주요 원리는 홀-헬룰(Hall-Hellul) 알루미늄 전기분해 방식으로, 순수 알루미나를 원료로 전기분해해 알루미늄을 생산하는 방식으로, 순수 알루미나는 녹는점(약 2045°C)이 높기 때문에 제조가 어렵다. 녹기 때문에 산업에서는 용융 빙정석(Na3AlF6)을 플럭스로 사용하여 약 1000°C에서 액체 빙정석에 산화알루미늄을 용해시켜 빙정석과 알루미나의 용융물이 된 다음 전해조에서 탄소 블록을 사용합니다. 음극과 양극을 전기분해한다.

포괄적인 소개는 다음과 같습니다:

"알루미늄의 생산 및 가공"

알루미늄 생산 공정에는 완전한 산업을 형성하기 위한 4개의 링크가 있습니다. 체인: 알루미늄 광석 채굴 - 알루미나 생산 - 전해 알루미늄 제련 - 알루미늄 가공 및 생산.

일반적으로 알루미늄 광석 2톤은 알루미나 1톤을 생산하고, 알루미나 2톤은 전해 알루미늄 1톤을 생산합니다.

(1) 알루미나 생산 방법

지금까지 알루미늄 광석이나 기타 알루미늄 함유 원료에서 알루미나를 추출하는 방법이 많이 제안되었습니다. 기술적, 경제적 이유로 인해 일부 방법은 제거되었으며 일부는 아직 실험적 연구 단계에 있습니다. 제안된 알루미나 제조방법은 알칼리법, 산법, 산-염기 복합법, 열법 등 4가지로 요약할 수 있다. 현재 대규모 산업 생산에는 알칼리 공정만 사용됩니다.

보크사이트는 세계에서 가장 중요한 알루미늄 광석 자원이며, 명반석, 하석, 점토 등이 그 뒤를 따릅니다. 현재 세계 알루미나 산업에서는 러시아가 일부 알루미나를 생산하기 위해 네펠린을 사용하는 것을 제외하면 세계의 거의 모든 알루미나는 보크사이트를 원료로 생산됩니다.

보크사이트는 주로 깁사이트(gibbsite), 보에마이트(boehmite), 디아스포어(diaspore)로 구성된 광석이다. 지금까지 우리나라에서 알루미나 생산에 사용할 수 있는 모든 보크사이트 자원은 디아스포어형 보크사이트입니다.

보크사이트의 알루미나 함량은 매우 다양하며, 최저 약 30%부터 최고 70%까지 다양합니다. 알루미나 외에도 보크사이트에 포함된 주요 불순물은 산화규소, 산화철, 산화티타늄입니다. 또한 칼슘과 마그네슘의 탄산염, 칼륨, 나트륨, 바나듐, 크롬, 아연, 인, 갈륨, 스칸듐, 황 및 기타 원소의 화합물과 유기물이 소량 또는 미량 포함되어 있습니다. 보크사이트의 갈륨 함량은 적지만 알루미나 생산 과정에서 순환하는 모액에 점차적으로 축적되어 효과적으로 회수되어 갈륨 생산의 주요 공급원이 될 수 있습니다.

보크사이트의 품질을 측정하는 주요 지표 중 하나는 일반적으로 알루미늄-실리콘 비율로 알려진 보크사이트의 알루미나 함량과 산화규소 함량의 비율입니다.

알칼리법으로 알루미나를 제조하는 경우, 알루미늄 광석을 알칼리(NaOH 또는 Na2CO3)로 처리하여 광석 중의 알루미나를 알루민산나트륨 용액으로 전환시킵니다. 철, 티타늄과 같은 불순물과 광석에 있는 대부분의 규소는 불용성 화합물이 됩니다. 용액에서 불용성 잔류물(적니)을 분리하여 세척 후 폐기하거나 종합처리하여 유용성분을 회수한다. 순수한 알루민산나트륨 용액은 분해되어 수산화알루미늄을 방출할 수 있으며, 분리, 세척 및 소성 후에 알루미나 생성물이 얻어집니다. 분해 모액은 재활용되어 또 다른 광석 배치를 처리합니다. 알칼리법으로 알루미나를 생산하는 공정에는 Bayer 공정, 소결 공정, Bayer-sinter 복합 공정 등 다양한 공정이 있습니다. 바이엘 공정은 1889년부터 1892년까지 오스트리아의 화학자 K.J. 바이엘이 발명한 보크사이트에서 알루미나를 추출하는 방법입니다. 지난 100년 동안 공정 기술에는 많은 발전이 있었지만 기본 원칙은 변하지 않았습니다. 이러한 바이엘의 큰 공헌을 기념하기 위해 이 방식은 항상 바이엘 방식으로 명명되었습니다.

바이엘 프로세스는 크게 두 가지 프로세스로 구성됩니다. 첫째, 특정 조건 하에서 보크사이트로부터 산화알루미늄을 용해시키는 공정(알루미나 산업에서 일반적으로 사용되는 용어, 즉 침출. 이하 동일), 이어서 과포화 알루민산나트륨 용액으로부터 수산화알루미늄을 용해시키는 공정, 이들. 바이엘이 제안한 두 가지 특허입니다. 바이엘 공정의 핵심은 습식제련을 이용해 보크사이트에서 알루미나를 추출하는 것입니다. 바이엘 공정 알루미나 생산 공정에서 규소 함유 광물은 Al2O3 및 Na2O의 손실을 유발합니다.

