Electrólisis de alúmina

Tipos de Electrólisis de Alúmina

La electrólisis de alúmina es un proceso que extrae aluminio de la bauxita mediante el paso de corriente continua a través de la alúmina. Se utilizan varios tipos de electrólisis para extraer aluminio de manera eficiente. No todos son comercialmente viables. Estos son algunos métodos que se han utilizado para extraer aluminio metálico de la bauxita:

• Celda Dean-Stark:

  Este fue el primer método desarrollado para extraer aluminio en la década de 1850 por dos científicos. La electrólisis de una solución de alúmina se utilizó con el método de utilizar criolita para extraer aluminio. Sin embargo, este método era defectuoso, ya que solo se extraían pequeñas cantidades de aluminio. Por lo tanto, este método no era comercialmente viable.

• Celda Electrolítica Convencional:

  Este método se utilizó después de que el método de la celda Dean-Stark quedara obsoleto. En esta celda, la alúmina se mezcla con criolita, y la mezcla se coloca en un baño fundido a 960 grados Celsius. Una vez que la corriente eléctrica pasa a través del baño, el aluminio comienza a formarse en el cátodo. Este método de electrólisis es ahora la forma estándar de extraer aluminio metálico. Sin embargo, tiene algunas preocupaciones ambientales, ya que se emiten grandes cantidades de gases de efecto invernadero cuando se utiliza este método.

• La Tecnología Søderberg:

  Este método utiliza una pasta de carbono altamente conductora a la que se le aplica un voltaje y una temperatura específicos para producir aluminio fundido a partir de alúmina y criolita. Este método no se utiliza actualmente a nivel comercial porque es menos económico y consume más energía que la celda electrolítica convencional.

• La Celda Bipolar:

  Este método intenta superar una desventaja importante de la celda electrolítica: la gran cantidad de energía que requiere para extraer aluminio de la alúmina. En este método, dos celdas se conectan en serie para reducir el voltaje necesario para producir aluminio a partir de la alúmina. Además, la cantidad de energía utilizada para mantener la temperatura del electrolito ayuda a reducir la energía necesaria para el proceso. Aunque este es un candidato prometedor, este método todavía se encuentra en la etapa de desarrollo y aún no se ha utilizado comercialmente.

Especificación y Mantenimiento

• Voltaje y Corriente

  La electrólisis de la alúmina necesita una fuerte corriente eléctrica y voltaje para separar el aluminio de la alúmina. Este proceso normalmente utiliza un voltaje entre 3,8 y 4,5 voltios por celda. La corriente que fluye a través de las celdas puede variar de 100.000 a 200.000 amperios o más. El alto voltaje y la alta corriente son importantes para calentar la alúmina y provocar reacciones químicas para producir aluminio metálico.

• Temperatura

  La temperatura durante la electrólisis de la alúmina debe ser muy alta para mantener la alúmina en estado líquido. Esta temperatura suele estar alrededor de 950 a 1.000 grados Celsius. Mantener la alúmina líquida a temperaturas tan altas permite que la electricidad fluya a través de ella más fácilmente y promueve las reacciones químicas que producen aluminio.

• Duración

  La electrólisis de la alúmina no se produce rápidamente. El proceso suele tardar varias semanas o meses en completarse. Una vez que comienza la electrólisis, debe continuar sin interrupción durante un largo tiempo para producir una gran cantidad de aluminio. Una vez finalizada la electrólisis, las celdas se pueden desmontar y rellenar con alúmina. Luego, el proceso electrolítico puede comenzar de nuevo.

La producción de alúmina mediante electrólisis requiere un funcionamiento cuidadoso de la celda. Al mantener el voltaje, la corriente y la temperatura adecuados, así como al hacer funcionar las celdas durante períodos prolongados, este método puede crear aluminio a partir de alúmina de manera eficiente.

El mantenimiento del equipo utilizado para la electrólisis también es esencial. El mantenimiento regular y las inspecciones periódicas pueden ayudar a prevenir averías y mejorar la productividad.

Las siguientes son algunas piezas que deben revisarse y repararse con frecuencia:

• Fuentes de Alimentación

  Las fuentes de alimentación que suministran las celdas de electrólisis con altas corrientes y bajo voltaje deben inspeccionarse regularmente para garantizar que no hay interrupciones en el flujo eléctrico. Las condiciones de conexión, cable e aislamiento deben probarse y limpiarse según sea necesario para eliminar las impurezas. Cualquier pieza suelta debe fijarse firmemente. Además, la temperatura de los dispositivos eléctricos debe controlarse; los ventiladores de refrigeración deben funcionar para evitar que se sobrecalienten. Hacer esto puede garantizar el suministro adecuado de energía durante un largo tiempo.

