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铝加工
铝加工
Anonim

冶炼

尽管有几种生产铝的方法,但是在商业上仅使用一种。19世纪后期,涉及金属钠与氯化铝直接反应的Deville工艺是铝生产的基础,但为了更经济的电解工艺而被放弃。多年来,碳热疗法是还原金属氧化物(从金属氧化物中除去氧气)的经典方法,一直是研究的主题。这涉及将氧化物与碳一起加热以产生一氧化碳和铝。碳热熔法的最大吸引力在于可以绕开氧化铝精炼工艺,并从比铝土矿低品位的矿石和比石油焦炭低品位的碳开始。尽管进行了多年的深入研究,但仍未找到拜耳-霍尔-埃洛特方法的经济竞争者。

尽管在原理上没有变化,但是今天的霍尔-霍洛特熔炼工艺在规模和细节上与原始工艺有很大不同。现代技术极大地改善了设备和材料,并降低了最终成本。

在现代熔炉中,氧化铝溶解在还原罐(深的,衬有碳的矩形钢壳)中,并充满一种熔融的电解质,该电解质主要由钠,铝和氟的混合物组成,这种电解质称为冰晶石。

借助于碳阳极,直流电通过电解质到达电池底部的碳阴极衬里。熔池表面形成结皮。氧化铝被添加到该外壳的顶部,在那里它被电池的热量(约950°C [1,750°F])预热,并除去了吸附的水分。定期将地壳弄碎,然后将氧化铝送入熔池中。在更新的电解池中,氧化铝是通过自动进料器直接进料到熔池中的。

电解的结果是熔融铝在电池底部的沉积以及二氧化碳在碳阳极上的析出。每生产一公斤(2.2磅)铝,将消耗约450克(1磅)碳。每生产一公斤铝消耗约2公斤氧化铝。

冶炼过程是连续的。定期将额外的氧化铝添加到镀液中,以替代还原所消耗的氧化铝。电流产生的热量使镀液保持熔融状态,从而使新鲜的氧化铝溶解。定期吸出熔融的铝。

因为在该过程中冰晶石电解质中的一些氟化物损失了,所以根据需要添加氟化铝以恢复镀液的化学成分。含有过量氟化铝的镀液可提供最大效率。

在实际实践中,长排的减速罐(称为电解槽)串联电连接。锅的正常电压范围为4至6伏,电流负载范围为30,000至300,000安培。从50到250个电位器可以形成总电压超过1,000伏的单个电位器。功率是铝中最昂贵的成分之一。自1900年以来,铝生产商一直在寻找廉价的水力发电资源,但也不得不建造许多利用化石燃料能源的设施。科技的进步减少了生产一公斤铝所需的电能。在1940年,这一数字为19千瓦时。到1990年,对于最高效的电池,每生产一公斤铝所消耗的电能已降至约13千瓦时。

熔融铝从电池中虹吸到大坩埚中。可以从那里将金属直接倒入模具中以生产铸造锭,可以将其转移到保温炉中进行进一步精炼或与其他金属合金化,或同时与这两种金属形成加工锭。由于来自电池,原铝的纯度约为99.8%。

自动化和计算机控制对冶炼厂的运营产生了显着影响。最现代化的还原设施使用完全机械化的碳工厂和计算机控制来监控和自动化电解池作业。

回收利用

由于铝废料的重熔仅消耗从铝土矿生产原铝所需的能源的5%,因此自生产开始以来,从板材,锻件和挤压件制造出来的“加工中”废金属便回到了熔炉中。此外,在第一次世界大战前不久,企业家从铝生产商业和国内产品过程中产生的“新”废料被收集起来,这些企业家开始了所谓的二次铝工业。新废料的化学成分通常是明确的。因此,通常将其卖给原铝生产商,以重新制成相同的合金。现在,“旧”废料极大地补充了“新”废料,这些旧废料是通过回收废弃的消费品(例如汽车或草坪椅)而产生的。由于旧的废料通常很脏并且是多种合金的混合物,因此通常最终会变成铸造合金,而合金中合金元素的含量较高。

用过的铝制饮料容器构成旧废料的一种独特类型。尽管这些罐的罐体和罐盖由不同的铝合金制成,但都含有镁和锰。因此,可将回收的饮料容器用于再制造任一产品的库存。由废料生产饮料罐所需的能量约为由原始金属生产罐所需的能量的30%。由于这个原因,用过的饮料容器的回收对于初级金属生产商来说是一种越来越多的金属来源。