Demir Dışı Metaller ve Ekstraktif Metalurji

Transkript

1 KİMYASAL METALURJİ

2 GİRİŞ

3 Demir Dışı Metaller ve Ekstraktif Metalurji ÖNEMLİ METALLER : Al, Cu, Zn, Pb KİMYASAL METALURJİ ANORGANİK KİMYA FİZİKOKİMYA FİZİK PROSES TEKNİKLERİ İŞLETME VE ORGANİZASYON GENEL VE ÜLKE EKONOMİSİ

4 Metal Kaynakları Primer Metal Kaynakları (cevherler) Sekunder Metal Kaynakları (hurdalar)

5 Primer Metal Kaynakları (cevherler) Soy metaller (Au, Ag, Hg ve Cu gibi) doğada ender olarak metalik halde bulunabilir Genellikle metal bileşikleri (mineral) Sülfür, oksit, hidroksit, klor ve silikat (ender) Konsantrasyonlar ve konum çok değişik olabiliyor

6 Cevherin işlenmesi Çıkarmak için teknik imkanlar mevcut mu Ekonomik olur mu Maliyet ne olur Metal talebi hangi seviyede İleride nasıl bir talep trendi olur

7 Yerkabuğunda Bulunan Metaller Element Sıralama Yerkabuğundaki toplam rezerv (16 km derinlik) (%) Al Fe Mg Ti Zn Cu Pb Au

8

9 Cevher Mineral karışımları (Me-minerali + diğer mineraller=gang) İçinde kazanmak istediğimiz metal var. Cevheri (Cu-cevheri, Al-cevheri v.b.) Temelde iki tip cevher var Sülfürlü (S bileşikli me minerali) Oksitli (O bileşikli me minerali)

10 Mineral Tipleri

11

12 Cevherin çıkarılması (Madencilik)

13 Maden işletme Açık ve kapalı Açık işletmede cevher yüzeye yakın Açık işletmelerin yüzeyi çok büyük

14 Kemi Krom Madeni (Finlandiya)

15

16 Chuquicamata Bakır Madeni (Şili) 4x2 km,900 m derinlik, 30 yıl sonra kapalı olacak

17

18 Kapalı işletmelerde Pahalı, teknik olarak zor ve kaza riskli Bu nedenle m deriniğe kadar Yüksek tenörlü cevherler için Tenör = cevherdeki saf metal miktarı (gram/ton veya %) Maden birbirine paralel kazılmış galerilerden oluşur

19 Kapalı Madende Kazıcı

20 2002 Yılı Dünya Cevher Üretimi Hammadde Üretim Miktarı (Milyon Ton) Taş Kömürü 3910 Petrol 3609 Doğal Gaz 2645 (m3) Demir Cevheri 1080 Linyit 882 Boksit Bakır 13.5 Çinko 8.8 Kurşun 2.8 Titan 5.4 Nikel 1.2 Altın 2500 t Altın Eşdeğeri

21 Tabloda da görüldüğü gibi Demir dışı metal miktarları diğerlerine göre daha düşük Bunun nedeni verilen miktarlar saf metal için Cevher tenörü düşük olduğu için Çıkarılan cevher miktarı çok yüksek

22 Cevher Hazırlama

23 Cevherden metal kazanımı Çok ender doğrudan cevherden metal kazanımı mümkün Zira tenör genelde çok düşük Tenör düşük gang yüksek Gang ile birlikte işleme Yüksek maliyet Yüksek me kayıpları Gang ayrılmak zorunda Gang ayırma=zenginleştirme=cevher hazırlama

24 Metal Cevherde (%) Konsantrede (%) Mineral Tipi Teorik Konsantre Oranı (%) Fe 65 - Fe 2 O 3 69 Cu CuFeS 2 34 Al 25 - Al 2 O 3 H 2 O 45 Zn ZnS 67 Pb PbS 87

25 Boksit ve demir cevherleri Temelde zengin Benzer mineral karışımları var Zenginleştirme ekonomik değil

26 Cevher zenginleştirme yöntemleri Kırma-öğütme: Kırıcılar ve öğütücüler Boyuta Göre Ayırma Eleme, siklon, merkezkaç ayırma Konsantre Flotasyon, özgül ağırlığa göre ayırma Su ayrımı Filtre, merkezkaç, süzme

27 Kırma-Öğütme Amaçları Tane boyutu (cevher boyutu) azaltma Boyut dağılımının değiştirilmesi Spesifik (oransal) yüzey alanının değiştirilmesi Farklı mineral tiplerinin serbestliği Cevher hazırlama adımlarına uygunluk (çözümlendirme v.b.) Kırıcılar = Çeneli veya çekiçli

28 Çeneli Kırıcı

29 Kırma Genellikle tana boyutu tasnifi Ayırma ör. Manyetik ayırma Öğütme Çözümlendirme Otoklav çözümlendirme (Al üretimi) Peletleme (demir üretimi) Konsantrasyon Flotasyon (bakır üretimi)

30

31 Flotasyon Köpük veya yüzdürme ayırımı Kimyasal-fiziksel ayırma Prensip Farklı katı, sıvı gaz yüzey gerilimleri

32 Ayrım Pasif tanecikler çöküyor Aktif tanecikler Hava kabarcıklarına yapışıyor Yüzeye çıkıyor Köpük içerisinde kalıyor Bu yolla Ağır metaller, oksit ve sülfürlü bileşikleri ayrılıyor Oksitler, silikatler çöküyor Yüzey özellikleri Öğütme gerekli (1mm altına) Mineral yüzey gerilimini etkileyen kimyasal katkılar ile kontrol edilir Farklı mineral tipleri için farklı kimyasal katkılar kullanılır

33

34

35

36

37 Aglomerasyon

38 Aglomerasyon = Yüzey Küçültme =Topaklama Tane boyutu çok düşük, toplam yüzeyin küçülmesi gerekli Yöntemler Briketleme İnce taneli cevher Bağlayıcı katkı gerekli Kalıba presleme ile topaklama Plastik şekil alma yeteneği kullanılıyor Yüksek sıcaklık kullanılabilir Örnek briket hadde

39 Yumurta Briket Haddesi a) Kömür-zift karışımı (karıştırıcıdan) b) Dağıtıcı hazne c) Besleyici d) Hadde merdaneleri e) Briket kömür

40 Peletleme İnce taneli cevher veya konsantre Bağlayıcı gerekli Yuvarlanma ile topaklama Küre şeklinde pelet oluşumu Cevher tanecikleri ile bağlayıcı arasındaki kapiler kuvvetler Oluşan peletlerin pişirilmesi gerekli Peletleme Makineleri Tepsi Tambur

