1. روند استخراج و پردازش آلومینیوم چیست؟
①هضم بوکسیت و استخراج آلومینا
فرآیند بایر شامل هضم سنگ معدن باوکسیت خرد شده در هیدروکسید سدیم (NaOH) در شرایط درجه حرارت بالا (280-350 درجه) است و اکسیدهای آلومینیوم را در محلول آلومینات سدیم حل می کند در حالی که ناخالصی هایی مانند سیلیس و اکسیدهای آهن را به عنوان باقیمانده نامحلول ("گل قرمز") 48.
②جداسازی و تثبیت گل قرمز
این دوغاب برای جدا کردن محلول آلومینات سدیم از گل قرمز ، که حاوی فلزات سنگین خطرناک است ، فیلتر می شود و برای کاهش قلیایی 8 به ذخیره یا تثبیت ایمن از طریق کربناسیون نیاز دارد.
③بارش هیدروکسید آلومینیوم
محلول روشن شده با کریستال های هیدروکسید آلومینیوم (AL (OH) ₃) خنک و بذر می شود و باعث می شود که خالص AL (OH) رسوب کند ، که سپس در 1000 ~ درجه برای تولید آلومینای بی آب (Al₂o₃) برای الکترولیز 8 محاسبه می شود.
④کاهش الکترولیتی (فرآیند هال-هرولت)
آلومینا در کرایولیت مذاب (Na₃alf₆) حل می شود و در 950 درجه با استفاده از آند کربن الکترولیز می شود. این باعث می شود یونهای Al³⁺ به آلومینیوم مذاب در کاتد کاهش یابد ، در حالی که اکسیژن با آندها واکنش نشان می دهد تا CO₂36 را تشکیل دهد.
⑤بازیافت محصول جانبی و استفاده از زباله
خاکستر آلومینیوم\/dross از ذوب در آسیاب های توپ برای بازیابی فلز باقیمانده 2 پردازش می شود ، در حالی که گل قرمز برای مصالح ساختمانی (به عنوان مثال ، سیمان) یا استخراج نادر زمین بازسازی می شود و باعث کاهش وابستگی دفن زباله می شود.
2. چگونه فرآیند الکترولیز هال-هرولت آلومینا را به آلومینیوم تبدیل می کند و چالش های اصلی انرژی و زیست محیطی چیست؟
intolution از آلومینا و مکانیسم الکترولیز
آلومینا (al₂o₃) در کرایولیت مذاب (Na₃alf₆) در 950 درجه پوند حل می شود و نقطه ذوب آن را پایین می آورد. آنگاههای کربن و کاتدهای در الکترولیت غوطه ور می شوند. هنگامی که جریان مستقیم اعمال می شود ، یون های Al³⁺ به کاتد مهاجرت می کنند ، جایی که آنها به آلومینیوم مذاب (AL) کاهش می یابد ، در حالی که اکسیژن با آنده های کربن واکنش نشان می دهد تا CO₂ تشکیل شود.
واکنش کلیدی:
2al2o 3+3 c → 4al {4}}} co22al2 o3 +3 c → 4al +3 co2
چالش: مصرف مداوم آند کربن باعث تولید گازهای گلخانه ای قابل توجهی (5.5 تن Co₂ در هر تن آلومینیوم) می شود) [^1] [^4].
②شدت انرژی زیاد
این فرایند به 13-15 کیلو وات ساعت برق در هر کیلوگرم آلومینیوم نیاز دارد و 30-40 ٪ از هزینه های تولید را تشکیل می دهد. ذوب آهن ها اغلب به زغال سنگ یا قدرت مبتنی بر سوخت فسیلی متکی هستند و ردپای کربن آن را تقویت می کنند.
چالش: تقاضای انرژی به انتشار گازهای گلخانه ای جهانی (1 ٪ از کل Co₂ انسان شناسی) کمک می کند [^2] [^5].
③انتشار پرفلوروکربن (PFC)
غلظت آلومینا کم باعث "اثرات آند" می شود ، جایی که سنبله های ولتاژ ، PFC (CF₄ و C₂F₆) را آزاد می کنند ، که دارای پتانسیل های گرمایش جهانی 6،500-9،200 × بالاتر از Co₂ هستند.
چالش: PFCs 50 ٪ پوند از انتشار گازهای گلخانه ای مستقیم بخش ذوب [^3] [^6] را تشکیل می دهد.
