Fra Bauksitt til Alumina: Bayer-prosessen
Bauksitt er hovedmalmen av aluminium, en bergart som inneholder 40% til 60% aluminiumoksyd sammen med jernoksyd, silika og andre urenheter. Det første ekstraksjonstrinnet, Bayer-prosessen, skiller aluminiumoksidet fra disse urenhetene.
Knust bauxitt blandes med varm, konsentrert natriumhydroksidløsning og fordøyes under trykk ved temperaturer rundt 150 til 250 grader Celsius. Aluminiumoksidet løses opp for å danne natriumaluminat, mens jernoksidet, silisiumdioksydet og andre urenheter forblir som en fast rest som kalles rødslam. Oppslemmingen filtreres for å fjerne det røde gjørmet, og etterlater en klar natriumaluminatløsning.
Aluminiumhydroksid utfelles deretter fra løsningen ved såing og avkjøling, og bunnfallet vaskes og kalsineres i roterende ovner eller -fluidbed-kalsinere ved ca. 1000 grader Celsius for å drive av vannet. Produktet er hvitt aluminiumoksidpulver, nesten rent aluminiumoksid.
Fra alumina til aluminium: Hall-Heroult-prosessen
Alumina har et smeltepunkt over 2000 grader Celsius, noe som ville gjøre direkte smelting uøkonomisk. Hall-Heroult-prosessen løser opp alumina i smeltet kryolitt, et fluormineral, og senker driftstemperaturen til omtrent 950 grader Celsius.
En sterk likestrøm, typisk 150 000 til 600 000 ampere, passerer gjennom cellen mellom karbonanoder og en karbon-foret katode. Ved katoden dannes flytende aluminium og samles i bunnen av cellen; ved anodene reagerer oksygen med karbonet for å frigjøre karbondioksid. Det flytende aluminiumet suges fra cellen og støpes inn i blokker, emner eller plater for videre bearbeiding.
Energi- og miljøhensyn
Elektrolyse er energikrevende: å produsere ett tonn primæraluminium krever omtrent 13 til 15 megawatt-timer med elektrisitet, og det er grunnen til at smelteverk er lokalisert i nærheten av-lavpriskraftkilder, inkludert vannkraftverk. Prosessen slipper også ut karbondioksid fra anodene, og rødslammet fra Bayer-prosessen må håndteres forsiktig i konstruerte lagringsanlegg.
Disse påvirkningene forklarer de sterke miljøsakene for resirkulering: smelting av skrapaluminium bruker omtrent 5 % av energien til primærproduksjonen og unngår hele syklusen av bauxitt og rødslam, og det er grunnen til at resirkulert aluminium allerede dekker en stor del av den globale etterspørselen.
Alternative og nye ruter
Alternative utvinningsveier finnes, men er mindre vanlige. Syreutlekking kan trekke ut aluminium fra visse malmer og industriavfall, men er generelt dyrere og mer komplisert enn Bayer-prosessen. Forskning fortsetter på inerte anoder som vil eliminere karbondioksidutslippene ved elektrolyse, og på mer effektive celledesign, men Bayer- og Hall-Heroult-prosessene forblir den industrielle ryggraden i aluminiumproduksjon.
Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hva er bauxitt og hvor kommer det fra?
Bauksitt er en rødlig sedimentær malm som inneholder 40-60 % aluminiumoksid (aluminiumoksyd) som gibbsitt, boehmitt eller diaspore mineraler, utvunnet hovedsakelig i Australia, Guinea, Kina, Brasil og India; Det trengs omtrent 4-6 tonn bauxitt for å produsere 1 tonn aluminium.
Spørsmål: Hva skjer inne i Hall-elektrolysecellen i Heroult?
Aluminiumoksyd oppløses i smeltet kryolitt ved ca. 950-970 grader og spaltes av en elektrisk strøm til smeltet aluminium ved karbonkatoden og karbondioksid ved karbonanoden; prosessen går kontinuerlig med aluminiumoksydtilførsel og anodeskift.
Spørsmål: Hvor mye strøm bruker primær aluminiumsproduksjon?
Elektrolysetrinnet forbruker typisk 13-15 kWh per kilogram aluminium, og moderne smelteverker gjennomsnittlig 14.000-15.500 kWh per tonn; dette er grunnen til at aluminiumssmelteverk alltid er plassert ved siden av billig kraft som vannkraftstasjoner.
Spørsmål: Hva er rød gjørme og hva skjer med det?
Rød slam er den jernrike-alkaliske resten som er igjen etter Bayer-prosessen, ca. 1–1,5 tonn per tonn alumina; det lagres i nøye forvaltede avgangsdammer, og nye prosesser gjenvinner jern, sjeldne jordarter eller bruker det i sement og byggematerialer for å redusere deponi.
Spørsmål: Hvordan har aluminiumproduksjonen blitt renere?
Moderne smelteverk bruker inerte eller forhåndsbakte anoder med røykbehandling for å kutte utslipp, vannkraft og fornybar kraft for å redusere karbonavtrykk, og industrien resirkulerer prosessskrot internt; å produsere aluminium fra resirkulert metall bruker bare omtrent 5 % av energien til primærproduksjonen.
Spørsmål: Hvor mye bauxitt skal til for å lage ett tonn aluminium?
Som en tommelfingerregel raffineres ca. 4-5 tonn bauxitt til ca. 2 tonn alumina, som deretter smeltes til ca. 1 tonn primæraluminium. Det nøyaktige forholdet avhenger av malmens kvalitet og effektiviteten til raffineriet og smelteverket.