41 Yeşil pelet üretim süreci Islatma Köprü Oluşumu Kapilar köprüler Yeşil pelet Bağlayıcı Cevher

42

43

44

45 Sinterleme İnce ve kaba tane boyutu beraber Topaklanma kısmi yüzey ergimesi ile Tane boyutu sinter sonrası kırma ile belirleniyor Basınçlı veya emme sinterleme

46 Ateşleme Besleme SO 2 Band uzunluğu Baca Gazı Basınçlı Hava Girişi Sinter Başı Sinter Sonu Gaz Dolaşımlı Basınçlı Sinter Bandı Baca gazlarında SO 2 değişimi

47 Band uzunluğu 21 m Band eni 2 m Ateşleme fırını Fırın kapağı Ateşleme Fanı Baca gazı fanı Gaz temizleme Su soğutma Ana Fan Sinter kavurma

48 Ateşleme fırını Baca yolu Ateşleme katmanı Sinter katmanı Kaba sinter Emme ile ateşleme Basınçlı sinterleme Kurşun konsantreleri için sinter kavurma

49

50 İkincil Metal Kaynakları

51 İkincil metal kaynakları Hammaddeler Metal üretimi sırasında çıkan atıklar Curuf Oksit Tufal Metal işleme sırasında çıkan atıklar Talaş İşleme hurdası Kullanım ömrü sonunda çıkan atıklar Hurda (otomobil, gemi v.b.) Akü, pil

52

53 İkincil metal kaynakları İşletme içi Bileşimi tamamen belli İşletme dışı Parça hurdalar Kompozit hurdalar Ayrım gerekli Kırma (kırıcı, öğütücü, kesici) Ayırma (elek, siklon, merkezkaç, el ile ayırma, manyetik ayırma Temizleme (yıkama, toz arıtma)

54 Çinko Curuf Hurda Bakır Hurda Pil ve Akü Çelik Hurda

55

56

57 Metalurji

58 Amaç metal kazanımı Yöntem Metalurji Hammaddeden metale giden proses ve adımları 1. Cevher (hammadde) hazırlama 2. Saf Metal Kazanımı 1. Cevher için redüksiyon 2. Hurda için ergitme 3. Rafinasyon 4. Şekillendirme Hammadde cevher veya hurda Her ikisi için de metal üretim adımları aynı veya benzer

59 Hammadde (Cevher Çıkarma) Toplama ve Hazırlama Metal Kazanımı (Metalurji) Metal Şekillendirme

60 Metalurji Cevher, hurda, atıklar genel hammadde Metal kazanımı Saflaştırma Şekillendirme Bu anlamda Metalurji 3 e ayrılır 1. Metal kazanımı ve rafinasyon 2. Döküm (ilk şekillendirme) 3. Şekillendirme (katı şekillendirme, ikincil şekillendirme)

61 Metal üretimi (Elektrik ark fırını)

62 Döküm (çelik döküm)

63 Şekillendirme (sıcak haddeleme)

64 Günümüz gelişmeleri Enerji tasarrufu sağlamak Daha düşük elektrik enerjisi Daha düşük miktarda redüktant kullanmak Ayrı proses adımlarını birleştirerek üretmek Ör: rafinasyon ve döküm adımlarını birleştirmek Döküm sırasında argon üflemek Döküm ve şekillendirme adımlarını birleştirmek Döküm Hadde Son ürün boyutlarını hedefleyerek üretmek Thixoforming İnce döküm

65 Yaklaşık 100 yıl önce Metalurji Demir Dışı Metaller Metalurjisi ve Demir Çelik Metalurjisi olarak ayrılmış Aslında böyle bir ayrıma bilimsel olarak gerek yok Ayrım nedenleri Üretim miktarlarındaki Proses adımlarındaki farklılık

66 Metal Kazanım Prosesi Hammadde Hazırlama Redüksiyon ile Metal Kazanımı Rafinasyon ile saflık arttırma

67

68 Metal üretimi sırasında Yan ürünler Oluşur Gazlar Tozlar Curuf Atık Su Çamur gibi

69

70 Bu ürünler Atık (çevre emisyon faktörleri) Aluminyum üretiminde kırmızı çamur Yan ürün SO 2 içeren gazlardan H 2 SO 4 üretimi Curuf yol dolgu malzemesi

71 Metalurji Hidrometalurji Sulu bir ortamda düşük ile orta sıcaklık aralığında Liç (çözümlendirme) Solvent Ekstrasyon Elektroliz Selektif Kristalizasyon Filtrasyon Çöktürme (sedimentasyon) Yoğunluk ayrımı

72 Pirometalurji Sıvı (ergiyik) bir ortam ile C-2000 C ve üzeri sıcaklıklarda Vakum Destilasyon Kalıntıların selektif oksidasyonu Selektif kristalizasyon Selektif oksidasyon Segregasyon Fiziksel ayrım (filtrasyon, merkezkaç) Gaz giderme

73

74 Pirometalurji Curuflar Sıvı halde (Ergitilmiş) Oksit karışımları Büyük oranda silikatlar Halojenler Fosfat Sülfür veya sülfat Bor bileşikleri Sıvı halde yoğunluğu 3-4 g/cm 3 Önemli özelliklerinden viskosite (akışkanlık) Elektrik iletkenliği (10-4 m/ mm 2 ) Görevleri Metal gang ayırımı Metalden istenmeyen elementleri ayırmak (S, P, As v.b.) Metal yüzeyini örtmek Gaz çözünmesini engellemek İzolasyon

75 ALÜMİNYUM

76 Alüminyum %8 yer kabuğunda en fazla rastlanan 3. element Demir Çelik Malzemelerinden sonra en fazla kullanılan Metal Dünya üretimi 1998 de 22,7 Milyon ton

77 İlk kez Alüminyum Saf Me. Wöhler 1827 de saf olarak üretmiş 1825 de ise Örsted düşük saflıkta üretmiş (ilk Al) 1854 de ise Deville kg. civarında üretmiş, 1855 Dünya fuarında sergilenmiş 1886 da Alüminyum Elektrolizi Amerika lı Hall ve Fransız Herolt eş zamanlı olarak geliştirmiş. Bu yüzden günümüzde Hall- Heroult işlemi olarak bilinir

78 1888 de Bayer yöntemi geliştirilmiş Bu şekilde kitle üretimi mümkün olmuş 1885 de 200 t. dan başlayarak 1930 a t. a ve 2003 itibarı ile 28 Milyon ton a çıkmıştır.

79 Alüminyum Oksijene çok afin bir element Buna rağmen korozif ortamlara çok dayanıklı Korozyona karşı direnci Birkaç molekül kalınlığında Sert ve sık örgülü Saydam oksit tabakası Saniyenin 1/10 kadar zamanda oluşuyor ve yavaş büyüyor Ayrıca bu oksit elektrokimyasal olarak da oluşturulabilir (eloksal kaplama yöntemi) İnsan Sağlığına etkisi yok.

