Aluminium smelting
அலுமினியம் உருகுதல் என்பது அலுமினியத்தை அதன் ஆக்சைடு, அலுமினாவிலிருந்து பொதுவாக ஹால்-ஹெரால்ட் செயல்முறை மூலம் பிரித்தெடுக்கும் செயல்முறையாகும். அலுமினா சுத்திகரிப்பு நிலையத்தில் பேயர் செயல்முறை மூலம் தாது பாக்சைட்டிலிருந்து அலுமினா பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது. இது ஒரு மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறையாகும், எனவே ஒரு அலுமினிய உருக்கி அதிக அளவு மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்துகிறது; உருக்கிகள் பெரிய மின் நிலையங்களுக்கு அருகில் அமைந்துள்ளன, பெரும்பாலும் நீர்-மின்சார நிலையங்கள், செலவுகளைக் குறைப்பதற்கும் ஒட்டுமொத்த கார்பன் தடம் குறைப்பதற்கும். பல உருக்கிகள் இறக்குமதி செய்யப்பட்ட அலுமினாவைப் பயன்படுத்துவதால், உருக்கிகள் பெரும்பாலும் துறைமுகங்களுக்கு அருகில் அமைந்துள்ளன. ஒரு அலுமினிய உருக்கியின் அமைவு ஹால்-ஹெரால்ட் மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறை முதன்மை அலுமினியத்திற்கான முக்கிய உற்பத்தி பாதையாகும். ஒரு மின்னாற்பகுப்பு செல் என்பது ஒரு எஃகு ஷெல்லால் ஆனது, இது தொடர்ச்சியான இன்சுலேடிங் லைனிங் ரிஃப்ரக்டரி பொருட்களால் ஆனது. இந்த கலத்தில் ஒரு கொள்கலன் மற்றும் ஆதரவாக செங்கல்-வரிசைப்படுத்தப்பட்ட வெளிப்புற எஃகு ஷெல் உள்ளது. ஷெல் உள்ளே, கேத்தோடு தொகுதிகள் ரேமிங் பேஸ்ட் மூலம் ஒன்றாக சிமெண்ட் செய்யப்படுகின்றன. மேல் புறணி உருகிய உலோகத்துடன் தொடர்பு கொண்டு கேத்தோடாக செயல்படுகிறது. உருகிய எலக்ட்ரோலைட் செல்லின் உள்ளே அதிக வெப்பநிலையில் பராமரிக்கப்படுகிறது. முன் தயாரிக்கப்பட்ட அனோட் எலக்ட்ரோலைட்டில் தொங்கவிடப்பட்ட பெரிய சின்டர்டு தொகுதிகளின் வடிவத்தில் கார்பனால் ஆனது. ஒற்றை சோடர்பெர்க் மின்முனை அல்லது பல முன் தயாரிக்கப்பட்ட கார்பன் தொகுதிகள் அனோடாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் அவற்றின் மேற்பரப்பில் நிகழும் முக்கிய உருவாக்கம் மற்றும் அடிப்படை எதிர்வினைகள் ஒரே மாதிரியானவை. ஒரு அலுமினிய உருக்கி மின்னாற்பகுப்பு நடைபெறும் அதிக எண்ணிக்கையிலான செல்களை (பானைகள்) கொண்டுள்ளது. ஒரு வழக்கமான உருக்கியில் 300 முதல் 720 பானைகள் வரை உள்ளன, அவை ஒவ்வொன்றும் ஒரு நாளைக்கு ஒரு டன் அலுமினியத்தை உற்பத்தி செய்கின்றன, இருப்பினும் மிகப்பெரிய முன்மொழியப்பட்ட உருக்கிகள் அந்த திறனை விட ஐந்து மடங்கு அதிகமாகும். உருகுதல் ஒரு தொகுதி செயல்முறையாக இயக்கப்படுகிறது, அலுமினிய உலோகம் பானங்களின் அடிப்பகுதியில் டெபாசிட் செய்யப்பட்டு அவ்வப்போது அகற்றப்படுகிறது. குறிப்பாக ஆஸ்திரேலியாவில் மின் வலையமைப்பு தேவையைக் கட்டுப்படுத்த இந்த உருக்கிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இதன் விளைவாக உருக்கிக்கு மிகக் குறைந்த