Alüminyum ve Alüminyum Üretimi

... konulu sunumlar: "Alüminyum ve Alüminyum Üretimi"— Sunum transkripti:

1 Alüminyum ve Alüminyum Üretimi
1- Giriş 2- Alüminyumun Özellikleri 3- Alüminyumun Yerkabuğunda Bulunuşu 4- Alüminyumun Yerkürede Bulunuşu ve Önemli Mineralleri 5- Alüminyumun Üretimi 6- Alüminyumun Şekillendirilmesi

2 GİRİŞ Aluminyum (Al) yerkabuğunda en fazla bulunan metalik elementtir (ağırlıkça). Yerkabuğunda oksijen ve silisyumdan sonra gelen en yaygın elementtir. Bakır ve altından farklı olarak oksijene olan ilgisinden dolayı daima bileşik halde bulunur. Alüminyumun 270 ten fazla doğal minerali olup, en önemlileri, Aluminyum hidroksit olarak Gibbsite ( (Al(OH)3), Aluminyum oksi hidroksit olarak Böhmite (AlO(OH)) ve Diaspore (AlO(OH)) dur. 1820 yılına kadar alüminyum bir metal olarak bilinmiyordu. 19.Yüzyılda alüminyumun üretim prosesleri o kadar pahalı ve üretim o kadar azdı ki alüminyum değerli metal olarak (1200 $/kg) satılmaktaydı. Şuan alüminyum Dünyada miktar olarak demir çelikten sonra en fazla üretilen ve tüketilen metaldir. Aluminyum hafif ve ağırlığına karşılık mukavim olmasından dolayı taşımacılık sektöründe yoğun şekilde kullanılmaktadır. Çeliğin 1/3’ü kadar yoğunlukta olup, 2 kg çelik yerine otomobil ve diğer araçlarda 1 kg alüminyum kullanılarak hafiflikten dolayı yakıt tasarrufu sağlanmaktadır. Alüminyum olmasaydı ticari havayolları sektör olarak bu kadar gelişemezdi. Örneğin Bir A-380’in gövdesinin %60’ı ve Boing 747’nin ise 75 ton alüminyum olduğunu biliyoruz.

3 Metalik Alüminyumun Bazı Önemli Özellikleri
Properties of Aluminum Name, symbol, number Aluminum, Al, 27 Crystal structure face-centered cubic (fcc) Phase Solid Density at room temperature 2,70 gr/cm3 Liquid density at melting point 2,375 gr/cm3 Melting point 933,47 K ( °C) Boiling point 2792 K (2519 °C) Heat of fusion 10,71 kJ/mol Heat of vaporization 294,0 kJ/mol Electrical resistivity (20°C) 26,50 nΩ∙m Thermal conductivity (300 K) 237 W/(m∙K) Thermal expansion (25°C) 23,1 µm/(m∙K) Young Modulus 70 GPa

4

5

6

7 Alüminyumun 2014 Sektörlere Göre Tüketim Değerleri

8 Yerkabuğunda Alüminyum

9 Giriş Metallerin Reaktiflik Sıralaması
Alüminyum metallerin reaktiflik sıralamasında oldukça yukarda olan bir metaldir. Havayla temasında alüminyum hızlı bir şekilde yüzeyinde tok ve şeffaf bir oksit tabakası oluşturur ve bu oksit filmi malzemenin daha fazla korozyona uğramasını önler. Bu nedenle alüminyumdan yapılan parçalar kararmaz veya paslanmazlar. Alüminyumun çeliğin yaklaşık 1/3 ‘ü kadar yoğunlukta olup, Lityum Berilyum ve magnezyumdan sonra en hafif metaldir. Ağırlığına karşılık mukavemeti alüminyumun uçak yapımında, demir yollarında, motor gövdelerinde ve diğer pek çok alanda kullanımını faydalı hale getirmiştir. Metallerin Reaktiflik Sıralaması

10 Giriş Yüksek ısıl iletiminden dolayı alüminyum pek çok pişirme kaplarında, içten yanmalı motorların pistonlarında kullanılmaktadır. Aynı çapta verilen bir alüminyum tel bakırın % 63’ü kadar elektrik iletimine sahiptir. Fakat ağırlık olarak bakırdan daha hafiftir. Özellikle elektrik iletiminde uzun mesafeli hatlarda ağırlık çok önemlidir. Bu nedenle bugün volt elektrik akımı iletmede alüminyum iletkenler tercih edilmektedir.

