게시: 2025-02-23 원산지 : 강화 된
주기율표에서 AL으로 상징되는 알루미늄은 지구 크러스트에서 가장 풍부한 금속으로 약 8 중량%를 구성합니다. 고유 한 특성 (조명 중량, 강도 대 강도 대 중량 비율, 탁월한 부식 저항 및 우수한 전기 및 열전도율)의 고유 한 조합은 현대 산업에서 필수 불가능합니다. 항공 우주 공학에서 소비자 전자 제품에 이르기까지 알루미늄은 중요한 역할을합니다. 재료 과학 및 엔지니어링 응용 분야의 발전에 알루미늄을 만드는 과정을 이해하는 것이 필수적입니다. 최근 몇 년 동안, 수요 맞춤형 알루미늄 제품은 급증하여 특정 산업 요구 사항을 충족시키기 위해 생산 기술의 혁신을 유발했습니다.
알루미늄의 생산은 알루미늄의 주요 공급원 인 보크 사이트 광석의 추출로 시작됩니다. 보크 사이트는 일반적으로 실리카, 산화철 및 이산화 티타늄과 혼합 된 높은 알루미나 함량을 함유하는 퇴적암입니다. 주요 보크 사이트 퇴적물은 열대 및 아열대 지역에서 발견되며 호주, 기니 및 브라질은 최고의 생산자이며 전 세계 생산량의 70% 이상을 차지합니다. 추출 공정에는 개방형 채굴이 포함되며, 이는 얕은 퇴적물에 대해 경제적이고 효율적인 것으로 간주됩니다. 중장기는 과부하 (토양과 암석의 층이 광석 오버레이)를 제거하여 아래의 보크 사이트에 접근 할 수 있습니다.
환경 고려 사항은 추출 중에 가장 중요합니다. 광업 회사는 채굴 된 지역을 재건하고 생태계를 복원하며 최소한의 생태 학적 혼란을 보장해야합니다. 광업 기술의 발전으로 인해 자원 효율이 향상되어 폐기물 및 에너지 소비가 줄어 듭니다. 예를 들어, 위성 이미징 및 지질 조사는 광석 퇴적물 매핑을 향상시켜 추출 공정을 최적화합니다.
보크 사이트가 추출되면, 바이어 과정을 겪고 백색 가루 물질 인 알루미나 (알루미늄 산화 알루미늄)로 개선합니다. 1888 년 오스트리아 화학자 Carl Josef Bayer가 개발 한이 과정은 Alumina 생산의 주요 방법으로 남아 있습니다. 관련 단계는 다음과 같습니다.
분쇄 된 보크 사이트는 140 ℃ 내지 240 ℃ 범위의 온도에서 수산화 나트륨 (NAOH)의 뜨거운 농축 용액과 혼합된다. 이러한 조건 하에서, 알루미나는 가성 용액에서 나트륨 알루미 네이트로 용해되는 반면, 산화철 및 실리카와 같은 불순물은 불용성으로 남아있다.
산화철 함량으로 인한 적색 진흙으로 알려진 불용성 불순물은 침전 또는 여과를 통해 나트륨 알루미 네이트 용액으로부터 분리된다. 적색 진흙 처리가 환경 문제를 제기하므로 효율적인 분리는 중요합니다. 폐기물 관리의 발전으로 인해 건식 쌓기와 같은 방법으로 유출 및 오염 위험이 줄어 듭니다.
명확한 나트륨 알루미 네이트 용액을 냉각시키고 알루미나 수화물 결정으로 시딩합니다. 이것은 Alumina 수화물이 용액에서 결정화되는 침전을 유도합니다. 온도 및 농도 조건에 대한 제어는 최적의 수율 및 결정 크기를 보장합니다.
침전 된 알루미나 수화물을 세척하고 최대 1100 ° C의 온도에서 가마로 가열합니다. 이 소환 공정은 물 분자를 제거하여 알루미나 수화물을 무수 알루미나로 변환합니다. 결과 알루미나는 제련 할 준비가 된 미세한 흰색 가루입니다.
알루미늄을 만드는 마지막 단계는 1886 년 Charles Martin Hall과 Paul Héroult가 독립적으로 발견 한 홀 - 헤롤트 공정을 통해 알루미나로 알루미늄 금속으로 전해질 감소하는 것입니다.이 과정은 알루미나를 용융 냉동 라이트 (나트륨 알루미늄 플루오 라이드)에 용해시키는 것이 포함됩니다. 알루미늄을 분리하기위한 전기 분해.
