Timföldgyártás

Nyersanyagok Nyersanyag: bauxit – agyagásványok, kaolin, nefelin

Bauxitásványok: hidrargillit (gibbsit): γ-Al(OH)3 böhmit γ-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%

A Bayer-eljárás szerinti timföldgyári technológia elvi vázlata

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

tartalomAl2O3 ∙ 3H2O + 2NaOH 2NaAlO2 + 4H2OSiO2 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)

Timföldgyártás Vörösiszap elválasztása

Az aluminátlúg hígitása 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

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 SiO2 nátrium-alumínium-szilikátok

formájában a vörösiszapba jut: Al2O3- és NaOH-veszteség

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.

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 VAz elektrolitban fellépő fesz. esés:                                       1.6-1.7 VFeszültségesés 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

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, felfüggeszett szénrudakból 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.

Az elektrolizáló cella 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.

Vas- és acélgyártás

Alapanyagok Vasérc Salakképző anyag:

Vasérc -> meddő kőzet -> salak Többnyire mészkőt vagy dolomitot használnak

Tüzelőanyag: koksz (szén) Redukálóanyag Hőt fejleszt

Levegő: Hőszükséglet biztosítása Forrószél

Nyersvas gyártása

Acélgyártás

• Lényeg: a nyersvasban ötvöződött széntartalom csökkentése (1,7% alá)

• Elégetik a szenet a nyersvasban

• Ezután hőkezelik, majd más fémekkel ötvözik

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.