விலையில் மின்சாரம் வழங்கப்படுகிறது. இருப்பினும், 4 முதல் 5 மணி நேரத்திற்கு மேல் மின்சாரம் தடைபடக்கூடாது, ஏனெனில் திரவ உலோகம் திடப்படுத்தினால் பானைகளை கணிசமான செலவில் சரிசெய்ய வேண்டும். உருகிய கிரையோலைட்டில் கரைக்கப்பட்ட அலுமினிய ஆக்சைடை மின்னாற்பகுப்பு குறைப்பதன் மூலம் அலுமினியம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. அதே நேரத்தில் கார்பன் மின்முனை ஆக்சிஜனேற்றப்படுகிறது, ஆரம்பத்தில் கார்பன் மோனாக்சைடு C + 1/2O2-> CO கார்பன் மோனாக்சைடு (CO) உருவாக்கம் எதிர்வினை வெப்பநிலையில் வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக விரும்பப்படுகிறது என்றாலும், கணிசமான அதிக மின்னழுத்தம் இருப்பது (தலைகீழ் மற்றும் துருவமுனைப்பு ஆற்றல்களுக்கு இடையிலான வேறுபாடு) வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலையையும் CO இன் கலவையையும் மாற்றுகிறது மற்றும் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. எனவே இலட்சியப்படுத்தப்பட்ட ஒட்டுமொத்த எதிர்வினைகளை இவ்வாறு எழுதலாம் மின்னோட்ட அடர்த்தியை 1 A/cm2 வரை அதிகரிப்பதன் மூலம், அதிகரிப்பு மற்றும் கார்பன் நுகர்வு விகிதம் குறைகிறது. அலுமினியத்தின் ஒவ்வொரு அணுவையும் உற்பத்தி செய்ய மூன்று எலக்ட்ரான்கள் தேவைப்படுவதால், இந்த செயல்முறை அதிக அளவு மின்சாரத்தை பயன்படுத்துகிறது. இந்த காரணத்திற்காக அலுமினிய உருக்கிகள் நீர்மின் போன்ற மலிவான மின்சார ஆதாரங்களுக்கு அருகில் வைக்கப்பட்டுள்ளன. செல் கூறுகள் எலக்ட்ரோலைட்ஃ எலக்ட்ரோலைட் என்பது கிரையோலைட் (Na3AlF6) மற்றும் கரைந்த அலுமினாவின் உருகிய குளியல் ஆகும். குறைந்த உருகுநிலை, திருப்திகரமான பாகுத்தன்மை மற்றும் குறைந்த நீராவி அழுத்தம் கொண்ட அலுமினாவுக்கு கிரையோலைட் ஒரு நல்ல கரைப்பான் ஆகும். அதன் அடர்த்தி திரவ அலுமினியத்தை விட குறைவாக உள்ளது (2 எதிராக 2.3 கிராம்/செமீ 3), இது கலத்தின் அடிப்பகுதியில் உள்ள உப்பிலிருந்து உற்பத்தியை இயற்கையாகப் பிரிக்க அனுமதிக்கிறது. தூய கிரையோலைட்டில் உள்ள கிரையோலைட் விகிதம் (NaF/AlF3) 1010 டிகிரி செல்சியஸ் உருகும் வெப்பநிலையுடன் 3 ஆகும், மேலும் இது 960 டிகிரி செல்சியஸில் 11 சதவீதம் அலுமினாவுடன் ஒரு யூடெக்டிக் உருவாக்குகிறது. தொழில்துறை செல்களில் கிரையோலைட் விகிதம் அதன் உருகுதல் வெப்பநிலையை 940-980 °C ஆகக் குறைக்க 2 முதல் 3 வரை வைக்கப்படுகிறது. கேத்தோட்ஃ கார்பன் கேத்தோட்கள் அடிப்படையில் ஆந்த்ராசைட், கிராஃபைட் மற்றும் பெட்ரோலியம் கோக் ஆகியவற்றால் தயாரிக்கப்படுகின்றன, அவை சுமார் 1200 டிகிரி செல்சியஸில் கணக்கிடப்படுகின்றன மற்றும் கேத்தோட் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படுவதற்கு முன்பு நொறுக்கப்பட்டு வடிகட்டப்படுகின்றன. திரட்டிகள் நிலக்கரி-தார் பிட்சுடன் கலக்கப்பட்டு, உருவாக்கப்பட்டு, சுடப்படுகின்றன. கார்பன் தூய்மை