Membuat Aluminium

Usaha Aluminium

Cara Membuat Aluminium

Aluminium unsur logam adalah unsur yang paling berlimpah ketiga dalam kerak bumi, yang terdiri dari 8% dari tanah planet dan batu (oksigen dan silikon membentuk 47% dan 28% masing-masing). Di alam, aluminium hanya ditemukan dalam senyawa kimia dengan unsur lain seperti belerang, silikon, dan oksigen. Murni, aluminium logam dapat diproduksi secara ekonomis hanya dari bijih aluminium oksida.

Aluminium metalik memiliki banyak sifat yang membuatnya berguna dalam berbagai aplikasi. Hal ini ringan, kuat, bukan magnetik, dan tidak beracun. Melakukan panas dan listrik dan mencerminkan panas dan cahaya. Hal ini kuat tapi mudah diterapkan, dan mempertahankan kekuatan di bawah sangat dingin tanpa menjadi rapuh. Permukaan aluminium dengan cepat mengoksidasi untuk membentuk sebuah penghalang tak terlihat terhadap korosi. Selanjutnya, aluminium dapat dengan mudah dan ekonomis didaur ulang menjadi produk baru.
Latar belakang

Senyawa aluminium telah terbukti berguna untuk ribuan tahun. Sekitar 5000 SM , Persia tembikar membuat pembuluh terkuat mereka dari tanah liat yang mengandung oksida aluminium. Mesir Kuno dan Babilonia menggunakan senyawa aluminium dalam pewarna kain, kosmetik, dan obat-obatan. Namun, tidak sampai awal abad kesembilan belas bahwa aluminium diidentifikasi sebagai elemen dan terisolasi sebagai logam murni. Kesulitan penggalian aluminium dari senyawa alami yang disimpan logam langka selama bertahun-tahun; setengah abad setelah penemuannya, masih sebagai langka dan berharga sebagai perak.

Pada tahun 1886, dua ilmuwan 22-tahun secara independen mengembangkan proses peleburan yang membuat produksi massal ekonomis dari aluminium mungkin. Dikenal sebagai proses Hall-Heroult setelah penemunya Amerika dan Perancis, proses tersebut masih metode utama produksi aluminium hari ini. Proses Bayer untuk pemurnian bijih aluminium, yang dikembangkan pada 1888 oleh seorang ahli kimia Austria, juga memberikan kontribusi signifikan terhadap produksi massal ekonomis dari aluminium.

Pada tahun 1884, 125 lb (60 kg) dari aluminium diproduksi di Amerika Serikat, dan dijual sekitar harga satuan yang sama seperti perak. Pada tahun 1995, AS memproduksi tanaman £ 7800000000 (3,6 juta ton) dari aluminium, dan harga perak tujuh puluh lima kali lipat harga aluminium.
Bahan Baku

Senyawa Aluminium terjadi pada semua jenis tanah liat, tetapi bijih yang paling berguna untuk memproduksi aluminium murni adalah bauksit. Bauksit terdiri dari aluminium oksida 45-60%, bersama dengan kotoran berbagai seperti pasir, besi, dan logam lainnya. Meskipun beberapa deposit bauksit adalah hard rock, sebagian besar terdiri dari kotoran relatif lunak yang mudah digali dari open pit tambang. Australia memproduksi lebih dari sepertiga dari pasokan dunia dari bauksit. Dibutuhkan sekitar 4 lb (2 kg) bauksit untuk menghasilkan 1 lb (0,5 kg) dari logam aluminium.

Kaustik soda (sodium hidroksida) digunakan untuk melarutkan senyawa aluminium ditemukan dalam bauksit, memisahkan mereka dari kotoran. Tergantung pada komposisi dari bijih bauksit, jumlah yang relatif kecil dari bahan kimia lain dapat digunakan dalam ekstraksi
Aluminium yang diproduksi dalam dua tahap: proses Bayer pemurnian bijih bauksit untuk memperoleh aluminium oksida, dan proses Hall-Heroult peleburan aluminium oksida untuk melepaskan aluminium murni.

