 및 가정용 제품을 제조하는 동안 생산 된 "새로운"스크랩은 2 차 알루미늄 산업으로 알려진 기업가들이 수집했습니다. 새로운 스크랩의 화학적 조성은 일반적으로 잘 정의되어 있습니다. 결과적으로, 그것은 종종 1 차 알루미늄 생산자에게 다시 판매되어 동일한 합금으로 재 제조됩니다. "새로운"스크랩은 이제 자동차 나 잔디 의자와 같은 폐기 된 소비자 제품의 재활용에 의해 생성되는 "오래된"스크랩에 의해 크게 보완됩니다. 오래된 스크랩은 종종 더럽고 많은 합금의 혼합물이기 때문에 일반적으로 높은 수준의 합금 원소를 갖는 주조 합금으로 끝납니다.

사용한 알루미늄 음료 용기는 독특한 유형의 오래된 스크랩을 구성합니다. 이 캔의 몸체와 뚜껑은 다른 알루미늄 합금으로 만들어 지지만 마그네슘과 망간을 모두 포함합니다. 결과적으로, 재활용 음료 용기는 어느 제품의 스톡을 리메이크하는데 사용될 수있다. 스크랩으로 음료 캔을 생산하는 데 필요한 에너지는 1 차 금속으로 캔을 생산하는 데 필요한 에너지의 약 30 %입니다. 이러한 이유로, 사용 된 음료 용기의 재활용은 1 차 금속 생산 업체의 금속 공급원 증가를 나타냅니다.