Aluminium industrie. Hoe wordt aluminium met een hoge zuiverheid verkregen?

Dit metaal is al meer dan 2000 jaar bekend en kenmerkt zich door een brede technische toepassing. Dus waar kunnen we het voor gebruiken? Aluminium wordt in de industrie voornamelijk in de vorm van legeringen gebruikt, wat de bruikbare eigenschappen verbetert. In een dergelijke vorm wordt het een universeel constructiemateriaal met een zeer veelzijdige toepassing. Onder de aluminiumlegeringen kunnen gietlegeringen en legeringen die worden gebruikt voor het vormen van kunststof worden onderscheiden. Naast aluminium zijn elementen als koper, magnesium, silicium en mangaan in hun samenstelling opgenomen. Aluminiumlegeringen worden onder meer gebruikt in de luchtvaart, chemische industrie, auto-industrie en zelfs in de scheepsbouw. Aluminium wordt veel gebruikt in de industrie, ook in zijn pure vorm. In een dergelijke vorm wordt het gebruikt voor de productie van verschillende voorwerpen voor dagelijks gebruik, zoals spiegels, blikjes voor dranken en voedsel, keukengerei of algemeen bekend aluminiumfolie. Het wordt ook gebruikt voor de productie van chemische apparatuur, elektrische draden en zelfs explosieven. Om dit element te isoleren van bauxieterts, is het noodzakelijk om twee stappen uit te voeren. De eerste hiervan is het Bayer-proces, waarmee aluminiumoxide uit het mineraal kan worden gewonnen. De verbinding wordt vervolgens onderworpen aan elektrolyse, wat resulteert in de productie van aluminium met een hoge zuiverheid.

Waar is aluminium van gemaakt?

Zuiver aluminium komt van nature niet voor in de natuur vanwege het vermogen om te passiveren. Dit fenomeen omvat de oxidatie van metaal in aanwezigheid van lucht, wat resulteert in een passieve beschermende laag op het oppervlak. Bij aluminium wordt het eerst bekleed met een laag aluminiumoxide (Al ₂ O ₃ ) met een dikte van enkele nm. Vervolgens ondergaat de buitenste laag onder invloed van vocht een gedeeltelijke hydrolyse, die bovendien hydroxide vormt, namelijk Al(OH) ₃ . Aluminium maakt deel uit van verschillende minerale gesteenten die in de natuur worden aangetroffen in de vorm van ertsen. Voor de productie van puur aluminium worden voornamelijk kleiachtige bauxietertsen gebruikt. Ze verschijnen meestal op plaatsen van verwering van aluminosilicaatgesteenten in een warm klimaat en bevatten ook ijzerverbindingen. Het zijn gesteenten met een karakteristieke rode of bruine kleur, die in twee varianten voorkomen: silicaat en carbonaat.

Productie van aluminium van hoge zuiverheid

Aluminium met een hoge zuiverheid (meer dan 99%) wordt industrieel verkregen als resultaat van twee opeenvolgende processen. In de eerste wordt aluminiumoxide verkregen (Bayer-proces) en in de volgende fase wordt een elektrolytisch reductieproces uitgevoerd (Hall-Héroult-proces), waardoor zuiver aluminium wordt verkregen. Door de verlaging van de kosten die gepaard gaan met het transport van bauxieterts, worden de meeste verwerkingsfabrieken in de buurt van de mijnen gebouwd.