④زباله های گلدان (SPL) خرج شده
پس از 5-7 سال ، سلولهای الکترولیتی با روکش کربن به SPL خطرناک ، حاوی سیانیدها ، فلورایدها و فلزات سنگین تخریب می شوند. دفع نادرست باعث آلودگی خاک و آب می شود.
چالش: زباله های SPL جهانی بیش از 700 ، {1} tons سالانه ، نیاز به سم زدایی پرهزینه [^5] [^7].
⑤انتشار فلوراید و ایمنی کارگر
فلورایدهای فرار (به عنوان مثال ، HF) به عنوان گازها فرار می کنند و خطرات تنفسی را برای کارگران و کمک به باران اسیدی ایجاد می کنند. سیستم های شستشو 95 ٪ از انتشار گازهای گلخانه ای را ضبط می کنند ، اما نسخه های باقیمانده همچنان ادامه دارد.
3. آنهای کرایولیت و کربن در ذوب آلومینیوم چه نقش دارند و چگونه ذوب های مدرن محدودیت های خود را برطرف می کنند؟
نقش های کرایولیت و آند کربن در ذوب آلومینیوم و راه حل های مدرن
①کرایولیت به عنوان تسهیل کننده الکترولیت
نقش: کرایولیت (na₃alf₆) نقطه ذوب آلومینا (al₂o₃) را از 2072 درجه به درجه 950 درجه کاهش می دهد و باعث می شود الکترولیز با کارآیی انرژی در حالی که آلومینا را حل می کند ، برای آزاد کردن یون های آلومین برای کاهش 37.
محدودیت پرداخته: ذوب های مدرن نسبت های کرایولیت-آلومینا را بهینه می کنند و مواد افزودنی مانند LIF را برای تقویت هدایت و کاهش مصرف انرژی معرفی می کنند.
②آندهای کربن در واکنشهای الکتروشیمیایی
نقش: آنگاههای کربن اکسیداسیون را تسهیل می کنند ، جایی که یونهای اکسیژن با کربن واکنش نشان می دهند تا Co₂ را تشکیل دهند ، و مدار را برای تولید آلومینیوم مهم می کند.
محدودیت پرداخته: آنهایی بی اثر (به عنوان مثال ، Sno₂-Sb₂o₃-Cuo) جایگزین کربن مصرفی ، از بین بردن انتشار CO₂ و هزینه های جایگزینی آند 28.
③انتشار فلوراید و کنترل آلودگی
نقش: کرایولیت در طول الکترولیز ، فلورایدهای فرار (به عنوان مثال ، HF) را منتشر می کند ، خطرات بهداشت کارگران و HARM47 را به نمایش می گذارد.
محدودیت پرداخته: Advanced gas scrubbing systems and closed-loop fluoride recovery processes reduce emissions by >95%58.
④اثرات آند و کاهش PFC
نقش: غلظت آلومینای پایین باعث ایجاد اثرات آندایی ، تولید پرفلوروکربن ها (PFC) با پتانسیل گرم شدن کره زمین شدید 46 می شود.
محدودیت پرداخته: سیستم های تغذیه خودکار آلومینا و نظارت بر زمان واقعی از اثرات آند جلوگیری می کنند ، کاهش انتشار PFC با 80 ٪ 48 پوند.
⑤تخریب آند کربن و زباله
نقش: آنگه های کربن و پوشش های گلدان حاوی سیانیدهای سمی و فلورایدها هستند که به مدیریت پسماندهای خطرناک نیاز دارند.
محدودیت پرداخته: بازیافت کربن صرف شده در مواد افزودنی سیمان یا گرافیت مصنوعی باعث کاهش وابستگی دفن زباله می شود.
4- چرا گل سرخ (باقیمانده بوکسیت) یک نگرانی بزرگ زیست محیطی است و چه روشهای نوآورانه ای برای بازگرداندن آن به طور پایدار تدوین می شود؟
①قلیایی بالا و شستشوی فلزات سنگین
گل سرخ به دلیل هیدروکسید سدیم باقیمانده از فرآیند بایر ، قلیایی شدید (pH 10-13) را نشان می دهد ، که می تواند خاک و آبهای زیرزمینی را از طریق شستشوی 12 آلوده کند. فلزات سنگین مانند کروم و وانادیوم باعث افزایش خطر سمیت 4 می شوند.
