فرآیند بالادست آلومینیوم

آلومینیوم فراوان ترین عنصر فلزی (8٪ وزنی) در پوسته زمین است. در طبیعت در طیف گسترده ای از مواد معدنی همراه با اکسیژن، سیلیکون و دیگر فلزات یافت می شود. از آنجا که همه ترکیبات آلومینیوم شیمیایی بسیار پایدار هستند، آلومینیوم هرگز به عنوان یک فلزخالص در طبیعت پیدا نمی شود و نیاز به فرآیند بالادست آلومینیوم دارد.

آلومینیوم عمدتا به صورت بوکسیت است که به عنوان مواد اولیه برای صنعت آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد. بوکسیت عمدتا بین 40 تا 60 درصد آلومینا با مقادیر کم تر ترکیبات آهن، سیلیکون و تیتانیوم و همچنین بسیاری از ناخالصی های دیگر است. این ناخالصیها بریلیم هستند که غلظت آن از کمتر از 1 قسمت در میلیون به چندین قسمت در میلیون در معادن بوکسیت متفاوت است. از آنجایی که بریلیم برای انسان سمی است و می تواند تا حدودی در فضای سالن احیا (معمولا در غلظت های کمتر از 100 نانوگرم در متر مکعب) یافت شود، برخی نگرانی ها مطرح شده است. با این وجود، مطالعات انجام شده درکارخانه های آلومینیوم، میزان بسیار کمی از بروز حساسیت نسبت به بریلیوم را در بین کارگران یافته است

آلومینا

در پالایشگاه های آلومینا در فرآیند بالادست آلومینیوم، بوکسیت به آلومینا خالص تبدیل می شود. فرایند بایر، آلومینا را با هضم اکسید بوکسیت خرد شده در دمای بالا و فشار بالا در اتوکلاو استخراج می کند، سپس به وسیله واضح شدن، تسریع ، شستن و در نهایت عملیات برشتن ، آلومینای خالص بی آب تهیه می شود. این یک پودر سفید است که مانند نمک معمولی به نظر می رسد. آلومینا دارای نقطه ذوب بالا است، بیش از 2050 درجه سانتی گراد، و از لحاظ شیمیایی یک ترکیب بسیار پایدار است. به همین دلیل است که برای تولید آلومینیوم از آلومینا انرژی زیادی لازم است.

قدرت الکتریکی

بنابراین مقدار زیادی انرژی الکتریکی برای تبدیل آلومینا به آلومینیوم لازم است. جدیدترین  شیوه ذوب آلومینیوم برای تولید 1 کیلوگرم آلومینیوم نیازمند نزدیک به 13 کیلو وات ساعت است، در حالیکه مقدار متوسط ​​مصرف انرژی فعلی در جهان در حال حاضر نزدیک به 14 کیلووات ساعت در کیلوگرم آلومینیم است. در حالی که نیروگاه برق آبی به طور سنتی منبع الکتریکی برای تولید آلومینیوم است، ما می بینیم که زغال سنگ در حال حاضر بیش از 50 درصد تولید جهانی را تشکیل می دهد.

انرژی به طور معمول حدود 30 درصد از هزینه تولید آلومینیوم و بنابراین قیمت آن را در برمی گیرد ، پس فرآیند کاهش مصرف انرژی تولید، برای اقتصاد بسیار مهم است. مصرف انرژی تولید آلومینیوم در سال های اخیر با به کارگیری پیشرفت های تکنولوژیکی روند رو به کاهش داشته است. با این وجود، با توجه به تقاضای جهانی انرژی الکتریکی ، صرفه جویی در انرژی در تمام بخش های فرایند تولید، در سال های آتی، کار بسیار مهمی برای تولید کنندگان آلومینیوم خواهد بود. کارخانه های  آلومینیومی جدید تنها در مناطقی با انرژی الکتریکی موجود و ارزان قیمت ساخته خواهند شد.