Nguyên liệu bauxite và tinh chế Alumina
Chuỗi giá trị nhôm bắt đầu từ bauxite, một loại quặng-được khai thác trên bề mặt có chứa các oxit nhôm ngậm nước cùng với oxit sắt, silica và Titania. Chất lượng quặng được đánh giá ít hơn bởi tổng hàm lượng alumina so với tỷ lệ giữa alumina sẵn có và silica phản ứng, bởi vì tỷ lệ đó xác định lượng xút bị mất đi trong dòng cặn và do đó nhà máy lọc dầu có thể tiết kiệm đến mức nào.
Quá trình tinh chế tuân theo quy trình của Bayer. Quặng nghiền và rửa được phân hủy bằng dung dịch xút nóng, hòa tan các hydroxit nhôm và để lại cặn giàu sắt-ở dạng huyền phù. Nhiệt độ phân hủy được lựa chọn phù hợp với khoáng vật quặng, thường nằm trong khoảng từ 140 đến 240 độ C dưới áp suất đối với quặng boehmite và quặng diaspore, và thấp hơn đối với quặng gibbsit. Sau đó, bùn được lọc, pha loãng và làm trong để tách cặn không hòa tan được gọi là bùn đỏ, được rửa sạch, làm đặc và lưu trữ trong các bể chứa được thiết kế.
Rượu mang thai đã được làm sạch được làm lạnh trong bể kết tủa và gieo hạt tinh thể alumina hydrat mịn. Khi rượu nguội đi, quá trình bão hòa sẽ đẩy nhôm hydroxit ra khỏi dung dịch đi vào hạt giống. Hydrat thô được phân loại và phần mịn được trả lại dưới dạng hạt trong khi phần thô được rửa sạch và nung ở nhiệt độ khoảng 1000 đến 1100 độ C để loại bỏ nước liên kết hóa học. Kết quả là tạo ra bột alumina cấp độ lò luyện-, thường có hàm lượng oxit nhôm trên 98% với soda, silica và sắt được kiểm soát chặt chẽ. Kiểm soát chất lượng alumina tuân theo GB/T 24487 và phôi nấu chảy lại được sản xuất ở hạ lưu được chỉ định theo GB/T 1196.
Sự khử điện phân trong hội trường-Tế bào Heroult
Nhôm sơ cấp được sản xuất bằng phương pháp điện phân, không phải bằng cách nấu chảy theo nghĩa thông thường. Alumina được hòa tan trong cryolite nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 960 độ C bên trong lớp vỏ thép được lót bằng carbon, đóng vai trò là cực âm. Cực dương carbon được hạ xuống bể và dòng điện một chiều từ 150 đến 300 kiloamper đi qua tế bào.
Dòng điện phân hủy alumina hòa tan thành nhôm lỏng và oxy. Oxy kết hợp với bề mặt cực dương carbon, do đó cực dương được tiêu thụ liên tục và phải được thay thế theo chu kỳ đều đặn, thường là khoảng 0,4 tấn carbon trên mỗi tấn kim loại được sản xuất. Nhôm lỏng đặc hơn chất điện phân và đọng lại trên sàn tế bào, từ đó nó được hút vào nồi nấu kim loại. Điện áp tế bào bị chi phối bởi khoảng cách giữa cực dương và cực âm chứ không phải bởi khả năng phân hủy theo lý thuyết, đó là lý do tại sao mức tiêu thụ năng lượng riêng của nhôm sơ cấp là khoảng 13.500 kilowatt giờ mỗi tấn.
Kỷ luật vận hành tập trung vào việc kiểm soát nguồn cấp alumina, nhiệt độ bể và tỷ lệ bể, khoảng cách cực dương và phục hồi hiệu ứng cực dương. Kiểm soát nguồn cấp dữ liệu kém gây ra sự tích tụ bùn-hoặc hiệu ứng cực dương quá mức, đồng thời cả hai đều làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải. Các nhà máy luyện kim hiện đại cũng thu giữ và xử lý khí nồi để loại bỏ các hợp chất florua và lưu huỳnh trước khi thải ra ngoài.
