- اخبار فلزات
- تحلیل و پیش بینی
- مقالات
- تالار گفتگو
- راهنمای سایت
- تبلیغات
- خرید اشتراک
- گفتگو با متال آنلاین
خوش آمدید مهمان!
محصول | قیمت خرید | قیمت فروش |
---|---|---|
مس کاتد
4 آذر |
571,000 |
571,000 |
مس جهانی
4 آذر |
8,985 |
8,985 |
روی جهانی
4 آذر |
2,976 |
2,976 |
سرب جهانی
4 آذر |
2,018 |
2,018 |
آلومینیوم جهانی
4 آذر |
2,635 |
2,635 |
انس طلا جهانی
4 آذر |
2,716 |
2,716 |
انس نقره جهانی
4 آذر |
31 |
31 |
نیکل
4 آذر |
15,856 |
15,856 |
قلع
4 آذر |
28,950 |
28,950 |
نفت برنت
4 آذر |
75 |
75 |
نفت سبک آمریکا
4 آذر |
70 |
70 |
ساختمان هایی که سلولهای الکترولیز در آن قرار دارند (potrooms) بسیار عظیم می باشند و می توانند بیش تر از یک کیلومتر طول داشته باشند. در یک potroom بین 100 تا 400 سلول الکترولیز به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند، به طوری که کاتد
فرایند تولید آلومینیوم هنوز هم از یک فرایند تمام اتوماتیک فاصله دارد. جرثقیل (کرین)[1]ها با حرکت جلو و عقب خود به انتقال و تعویض آندها و تخلیه آلومینیوم از سلول کمک میکنند. ماشینهای بزرگی مذابها را به خارج از potline انتقال میدهند. این ماشینها مذاب را به کارگاه ریخت به منظور ریختهگری و یا عملیات اضافی انتقال میدهند.
قسمت بالایی سلول سوپراستراکچر سلول[2] نامیده میشود. هودها به منظور آسان سازی امر جمعآوری گازهای آند و بخارات فلوئوریدی از الکترولیت و انتقال آنها به واحد گردوغبار در آن قسمت قرار داده شدهاند. میله های آلومینیومی بزرگ عمودی (رایزر[3] آندها نامیده میشوند) اتصال جریان از کاتد منفی سلول همسایه به آند مثبت سلول مورد نظر را برقرار میکند.
یک لایه از آلومینا به علاوه الکترولیت جامد روی آند را پوشش میدهد. برای اضافه کردن اتوماتیک آلومینا به الکترولیت باید این پوسته سخت تشکیل شده بر روی آندها شکسته شود که این کار در قسمت بین دو ستون آند انجام میشود. در زیر این پوسته یک لایه cm 20-15 الکترولیت و یک لایه cm 20-10 از آلومینیوم مذاب در زیر الکترولیت قرار دارد. این دو مذاب چگالی متفاوت دارند و به همین خاطر با یکدیگر مخلوط نمیشوند. آلومینا در الکترولیت حل میشود, سپس به منظور تولید آلومینیوم مذاب در کاتد الکترولیز میشود. در potroom ها به خاطر گرمای ساطع شده از سلولها، گرمای محیطی بالایی وجود دارد. اگر سیستمهای تهویه طبیعی در potlineها تعبیه نشود، دمای محیط در potline افزایش خواهد یافت. در مناطق داغ، در معرض گرما قرار گرفتن مشکلات جدی در potroom به وجود میآورد، به همین دلیل برنامههای متعددی برای اطلاعات، سازش با محیط و تدابیر پیشگیرانه وضع میشود.
جریان بالایی که در هر سلول جریان دارد، میدانهای مغناطیسی ایستای قوی ایجاد میکند. از آنجایی که این میدانها توسط بدن انسان حس نمیشود, میتوانند به ساعت و کارتهای اعتباری آسیب بزنند. افرادی که دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب دارند نباید اجازه داده شود تا وارد این قسمت شوند, چون ممکن است این دستگاهها نیز تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار گیرند.
