Pridobivanje aluminija iz boksita je eden najbolj zapletenih industrijskih procesov na svetu, ki vklju\u010duje ogromno znanstvene in in\u017eenirske odli\u010dnosti, ki zagotavlja neprekinjeno dobavo te pomembne kovine.<\/p>\n
Pri kislinskem postopku se kot topila uporabljajo \u017eveplova, klorovodikova ali du\u0161ikova kislina, da se iz boksita izlu\u017eijo ne\u010disto\u010de, kot so \u017eelezovi in titanovi oksidi. Vzorci XRD so pokazali, da se je s pove\u010devanjem koncentracije alkalij pove\u010devalo tudi razmerje ekstrakcije aluminijevega oksida.<\/p>\n
Aluminij je ena od najbolj raz\u0161irjenih kovin na Zemlji, vendar njegove \u010diste oblike ni mogo\u010de najti v naravi. Namesto tega je za njegovo pridobivanje potrebnih ve\u010d faz, ki vklju\u010dujejo razkrajanje, bistrenje, obarjanje in kalcinacijo, da se dose\u017ee status kon\u010dnega izdelka - zaradi tega je aluminij eden energetsko najbolj intenzivnih industrijskih izdelkov na svetu.<\/p>\n
Digestija je klju\u010dni korak Bayerjevega postopka za pridobivanje aluminija iz boksitne rude. Na njeno u\u010dinkovitost vplivajo \u0161tevilni dejavniki, vklju\u010dno s temperaturo suspenzije, koncentracijo kavsti\u010dne sode in razmerjem kavsti\u010dnih snovi; za optimizacijo stopnje digestije bi lahko zni\u017eali temperaturo, pove\u010dali razmerje kavsti\u010dnih snovi ali uporabili vi\u0161je koncentracije kavsti\u010dnih snovi, vendar bi se ti ukrepi verjetno izkazali za dra\u017eje in neprijetnej\u0161e za rafinerije, kot je potrebno.<\/p>\n
V procesu razgradnje se ve\u010dina \u017eeleza v boksitu pretvori v neodvisno fazo ilmenita, medtem ko nemagnetni material ostane v obliki diaoyudaoita in natrijevega aluminosilikata. Lo\u010devanje nemagnetnih materialov izbolj\u0161a razgradnjo aluminijevega oksida, vendar se diaoyudaoit zaradi zaprtih mineralov, ki so v njegovi strukturi, pri ni\u017ejih temperaturah razgradnje morda ne bo zlahka razgradil.<\/p>\n
Povpre\u010dni stro\u0161ki energije, povezani s proizvodnjo aluminijevega oksida, se med dr\u017eavami zelo razlikujejo zaradi dejavnikov, kot so vrsta uporabljene tehnologije, uporabljeni boksit in postopki razgradnje, ki se med seboj mo\u010dno razlikujejo. Vendar pa obstajajo nekateri skupni dejavniki, ki prispevajo k ve\u010dji porabi energije, med drugim:<\/p>\n
Postopek fermentacije predstavlja najve\u010djo porabo energije pri proizvodnji aluminijevega oksida, saj potrebuje elektri\u010dno energijo in vodo za segrevanje in me\u0161anje suspenzije ter izpiranje glinenih ne\u010disto\u010d iz nje. Za optimalno prebavo in zmanj\u0161anje porabe energije morajo znanstveniki preu\u010diti trenutne pogoje za njeno uporabo. Znanstveniki lahko to dose\u017eejo tako, da zberejo podatke in informacije iz dokumentacijskega centra in opravijo razgovore s strokovnjaki proizvodne linije, nato pa primerjajo trenutno stanje procesa digestije z njeno prvotno zasnovo, da bi ugotovili ve\u010dja odstopanja.<\/p>\n
Pridobivanje aluminija je lahko zapleten in energetsko potraten postopek, ki pa je bistvenega pomena za \u0161tevilne komercialne in industrijske aplikacije. Zato je razumevanje tega zapletenega postopka za zagotovitev njegove uspe\u0161nosti izredno pomembno - diagrami lahko pomagajo osvetliti kemijske reakcije, ki potekajo med proizvodnjo in sestavljajo ta zapleten postopek, ter njihov pomen za njegovo izvajanje.<\/p>\n
Eden od klju\u010dnih korakov je pre\u010di\u0161\u010devanje boksita v aluminijev oksid in nazadnje v kovinski aluminij z elektrolizo ali po Bayerjevem postopku. Oba postopka zagotavljata zanesljivo dobavo kovinskega aluminija. Oba sta odvisna od elektrolize kot proizvodnega vira.<\/p>\n