바이엘 공정에서는 보크사이트를 분쇄한 후 석회 및 순환 모액과 함께 습식 분쇄하여 적합한 슬러리를 만듭니다. 슬러리는 미리 탈실리콘화된 다음 용해를 위해 용해 온도로 예열됩니다. 용해 후 슬러리는 자체 증발 및 냉각 과정을 거쳐 희석, 침전 및 레드머드(용해 후 고상 잔류물) 분리 공정에 들어갑니다. 증발 과정에서 생성된 2차 증기는 슬러리의 조기 예열에 사용됩니다. 침전, 분리된 레드머드는 세척되어 레드머드 야적장으로 들어가고, 분리된 원액(고형부유물을 함유한 알루민산나트륨용액, 이하 동일)은 잎여과기로 보내진다. 이 원액을 잎여과기를 통과하여 부유물질을 대부분 제거한 후 정액이라고 합니다. 정액은 분해 과정에 들어가 종자 결정에 의해 분해되어 수산화알루미늄을 얻습니다. 분해된 수산화알루미늄을 분류, 분리, 세척한 후 일부는 종자결정으로 종자분해 공정으로 돌아가고, 나머지 일부는 배소하여 알루미나 제품을 얻는다. 종결정이 분해된 후 분리된 분해모액은 증발되어 용해공정으로 복귀되어 폐루프를 형성하게 된다. 산화알루미늄은 수산화알루미늄을 로스팅한 후 얻어집니다.

다양한 유형의 보크사이트에 필요한 용해 조건은 매우 다양합니다. 깁사이트 유형 보크사이트는 105℃에서 잘 용해될 수 있고, 1수화 베마이트 유형 보크사이트는 200℃ 용해 온도에서 더 빠른 용해 속도를 가질 수 있으며, 1수화 베마이트 유형 보크사이트는 200℃ 용해 온도에서 더 빠른 용해 속도를 가질 수 있습니다. 240°C 이상의 온도에서 용해될 수 있으며 일반적인 산업 용해 온도는 260°C입니다. 용해 시간은 60분 이상이어야 합니다.

바이엘 공정은 알루미늄 대 실리콘 비율이 높은 보크사이트를 가공하는 데 사용됩니다. 공정이 간단하고 제품 품질이 높으며 경제적 효과가 다른 방법보다 훨씬 좋습니다. 쉽게 용해되는 깁사이트 보크사이트를 처리하는 데 사용될 때 장점은 더욱 두드러집니다. 현재 전 세계에서 생산되는 알루미나와 수산화알루미늄의 90% 이상이 바이엘 공정으로 생산된다. 중국 보크사이트 자원의 특수성으로 인해 현재 중국 알루미나의 약 50%가 바이엘 공정으로 생산되고 있습니다.

바이엘 공정과 소결 공정을 결합한 공정을 복합 공정 생산 공정이라고 합니다. 조합방식은 병렬조합방식, 직렬조합방식, 혼합조합방식으로 나눌 수 있다. 알루미나를 생산하는 데 사용되는 방법은 주로 보크사이트 등급(즉, 광석의 알루미늄 대 실리콘 비율)에 따라 결정됩니다. 일반적인 기술 및 경제적인 관점에서 볼 때, 소결 방법은 일반적으로 알루미늄 대 실리콘 비율이 약 3인 광석에 사용되며, 바이어 방법은 알루미늄 대 실리콘 비율이 10보다 높은 광석에 사용할 수 있습니다. 보크사이트 등급이 둘 사이에 있을 때 바이엘 공정과 소결 방법의 각각의 장점을 최대한 활용하고 더 나은 기술 및 경제 지표를 달성하기 위해 결합 방법을 사용할 수 있습니다.

현재 전 세계 알루미나 연간 생산량은 약 5500만톤, 우리나라 알루미나 생산량은 약 680만톤이다.

(2) 1차 알루미늄, 알루미늄 합금 및 알루미늄 소재의 생산 방법

현재 1차 알루미늄을 산업적으로 생산하는 유일한 방법은 홀-헬룰 알루미늄 전기분해법이다. 1886년 미국의 Hall과 프랑스의 Erou가 발명했습니다. 홀-헬룰(Hall-Hellul) 알루미늄 전기분해 방식은 알루미나를 원료로 하고 빙정석(Na3AlF6)을 플럭스로 구성한 전해액으로, 전해질 용융물 중의 알루미나가 탄소 음극에서 알루미늄으로 분해되어 산소와 알루미늄이 액상으로 침전되는 방식으로, 산소는 탄소 양극에서 이산화탄소 가스의 형태로 빠져나갑니다. 생산된 알루미늄 원료 1톤은 1.5톤의 이산화탄소를 생성할 수 있으며, 총 전력 소비량은 약 15,000kwh입니다.

산업용 알루미늄 전해 전지는 일반적으로 측면 삽입 양극 자체 베이킹 탱크, 상단 삽입 양극 자체 베이킹 탱크 및 사전 베이킹 양극 탱크의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 셀프 베이킹 탱크 기술은 전기분해 과정에서 높은 전력을 소비하고 환경 보호에 도움이 되지 않기 때문에 셀프 베이킹 탱크 기술은 점차 사라지고 있습니다. 현재 전 세계 1차 알루미늄 연간 생산량은 약 2,800만 톤이고 우리나라의 연간 1차 알루미늄 생산량은 약 700만 톤이다.

필요하다면 전기분해를 통해 얻은 원료 알루미늄을 정제해 고순도 알루미늄을 얻을 수도 있다. 현재 알루미늄 합금 생산 방식은 주로 용해법을 기반으로 하고 있다. 알루미늄과 그 합금은 가공성이 뛰어나기 때문에 단조, 주조, 압연, 스탬핑, 프레싱 및 기타 방법을 통해 플레이트, 스트립, 호일, 튜브, 와이어 및 기타 프로파일이 생산됩니다.