Fra bauxit til aluminiumoxid: Bayer-processen
Bauxit er den vigtigste malm af aluminium, en sten, der indeholder 40% til 60% aluminiumoxid sammen med jernoxid, silica og andre urenheder. Det første ekstraktionstrin, Bayer-processen, adskiller aluminiumoxidet fra disse urenheder.
Knust bauxit blandes med varm, koncentreret natriumhydroxidopløsning og fordøjes under tryk ved temperaturer omkring 150 til 250 grader Celsius. Aluminiumoxidet opløses og danner natriumaluminat, mens jernoxid, silica og andre urenheder forbliver som en fast rest kaldet rød mudder. Opslæmningen filtreres for at fjerne det røde mudder, hvilket efterlader en klar natriumaluminatopløsning.
Aluminiumhydroxid udfældes derefter fra opløsningen ved podning og afkøling, og bundfaldet vaskes og kalcineres i roterovne eller -fluid bed calcinatorer ved ca. 1000 grader Celsius for at drive vandet væk. Produktet er hvidt aluminiumoxidpulver, næsten rent aluminiumoxid.
Fra alumina til aluminium: Hall-Heroult-processen
Aluminiumoxid har et smeltepunkt over 2000 grader Celsius, hvilket ville gøre direkte smeltning uøkonomisk. Hall-Heroult-processen opløser aluminiumoxid i smeltet kryolit, et fluormineral, og sænker driftstemperaturen til omkring 950 grader Celsius.
En stærk jævnstrøm, typisk 150.000 til 600.000 ampere, passerer gennem cellen mellem carbonanoder og en carbon-foret katode. Ved katoden dannes flydende aluminium og samles i bunden af cellen; ved anoderne reagerer oxygen med kulstoffet for at frigive kuldioxid. Det flydende aluminium suges fra cellen og støbes til barrer, barrer eller plader til videre bearbejdning.
Energi- og miljøhensyn
Elektrolyse er energikrævende: At producere et ton primært aluminium kræver ca. 13 til 15 megawatt-timers elektricitet, hvilket er grunden til, at smelteværker er placeret i nærheden af-lavprisstrømkilder, herunder vandkraftværker. Processen udsender også kuldioxid fra anoderne, og det røde mudder fra Bayer-processen skal håndteres omhyggeligt i konstruerede lagerfaciliteter.
Disse påvirkninger forklarer de stærke miljømæssige argumenter for genanvendelse: smeltning af skrot af aluminium bruger omkring 5 % af energien fra primærproduktionen og undgår helt bauxit- og rødt mudder-kredsløbet, hvorfor genanvendt aluminium allerede dækker en stor del af den globale efterspørgsel.
Alternative og nye ruter
Der findes alternative udvindingsveje, men de er mindre almindelige. Syreudvaskning kan udvinde aluminium fra visse malme og industriaffald, men er generelt dyrere og mere komplekst end Bayer-processen. Forskning fortsætter i inerte anoder, der ville eliminere kuldioxidemissioner fra elektrolyse, og på mere effektive celledesigns, men Bayer- og Hall-Heroult-processerne forbliver den industrielle rygrad i aluminiumproduktion.
Ofte stillede spørgsmål
Q: Hvad er bauxit, og hvor kommer det fra?
Bauxit er en rødlig sedimentær malm indeholdende 40-60% aluminiumoxid (aluminiumoxid) som gibbsit-, boehmit- eller diasporemineraler, udvundet hovedsageligt i Australien, Guinea, Kina, Brasilien og Indien; Der skal ca. 4-6 tons bauxit til for at producere 1 ton aluminium.
Q: Hvad sker der inde i Hall-Heroult-elektrolysecellen?
Aluminiumoxid opløses i smeltet kryolit ved ca. 950-970 grader og spaltes af en elektrisk strøm til smeltet aluminium ved carbonkatoden og carbondioxid ved carbonanoden; processen kører kontinuerligt med aluminiumoxidtilførsel og anodeskift.
Q: Hvor meget elektricitet bruger primær aluminiumproduktion?
Elektrolysetrinnet forbruger typisk 13-15 kWh pr. kilogram aluminium, og moderne smelteværker gennemsnitligt omkring 14.000-15.500 kWh pr. ton; Det er derfor, aluminiumssmeltere altid er placeret ved siden af billig strøm, såsom vandkraftværker.
Q: Hvad er rødt mudder, og hvad sker der med det?
Rødt mudder er den jernrige-alkaliske rest efter Bayer-processen, ca. 1-1,5 ton pr. ton aluminiumoxid; det opbevares i omhyggeligt forvaltede tailingsdamme, og nye processer genvinder jern, sjældne jordarter eller bruger det i cement og byggematerialer for at reducere deponering.
Q: Hvordan er aluminiumproduktionen blevet renere?
Moderne smelteværker bruger inerte eller forbagte anoder med røgbehandling for at reducere emissioner, vandkraft og vedvarende energi for at sænke CO2-fodaftryk, og industrien genbruger processkrot internt; at producere aluminium fra genbrugsmetal bruger kun omkring 5 % af energien fra primærproduktionen.
Q: Hvor meget bauxit skal der til for at lave et ton aluminium?
Som en tommelfingerregel raffineres omkring 4-5 tons bauxit til omkring 2 tons aluminiumoxid, som derefter smeltes til omkring 1 ton primæraluminium. Det nøjagtige forhold afhænger af malmens kvalitet og effektiviteten af raffinaderiet og smelteren.