Đúc và đồng nhất các tấm và phôi
Kim loại lỏng được chuyển từ nồi nấu kim loại đến trạm đúc và hợp kim hóa theo đặc điểm kỹ thuật trước khi hóa rắn. Đúc nguội trực tiếp là quy trình xương sống của các sản phẩm rèn: kim loại đổ vào khuôn làm mát bằng nước-trong khi bàn thủy lực rút lớp vỏ đông đặc, tạo ra các tấm cán cho các sản phẩm phẳng và phôi hình trụ để ép đùn.
Tấm cán: đúc hình chữ nhật lớn, thường nặng tới khoảng 30 tấn, dùng để sản xuất tấm và lá mỏng
Phôi đùn: đúc tròn với nhiều đường kính khác nhau cho dạng thanh, ống và thanh
Đúc liên tục và đúc dải: các tuyến đường nhỏ gọn sản xuất dải hoặc phôi gần thước đo cuối cùng
Đồng nhất hóa: ngâm ở nhiệt độ khoảng 500 đến 580 độ C để loại bỏ sự phân tách và cân bằng cấu trúc vi mô
Cạo và cưa: loại bỏ lớp da bề mặt bị tách biệt và bị oxy hóa trước khi gia công nóng
Thực hành đồng nhất hóa ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng định dạng ở hạ lưu. Việc ngâm không đủ sẽ khiến các pha hòa tan thô bị nứt trong quá trình cán hoặc ép đùn, trong khi thời gian ngâm quá mức sẽ lãng phí công suất lò và có thể làm các chất phân tán thô vượt quá phạm vi hữu ích.
Định hình: Cán, ép đùn, rèn và đúc khuôn
Các sản phẩm phẳng được sản xuất bằng cách cán nóng tấm đồng nhất trên máy nghiền đảo chiều, giảm độ dày từ khoảng 600 milimét xuống còn từ 2 đến 10 milimét, sau đó cán nguội trên máy nghiền nhiều -đế hoặc đơn{4}}đến thước đo cuối cùng. Các bước ủ giữa các lần kiểm soát độ cứng, kích thước hạt và kết cấu. Quá trình cán lá tiếp tục diễn ra trên các máy nghiền cụm xuống đến kích thước gần 0,006 milimét đối với lá mỏng nhất và lá tụ điện. Tấm và tấm được quy định theo tiêu chuẩn ASTM B209 và các yêu cầu về đặc tính cơ học của Châu Âu xuất hiện trong EN 485-2, với thành phần hóa học dành cho các sản phẩm rèn được quy định trong EN 573-3.
Các thanh định hình và ống được chế tạo bằng cách ép đùn, ép các phôi thép đã được nung nóng qua các khuôn định hình để kim loại chảy thành một phần liên tục. Thanh, que và hồ sơ ép đùn được quy định bởi ASTM B221. Việc rèn áp dụng biến dạng nén cho phôi hoặc phôi cắt, tinh chỉnh dòng chảy của hạt và cải thiện hiệu suất mỏi và độ bền cho bánh xe, tay treo và các phụ kiện kết cấu. Đúc khuôn áp suất cao-đúc hợp kim nóng chảy vào khuôn thép cứng dành cho vỏ, giá đỡ và các bộ phận động cơ có thành mỏng và gân phức tạp.
Tạo hình kim loại tấm đáp ứng một nhu cầu khác. Quá trình dập liên tục tạo ra khối lượng lớn các tấm và vỏ ô tô, trong khi quá trình sản xuất đắp dần tạo ra các bộ phận có hình dạng gần{1}}lưới{2}} theo từng lớp, giúp rút ngắn thời gian sản xuất cho các bộ phận dụng cụ và hàng không vũ trụ có khối lượng- thấp nhưng yêu cầu kiểm soát chất lượng bột và xử lý hậu kỳ.