전기 분해 셀 또는 포트에는 캐소드 역할을하는 탄소 (흑연)가 늘어서 있습니다. 탄소 양극은 상기로부터 용융 혼합물에 매달린다. 세포는 약 950 ° C 온도에서 작동하여 냉동 라이트와 알루미나를 용융 상태로 유지합니다.
직류가 세포를 통과하면 전기 화학 반응이 발생합니다.
순 반응은 다음과 같습니다.
2al2O3 + 3C → 4AL + 3CO2
액체 알루미늄은 세포의 바닥에서 수집되며 주기적으로 사이펀이 꺼집니다. 생산 된 알루미늄의 순도는 일반적으로 99.5%에서 99.9% 사이입니다. 특정 응용 분야에서 필요한 더 높은 순도 수준의 경우, 후프 프로세스와 같은 추가 정제 프로세스가 사용됩니다.
냉동 라이트 (na3알프6)는 전해 세포에서 알루미나에 대한 용매 역할을한다. 순수한 알루미나의 용융점은 약 2050 ° C이며, 이는 산업 공정에 비현실적입니다. 용융 cryolite에 알루미나를 용해시킴으로써, 작동 온도는 약 950 ℃로 감소된다. 이것은 에너지를 보존 할뿐만 아니라 세포 물질의 분해를 방지합니다.
천연 냉동 라이트는 드물기 때문에 합성 크라이 콜라이트는 알루미늄 제련에 사용하기 위해 생산됩니다. 알루미늄 불소 및 불화 칼슘과 같은 첨가제는 또한 전기 분해 공정의 효율을 최적화하여 전해질의 융점 및 점도를 조정하는 데 사용됩니다.
알루미늄 생산은 에너지 집약적입니다. Hall – Héroult 공정은 생산 된 알루미늄 킬로그램 당 약 13-15 킬로와트시 (kWh)의 전기를 소비합니다. 에너지 비용은 생산 비용의 상당 부분을 차지합니다. 결과적으로, 알루미늄 제련소는 종종 근처 수력 발전소와 같은 저렴하고 신뢰할 수있는 전기에 접근 할 수있는 지역에 위치하고 있습니다.
기술 발전은 에너지 소비를 줄이고 공정 효율성을 향상시키는 것을 목표로합니다. 혁신에는 탄소 양극을 대체하기위한 불활성 양극의 개발이 포함되어 양극 반응으로부터 이산화탄소 배출을 제거 할 수 있습니다. 또한 최신 제련소는 열 회수 시스템과 고급 제어 기술을 통합하여 운영을 최적화합니다.
알루미늄 생산 공정은 온실 가스 배출, 에너지 소비 및 폐기물 생성을 포함한 환경 적 영향을 미칩니다. 주요 환경 문제에는 다음이 포함됩니다.
전해 공정에서 탄소 양극의 사용은 이산화탄소의 방출로 이어진다. 또한, 지구 온난화 전위가 높은 Perfluorocarbons (PFC)는 양극 효과 중에 전기 분해 세포에서 바람직하지 않은 사건으로 방출 될 수 있습니다. 개선 된 셀 설계 및 작동 절차를 통해 양극 효과를 최소화하려는 노력이 진행 중입니다.
바이어 공정은 부산물로 적색 진흙을 생성하며, 이는 알칼리성과 대량으로 인해 상당한 처분 문제를 제기합니다. 적색 진흙을 관리하기위한 전략에는 건축 자재로 전환하거나 산화철과 같은 귀중한 구성 요소를 추출하거나 토양 치료에 사용하는 것이 포함됩니다. 빨간 진흙 활용에 대한 연구는 지속 가능한 솔루션을 계속 찾고 있습니다.
알루미늄 생산의 에너지 발자국을 줄이는 것이 중요합니다. 수력 발전, 풍력 및 태양 광 발전과 같은 재생 가능한 에너지 원은 제련 작업을 위해 전기를 공급하는 데 점점 더 활용되고 있습니다. 회사는 또한 생산 된 알루미늄 단위당 소비를 낮추기 위해 에너지 효율 측정에 투자하고 있습니다.
혁신은 알루미늄 산업을보다 효율적이고 환경 친화적 인 관행으로 이끌어냅니다. 주목할만한 발전에는 다음이 포함됩니다.
탄소 양극을 도자기 또는 금속 합금과 같은 불활성 물질로 대체하면 양극 반응으로부터 이산화탄소 배출이 제거 될 수 있습니다. 물질적 내구성과 비용에 어려움이 존재하지만이 분야의 진보는 상당한 환경 적 이점을 약속합니다.