80 Alüminyum fiziksel özellikler Koordinasyon Sayısı 13 Atom Ağırlığı 26,98 g/mol Yoğunluk 2,699 g/cm3 Hafif Metal Ergime Sıcaklığı 660 C Düşük sıcaklık Buharlaşma Sıcaklığı 2493 C Buharlaşması zor Elektriksel İletkenlik (20 C) 38 MS/m Yüksek elek.iletkenlik Isıl İletkenlik 237 W/mK yüksek ısıl iletkenlik Sertlik (HB) 15 HB Yumuşak Çekme Mukavemeti 45 kg/m2 Yüksek şekil değiştirilebilirlik Renk gümüşi Yansıtma özelliği

81 Alaşımsız Alüminyum Ham Al Yarı ürün (parça döküm, extrüzyon ile profil üretimi) Saf Alüminyum ve çok Saf Alüminyum Elektrik, Elektronik

82 Aluminyumun kullanım alanları

83 Yoğunluk (Çeliğin Yaklaşık 1/3 ü) Taşınabilir konstrüksiyonlar (sahneler) Uçak Sanayi Denizcilik Araçlar (Yakıt Tas. % 40) Saf Alüminyum çok Rel, Rm. ama alaşımlama ile ergime sıcaklığı bu nedenle kullanım sıcaklığı sınırlı

84 kullanım örnekleri Düşük yoğunluk Deniz taşıtları, Taşınabilir sahneler, Araba karoseri ve motor (% 40 yakıt tasarrufu) Yüksek ısıl iletkenlik Arabalarda radyatör Yüksek elektrik iletkenliği Yüksek gerilim hatları (Cu yüksek yoğunluklu) Kimyasal İnert yapı Mutfak gereçleri (Al. folyo, içeçek kutuları) Yüksek oksijen afinitesi Çelik üretiminde desoksidant, aluminotermi (Ti, Cr, V, Nb Al ile redükleniyor)

85 Dünyanın en büyük taşınabilir sahnesi

86 Aluminyum Basınçlı Döküm

87 Aluminyum Döküm Motor

88 Ambalajlarda Aluminyum

89 Aluminotermik yöntemle redüksiyon

90 şekil değiştirme yeteneği Sıcak, soğuk haddeleme, dövme, ekstrüzyon, presleme Döküm yöntemlerinin tümüne yatkın Hemen hemen tüm alaşımlarında ergime sıcaklığı 630 C altında (pres döküm ) Yüksek katılaşma aralığı Döküm hadde, Thixocasting

91 Aluminyum thixoforming

92 Yıllara göre Dünya aluminyum üretimi

93 Güncel Aluminyum üretimi

94

95 Dünya Aluminyum Üretimi

96 Cevherden alüminyum üretimi için önce rafinasyon sonra redüksiyon Rafinasyon (gangın ayrılması için) Ürün rafine Al 2 O 3 Ergimiş tuz elektrolizi ile redüksiyon Ürün sıvı Al

97 Proses Şemaları

98

99

100 Alüminyum üretimi için ergimiş tuz elektrolizi kullanılıyor Fe veya Cu a göre daha fazla enerji Enerji elektrik enerjisi Bu nedenle tesis ucuz elektrik kaynaklarına yakın olmalı (baraj, nüklüer santral v.b.)

101 Primer Al üretimi için hammadde boksit Boksit = alüminyum silikat mineral karışımı Büyük rezervler tropik bölgede ve yüzeye çok yakın Dünya Boksit rezervleri yaklaşık 200 yıl Boksit ismi Fransadaki Les Baux şehrinden geliyor Boksit =Alüminyum Hidroksit + korund (a-al 2 O 3 ) + Fe 2 O 3 + TiO 2 +SiO 2 )

102 Boksitin Üç Tipi var Hidrarjillit (g-al(oh) 3 Böhmit (g-alooh) Diasporit ( -AlOOH) Ayrıca korund (a-al 2 O 3 )

103 Boksit bileşenleri

104 Al 2 O 3 SiO 2 Fe 2 O 3 TiO 2 Uçucu Bileşenler Weipa (AUS) 55 1,5 13 2,6 25 Svertlowsk (RUS) ,5 - Helicon (YUN) 53 3,5 25 2,5 - Gong Xian (ÇİN) Los Pijiguosos (VEN) Kwakwaki (GUY) 59 6, Trelaway (JAM) ,6 25 Jari (BRE) 59 7,5 2 1,8 31 Buke (GUI) 53 2,2 13,9 3,4 27,5

105 Daha çok tropik iklimlere ait rezervler var. Yeryüzüne çok yakın 6-8 metrelik kalın katmanlar şeklinde Pas kırmızısı renginde (Fe içerinden dolayı) Üretim hedefi Fe içeriğini ayırmak

106

107 Boksit konsantre gerektirmiyor Kırma ile önce mm küçültülüyor kaba kırma çekiçli veya çeneli kırıcılar kullanılıyor Öğütme bilyalı veya çubuklu değirmen ile son tane boyutu için kullanılıyor Tane boyutu ve dağılımı Boksit çözünürlüğünü Kırmızı çamurun çökelme durumunu Çözümlendirme tanklarındaki erozyonu belirliyor

108 Çok ince tane boyutu olmamalı Enerji artıyor Çok ince SiO 2 çözeltiye geçiyor Öğütme sonrası yıkama ince kil minerallerini ayırmak için

109 Boksit hazırlama ve çözümlendirme Al 2 O 3 fabrikasında Güçlü gemiler ile boksit taşınabiliyor Ama maliyetli Diğer yandan Hammaddenin boksit değeri ile me değeri farklı Me değeri kazanmak lazım

110 Dünya Al 2 O 3 Üretimi (2002, %)

111 Döngü çözücü ile yaş öğütme Tane boyutu boksit çözünme kapasitesine bağlı Öğütülen boksit süspansiyonu depolanıyor SiO 2 için çöktürme için gerekli SiO 2 oranı yüksek boksit için SiO 2 ayırma var SiO 2 Al 2 O 3 NaOH

112 SiO 2 içeren boksit eşanjör ve otoklav içerisinde kabuk oluşumu Ön SiO 2 giderme ile reaktör çalışma ömrü iki kat artıyor

113 Boksit çamuru buhar ile ısıtılıyor 6-10 h karıştırma Burada SiO 2 Na-Al-Silikat olarak çözünüyor Max. Çözünürlük sonrası çöküyor Bundan sonra çözünmüyor Kırmızı çamur ile birlikte ayrılıyor

114 Artan T, ince çözelti, artan Boksit miktarı ile daha fazla SiO 2 ayrılabilir Çözeltide son SiO 2 en fazla 0.25 g/l olmalı