11 Alüminyum kolay soğuyup ısıyı emen bir metal olması nedeniyle soğutma sanayinde geniş bir yer bulur bakırdan daha ucuz olması ve daha çok bulunması işlenmesinin kolay olması ve yumuşak olması nedeniyle bir çok sektörde kullanılan bir metaldir. Alüminyum genel manada soğutucu yapımında, spot ışıklarda, mutfak gereçleri yapımında, hafiflik esas olan araçların yapımında (uçak, bisiklet vs.)kullanılır. bunun yanında sanayide önemli bir madde olan alüminyum günlük hayatta her zaman karşımıza çıkan bir metaldir Duraluminyum : %4 cu, %1 mg, %0,7 mn, %0,5 si içeren alüminyum alaşımı. çeşitli işlemlerden geçirildikten sonra çelik kadar sertleşir ve dayanıklılık kazanır. Hafif olduğundan uçak yapımında kullanılır.

12 Alüminyumun Yerkürede Bulunuşu ve Önemli Mineralleri
Alüminyum miktar olarak yerkabuğunda oksijen ve silisyumdan sonra üçüncü sırada bulunan elementtir. Kimyasal reaktifliğinden dolayı doğada asla saf element halde bulunmaz. Daima oksit bileşikler halinde bulunur. 270 farklı doğal minerali bulunmaktadır. Bu minerallerin en önemli grubunu silikatlar ve killer oluşturmaktadır. Diğer önemli bileşikleri ise hidroksitler şeklindedir. Bu grup boksit içeren gruptur. Boksit ise birincil alüminyum üretiminde tüketilen temel hammaddedir. Bu nedenle alüminyumun üretildiği cevherler boksit olarak isimlendirilir. Bu cevher % nispetinde Al2O3 içeren Gibbsite (Al(OH)3) ve Böhmite (AlO(HO)) ya da Diaspore (AlO(HO)) karışımından ibarettir. Gibbsite (Al(OH)3) Böhmite (AlO(HO)) Diaspore (AlO(HO))

13 Boksit , hidroksidin molekül sayısına ve kristal yapıya bağlı olarak üç temel formda oluşmaktadır. Boksidin üç temel formu Gibbsite, Böhmite ve Diaspore şeklindedir. Gibbsite gerçek bir alüminyum hidroksittir. Böhmite ve Diaspore ise her ikiside alüminyum-oksi-hidroksit şeklindedir. Gibbsite ile diğer ikisi arasındaki temel farklılık kristal yapılarındaki farklılıktır. Kristal yapılarındaki bu farklılıktan dolayı hızlı bir dehidratasyon için Böhmite ve Diaspore de Gibbsite göre daha yüksek sıcaklık gerekmektedir. Aşağıdaki tabloda da görüldüğü gibi Gibbsite tirihidrat formda oluşurken diğer iki hidroksit monohidrat olarak oluşmaktadır. Unit Gibbsite Böhmite Diaspore Composition Al(OH)3 AlO(OH) Maximum Alumina Content % 65,4 85,0 Crystal System Monoclinic Orthorhombic Density gcm-3 2,42 3,01 3,44 Temp. for Rapid Dehydration °C 150 350 450 Maden ocaklarından çıkartılan boksit cevherleri baskın mineral Gibbsite olacak şekilde Böhmitle karıştırılır. Hammadde kompozisyonunda olan farklılıklar daha sonraki üretim proseslerini de etkilemektedir. Daha sonraki üretim şartları aynı zamanda hammadde içerisindeki en başta demir, silisyum ve titanyumun bileşimleri şeklindeki impuriteler (gang) etkilenmektedir.