사용하기 전에 형성되고 구운 프리 베이크 양극은 작동 중에 세포에서 구운 오래된 Søderberg 양극에 비해 이점을 제공합니다. Prebake Systems는 세포 조건을보다 잘 제어하고 배출량을 줄이며 에너지 효율을 향상시킵니다.
컴퓨터 모델과 실시간 모니터링을 사용하면 제련 프로세스의 제어가 향상됩니다. 예측 알고리즘은 온도, 전압 및 알루미나 공급 속도를 최적화하여 에너지 소비를 줄이고 생산성을 높입니다.
재활용 알루미늄은 보크 사이트에서 1 차 생산에 필요한 에너지의 약 5% 만 필요합니다. 2 차 알루미늄 공정에는 스크랩 알루미늄을 수집하고 불순물을 제거하고 재사용을 위해 다시 만들어냅니다. 재활용의 이점은 다음과 같습니다.
산업은 음료 캔에서 자동차 부품에 이르기까지 다양한 제품에서 재활용 알루미늄을 사용하고 있습니다. 순환 경제에 대한 경향은 지속 가능한 개발에서 재활용의 중요성을 강조합니다.
알루미늄의 다양성은 다양한 부문에서 광범위한 사용으로 이어집니다. 주요 응용 프로그램에는 다음이 포함됩니다.
항공 우주 산업은 강도 대 중량 비율과 부식 저항으로 인해 항공기 구조의 알루미늄 합금에 의존합니다. 고급 합금은 상업용 항공기 및 군용 항공기에 대한 성능 향상을 제공합니다.
자동차 제조업체는 알루미늄을 사용하여 차량 중량을 줄이고 연료 효율을 향상 시키며 배출량을 줄입니다. 엔진 블록, 휠 및 바디 패널과 같은 구성 요소는 알루미늄의 특성을 활용합니다. 의 개발 맞춤형 알루미늄 부품을 사용하면 맞춤형 솔루션이 특정 성능 요구 사항을 충족 할 수 있습니다.
구조에서 알루미늄은 창 프레임, 클래딩, 지붕 및 구조 구성 요소에 사용됩니다. 내구성과 미적 매력은 현대 건축 설계에 선호되는 자료가됩니다.
알루미늄의 우수한 전도도는 전기 변속기 라인 및 구성 요소에 적합합니다. 구리, 특히 고전압 응용 분야에서 가벼운 대안을 제공합니다.
알루미늄 호일과 캔은 빛, 산소 및 수분에 대한 불 투과성으로 인해 음식 및 음료 포장에 널리 사용됩니다. 알루미늄 포장은 또한 지속 가능성 목표와 일치하며 재활용 가능합니다.
알루미늄 산업은 혁신과 연구를 주도하는 과제에 직면 해 있습니다.
에너지 소비를 줄이기위한 지속적인 노력이 필수적입니다. 대체 전해질, 개선 된 셀 설계 및 공정 자동화에 대한 연구는 효율성 이득에 기여합니다.
엄격한 환경 정책은 회사가 배출량과 폐기물을 최소화해야합니다. 규정 준수는 클리너 기술 및 지속 가능한 관행의 채택을 주도합니다.
합금 개발의 발전은 알루미늄의 적용 가능성을 확대합니다. 고강도 및 고온 합금은보다 까다로운 환경에서 사용을 가능하게합니다.
혼합 합금 및 복합 재료를 처리하기위한 재활용 공정 강화는 공급망에서 재활용 알루미늄의 비율을 증가시킵니다. 정렬 및 재 멜팅 기술의 혁신이 중요합니다.
알루미늄을 만드는 것은 화학 및 전해법을 통해 보크 사이트 광석을 다목적 금속으로 변형시키는 복잡한 공정입니다. 추출 및 정제에서 제련 및 재활용에 이르기까지 각 단계를 이해하는 것은 효율성을 향상시키고 환경 영향을 줄이는 데 중요합니다. 혁신에 대한 업계의 초점은 맞춤형 알루미늄 특정 기술 및 엔지니어링 요구에 맞는 솔루션. 운송, 건설 및 소비재와 같은 부문에 의해 구동되는 알루미늄에 대한 전 세계 수요가 계속 증가함에 따라 지속 가능한 관행의 중요성이 더욱 중요 해집니다. 미래의 발전은 생산 방법을 향상시키고 생태 발자국을 줄이며 환경 관리를 점점 더 많이 의식하는 세계에서 알루미늄의 응용을 확장하는 것을 목표로합니다.