Slovalco


- Počiatky
- Projekt Slovalco
- Slovalco po spustení
- Obrázky
- 10. výročie
- 15. výročie
- 20. výročie



Počiatky

Hliník
Hliník je tretím najviac sa vyskytujúcim prvkom na zemskom povrchu. Len kyslík a kremík sú bežnejšie. Zemská kôra do hĺbky 16 kilometrov (10 míľ) obsahuje 8 percent hliníka. Hliník má silný sklon spájať sa s ďalšími bežnými prvkami a tak sa len zriedkavo v prírode vyskytuje v metalickej forme. Jeho zlúčeniny sú však dôležitou súčasťou prakticky všetkých bežných hornín. Nachádza sa v kaolíne, íloch, kryštalických bridliciach, žule, syenite a anortozite.

PictureNajdôležitejšia hliníková červená ruda, hornina obsahujúca železo pozostávajúca asi z 52 percent oxidu hlinitého bola objavená v roku 1821 v blízkosti Les Baux v južnom Francúzsku. Tento materiál sa neskôr nazval bauxit. Bauxit je najlepšie definovaný ako hliníková ruda rôznych stupňov čistoty, v ktorej je hliník vo forme hydroxidu hlinitého, alebo oxidu hlinitého tou najhojnejšou samostatnou zložkou. Nečistotami sú väčšinou oxid železa, kremeň a titaničnany.

Bauxit sa do značnej miery líši vo fyzikálnych podobách v závislosti na jeho zložení a prímesiach. Farebne prechádza od žltobielej po šedú, či od ružovej po tmavo červenú, alebo hnedú, ak je vysoký obsah oxidov železa. Môže byť zemitý, alebo môže byť vo formách od ílu až po horninu. Bauxit sa našiel na všetkých kontinentoch sveta, okrem Antarktídy. Najbohatšie ložiská ležia vo všeobecnosti v oblastiach, ktoré sa počas ich tvorby nachádzali v tropických a subtropických klimatických pásmach, poskytujúcich optimálne podmienky silných dažďových zrážok, trvale horúcich teplôt a dobrého vysúšania..

Nie všetky bauxity sú ekonomicky vhodné pre výrobu hliníka. Prakticky sa uvažuje len so zeminou s obsahom oxidu hlinitého cez 30 percent. Jedine tie rudy s obsahom významných koncentrácií minerálov gibbsitu a boehmitu, ktoré obsahujú 65, prípadne 85 percent oxidu hlinitého sa vo všeobecnosti považujú za ekonomicky výhodné pre ďalšie spracovanie.

Známe ložiská bauxitu môžu zásobovať svet s hliníkom pri súčasnej úrovni produkcie celé stovky rokov.

PictureNa získanie oxidu hlinitého existuje množstvo zásaditých , kyselých a tepelných spôsobov rafinácie bauxitu. Kyslý a elektroteplotný proces je vo všeobecnosti buď príliš drahý, alebo sa ním nevyrába oxid hlinitý dostatočnej čistoty na komerčné využitie. Proces pozostávajúci z úpravy rudy s vápnom a sódou sa používa v Číne a Rusku, ale Bayerov proces, ktorý objavil v roku 1888 rakúsky chemik Karl Joseph Bayer, je stále po rôznych úpravách tým najrozšírenejším spôsobom výroby oxidu hlinitého.

Tento Bayerov proces pozostáva zo štyroch krokov : vylúhovanie, čerenie, vyzrážanie a kalcinácia. Oxid hlinitý vyrábaný týmto Bayerovým procesom je pomerne čistý, obsahujúci len niekoľko stotín percenta železa a kremíka.

Hliník, sriebristo-biely kov s mnohými vzácnymi vlastnosťami, prvý krát pripravil dánsky chemik Hans Oersted v roku 1825. On získal tento kov ohrevom suchého chloridu hlinitého s draselným kovom.

Avšak hliník zostal laboratórnou kuriozitou až dovtedy, kým francúzsky vedec Henri Sainte-Claire Deville neohlásil výrazné vylepšenie Wöhlerovej metódy, ktorá umožnila spájať "špendlíkové hlavičky” do celkov o rozmere guličiek. Devillov proces sa stal základom hlinikárenského priemyslu. Hliníkové tyče vyrobené v Javel Chemical Works a vystavené v roku 1855 na Svetovej výstave v Paríži predstavili tento nový kov verejnosti.

PictureHoci v tom čase boli dosť známe vlastnosti hliníka na to, aby naznačili sľubnú budúcnosť, náklady na chemický proces počas výroby tohto kovu boli príliš vysoké pre umožnenie jeho rozšíreného použitia. Ale dôležité zlepšenia priniesli prielom na dvoch frontoch súčasne: po prvé, zlepšil sa Devillov proces; a po druhé, vyvinutie dynama umožnilo sprístupniť väčšie energetické zdroje pre elektrolýzu, ktorá sa ukázala vysokú úspešnosť v oddeľovaní kovu od jeho zlúčenín.

