A timföldgyártás folyamata

Az alumíniumgyártás első fő fázisa a tiszta alumíniumoxid, a timföld előállítása. Az előkészített, őrölt, mosott dobkemencében hevítéssel kiszárított bauxitot nátronlúg vizes oldatához adagolják, ahol az alumínium oldódik, nátriumaluminát lúgot képez és oldatban marad. Az oldáshoz legmegfelelőbb hőmérséklet a 180-230 oC. Ilyen magas hőmérsékletet vizes oldatban csak atmoszférikusnál magasabb nyomáson lehet elérni. A feltárás után leválasztják a meddő részt, a vörösiszapot. Az aluminát lúgot hűtik 100 oC-ra, majd szűrik. A kristályosítóban az 50 oC-os túltelített oldatból a csíraképző oltóanyag és a keverés hatására kikristályosodik az alumínium-hidroxid (Al(OH)3). A szilárd fázist szűréssel leválasztják, az oldatot pedig, amely még sok alumínium-hidroxidot tartalmaz, bepárolják és visszavezetik a rendszerbe. Az alumínium-hidroxidból kalcinálás útján lesz alumíniumoxid, más néven timföld, ami egy fehér, finom, porszerű anyag. Ebből állítják elő kohósítással az ún. kohóalumíniumot.

A timföldgyártás folyamata

Alumíniumgyártás

Az alumínium gyártása két lépcsőben történik, először timföldet állítanak elő bauxitból, majd a timföld elektrolízisével gyártják az alumíniumot.
A timföld kohósítása elektrometallurgiai eljárással történik. Az elektrolízis során oldatba viszik az alumíniumoxidot, mivel olvasáspontja nagyon magas 2045 °C (míg a színalumíniumé csak 660 °C), így megolvasztása nem gazdaságos. A timföldet 6-8% olvadt kriolitban ( olvadáspontja 1010 °C) oldják fel, és ezt használják elektrolitnak. Ennél az összetételnél az elektrolit hőmérséklete 950-980 °C. Az elektrolízis során a katódon válik ki az alumínium, amíg az anódon az oxigén. Az elektrolit magas hőmérsékletén az anód környezete igen agresszív, ezért az anód anyagaként grafitot használnak.
A kohóalumínium nem színalumínium. Tisztasága csupán 99%.

Alumínium

Alumíniumgyártás berendezései

Az alumíniumot timföldből állítják elő elektrometallurgiai folyamat során. A metallurgiai folyamat berendezése lényegében egy kád, amelynek alapterülete mintegy 15-60 m2, körülbelül 1-1,5 m mély. Kokszköpeny béleli, ami egyúttal a katód szerepét is betölti. Az elektrolitba szintén kokszból készült anód merül. Az elektrolízis során a felszabaduló oxigén és a szén reakciójaként hő termelődik, így az elektromosenergia-igény csökken, de gondoskodni kell a koksz pótlásáról (1 kg alumínium elektrolíziséhez mintegy 6 kg koksz kell), valamint a keletkező széndioxid (CO2) elvezetéséről. Mivel az alumínium elektrolízise folyamatos üzem, 2-4 óránként pótolni kell a timföldet. Az olvadt alumínium a kád alján gyűlik össze, amit vákuum segítségével egy-két naponta gyűjtenek csapolóüstbe. Időszakosan alumínium-fluoridot (AIF3) adagolnak az elektrolitba.
Az elektrolízis során 1 kg alumínium előállításához mintegy 18 kWh energia szükséges. Az anyagfelhasználás szempontjából irányadó lehet, hogy 4 kg bauxitból mintegy 2 kg timföld állítható elő és ebből kürölbelül 1 kg kohóaluimínium lesz.

Az alumínium finomítása

A kohóalumíniumot az ipari felhasználáshoz finomítani, ill. ötvözni kell. A gyakorlatban akkor beszélünk színalumíniumról, ha a 99,99%-os tisztaságot eléri (négykilences alumínium). Az elektronikában használnak ötkilences tisztaságút is, mivel a vezetőképesség a tisztaság fokozásával nő.
A kohóalumínium finomításának egyik módszere a háromréteges olvadék eletrolízis. Ennek eszköze egy, a timföld elektrolízisénél használatos kádhoz hasonló berendezés, de itt a kád alját képező grafittömb a pozitív anód, amíg a bemerülő grafitrúd a katód. A kádban három olvadékréteg helyezkedik el egymás felett elkülönülten. Legalul képez réteget, mint anódfém a kohóalumínium olvadéka, amelyet rézzel ötvöznek azért, hogy nagyobb legyen a sűrűsége. Felette egy báriumkloridban oldott kriolit és nátriumklorid elektrolit réteg található. Legfelül helyezkedik el az olvadt, finomított alumínium, mint katód.
A még nagyobb tisztaságú (99,999%-os, ötkilences) fémek előállításának egyik leghatékonyabb módszere a zónás átolvasztás. Elve azon alapul, hogy a már szilárd fém kevesebbet tud oldani a szennyezőkből, mint az olvadék. A zónás átolvasztás során a szennyezők egy jó része a szilárd és a folyékony fázis határán átdiffundál a nagyobb oldóképességű folyékony részbe és itt halmozódik fel. A folyamat végén ez az erősen szennyezett rész eltávolítható.

Forgácsolt alumínium termék

Az alumínium felhasználása

Az alumínium felhasználási területei:
Napjainkra az alumínium a legnagyobb ipari jelentőségű könnyűfémmé vált. Az alumínium jól vezeti az elektromosságot és a savakkal szembeni ellenálló képessége is magasfokú. Felületén oxidréteg képződik, ami megakadályozza a korróziót. Szerkezeti anyagként az alumíniumot csak ötvözetek formájában alkalmazzák, míg csomagolóanyagként (fóliák, alumíniumdobozok, konzervdobozok, aszeptikus dobozok) számtalan helyen, formában és mennyiségben fordul elő.

Alumínium termékek

A műszaki tisztaságú alumíniumot (99,99% és 99,999%) a villamos ipar (vezetékek anyaga) és az élelmiszeripar (alumíniumfólia, csomagolás) használja.
Az igen nagy tisztaságú színalumíniumot (99,99999%) olyan speciális területen használják, mint a félvezetők, híradástechnika, űrrakéták gyártása.
Az alumínium ötvözeteit széles körben használják az ipar számos területén. Az ötvözetek hengerléssel, sajtolással, kovácsolással jól alakíthatók és különféle félgyártmányokká (lemez, cső, huzal, profilok) feldolgozhatók. Az alumínium ötvözetekből bonyolult vékonyfalú öntvények készíthetők.

Alufólia

Az alumínium gyártás alapanyaga. A timföldet (alumíniumoxid) bauxitból állítják elő. Fehér, finom porszerű anyag.