बॉक्साइट से तैयार उत्पादों तक एल्युमीनियम उत्पादन प्रक्रियाएँ

एल्युमीनियम चार अलग-अलग कार्यों की एक श्रृंखला के माध्यम से बाजार में पहुंचता है: अयस्क को शुद्ध एल्यूमिना में परिष्कृत करना, उस एल्यूमिना को पिघली हुई धातु में बदलना, धातु को अर्ध-तैयार स्टॉक में डालना, और उस स्टॉक को तैयार भागों में आकार देना। प्रत्येक चरण का अपना भौतिक संतुलन, ऊर्जा मांग और गुणवत्ता नियंत्रण होता है, और प्रारंभिक चरण में निर्धारित पैरामीटर यह निर्धारित करते हैं कि डाउनस्ट्रीम में क्या हासिल किया जा सकता है।

बॉक्साइट को एल्यूमिना में परिष्कृत करना

श्रृंखला बॉक्साइट से शुरू होती है, जो हाइड्रेटेड एल्यूमीनियम ऑक्साइड से भरपूर एक लैटेरिटिक अयस्क है। बायर प्रक्रिया दबाव में अयस्क को गर्म सोडियम हाइड्रॉक्साइड में घोलती है, जिससे एल्यूमीनियम युक्त खनिज घुलनशील सोडियम एलुमिनेट में परिवर्तित हो जाते हैं जबकि लोहा, टाइटेनियम और सिलिका युक्त यौगिक अघुलनशील रहते हैं। यह अवशेष, जिसे लाल मिट्टी के रूप में जाना जाता है, को इसकी क्षारीयता और उच्च मात्रा के कारण फ़िल्टर किया जाता है और इंजीनियर्ड रोकथाम तालाबों में संग्रहित किया जाता है।

स्पष्ट सोडियम एल्युमिनेट शराब को ठंडा किया जाता है और अवक्षेपण टैंकों में डाला जाता है, जहां एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड कई दिनों में क्रिस्टलीकृत हो जाता है। क्रिस्टल को धोया जाता है और फिर रासायनिक रूप से बंधे पानी को निकालने के लिए लगभग 1,000 C पर रोटरी भट्टों में कैलक्लाइंड किया जाता है, जिससे निर्जल एल्यूमिना (Al2O3) प्राप्त होता है।

भौतिक संतुलन इस चरण के पैमाने को आंकने का सबसे स्पष्ट तरीका है। 2 टन एल्यूमिना का उत्पादन करने के लिए लगभग 4 से 5 टन बॉक्साइट की खपत होती है, और शोधन पूरी श्रृंखला के सबसे अधिक ऊर्जा गहन चरणों में से एक है। अयस्क में सिलिका सामग्री मुख्य लागत चालक है, क्योंकि प्रतिक्रियाशील सिलिका कास्टिक सोडा का उपभोग करती है और क्षार और ऊर्जा दोनों की खपत बढ़ाती है।

हॉल में प्रगलन-हरोल्ट कोशिकाएं

कार्बन लाइन्ड कोशिकाओं में इलेक्ट्रोलाइटिक कमी द्वारा एल्यूमिना को धात्विक एल्यूमीनियम में परिवर्तित किया जाता है। एल्यूमिना को लगभग 950 C पर पिघले क्रायोलाइट में घोल दिया जाता है, जो काम करने वाले तापमान को उस स्तर तक कम कर देता है जो इलेक्ट्रोलाइट को प्रवाहकीय रखते हुए निरंतर संचालन के लिए व्यावहारिक है।

कार्बन एनोड स्नान में डुबकी लगाते हैं और लगातार उपभोग किए जाते हैं, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है क्योंकि एल्यूमिना से ऑक्सीजन कार्बन के साथ मिलती है। 150,000 से 300,000 एम्पीयर प्रति सेल लाइन की सीमा में प्रत्यक्ष धारा एल्यूमीनियम ऑक्सीजन बंधन को विभाजित करती है, और पिघला हुआ एल्यूमीनियम, स्नान की तुलना में सघन होने के कारण, सेल के निचले भाग में इकट्ठा होता है। हर 24 से 48 घंटों में धातु को बाहर निकाला जाता है और करछुलों में ढलाई घर में स्थानांतरित किया जाता है।

