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 Cu-cevheri, Al-cevheri v.b.) Temelde iki tip cevher var Sülfürlü lü (S bileşikli ikli me minerali) Oksitli (O bileşikli me minerali)

10 Mineral Tipleri i

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

16 Kapalı işletmelerde Pahalı, teknik olarak zor ve kaza riskli Bu nedenle e m 1000m deriniğe kadar Yüksek tenörlü cevherler için Tenör = cevherdeki saf metal miktarı (gram/ton veya %) Maden birbirine paralel kazılmış ş galerilerden oluşur ş

17 Kapalı Madende d Kazıcı

18 2002 Yılı Dünya Cevher Üretimi i 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 Titan 5.4 Nikel 1.2 Altın 2500 t Altın Eşdeğeri

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

20 Cevher Hazırlama

21 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

22 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

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

24 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

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

26 Çeneli Kırıcı

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

28

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

30 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 üeyöe özellikleri e Öğütme gerekli (1mm m altına) Mineral yüzey gerilimini etkileyen kimyasal katkılar ile kontrol edilir Farklı mineral tipleri için farklı kimyasal katkılar kullanılır

31

32

33

34

35 Aglomerasyon

36 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

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

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

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

40

41

42

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

44 Ateşleme Besleme SO 2 (% Hacim ) Band uzunluğu Baca Gazı Basınçlı Hava Girişi Sinter Başı Sinter Sonu Gaz Dolaşımlı Basınçlı Sinter Bandı Baca gazlarında SO 2 değişimi

45 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

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

47

48 İkincil il Metal Kaynakları

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

50

51 İkincil metal kaynakları İşletme içi Bileşimi tamamen a 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)

52 Çinko Curuf u Hurda uda Bakır Hurda Pil ve Akü Çelik Hurda

53

54

55 Metalurji

56 Amaç metal kazanımı Yöntem Metalurji Hammaddeden addede metale e giden proses ve adımları a 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

57 Hammadde (Cevher Çıkarma) Toplama ve Hazırlama Metal Kaza nımı (Meta lurji) Metal Şekillendirme

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

59 Metal üretimi (Elektrik ark fırını)

60 Döküm (çelik döküm)

61 Şekillendirme (sıcak haddeleme)

62 Günümüz gelişmeleri Enerji tasarrufu sağlamak Daha a düşük elektrik ee enerjisi e js 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 öü Hadde Son ürün boyutlarını hedefleyerek üretmek Thixoforming İnce döküm

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

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

65

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

67

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

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

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

71

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

73 ALÜMİNYUM

74 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

75 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

76 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.

77 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 ki l olarak da oluşturulabilir (eloksal kaplama yöntemi) İnsan Sağlığına etkisi yok.

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

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

80 Aluminyumun kullanım alanları

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

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

83 Dünyanın en büyük taşınabilir sahnesi

84 Aluminyum Basınçlı Döküm

85 Aluminyum Döküm Motor

86 Ambalajlarda Aluminyum

87 Aluminotermik yöntemle redüksiyon

88 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

89 Aluminyum thixoforming

90 Yıllara göre Dünya aluminyum üretimi

91 Dünya Aluminyum Üretimi

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

93 Proses Şemaları

94

95

96 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.)

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

98 Boksitin Üç Tipi var Hidrarjillit (γ-al(oh) 3 Böhmit (γ AlOOH AlOOH) Diasporit (χ-alooh) Ayrıca korund (α-al 2 O 3 )

99 Al 2 O 3 SiO 2 Fe 2 O 3 TiO 2 Bileşenler Uçucu Weipa (AUS) 55 1,5 13 2,6 25 Svertlowsk (RUS) ,5 Helicon (YUN) 53 3,5 25 2,5 GongXian (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

100 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

101

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

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

104 Boksit hazırlama ve çözümlendirme Al2O3 fabrikasında Güçlü gemiler ile boksit taşınabiliyor Ama maliyetli Diğer yandan Hammaddenin boksit değeri ile me değeri farklı Me değeri kazanmak lazım

105 Dünya Al 2 O 3 Üretimi (2002, %)

106 Döngü çözücü ile yaş öğütme Tane boyutu boksit çözünme kapasitesine bağlı Öğütülen boksit süspansiyonu depolanıyor SiO 2 için çöktürme için gerekli SiO2 oranı yüksek boksit için SiO2 ayırma var SiO 2 Al 2 O 3 NaOH