Aluminum is manufactured in two phases: the Bayer process of refining the bauxite ore to obtain aluminum oxide, and the Hall-Heroult process of smelting the aluminum oxide to release pure aluminum.
Aluminium yang diproduksi dalam dua tahap: proses Bayer pemurnian bijih bauksit untuk memperoleh aluminium oksida, dan proses Hall-Heroult peleburan aluminium oksida untuk melepaskan aluminium murni.
dari aluminium. Pati, kapur, dan sodium sulfida adalah beberapa contoh.

Cryolite, suatu senyawa kimia yang terdiri dari natrium, aluminium, dan fluor, digunakan sebagai elektrolit (saat-melakukan menengah) dalam operasi peleburan. Cryolite alami pernah ditambang di Greenland, tetapi senyawa tersebut diproduksi secara sintetik sekarang untuk digunakan dalam produksi dari aluminium. Alumunium fluorida yang ditambahkan untuk menurunkan titik leleh dari solusi elektrolit.

Bahan utama lain yang digunakan dalam operasi peleburan adalah karbon. Elektroda karbon mengirimkan arus listrik melalui elektrolit. Selama operasi peleburan, beberapa karbon dikonsumsi karena menggabungkan dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida. Bahkan, sekitar setengah pon (0,2 kg) karbon digunakan untuk setiap pon (2,2 kg) dari aluminium yang dihasilkan. Beberapa karbon yang digunakan dalam peleburan aluminium adalah produk sampingan dari penyulingan minyak, karbon tambahan diperoleh dari batubara.

Karena peleburan aluminium melibatkan melewati arus listrik melalui elektrolit cair, membutuhkan sejumlah besar energi listrik. Rata-rata, produksi dari 2 lb (1 kg) dari aluminium membutuhkan 15 kilowatt-jam (kWh) energi. Biaya listrik merupakan sekitar sepertiga dari biaya peleburan aluminium.
Manufaktur
Proses

Pembuatan aluminium dilakukan dalam dua tahap: proses Bayer pemurnian bijih bauksit untuk memperoleh aluminium oksida, dan proses Hall-Heroult peleburan aluminium oksida untuk melepaskan aluminium murni.
Bayer proses

* 1 Pertama, bijih bauksit secara mekanik hancur. Kemudian, bijih dihancurkan dicampur dengan soda kaustik dan diproses di pabrik penggilingan untuk menghasilkan bubur (suspensi berair) yang mengandung partikel sangat halus dari bijih.
* 2 bubur ini dipompa ke digester, tangki yang berfungsi seperti pressure cooker. Bubur dipanaskan sampai 230-520 ° F (110-270 ° C) di bawah tekanan dari 50 lb / in 2 (340 kPa). Kondisi ini dipertahankan untuk waktu mulai dari setengah jam untuk beberapa jam. Soda api tambahan dapat ditambahkan untuk memastikan bahwa semua aluminium yang mengandung senyawa dilarutkan.
* 3 Bubur panas, yang sekarang menjadi solusi natrium aluminat, melewati serangkaian tangki flash yang mengurangi tekanan dan kembali panas yang dapat digunakan kembali dalam proses pemurnian.
* 4 bubur dipompa ke dalam tangki pengendapan. Seperti bubur terletak pada tangki ini, kotoran yang tidak akan larut dalam soda kaustik mengendap di bagian bawah kapal. Salah satu produsen membandingkan proses ini untuk menetap pasir halus ke bagian bawah segelas air gula, gula tidak mengendap karena dilarutkan dalam air, seperti aluminium dalam tangki pengendapan tetap terlarut dalam soda kaustik. Residu (disebut “lumpur merah”) yang terakumulasi di dasar tangki terdiri dari pasir halus, oksida besi, oksida dan unsur jejak seperti titanium.
* 5 Setelah kotoran telah diselesaikan di luar, cairan yang tersisa, yang terlihat agak seperti kopi, dipompa melalui serangkaian filter kain. Setiap partikel halus dari kotoran yang tetap dalam larutan terjebak oleh filter. Bahan ini dicuci untuk memulihkan soda kaustik alumina dan yang dapat digunakan kembali.
* 6 Cairan disaring dipompa melalui serangkaian enam lantai setinggi tangki presipitasi. Benih kristal hidrat alumina (alumina terikat pada molekul air) ditambahkan melalui bagian atas tangki masing-masing. Kristal benih tumbuh sebagai mereka menetap melalui alumina cair dan terlarut menempel pada mereka.
* 7 Kristal endapan (mengendap di dasar tangki) dan dihapus. Setelah pencucian, mereka dipindahkan ke kiln untuk kalsinasi (pemanasan untuk melepaskan molekul air yang secara kimiawi terikat pada molekul alumina). Sebuah konveyor sekrup bergerak aliran berkelanjutan dari kristal ke dalam kiln, memutar silinder yang dimiringkan untuk memungkinkan gravitasi untuk memindahkan material melalui itu. Sebuah suhu 2.000 ° F (1.100 ° C) drive dari molekul air, meninggalkan anhidrat (tanpa air) Kristal alumina. Setelah meninggalkan kiln, kristal melewati pendingin.