115

116 SiO 2 %6-8 i geçiyorsa işlenmiyor ( Al 2 O 3 kaybı) Eğer SiO 2 kristalin kuvars ise hiç çözeltiye girmiyor (İnert) (çok avantajlı)

117 Bayer Yöntemi ile Boksit Çözümlendirme

118 Üç proses aşaması çözümlendirme kırmızı çamur çöktürme AlOH çöktürme

119 Çözümlendirme sırasında (reaks 3-3 ve 3-4) SiO 2 giderilmiş boksit sıcak NaOH + CaO ile Alüminyum hidroksit oluyor. Proses değişkenleri T, NaOH konsantrasyonu, basınç, mol oranı (K)

120 K için Na 2 O şeklinde bulanan Na belirleyici K, çözümlendirme sırasında sürekli düşüyor, zira organik mineraller ve boksitteki karbonatlar Boksit sodası (Na 2 CO 3 ) veya Sodalit (Na 4 Al 3 Si 3 O 12 Cl) oluşuyor Na 2 O kayıpları

121 Çözünme Hızı boksit tipi tane boyutu Çözümlendirme T Çözümlendirme t Boksit yüzeyi Na 2 O konsantrasyonu Al 2 O 3 konsantrasyonu Otoklavdaki karıştırma

122 Element Gittiği Yer Fe Sediment Kırmızı Çamur SiO 2 Sediment/Prosesreaksiy onu Kırmızı Çamur TiO 2 CaO ile birlikte Bileşik Kırmızı Çamur Ga Çözelti içerisinde Kazanılıyor V 2 O 5 CaO ile birlikte Bileşik Kırmızı Çamur P 2 O 5 CaO ile birlikte Bileşik Kırmızı Çamur C (Organik) %25 Oxalat, karbonat olarak Kırmızı çamurda %25 Gaz oluşumu (CO 2, alkan v.b.) % 50 çözeltide

123 Boksitte emprüteler var çözeltiye geçiyor özel bir temizleme ile alınır Çöküyor Çöken katı çözelti (kırmızı çamur) büyük bir atık sorunu Tam ayrım için çözelti bir döngü ile çalışıyor.

124 Boru Reaktörü Tüm reaktör bir boru Isıtma için mantolanmış Çözelti 140 Na 2 O g/l membran pompalar ile Turbulentli akış Verimli ısı değişimi Yüksek reaksiyon hızı Tek yönde akış

125 Membran pompa ile reaktöre 80 bar a kadar basılıyor Sadece pompa çözeltinin hareketine izin veriyor. Giriş m 3 /h max. 230 bar basınç var (pratikte max. 100 bar)

126 Basınç giderme ile kademeli olarak 1 bar atmosfer basıncına kadar kadar, Burada çözelti kaynamaya başlıyor ve sıcak çözelti buharı reaktörün ısıtılmasında kullanılıyor.

127 Halen Dünyada Almanya, Çin ve Avustralya da boru reaktörü var

128 Boru Reaktörü Çözümlendirme

129 Boru reaktörü

130 Otoklav Reaktör Prensip boru reaktörüne benzer Süspansiyon boksit ve çözücü 80 C de Otoklava pompalanıyor Seri bağlı reaktörlerde Önce gerekli basınç Sonra da sıcaklık sağlanıyor Basınç alma sonucu açığa çıkan ısı ısıtma için kullanılıyor

131 Otoklav Çözümlendirme

132 Bir çok reaktör ard arda birbirine bağlanmış Geçmişte küçük otoklavlar (karıştırma ve ısıtmalı) 25 adet Günümüzde genellikle büyük (karıştırmasız ve ısıtmasız) iki adet Boru reaktörü ile karşılaştırıldığında Daha hantal Verim düşük Uzun çözümlendirme süreleri Tıkanmalar v.b. hatalar

133 Seri bağlanmış otoklav

134 Boksit çözümlendirme süreleri

135 Otoklavda çözümlendirme 3-5 saat 2 m 3 /t Al 2 O 3 hacim gerekli Boru reaktörü ile çözümlendirme 5 dak 0.1 m 3 /t Al 2 O 3 gerekli

136 Boru Reaktörü ve Otoklav Karşılaştırma Boru Reaktörü Otoklav Bağımsız Reaktör Sayısı Toplam Uzunluk/Yükseklik 4 km <5 m İç Çap 120 mm <3 m Toplam Hacim 45 m m 3 Proses Sıcaklığında Reaksiyon Süresi 5 dak. 3 saat Çözümlendirme Hızı m 3 /h 80 m 3 /h Kapasite t Al 2 O t Al 2 O 3 En Yüksek Basınç 60 bar 55 bar Giriş Sıcaklığı 80 C 80 C Çözümlendirme Sıcaklığı 280 C 250 C Na 2 O/Al 2 O 3 Mol Oranı Na 2 O Konsantrasyonu 135 g/l 150 g/l

137 10 K sıcaklık artışı ile Reaksiyon hızı 2.5 kat arttırılabilir 240 C de 40 dak. Çözünme 275 C de 1.6 dak. Sıcaklık artışı için basınç gerekli

138 Çözeltide Al 2 O 3 değil [Al(OH) 4 ] - iyonları var Atmosfer basıncına geri dönüldüğünde Yüksek [Al(OH) 4 ] - konsantrasyonlarında Al-hidroksit çökebilir Tıkanmalara neden olabilir

139 Kırmızı Çamur Ayırma Çözümlendirme sonrası Sedimentasyon-yıkama prosesi Kırmızı çamur Bu ayrıma K=1.35 lik çözelti geliyor Zayıf çözelti (yıkamadan gelen) ile seyreltiliyor K= oluyor (Al-OH çökelmesini önlemek için) Katı konsantrasyonu 50 g/l olarak ayarlanıyor

140 Kırımızı Çamur Yıkama

141 Yıkamada Önce sıcak çözelti tikener e veriliyor Filtre sonrası temiz çözelti en fazla 40 mg/l katı Ayrılan ise g/l katı Ayrılan kırmızı çamur çözeltinin % 4-8 Ayırma süreleri h İki kademe yıkama daha var En son vakum tambur filtreler ile ayrılıyor Filtre sonrası 1-2 t nemli k. Çamur Depolara yığılıyor Depolar tabandan izole Depo kapasiteyi doldurduğunda Nötr yapılıp yeşillendiriliyor