அனோடைப் போல கடுமையானதல்ல, ஏனெனில் கேத்தோடில் இருந்து உலோக மாசுபாடு குறிப்பிடத்தக்கதாக இல்லை. கார்பன் கேத்தோடு போதுமான வலிமை, நல்ல மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் தேய்மானத்திற்கு அதிக எதிர்ப்பு மற்றும் சோடியம் ஊடுருவல் ஆகியவற்றைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். கிராஃபிடிக் மற்றும் கிராஃபிடைஸ் செய்யப்பட்ட பெட்ரோலியம் கோக் கேத்தோட்களை விட ஆன்ட்ராஸைட் கேத்தோட்கள் அதிக தேய்மான எதிர்ப்பு மற்றும் குறைந்த வீச்சுடன் மெதுவாக ஊர்ந்து செல்கின்றன [15]. அதற்கு பதிலாக, அதிக கிராஃபிக் வரிசையைக் கொண்ட அடர்த்தியான கேத்தோட்கள் அதிக மின் கடத்துத்திறன், குறைந்த ஆற்றல் நுகர்வு [14] மற்றும் சோடியம் ஊடுருவல் காரணமாக குறைந்த வீக்கம் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன. வீக்கம் கேத்தோடு தொகுதிகளின் ஆரம்ப மற்றும் சீரான சரிவுக்கு வழிவகுக்கிறது. அனோட்ஃ கார்பன் அனோட்கள் அலுமினிய உருகுவதில் ஒரு குறிப்பிட்ட சூழ்நிலையைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அனோட் வகையைப் பொறுத்து, அலுமினிய உருகுதல் இரண்டு வெவ்வேறு தொழில்நுட்பங்களாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது; சோடர்பர்க் மற்றும் ப்ரீபேக் அனோட்கள். அனோட்கள் பெட்ரோலியம் கோக்கால் தயாரிக்கப்படுகின்றன, அவை நிலக்கரி-தார்-பிட்சுடன் கலக்கப்படுகின்றன, அதைத் தொடர்ந்து உயர்ந்த வெப்பநிலையில் உருவாகி பேக்கிங் செய்யப்படுகின்றன. அனோடின் தரம் அலுமினிய உற்பத்தியின் தொழில்நுட்ப, பொருளாதார மற்றும் சுற்றுச்சூழல் அம்சங்களை பாதிக்கிறது. ஆற்றல் செயல்திறன் அனோட் பொருட்களின் தன்மை மற்றும் வேகவைத்த அனோட்களின் போரோசிட்டி ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடையது. முன்கூட்டியே சுடப்பட்ட அனோடுகளின் (50-60 μωm) மின் எதிர்ப்பை சமாளிக்க சுமார் 10 சதவீதம் செல் சக்தி பயன்படுத்தப்படுகிறது. குறைந்த மின்னோட்ட செயல்திறன் மற்றும் மின்னாற்பகுப்பு அல்லாத நுகர்வு காரணமாக கார்பன் கோட்பாட்டு மதிப்பை விட அதிகமாக நுகரப்படுகிறது. மூலப்பொருட்கள் மற்றும் உற்பத்தி அளவுருக்களில் உள்ள மாறுபாடு காரணமாக ஒரே மாதிரியான அனோட் தரம் அதன் செயல்திறன் மற்றும் செல் நிலைத்தன்மையையும் பாதிக்கிறது. முன் வேகவைக்கப்பட்ட நுகரக்கூடிய கார்பன் அனோட்கள் கிராஃபிடைஸ் செய்யப்பட்ட மற்றும் கோக் வகைகளாக பிரிக்கப்பட்டுள்ளன. கிராஃபிடைஸ் செய்யப்பட்ட அனோட்களின் உற்பத்திக்கு, ஆந்த்ராசைட் மற்றும் பெட்ரோலியம் கோக் கால்சைன் செய்யப்பட்டு வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. பின்னர் அவை நிலக்கரி-தார் பிட்சுடன் கலக்கப்பட்டு அழுத்தப்படுகின்றன. அழுத்தப்பட்ட பச்சை அனோட் பின்னர் 1200 டிகிரி