107 SiO2 içeren boksit eşanjör ve otoklav içerisinde kabuk oluşumu Ön SiO2 giderme ile reaktör çalışma ömrü iki kat artıyor

108 Boksit çamuru buhar ile ısıtılıyor y 6-10 h karıştırma Burada SiO2 Na-Al Al-Silikat olarak çözünüyor Max. Çözünürlük sonrası çöküyor Bundan sonra çözünmüyor Kırmızı çamur ile birlikte ayrılıyor

109 Artan T, ince çözelti, artan Boksit miktarı ile daha fazla SiO2 ayrılab² ir Çözeltide son SiO2 en fazla 0.25 g/l olmalı

110

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

112 Bayer Yöntemi ile Boksit Çözümlendirme

113 Üç proses aşaması çözümlendirme kırmızı çamur çöktürme AlOH çöktürme

114 Çözümlendirme sırasında (reaks 3-33 ve 3-4) SiO 2 giderilmiş boksit sıcak NaOH + CaO ile Alüminyum hidroksit oluyor. Proses değişkenleri T, NaOH konsantrasyonu, basınç, mol oranı (K)

115 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 Na2O kayıpları

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

117 Element Gittiği Yer Fe Sediment Kırmızı Çamur SiO 2 Sediment/Prosesreaksiy onu Kırmızı Çamur TiO2 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 olarakkırmızı çamurda %25Gazoluşumu (CO2, alkanvb) v.b.) % 50 çözeltide

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

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

120 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)

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

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

123 Boru Reaktörü Çözümlendirme

124 Boru reaktörü

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

126 Otoklav Çözümlendirme

127 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

128 Seri bağlanmış otoklav

129 Boksit çözümlendirme süreleri

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

131 Boru Reaktörü ve Otoklav Karşılaştırma Boru Reaktörü Otoklav Bağımsız ğ Reaktör Sayısı Toplam Uzunluk/Yükseklik 4 km <5 m İç ç Çp 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 kbasınç 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 2O Konsantrasyonu 135 g/l 150 g/l

132 10 K sıcaklık artışı ile Reaksiyon hızı 2.5 kat arttırılabilir 240 C de Cde40 dak. Çözünme 275 C de 1.6 dak. Sıcaklık k artışı için ii basınç gerekli

133 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

134 Kırmızı Çamur Ayırma Çözümlendirme sonrası Sedimentasyon-yıkama e yıkama a 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

135 Kırımızı Çamur Yıkama

136 Yıkamada Önce sıcak çözelti tikener e veriliyor Filtre teso sonrası temiz çözelti en fazla a 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 py yeşillendiriliyor ş y

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

138 Kırmızı Çamur Toplama Alanı

139 Al-Hidroksit Kristalizasyonu Kristalleşme için doymuş çözelti 90 C dan Cdan C sıcaklığa soğuma ile Böylece Al-OH metastabil bölgeye geliyor Burada [Al(OH) ] - 4 iyonları % 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

140 Kristalleşen Kit Al-Hidroksit it

141 Al-Hidroksit it Metastabil t Bölgesi

142 Karıştırmalı Kristalizasyon Tankları Kristalizasyon m3 hacimli çok büyük tanklarda

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

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

145 Bayer yönteminin temelinde döngü prosesi olması var Na2O Çözümlendirme Al(OH)3 Öğütme ile başlıyor K. Çamur yıkama ile sona eriyor Kristalizasyon Çekirdek oluşturucu

146 Bayer Yönteminde Çözücü ü Döngüsü ü

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

148 Kalsinasyon için iki yöntem var Döner fırın (eski ) İçi ç refrakter kaplı eğimli ve uzunluk u u 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 ğ

149 Döner Fırın Kalsinasyonu

150 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

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

152 Akışkan Yatakta Kalsinasyon

153 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

154 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

155 Alüminyumoksit (Al 2 O 3 ) Kalsine Al 2 O 3 (tonerde) Kuru uu ve eto toz halde ade %99 üzerinde saf Al üretimi için elektroliz Zımpara ve aşındırıcı Kimya sanayinde Refrakter üretiminde 3.98 g/cm3 yoğunluk 2053 C ergime sıcaklığı

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

157 Sıvı Tuz Elektrolizi ile Al Kazanımı

158 Alüminyum Elektrolizi Kalsine ve saf Al 2 O 3 den Me Al üretiliyor. Alternatif yöntem var ama uygulanmıyor. o NEDENLERİ Yüksek O 2 afinitesi 2 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 ğ yüksek sıcaklıkta tuz çözeltileri ile uygulanan elektroliz.

