Métodos comúnmente utilizados en la fundición industrial de aluminio.

El principio fundamental es el método de electrólisis del aluminio Hall-Hellul: la alúmina pura se utiliza como materia prima para producir aluminio mediante electrólisis. Debido a que la alúmina pura tiene un alto punto de fusión (aproximadamente 2045 °C), es difícil. para fundirse, por lo que la industria utiliza criolita fundida (Na3AlF6) como fundente para disolver el óxido de aluminio en la criolita líquida a aproximadamente 1000 °C para convertirla en una fusión de criolita y alúmina. Luego, en la celda electrolítica, se utilizan bloques de carbón. El cátodo y el ánodo realizan electrólisis.

Una introducción completa es la siguiente:

"Producción y procesamiento de aluminio"

Hay cuatro eslabones en el proceso de producción de aluminio para formar una industria completa. cadena: Extracción de mineral 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 de producción de alúmina propuestos se pueden resumir en cuatro categorías: método alcalino, método ácido, método combinado ácido-base y método térmico. Actualmente, para la producción industrial a gran escala sólo se utiliza el proceso alcalino.

La bauxita es el recurso mineral de aluminio más importante del mundo, seguida de la alunita, nefelina, arcilla, etc. En la actualidad, en la industria mundial de la alúmina, excepto el uso de nefelina por parte de Rusia para producir algo de alúmina, casi toda la alúmina del mundo se produce a partir de bauxita como materia prima.

La bauxita es un mineral compuesto principalmente por gibbsita, boehmita 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 sólo alrededor del 30 % hasta un máximo de más del 70 %. Además de la alúmina, las principales impurezas contenidas en la bauxita son 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, compuestos de potasio, sodio, vanadio, cromo, zinc, fósforo, galio, escandio, azufre y otros elementos, así como 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, de modo que pueda recuperarse eficazmente 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 óxido de silicio 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. Separar el residuo insoluble (barro rojo) de la solución y desecharlo después del lavado o realizar un tratamiento integral para recuperar los componentes útiles. La solución de aluminato de sodio puro se puede descomponer para liberar hidróxido de aluminio. Después de la separación, lavado y calcinación, se puede obtener el producto de alúmina. El licor madre de descomposición se recicla para procesar otro lote de mineral. Existen varios procesos para producir alúmina mediante el método alcalino, como 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. Ha habido muchas mejoras en la tecnología de procesos durante los últimos 100 años, pero los principios básicos no han cambiado. Para conmemorar esta gran contribución de Bayer, el método siempre se ha denominado método Bayer.

El proceso Bayer consta de dos procesos principales. Primero, es el proceso de disolución del óxido de aluminio a partir de la bauxita bajo ciertas condiciones (un término comúnmente usado en la industria de la alúmina, es decir, lixiviación. Lo mismo a continuación), y luego el proceso de disolución del hidróxido de aluminio a partir de una solución sobresaturada de aluminato de sodio. son las 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 del 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. La suspensión se desilicona previamente y luego se precalienta a la temperatura de disolución para su disolución. Después de la disolución, la lechada se autoevapora y enfría y luego entra en el proceso de dilución, sedimentación y separación del lodo rojo (residuo de la fase sólida después de la disolución). El vapor secundario generado por el proceso de evaporación se utiliza para precalentar la suspensión. Después de la sedimentación y separación, el lodo rojo se lava y se introduce en el patio de lodo rojo, y el líquido crudo separado (solución de aluminato de sodio que contiene materia sólida flotante, lo mismo a continuación) se envía al filtro de hojas. El líquido crudo se llama semen después de pasar por un filtro de hojas para eliminar la mayor parte de la materia flotante. El semen entra en proceso de descomposición y se descompone mediante cristales de 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 que se descompone el cristal semilla se evapora y se devuelve al proceso de disolución para formar un circuito cerrado. El óxido de aluminio se obtiene después de tostar el hidróxido de aluminio.

Las condiciones de disolución requeridas para los diferentes tipos de bauxita varían mucho.

La bauxita de tipo gibbsita se puede disolver bien a 105 °C, la bauxita de tipo boehmita monohidrato puede tener una velocidad de disolución más rápida a una temperatura de disolución de 200 °C y la bauxita de tipo boehmita monohidrato puede tener una velocidad de disolución más rápida a una temperatura de disolución de 200 °C. El tipo bauxita debe disolverse a una temperatura superior a 240°C, y su temperatura de disolución industrial típica es de 260°C. El tiempo de disolución no debe ser inferior a 60 minutos.

El proceso Bayer se utiliza para procesar bauxita con una alta proporción de aluminio a silicio. El proceso es simple, la calidad del producto es alta y su efecto económico es mucho mejor que otros métodos. Las ventajas son aún más destacadas cuando se utiliza para tratar con 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 China, alrededor del 50% de la alúmina de China se produce actualmente mediante el proceso Bayer.

El proceso que combina el proceso Bayer y el proceso de sinterización se denomina proceso productivo combinado. El método de combinación se puede dividir en método de combinación paralela, método de combinación en serie y método de combinación mixta. El método utilizado para producir alúmina está determinado principalmente por el grado de bauxita (es decir, la proporción de aluminio a silicio del mineral). Desde un punto de vista técnico y económico general, el método de sinterización se utiliza habitualmente para minerales con una proporción de aluminio a silicio de aproximadamente 3; el método de Bayer se puede utilizar para minerales con una proporción de aluminio a silicio superior a 10; cuando el grado de bauxita está entre los dos, se puede utilizar el método combinado de tratamiento del método, para aprovechar al máximo las ventajas respectivas del proceso Bayer y el método de sinterización, y lograr mejores indicadores técnicos y económicos.

En la actualidad, la producción mundial anual de alúmina es de aproximadamente 55 millones de toneladas, y la producción de alúmina de mi país es de aproximadamente 6,8 millones de toneladas.

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

En la actualidad, el único método para la producción industrial de aluminio primario es el método de electrólisis de aluminio Hall-Hellul. Fue inventado en 1886 por Hall de Estados Unidos y Erou de Francia. El método de electrólisis de aluminio Hall-Hellul es un electrolito compuesto de alúmina como materia prima y criolita (Na3AlF6) como fundente. La alúmina en la masa fundida del electrolito se descompone en aluminio y oxígeno y el aluminio precipita en forma de fase líquida en el cátodo de carbono. y el oxígeno se escapa en forma de dióxido de carbono gaseoso en el ánodo de carbono. Cada tonelada de aluminio en bruto producida 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 categorías: tanques de autococción de ánodo de inserción lateral, tanques de autococción de ánodo de inserción superior y tanques de ánodo precocido. Dado que la tecnología del tanque de autococción consume mucha energía durante el proceso de electrólisis y no favorece la protección del medio ambiente, la tecnología del tanque de autococción se está eliminando gradualmente. En la actualidad, la producción anual mundial de aluminio primario es de aproximadamente 28 millones de toneladas, y la producción anual de aluminio primario de mi país es de aproximadamente 7 millones de toneladas.

Si es necesario, el aluminio en bruto obtenido por electrólisis se puede refinar para obtener aluminio de alta pureza. El método actual de producción de aleaciones de aluminio se basa principalmente en el método de fusión. Dado que el aluminio y sus aleaciones tienen excelentes propiedades de maquinabilidad, placas, tiras, láminas, tubos, alambres y otros perfiles se producen mediante forjado, fundición, laminado, estampado, prensado y otros métodos.