• Celdas

  Las celdas de electrólisis que contienen alúmina deben revisarse a menudo para buscar signos de daños, como grietas o fugas. Los crisoles que contienen celdas y materiales de aislamiento térmico también deben examinarse. Además, el nivel de líquido de alúmina y la temperatura deben controlarse periódicamente. El llenado debe realizarse cuando el nivel de alúmina es bajo, antes de que la temperatura baje demasiado. De esta manera, se puede mantener la producción continua sin interrupciones.

• Sistema de Enfriamiento

  Los sistemas de enfriamiento que enfrían las fuentes de alimentación y las celdas de electrólisis haciendo circular agua también deben mantenerse. La velocidad de flujo y la temperatura del agua deben verificarse regularmente. Además, los accesorios deben examinarse para detectar fugas. Si hay ineficiencias o fallas en los sistemas de enfriamiento, deben repararse con prontitud para proteger el equipo de daños por sobrecalentamiento.

Escenarios de uso de la electrólisis de alúmina

La electrólisis de alúmina o el proceso Hall-Héroult es tanto el proceso de extracción del material como el medio por el cual se transforma en el producto final. Los electrodos anódicos y catódicos se utilizan en la celda de electrólisis para garantizar que el oxígeno y el aluminio migren a las ubicaciones correctas para que las reacciones puedan ocurrir fácilmente y se pueda extraer el aluminio. Los electrodos están hechos de materiales que pueden soportar las temperaturas extremadamente altas (alrededor de 950 ° C) generadas dentro de las celdas de electrólisis durante el proceso. El grafito es popular por esta razón y se utiliza debido a su capacidad para resistir la temperatura de fusión del aluminio.

Entre las celdas de electrólisis, existen numerosos escenarios de uso tanto para la celda de electrólisis como para la alúmina que extrae:

• Ollas de fundición de aluminio o celdas de electrólisis: Estos grandes contenedores se utilizan directamente para contener el mineral de bauxita del que se extrae la alúmina mediante electrólisis. Los diseños especializados, como los materiales de revestimiento resistentes a la corrosión y las cualidades antiadherentes, garantizan una mejor operación.
• Producción de aluminio: La alúmina producida por electrólisis se transforma en aluminio metálico crudo. Este aluminio metálico crudo tiene una serie de aplicaciones: se alea con otros metales para crear un material resistente para la construcción, se utiliza en la industria automotriz para piezas de vehículos ligeras, se emplea en las industrias aeroespaciales para la producción segura de aeronaves y se utiliza en la industria del envasado para mantener los contenidos seguros y frescos.
• Producción de energía: Mientras se lleva a cabo la electrólisis de la alúmina, se liberan enormes cantidades de energía en forma de calor, que se puede aprovechar y utilizar en otros procesos industriales.
• Remediación de dióxido de carbono: En este escenario, el enfoque está en el proceso de remediación donde se trata el carbono generado de las celdas de electrólisis después de la fundición de la alúmina. Los ánodos que se utilizan ahora y que no están basados en coque de petróleo son más efectivos. Además, el reciclaje del revestimiento de las ollas gastadas aguas arriba disminuye la necesidad de refinar la alúmina aguas abajo, produciendo menos dióxido de carbono en general.
• Investigación y desarrollo: La investigación continúa para encontrar métodos más eficientes de extracción de alúmina de la bauxita mediante electrólisis o métodos de refinación adicionales que puedan purificar la alúmina de manera más efectiva para que pueda transformarse en aluminio de manera aún más eficiente.

Cómo elegir la electrólisis de alúmina

Aunque la electrólisis de la alúmina es crucial para el mercado global del aluminio, la mayoría de las personas que compran mineral de bauxita para su refinación aún no son conscientes de la importancia de este proceso. Al buscar proveedores de este proceso para el mineral, es imperativo averiguar qué métodos están utilizando para que los residuos sean mínimos y el producto que emerge pueda tener un alto valor.

Es importante tener en cuenta que la alúmina es un componente necesario de una gran cantidad de maquinaria industrial. Por lo tanto, puede ser una buena idea inspeccionar cómo el proveedor obtiene alúmina de la bauxita para que no haya interrupciones en el suministro.