142 Boksit-Kırmızı Çamur Karşılaştırma Boksit Kırmızı Çamur % kg % kg Ağırlık Al2O SiO Fe2O TiO CaO Na2O Uçucular

143 Kırmızı Çamur Toplama Alanı

144 Al-Hidroksit Kristalizasyonu Kristalleşme için doymuş çözelti 90 C dan C sıcaklığa soğuma ile Böylece Al-OH metastabil bölgeye geliyor Burada [Al(OH) 4 ] - iyonları %10-16 H 2 O içeren Al(OH) 3. xh 2 O (katı) haline geliyor Kristalizasyon karıştırmalı Çökme olmasın ve En fazla kristalizasyon yüzeyi ile çalışmak için Kristalizasyonu hızlandırmak için % 80 Al(OH) 3 geri gidiyor Çekirdek oluşturucu Çok dikkat edilmesi gereken husus Çözelti hep instabil bölgede kalmalı

145 Kristalleşen Al-Hidroksit

146 Al-Hidroksit Metastabil Bölgesi

147 Karıştırmalı Kristalizasyon Tankları Kristalizasyon m 3 hacimli çok büyük tanklarda

148 İnce Al-OH disk filtrelerde ayrılıyor ve çekirdek oluşturucu olarak kristalizasyona geri gidiyor

149 Kaba Al-OH tambur filtrelerde ayrılıyor, kalsine veya depo

150 Bayer yönteminin temelinde döngü prosesi olması var Na 2 O Çözümlendirme Öğütme ile başlıyor K. Çamur yıkama ile sona eriyor Al(OH) 3 Kristalizasyon Çekirdek oluşturucu

151 Bayer Yönteminde Çözücü Döngüsü

152 Al 2 O 3 Kalsinasyonu Al-OH % 6-16 nem içeriyor Bu nem ayrıca kristal suyunda (hidrat) Bu hali ile elektroliz mümkün değil HF-gaz oluşturabiliyor (zehirli) Bu nedenle kalsinasyon Nem uzaklaştırılıyor Ürün saf Al 2 O 3 oluyor C aralığında kalsinasyon 2Al(OH) 3 +xh 2 O = Al 2 O 3 + (2+x) H 2 O

153 Kalsinasyon için iki yöntem var Döner fırın (eski ) İçi refrakter kaplı eğimli ve uzunluk boyunca dönen boru tipinde fırın Fırına üst bölgeden Al-OH veriliyor Rotasyon ve eğim ile yavaş fırının alt bölgesinde kalsine Isıtma alt tarafta bulunan fuel oil veya LPG (NLP) ile sağlanıyor Kalsine akışkan yatak bir başka döner fırında soğutuluyor

154 Döner Fırın Kalsinasyonu

155 Döner fırında tozlaşma ve refrakter aşınmaları var Döner fırın ekonomik değil ve sorunlu Fırın verimi düşük Refrakterlere termik yük geliyor Bakım ve revizyonu pahalı Çok yer kaplıyor Al 2 O 3 refrakterden gelen SiO 2 ile kirleniyor

156 Akışkan yatak (yeni) Enerji kullanımı daha düşük Daha da düşürmek ısı değiştiriciler ile mümkün

157 Akışkan Yatakta Kalsinasyon

158 Akışkan yatak Bir taraftan verilen Al(OH) 3 fırında akışkan Diğer tarafa ulaşıyor Burada siklon ile gazlarda ayrılıyor Siklon tarafından dışarı alınan sadece %3 Diğeri akışkan yatakta dolaşıyor Dolaşımın nedeni % 100 kalsinasyonun sağlanması

159 Akışkan yatak özellikleri İnce taneli oksit Büyük reaksiyon yüzeyi Düşük difüzyon mesafeleri Yüksek gaz ve katı hızları Yüksek ısı ve madde geçişleri Homojen sıcaklık Katı iyi karışıyor

160 Alüminyumoksit (Al 2 O 3 ) Kalsine Al 2 O 3 (tonerde) Kuru ve toz halde %99 üzerinde saf Al üretimi için elektroliz Zımpara ve aşındırıcı Kimya sanayinde Refrakter üretiminde 3.98 g/cm 3 yoğunluk 2053 C ergime sıcaklığı

161 Kristalleştirme Kalsinasyon Elektroliz Hazır Boksit Liman Kırmızı Çamur Ayırma Ga Kazanımı Boru Reaktörü

162 Sıvı Tuz Elektrolizi ile Al Kazanımı

163 Alüminyum Elektrolizi Kalsine ve saf Al 2 O 3 den Me Al üretiliyor. Alternatif yöntem var ama uygulanmıyor. o NEDENLERİ Yüksek O 2 afinitesi Oksidasyon reaksiyonu Ellingham diyagramında en altlarda Karbon ile redüksiyon mümkün değil, zira Al-karbür oluşuyor. Al 3+ -Al için sulu çöz. Red. İçin standart pot.-1,67 V Ayrıca Al 2 O 3 suda çözünmüyor. Tek yöntem Hall ve Heroult un bulduğu yüksek sıcaklıkta tuz çözeltileri ile uygulanan elektroliz.

164 Hammaddeler Al 2 O 3 (kalsine) Elektrolit + Karbon AnotBloklar Elektrik Enerjisi Ürünler Sıvı %99,6 lık Al CO, CO 2 ve F- içeren gazlar Kullanılmış Elektrolit

165 Sıvı alüminyum fiziksel (ve sıcaklık olmakla birlikte kimyasal) yöntemler ile rafine ediliyor alaşımlandıktan sonra levha, külçe veya bilet şeklinde dökülüyor. Kullanılan hurda Alüminyum sınıflandırıldıktan sonra tekrar ergitilip kullanılabiliyor.

166 Dünya Primer Al Üretimi Orta ve Batı Avrupa (Almanya %2,5, Norveç %4,3)

167 Elektrolit Al nin elektro kimyasal redüksiyonu için Al 2 O 3 bileşiğinin elektrolit içerisinde iyonik hale gelerek çözünmesi gerekli Kriyolit tuzu (Na 3 AlF 6 ) sıvı halde elektrolit olarak kullanılıyor. Yüksek İyonik iletkenliği var ve yüksek miktarda Al 2 O 3 çözebiliyor C arasında (optimal 960 C) sıvı kriyolit Kriyolit NF-AlF 3 sisteminde bir faz Elektrolizde AlF 3 %10 fazla, düşük likidüs sıcaklığı için

168 NaF-AlF 3 denge diyagramı

169 İstenilen proses sıcaklığında çalışmak için elektrolitteki Al 2 O 3 miktarı %1-4 olmalı düşük Al 2 O 3 oranlarında istenmeyen anot reaksiyonları anot efekti F içerikli gazlar oluşuyor yalıtkan bir tabaka oluşturuyor ani akım yoğunluğu artışları meydana gliyor, verimi düşürüyor.

170 yüksek Al 2 O 3 oranlarında Al 2 O 3 hızlı çözünmüyor gerçi likidüs sıcaklığı düşüyor elektrolit kıvamı artıyor.