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

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

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

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

163 NaF-AlF 3 denge diyagramı

164 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 akımyoğunluğuartışları artışları meydana gliyor, verimi düşürüyor.

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

166 Kriyolit-Al 2 O 3 denge diyagramı Çalışma Bölgesi

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

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

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

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

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

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

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

174 Elektrolit Bileşimi

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

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

177 Toplam Reaksiyon Al 2 O 3 (Elektrolit) + xc = 2Al + m CO2 +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

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

179 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 ş ve buradan hücreden çıkıyor. Doğru akım geçtiği sürece çözünen Al 2 O 3 den katotta sıvı alüminyum, anotta oksijen çıkışı oluyor

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

181 Burada elektrolit ρ=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 ş çıkıyor Dökme demir baralar C-taban altından çelik temelin içerisine yerleştirilmiş.

182 Al-Elektroliz Hücreleri

183 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.

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

185 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

186 Kriyolit çalışma sıcaklığında %10 a kadar Al 2 O 3 çözelebiliyor. %2-5arası 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

187 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 ü 180 ka lik hücreden 1300 kg. Alüminyum kazanılıyor. Genelde bir çok hücre seri bağlanıyor akım baralar ile hücrelere seri veriliyor. (yukarıdan)

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

189

190

191

192

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

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

195

196

197 4 birim boksit 2 birim Al 2 O 3 1 birim alüminyum aü Birimler ağırlık

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

199

200 Döküm alaşımları Yüksek miktarda alaşım elementleri (Si, Cu, Mg, Zn) AlSi7Mg, AlSi12, AlSi6Cu, AlZn5Mg Motor parçaları, kapı kasaları, tavalar mutfak aletleri, jantlar

201 Dövme ve hadde alaşımları Düşük Al elementleri (Mn, Mg, Cu, Ni, Zn, Si, Fe) AlMn2Mg1, AlSi1Mg, AlCuMg, AlZnMgCu İçecek kutuları, ambalaj, folyo, extruzyon, profil, iletkenler v.b.

202

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

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

205

206 Kalıntı boyutları Birkaç μm m ile birkaç mm arasında Genellikle birleşiyor (aglomere)

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

208

209

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

211

212

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

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

215

216

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

218 Recycling

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

220

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

222

223

224

225

226

227

228 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

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

230 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 i soğutucu ğ olarak Extern hurdalar Üretim artıkları talaşlar

231

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

233

234

235 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

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

237 Rafinasyon fırınında Al-recycling Döküm ve çok farklı Al alaşımların yüksek kalitede Al döküm alaşımlarına ş dönüşümü ş 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 ş Organik komp kurum oluyor Bu us sıcaklıkta a metalde ade herhangi değişim ş yok

238

239

240 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

241 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

242 Yatay fırın

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

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

245 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

246

247

248

249

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

251 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 ş 9- Yanma haznesi 10- O 2 ölçüm sondası 11- İşlem kapağı ğ 12- Sıcaklık Ölçümü 13- Kirli baca gazı 14- Temiz baca gazı

252

253

254 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 7t ton/h

255 Döner Tambur Fırın

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

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

258

259

260 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

261 Devrilebilir Döner Fırın

262 Devrilebilir Döner Fırında şarj

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

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

265 m TuzCuruf = m AlHurda 100 η 100 Al TF

266 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)

267

268 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 i Yüksek kalıntı çözünürlüğü

269 Al kayıpları Tuz curufta Al çözünürlüğü Çok düşük ihmal edilebilir eb 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

270 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

271

272

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

274

275

276

277

278

279

280

281

282 Al Problemleri

283 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

284 Alüminyum elektrolizinde açığa çıkan O 2 anotta C ile reaksiyona girerek %85 i CO ve % 15 i deco 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

285 Al üretimi için aşağıda analizi verilen boksit kullanılmaktadır Cevher otoklavda NaOH ile çözümlendirilerek Sodyumalüminat çözeltisi oluşturulmaktadır. Çıkan kırmızı çamurun analizi i 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 i i Al 2 O 3 % si 1 kg SiO 2 ile kayıp NaOH ağırlığı Toplam NaOH kaybını hesaplayınız Boksit analizi % Al 2 O 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 Na 2 O 4