نوآوری: تکنیک های خنثی سازی زیستی از میکروب های تولید کننده اسید یا کربناسیون Co₂ برای کاهش pH به سطح خنثی استفاده می کنند و باعث می شوند دفن زباله ایمن تر یا استفاده مجدد از آن استفاده کنند.
②انباشت انبوه و استفاده از زمین
در سطح جهان ، بیش از 1.5 میلیارد تن گل سرخ سالانه انباشته می شود و به دفن زباله های گسترده نیاز دارد که اکوسیستم ها را جابجا می کند و هزینه های بالایی را متحمل می شود.
نوآوری: ترکیب گل قرمز (حداکثر 70 ٪) در آجر یا مخلوط سیمان ، اعتماد به مواد باکره را در حالی که مطابق با استانداردهای قدرت ساختاری 46 است ، کاهش می دهد.
③انتشار ذرات ریز و آلودگی هوا
با اندازه ذرات {{{0}. 088-0.25 میلی متر ، گل قرمز خشک به راحتی هوا می شود و گرد و غبار قلیایی را آزاد می کند که به سلامت تنفسی و پوشش گیاهی آسیب می رساند.
نوآوری: تثبیت از طریق ژئوپلیمریزاسیون یا کپسوله سازی سیمان سولفوآلومینات کلسیم ، تولید گرد و غبار را به حداقل می رساند و دوام مواد را تقویت می کند.
④عناصر خاکی نادر بی استفاده (Rees)
گل قرمز حاوی 0. 5-1.5 ٪ REE ، از جمله اسکاندیم و yttrium ، که اغلب در دفع معمولی هدر می روند.
نوآوری: شستشوی هیدرومتالورژیکی با اسیدهای آلی یا قارچ ها (به عنوان مثال ،پنی سیلیم) به صورت انتخابی Rees را استخراج می کند و اکسیدهای با خلوص بالا را برای الکترونیک و تجدید پذیر 57 به دست می آورد.
⑥خنثی سازی و دفع انرژی فشرده انرژی
درمانهای سنتی مانند خنثی سازی آب دریا یا رقیق سیلیس پرهزینه و تقاضای انرژی است.
5- بازیافت آلومینیوم چگونه از نظر بهره وری انرژی با تولید اولیه مقایسه می شود و چه پیشرفت های فناوری در حال بهبود پردازش قراضه است؟
①مقایسه بهره وری انرژی
بازیافت آلومینیوم فقط مصرف می کند3-5 ٪ از انرژی مورد نیاز برای تولید اولیه از طریق فرآیند هال-هرولت ، که به الکترولیز و برق مشتق از سوخت 2 متکی است. این اختلاف واضح ناشی از از بین بردن مراحل فشرده انرژی مانند پالایش آلومینا و الکترولیز 23 است.
②کاهش انتشار گازهای گلخانه ای
تولید 1 تن آلومینیوم بازیافت شده~ 0. 8 تن انتشار CO₂ در مقایسه با آلومینیوم اولیه ، که تولید می کند12-16.5 تن انتشار معادل CO₂ در هر تن به دلیل الکترولیز سوخت فسیلی و پالایش 23.
③صرفه جویی در آب و زباله
بازیافت باعث کاهش مصرف آب توسط>10 تن در هر تن آلومینیوم و تولید زباله های جامد ، مانند گل سرخ و گلدان های گلدان خرج شده ، که محصولات جانبی اصلی تولید اولیه 23 هستند ، به حداقل می رساند.
④مرتب سازی و تصفیه قراضه پیشرفته
کارخانه های ذوب شده مدرن مستقر هستندسیستم های مرتب سازی نوری AI محور برای جدا کردن آلیاژهای آلومینیوم به طور کارآمد ، در حالی کهطیف سنجی خرابی ناشی از لیزر (LIBS) آلاینده هایی مانند پلاستیک یا پوشش 4 را شناسایی و از بین می برد. درمان های شیمیایی (به عنوان مثال ، شستشوی قلیایی) ضایعات را با حل ناخالصی های 4 پاک می کند.
⑤نوآوری های بازیافت حلقه بسته
سیستم های یکپارچه اکنون بهبود می یابند>95 ٪ آلومینیوم از محصولات پایان زندگی مانند قوطی های نوشیدنی. به عنوان مثال ، جابجایی قراضه به فیلم های نازک یا شمش باعث کاهش اعتماد به مواد باکره و تراز کردن با اهداف اقتصاد دایره ای می شود.