Xử lý bề mặt và kiểm soát chất lượng
Việc hoàn thiện bề mặt quyết định tuổi thọ ăn mòn, hình thức bên ngoài và khả năng kết dính ở hạ lưu. Anodizing tạo ra một lớp oxit anốt xốp có thể được bịt kín hoặc nhuộm, thường dày từ 5 đến 25 micromet tùy thuộc vào loại yêu cầu. Sơn tĩnh điện áp dụng một lớp polymer chống lại thời tiết và mài mòn. Lớp phủ chuyển hóa hóa học tạo ra các màng không chứa photphat hoặc cromat-giúp cải thiện độ bám dính của sơn và khả năng chống ăn mòn tạm thời. Đánh bóng cơ học mang lại lớp hoàn thiện phản chiếu và tạo họa tiết bằng laze tạo ra các mẫu vi mô-giữ lại chất bôi trơn trong quá trình tạo hình.
Xác minh thành phần hóa học bằng phương pháp quang phổ phát xạ quang học trên mỗi vật đúc
Kiểm tra cơ học độ bền kéo, cường độ chảy và độ giãn dài trên thành phẩm
Kiểm tra kích thước về độ dày, chiều rộng, độ phẳng, độ thẳng và dung sai biên dạng
Kiểm tra bề mặt để tìm tạp chất, mảng oxit, vết trầy xước, vết nứt cạnh và dấu vết nhà máy
Thử nghiệm không{0}}phá hủy chẳng hạn như kiểm tra siêu âm để phát hiện các khuyết tật bên trong tấm và vật rèn lớn
Truy xuất nguồn gốc liên kết từng lô thành phẩm với số đúc, hồ sơ xử lý nhiệt và dữ liệu kiểm tra. Chuỗi hồ sơ đó là thứ cho phép nhà chế tạo chấp nhận vật liệu mà không cần lặp lại mọi thử nghiệm, vì vậy nó là tài sản thương mại hơn là giấy tờ.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Alumina được chiết xuất từ quặng bôxit như thế nào?
Quặng được nghiền và rửa sạch, sau đó được phân hủy bằng xút nóng để hòa tan nhôm hydroxit. Bùn đỏ giàu sắt-không hòa tan được tách ra, nhôm hydroxit được kết tinh từ dung dịch đã nguội bằng cách gieo mầm và hydrat được nung thành bột alumina cấp-lò luyện.
Hỏi: Điều gì xảy ra bên trong một tế bào khử điện phân?
Alumina hòa tan trong cryolit nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 960 độ C. Dòng điện một chiều từ 150 đến 300 kilôampe phân tách alumina thành nhôm lỏng và oxy, cực dương cacbon bị tiêu thụ và kim loại nóng chảy tích tụ trên sàn tế bào có lót cacbon-để khai thác định kỳ.
Hỏi: Tại sao cần phải đồng nhất hóa sau khi đúc?
Quá trình phân chia lá và các pha không{0} cân bằng thô. Ngâm ở nhiệt độ gần 500 đến 580 độ C sẽ hòa tan các pha đó và cân bằng cấu trúc vi mô, giúp cải thiện hoạt động lăn và đùn cũng như ổn định các đặc tính cuối cùng.
Hỏi: Nhôm sơ cấp cần bao nhiêu năng lượng?
Khoảng 13.500 kilowatt giờ trên mỗi tấn kim loại, với phần lớn nhất được tiêu thụ trong các tế bào điện phân. Nhôm tái chế tránh hoàn toàn bước khử và chỉ cần một phần nhỏ năng lượng đó.
Hỏi: Những tiêu chuẩn nào bao gồm tấm nhôm và cấu hình ép đùn?
ASTM B209 bao gồm tấm và tấm và ASTM B221 bao gồm các thanh, thanh và biên dạng ép đùn, trong khi EN 573-3 xác định thành phần rèn và EN 485-2 xác định các đặc tính cơ học của tấm. Các yêu cầu của Trung Quốc được đặt ra theo tiêu chuẩn GB/T đối với các sản phẩm phôi và hạ nguồn.
Q: Nên chọn bề mặt hoàn thiện nào?
Chọn anodizing để mài mòn và màu trang trí, sơn tĩnh điện để chống chịu thời tiết bên ngoài, lớp phủ chuyển đổi hóa học làm lớp sơn nền hoặc bảo vệ tạm thời, đánh bóng để phản chiếu và tạo họa tiết bằng laser khi cần giữ chất bôi trơn trong quá trình tạo hình.
