Aluminium smelting
ایلومینیم سمیلٹنگ عام طور پر ہال-ہیرولٹ عمل کے ذریعے اس کے آکسائڈ، ایلومینیم سے ایلومینیم نکالنے کا عمل ہے۔ ایلومینیم ریفائنری میں بایر عمل کے ذریعے ایسک باکسائٹ سے ایلومینیم نکالا جاتا ہے۔ یہ ایک الیکٹرولائٹک عمل ہے، لہذا ایلومینیم سمیلٹر بڑی مقدار میں برقی طاقت کا استعمال کرتا ہے۔ سمیلٹر بڑے پاور اسٹیشنوں کے قریب واقع ہوتے ہیں، اکثر ہائیڈرو الیکٹرک والے، تاکہ اخراجات کو کم کیا جا سکے اور مجموعی طور پر کاربن کے نقوش کو کم کیا جا سکے۔ اسمیلٹر اکثر بندرگاہوں کے قریب واقع ہوتے ہیں، کیونکہ بہت سے اسمیلٹر درآمد شدہ ایلومینیم کا استعمال کرتے ہیں۔ ایلومینیم سمیلٹر کی ترتیب ہال-ہیرولٹ برقی تجزیہ کا عمل بنیادی ایلومینیم کے لیے پیداوار کا بڑا راستہ ہے۔ الیکٹرولائٹک سیل اسٹیل کے خول سے بنا ہوتا ہے جس میں ریفریکٹری مواد کی موصلیت لائننگ کا ایک سلسلہ ہوتا ہے۔ سیل ایک کنٹینر اور سپورٹ کے طور پر اینٹوں سے بنے بیرونی اسٹیل کے خول پر مشتمل ہوتا ہے۔ خول کے اندر، کیتھوڈ بلاکس کو ریمنگ پیسٹ کے ذریعے ایک ساتھ سیمنٹ کیا جاتا ہے۔ اوپری پرت پگھلی ہوئی دھات کے ساتھ رابطے میں ہے اور کیتھوڈ کے طور پر کام کرتی ہے۔ پگھلی ہوئی الیکٹرولائٹ کو خلیے کے اندر اعلی درجہ حرارت پر برقرار رکھا جاتا ہے۔ پری بیکڈ انوڈ بھی الیکٹرولائٹ میں معطل بڑے سنٹرڈ بلاکس کی شکل میں کاربن سے بنا ہوتا ہے۔ ایک واحد سوڈربرگ الیکٹروڈ یا متعدد پہلے سے بنے ہوئے کاربن بلاکس کو انوڈ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جبکہ ان کی سطح پر ہونے والی بنیادی تشکیل اور بنیادی رد عمل ایک جیسے ہوتے ہیں۔ ایلومینیم سمیلٹر بڑی تعداد میں خلیوں (برتنوں) پر مشتمل ہوتا ہے جس میں برقی تجزیہ ہوتا ہے۔ ایک عام اسمیلٹر میں 300 سے 720 برتن ہوتے ہیں، جن میں سے ہر ایک ایک دن میں تقریبا ایک ٹن ایلومینیم پیدا کرتا ہے، حالانکہ سب سے بڑے تجویز کردہ اسمیلٹر اس صلاحیت سے پانچ گنا زیادہ ہوتے ہیں۔ اسمیلٹنگ کو ایک بیچ کے عمل کے طور پر چلایا جاتا ہے، جس میں ایلومینیم کی دھات برتنوں کے نچلے حصے میں جمع ہوتی ہے اور وقتا فوقتا اس کی کھدائی کی جاتی ہے۔ خاص طور پر آسٹریلیا میں یہ اسمیلٹر برقی نیٹ ورک کی طلب کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں، اور اس کے نتیجے میں اسمیلٹر کو بہت کم قیمت پر بجلی فراہم کی جاتی ہے۔ تاہم 4 سے 5 گھنٹے سے زیادہ وقت تک بجلی میں خلل نہیں ڈالنا چاہیے، کیونکہ اگر مائع دھات مضبوط ہوتی ہے تو برتنوں کی کافی قیمت پر مرمت کرنی پڑتی ہے۔ اصول ایلومینیم پگھلی ہوئی کریولائٹ میں تحلیل ایلومینیم آکسائڈ کے الیکٹرولائٹک کمی سے تیار ہوتا ہے۔ ایک ہی وقت میں کاربن الیکٹروڈ کو آکسائڈائز کیا جاتا ہے، ابتدائی طور پر کاربن مونو آکسائیڈ C + 1/2O2-> CO اگرچہ کاربن مونو آکسائیڈ (CO) کی تشکیل رد عمل کے درجہ حرارت پر تھرموڈینامک طور پر پسند کی جاتی ہے، کافی حد تک اوور وولٹیج (ریورسیبل اور پولرائزیشن پوٹینشلز کے درمیان فرق) کی موجودگی تھرموڈینامک توازن اور CO کے مرکب کو تبدیل کرتی ہے اور پیدا ہوتی ہے۔ اس طرح مثالی مجموعی رد عمل کو اس طرح لکھا جا سکتا ہے کہ موجودہ کثافت کو 1 اے/سی ایم 2 تک بڑھانے سے، اضافے اور کاربن کی کھپت کا تناسب کم ہو جاتا ہے۔ چونکہ ایلومینیم کے ہر ایٹم کو پیدا کرنے کے لیے تین الیکٹرانوں کی ضرورت ہوتی ہے، اس عمل میں بڑی مقدار میں بجلی استعمال ہوتی ہے۔ اس وجہ سے ایلومینیم سمیلٹر سستی بجلی کے ذرائع، جیسے ہائیڈرو الیکٹرک کے قریب رکھے جاتے ہیں۔ خلیے کے اجزاء الیکٹرولائٹ: الیکٹرولائٹ کریولائٹ (Na3AlF6) اور تحلیل شدہ ایلومینیم کا پگھلا ہوا غسل ہے۔ کریولائٹ الومینا کے لیے ایک اچھا سالوینٹ ہے جس میں کم پگھلنے کا نقطہ، تسلی بخش چپچپا پن اور کم بخارات کا دباؤ ہوتا ہے۔ اس کی کثافت مائع ایلومینیم (2 بمقابلہ 2.3 گرام/سینٹی میٹر 3) سے بھی کم ہے، جو سیل کے نچلے حصے میں نمک سے مصنوعات کی قدرتی علیحدگی کی اجازت دیتی ہے۔ خالص کریولائٹ میں کریولائٹ کا تناسب (NaF/AlF3) 3 ہے، جس کا پگھلنے کا درجہ حرارت 1010 °C ہے، اور یہ 960 °C پر 11 ٪ ایلومینیم کے ساتھ ایک یوٹیکٹک بناتا ہے۔ صنعتی خلیوں میں کریولائٹ کا تناسب 2 اور 3 کے درمیان رکھا جاتا ہے تاکہ اس کے پگھلنے والے درجہ حرارت کو 940-980 °C تک کم کیا جا سکے۔ کیتھوڈ: کاربن کیتھوڈ بنیادی طور پر اینتھراسائٹ، گریفائٹ اور پٹرولیم کوک سے بنے ہوتے ہیں، جنہیں تقریبا 1200 ڈگری سیلسیس پر کیلسین کیا جاتا ہے اور کیتھوڈ مینوفیکچرنگ میں استعمال ہونے سے پہلے کچل کر چھان لیا جاتا ہے۔ مجموعے کو کوئلے کی ٹار پچ کے ساتھ ملایا جاتا ہے، تشکیل دیا جاتا ہے، اور پکایا جاتا ہے۔ کاربن کی پاکیزگی انوڈ کی طرح سخت نہیں ہے، کیونکہ کیتھوڈ سے دھات کی آلودگی اہم نہیں ہے۔ کاربن کیتھوڈ میں کافی طاقت، اچھی برقی چالکتا اور پہننے اور سوڈیم کے دخول کے لیے اعلی مزاحمت ہونی چاہیے۔ اینتھراسائٹ کیتھوڈز میں گرافیٹک اور گرافائٹائزڈ پٹرولیم کوک کیتھوڈز کے مقابلے میں کم طول و عرض [15] کے ساتھ زیادہ لباس مزاحمت اور سست کریپ ہوتی ہے۔ اس کے بجائے، زیادہ گرافٹک ترتیب والے گھنے کیتھوڈز میں برقی چالکتا زیادہ ہوتی ہے، توانائی کی کھپت کم ہوتی ہے [14]، اور سوڈیم کے دخول کی وجہ سے سوجن کم ہوتی ہے۔ سوجن کے نتیجے میں کیتھوڈ بلاکس کی ابتدائی اور غیر یکساں خرابی ہوتی ہے۔ انوڈ: ایلومینیم سمیلٹنگ میں کاربن انوڈ کی ایک مخصوص صورتحال ہوتی ہے اور انوڈ کی قسم کے لحاظ سے ایلومینیم سمیلٹنگ کو دو مختلف ٹیکنالوجیز میں تقسیم کیا جاتا ہے ؛ "سوڈربرگ" اور "پری بیکڈ" انوڈ۔ انوڈس پیٹرولیم کوک سے بھی بنائے جاتے ہیں، جو کوئلے کے ٹار پچ کے ساتھ ملے ہوتے ہیں، اس کے بعد بلند درجہ حرارت پر بنتے اور پکاتے ہیں۔ انوڈ کا معیار ایلومینیم کی پیداوار کے تکنیکی، اقتصادی اور ماحولیاتی پہلوؤں کو متاثر کرتا ہے۔ توانائی کی کارکردگی کا تعلق انوڈ مواد کی نوعیت کے ساتھ ساتھ بیکڈ انوڈ کی سوراخ کرنے کی صلاحیت سے بھی ہے۔ سیل پاور کا تقریبا 10 ٪ پری بیکڈ انوڈ (50-60 μωm) کی برقی مزاحمت پر قابو پانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ کم موجودہ کارکردگی اور غیر برقی کھپت کی وجہ سے کاربن نظریاتی قدر سے زیادہ استعمال ہوتا ہے۔ خام مال اور پیداوار کے پیرامیٹرز میں تغیر کی وجہ سے غیر یکساں انوڈ کا معیار بھی اس کی کارکردگی اور خلیے کے استحکام کو متاثر کرتا ہے۔ پہلے سے پکائے ہوئے قابل استعمال کاربن انوڈس کو گرافائٹائزڈ اور کوک کی اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے۔ گرافائٹائزڈ انوڈس کی تیاری کے لیے، اینتھراسائٹ اور پٹرولیم کوک کو کیلسین اور درجہ بند کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد انہیں کوئلے کی ٹار پچ کے ساتھ ملا کر دبایا جاتا ہے۔ دبایا ہوا سبز انوڈ پھر 1200 ڈگری سیلسیس پر پکایا جاتا ہے اور گرافائز کیا جاتا ہے۔ کوک انوڈس کیلسینڈ پٹرولیم کوک، ری سائیکلڈ انوڈ بٹس، اور کول ٹار پچ (بائنڈر) سے بنے ہوتے ہیں۔ انوڈس کوئلے کے ٹار پچ کے ساتھ مجموعوں کو ملا کر تیار کیے جاتے ہیں تاکہ ڈوئی مستقل مزاجی کے ساتھ پیسٹ بنایا جا سکے۔ یہ مواد اکثر وائبرو کمپیکٹ ہوتا ہے لیکن کچھ پودوں میں دبایا جاتا ہے۔ اس کے بعد گرین انوڈ کو بغیر گرافٹائزیشن کے 1100-1200 °C پر 300-400 گھنٹوں کے لیے سنٹر کیا جاتا ہے، تاکہ بائنڈر کے سڑنے اور کاربونائزیشن کے ذریعے اس کی طاقت میں اضافہ کیا جا سکے۔ بیکنگ کا زیادہ درجہ حرارت مکینیکل خصوصیات اور تھرمل چالکتا میں اضافہ کرتا ہے، اور ہوا اور CO2 کی رد عمل کو کم کرتا ہے۔ کوک قسم کے انوڈس کی مخصوص برقی مزاحمت گرافائٹائزڈ انوڈس سے زیادہ ہوتی ہے، لیکن ان میں زیادہ کمپریسیو طاقت اور کم سوراخ ہوتی ہے۔ سوڈربرگ الیکٹروڈ (ان سیٹو بیکنگ)، جو پہلی بار 1923 میں ناروے میں استعمال ہوئے، اسٹیل کے خول اور کاربنسیئس ماس پر مشتمل ہوتے ہیں جو الیکٹرولیسس سیل سے نکلنے والی گرمی سے پکائے جاتے ہیں۔ سوڈربرگ کاربن پر مبنی مواد جیسے کوک اور اینتھراسائٹ کو کچلا جاتا ہے، گرمی سے علاج کیا جاتا ہے، اور درجہ بندی کی جاتی ہے۔ ان مجموعوں کو پچ یا تیل کے ساتھ بائنڈر کے طور پر ملایا جاتا ہے، بریکٹ کیا جاتا ہے اور خول میں لادا جاتا ہے۔ درجہ حرارت نیچے سے کالم کے اوپری حصے تک بڑھ جاتا ہے اور ان سیٹو بیکنگ اس وقت ہوتی ہے جب انوڈ کو غسل میں اتارا جاتا ہے۔ بیکنگ کے دوران ہائیڈرو کاربن کی کافی مقدار خارج ہوتی ہے جو اس قسم کے الیکٹروڈ کا نقصان ہے۔ زیادہ تر جدید سمیلٹر پری بیکڈ انوڈس کا استعمال کرتے ہیں کیونکہ سوڈربرگ انوڈس کے مقابلے میں عمل پر قابو پانا آسان ہے اور توانائی کی قدرے بہتر کارکردگی حاصل کی جاتی ہے۔ ایلومینیم سمیلٹرز کے ماحولیاتی مسائل یہ عمل فلورائڈ فضلہ کی مقدار پیدا کرتا ہے: گیسوں کے طور پر پرفلوورکاربن اور ہائیڈروجن فلورائڈ، اور ذرات کے طور پر سوڈیم اور ایلومینیم فلورائڈز اور غیر استعمال شدہ کریولائٹ۔ یہ 2007 میں بہترین پلانٹس میں 0.0 کلوگرام فی ٹن ایلومینیم جتنا چھوٹا ہو سکتا ہے، 1974 میں پرانے ڈیزائنوں میں 4 کلوگرام فی ٹن ایلومینیم تک۔ جب تک کہ احتیاط سے کنٹرول نہ کیا جائے، ہائیڈروجن فلورائڈز پودوں کے آس پاس کے پودوں کے لیے بہت زہریلے ہوتے ہیں۔ سوڈربرگ عمل جو اینتھراسائٹ/پچ مکس کو اینوڈ کے استعمال کے ساتھ پکاتا ہے، پولی سائیکلک خوشبودار ہائیڈرو کاربن کا نمایاں اخراج پیدا کرتا ہے کیونکہ پچ اسمیلٹر میں استعمال ہوتی ہے۔ برتنوں کی لائننگ سائانیڈ بنانے والے مواد سے آلودہ ہو جاتی ہے۔ الکوا میں دوبارہ استعمال کے لیے استعمال شدہ لائننگ کو ایلومینیم فلورائڈ میں اور تعمیراتی مقاصد اور غیر فعال فضلہ کے لیے استعمال ہونے والی مصنوعی ریت کو تبدیل کرنے کا ایک عمل ہے۔ ایلومینیم سمیلٹنگ کے ماحولیاتی اثرات کو کم کرنے کے لیے ایک غیر فعال انوڈ تیار کرنے کی تحقیقی کوششیں جاری ہیں۔ الکوا اور ریو ٹنٹو نے الکوا کی تیار کردہ غیر فعال انوڈ ٹیکنالوجی کو تجارتی بنانے کے لیے ایک مشترکہ منصوبہ، ایلسیس تشکیل دیا ہے۔ غیر فعال انوڈ ایک سیرمیٹ مواد ہے، جو نکل فیرائٹ کے سیرامک میٹرکس میں تانبے کے مرکب کا دھاتی پھیلاؤ ہے۔ توانائی کا استعمال ایلومینیم سمیلٹنگ انتہائی توانائی سے بھرپور ہے، اور کچھ ممالک میں صرف اس صورت میں کفایتی ہے جب بجلی کے سستے ذرائع ہوں۔ کچھ ممالک میں اسمیلٹروں کو قابل تجدید توانائی کے اہداف جیسی توانائی کی پالیسی سے مستثنی قرار دیا جاتا ہے۔ مثال ایلومینیم سمیلٹرز الکن لینماؤتھ ایلومینیم سمیلٹر، جو شمال مشرقی انگلینڈ میں کوئلے سے چلنے والے لینماؤتھ پاور اسٹیشن سے چلتا ہے، شمال مغربی ویلز میں وائلفا نیوکلیئر پاور اسٹیشن سے چلتا ہے (30/09/09 کے طور پر بند) گھانا میں والکو ایلومینیم سمیلٹر، جو آئس لینڈ میں اکوسمبو ہائیڈرو الیکٹرک پروجیکٹ فجرال سے چلتا ہے، جو اڑیسہ، ہندوستان میں کارہنجوکر ہائیڈرو پاور پلانٹ جھارسوگوڈا سے چلتا ہے، اپنے کوئلے سے چلنے والے پاور اسٹیشن سے چلتا ہے۔ ستمبر-ایلس، کیوبیک میں الومینیری الوئیٹ۔ بحرین میں البا اسمیلٹر، جو اس کے اپنے چار پاور اسٹیشنوں سے چلتا ہے جس کی کل پیداواری صلاحیت ہے۔ ایلومینیم سمیلٹرز کی فہرست بھی دیکھیں ایلومینیم ریفائنریوں کی فہرست لیڈ سمیلٹر نیوکلیئر پاور زنک سمیلٹنگ سالڈ آکسائڈ ہال-ہیرولٹ عمل حوالہ جات دھاتی عمل سمیلٹنگ الیکٹرولیسس ڈی: Aluminium#Gewinnung