در سیستمهای بزرگ اتصالات زیادی هست که به وسیله مواد آزبست بسته شدهاند. سابقاً از آزبست به منظور جلوگیری از نشت فلز مذاب از سلول استفاده میشد. آزبست به عنوان یک ماده سرطانزا شناخته شده میباشد.
در طی سالهای پس از اختراع در سال 1886، تولید صنعتی آلومینیوم از صنعت به علم توسعه پیدا کرد. فهم بیشتر فرایند از تحقیقات فراوان و کارهای توسعهای به خصوص در نیمه دوم قرن بیستم بدست آمد. این تحقیقات هم در کارخانههای آلومینیوم و هم موسسات آکادمیک انجام شد.
واکنش الکتروشیمیایی کلی برای تولید صنعتی آلومینیوم مذاب ممکن است به صورت زیر نوشته شود:
واکنش 1:
این واکنش بسیار ساده میباشد و دو ماده خام اصلی آلومینا و کربن و دو محصول آلومینیوم مذاب و کربن دی اکسید را نشان میدهد.
میزان مواد خام استفاده شده در فرایند در شکل 2 نشان داده شده است. آلومینا بر اساس نسبت استوکیومتری پیشبینی شده در واکنش 1 مصرف میشود. میزان تئوری مصرف آلومینا kg 89/1 به ازای تولید یک کیلوگرم آلومینیوم میباشد. اگرچه در عمل میزان استفاده شده آلومینا به ازای تولید یک تن آلومینیوم kg 93/1 می باشد و دلیل آن کاملا خالص نبودن آلومینای خریداری شده میباشد. آلومینا همیشه حاوی مقادیر کمی از ناخالصیهای اکسیدی مانند Na2O, CaO, Fe2O3 و SiO2 میباشد. به علاوه از واکنش بالا برداشت میشود که به ازای تولید هر مول آلومینیوم سه چهارم مول گاز CO2 تولید میشود. یک دوم مول آلومینا باید به صورت تئوری با kg 33/0 کربن واکنش دهد تا kg 1 آلومینیوم و kg 22/1CO2 تولید شود. با این وجود، به دلیل دیگر واکنشهای کربن با اکسیژن و CO2 بین 4/0 تا 45/0 کیلوگرم کربن به ازای هر کیلوگرم آلومینیوم مصرف میشود. این مصرف خالص آند نامیده میشود و منجر به تولید تقریبا 5/1kg گاز CO2 با ازای یک کیلوگرم آلومینیوم میشود.
آلومینا باید به طور منظم به الکترولیت اضافه شود تا تولید الکترولیتیک طبیعی به صورت پیوسته حفظ شود. سلولهای الکترولیز جدید دارای سیستم تغذیه نقطهای[1] برای شارژ آلومینا هستند. آلومینا به صورت خودکار از هاپری که در قسمت سوپراستراکچر سلول قرار دارد شارژ میشود. در هر دو تا شش بار شارژ سلول توسط سیستم تغذیه، kg1 آلومینا در هر دقیقه یا بیشتر، به الکترولیت اضافه میشود. این کم اضافه کردن توانایی پودر آلومینا را برای حل شدن، مخلوط شدن و پراکنده شدن در الکترولیت را افزایش میدهد. غلظت متوسط آلومینا در الکترولیت معمولا در محدوده 2 تا 4 درصد نگه داشته میشود. غلظت بالاتر آلومینا ممکن است باعث تشکیل مقادیر اضافی آلومینای غیرقابل حل شود، که در اصطلاح صنعتی به آن رسوب (sludge) گفته میشود. Sludge به خاطر چگالی بالایش در پایین فلز مذاب جمع میشود. Sludge ناخواسته میباشد هیچ استفاده مفیدی در سلول ندارد، چون با افزایش مقاومت الکتریکی سلول باعث افزایش ولتاژ آن میشود.