Elektrolytický spôsob výroby hliníka objavili takmer súčasne a úplne nezávisle Charles M. Hall zo Spojených štátov a Paul-Louis-Toussaint Héroult z Francúzska v roku 1886. Základy Hall-Héroultových procesov boli identické a zostávajú nimi aj pre dnešný priemysel výroby hliníka. Vyčistený oxid hlinitý sa rozpúšťa v roztavenom kryolite a pomocou jednosmerného prúdu elektrolyzuje. Pod vplyvom tohto prúdu sa kyslík z oxidu hlinitého usadzuje na uhlíkatej anóde a uvoľňuje sa ako oxid uhličitý, zatiaľ čo voľný roztavený hliník - ktorý je ťažší ako elektrolyt - sa usadzuje na uhlíkatej výmurovke na dne pece.

Napriek tomu, že existuje niekoľko spôsobov výroby hliníka, komerčne sa používa len jeden. Od Devilleovho procesu, ktorý bol základom výroby hliníka koncom 19. storočia, sa upustilo v prospech oveľa hospodárnejšieho elektrolytického procesu. Karbotermický prístup, teda klasický spôsob znižovania metalických oxidov, bol v priebehu rokov podrobený intenzívnemu výskumu. Tento pozostáva z ohrevu oxidu spolu s uhlíkom, aby sa vyrábal oxid uholnatý a hliník. Veľkou prednosťou karbotermického tavenia je možnosť obídenia rafinácie oxidu hlinitého a začatie s menej hodnotnýmich rudami ako abuxit a menej kvalitnými uhlíkmi ako je petrolkoks. Napriek mnohoročnému intenzívnemu, avšak nehospodárnemu súťaženiu sa našiel Bayer-Hall-Héraoultov prístup.

Hoci sa nezmenil v princípe, dnes sa už Hall-Héroultov taviaci proces do veľkej miery líši v rozsahu a detailoch od pôvodného procesu. Moderná technológia vyprodukovala značné zlepšenia zariadení a materiálov a má nižšie konečné náklady.

V modernej hlinikárni sa oxid hlinitý rozpúšťa v redukčných peciach - hlbokých, obdĺžnikových oceľových vaniach vymurovaných uhlíkom - ktoré sa plnia roztaveným elektrolytom pozostávajúcim hlavne zo zlúčeniny sodíka, hliníka, a fluóru nazývanej kryolit.

Prostredníctvom uhlíkatých anód prechádza jednosmerný prúd elektrolytom k uhlíkatej katódovej výmurovke na dne pece. Na povrchu roztaveného elektrolytického kúpeľa sa vytvára kôra. Na vrch tejto kôry sa pridáva oxid hlinitý, kde sa predohrieva teplom z pece (okolo 950° C) a ním absorbovanou odvádzanou vlhkosťou. Kôra sa pravidelne preráža a oxid hlinitý sa dávkuje priamo do roztaveného elektrolytu automatickými dávkovačmi. Vplyvom elektrolýzy vzniká na dne pece roztavený hliník a na uhlíkatej anóde sa vytvára oxid uhličitý.

PictureNa každý kilogram vyrobeného hliníka sa spotrebuje asi 450 gramov uhlíka. Na každý kilogram vyrobeného hliníka sa spotrebuje okolo 2 kilogramov oxidu hlinitého. Tento elektrolýzny proces je nepretržitý. Ďalší oxid hlinitý sa pravidelne pridáva do elektrolytu na nahradenie toho, ktorý sa spotreboval pri redukčnom procese. Teplo vytvárané elektrickým prúdom udržiava elektrolyt v roztavenom stave, aby sa rozpustil čerstvý oxid hlinitý. Roztavený hliník sa pravidelne vyčerpáva. Pretože určité množstvo fluoridu z elektrolytického kryolitu sa stráca v tomto procese, podľa potreby sa pridáva fluorid hlinitý, aby sa obnovovalo príslušné chemické zloženie elektrolytu. Elektrolyt s prebytkom fluoridu hlinitého poskytuje maximálnu účinnosť. V skutočnosti sú dlhé rady redukčných pecí nazývaných elektrolýznymi sériami elektricky pospájané v sérii. Normálne pecné napätia sa pohybujú od štyroch do šiestich voltov a prúdové zaťaženia sú v rozpätí od 30 000 do 300 000 ampérov. Jednu elektrolýznu sériu môže tvoriť 50 až 250 pecí s celkovým napätím série viac než 1 000 voltov. Energia je jednou z najdrahších súčastí hliníka. Od roku 1900 hľadali výrobcovia hliníka zdroje lacnej hydroelektrickej energie, ale museli tiež skonštruovať mnohé výrobné zariadenia využívajúce energiu z fosilných / štiepnych palív. Technologický pokrok znížil nutnosť elektrickej energie potrebnej na vyrobenie jedného kilogramu hliníka. V roku 1940 bolo toto číslo 19 kilowatthodín. Do roku 1990 kleslo množstvo elektrickej energie potrebnej na každý kilogram vyrobeného hliníka na asi 13 kilowatthodín u najúčinnejších pecí. Roztavený hliník sa odčerpáva z týchto pecí do veľkých paniev. Z týchto sa kov môže vylievať priamo do kokilových foriem na výrobu zlievarenských bločkov, môže sa preliať do udržiavacích pecí pre ďalšie zjemnenie či dolegovanie s inými kovmi (alebo oboje) na výrobu ingotov. Primárny hliník vychádzajúci z pece má čistotu okolo 99.8 percenta.

Automatická a počítačová regulácia mala výrazný vplyv na hlinikárenské prevádzky. Najmodernejšie redukčné fabriky používajú plne mechanizované anodárne a počítačmi riadené sledovanie a automatizáciu elektrolýznych prevádzok.