¿Cuáles son las materias primas para la producción de aluminio?

El principio fundamental es la electrólisis del aluminio Hall-Hellul: utilizando alúmina pura como materia prima, el aluminio se produce mediante electrólisis. Debido a que la alúmina pura tiene un alto punto de fusión (alrededor de 2045°C), es difícil derretir. Por lo tanto, la criolita fundida (Na3AlF6) se utiliza como fundente en la industria para disolver alúmina en criolita líquida a aproximadamente 1000 °C para formar una masa fundida de criolita y alúmina. Luego, en las celdas electrolíticas, se utiliza como disolvente.

Una introducción completa es la siguiente:

Producción y procesamiento de aluminio

El proceso de producción de aluminio tiene cuatro eslabones para formar una cadena industrial completa: Minería de aluminio-alúmina Producción - fundición electrolítica de aluminio - procesamiento y producción de aluminio.

En términos generales, dos toneladas de mineral de aluminio producen una tonelada de alúmina; dos toneladas de alúmina producen una tonelada de aluminio electrolítico.

(1) Métodos de producción de alúmina

Hasta ahora, se han propuesto muchos métodos para extraer alúmina de minerales de aluminio u otras materias primas que contienen aluminio. Por razones técnicas y económicas, algunos métodos han sido eliminados y otros aún se encuentran en la etapa de investigación experimental. Los métodos de producción de alúmina propuestos se pueden dividir en cuatro categorías: método alcalino, método ácido, método combinado ácido-base y método térmico. Actualmente, en la producción industrial a gran escala sólo se utiliza el proceso alcalino.

La bauxita es el recurso de aluminio más importante del mundo, seguida de la alunita, la nefelina y la arcilla. Actualmente, en la industria mundial de la alúmina, excepto parte de la alúmina producida a partir de nefelina rusa, casi toda la alúmina del mundo se produce a partir de bauxita.

La bauxita es un mineral compuesto principalmente por gibbsita, diáspora o diáspora. Hasta el momento, todos los recursos de bauxita disponibles para la producción de alúmina en mi país son bauxita del tipo diáspora.

El contenido de alúmina en la bauxita varía mucho, desde un mínimo de aproximadamente el 30% hasta un máximo de más del 70%. Además del óxido de aluminio, las principales impurezas de la bauxita incluyen el óxido de silicio, el óxido de hierro y el óxido de titanio. Además, también contiene pequeñas o trazas de carbonatos de calcio y magnesio, potasio, sodio, vanadio, cromo, zinc, fósforo, galio, escandio, azufre y otros compuestos y materia orgánica. Aunque el contenido de galio en la bauxita es pequeño, se acumulará gradualmente en las aguas madre circulantes durante el proceso de producción de alúmina, por lo que puede reciclarse de manera efectiva y convertirse en la principal fuente de producción de galio.

Uno de los principales indicadores para medir la calidad de la bauxita es la relación entre el contenido de alúmina y el contenido de sílice en la bauxita, comúnmente conocida como relación aluminio-silicio.

Cuando se produce alúmina mediante el método alcalino, el mineral de aluminio se trata con álcali (NaOH o Na2CO3) para convertir la alúmina del mineral en una solución de aluminato de sodio. Las impurezas como el hierro, el titanio y la mayor parte del silicio del mineral se convierten en compuestos insolubles. El residuo insoluble (lodo rojo) se separa de la solución y se desecha después del lavado o se procesa integralmente para recuperar componentes útiles. La solución de aluminato de sodio puro se puede descomponer para liberar hidróxido de aluminio y el producto de alúmina se puede obtener después de la separación, lavado y calcinación. El ciclo del licor madre de descomposición se utiliza para procesar otro lote de mineral. Los procesos para producir alúmina mediante proceso alcalino incluyen el proceso Bayer, el proceso de sinterización y el proceso combinado Bayer-sinterización. El proceso Bayer es un método para extraer alúmina de la bauxita inventado por el químico austriaco K.J. Bayer entre 1889 y 1892. Durante los últimos 100 años, ha habido muchas mejoras en la tecnología, pero los principios básicos siguen siendo los mismos. Para conmemorar esta gran contribución de Bayer, este método siempre se ha denominado método Bayer.

El proceso Bayer consta de dos procesos principales. El primero implica disolver la alúmina de la bauxita bajo ciertas condiciones (el término utilizado en la industria de la alúmina es lixiviación). Lo mismo a continuación), y luego el proceso de disolución de hidróxido de aluminio de una solución de aluminato de sodio sobresaturada. Estas son dos patentes propuestas por Bayer. La esencia del proceso Bayer es extraer alúmina de la bauxita mediante hidrometalurgia. En el proceso de producción de alúmina mediante el proceso Bayer, los minerales que contienen silicio provocarán la pérdida de Al2O3 y Na2O.