شکل 2: مواد اولیه مورد نیاز برای تولید یک تن آلومینیوم
برعکس، غلظت پایین آلومینا در الکترولیت میتواند به طور چشمگیری فرایند آند را تغییر دهد که anode effect نامیده میشود. Anode effect به دلیل تشکیل یک لایه گازی عایق الکتریسیته در زیر آند، باعث افزایش ولتاژ در سلول (شاید V 40 تا 30 به جای V 5/4 تا 4) میشود. در این هنگام ترکیب شیمیایی گاز آند به طور ناگهانی از تقریبا CO2 خالص به عمدتا CO تغییر کرده و همچنین مقادیری از ترکیبات گازهای پرفلوئورکربن، CF4 و مقدار کمی از گاز C2F6 تشکیل میشود. این گازها، گازهای گلخانهای با پتانسیل گرمایش جهانی بالا هستند و طول عمر بالایی در اتمسفر دارند (در حدود 10000 سال).
تشکیل این گازها میتوانند با کاهش فرکانس anode effect (تعداد anode effect در سلول در روز) و مدت anode effect (به صورت دقیقه داده میشود) کاهش یابد. در حال حاضر همه تولید کنندگان آلومینیوم پیشرفت های قابل توجهی در کاهش انتشارات گازهای پرفلوئورکربن داشتهاند. اغلب سلولهای prebaked مدرن به طوری کنترل میشوند که برای مدت یک هفته یا چندین ماه بدون حتی یک anode effect کار میکنند.
قبل از ترک کردن موضوع anode effect، این موضوع باید ذکر شود که 70 تا 80 درصد گاز تولید شده در زیر آند CO میباشد. در برخی موارد برای پایان دادن به anode effect ممکن است نیاز به مداخله دستی باشد که اپراتور ممکن است این گاز سمی را تنفس کند. حتی اگر این پدیده به صورت جزیی مطالعه نشده باشد، غلظت گاز CO در محیط کار در potline ها باید پایینتر از حد مضر برای انسان باشد.
علاوه بر اینکه مواد اولیه برای تولید لازم میباشند، آلومینا زمانی که بر روی پوسته جامد روی الکترولیت قرار میگیرد، به عنوان عایق حرارتی عمل میکند و اتلاف حرارت را کاهش میدهد. آلومینا همچنین برای پوشانده روی آند نیز استفاده میشود، که باعث نگهداری حرارت و به حداقل رسانده سوختن آند کربنی در هوا میشود. بیشتر اوقات مخلوطی از پودر آلومینا و تکههای جامد الکترولیت استفاده میشود.
سومین نقش بزرگ آلومینا مهمترین آن میباشد. آلومینا برای گرفتن انتشارات فلوئوریدی از سلول در تمیز کننده گاز آند[2] استفاده میشود. این روش به نام dry scrubbing method (روش شستشو خشک) مشهور میباشد. پودر آلومینا هیدروژن فلوئوراید (HF) را جذب و همچنین میعانات فلوئوریدی (به خصوص سدیم تترا فلوئورو آلومینیوم (NaAlF4)) را به دام میاندازد. آلومینای بدست آمده به نام آلومینای ثانویه معروف میباشد و برای تغذیه به درون سلول استفاده میشود. گاز خارج شده از دودکشها حاوی CO2 و مقدار کمی گاز پرفلوئورکربن میباشد که به درون اتمسفر رها میشود.
شکل 3 فرایند صنعتی تولید آلومینیوم را نشان میدهد. فرایندهای قبل از فرستادن مذاب به کارگاه ریخت، فرایندهای upstream نامیده میشوند، درحالی که فرایندها در کارگاه ریخت برای تولید محصول نهایی فرایندهای downstream نامیده میشوند.
شکل 3: پروسه صنعتی تولید آلومینیوم