アルミ加工

製錬

アルミニウムを製造する方法はいくつかありますが、商業的に使用されているのは1つだけです。金属ナトリウムと塩化アルミニウムの直接反応を含むデヴィルプロセスは、19世紀後半のアルミニウム生産の基礎でしたが、より経済的な電解プロセスのために廃止されました。金属酸化物を還元（酸素を除去）するための古典的な方法である炭素熱的アプローチは、長年にわたって熱心な研究の主題でした。これは、酸化物を炭素と一緒に加熱して、一酸化炭素とアルミニウムを生成することを含みます。炭素熱製錬の大きな魅力は、アルミナ精製をバイパスする可能性と、ボーキサイトより低品位の鉱石と石油コークスより低品位の炭素から始める可能性です。しかし、長年にわたる集中的な研究にもかかわらず、バイエルホールエルールのアプローチについては、経済的な競争相手は見つかりませんでした。

原則的には変更されていませんが、今日のホールエルトル製錬プロセスは、元のプロセスとは規模と詳細が大きく異なります。現代の技術は、機器や材料の大幅な改善をもたらし、最終的なコストを削減しました。

現代の製錬所では、アルミナは還元ポット（炭素で裏打ちされた深い長方形の鋼製シェル）に溶解されており、その中には氷晶石と呼ばれるナトリウム、アルミニウム、およびフッ素の化合物からなる溶融電解質が充填されています。

炭素アノードにより、直流が電解液を通ってセルの底にある炭素カソードライニングに流れます。溶融バスの表面にクラストが形成されます。このクラストの上にアルミナが追加され、セルからの熱（約950°C [1,750°F]）によって予熱され、吸着された水分が追い出されます。定期的にクラストが破壊され、アルミナがバスに供給されます。新しいセルでは、自動フィーダーによってアルミナが溶融バスに直接供給されます。

電気分解の結果は、セルの底に溶融アルミニウムが堆積し、炭素アノードで二酸化炭素が発生することです。アルミニウムが1キログラム（2.2ポンド）製造されるごとに、約450グラム（1ポンド）の炭素が消費されます。生成されるアルミニウム1キログラムあたり約2 kgのアルミナが消費されます。

製錬プロセスは連続的です。追加のアルミナが浴に定期的に追加され、還元によって消費されたアルミナと交換されます。電流によって生成された熱により、浴は溶融状態に維持され、新しいアルミナが溶解します。定期的に、溶融アルミニウムは吸い上げられます。

氷晶石電解質からの一部のフッ化物がプロセスで失われるため、必要に応じてフッ化アルミニウムを添加して、浴の化学組成を復元します。過剰のフッ化アルミニウムを含むバスは、最大の効率を提供します。

実際には、ポットラインと呼ばれる還元ポットの長い列が電気的に直列に接続されています。ポットの通常の電圧の範囲は4〜6ボルトで、電流負荷の範囲は30,000〜300,000アンペアです。50から250のポットは、合計ライン電圧が1,000ボルトを超える単一のポットラインを形成する場合があります。電力は、アルミニウムの最も高価な成分の1つです。1900年以来、アルミニウム生産者は安価な水力発電源を探してきましたが、化石燃料からのエネルギーを使用する多くの施設を建設する必要もありました。技術の進歩により、1キログラムのアルミニウムを生産するのに必要な電気エネルギーの量が減少しました。1940年には、その数値は19キロワット時でした。1990年までに、生産されたアルミニウム1キログラムあたりの電気エネルギー消費量は、最も効率的なセルでは約13キロワット時に減少しました。

溶融アルミニウムはセルから大きなるつぼに吸い上げられます。そこから金属を金型に直接注いで鋳物用インゴットを製造し、保持炉に移してさらに精製するか、他の金属と合金化するか、またはその両方を行って、製造用インゴットを形成します。セルに由来するように、一次アルミニウムは約99.8％の純度です。

自動化とコンピューター制御は、製錬所の操業に大きな影響を与えました。最新の還元設備では、完全に機械化された炭素プラントとコンピューター制御を使用して、ポットライン操作を監視および自動化します。

リサイクル

アルミニウムスクラップの再溶解は、ボーキサイトから一次アルミニウムを製造するのに必要なエネルギーの5％しか消費しないため、製造、シート、鍛造品、および押出成形品からの「インプロセス」スクラップ金属は、生産が始まって以来、溶解炉に戻る道を見つけています。さらに、第一次世界大戦の直前に、アルミニウムからの商業製品および国内製品の製造中に生成された「新しい」スクラップは、二次アルミニウム産業と呼ばれるものを始めた起業家によって収集されました。新しいスクラップの化学組成は通常、明確に定義されています。その結果、それは多くの場合、同じ合金に作り直されるために主要なアルミニウム生産者に売り戻されます。「新しい」スクラップは、自動車や芝生の椅子などの廃棄された消費者製品のリサイクルによって生成される「古い」スクラップで大幅に補われています。古いスクラップは多くの場合汚れており、多くの合金の混合物であるため、通常、最終的には合金元素のレベルが高い鋳造合金になります。

使用済みのアルミ製飲料容器は、ユニークな種類の古いスクラップを構成しています。これらの缶の本体と蓋は異なるアルミニウム合金で作られていますが、どちらもマグネシウムとマンガンを含んでいます。その結果、リサイクルされた飲料容器を使用して、いずれかの製品の在庫を再作成できます。スクラップから飲料缶を製造するために必要なエネルギーは、一次金属から缶を製造するために必要なエネルギーの約30％です。このため、使用済み飲料容器のリサイクルは、一次金属生産者にとって増加する金属の供給源となっています。