En el proceso Bayer, después de triturar la bauxita, se muele en húmedo junto con cal y aguas madre circulantes para obtener una suspensión calificada. Después de la desiliconización previa, la suspensión se precalienta a la temperatura de disolución para su disolución. Luego de ser enfriada por autoevaporación, la suspensión disuelta ingresa a los procesos de dilución, sedimentación y separación de lodo rojo (residuo sólido disuelto). El vapor secundario generado durante el proceso de autoevaporación se utiliza para precalentar la pulpa. El lodo rojo después de la sedimentación y separación se lava en el patio de lodo rojo y el líquido crudo separado (solución de aluminato de sodio que contiene materia sólida suspendida, lo mismo a continuación) se envía al filtro de hojas. Una vez que se ha eliminado la mayor parte de la materia flotante mediante filtración de las hojas, el líquido crudo se llama semen. El semen entra en proceso de descomposición y es descompuesto por el cristal semilla para obtener hidróxido de aluminio.

Después de clasificar, separar y lavar el hidróxido de aluminio descompuesto, una parte se devuelve al proceso de descomposición de la semilla como cristales de semilla y la otra parte se tuesta para obtener productos de alúmina. El licor madre de descomposición separado después de que se descompone el cristal semilla se devuelve al proceso de disolución después de la evaporación, formando un circuito cerrado. La alúmina se obtiene tostando hidróxido de aluminio.

Los diferentes tipos de bauxita requieren diferentes condiciones de disolución. La bauxita de tipo gibbsita se puede lixiviar bien a 105°C, la bauxita de tipo diásporo se puede lixiviar más rápido a 200°C y la bauxita de tipo diásporo se debe lixiviar por encima de 240°C, su temperatura de lixiviación industrial típica es 260°C. El tiempo de disolución no será inferior a 60 minutos.

El método Bayer procesa bauxita con una alta proporción de aluminio a silicio. El proceso es simple, la calidad del producto es alta y el efecto económico es mucho mejor que otros métodos. Sus ventajas son aún más destacadas cuando se utiliza para procesar bauxita gibbsita fácilmente soluble. Actualmente, más del 90% de la alúmina y el hidróxido de aluminio que se producen en el mundo se producen mediante el proceso Bayer. Debido a la particularidad de los recursos de bauxita de mi país, alrededor del 50% de la alúmina de mi país se produce actualmente mediante el proceso Bayer.

El proceso de combinación del proceso Bayer y el proceso de sinterización se denomina proceso de producción conjunta. Los métodos de combinación se pueden dividir en métodos de combinación en paralelo, métodos de combinación en serie y métodos de combinación híbrida. El método utilizado para producir alúmina depende principalmente del grado de bauxita (es decir, la proporción aluminio-silicio del mineral). Desde un punto de vista técnico y económico general, cuando la proporción de aluminio a silicio del mineral es de aproximadamente 3, generalmente se usa el método de sinterización, el método Bayer se puede usar para minerales con una proporción de aluminio a silicio superior a 3; 10. Cuando el grado de bauxita se encuentra entre los dos, el método combinado puede aprovechar al máximo las ventajas respectivas del método Bayer y del método de sinterización y lograr mejores indicadores técnicos y económicos.

La producción anual actual de alúmina en el mundo es de unos 55 millones de toneladas, y la de mi país es de unos 6,8 millones de toneladas.

(2) Métodos de producción de aluminio en bruto, aleaciones de aluminio y materiales de aluminio.

Actualmente el único método para la producción industrial de aluminio primario es la electrólisis del aluminio Hall-Hellul. Fue inventado por Hall en Estados Unidos y Elou en Francia en 1886. El método de electrólisis del aluminio Hall-Elu utiliza alúmina como materia prima y criolita (Na3AlF6) como fundente. A 950-970 °C, la alúmina del electrolito fundido se descompone en aluminio y oxígeno mediante electrólisis. El aluminio precipita como fase líquida en el cátodo de carbono y el oxígeno escapa como dióxido de carbono gaseoso en el ánodo de carbono. Cada tonelada de aluminio en bruto puede producir 1,5 toneladas de dióxido de carbono y el consumo total de energía es de unos 15.000 kWh.

Las celdas electrolíticas de aluminio industriales generalmente se pueden dividir en tres tipos: tanques de autococción de ánodo de inserción lateral, tanques de autococción de ánodo de inserción superior y tanques de ánodo precocido. La tecnología de tanques de autococción se está eliminando gradualmente debido al alto consumo de energía del proceso de electrólisis, que no favorece la protección del medio ambiente. En la actualidad, la producción anual de aluminio primario en el mundo es de unos 28 millones de toneladas, y la de mi país es de unos 7 millones de toneladas.

Si es necesario, el aluminio en bruto obtenido mediante electrólisis se puede refinar para obtener aluminio de alta pureza. En la actualidad, el principal método de producción de aleaciones de aluminio es la mezcla por fusión. Debido a que el aluminio y sus aleaciones tienen una excelente maquinabilidad, las placas, tiras, láminas, tubos, alambres y otros perfiles se producen mediante forja, fundición, laminado, estampado y prensado.