Proses Hall-Heroult

Peleburan alumina menjadi aluminium metalik terjadi dalam tong baja yang disebut panci reduksi. Bagian bawah panci dilapisi dengan karbon, yang bertindak sebagai satu elektroda (konduktor arus listrik) dari sistem. Elektroda berlawanan terdiri dari satu set batang karbon digantung di atas panci, mereka diturunkan ke dalam larutan elektrolit dan ditahan sekitar 1,5 di (3,8 cm) di atas permukaan aluminium cair yang menumpuk di lantai pot. Pot Pengurangan tersebut diatur dalam baris (potlines) yang terdiri dari 50-200 pot yang dihubungkan secara seri untuk membentuk sebuah sirkuit listrik. Setiap potline dapat menghasilkan 66,000-110,000 ton (60,000-100,000 ton) dari aluminium per tahun. Sebuah pabrik peleburan khas terdiri dari dua atau tiga potlines.

* 8 Di dalam panci pengurangan, kristal alumina dilarutkan dalam cryolite cair pada suhu 1,760-1,780 ° F (960-970 ° C) untuk membentuk suatu larutan elektrolit yang akan menghantarkan listrik dari batang karbon untuk tempat tidur berlapis karbon dari pot. Sebuah arus searah (4-6 volt dan ampere 100,000-230,000) dilewatkan melalui solusi. Reaksi yang dihasilkan memecah ikatan antara aluminium dan atom oksigen dalam molekul alumina. Oksigen yang dilepaskan tertarik ke batang karbon, di mana ia membentuk karbon dioksida. Atom-atom aluminium dibebaskan mengendap di dasar panci sebagai logam cair.

Proses peleburan merupakan salah terus menerus, dengan alumina lebih yang ditambahkan ke dalam larutan cryolite untuk menggantikan senyawa membusuk. Sebuah arus listrik yang konstan dipertahankan. Panas yang dihasilkan oleh aliran listrik pada elektroda bawah terus isi panci dalam keadaan cair, tapi kerak cenderung untuk membentuk di atas elektrolit cair. Secara berkala, kerak rusak untuk memungkinkan lebih alumina yang akan ditambahkan untuk diproses. Aluminium cair murni terakumulasi di bagian bawah panci dan tersedot. Panci dioperasikan 24 jam sehari, tujuh hari seminggu.
* 9 wadah A bergerak turun potline, mengumpulkan £ 9.000 (4.000 kg) dari aluminium cair, yang merupakan 99,8% murni. Logam ditransfer ke holding furnace dan kemudian dilemparkan (dituangkan ke dalam cetakan) sebagai ingot. Salah satu teknik yang umum adalah untuk menuangkan aluminium cair ke dalam cetakan, panjang horisontal. Sebagai logam bergerak melalui cetakan, eksterior didinginkan dengan air, menyebabkan aluminium untuk memperkuat. Poros padat muncul dari ujung cetakan, di mana ia digergaji pada interval yang tepat untuk membentuk ingot dari panjang yang diinginkan. Seperti proses peleburan sendiri, proses pengecoran juga terus menerus.

