Alumiinin louhinta bauksiitista on olennainen osa tieteen ja tekniikan alaa, joka takaa t\u00e4m\u00e4n monipuolisen metallin tasaisen saatavuuden. Alumiinin monien k\u00e4ytt\u00f6tarkoitusten vuoksi sen tehokkaampia tuotantotapoja on tutkittu vuosikymmeni\u00e4.<\/p>\n
Uuttamiseen kuuluu liuotus kuumalla natriumhydroksidilla, jonka j\u00e4lkeen alumiinihydroksidi saostetaan liuoksesta ja sen j\u00e4lkeen kalsinoidaan, jolloin saadaan kaupallisesti puhdasta alumiinioksidia.<\/p>\n
Karl-Josef Bayer keksi Bayer-prosessin vuonna 1887, ja se on edelleen t\u00e4rkein teollinen menetelm\u00e4 alumiinioksidin valmistukseen. Murskattu bauksiitti sekoitetaan natriumhydroksidin kanssa, jolloin muodostuu aluminaattiliuos, joka toimii l\u00e4ht\u00f6kohtana jatkok\u00e4sittelyvaiheille.<\/p>\n
Suodatus poistaa vapaan veden ja ep\u00e4puhtaudet; suodatuskakku johdetaan sitten kalsinointilaitteisiin, joita kuumennetaan korkeissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa, kunnes kaikki vapaa vesi ja kemialliset ep\u00e4puhtaudet on poistettu, jolloin saadaan alumiinioksidipulveria k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4ksi erilaisissa alumiiniprosesseissa, kuten sulatuksessa ja valussa.<\/p>\n
Rautamalmia k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n muiden metallien, kuten magnesiumin ja kalsiumin, tuotannossa. Kun se yhdistet\u00e4\u00e4n muihin alkuaineisiin, siit\u00e4 voidaan muodostaa seoksia erityissovelluksiin, kuten lentokoneiden moottoreihin tai polttokennoihin; lis\u00e4ksi se toimii tukimateriaalina muiden kemiallisten reaktioiden hallintaan k\u00e4ytett\u00e4vien katalyyttien luomisessa.<\/p>\n
Alumiinia ei voida tuottaa luonnollisesti, vaan se on louhittava malmista erilaisilla jalostustekniikoilla. Kaksi ensisijaista louhintamenetelm\u00e4\u00e4 ovat Bayerin ja Hall-Heroultin prosessit, joiden molempien l\u00e4ht\u00f6aineena on bauksiitti.<\/p>\n
Bauksiitti on luonnossa esiintyv\u00e4 karkearakeinen kivi, joka sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 merkitt\u00e4vi\u00e4 m\u00e4\u00e4ri\u00e4 alumiinioksidia (Al2O3). Alumiinioksidin kaupallisesta arvosta suuri osa on alumiinioksidia; alumiinin talteenotto vaatii paljon energiaa ja kalliita laitteita; teollisuus on siksi investoinut voimakkaasti bauksiitin jalostusteknologiaan, jotta se vastaa 30% maailman kokonaistuotannosta.<\/p>\n
Alumiini on v\u00e4ltt\u00e4m\u00e4t\u00f6n monilla teollisuudenaloilla ja monissa sovelluksissa, mutta se on ensin louhittava luonnostaan, jotta siit\u00e4 olisi hy\u00f6ty\u00e4. Vain muutamassa paikassa maapallolla on sen alkuaineena luonnossa - erityisesti bauksiitissa - joten on suoritettava useita jalostusprosesseja, ennen kuin saadaan valmiita alumiinituotteita, joita k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n laajalti monissa sovelluksissa. Alumiininvalmistajat tukeutuvat suuresti s\u00e4hk\u00f6kemiallisiin prosesseihin, kuten Hall-Heroultin prosessiin, kun raaka-aineista tehd\u00e4\u00e4n arvokkaita hy\u00f6dykkeit\u00e4. N\u00e4iden keskeisten kemiallisten reaktioiden ymm\u00e4rt\u00e4minen antaa tietoa t\u00e4st\u00e4 elint\u00e4rke\u00e4st\u00e4 teollisuudenalasta.<\/p>\n
Hall-Heroult-prosessi perustuu alumiinioksidin s\u00e4hk\u00f6kemialliseen liuottamiseen, jolloin saadaan puhdasta metallista alumiinia ja happikaasua. Koska kyseess\u00e4 on eritt\u00e4in monimutkainen prosessi, joka vaatii tarkkaa valvontaa tehokkaan tuotannon varmistamiseksi, l\u00e4mp\u00f6tilaa, virtaa ja elektrolyyttikoostumusta on hallittava tarkasti, jotta lopputulos olisi onnistunut.<\/p>\n
Charles Martin Hall, joka oli tuolloin 20-vuotias ensimm\u00e4isen vuoden opiskelija Ohion Oberlin Collegessa, alkoi tutkia tapoja valmistaa alumiinia vuonna 1880. Vaikka h\u00e4nen ensimm\u00e4iset yrityksens\u00e4, joissa h\u00e4n k\u00e4ytti s\u00e4hk\u00f6virtaa alumiinin erottamiseksi alumiinioksidista, ep\u00e4onnistuivat, Hall teki vuonna 1886 l\u00e4pimurron, joka muutti alumiinin historian lopullisesti.<\/p>\n