செல்சியஸில் சுடப்பட்டு வரைபடமாக்கப்படுகிறது. கோக் அனோட்கள் கால்சைன் செய்யப்பட்ட பெட்ரோலியம் கோக், மறுசுழற்சி செய்யப்பட்ட அனோட் பட்டுகள் மற்றும் நிலக்கரி-தார் சுருதி (பைண்டர்) ஆகியவற்றால் தயாரிக்கப்படுகின்றன. நிலக்கரி தார் சுருதியுடன் திரட்டிகளை கலப்பதன் மூலம் அனோட்கள் தயாரிக்கப்படுகின்றன, இது ஒரு மாவை நிலைத்தன்மையுடன் ஒரு பேஸ்ட்டை உருவாக்குகிறது. இந்த பொருள் பெரும்பாலும் அதிர்வு-சுருக்கமாக உள்ளது, ஆனால் சில தாவரங்களில் அழுத்தப்படுகிறது. பச்சை அனோட் பின்னர் 1100-1200 °C இல் 300-400 மணிநேரங்களுக்கு, கிராஃபிடைசேஷன் இல்லாமல், பைண்டரின் சிதைவு மற்றும் கார்பனைசேஷன் மூலம் அதன் வலிமையை அதிகரிக்க சிண்டர் செய்யப்படுகிறது. அதிக பேக்கிங் வெப்பநிலை இயந்திர பண்புகள் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறனை அதிகரிக்கிறது, மேலும் காற்று மற்றும் CO2 வினைத்திறனைக் குறைக்கிறது. கோக் வகை அனோட்களின் குறிப்பிட்ட மின் எதிர்ப்பு கிராஃபிடைஸ் செய்யப்பட்டவற்றை விட அதிகமாக உள்ளது, ஆனால் அவை அதிக அழுத்த வலிமை மற்றும் குறைந்த போரோசிட்டியைக் கொண்டுள்ளன. 1923 ஆம் ஆண்டில் நோர்வேயில் முதன்முறையாக பயன்படுத்தப்பட்ட சோடர்பெர்க் மின்முனைகள் (இன்-சிட்டு பேக்கிங்), ஒரு எஃகு ஷெல் மற்றும் ஒரு கார்பனேசியஸ் வெகுஜனத்தால் ஆனவை, அவை மின்னாற்பகுப்பு கலத்திலிருந்து வெளியேறும் வெப்பத்தால் சுடப்படுகின்றன. சோடர்பர்க் கார்பன் அடிப்படையிலான பொருட்களான கோக் மற்றும் ஆந்த்ராசைட் ஆகியவை நசுக்கப்பட்டு, வெப்பத்தால் சிகிச்சையளிக்கப்பட்டு வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த திரட்டிகள் சுருதி அல்லது எண்ணெயுடன் பிணைப்பாக கலக்கப்பட்டு, பிரிக்வெட்டட் செய்யப்பட்டு ஷெல்லில் ஏற்றப்படுகின்றன. வெப்பநிலை நெடுவரிசையின் மேற்பகுதிக்கு கீழே அதிகரிக்கிறது மற்றும் அனோட் குளியலறையில் குறைக்கப்படுவதால் இன்-சிட்டு பேக்கிங் நடைபெறுகிறது. பேக்கிங்கின் போது கணிசமான அளவு ஹைட்ரோகார்பன்கள் வெளியேற்றப்படுகின்றன, இது இந்த வகை மின்முனைகளின் குறைபாடாகும். சோடர்பர்க் அனோட்களுடன் ஒப்பிடும்போது, செயல்முறை கட்டுப்பாடு எளிதானது மற்றும் சற்று சிறந்த ஆற்றல் செயல்திறன் அடையப்படுவதால், பெரும்பாலான நவீன உருக்கிகள் முன் தயாரிக்கப்பட்ட அனோட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. அலுமினிய உருக்கிகளின் சுற்றுச்சூழல் பிரச்சினைகள் இந்த செயல்முறை ஒரு அளவு ஃவுளூரைடு கழிவுகளை உருவாக்குகிறதுஃ பெர்ஃப்ளூரோகார்பன்கள் மற்றும் ஹைட்ரஜன் ஃவுளூரைடு வாயுக்களாகவும், சோடியம் மற்றும் அலுமினிய ஃவுளூரைடுகள் மற்றும் பயன்படுத்தப்படாத கிரையோலைட் துகள்களாகவும் உள்ளன. இது 2007 ஆம் ஆண்டில் சிறந்த ஆலைகளில் ஒரு டன் அலுமினியத்திற்கு 0.5 கிலோவாகவும், 1974 ஆம் ஆண்டில் பழைய வடிவமைப்புகளில் ஒரு