Boksitna ruda je bogat vir aluminija, ki ga je treba precej predelati, da se pretvori v raztopino, bogato z aluminijem, ki je pripravljena za naslednjo fazo. Digestacija vklju\u010duje drobljenje boksitne rude pred me\u0161anjem z vro\u010dimi koncentriranimi raztopinami natrijevega hidroksida, da se raztopi vsebnost aluminijevega oksida in nastane bistra teko\u010dina. Sledi bistrenje, pri katerem se izlo\u010dijo ne\u010disto\u010de (skupno znane kot rde\u010de blato), preden se na bistri teko\u010dini lahko za\u010dneta obarjanje in kalciniranje.<\/p>\n
Za pretvorbo aluminijevega oksida v \u010disti aluminij je potrebno taljenje z elektrolizo. Me\u0161anica aluminijevega oksida in natrijevega hidroksida se nato namesti v raztopino kriolita (natrijev aluminijev fluorid), pri \u010demer je treba za vzdr\u017eevanje tega stanja porabiti izjemno veliko energije; za proizvodnjo ene tone aluminijevega oksida je potrebnih 14.000-16.000 kilovatnih ur.<\/p>\n
Toplota, ki nastane pri tem procesu, poganja elektrokemi\u010dno reakcijo. Ko skozi sistem te\u010de elektri\u010dni tok, na anodi nastaja kisik, ki se zdru\u017ei z ogljikom v plinski ogljikov dioksid; preostali staljeni aluminij se zbira na katodi, ki je oblo\u017eena z grafitom ali ogljikom; ob\u010dasno se odvaja in transportira v pe\u010di za shranjevanje; ko se dodatno pre\u010disti in se mu po potrebi dodajo legirni elementi, se ulije v ingote za prihodnjo uporabo.<\/p>\n
Eden klju\u010dnih korakov pri pridobivanju aluminijevega oksida je obarjanje. Reakcije obarjanja potekajo v razli\u010dnih oblikah; za namen pridobivanja kristalov aluminijevega hidroksida iz tokov odpadkov. Karl Bayer je pri svojem prvotnem razvojnem delu uporabil drobnozrnate kristale kot seme; ta pristop pove\u010da izkoristek, vendar lahko povzro\u010di vi\u0161je koncentracije karbonata in pove\u010da proizvodnjo ne\u010disto\u010d, kot je silicijev dioksid, kar zmanj\u0161a stopnjo pridobivanja aluminija.<\/p>\n
Za re\u0161evanje teh izzivov se v ve\u010d raziskovalnih projektih trenutno ocenjuje u\u010dinkovitost razli\u010dnih smol za ionsko izmenjavo pri izbolj\u0161anju u\u010dinkovitosti obarjanja. Smole za ionsko izmenjavo so polimerni materiali z visoko molekulsko maso, ki vsebujejo \u0161tevilne ionske funkcionalne skupine v vsaki molekuli, obi\u010dajno vklju\u010dujejo skupine sulfonske kisline ali skupine karboksilne kisline za izmenjavo. Obe vrsti smol se lahko uporabljata za ekstrakcijo sode iz kavsti\u010dnih raztopin, kar vodi k zmanj\u0161anju skupne kavsti\u010dnosti (TC) in skupne alkalnosti (TA). Poleg tega lahko smole za izmenjavo kationov nevtralizirajo natrijeve ione, ki so prisotni v izrabljeni bayerjevi teko\u010dini, kar povzro\u010di pove\u010danje prenasi\u010denosti glede na topnost aluminijevega oksida.<\/p>\n
Pri razli\u010dnih pogojih karbonizacije je bilo ugotovljeno, da prisotnost kisika ugodno vpliva na hitrost obarjanja. Natan\u010dneje, temperatura, pri kateri se je obarjanje za\u010delo, se je znatno pove\u010dala, medtem ko je analiza XRD oborine pokazala, da vsebuje dawsonit, kot je bilo predvideno s termodinami\u010dnimi izra\u010duni.<\/p>\n
Obarjanje aluminijevega oksida je ena najbolj kriti\u010dnih in zahtevnih faz pri proizvodnji aluminija iz boksita. Obarjanje mora potekati za proizvodnjo aluminijevega hidroksida, ki se porabi v kalcinacijskih pe\u010deh talilnic aluminija; zato mora oprema za filtriranje in lo\u010devanje, ki se uporablja v predelovalnih obratih, delovati pod izredno strogimi pogoji.<\/p>\n
