23948sdkhjf

Kan klorid erstatte Hall-Héroult i aluminiumproduksjon?

| Av Bjarte Øye, Sintef Blogg | Tips redaksjonen om en historie

I dag er Hall-Heroultprosessen enerådende i produksjon av aluminium. Den går ut på å framstille aluminium ved elektrolyse; aluminiumoksid blir løst i en kryolittbase (Na3AlF6) og deretter redusert til aluminium elektrolytisk ved omtrent 960 °C.

Dette skriver forsker Bjarte Øye på Sintef Blogg.

Prosessen benytter karbonanoder som forbrukes under elektrolysen og blir omdannet til CO2. Aluminiumoksid (alumina) blir framstilt gjennom Bayer-prosessen fra bauxitt, et aluminarikt leirmineral.

Selv om produsentene jevnt og trutt har forbedret effektiviteten, gir prosessen et relativt høyt varmetap fra elektrolysecellene, samt høye CO2 utslipp fra anodene. Det er også negative sider ved Bayer-prosessen, som produserer mye basisk rødslam som deponeres.

På grunn av relativt høyt energiforbruk og i tillegg et karbonavtrykk fra forbruk av karbonanoder, har andre fremstillingsmetoder for aluminium vært under fortløpende vurdering. Hall-Héroultprosessen nærmer seg også det teoretiske minimum når det gjelder energiforbruk og CO2-utslipp. Kloridprosessen er en slik alternativ prosess. Dette er en gammel prosess, som er tatt fram igjen i FME HighEFF, hvor det er gjort en oppsummering av tidligere forskning, som skal danne en plattform for framtidig aktivitet på området i SINTEF.

Kloridprosessen ble utviklet av Alcoa, som startet med arbeidet på 1960-tallet og avsluttet på 1980-tallet. Alcoas prosess baserer seg på klorering av raffinert alumina fra Bayer-prosessen. Aluminiumklorid blir så løst i en saltsmelte og deretter framstilt ved elektrolyse. Elektrolysen benytter grafittanoder, som i denne prosessen er inerte.

Fordelene med kloridprosessen er dels at prosessen er mer kompakt, dels at den skjer ved lavere temperatur enn Hall-Héroultprosessen, typisk 720°C. Prosessen benytter inerte anoder, i motsetning til tradisjonell elektrolyse som forbruker karbonanoder. Dette betyr at kloridprosessen kan kjøres med lavere energiforbruk, 9,6 kWh/kg Al mot Hall-Héroults 13,4 kWh/kg.

Det lavere energiforbruket fører til at kloridprosessen vil få et noe lavere karbonfotavtrykk enn Hall-Héroult. Imidlertid er det kjemiske karbonavtrykket likt for de to prosessene, fordi aluminiumklorid blir produsert ved karboklorering av alumina, der alumina reagerer med karbon (C) og kloridgass (Cl2) til aluminiumklorid (AlCl3) og CO2. Dette danner like mye CO2 per kg aluminium som karbonanoden i tradisjonell elektrolyse. Likevel er det viktige forskjeller som gjør klorering interessant:

  • Fremstilling av aluminiumklorid ved karboklorering stiller ingen mekaniske krav til karbonet, det er kun en reaktant. Derfor kan biokarbon benyttes, i motsetning til Hall-Héroult som trenger anoder med høy mekanisk styrke og tetthet og derfor må benytte koks fra petroleumsraffinerier.
  • Karbokloreringen kan produsere rimelig høye CO2 konsentrasjoner i prosessgassen, noe som gjør det enklere å implementere CO2–fangst og CO2-lagring.

I praksis har ikke kloridprosessen klart å konkurrere med Hall-Héroultprosessen, og det er lite informasjon tilgjengelig om industriell erfaring med metoden. Kloridprosessen tåler dårlig forurensing av utgangsmaterialene. Det er mange uheldige sidereaksjoner som kan forekomme, og klorholdige gasser er generelt giftige. Det er eksempelvis rapportert dannelse av klorerte alkaner (PAH) og bifenyler (PCB), men temperaturen er for lav til at det dannes dioksiner. På samme måte som for Hall-Héroultprosessen, gir fuktighet uønskede reaksjoner.

I tiden rundt lanseringen av Alcoa-prosessen ble det gjort mye forskning både på prosessen samt klorering av råmaterialer. Senere ble det stille, før interessen nå tar seg opp igjen.

Kloridprosessen er ikke låst til rent alumina som utgangsmaterial. Dette betyr at man kan se for seg å sjalte ut Bayerprosessen, og dermed unngå problemene med deponering av store mengder rødslam fra denne prosessen.

Direkte klorering kan i prinsippet utføres på mange mineraler som inneholder tilstrekkelige mengder aluminum. Naturlig nok ser man etter mineraler der aluminium sitter termodynamisk løst, eksempelvis leirer som bauxitt og kaolinitt, samt alunitter (aluminiumsulfat-hydrater). Det er imidlertid også rapportert vellykkede forsøk på leucitittiske mineraler. Dette er interessant for norske forhold siden disse mineralene ligner på anortositt, et mineral med rike forekomster i Norge.