Produk samping / Limbah

Alumina, substansi menengah yang diproduksi oleh proses Bayer dan yang merupakan bahan baku untuk proses Hall-Heroult, juga merupakan produk akhir yang bermanfaat. Ini adalah zat, putih tepung dengan konsistensi yang berkisar dari yang dari bedak dengan gula pasir. Hal ini dapat digunakan dalam berbagai produk seperti deterjen, pasta gigi, dan bola lampu neon. Ini adalah unsur penting dalam bahan keramik, misalnya, digunakan untuk membuat gigi palsu, busi, dan kaca depan keramik yang jelas untuk pesawat terbang militer. Suatu senyawa polishing efektif, digunakan untuk menyelesaikan hard drive komputer, antara produk lainnya. Sifat kimianya membuatnya efektif dalam aplikasi lain, termasuk catalytic converter dan bahan peledak. Hal ini bahkan digunakan dalam bahan bakar roket-400, 000 lb (180.000 kg) dikonsumsi dalam setiap peluncuran pesawat ruang angkasa. Sekitar 10% dari alumina yang dihasilkan setiap tahun digunakan untuk aplikasi selain membuat aluminium.

Produk limbah terbesar yang dihasilkan dalam pemurnian bauksit adalah tailing (sampah bijih) yang disebut “lumpur merah.” Sebuah kilang menghasilkan sekitar jumlah yang sama lumpur merah seperti halnya alumina (dalam hal berat kering). Ini berisi beberapa zat yang berguna, seperti besi, titanium, soda, dan alumina, tapi belum ada yang mampu mengembangkan proses ekonomis untuk memulihkan mereka. Selain sejumlah kecil lumpur merah yang digunakan secara komersial untuk batu mewarnai, ini benar-benar produk limbah. Kilang paling hanya mengumpulkan lumpur merah di sebuah kolam terbuka yang memungkinkan beberapa kelembaban menguap, ketika lumpur telah kering untuk konsistensi yang cukup padat, yang mungkin membutuhkan beberapa tahun, itu ditutupi dengan kotoran atau dicampur dengan tanah.

Beberapa jenis produk limbah yang dihasilkan oleh dekomposisi elektroda karbon selama operasi peleburan. Aluminium tanaman di Amerika Serikat membuat sejumlah besar gas rumah kaca, menghasilkan sekitar 5,5 juta ton (5 juta ton) karbon dioksida dan 3.300 ton (3.000 ton) dari perfluorokarbon (senyawa karbon dan fluorin) setiap tahun.

Sekitar 120.000 ton (110.000 ton) dari menghabiskan (SPL) bahan potlining dikeluarkan dari pot aluminium pengurangan setiap tahun. Ditetapkan sebagai bahan berbahaya oleh Badan Perlindungan Lingkungan (EPA), SPL telah menimbulkan masalah pembuangan yang signifikan bagi industri. Pada tahun 1996, yang pertama dalam serangkaian direncanakan tanaman daur ulang dibuka, tanaman ini mengubah SPL menjadi frit kaca, produk setengah jadi dari mana kaca dan keramik dapat diproduksi. Pada akhirnya, SPL daur ulang muncul dalam produk seperti ubin keramik, serat kaca, dan butiran aspal sirap.
Masa Depan

Hampir semua produsen aluminium di Amerika Serikat adalah anggota dari Aluminium Industri Kemitraan Sukarela (VAIP), sebuah organisasi yang bekerja sama dengan EPA untuk mencari solusi untuk masalah polusi yang dihadapi industri. Fokus utama penelitian adalah usaha untuk mengembangkan bahan (kimia tidak aktif) elektroda inert untuk pot pengurangan aluminium. Senyawa titanium diboride-grafit menunjukkan janji signifikan. Diantara manfaat diharapkan datang ketika teknologi baru ini disempurnakan adalah eliminasi dari emisi gas rumah kaca dan pengurangan 25% dalam penggunaan energi selama operasi peleburan.
Dimana untuk Mempelajari Lebih Banyak
Buku-buku

Altenpohl, Dietrich. Aluminium Dilihat dari dalam: Sebuah Pengantar ke dalam Metalurgi dari Aluminium Pabrikasi (terjemahan bahasa Inggris). Dusseldorf: Aluminium-Verlag, 1982.

Russell, Allen S. “Aluminium.” McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology. New York: McGraw-Hill, 1997.
Periodicals

Thompson, James V. “Alumina: Sederhana Kimia-Kompleks Tanaman.” Mesin & Mining Journal (1 Pebruari 1995): 42 dst.
Lain

Alcoa Aluminium. http://www.alcoa.com/ (Maret 1999).

Reynolds Metals Perusahaan. http://www.reynoldswrap.com/gbu/bauxitealumina/ (April 1999).

Tags

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s