171 Kriyolit-Al 2 O 3 denge diyagramı Çalışma Bölgesi

172 Elektrolite ilaveler var bunlar iletkenliği arttırıyor Ergime sıcaklığını ayarlamak için katılıyor İlavelerde dikkat edilmesi gereken istenmeyen elementlerin redüklenmemesi

173 İdeal İlaveler İçin o Elektrolit yoğunluğu düşük olmalı (Sıvı Alüminyum- Elektrolit Ayırımı için) o Metal Al çözünürlüğü düşük olmalı o T liq düşük olmalı o Mümkün olduğu kadar Al 2 O 3 çözünürlüğünü etkilememesi o Elektrolitin Elektriksel İletkenliğini yükseltmesi o Buharlaşma basıncını azaltması

174 varolan ve halen kullanılan ilavelerde tüm koşullar sağlanmıyor problem Al 2 O 3 çözünürlüğünü düşürmeleri En çok kullanılan ilave AlF 3 T liq r ilet. Al 2 O 3 çöz.

175 CaF 2 r yükseltiyor Elektrolit için pozitif etki sağlıyor. LiF spesifik akımı düşürüyor İletkenliği yükseltiyor T liq düşürüyor ama alüminyuma geçiyor pahalı alüminyuma geçmesi ile folyo için kullanılamaz hale getiriliyor. Rafinasyonu çok zor. Bu nedenle kullanımı sınırlı.

176 MgF 2 CaF 2 den daha uygun özelliklere sahip ama bir miktar Alüminyuma geçiyor. NaCl r düşürüyor iletkenliği yükseltiyor ama elektrolit üzerinde oluşan kabuk daha sert Ve HCL ve Cl 2 oluşturuyor. Problem arıtma ve korozyon. Çok az kullanımı var.

177 İlavelerin Elektrolit Özelliklerine Etkisi Ergime Sıcaklığı Yoğunluk Elektriksel İlet. Metal Çözünürlüğü Buharlaşma Basıncı

178 İlavelerin Etkileri Al 2 O 3 Çözünürlüğü (Ağ. %) Dinamik Viskosite İlave (Ağ. %) İlave (Ağ. %) Yoğunluk (g/cm 3 ) İletkenlik (1/ cm) İlave (Ağ. %) İlave (Ağ. %)

179 Elektrolit Bileşimi

180 Tuz elektrolizi 4 Reaksiyon var Elektrolizin iyonlara ayrılışı Al 2 O 3 ün çözünmesi Katot reaksiyonu Anot reaksiyonu

181 Temel Reaksiyonlar Elektrolitin Ayrışması Al 2 O 3 ün elektrolitte Ayrışması Katot Reaksiyonu Anot Reaksiyonu

182 Toplam Reaksiyon Al 2 O 3 (Elektrolit) + xc = 2Al + m CO 2 +n CO Gerçekte bu kadar basit değil. Örneğin; elektrolitte Al 3+ iyonları yok. Aslında Al 2 O 3 ün sıvı tuz içinde çözünmesi ile yük ve madde transferi yapan iyonlar var. Tam olarak reaksiyon mekanizması bugün dahi anlaşılmış değil

183 Şematik hücre kesiti C-Anot Al2O3 feeding Al2O3 kabuk Kriyolit Kabuk Elektrolit SiC Tuğlalar Refrakter C Manto Akım Barası (Dökme dem Çelik Banyo

184 Akım karbon anot (Elektrolit içine giren ) üzerinden hücreye giriyor. Hücre tabanı karbon ve katot görevini görüyor, tabanda sıvı Alüminyum birikiyor. Akım sıvı Alüminyumdan geçip C katota ulaşıyor ve buradan hücreden çıkıyor. Doğru akım geçtiği sürece çözünen Al 2 O 3 den katotta sıvı alüminyum, anotta oksijen çıkışı oluyor

185 Bu O 2 anottaki C ile CO 2 oluşturuyor bu şekilde anot harcanıyor. Elektrolitteki F dan ise flor gazları çıkıyor arıtma gerekli. Elektrolit C arasında sıvı olduğu için bu aralıkta çalışmak gerekli

186 Burada elektrolit r=2,19/cm 3, Alüminyum ise 2,3 g/ cm 3 Sıvı Alüminyum yüksekliği cm, elektrolit İse cm Katotta akım dökme demir baralar üzerinden dışarı çıkıyor Dökme demir baralar C-taban altından çelik temelin içerisine yerleştirilmiş.

187 Al-Elektroliz Hücreleri

188 Katot için en uygun malzeme C iletkenliği yeterli Alüminyum ile reaksiyona girmiyor Buna rağmen 2000 günden sonra (5,5 yıl) değiştirilmesi gerekiyor. Zira zamanla Al 4 C 3 oluşuyor veya erozyon ile aşınıyor.

189 Anot Al 2 O 3 katılaşmış elektrolit ile kapatılıyor böylece sert bir kabuk oluşuyor bu kabuk ısı izolasyonu sağlıyor ton ön sinterlenmiş anot bloklar kullanılır. Her hücrede ikili sırada anot blok var. Anot %75-80 kullanıldıktan sonra değişmesi gerekiyor. (20-30 gün sonra değişim)

190 Anot artıkları yeni anot üretiminde kullanılıyor. Çıkan O 2 gazı anot gazını %10 CO+%90 CO 2 oluşturuyor Al 2 O 3 ün periyodik olarak ilave edilmesi gerekiyor

191 Kriyolit çalışma sıcaklığında %10 a kadar Al 2 O 3 çözelebiliyor. %2-5 arası hedefleniyor. Düşük Al 2 O 3 aralarında anot efekti (ani gerilim artışı) oluşabiliyor. Nedeni C x F y gazların anot yüzeyini izole etmesi. Al 2 O 3 aralarında ise elek. direnci, ve Al 2 O 3 çözünürlüğü

192 En iyi çözüm Al 2 O 3 ü hücre gerilimine göre gerekli miktarda otomatik beslemek Hücre tabanında toplanan Alüminyumun 1-2 günde boşaltılması gerekiyor. Bu şekilde günlük 180 ka lik hücreden 1300 kg. Alüminyum kazanılıyor. Genelde bir çok hücre seri bağlanıyor akım baralar ile hücrelere seri veriliyor. (yukarıdan)

193 Side by side hücreler ile düşük Anot-katot mesafesi Düşük çalışma gerilimi Gelişmeler hücreleri büyütmek akım yoğunluğunu yükseltmek emisyonları düşürmek

194

195

196

197

198 Baca gazı yönü ve flor absorbsiyonu Al 2 O 3 İlavesi Baca Gazı Elektrostatik Ayrım Siklon filtre Elektrostatik filtre Toz Baca Gazı Elektroliz Hücresi