14 Alüminyum oksit (Al2O3 beyaz toz), yaklaşık %30-40 demir içerdiği için kırmızı renkli olan boksitin rafinasyonu ile üretilir. Bu işlemin adı BAYER PROSESİDİR. Boksit cevherleri, genellikle doğrudan maden ocağından alümina fabrikasına herhangi bir işleme tabi tutulmadan gönderilir. Sadece yüksek nem içermesi durumunda nakliye giderlerini azaltmak için kurutulduktan sonra alümina fabrikasına taşınırlar. Maden ocağı yanında bulunmayan bütün alümina fabrikaları, kış mevsiminin olumsuz hava şartları dikkate alınarak hazıra 6 aylık boksit cevherlerini depolarlar. Boksit cevherleri, BAYER PROSESİNE beslenmeden önce kırma, öğütme ve eleme işlemlerinden geçirilerek boyutu < 1mm’nin altına düşürülür. Homojen boyut dağılımı LİÇ işleminin verimi yönünden önemlidir.

15 Dünya Bauxite Rezervleri
Türkiye de boksit yatakları Seydişehir (Konya), Akseki (Antalya), İslahiye (G. Antep) ve Milas (Muğla) civarında bulunmaktadır. Buralardan çıkarılan boksit cevheri, Konya Seydişehir alüminyum tesislerinde işlenmektedir. Seydişehir alüminyum tesisleri, alüminyum cevherini işleyerek metalik alüminyum haline dönüştüren, bunu da döküm, haddeleme ve ekstrüzyon yöntemleri ile şekillendiren ülkemizdeki tek entegre birincil alüminyum üretim tesisidir. Dünya Bauxite Rezervleri

16 90% of the world’s bauxite reserves are concentrated in tropical and sub tropical regions.Large blanket deposits are found in West Africa, Australia, South America and India as flat layers lying near the surface, extending over an area that can cover many square kilometres. Layer thickness varies from less than a metre to 40 metres in exceptional cases, although 4 – 6 metres is average.

17

18 Boksit Cevherinin Çıkartılması Dünyada mevcut boksit cevherleri yer kabuğunun yüzeyine yakın bölgelerde yoğunlaşmış olup, bu cevherlerin çıkartılması açık ocak maden işletmeciliği şeklinde işletilmektedir.

19 Entegre Alüminyum Tesisi
Alüminyum Üretiminde Şematik Gösterim Günümüzde alüminyum üretiminde iki yöntem söz konusudur. Bunlar cevherden alüminyum üretimi (Birincil Alüminyum) ve hurdadan alüminyum üretimi (İkincil Alüminyum) şeklindedir. Entegre Alüminyum Tesisi Entegre üretim süreci, birbirini takip eden beş ana üretim aşamasını kapsamaktadır. Bunlar; • Boksit madeni işletmeciliği • Alümina üretimi • Sıvı alüminyum üretimi • Sıvı alüminyumun alaşımlandırılarak dökümü • Döküm ürünlerinden ekstrüzyon ve haddeleme işlemleri ile yarı ve/veya uç ürün üretimi

20 Alümina ve Alüminyum Üretimi

21 Alümina ve Alüminyum Üretimi

22 Alümina ve Alüminyum Üretimi

23 Extraction of aluminum from bauxite is carried out in three stages
Ore dressing Cleaning ore by means of separation of the metal containing mineral from the waste (gangue). Chemical treatment of bauxite (Bayer Process) The Bayer Process was invented and patented in 1887 by Austrian scientist Karl Josef Bayer. For converting the hydrated aluminum oxide to pure aluminum oxide (Al2O3). At this stage crushed and ground bauxite is mixed with hot sodium hydroxide (NaOH) solution, which dissolves the aluminum hydroxide Al(OH)3, forming solution of sodium aluminate (NaAl(OH)4). The residual impurities (oxides of silicon, iron and titanium), which called “red mud”, are separated from the sodium aluminate NaAl(OH)4 solution. The solution is then treated in precipitator tanks, where aluminum trihydrate Al(OH)3 precipitates from the solution. The aluminum trihydrate after separation from the sodium hydroxide is converted into pure aluminum oxide (Al2O3) by heating to 1000°C.

24 The Bayer process is the principal industrial means of refining bauxite to produce alumina (aluminium oxide). Bauxite, the most important ore of aluminium, contains only 30–54% aluminium oxide, (alumina), Al2O3, the rest being a mixture of silica, various iron oxides, and titanium dioxide.[1] The aluminium oxide must be purified before it can be refined to aluminium metal.

