알루미늄 산업. 고순도 알루미늄은 어떻게 얻습니까?

이 금속은 2000년 이상 알려졌으며 광범위한 기술 적용이 특징입니다. 그래서 우리는 그것을 무엇에 사용할 수 있습니까? 알루미늄은 산업에서 주로 합금 형태로 사용되어 사용 가능한 특성을 향상시킵니다. 이러한 형태에서는 매우 다양한 용도로 사용되는 보편적인 건축 자재가 됩니다. 알루미늄 합금 중 주조 합금과 소성 성형에 사용되는 합금을 구별할 수 있습니다. 알루미늄 외에도 구리, 마그네슘, 실리콘 및 망간과 같은 요소가 구성에 포함됩니다. 알루미늄 합금은 무엇보다도 항공, 화학 산업, 자동차 산업, 심지어 조선에도 사용됩니다. 알루미늄은 순수한 형태로도 업계에서 널리 사용됩니다. 이러한 형태로 거울, 음료 및 식품 캔, 주방 용품 또는 일반적으로 알려진 알루미늄 호일과 같은 일상 생활의 다양한 물체의 생산에 사용됩니다. 또한 화학 장비, 전선 및 폭발물 생산에도 사용됩니다. 이 원소를 보크사이트 광석에서 분리하려면 두 단계를 수행해야 합니다. 첫 번째는 광물에서 산화알루미늄을 얻을 수 있는 Bayer 공정입니다. 그런 다음 화합물을 전기분해하여 고순도 알루미늄을 생산합니다.

알루미늄은 무엇으로 만들어졌습니까?

순수한 알루미늄은 부동태화 능력으로 인해 자연적으로 발생하지 않습니다. 이 현상은 공기가 있는 상태에서 금속이 산화되어 표면에 수동 보호층이 생기는 현상입니다. 알루미늄의 경우, 먼저 두께가 수 nm인 산화알루미늄(Al ₂ O ₃ ) 층으로 코팅됩니다. 그런 다음 수분의 영향으로 외부 층은 부분 가수분해를 거쳐 수산화물, 즉 Al(OH) ₃ 를 추가로 형성합니다. 알루미늄은 광석 형태로 자연에서 발견되는 다양한 광물 암석의 일부입니다. 순수한 알루미늄을 생산하기 위해 주로 점토질 보크사이트 광석이 사용됩니다. 그들은 더운 기후에서 알루미노 규산염 암석의 풍화 장소에 가장 자주 나타나며 철 화합물도 포함합니다. 그것들은 규산염과 탄산염의 두 가지 변종으로 나타나는 특징적인 붉은색 또는 갈색을 띠는 암석입니다.

고순도 알루미늄 생산

고순도 알루미늄(99%이상)은 2개의 연속적인 공정의 결과로 산업적으로 얻어집니다. 첫 번째 단계에서는 산화알루미늄이 얻어지고(Bayer 공정), 다음 단계에서는 순수한 알루미늄이 얻어진 덕분에 전해 환원 공정이 수행됩니다(Hall-Héroult 공정). 보크사이트 광석 운송과 관련된 비용 절감으로 인해 대부분의 처리 공장은 광산 근처에 건설됩니다.

바이엘 프로세스

광석 추출 후 첫 번째 단계는 물로 세척하는 것입니다. 이러한 방식으로 대부분의 수용성 불순물이 제거됩니다. 그런 다음 준비된 원료에 CaO 또는 산화 칼슘을 첨가합니다. 다음으로 입자가 300μm 이하의 매우 작은 직경을 가질 때까지 특수 튜브 밀을 사용하여 분쇄됩니다. 원료를 미세하게 분쇄하는 것은 매우 중요한데, 이는 곡물의 비표면적이 충분히 커서 결과적으로 보다 효율적인 추출 과정으로 변환되기 때문입니다. 산화 알루미늄 생산의 다음 단계는 가성 소다 수용액으로 곡물을 용해시키는 것입니다. PCC 그룹에서 수산화나트륨은 막 전기분해에 의해 생산됩니다. 이 방법으로 얻은 제품은 유럽 약전 최신판의 요구 사항을 충족하면서 비정상적으로 높은 품질과 순도를 특징으로 합니다. 제분된 곡물과 수산화나트륨 을 함유한 혼합물은 오토클레이브라고 하는 특수 반응기에서 몇 시간 동안 저장됩니다. 침전 과정에서 반응기 내에는 고압 및 고온이 유지됩니다. 이러한 방식으로 알루민산 나트륨을 얻은 다음 다양한 필터를 사용하여 정제합니다. 다음 단계에서는 정제된 알루민산나트륨 용액이 분해됩니다. 그 결과, 소다 잿물 (가성 소다 수용액)과 높은 순도의 수산화알루미늄 결정이 얻어진다. 결정화에 의해 얻은 침전물을 여과하고 물로 세척한다. 결과적으로 남은 소다 잿물은 가열되어 공정에서 재사용하기 위해 재활용됩니다. 산화알루미늄 생산의 마지막 단계는 소성입니다. 그것은 1000 ^o C 이상의 온도에서 수산화 알루미늄 을 가열하는 것으로 구성되며, 이는 순수한 백색 분말 형태로 얻어지는 Al ₂ O ₃ 로 분해됩니다. 이렇게 제조된 산화알루미늄은 용해로로 이송되어 전해환원과정에서 금속알루미늄을 얻는다.

산화알루미늄의 전기분해

순수한 알루미늄을 얻는 다음 단계는 Hall-Héroult 방법을 사용하여 전기분해 공정을 수행하는 것입니다. 먼저 Bayer 공정에서 얻은 Al ₂ O ₃ 를 빙정석으로 녹인 후 900°C 이하의 온도에서 전기분해한다. 이러한 방식으로 얻은 액체 알루미늄은 전해질에서 분리되고 소위 진공 사이펀을 통해 전해조에서 제거됩니다. 그런 다음 원료는 주조 장치로 보내져 정제 공정이 진행되는 가열로에 투입됩니다. 그것은 최대 순도를 얻기 위해 알루미늄을 정제하는 것으로 구성됩니다. 알루미늄은 두 가지 방법을 사용하여 산업적으로 정제할 수 있습니다. 첫 번째는 알루미늄을 녹이고 이를 통해 염소 를 통과시키는 것으로 구성되어 있어 불순물이 염화물 형태로 결합되어 공정에서 제거됩니다. 두 번째 방법은 알루미늄 – 구리 합금의 전해 환원을 포함합니다. 이러한 방식으로 얻은 최종 생성물은 매우 높은 순도를 특징으로 합니다.

알루미늄 – 미래의 소재

Bayer 공정과 Hall-Héroult 전기분해를 사용하여 보크사이트로부터 순수 알루미늄을 생산하는 방법의 개발은 이 요소의 적용을 확대했습니다. 또한 알루미늄의 높은 강도와 가벼움으로 인해 일부 응용 분야에서는 더 비싼 강철을 대체할 수 있습니다. 또한 기상 조건에 대한 내성 때문에 알루미늄은 창 및 도어 프로파일 생산에 사용됩니다. 또 다른 장점은 반복적으로 재활용할 수 있어 상대적으로 환경 친화적인 소재가 될 수 있다는 것입니다. 요약하면, 알루미늄은 식품, 에너지, 화학, 운송, 건설, 자동차 및 항공우주 산업에서 널리 사용되는 매우 다재다능한 재료입니다. 수많은 장점으로 인해 사용 범위는 아직 끝나지 않았으며 가까운 장래에 알루미늄이 계속해서 인기를 얻게 될 것입니다.