199 Toplam Kapasite [t/yıl] cre Boyutları Hücre düzeni Hücre Sayısı Hücrede anot Sayısı Akım (ka) Hücre gerilimi

200

201

202 4 birim boksit 2 birim Al 2 O 3 1 birim alüminyum Birimler ağırlık

203 Sıvı Al işlenmesi Hangi yöne gideceği alaşıma bağlı (dövme-döküm) Alaşımlama İkincil Metalurji Döküm Kriter alaşım elementleri özellikle Si

204

205 Döküm alaşımları Yüksek miktarda alaşım elementleri (Si, Cu, Mg, Zn) AlSi 7 Mg, AlSi 12, AlSi 6 Cu, AlZn 5 Mg Motor parçaları, kapı kasaları, tavalar mutfak aletleri, jantlar

206 Dövme ve hadde alaşımları Düşük Al elementleri (Mn, Mg, Cu, Ni, Zn, Si, Fe) AlMn 2 Mg 1, AlSi 1 Mg, AlCuMg, AlZnMgCu İçecek kutuları, ambalaj, folyo, extruzyon, profil, iletkenler v.b.

207

208 Sıvı Al emprüteler içerir Çözünmüş halde genelde H Nem Ortam Nemli alaşımlar Na, Li, Ca da olabilir

209 Katı halde Endogen (sıvıda Al 2 O 3 oksiti veya MgO) Exogen Karbürler (elektrolizden) Aşınma ile gelen refrakter parçaları

210

211 Kalıntı boyutları Birkaç mm ile birkaç mm arasında Genellikle birleşiyor (aglomere)

212 İstenilen malzeme özellikleri için giderilmeli Gaz için vakum İnert gaz ile H inert gaz kabarcığına gidiyor İçinde molekül oluyor İnert gaza Cl ilavesi ile Çözünmüş alkaliler için (Na, K)

213

214

215 Sıvı Alüminyuma (döküm veya tutma fırınında) Yüzeydeki Al 2 O 3 karışmamalı Zira r Al 2 O 3 ~ r Al olduğu için çökmüyor, Al ile katılaşıyor Dökümöncesi filtre gerekli Köpük seramik filtreler

216

217

218 Çelik kesintisiz (sonsuz boy) sürekli dökülür Al ise sürekli değişen alaşım bileşimi nedeniyle kesintili dökülür

219 Hadde veya ekstrüzyon kütükleri için dikey sürekli döküm kullanılır Kokil (primer soğutma) Su soğutmalı Al-ring Katılaşma kokil içinde ve döküm tablasında Tabla dikey aşağıya hareketli Kalıpta indirekt soğutma var Direkt soğutma kalıptan akan su ile

220

221

222 İkincil Kaynaklardan Al Üretimi

223 Üretim hurdası ve kullanılmış Al hammadde İkincil Al kaynakları Artan Al üretimi ile artuyor Primer üretime göre daha ekonomik üretim Enerji (1 ton primer Al ) = Enerji (20 ton recycling Al)

224 Recycling

225 Recycling en çok AB, Japonya ve ABD + Kanada Zira kullanım ve hurda kaynakları en fazla

226

227 Recycling hammaddeleri Hurdalar Al içeren endüstriyel yan ürünler Hurda üretim ve tüketim sırasında oluşuyor İlk tasnif Yeni hurda Eski hurda

228

229

230

231

232

233

234 Döküm Alaşımları Yüksek alaşım oranları Alaşım elementleri Si, Cu, Mg, Zn Çok farklı katkılar var (örneğin Fe) AlSi7Mg, AlSi12, AlSi6Cu, AlZn5Mg Kalıp veya basınçlı döküm Motor parçaları, jant, kapı kasaları, tavalar En fazla Si var Gidermek ekonomik dağil Döküm hurda döküm alaşımı olarak

235 Hadde ve dövme alaşımlar Yüksek alaşımlı değil Mn, Mg, Si, Cu, Zn Ayrıca Fe ve Li da var Yine hadde ve dövme alaşımlar olarak

236 Üretim Hurdaları Üretim sırasında % 30 hurda çıkıyor parça döküm Hammade işlerken Genellikle iç hurda olarak değerlendiriliyor Büyük parça hurda ve analizi belli Primer Al üretiminde soğutucu olarak Extern hurdalar Üretim artıkları talaşlar

237

238 Eski hurdalar Al içeren malzemeler Yapılar Konstrüksiyonlar v.b. Toplama hurdalardan paket hurdalara kadar çeşitli Kablolar ve tel hurdalar Kablo tel işlemeden gelen İnce kesilmiş granül hurda Paketleme

239

240

241 En büyük problem çok farklı alaşım tipleri var Kirlenme çok fazla Tasnif için farklı yöntemler var Elle veya akışkan yatakta ayrım Ergitilen Hurda Al primer Al ile seyreltilebiliyor

242 Talaş huradalar Kesme ve işleme sırasında çıkan hurda Çok farklı bileşimde Genellikle çok kirli Curuflar (Al içerikli) Ergitme, döküm, alaşımlama sırasında açığa çıkıyor Toplama ve ergitilmiş hurda

243 Rafinasyon fırınında Al-recycling Döküm ve çok farklı Al alaşımların yüksek kalitede Al döküm alaşımlarına dönüşümü için Al hurda kırma ile ufalamadan sonra Organik (boya, vernik, plastik ve yağ) komponentlerden arındırılıyor Bu yönteme Pirolüz adı veriliyor Pirolüz= Oksijen atmosferinde kontrollü termik ayrışma Organik komp kurum oluyor Bu sıcaklıkta metalde herhangi değişim yok

244

245

246 Remelter Daha temiz, düşük alaşımlı, dövme veya hadde hurda kullanılıyor Genellikle büyük miktarda tasnifli hurda Benzer veya aynı kim. Bil. Hurda tasnifi ekstra maliyet Hurda kırılıyor Ergitmeye uygun paketleme

247 Genellikle çok kamaralı fırınlar var Ön ısıtma ile pirolüz Döner fırın Potalı induksiyon fırınları Yolluklu induksiyon fırınları Rafinasyon için Sıcak tutma fırınlarına Döküme Rafinasyon inert gaz ve filtreler ile

248 Yatay fırın

249 En önemli özelliği baca gazlarının hurdayı ön ısıtması Ergitme Sıcak tutma Ve öküm fırını ile kombine edilmiş Bu nedenle devrilebiliyor Sabit ama metal yolluklu olanları da var

250 Fırına şarj bacadan Ön taraftan da şarj mümkün Kuru talaş hurda Büyük parça hurda v.b. Fırın devrilerek boşaltılıyor Isıtma iki brülör yardımı ile

