Comment l'aluminium est fait - la matière, la fabrication, la fabrication, utilisé, le traitement, l'aluminium, la composition,
L'élément aluminium métallique est le troisième élément le plus abondant dans la terre # x0027; s croûte, comprenant 8% de la planète # x0027; de sol et des roches (l'oxygène et le silicium représentent 47% et 28%, respectivement). Dans la nature, l'aluminium ne se trouve que dans les composés chimiques avec d'autres éléments tels que le soufre, le silicium et l'oxygène. L'aluminium pur, métallique peut être économiquement réalisée uniquement à partir de minerai d'oxyde d'aluminium.
aluminium métallique possède de nombreuses propriétés qui le rendent utile dans une large gamme d'applications. Il est léger, solide, amagnétique et non toxique. Il conduit la chaleur et de l'électricité et reflète la chaleur et la lumière. Il est fort, mais facile à travailler, et il conserve sa force dans le froid extrême sans devenir cassant. La surface de l'aluminium oxyde rapidement pour former une barrière invisible à la corrosion. De plus, l'aluminium peut facilement et économiquement être recyclés en nouveaux produits.
Contexte
Les composés d'aluminium se sont révélés utiles pour des milliers d'années. Vers 5000 av . céramistes persans ont fait leurs navires les plus forts de l'argile contenant de l'oxyde d'aluminium. Anciens égyptiens et babyloniens utiliser des composés d'aluminium dans les teintures pour textiles, les cosmétiques et les médicaments. Cependant, il a fallu attendre le début du XIXe siècle que l'aluminium a été identifié comme un élément isolé et en tant que métal pur. La difficulté d'extraction de l'aluminium à partir de ses composés naturels maintenu le métal rare depuis de nombreuses années; un demi-siècle après sa découverte, il était toujours aussi rare et précieux que l'argent.
Matières premières
Les composés d'aluminium se produisent dans tous les types d'argile, mais le minerai qui est le plus utile pour la production d'aluminium pur est la bauxite. Bauxite est constitué d'oxyde de 45 à 60% d'aluminium, ainsi que des diverses impuretés telles que du sable, du fer et d'autres métaux. Bien que certains gisements de bauxite sont roches dures, la plupart se composent de la saleté relativement molle qui est facilement creusé des mines à ciel ouvert. L'Australie produit plus d'un tiers du monde # x0027; s approvisionnement en bauxite. Il faut environ 4 livres (2 kg) de bauxite pour produire 1 lb (0,5 kg) de métal d'aluminium.
L'aluminium est fabriqué en deux phases: le procédé Bayer de raffinage du minerai de bauxite pour obtenir de l'oxyde d'aluminium, et le procédé Hall-Héroult de fusion de l'oxyde d'aluminium pour libérer l'aluminium pur.
de l'aluminium. L'amidon, la chaux et le sulfure de sodium sont quelques exemples.
Cryolite, un composé chimique composé de sodium, d'aluminium et de fluor, est utilisé comme l'électrolyte (milieu conducteur de courant) dans l'opération de fusion. d'origine naturelle cryolithe était autrefois exploité au Groenland, mais le composé est maintenant produit synthétiquement pour une utilisation dans la production d'aluminium. Le fluorure d'aluminium est ajouté pour abaisser le point de fusion de la solution d'électrolyte.
L'autre ingrédient principal utilisé dans l'opération de fusion est le carbone. Les électrodes de carbone transmettent le courant électrique à travers l'électrolyte. Lors de l'opération de fusion, une partie du carbone est consommé comme il se combine avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone. En fait, environ une demi-livre (0,2 kg) de carbone est utilisé pour chaque livre (2,2 kg) d'aluminium produit. Une partie du carbone utilisé dans la production d'aluminium est un sous-produit du raffinage du pétrole; carbone supplémentaire est obtenu à partir du charbon.
Parce que la fusion de l'aluminium consiste à faire passer un courant électrique à travers un électrolyte en fusion, il nécessite de grandes quantités d'énergie électrique. En moyenne, la production de 2 lb (1 kg) de l'aluminium nécessite 15 kilowatts-heures (kWh) d'énergie. Le coût de l'électricité représente environ un tiers du coût de l'aluminium de fusion.
la fabrication
Processus
la fabrication de l'aluminium est réalisée en deux phases: le procédé Bayer de raffinage du minerai de bauxite pour obtenir de l'oxyde d'aluminium, et le procédé Hall-Héroult de fusion de l'oxyde d'aluminium pour libérer l'aluminium pur.
Le procédé Bayer
Le procédé Hall-Héroult
- 8 Dans le pot de réduction, des cristaux d'alumine sont dissous dans de la cryolithe fondue à une température de 1,760-1,780 # XB0; F (960-970 # XB0; C) pour former une solution d'électrolyte qui conduisent l'électricité à partir des tiges de carbone dans le lit garni de carbone du pot. Un courant continu (4-6 volts et ampères 100,000-230,000) est passé à travers la solution. La réaction résultante rompt les liaisons entre les atomes d'aluminium et d'oxygène dans les molécules d'alumine. L'oxygène qui est libéré est attiré par les tiges de carbone, où il forme le dioxyde de carbone. Les atomes d'aluminium libérés se déposent au fond du pot en tant que métal en fusion.
Sous-produits / déchets
L'avenir
La quasi-totalité des producteurs d'aluminium aux États-Unis sont membres du Partenariat industriel en aluminium volontaire (VAIP), une organisation qui travaille en étroite collaboration avec l'EPA pour trouver des solutions aux problèmes de pollution auxquels sont confrontés l'industrie. Un des principaux objectifs de la recherche est le but de développer un matériau d'électrode inerte (chimiquement inactif) pour des pots de réduction de l'aluminium. Un composé de titane diborure-graphite montre prometteur. Parmi les avantages attendus à venir lorsque cette nouvelle technologie perfectionnée sont l'élimination des émissions de gaz à effet de serre et une réduction de 25% dans la consommation d'énergie lors de l'opération de fusion.
Où En savoir plus
Altenpohl, Dietrich. Aluminium Vu de l'intérieur: Une introduction dans la métallurgie de fabrication d'aluminium (traduction anglaise). Düsseldorf: Aluminium-Verlag, 1982.