Inkijk in het productieproces van aluminium en RVS

Productieproces aluminium

Stap 1: bauxiet delven

Het productieproces van aluminium start met het delven van de belangrijkste grondstof: bauxiet. Bauxiet bestaat aan de ene kant uit aluminiumoxide en aan de andere kant uit verbindingen van titanium, ijzer, vanadium en silicium.

Bauxiet wordt diep onder de grond gedolven in tropische en subtropische gebieden. Geen makkelijke taak, want voor 1000 kilogram aluminium moet je graven tot een diepte van wel zeven meter. Het opgegraven bauxietmineraal wordt later naar raffinaderijen vervoerd, waar het wordt afgewassen en vermalen om een consistenter geheel te verkrijgen.

Stap 2: het Bayerproces

Tijdens de tweede fase van het productieproces van aluminium treedt het Bayerproces in werking:  de gemalen en ruwe bauxiet wordt omgezet tot aluminiumoxide, een noodzakelijke grondstof om aluminium te produceren.

Natriumhydroxide

Het gemalen bauxiet wordt eerst in grote druktanks gepompt met een oplossing van natriumhydroxide, wat ook wel natriumaluminaat of ‘slurry’ wordt genoemd: een hete oplossing van bijtende soda en water die de aluminiumoxide in het bauxiet oplost. De overige, onopgeloste bestanddelen van het bauxiet worden vervolgens gescheiden door te bezinken.

Bezinken en precipitatie

Tijdens het bezinken wordt de hele natriumaluminaatoplossing, inclusief onopgeloste bestanddelen, doorgevoerd in bezinktanks onder een lage druk. De overige, onopgeloste bestanddelen van het bauxiet, ook wel gekend als rode modder, blijven gewoon bovendrijven aan de bovenkant van de bezinktank en worden later, door een reeks filters en chemische reacties, naar beneden geleid om uiteindelijk te verdwijnen. Dit proces wordt de ‘precipitatie’ genoemd.

In de overgebleven oplossing in de filterinstallaties ontstaan kleine witte kristallen (zaadkristallen), die door de aanraking met aluminiumoxide uiteindelijk gevormd worden tot grote aluminiumkristallen.

Stap 3: het Hall-Héroult-proces of elektrolyseproces

Verbranding

Dan wordt de overgebleven oplossing verwarmd en gefilterd in roterende ovens met temperaturen tot boven de 960°C, waardoor de laatste onzuiverheden in het mengsel worden verwijderd en de overgebleven aluminiumoxide of de aluinaarde uiteindelijk wordt gedroogd tot een wit poeder. Een deeltje van deze aluinaarde of wit poeder wordt gebruikt voor kleinschalige projecten, zoals keramische onderdelen, maar het grootste deel wordt verwerkt tot aluminium in het elektrolyseproces.

Smelten

De volgende stop is de metaalfabriek: hier wordt de geraffineerde aluminiumoxide of de aluinaarde (het witte poeder) omgezet in zuiver aluminium door de zuurstof en het aluminium in de aluminiumoxide van elkaar te scheiden. De scheiding gebeurt via een elektrisch systeem en is gebaseerd op drie grondstoffen: aluminiumoxide, elektriciteit en koolstof. De elektriciteit wordt in het elektrisch systeem geleid door twee polen: aan de ene kant de kathode, waar de elektronen het systeem ingaan, en aan de andere kant de anode, de tegengestelde pool paar ze weer uitgaan. Beide polen bestaan uit koolstof, maar het is de anode die zuurstof (O₂) zal gaan afbreken en voor de vorming van CO₂ zal zorgen. Het resultaat is dan uiteindelijk 99,8% zuiver en vloeibaar aluminium dat zo kan worden getapt.  

Klaarmaken voor gebruik

Het vloeibare aluminium wordt aan het einde van het proces gegoten in extrusie billets of profielen, plaatstaven en/of legeringen, afhankelijk van waarvoor het gebruikt zal worden, en wordt zo klaargemaakt voor gebruik.

Stap 4: energieverbruik en afvalstoffen beperken

Energie beperken

Elektriciteit is na bauxiet eigenlijk de tweede grootste “grondstof” om aluminium te winnen. Milieubewuste producenten doen hun uiterste best om dat energiegebruik en de nefaste milieueffecten te verminderen door van gestookte centrales over te stappen naar waterkrachtcentrales om 90 tot wel 95% van de energie te besparen.

Afvalstoffen reduceren

Ook het onttrekken van de aluinaarde uit bauxiet zorgt, zoals we eerder besproken hebben, voor een afvalproduct: de rode substantie of de rode modder. Hoewel rode modder op kleine schaal wordt gebruikt voor het kleuren van dakpannen of als vulmateriaal voor asfaltwegen en waterzuivering, is het grootste deel economisch niet echt bruikbaar. Daarom wordt het meestal vijf tot tien jaar opgeslagen in bekkens met een ondoordringbare kleibodem. CO₂ uit de lucht en regenwater zorgen ervoor dat de rode modder geneutraliseerd wordt tot een overblijfsel van soda en water.

Stap 5: recyclage

Voor het produceren van 1 kg aluminium is er ongeveer 4 à 5 kg bauxiet nodig en 155 MJ (megajoule) aan energie. Voor het recyclen van aluminium is slechts 5% van deze energie nodig, wat van aluminium een geschikt metaal maakt om te recyclen. Zo ontstaat een oneindige cyclus.

Van bauxiet naar een veelzijdig metaal

Je kan stellen dat het volledige productieproces van aluminium een enorm veelzijdig traject is: beginnend bij het winnen van bauxiet tot de omzetting naar aluminium tijdens het  elektrolyseproces. Het eindproduct is uiteindelijk zuiver aluminium, een veelzijdig metaal met veel inzetmogelijkheden voor al jouw metaalprojecten.