H\u00e4n liuotti alumiinioksidia kryoliitti-mineraaliin ja sijoitti grafiittisauvaelektrodit liuokseen. Sitten h\u00e4n ajoi s\u00e4hk\u00f6virran elektrodiensa l\u00e4pi tuottaakseen sulaa alumiinia positiiviselle puolelle (katodi), kun taas happikaasun tuotanto tapahtui negatiiviselle puolelle (anodi). Hall toisti t\u00e4m\u00e4n prosessin menestyksekk\u00e4\u00e4sti ja perusti lopulta Pittsburgh Reduction Companyn vuonna 1888.<\/p>\n
Hall-Heroult-prosessia on k\u00e4ytetty pitk\u00e4\u00e4n p\u00e4\u00e4asiallisena teollisena alumiinin valmistusmenetelm\u00e4n\u00e4. Vaikka se on energiaintensiivinen, se on viimeisten 110 vuoden aikana edistynyt merkitt\u00e4v\u00e4sti v\u00e4hent\u00e4\u00e4kseen s\u00e4hk\u00f6n k\u00e4ytt\u00f6\u00e4 prosessin aikana ja tuottaakseen hiilidioksidikaasua, joka puolestaan aiheuttaa huolta kasvihuonekaasuna. T\u00e4n\u00e4 aikana on kuitenkin pyritty jatkuvasti v\u00e4hent\u00e4m\u00e4\u00e4n sit\u00e4 mahdollisimman paljon.<\/p>\n
Bauksiitin, runsaasti alumiinia sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4n luonnonmineraalin, kysynt\u00e4 kasvaa jatkuvasti, ja sit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n laajalti teollisuudessa, mink\u00e4 vuoksi prosessia, jolla t\u00e4m\u00e4 runsas alkuaine muutetaan puhdistetuksi alumiiniksi, kehitet\u00e4\u00e4n jatkuvasti. T\u00e4m\u00e4 monimutkainen ja energiaintensiivinen prosessi riippuu monista tekij\u00f6ist\u00e4, kuten varantojen sijainnista, sulatustoiminnan energial\u00e4hteiden l\u00e4heisyydest\u00e4, tehokkuusvaatimuksista ja sitoutumisesta kest\u00e4viin k\u00e4yt\u00e4nt\u00f6ihin.<\/p>\n
Bayerin prosessiin kuuluu useita vaiheita: liuotus natriumhydroksidilla, alumiinipitoisten mineraalien erottaminen liuoksesta (ns. punalieju), natriumaluminaattikiteiden saostaminen ja lopuksi kalsinointi. Tuloksena on alumiinin valmistuksen olennainen ainesosa: Alumiinioksidi on my\u00f6s v\u00e4ltt\u00e4m\u00e4t\u00f6n raaka-aine, jota k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n valettavien tulenkest\u00e4vien aineiden ja hioma-aineiden valmistuksessa.<\/p>\n
Bayerin prosessin j\u00e4lkeen alumiinioksidi voidaan muuntaa puhtaaksi alumiiniksi Hall-Heroultin elektrolyyttisell\u00e4 prosessilla. T\u00e4m\u00e4 tapahtuu hiilell\u00e4 vuoratussa kattilassa, joka on varustettu kryoliittihauteella, joka alentaa alumiinioksidin sulamispistett\u00e4; s\u00e4hk\u00f6virta kulkee t\u00e4m\u00e4n ammeen l\u00e4pi, kun ilmasta per\u00e4isin oleva happi vuorovaikuttaa katodielektrodien kanssa muodostaen hiilidioksidikaasua ja nestem\u00e4ist\u00e4 alumiinia anodielektrodeissa; hiilidioksidikaasu voidaan sitten ker\u00e4t\u00e4 anodielektrodeihin hiilidioksidikaasuksi, jolloin syntyy hiilidioksidikaasua, joka sitten muodostaa nestem\u00e4ist\u00e4 alumiinia anodeissa loppuk\u00e4ytt\u00e4jien k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4ksi; lis\u00e4tietoja.<\/p>\n
Kaaviot tarjoavat tietoa s\u00e4hk\u00f6kemiallisista reaktioista, jotka muodostavat Hall-Heroult-prosessin. Alumiinioksidin uuttamisen yht\u00e4l\u00f6n avulla voidaan havaita, ett\u00e4 sen p\u00e4\u00e4prosessit sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4t:<\/p>\n
Suolahappoliuotus on ensimm\u00e4inen vaihe bauksiitin uuttamisessa. Ihanteellisissa pitoisuuksissa ja tilavuus-massasuhteessa\/reaktiol\u00e4mp\u00f6tiloissa liuotusnopeus saavuttaa huippunsa.<\/p>\n
Alumiinioksidi pumpataan saostuss\u00e4ili\u00f6ihin, jossa se laskeutuu ja siementyy kiinte\u00e4ksi alumiinihydroksidiksi, mink\u00e4 j\u00e4lkeen se siirret\u00e4\u00e4n tai pumpataan suoraan sulatuskammioon, jossa sit\u00e4 kuumennetaan, kunnes siit\u00e4 sulaa metallinen alumiini, joka kaadetaan harkoiksi, jotka voidaan sitten takoa, valssata tai vet\u00e4\u00e4 eri muotoisiksi tai kokoisiksi erityisiin k\u00e4ytt\u00f6tarkoituksiin.<\/p>\n
