Cómo refinar el aluminio en tus rodillas
La electrólisis se utiliza para la fundición industrial de aluminio. El principio fundamental es el método de electrólisis del aluminio Hall-Hellul: utilizando alúmina pura como materia prima, el aluminio se produce electrolíticamente. 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 convertirse en una masa fundida de criolita y alúmina.
Una introducción completa es la siguiente:
Producción y procesamiento de aluminio
El proceso de producción de aluminio tiene cuatro eslabones: minería de aluminio, producción de alúmina, 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 propuestos para producir alúmina se pueden dividir en cuatro categorías: método alcalino, método de combinación 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, nefelina, arcilla, etc. En la actualidad, 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, oscilando entre aproximadamente el 30% y 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, entre los que se encuentra el 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. Impurezas como el hierro y 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 mediante lavado, descarte o tratamiento integral se recuperan los componentes útiles. La solución de aluminato de sodio puro se puede descomponer para aislar el hidróxido de aluminio. Después de la separación, lavado y calcinación, se pueden obtener productos de alúmina. El licor madre de descomposición se puede reciclar 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. Durante los últimos 100 años, ha habido muchas mejoras en la tecnología de procesos, pero los principios básicos no han cambiado. Para conmemorar la gran contribución de Bayer, hasta el día de hoy se utiliza el nombre de Proceso Bayer.
El proceso Bayer consta de dos procesos principales. Primero, la alúmina se disuelve a partir de la bauxita en determinadas condiciones (el término comúnmente utilizado en la industria de la alúmina es lixiviación. Lo mismo se aplica a continuación), y luego se disuelve hidróxido de aluminio a partir de aluminato de sodio sobresaturado. Se trata de dos patentes presentadas 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. Después de la evaporación, la suspensión disuelta se enfría y entra en el proceso de dilución, precipitación y separación del lodo rojo (residuo sólido disuelto). El vapor secundario generado durante el proceso de autoevaporación se utiliza para el precalentamiento temprano de la pulpa. Después de la sedimentación y separación, el lodo rojo se lava y se introduce en el patio de lodo rojo. El líquido crudo separado (solución de aluminato de sodio que contiene materia sólida en suspensión, lo mismo a continuación) se envía al filtro de hojas. El líquido crudo después de que el filtro de hojas elimina la mayoría de los sólidos en suspensión se llama semen. El semen entra en proceso de descomposición y es descompuesto por las semillas 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 la separación de las semillas se evapora y se devuelve al proceso de disolución para formar un circuito cerrado. Después del tostado se obtiene hidróxido de aluminio.
Los diferentes tipos de bauxita requieren diferentes condiciones de disolución. La bauxita de tipo gibbsita se puede disolver bien a 105 ℃, la bauxita de tipo diásporo se puede disolver rápidamente a 200 ℃, mientras que la bauxita de tipo diásporo debe disolverse a una temperatura superior a 240 ℃ y su temperatura de disolución industrial típica es de 260 ℃. El tiempo de disolución no es menor que.
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. En la actualidad, más del 90% de la alúmina y el hidróxido de aluminio producidos 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. El proceso de combinación se puede dividir en proceso de combinación paralelo, proceso de combinación en serie y proceso de combinación híbrido. El método de producción de alúmina depende principalmente del grado de bauxita (es decir, la proporción de aluminio a silicio del mineral). Desde una perspectiva técnica y económica integral, cuando la relación aluminio-silicio del mineral es de alrededor de 3, generalmente se selecciona el proceso de sinterización. El proceso Bayer se puede utilizar para minerales con una proporción de aluminio a silicio superior a 10. Cuando el grado de bauxita se encuentra entre los dos, el método combinado puede aprovechar al máximo las ventajas del método Bayer y el 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 de producción industrial de aluminio primario es la electrólisis del aluminio Hall-Hellou, inventada por Hall en Estados Unidos y Heulou en Francia en 1886. La electrólisis de aluminio Hall-Elu es un electrolito compuesto de alúmina como materia prima y criolita (Na3AlF6) como fundente. La alúmina en el electrolito fundido se descompone electrolíticamente en aluminio y oxígeno a 950-970°C, y el aluminio precipita en forma líquida en el cátodo de carbono. El oxígeno escapa en forma de dióxido de carbono gaseoso por el ánodo de carbono. Por cada tonelada de aluminio primario producida, se pueden producir 1,5 toneladas de dióxido de carbono y el consumo total de energía es de aproximadamente 15.000 kWh.
Las celdas electrolíticas de aluminio industriales se pueden dividir aproximadamente en tres tipos: tanques de autococción de ánodo insertados lateralmente, tanques de autococción de ánodo insertados en la parte superior y tanques de ánodo precocidos. 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 por electrólisis se puede refinar hasta 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.