டன் அலுமினியத்திற்கு 4 கிலோவாகவும் இருக்கலாம். கவனமாக கட்டுப்படுத்தப்படாவிட்டால், ஹைட்ரஜன் ஃவுளூரைடுகள் தாவரங்களைச் சுற்றியுள்ள தாவரங்களுக்கு மிகவும் நச்சுத்தன்மையுள்ளதாக இருக்கும். சோடர்பெர்க் செயல்முறை அனோட் நுகரப்படும்போது ஆந்த்ராசைட்/சுருதி கலவையை சுடுகிறது, உருக்கியில் சுருதி நுகரப்படுவதால் பாலிசைக்ளிக் நறுமண ஹைட்ரோகார்பன்களின் குறிப்பிடத்தக்க உமிழ்வை உருவாக்குகிறது. பானங்களின் லைனிங்குகள் சயனைடு உருவாக்கும் பொருட்களால் மாசுபடுகின்றன; அல்கோவா பயன்படுத்தப்பட்ட லைனிங்குகளை அலுமினிய ஃவுளூரைடாக மறுபயன்பாட்டிற்காகவும், கட்டுமான நோக்கங்களுக்காகவும் செயலற்ற கழிவுகளுக்காகவும் பயன்படுத்தக்கூடிய செயற்கை மணலாக மாற்றுவதற்கான ஒரு செயல்முறையைக் கொண்டுள்ளது. அலுமினியம் உருகுவதன் சுற்றுச்சூழல் தாக்கங்களைக் குறைக்க ஒரு மந்த அனோடை உருவாக்குவதற்கான ஆராய்ச்சி முயற்சிகள் நடந்து வருகின்றன. அல்கோவா மற்றும் ரியோ டின்டோ ஆகியவை எலிஸிஸ் என்ற கூட்டு நிறுவனத்தை உருவாக்கி, அல்கோவா உருவாக்கிய மந்த அனோட் தொழில்நுட்பத்தை வணிகமயமாக்குகின்றன. மந்த அனோட் என்பது ஒரு செர்மெட் பொருள், இது நிக்கல் ஃபெரைட்டின் பீங்கான் மேட்ரிக்ஸில் செம்பு அலாய் உலோக சிதறல் ஆகும். ஆற்றல் பயன்பாடு அலுமினியம் உருகுதல் அதிக ஆற்றல் தீவிரமானது, மேலும் சில நாடுகளில் மலிவான மின்சார ஆதாரங்கள் இருந்தால் மட்டுமே அது சிக்கனமானது. சில நாடுகளில், புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி இலக்குகள் போன்ற எரிசக்தி கொள்கைக்கு உருக்கிகளுக்கு விலக்கு அளிக்கப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டு அலுமினிய உருக்கிகள் வடகிழக்கு இங்கிலாந்தில் உள்ள நிலக்கரி எரியும் லைன்மௌத் மின் நிலையத்தால் இயக்கப்படும் அல்கான் லைன்மௌத் அலுமினியம் ஸ்மெல்டர், வடமேற்கு வேல்ஸில் உள்ள வைல்ஃபா அணு மின் நிலையத்தால் இயக்கப்படுகிறது (30/09/09 மூடப்பட்டது) கானாவில் உள்ள வால்கோ அலுமினியம் உருக்கியானது, ஐஸ்லாந்தில் உள்ள அகோசோம்போ நீர்மின் திட்டத்தால் இயக்கப்படுகிறது, இது இந்தியாவின் ஒரிசாவில் உள்ள காரஞ்சுகர் நீர்மின் நிலையமான ஜர்சுகுடாவால் இயக்கப்படுகிறது, அதன் சொந்த நிலக்கரி எரியும் மின் நிலையத்தால் இயக்கப்படுகிறது. கியூபெக்கின் செப்டம்பர்-இல்ஸில் உள்ள அலுமினேரி அலோயட். பஹ்ரைனில் உள்ள ஆல்பா ஸ்மெல்டர், அதன் சொந்த நான்கு மின் நிலையங்களால் இயக்கப்படுகிறது, மொத்த உற்பத்தி திறன். அலுமினிய உருக்கிகளின் பட்டியலையும் பார்க்கவும் அலுமினா சுத்திகரிப்பு நிலையங்களின் பட்டியல் முன்னணி உருகக்கூடிய அணுசக்தி துத்தநாகம் உருகுதல் திட ஆக்சைடு ஹால்-ஹெரோல்ட் செயல்முறை குறிப்புகள் உலோகவியல் செயல்முறைகள் உருகுதல் மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறைஃ Aluminium#Gewinnung