این مقاله فرآیند ذوب آلومینیوم را مورد توجه قرار داده است. هدف این است که یک توصیف کوتاه اما جامع از کارخانه تولید آلومینیوم ، تکنولوژی باتری الکترولیز، مواد اولیه مورد استفاده و بهداشت و ایمنی مرتبط با این فرآیند را در چند مقاله ارائه دهیم.
این مقاله بر اساس مطالعه گسترده بر روی مقالات علم شیمی وپزشکی در تولید آلومینیوم اولیه است.
در حال حاضر دو چالش اصلی تکنولوژیکی برای این فرآیند وجود دارد،
- کاهش مصرف انرژی
- کاهش انتشار گازهای گلخانه ای.
جذب و تجزیه گاز دی اکسید کربن ناشی از تولید برق از منابع فسیلی یک هدف در جهت جلوگیری از آلودگی محیط زیست می باشد.
سلامت و ایمنی کارکنان بخش جدا نشدنی، از صنعت تولید آلومینیوم شده است. آسیب ها و بیماری های ناشی از کار قابل پیشگیری هستند و امیدواریم در آینده این عوارض به حداقل برسد.
صنعت تولید آلومینیوم اولیه تحت فرایند Hall-Héroult ، که به نام مخترعان نام گذاری شده است، انجام می شود. دو مخترع که در سال 1886 به طور مستقل از یکدیگر فرآیند الکترولیتی را اختراع کردند که در آن اکسید آلومینیوم (یا آلومینا، 2Al3O) در الکترولیت متشکل از کریولیت مذاب (3Na6Alf) و فلوراید آلومینیوم (3Alf)حل می شود.
در سلول های الکترولیز آلومینیومی مدرن، چندین آنزیم کربن در الکترولیت فرو می ریزند، و یون های اکسید شده از آلومینای محلول بر روی آندها به عنوان یک محصول میانی الکترولیتی قرار می گیرند. با این وجود، اکسید فورا با آندهای کربن واکنش نشان می دهد و به تدریج با تشکیل گاز دی اکسید کربن ( 2CO) آنها را جذب می کند. در زیر الکترولیت، یک استخر آلومینیوم مذاب قرار گرفته است که نقش کاتد در سلول را دارد. آلومینیوم تازه از آنیون حاوی آلومینیوم تشکیل شده است که در برخورد با الکترولیت آلومینیوم کاهش می یابد.
کارخانه تولید آلومینیوم (کارخانه ذوب فلز)
کارخانه تولید آلومینیوم دارای ساختمان ها یا سالنهای احیا بزرگ است که سلولهای الکترولیز در آنها مستقر می باشد. آنها می توانند بیش از یک کیلومتر طول داشته باشند، در بعضی موارد حدود 50 متر و شاید 20 متر ارتفاع دارند. در یک سالن احیا ، بین 100 تا 400 دیگ الکترولیز به صورت سری قرار گرفته و کاتد از یک سلول به طور الکتریکی به انتهای سلول بعدی متصل می شود تا یک سلول را تشکیل دهد که در اصطلاح صنعتی پات لاین نامیده می شود. اتصال سری استفاده از یکسو کننده های ولتاژ بالا را امکان پذیر می سازد. و برای پات لاین های مدرن، حداکثر ولتاژ در حال حاضر بیش از v1500 می باشد. با وجود اینکه جریان پات لاین ثابت نگه داشته می شود، هرسلول تنظیمات ولتاژخاص خود برای برآورده کردن نیازهای تکنولوژیکی خاص، مانند تعادل حرارتی، شرایط عامل سلولی و عمر و وضعیت کاتد را دارد. پات لاینهای مدرن به طور معمول از آمپراژ حدود 300کیلو وات تا حدود 600کیلو وات برخوردار هستند که بزرگترین سلولهای موجود در حال حاضر هستند. این سلول ها ، برای کاهش اثرات نامطلوب مغناطیسی جریان الکتریکی بالا و همچنین کاهش تلفات گرما از سلول ها به صورت ردیفی کنار هم قرار گرفته اند. سلول های قدیمی تر، که می توانند آمپراژ کمتر از 200 کیلو وات را داشته باشند، اغلب به صورت پشت سر هم قرار می گرفتند.روزانه، هر سلول این فلز با ارزش را در مقادیر زیاد، شاید هر ساعت 100 کیلوگرم یا بیشتر تولید می کند. تولید آلومینیوم مجموع این کارخانه ها رقمی بزرگ است طوریکه بزرگترین کارخانه های آلومینیومی در جهان، تولید سالیانه خود را نزدیک یا حتی بیش از 1 میلیون تن گزارش می دهند. این روند هنوز کاملا اتوماتیک نیست. جرثقیل برای حمل و نقل و تغییر آندها و پاک کردن آلومینیوم از دیگ ها به کار گرفته می شوند. وسایل نقلیه بزرگ برای جا به جایی فلز از سالن احیا به کارخانه ریخته گری برای عملیات بعدی و ریخته گری محصولات آلومینیومی ، مورد استفاده قرار می گیرد.
درقسمت فوقانی سلول، که روبنای سلولی گفته می شود. برای تسهیل جمع آوری گازهای آند و بخار فلوراید از الکترولیت ، هود آلومینیوم وجود دارد که گاز را جمع کرده و به کارخانه تصفیه گاز منتقل می شود. میله های آلومینیومی عمودی (به نام آندهای برپا شونده) جریان را از کاتد منفی سلول مجاور به آند مثبت سلول کنونی هدایت می کنند.
یک لایه آلومینا به همراه الکترولیت جامد بالای آندها را پوشانده است. جایی که آلومینا به طور خودکار به الکترولیت افزوده می شود ، سوراخهای باز در پوسته در امتداد خط مرکز بین دو ردیف آند وجود دارد. در زیر پوسته، یک لایه الکترولیت به عمق 15 تا 20 سانتیمتر و یک لایه آلومینیوم مذاب با عمق 10 تا 20 وجود دارد. این دو ذوب دارای تراکم های مختلف هستند و به همین دلیل با هم مخلوط نمی شوند. آلومینا در الکترولیت حل شده است و در کاتد الکترولیزمی شود تا آلومینیوم مذاب تولید شود.
به علت تولید گرما در سلول ها، دما در سالن احیا بالاست. البته در صورتی که سیستم تهویه طبیعی طراحی نشده باشد دمای موجود در سالن بالا نخواهد بود در مناطق گرم، گرمای سالن یک مشکل جدی است، و برنامه های گسترده ای برای انطباق و اقدامات پیشگیرانه تنظیم شده است.
جریان الکتریسیته بالا که از طریق هر سلول ایجاد می شود، میدان های مغناطیسی قوی ایجاد می کند که توسط انسان احساس نمی شود ومی توانند موجب آسیب رساندن به ساعت ها و کارت های اعتباری شوند..
در این سیستم های بزرگ، اتصالات زیادی وجود دارد که با مواد آزبست، معمولا کریستوتیل بسته بندی می شوند. پیش از این، آزبست نیز برای پوشش فلزی که از سلولها بیرون آمده بود استفاده شد. آزبست سرطان زا شناخته شده است. با این حال، مطالعه ای که توسط موسسه سرطان نروژ پشتیبانی می شود، هیچکدام از سرطان های ریه مرتبط با آزبست را در بین اپراتورهای سابق و فعلی در صنعت آلومینیوم نروژ نیافتند.