25 Boksitten alüminyum üretimi üç aşamada incelenebilir
1. Aşama : Boksid yaklaşık %30 kostik soda (sodyu hidroksit) Na(OH) içeren otoklavda °C ve 4-30 atm aralığında çözeltiye alınır (LİÇ). Bu uygulama boksidin liç edilmesidir. Bu arada solüsyonda çözünmeyen Fe2O3, SiO2, ve TiO2 tankın tabanında toplanır. Al2O3 + 2NaOH+ 3H2O  2NaAl(OH)4 2. Aşama : İkinci aşamada tank tabanındaki çözünmeyen atıklar alındıktan sonra sodyum alüminat içeren solüsyon daha geniş bir tanka aktarılarak soğumaya bırakılır. Bu tankta sodyum alüminat NaAl(OH)4 bozunarak alüminyum hidroksit (Al(OH)3 ) ve sodyum hidroksit Na(OH) açığa çıkar. NaAl(OH)4  Al(OH)3 + Na(OH) açığa çıkar. Daha sonra Al(OH)3 çökelti olarak tankın tabanında birikir. 3. Aşama : Al(OH)3 yaklaşık 1000 C’de ısıtılarak aşağıda verilen şekilde kalsine edilir. Yani kimyasal olarak parçalanır. 2Al(OH)3  Al2O3 + 3 H2O 4. Aşama : Alüminanın Elektrolizi

26 Extraction of Al from bauxite
The process of concentration of ore is done by chemical separation. This process is known as Bayer's process. Bauxite ore is reacted with hot NaOH. A water soluble sodium aluminate is formed. The gangue particles are usually Fe and Si that do not dissolve in NaOH. The sodium aluminate formed is removed by adding water and filtering the solution.   The process of conversion of the ore into metal-oxide is done in two steps. The sodium aluminate solution is diluted (sulandırılmak) with HCl to form aluminium hydroxide. This separates from the solution as it precipitates out. The aluminium hydroxide is filtered and watered several times to remove NaCl. Then the precipitate is dried and heated strongly. The heat removes water and converts the hydroxide into pure oxide. The water formed is evaporated out. The next step of reduction of Al-oxide into pure Al is done by electrolysis. The Al2O3 is mixed with cryolite (Na3AlF6) and melted. This forms electrolyte of the cell. This particular process is called Hall’s process.  

27 Boksit Cevherinden Alüminyum Üretimi
Kırılmış ve öğütülmüş boksit cevheri % 30 kostik soda (sodyumhidroksit) (NaOH) içeren C aralığındaki büyük bir basınç tankına konur. Tankın basıncı düşük sıcaklıklarda 4 atm. En yüksek sıcaklıkta bu basınç 30 atm. kadardır. Sıcaklığın geniş bir aralıkta olmasının nedeni cevherdeki karışım halde bulunan alüminyum monohidrat (Al(OH) ve alüminyum trihidratla (Al(OH)3) alakalıdır. Trihidrat yapı 150 C’de çözünebilirken, monohidrat yapı daha yüksek sıcaklıklarda veya daha konsantre kostik soda çözeltilerinde çözünebilmektedir. Ancak sıcaklık yükseltildiğinde çözeltiye alınan silikanın miktarı artmaktadır ve kostik soda (NaOH) çözeltisi arıtıldığında alüminyum hidroksit çökelmesi daha zor ve pahalı olmaktadır. NaOH içerisinde çözünen silikat sodyum silikat oluşturur fakat bu bileşim çözünemeyen alümina silikat oluşturmak için sodyum alüminatla birleşir. Oluşan alümina silikat kırmızı bir çamur oluşturur.

28 Alumina production is defined as the quantity of nominal aluminium oxide produced in a defined period. It is reported under three headings: a. Metallurgical Alumina Production. The production of alumina for metallurgical uses. This figure is the quantity of calcined alumina produced for the production of primary aluminium. b. Chemical Alumina Production. The production of alumina for other, non-metallurgical, uses. This figure is normally the quantity of hydrate, expressed as nominal aluminium oxide, produced for the production of chemical products. It may, however, also include any quantity of calcined alumina produced specifically for the production of chemical products. c. Total Alumina Production. The production of alumina for all purposes. This figure is the sum of the reported production for metallurgical uses and the reported production for other, non-metallurgical, uses.

29