Het Bayer-proces

De eerste stap na extractie van het erts is het wassen met water. Op deze manier worden de meeste in water oplosbare onzuiverheden verwijderd. Vervolgens wordt CaO, of calciumoxide, toegevoegd aan dergelijke bereide grondstof. Vervolgens wordt het gemalen met behulp van speciale buismolens totdat de korrels een zeer kleine diameter hebben, namelijk minder dan 300 m. Het is uiterst belangrijk om de grondstof fijn te malen, omdat het een voldoende groot specifiek oppervlak aan korrels oplevert, wat zich op zijn beurt vertaalt in een efficiënter extractieproces. De volgende fase in de productie van aluminiumoxide is het oplossen van korrels met een waterige oplossing van natronloog. In de PCC Group wordt natriumhydroxide geproduceerd door membraanelektrolyse. Het op deze manier verkregen product wordt gekenmerkt door een ongewoon hoge kwaliteit en zuiverheid, terwijl het voldoet aan de eisen van de laatste editie van de Europese Farmacopee. Het mengsel met gemalen granen en natriumhydroxide wordt enkele uren bewaard in speciale reactoren, autoclaven genaamd. Tijdens het precipitatieproces worden hoge druk en verhoogde temperatuur in de reactoren gehandhaafd. Op deze manier wordt natriumaluminaat verkregen, dat vervolgens wordt gezuiverd met behulp van verschillende filters. In de volgende stap ontleedt de gezuiverde oplossing van natriumaluminaat. Als resultaat wordt natronloog verkregen (het is een waterige oplossing van natronloog) en kristallen van aluminiumhydroxide met een hoge mate van zuiverheid. Het door kristallisatie verkregen neerslag wordt vervolgens gefiltreerd en gewassen met water. Op zijn beurt wordt de resterende natronloog verwarmd en gerecycled voor hergebruik in het proces. De laatste fase van de productie van aluminiumoxide is calcineren. Het bestaat uit het verhitten van aluminiumhydroxide bij een temperatuur boven 1000 ^o C, wat resulteert in de ontleding ervan tot Al ₂ O ₃ , dat wordt verkregen in de vorm van een zuiver wit poeder. Op deze manier bereid aluminiumoxide wordt naar ovens getransporteerd om metallisch aluminium te verkrijgen in het elektrolytische reductieproces.

Elektrolyse van aluminiumoxide

De volgende stap bij het verkrijgen van zuiver aluminium is het uitvoeren van het elektrolyseproces met behulp van de Hall-Héroult-methode. Ten eerste wordt het Al ₂ O ₃ verkregen in het Bayer-proces gesmolten met kryoliet en vervolgens elektrolyse ondergaan bij een temperatuur die niet hoger is dan 900°C. Het aldus verkregen vloeibare aluminium wordt van het elektrolyt afgescheiden en door middel van zogenaamde vacuümsifons uit de elektrolysebaden verwijderd. De grondstof wordt vervolgens naar een gieterij gestuurd, waar het vervolgens in verwarmde ovens wordt gebracht waarin het raffinageproces plaatsvindt. Het bestaat uit zuiverend aluminium om zijn maximale zuiverheid te verkrijgen. Aluminium kan op twee manieren industrieel worden gezuiverd. De eerste bestaat uit het smelten van aluminium en het erdoorheen leiden van chloor , waardoor onzuiverheden in de vorm van chloriden worden gebonden en uit het proces worden verwijderd. De tweede methode omvat de elektrolytische reductie van aluminium – koperlegering. Het aldus verkregen eindproduct wordt gekenmerkt door een zeer hoge zuiverheid.

Aluminium – het materiaal van de toekomst

De ontwikkeling van een methode voor de productie van puur aluminium uit bauxiet met behulp van het Bayer-proces en Hall-Héroult-elektrolyse heeft de toepassing van dit element uitgebreid. Bovendien kan het, door de combinatie van hoge sterkte en lichtheid van aluminium, in sommige toepassingen duurder staal vervangen. Bovendien wordt aluminium vanwege zijn weerstand tegen weersomstandigheden gebruikt voor de productie van raam- en deurprofielen. Een ander voordeel is de mogelijkheid dat het herhaaldelijk kan worden gerecycled, waardoor het een relatief milieuvriendelijk materiaal is. Samenvattend is aluminium een uiterst veelzijdig materiaal dat veel wordt gebruikt in de voedsel-, energie-, chemie-, transport-, bouw-, auto- en ruimtevaartindustrie. Vanwege de vele voordelen is het toepassingsgebied waarschijnlijk nog niet uitgeput en zal aluminium in de nabije toekomst aan populariteit blijven winnen.