ऊर्जा खपत प्रमुख परिचालन लागत है। एक आधुनिक सेल लगभग 13 से 15 kWh प्रति किलोग्राम एल्यूमीनियम का उत्पादन करता है, और एनोड और सेल लाइनिंग उपभोग्य वस्तुएं हैं जिन्हें एक नियोजित चक्र पर प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। यही कारण है कि स्मेल्टर वहां स्थित होते हैं जहां बिजली सस्ती और स्थिर दोनों होती है, और वर्तमान दक्षता में वृद्धिशील लाभ सीधे लागत और कार्बन प्रदर्शन में बदल जाता है।

अर्द्ध-तैयार उत्पादों में ढलाई और रोलिंग

कास्ट हाउस में तरल धातु को अर्ध-तैयार स्टॉक में परिवर्तित किया जाता है। डायरेक्ट चिल (डीसी) कास्टिंग लंबे उत्पादों के लिए एक्सट्रूज़न बिलेट्स के साथ-साथ फ्लैट उत्पादों के लिए लगभग 30 टन तक के रोलिंग स्लैब का उत्पादन करती है। कास्टिंग पैरामीटर, विशेष रूप से शीतलन दर, पिंड संरचना और पृथक्करण की मात्रा को नियंत्रित करते हैं जिन्हें बाद में हटाया जाना है।

समरूपीकरण:अलग-अलग तत्वों को घोलने और पुनर्वितरित करने और संरचना को रोलिंग के लिए एक समान बनाने के लिए स्लैब को 8 से 24 घंटे के चक्र के लिए 500 से 600 C पर रखा जाता है।

हॉट रोलिंग:ऊंचे तापमान पर कई पासों के माध्यम से रिवर्सिंग मिल में मोटाई लगभग 600 मिमी से घटाकर 2 से 10 मिमी कर दी जाती है।

कोल्ड रोलिंग:हॉट रोल्ड कॉइल को सटीक गेज तक कम किया जाता है, फ़ॉइल के लिए लगभग 0.006 मिमी तक, मोटाई सहनशीलता लगभग प्लस या माइनस 3 प्रतिशत के भीतर रखी जाती है।

इंटरमीडिएट एनीलिंग:लचीलेपन को बहाल करने के लिए कोल्ड रोलिंग चरणों के बीच 350 C एनील लगाया जाता है ताकि किनारों में दरार के बिना और कमी संभव हो सके।

इस स्तर पर गेज नियंत्रण, समतलता और सतह की सफाई की लगातार निगरानी की जाती है, क्योंकि प्रक्रिया श्रृंखला में रोलिंग दोष को बाद में ठीक नहीं किया जा सकता है।

आकार देने और बनाने की विधियाँ

अर्ध {{0}तैयार स्टॉक को कई मार्गों में से एक द्वारा तैयार ज्यामिति में परिवर्तित किया जाता है, प्रत्येक भाग के आकार, सहनशीलता और उत्पादन की मात्रा से मेल खाता है:

बाहर निकालना:लगभग 500 C तक गरम किए गए बिलेट्स को लगभग 100 MPa तक के दबाव पर एक डाई के माध्यम से धकेला जाता है, जिससे निर्माण, परिवहन और विद्युत उपयोग के लिए लंबे स्थिर क्रॉस सेक्शन प्रोफाइल का निर्माण होता है।

बंद डाई फोर्जिंग:गर्म धातु को मिलान किए गए डाई के बीच आकार दिया जाता है ताकि अनाज का प्रवाह लोड पथ का अनुसरण कर सके, यही कारण है कि जाली निलंबन और स्टीयरिंग घटक उच्च थकान भार उठाते हैं।

उच्च दबाव डाई कास्टिंग:पिघली हुई धातु को लगभग 70 एमपीए से ऊपर के दबाव पर स्टील डाई में इंजेक्ट किया जाता है, जिससे उच्च चक्र दर पर आवास और ब्रैकेट के लिए पतली दीवार वाले, शुद्ध आकार के हिस्से मिलते हैं।

गहरा आरेख:शीट को कपों में खींचा जाता है और फिर निर्बाध पेय के डिब्बे और समान पतली दीवार वाले कंटेनर बनाने के लिए फिर से तैयार किया जाता है।

योगात्मक विनिर्माण:चयनात्मक लेजर पिघलने से परत दर परत जटिल ब्रैकेट और हीट एक्सचेंजर कोर का निर्माण होता है, एक ऐसा मार्ग जिसका उपयोग किया जाता है जहां पारंपरिक टूलींग अव्यावहारिक होगी।

भूतल उपचार और फिनिशिंग

फ़िनिशिंग यह निर्धारित करती है कि भाग सेवा में कैसा प्रदर्शन करता है और कितने समय तक अपना स्वरूप बरकरार रखता है।

