Timföldgyártás

1. Timföldgyártás

2. Nyersanyagok • Nyersanyag: bauxit – agyagásványok, kaolin, nefelin • Bauxitásványok: • hidrargillit (gibbsit): γ-Al(OH)3 • böhmitγ-AlO(OH) NaOH old. • diaszpor: α-AlO(OH)· H2O • + szennyezések: SiO2, Fe2O3, TiO2 / Ca, Mg, Mn, Zn, Ga, In, szerves anyagok • Bauxit minősítése: • Modulus(hányados): • M = 25 – 30: igen jó minőség • Mmin= 10 • Al2O3-tartalom • Legalább 40%

3. A Bayer-eljárás szerinti timföldgyári technológia elvi vázlata

4. Timföldgyártás • Bayer-eljárás: lényege az érc alumínium-oxid- tartalmának kioldása, miközben egyéb alkotórészei változatlanok maradnak. • Előkészítés • durva aprítás • pörkölés (3-400 °C, szerves anyag roncsolás) • őrlés (száraz, nedves) → 0,05 – 0,15 mm • Feltárás • Feltáró oldat: 30%-os NaOH, ~ 10% Al(OH)3 tartalom Al2O3 ∙ 3H2O +2NaOH2NaAlO2 + 4H2O SiO2 Na2O ∙ Al2O3 ∙2SiO2 oldhatatlan (opál!) TiO2 NaHTiO3 oldhatatlan • t: 160- 180 °C, p: 5-10 bar, berendezés autokláv(sor) • Termék: 30% NaAlO2 oldat, + vörösiszap (szuszpenzió)

5. Timföldgyártás • Vörösiszap elválasztása • Az aluminátlúghígitása • Ülepítés (Dorr-féle ülepítő) • Mosás • Termékek: aluminátoldat és vörösiszap (mosás, elhelyezés) • Aluminátlúg kikeverése • NaAlO2 + 2 H2O = Al(OH)3 + NaOH • hígítás (4-5-szörös) • oltókristály adagolás ( ~ 40%) • Szűrés, mosás • Vákuum-dobszűrővel szűrés, majd vizes mosás • Termékek: timföld-hidrát + anyalúg ~ 12% NaOH + 5 % Al(OH)3

6. Timföldgyártás • Izzítás – kalcinálás • A dobszűrőről lekerülő tiszta timföld-hidrátot forgó csőkemencében 1200-1300°C-on izzítják. • Termék: timföld (max. 0.3%Na2O és 0.1% összes kén, néhány század vagy ezred % egyéb szennyeződés) • Lúgbepárlás • Körfolyamati lúgok tisztítása • Bayer-eljárás: 5% SiO2 tartalom felett a bauxit már nem dolgozható fel ezzel az eljárással • A feltárásnál a SiO2nátrium-alumínium-szilikátok formájában a vörösiszapba jut: Al2O3- és NaOH-veszteség

7. Alumíniumgyártás • A timföld (Al2O3) olvadáspontja 2050°C, ezért nem jöhet számításba ömledékének elektrolízise. • Jól elvégezhető az elektrolízis, ha a timföldet megolvasztott kriolitban (Na3AlF6) oldják. • 18.5% timföldet tartalmazó eutektikus elegy 935°C-on olvad meg. A gyakorlatban a timföld koncentrációját 6-10% között tartják, mert ennél több már nagyon lassan oldódik fel. • Ilyen összetétel mellett 950-970°C-ra van szükség a megolvasztáshoz. A megolvadt alumínium a sűrűsége következtében alul helyezkedik el az elektrolizáló kádban.

8. Alumíniumgyártás • Indifferens elektródok között a timföld elektrolízise az alábbi reakció szerint megy végbe: • Al2O3 = 2Al + 1.5O2 • A szénanóddal az oxigén reagál, így CO és CO2 távozik a rendszerből. • Bontási feszültség: Timföld bontási feszültsége:                                                     1.7 V Az elektrolitban fellépő fesz. esés:                                       1.6-1.7 V Feszültségesés a sínekben, csatlakozásoknál…:                     0.8-1.0 V                                                                                        4.1-4.4 V • A bevezetett energia fele fordítódik a felmelegítésre és a megolvasztásra, a berendezés melegen tartására. • 1 t alumínium • 1,9 t timföld, 45-50 kg NaF + AlF3 • 560 kg anódszén, • 16 MWh elektromos energia, 6 munkaóra • Termék: 99,5-99,9% tisztaságú Al

9. Alumíniumgyártás • Az elektolizáló cella szerkezete: • Külső váza rendszerint vasköppeny • Bélése tűzálló téglából készül, amibe szénből és kevés szurokból álló masszát döngölnek. Ez hő hatására tömör szénbéléssé sül össze. Ez a katód, amibe rézrúddal vezetik az áramot. • Az anód, felfüggeszettszénrudakból áll, melyet fokozatosan süllyesztenek a kádba a fogyásnak megfelelően. A cella lehet egy vagy többanódos. • Az anód pótlására. Régebben megszakították az elektrolízist és új anódot függesztettek fel, de ezzel nagyon romlott a művelet hatásfoka. • Södeberg-elektród: a szénanódot a fémköpenybe csúsztatják időnként lefelé, ugyanakkor a köpenybe, az anód tetején friss anódmasszát döngölnek, ami később lefelé haladva a kemence melegének hatására tömören összesül az anóddal.

10. Az elektrolizálócella szerkezete (a) kád vasköpeny; (b) tűzálló téglából épített bélés; (c) szénből készült katód; (d) áramvezetés a katódhoz; (e) az anód alumínium köpenye; (f) anód; (g) az egyhelyben álló köpeny; (h) az anód felfüggesztése; (i) az anódba süllyesztett áramvezető vastüskék; (j) a gázharang az anódgázok levezetésére szolgáló csővel, amihez égő csatlakozik a gázok elégetésére. A kád alján összegyűlt alumíniumot vagy szivornyával, vagy vákuumüst segítségével veszik ki.

11. Vas- és acélgyártás

12. Alapanyagok • Vasérc • Salakképző anyag: • Vasérc -> meddő kőzet -> salak • Többnyire mészkőt vagy dolomitot használnak • Tüzelőanyag: koksz (szén) • Redukálóanyag • Hőt fejleszt • Levegő: • Hőszükséglet biztosítása • Forrószél

14. Nyersvas gyártása

15. Acélgyártás • Lényeg: a nyersvasban ötvöződött széntartalom csökkentése (1,7% alá) • Elégetik a szenet a nyersvasban • Ezután hőkezelik, majd más fémekkel ötvözik

16. Acélgyártás • Az alapanyagokat egy nagyméretű, tűzálló béléssel ellátott „olvasztótégelybe”, a konverterbe adagolják. • A fő betétanyagok, a folyékony nyersvas és a szilárd acélhulladék salakképző és salakfolyósító adalékanyagokkal együtt kerülnek a konverterbe. • A felső nyíláson át, az úgynevezett lándzsán keresztül oxigént fúvatnak be, majd magas hőfokon megtörténik az oxidáló olvasztás, amelynek végterméke a nyersacél. • A fúvatás során a beadagolt nyersanyagok karbontartalmának 99 százaléka kiég, a szilíciumtartalom teljes mértékben oxidálódik a mangán- és foszfortartalom egy részével együtt, és megtörténik a kéntelenítés is.