La mayoría de la alúmina del mundo se refina mediante la electrólisis de la alúmina en una instalación llamada refinería de alúmina. Este es el método estándar que la mayoría de los proveedores utilizarán para refinar el mineral y habrá una celda electrolítica involucrada en el proceso. La elección de la refinería puede ser importante para el comprador, por lo que es mejor familiarizarse con los diferentes tipos de refinerías que existen en el mundo.

El método Bayer es el más común de los métodos de refinación de alúmina, donde el mineral de bauxita se somete a digestión y precipitación dejando un polvo blanco conocido como alúmina que se puede utilizar como materia prima para la fundición de aluminio en celdas electrolíticas. Alrededor del 85% de la bauxita refinada pasa por el método Bayer. Comprender el método Bayer y las variaciones que tiene ayudará a uno a tomar una decisión más informada al elegir un proveedor.

Además del método Bayer, existen otros métodos de refinación, como el método de lodo rojo, que también pueden producir alúmina adecuada para la fundición de aluminio. Familiarizarse con los métodos de refinación puede ayudar a uno a elegir un proveedor que tenga los métodos patentados y listos para usar.

Otra forma de ver cómo difieren los proveedores es aprender sobre los métodos que utilizan para producir alúmina después de que el material aluminosilicato de bauxita haya sido excavado. A menudo, el material se somete a trituración y molienda antes de ser sometido al proceso Bayer mencionado anteriormente. La molienda y la trituración se pueden realizar mediante maquinaria avanzada que se ha desarrollado para este propósito. Familiarizarse con esta maquinaria también ayudará a uno a saber más sobre los proveedores que ofrecen diferentes métodos para refinar la bauxita y producir alúmina.

Al elegir proveedores, también puede ser útil considerar la capacidad. ¿Cuánta alúmina produce el proveedor? ¿Cuánto en toneladas métricas o toneladas es importante para su industria? ¿Cuál es la demanda que está buscando? Estas preguntas deberán resolverse internamente antes de que los compradores puedan ir y elegir sus proveedores. Cuanto más sepan sobre su industria, el uso de la alúmina en ella y la cantidad necesaria, más fácil será encontrar un buen proveedor que cumpla con todos los criterios y demandas.

Finalmente, los clientes pueden querer estudiar los diferentes niveles de calidad de la alúmina producida y sus industrias de uso final. Uno puede encontrar una lista de industrias que dependen de la producción de alúmina y los productos finales que fabrican. Esto puede ayudar a uno a llegar al tipo de proveedor que necesita para satisfacer sus necesidades comerciales y la satisfacción del cliente.

P&R

P1: ¿Cuál es el propósito de la electrólisis de alúmina en la producción de aluminio?

R1: El propósito de la electrólisis de alúmina es extraer aluminio metálico de su forma de óxido. El aluminio es muy reactivo y tiende a unirse con el oxígeno, formando óxido de aluminio (bauxita). A través del proceso de electrólisis, los iones de aluminio se liberan y se produce aluminio fundido.

P2: ¿Cómo funciona la electrólisis de la alúmina?

R2: La electrólisis de la alúmina se produce en grandes celdas llamadas celdas Hall-Héroult. Una corriente eléctrica directa se hace pasar a través de la celda, que consta de cátodos y ánodos de carbono. La alúmina calentada se coloca en la celda, y la corriente eléctrica hace que los iones de aluminio se descompongan y liberen aluminio metálico puro en el cátodo. Al mismo tiempo, se libera oxígeno en el ánodo, y se produce dióxido de carbono cuando los ánodos de carbono reaccionan con el oxígeno liberado.

P3: ¿Por qué la electrólisis de alúmina es ineficiente?

R3: La electrólisis de la alúmina se considera ineficiente porque requiere una cantidad sustancial de energía eléctrica para descomponer el óxido de aluminio. El proceso también da como resultado el consumo de ánodos de carbono, que deben reemplazarse regularmente. Además, las celdas de electrólisis tienen una baja eficiencia de corriente, con solo una fracción de la alúmina que se convierte en aluminio.

P4: ¿Cuáles son algunas formas de aumentar la eficiencia de la electrólisis de alúmina?

R4: La eficiencia de la electrólisis de la alúmina se puede mejorar utilizando mejores diseños de celdas que reduzcan la pérdida de calor y mantengan altas temperaturas para mantener la alúmina fundida. El desarrollo de materiales de ánodo alternativos en lugar de carbono también puede ayudar. Además, optimizar la composición de la alúmina y aumentar la eficiencia de la corriente minimizando el consumo de energía en la celda puede ser beneficioso.