Framgangsmåten kan være kompleks og krever skreddersydde løsninger for hvert mineral for å styre kloreringen. Både selektiv klorering og separering av klorider etter klorering er mulig. Noen aktuelle eksempler er:

  • Anortositt er et mineral bestående av stort sett kalk- og natriumfeltspat. Ved klorering vil kalsium og natrium kloreres først, og blir igjen i chargen som fast stoff. Deretter kloreres aluminium til AlCl3 som eksisterer i gassform over 180 °C. Tilsvarende framgangsmåter kan brukes på andre feltspatmineraler. Anortositt inneholder lite jern, som er et element som kan skape komplikasjoner under kloreringen.
  • Bauxitt er hovedkilden til verdens aluminiumsproduksjon. Den inneholder mye treverdig jernoksid, og dette kloridet er så stabilt at det kan dannes ved tilbakereaksjon mellom Fe2O3 og AlCl3, det vil si at det spiser av produktet vi ønsker. Det er derfor viktig å fjerne jern effektivt, Derfor sikres rask klorering av jern ved å kjøre et aktiverende trinn som omdanner jernoksid til jernsulfid. Dette gjøres gjerne ved først å sulfidere jern til FeS ved tilsetting av SO2/CO, og deretter klorere jern til høytsmeltende toverdig jernklorid. Deretter kloreres aluminium som tas ut som AlCl3 i gassform. Bauxitt inneholder også titan, og dette kloreres også tidlig. Titanklorid har lavt kokepunkt (136 °C) og må drives av før aluminium kloreres.
  • Kaolin er en leire bestående av aluminium-silisiumhydrater. Kaolinholdige leirer blir aktivert ved å tilsette ammoniumsulfat, dette separerer aluminium fra silisium, og i tillegg blir kloreringen av aluminium favorisert foran silisium.

En potensiell energibesparelse på 25-30 prosent sammenlignet med Hall-Héroultprosessen, samt enklere CO2-fangst og -lagring, vil være av stor betydning i det grønne skiftet. Etter hvert som tiden går endrer forutsetningene for mulig lønnsom drift seg, så en gang iblant kan det være sunt å kikke på gamle prosesser med nye øyne.

Artikkelen er hentet fra Sintef Blogg med tillatelse av artikkelforfatteren.

Kilde: Sintef Blogg
Hold deg oppdatert med Metal Supply NO
Kommentarer (0)
Forsiden akkurat nå

Juridiske tips: Utvelgelse ved nedbemanning - Ansiennitetsprinsippet

Ny kontrakt for Salthammer

GMC skal bygge om Mongstad

Stor aktivitet innen elektrifisering av luftfarten

Vellykket norsk fellessatsing på Hannover Messe

Positive signaler fra leverandørindustrien

Nyhetsbrev

Grønt Stål - klimakompensert bruk av stål gjennom skogplanting

Har laget «uknuselig stålgitar»

Ekspedisjonscruiseskipet ankom Ulstein

Viktige årsmøter torsdag

Equinor styrker sin satsing på klimalederskap

Hydro-brann raskt slokket

Kitron sikrer seg storordrer

Vurderer å selge fregatt-stål

Bislett først med lagring av solenergi på brukte bilbatteri

Ukens vits: Holdbar til…

God påske fra oss i Metal Supply!

Gassrørselskap solgt for 12 milliarder

KS krever ekstra klima-millioner

TechnipFMC har fått iEPCI-kontrakt

Vil ha opdrettsanlegg på havbunnen

Bygger ny prosessbåt

Norges travleste ferjesamband blir elektrisk

Vil ikke at andre land skal overta oljeproduksjonen

Ambassadører på energi-besøk til Vestlandet

Ukens vits: Ekstra fridag

Ny daglig leder i Elpro

Slutter etter 54 år

Byggebransjen dropper stål og betong – går for tre

Nedetid for portalen

Ukens vits: Nyansatt

Norsk selskap går inn i subsea-konsortium

Første stålet i P2-prosjektet kuttet

Ukens vits: Den smarte narrer den dumme…?

Se alle Bedriftenes egne nyheter

Sykle til jobben aksjonen 2019 braker løs - iTec velger en aktiv reisevei

BRANNSIKKERHET: Har bedriften øvd på evakuering?

Astrup AS kan nå tilby smidde emner i en rekke kvaliteter og utførelser

Produktnyheter vekket stor interesse på KUKAs automasjonsdager

FJERO fills major order for skidding cylinders for Russia

Vibrasjonsfri dreiing – digitalt tilkoblet

Besøk oss på Control 2019 i Stuttgart!

Lav terskel med KUKA Ready Packs

Astrup har blant annet karbonstål på menyen til påske!

Kulelagerhuset: Slik finner du dine lagringer ut i fra mål og/eller referansenummer

HYDAC: Øk driftssikkerheten og oljens levetid i dine hydraulikksystemer

Summ Road Show IBS QMS & Teamcenter

Brannsikkerhet: Er bygget mitt forskriftsmessig sikret?

Watech Introduserer HMS-Sikker Rørspyling

Spilde Mek ISO-sertifisert

ZEISS utvider seg!

Energibesparende ventilasjonsfilter fra Interfil

SDT 340 Kit packed in cardbox

Hentec stiller ut på The 24th International Offshore Crane and Lifting Conference

Tankspyling for små tanker

TL50 pro med IO link. Programmer ditt lystårn selv

BRANNSIKKERHET: Brannkurs og opplæring

Profinet-kabel i robotapplikasjoner

Trådløst Solution Kit for Vibrasjonsovervåking

Forståelse av maskinens utnyttelse gir betydelig effektivitetsbidrag

Send til en kollega

0.18