Alumiinia voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 erilaisissa lopputuotteissa autoista lentokoneisiin. Alumiiniseoksilla on my\u00f6s erityisi\u00e4 ominaisuuksia tiettyj\u00e4 k\u00e4ytt\u00f6tarkoituksia varten, kuten lujuus, korroosionkest\u00e4vyys ja johtavuus - n\u00e4m\u00e4 seokset voidaan sulattaa, valaa tai vet\u00e4\u00e4 levyiksi, joista voidaan valmistaa komponentteja nykyaikaisiin koneisiin, rakennusmateriaaleihin tai kulutustavaroihin.<\/p>\n
Alumiini on yksi maankuoren kolmesta runsaimmin esiintyv\u00e4st\u00e4 alkuaineesta, mutta sit\u00e4 ei esiinny luonnossa puhtaassa muodossaan. Sen sijaan alumiinia on louhittava kehittyneill\u00e4 s\u00e4hk\u00f6kemiallisilla prosesseilla ensisijaisesta raaka-aineesta bauksiitista, jotta sit\u00e4 voidaan tuottaa kaupallisesti. Alumiini on olennainen osa monia teollisia sovelluksia maailmanlaajuisesti.<\/p>\n
Hall-Heroult-prosessi on olennainen vaihe alumiinin talteenotossa. Menetelm\u00e4ss\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n s\u00e4hk\u00f6virtaa k\u00e4ynnist\u00e4m\u00e4\u00e4n kemiallisia reaktioita, jotka erottavat alumiinioksidin alumiinioksidista. Opiskelijoiden olisi tutkittava, miten t\u00e4m\u00e4 menetelm\u00e4 toimii, koska se antaa tietoa sek\u00e4 menetelm\u00e4n kemiasta ett\u00e4 siihen liittyvist\u00e4 teknisist\u00e4 haasteista.<\/p>\n
Kuten Bayerin menetelm\u00e4ss\u00e4, my\u00f6s t\u00e4ss\u00e4 prosessissa raaka-aineena on bauksiitti, joka sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 runsaasti alumiinioksidia ja joka on jalostettava puhtaaksi metalliksi. Vaikka prosessi on intensiivinen ja resurssi-intensiivinen, se on mahdollistanut alumiinin hy\u00f6dynt\u00e4misen teollisuudessa kaikkialla maailmassa.<\/p>\n
Prosessin alussa bauksiitti on ensin murskattava ja puhdistettava alumiinioksidin (Al2O3) tuottamiseksi, mink\u00e4 j\u00e4lkeen se sekoitetaan kryoliitin (Na3AlF6) kanssa sulamispisteen alentamiseksi ja johtavuuden parantamiseksi. Kun seos on sekoitettu, se laitetaan hiili- tai grafiittiastiaan elektrolyyttikennoksi ja siihen sy\u00f6tet\u00e4\u00e4n s\u00e4hk\u00f6\u00e4; katodissa muodostuu happea, kun taas anodissa alumiinioksidi pelkistyy nestem\u00e4iseksi alumiiniksi.<\/p>\n
Alumiinioksidi erotetaan liuoksesta suodattamalla ja sentrifugoimalla ja pumpataan useisiin kuusikerroksisiin saostuss\u00e4ili\u00f6ihin, joihin lis\u00e4t\u00e4\u00e4n alumiinioksidihydraatin kiinteit\u00e4 siemenkiteit\u00e4 saostusta varten. Kun se on n\u00e4iss\u00e4 s\u00e4ili\u00f6iss\u00e4, sit\u00e4 laimennetaan vedell\u00e4, kunnes se voidaan konsentroida saostusta varten - sitten se lietet\u00e4\u00e4n vedess\u00e4 ep\u00e4puhtauksien poistamiseksi ennen kuin se kuumennetaan noin 1 200 celsiusasteeseen reaktiota varten; kun se on valmis, se suodatetaan uudelleen ennen kuin se lietet\u00e4\u00e4n h\u00f6yryn avulla alumiinioksidilietteeksi tuotantoa varten.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Extraction of aluminium from bauxite is an integral aspect of scientific and engineering that ensures a steady supply of this […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[],"class_list":["post-748","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/748","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=748"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/748\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":749,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/748\/revisions\/749"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=748"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=748"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=748"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}