251 Fırına şarj edilen hurda ergitiliyor Ergime sonrası tutma havuzuna Gaz çıkışı 500 ºC Bacadan şarj edilen hurda ön ısıtılıyor Organik komp. Yanıyor Fırının ısıl verimi % 50 2 t/h-3 t/h verim var

252

253

254

255

256 Çift Hazneli Fırın Çok hazneli fırın tiplerinden Az alaşımlı veya az kirli hurdalar için

257 Çift Hazneli Fırın 1- Şarj Kapağı 2- Şarj Haznesi 3- Ana hazne 4- Sıvı Al 5- Sirkulasyon fanı 6- Brülör 7- O 2 girişi 8- Yakıt girişi 9- Yanma haznesi 10- O 2 ölçüm sondası 11- İşlem kapağı 12- Sıcaklık Ölçümü 13- Kirli baca gazı 14- Temiz baca gazı

258

259

260 Döner Tambur Fırın Çok karışık ve kirli hurdalar için Tuz ile ergitme Fırının dış tarafı silindir çelik kaplama Döner ve yatay pozisyonda Dönme iki büyük yatakta İçi refrakter tuğla ile örülü 1-8 dev./dak ile dönüyor Tek şarj yapılıyor (10-60 ton) 6-7 ton/h

261 Döner Tambur Fırın

262 Isıtma alın yüzeyden Brülör (d. Gaz, fuel oil, hava) Şarj brülör kapağından Brülör kapağı yerine karşı alın yüzeyden Verim artışı için Oksidasyonu düşürmek için alev endirekt Isı dönerken tuğlalardan alınıyor Isıl verim % 35 İzolasyon+hava yerine saf O 2 ile verim % 70 Baca gazları 950 C

263 Fırın gazları çok tozlu ve kirli Kullanılmıyor Me partikülleri Bileşimi Cl, HF, F, C (organiklerden) Yanda çıkış yolluğu Önce Al Sonra curuf

264

265

266 Devrilebilir Döner Fırın Isıtma oksijen alevi ile Çok düşük miktarda tuz ile izabe Düşük tuz ile curuf kek şeklinde ve katı Dibe çöküyor Fırından almak için devirmeli Çok kirli Al için Örneğin Al ca zengin curuf atıkları v.b. Kapasite yaklaşık 2 ton

267 Devrilebilir Döner Fırın

268 Devrilebilir Döner Fırında şarj

269 Tuz Curuf Al hurdaların ergitme işleminde curuflaştırıcı Fırın atmosferinin sıvı Al yi oksitlemesini önlüyor Kalıntıları çözüyor Sıvı Al yi temizliyor Bileşimi : % 70 NaCl+ % 30 KCl Katkı olarak % 3-5 CaF2 (Fluşpat) (kriyolit de olur)

270 TF= Tuz Faktörü TF 0,5-1, kg tuz/t Al TF TuzMiktarı Al - Al Hurda Ergitmesonrası TF=f(kalıntılar, spesifik yüzey alanı) Pratikte kalıntı ağırlığının 0,8-1,2 katı tuz gerekli Hurda ne kadar küçük ve ne kadar oksitli ise tuz o kadar önemli

271 m TuzCuruf m AlHurda Al TF

272 Al nin yüksek oksijen afinitesi Yüzeyde oksit tabakası Tuzun görevleri arasında Yüzeye yapışık kirlilikleri çözmek Al sıvı damlaların koagulasyonunu sağlamak Sıvı üzerini örtmek (oksidasyonu önlemek)

273

274 Tuzun özellikleri Fırın refrakterleri ile reak. Olmamalı Kolay bulunmalı Ucuz olmalı Termokimyasal stabilite Yüksek termik stabilite Düşük parçalanma gazlaşma Yoğunluk farkı yüksek olmalı Düşük vizkozite Optimum yüzey gerilimi Yüksek kalıntı çözünürlüğü

275 Al kayıpları Tuz curufta Al çözünürlüğü Çok düşük ihmal edilebilir Al NaCl veya KCl de çok az çözünüyor Kimyasal dönüşümler ile Termodinamik olarak Cl tuzları ile yok Flor tuzları ve Mg içeren hurdada kayıplar var Çok kirli curuflarda Me kayıpları Özellikle nemli malzemede

276 Alaşım elementleri Al kayıplarını etkiliyor Zn dışında hepsi Cu, Sn ve Fe Al ile tuz arasındaki yüzey gerilimini azaltıyor Mg ile kayıplar kimyasal dönüşümler ile

277

278

279 Sıvı Al İkincil kaynaklardan kazanılan Al Sürekli döküme İngot döküme Bunlar için taşıma mümkün ( km) Sıvı Al potalara C C/h ile soğuyor Soğuma hızı çok düşük

280

281

282

283

284

285

286

287

288 Al Problemleri

289 Al elektrolizi için kullanılan akım şiddeti 15 ka/hücre Hücre gerilimi 6,5 V Hücre tabanında sıvı Al yüzeyi 150x250 cm max sıvı yüksekliği 2 cm Fabrika gücü 10 MW Bir hücreden günlük bir kez döküm alınıyor. Böyle bir işletmenin günlük üretim kapasitesini hesaplayınız

290 Alüminyum elektrolizinde açığa çıkan O 2 anotta C ile reaksiyona girerek %85 i CO ve % 15 i de CO 2 oluşturuyor. Günlük Al üretimi 181,4 kg/ hücre dir. (Al: 27, O:16, C:12 g/mol) Reaksiyonları yazınız Günde kullanılan Al 2 O 3 miktarını hesaplayınız Günde açığa çıkan CO ve CO 2 miktarlarını Nm 3 cinsinden hesaplayınız

291 Al üretimi için aşağıda analizi verilen boksit kullanılmaktadır Cevher otoklavda NaOH ile çözümlendirilerek Sodyumalüminat çözeltisi oluşturulmaktadır. Çıkan kırmızı çamurun analizi verilmiştir. Boksitteki tüm Fe 2 O 3 ve SiO 2 kırmızı çamura geçmektedir. SiO 2 ise Al 2 O 3.Na 2 O.3SiO 2.9H 2 O şeklinde bağlıdır Çözeltinin K değeri 1.5 dur SORULAR Kırmızı çamur miktarını (kg/ton boksit) SiO 2 ) bileşiği ile meydana gelen Al 2 O 3 kayıplarını (boksit içerisindeki Al 2 O 3 % si olarak) Kırmızı çamurdaki toplam Al 2 O 3 kaybı ve boksit içerisindeki Al 2 O 3 % si 1 kg SiO 2 ile kayıp NaOH ağırlığı Toplam NaOH kaybını hesaplayınız Boksit analizi % Al 2 O 3 58 Fe 2 O 3 6 SiO 2 4 TiO 2 2 H 2 O 30 Kır. Çamur analizi % Al 2 O 3 26 Fe 2 O 3 21 Na 2 O 4