Oprema za filtriranje in lo\u010devanje v obratih za proizvodnjo aluminijevega oksida mora biti robustna, trpe\u017ena, zanesljiva in dolgotrajna za pravilno delovanje v zahtevnih okoljih, vklju\u010dno z visokimi temperaturami in tlaki, hkrati pa mora odstranjevati zelo abrazivne ostanke boksita, ki lahko po\u0161kodujejo drugo opremo, kot so \u010drpalke, me\u0161alniki in me\u0161ala. Zato je v tak\u0161nih obratih mogo\u010de najti najbolj\u0161o opremo za filtriranje in lo\u010devanje na svetu.<\/p>\n
Kalcinacija je zadnja sinteti\u010dna stopnja v postopku in ima \u0161tevilne vplive na morfologijo, fazno sestavo in kemi\u010dno sestavo aluminijevega oksida. Temperatura in trajanje reakcije imata obi\u010dajno najve\u010dji vpliv; temperaturo je treba dolo\u010diti glede na \u017eeleno morfologijo\/skladbo ter proizvodnjo ali druge uporabe tega materiala iz aluminijevega oksida; \u010das, potreben za dosego tega rezultata, bo dolo\u010dil njeno dol\u017eino.<\/p>\n
Najbolj raz\u0161irjena metoda kalcinacije vklju\u010duje lu\u017eenje kaolinskih glin s klorovodikovo kislino pred obarjanjem kristalov aluminijevega klorida heksahidrata s klorovodikovo kislino in nato kalcinacijo pri visoki temperaturi z zrakom, da nastane aluminijev oksid. Ta pristop ima veliko prednosti pred postopki, ki uporabljajo \u017eveplovo ali du\u0161ikovo kislino, saj je klorovodikovo kislino la\u017eje regenerirati kot njene alternative.<\/p>\n
Predhodni postopki kalcinacije so porabili veliko energije za dvig kristalov heksahidrata nad 500-1.100 stopinj Celzija za proizvodnjo aluminijevega oksida, vendar se je veliko te energije porabilo v nizkotemperaturnih fazah za ekstrakcijo kombinirane vode in dvig vmesnih kristalnih oblik heksahidratne kristalini\u010dne oblike. Poleg tega se je za vsako stopnjo porabil le del celotne razpolo\u017eljive energije.<\/p>\n
Razvit je bil inovativen postopek kalcinacije, ki znatno zmanj\u0161a porabo energije v visokotemperaturnih in hladilnih fazah kalcinacije, kar znatno zmanj\u0161a skupne potrebe po energiji za proizvodnjo aluminijevega oksida. Osnova je sistem izmenjave toplote, ki uporablja postopno segrevanje heksahidrata skozi ve\u010d stopenj izmenjave toplote do vedno vi\u0161jih temperatur, ki se pribli\u017eujejo kalcinacijski temperaturi, preden se ta za\u010dne dovajati v kalcinator za kon\u010dno pretvorbo v aluminijev oksid. Heksahidrat se nadalje hladi skozi razli\u010dne stopnje toplotne izmenjave, pri \u010demer se ob\u010dutljiva toplota prena\u0161a iz stopenj hlajenja v stopnje ogrevanja pri temperaturah, ki so le nekoliko vi\u0161je od tistih, pri katerih se porablja v posamezni stopnji.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Aluminium mining from bauxite is one of the world’s most complex industrial processes, involving an immense task of scientific and […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[],"class_list":["post-90","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-alumina-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=90"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":91,"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90\/revisions\/91"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=90"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=90"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/aluminaceramics.net\/sl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=90"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}