एनोडाइजिंग:एक इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रिया जो लगभग 25 माइक्रोन मोटी तक एक छिद्रपूर्ण ऑक्साइड परत बनाती है, जिसका उपयोग वास्तुशिल्प प्रोफाइल और उपभोक्ता उत्पादों के लिए किया जाता है जहां कठोरता और मौसम प्रतिरोध मायने रखता है।

पाउडर कोटिंग:एक इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से लागू पॉलिमर परत लगभग 200 C पर ठीक हो जाती है, जो टिकाऊ रंग और बाहरी मौसम की स्थिति प्रदान करती है।

रूपांतरण कोटिंग:एक पतली रासायनिक फिल्म जो पेंट के आसंजन में सुधार करती है और आयामों को बदले बिना संक्षारण संरक्षण जोड़ती है, जिसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव घटकों के लिए उपयोग किया जाता है।

यांत्रिक पॉलिशिंग और ब्रशिंग:वास्तुशिल्प और उपकरण अनुप्रयोगों के लिए सजावटी और कम घर्षण वाली सतहों का उत्पादन करें।

लेजर बनावट:नियंत्रित सूक्ष्म खांचे बनाता है जो फिसलने वाली सतहों और बनाने वाले उपकरणों पर स्नेहक प्रतिधारण में सुधार करता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

प्रश्न: एल्यूमिना बनाने के लिए कितने बॉक्साइट की आवश्यकता होती है?
एक कामकाजी आंकड़े के रूप में, 2 टन एल्यूमिना का उत्पादन करने के लिए 4 से 5 टन बॉक्साइट की खपत होती है। सटीक अनुपात अयस्क की उपलब्ध एल्यूमिना सामग्री और पाचन के दौरान कितनी प्रतिक्रियाशील सिलिका को अस्वीकार करना पड़ता है, पर निर्भर करता है।

प्रश्न: लाल मिट्टी क्या है और इसे तालाबों में क्यों संग्रहित किया जाता है?
लाल मिट्टी बॉक्साइट पाचन के बाद बचा हुआ अघुलनशील अवशेष है, जो अवशिष्ट क्षार के साथ लोहा, टाइटेनियम और सिलिका युक्त यौगिकों से बना होता है। इसकी क्षारीयता और मात्रा को इंजीनियरी नियंत्रण की आवश्यकता होती है, और यह शोधन चरण का मुख्य पर्यावरण प्रबंधन आइटम है।

प्रश्न: क्रायोलाइट का उपयोग एल्यूमीनियम गलाने में क्यों किया जाता है?
क्रायोलाइट एल्यूमिना को घोलता है और शुद्ध एल्यूमिना के पिघलने बिंदु से काफी नीचे, लगभग 950 C पर कमी को चलने देता है। वह कम तापमान ही निरंतर औद्योगिक इलेक्ट्रोलिसिस को व्यावहारिक बनाता है।

प्रश्न: गलाने के लिए कितनी बिजली की आवश्यकता होती है?
एक आधुनिक रिडक्शन सेल लगभग 13 से 15 kWh प्रति किलोग्राम एल्युमीनियम की खपत करता है, जो बिजली की लागत और बिजली स्थिरता को स्मेल्टर स्थान में निर्णायक कारक बनाता है।

प्रश्न: हॉट रोलिंग और कोल्ड रोलिंग में क्या अंतर है?
ऊंचे तापमान पर हॉट रोलिंग से स्लैब की मोटाई लगभग 600 मिमी से 2 से 10 मिमी तक कम हो जाती है, जहां धातु नरम होती है और प्रति पास कटौती बड़ी हो सकती है। कोल्ड रोलिंग फिर कॉइल को अंतिम गेज तक ले जाती है, लगभग 0.006 मिमी तक, अधिक सख्त मोटाई सहनशीलता और बेहतर सतह फिनिश के साथ।

प्रश्न: किसी दिए गए भाग के लिए कौन सी आकार देने की प्रक्रिया चुनी जानी चाहिए?
एक्सट्रूज़न निरंतर क्रॉस सेक्शन प्रोफाइल के लिए उपयुक्त है, फोर्जिंग उन भार वहन करने वाले हिस्सों के लिए उपयुक्त है जिन्हें अनुकूल अनाज प्रवाह की आवश्यकता होती है, डाई कास्टिंग उच्च मात्रा में पतली दीवार वाले आवास के लिए उपयुक्त है, गहरी ड्राइंग सीमलेस कंटेनर के लिए उपयुक्त है, और एडिटिव विनिर्माण कम मात्रा के जटिल ज्यामिति के लिए उपयुक्त है।