ایلومینیم سمیلٹنگ کا عمل: باکسائٹ سے پرائمری ایلومینیم کی پیداوار تک

باکسائٹ سے ایلومینا تک: بائر عمل

پرائمری ایلومینیم کو دو الگ الگ مراحل میں بنایا جاتا ہے: باکسائٹ کو ایلومینا میں ریفائن کرنا، اور اس ایلومینا کو دھات میں کم کرنا۔ تقریباً چار سے پانچ ٹن باکسائٹ سے تقریباً دو ٹن ایلومینا پیدا ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں ایک ٹن پرائمری ایلومینیم پیدا ہوتا ہے۔ ریفائننگ سٹیج Bayer عمل ہے، ایک الکلین راستہ جو گرم کاسٹک سوڈا میں ایلومینیم ہائیڈرو آکسائیڈ کی حل پذیری کا فائدہ اٹھاتا ہے۔

ہاضمہ:پسے ہوئے باکسائٹ کو تقریباً 35 اے ٹی ایم دباؤ میں 140-300 ڈگری پر سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ محلول میں ہضم کیا جاتا ہے، اس لیے ایلومینیم آکسائیڈ سوڈیم ایلومینیٹ کے طور پر گھل جاتے ہیں جبکہ سلکا اور آئرن ناقابل حل باقیات کے طور پر رہ جاتے ہیں۔

وضاحت:وضاحتی ٹینکوں میں تلچھٹ اور فلٹریشن حاملہ شراب کو باریک، آئرن- سے بھرپور باقیات سے الگ کرتی ہے جسے سرخ مٹی کہا جاتا ہے۔

بارش:شراب کو ٹھنڈا کیا جاتا ہے اور ایلومینیم ہائیڈرو آکسائیڈ کرسٹل کے ساتھ بیج دیا جاتا ہے، جو بڑھتے ہیں اور حل سے باہر ہوتے ہیں۔

کیلکیشن:روٹری بھٹے ہائیڈرو آکسائیڈ کو تقریباً 1100 ڈگری پر کیلائن کرتے ہیں تاکہ سمیلٹر-گریڈ ایلومینا، عام طور پر 99.5% Al₂O₃۔

ریفائنری اکنامکس پر کاسٹک سوڈا اور توانائی کی کھپت کا غلبہ ہے، اور دوسرے مرحلے کو مستحکم طریقے سے چلانے کے لیے ایلومینا گریڈ کو سختی سے کنٹرول کیا جانا چاہیے۔

ہال-Héroult Electrolysis: The Reduction Step

دھاتی ایلومینیم ہال-Héroult عمل کے ذریعے تیار کیا جاتا ہے، جس میں ایلومینا تقریباً 940{{4}945 ڈگری پر پگھلے ہوئے کرائیولائٹ-کی بنیاد پر الیکٹرولائٹ (Na₃AlF₆ المونیم فلورائیڈ اور کیلشیم فلورائیڈ کے اضافے کے ساتھ) میں تحلیل ہوتا ہے۔ براہ راست کرنٹ استعمال کے قابل کاربن انوڈس سے غسل کے ذریعے کاربن لائن والے کیتھوڈ تک جاتا ہے۔ ایلومینا کو الیکٹرو کیمیکل طور پر کم کیا جاتا ہے، پگھلا ہوا ایلومینیم سیل کے نیچے جمع ہوتا ہے اور اسے باہر نکال دیا جاتا ہے، اور کاربن انوڈس کو کاربن ڈائی آکسائیڈ میں آکسائڈائز کیا جاتا ہے۔

سیل کا مجموعی رد عمل 2Al₂O₃ + 3C → 4Al + 3CO₂ ہے۔ جدید کمی کے خلیے 93-95% موجودہ کارکردگی پر کام کرتے ہیں، اور خودکار پوائنٹ فیڈرز غسل میں ایلومینا کی ارتکاز کو تقریباً 2-4% پر رکھتے ہیں تاکہ رد عمل مستحکم رہے اور انوڈ اثرات سے بچا جائے۔

توانائی اور مواد کی کھپت کے معیارات

سملٹنگ ایک بجلی-گہری کاروبار ہے، اور کھپت واحد سب سے بڑی لاگت اور اخراج کا لیور ہے۔ جدید کمی کی لکیروں کے لیے اشارے کے اعداد و شمار:

سیل ایگزاسٹ اور برتن گیس سے فضلہ حرارت کی وصولی کارکردگی کا ایک اہم موقع ہے، اور برآمد شدہ حرارت کو تیزی سے ڈسٹرکٹ ہیٹنگ اور ایلومینا یا اینوڈ خام مال کو پہلے سے گرم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ سلاٹڈ اینوڈس اور ڈائنامک وولٹیج کنٹرول کے ساتھ بنی لائنیں استعمال کی حد کے نچلے سرے پر بیٹھتی ہیں، جبکہ پرانے خلیے 15 کلو واٹ فی کلوگرام سے زیادہ ہو سکتے ہیں۔

انوڈ ایفیکٹس اور پی ایف سی کے اخراج

اگر حمام میں ایلومینا کا ارتکاز تقریباً 1.5% سے کم ہو جائے تو سیل عام الیکٹرولائسز کو برقرار نہیں رکھ سکتا اور وولٹیج تیزی سے بڑھ جاتا ہے، اکثر 8 V سے اوپر۔ ان انوڈ اثرات کے دوران، فلورو کاربن گیسیں انوڈ پر بنتی ہیں، بنیادی طور پر ٹیٹرا فلوروومتھین اور ہیکسا فلورو ایتھن کے ذریعے، مثال کے طور پر کاربن کے ساتھ بیکٹیریل گیسیں بنتی ہیں۔ 4Na₃AlF₆ + 3C → 4Al + 12NaF + 3CF₄.

پرفلوورو کاربن انتہائی طاقتور گرین ہاؤس گیسیں ہیں: 100-سال سے زیادہ افق ٹیٹرا فلورو میتھین تقریباً 6,600-7,400 گلوبل وارمنگ کی صلاحیت رکھتی ہے اور ہیکسا فلورو ایتھین تقریباً 11,100-12,200 گنا زیادہ کاربن ڈائی آکسائیڈ کے استعمال کی رپورٹ پر منحصر ہے۔ خودکار ایلومینا فیڈنگ، سیل وولٹیج مانیٹرنگ اور کمپیوٹر کنٹرول نے انوڈ ایفیکٹ فریکوئنسی کو کم کر کے 0.1 فی سیل ایونٹس فی سیل سے کم کر دیا ہے اچھی طرح سے چلنے والے پلانٹس میں، اور رپورٹ کیا گیا ہے کہ ایلومینیم سمیلٹنگ سے عالمی پی ایف سی کے اخراج میں 1990 سے تقریباً 85 فیصد کمی آئی ہے۔

سرخ مٹی: حجم، خطرات اور استعمال

باکسائٹ کی باقیات، یا سرخ مٹی، ایلومینا ریفائننگ کا بنیادی ٹھوس فضلہ ہے۔ عالمی پیداوار کا تخمینہ تقریباً 180 ملین ٹن سالانہ ہے، اور باقیات سختی سے الکلائن ہیں، پی ایچ عام طور پر 10 سے 13 اور 2-6٪ بقایا سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ کے درمیان ہے، لہذا رساو اور دھول کو روکنے کے لیے ذخیرہ کو انجنیئر کیا جانا چاہیے۔

ڈرائی اسٹیکنگ انتظامیہ کا ترجیحی راستہ بن گیا ہے کیونکہ یہ ذخیرہ کرنے کے اثرات کو تقریباً نصف تک کم کر دیتا ہے اور گیلے بندوں سے منسلک تباہ کن ڈیم کی ناکامی کے خطرے کو دور کرتا ہے۔ استعمال محدود ہے لیکن یہ کئی راستوں سے پھیل رہا ہے: لوہے، ٹائٹینیم اور نایاب زمینی عناصر کی بازیافت، 8-12% سرخ مٹی کا استعمال سیلیکا اور ایلومینا کے ذریعہ جیو پولیمر اور سیمنٹ کے مرکب میں، اور کاسٹک سوڈا کو بازیافت کرنے اور باقیات کو بے اثر کرنے کے لیے ایسڈ لیچنگ۔

اکثر پوچھے گئے سوالات

س: باکسائٹ، ایلومینیم اور ایلومینیم میں کیا فرق ہے؟
باکسائٹ کان کنی ہوئی ایسک ہے، ایلومینا (ایلومینیم آکسائیڈ) اس سے نکالا جانے والا بہتر انٹرمیڈیٹ ہے، اور ایلومینیم وہ دھات ہے جو الیکٹرولیٹک سیل میں ایلومینا کو کم کرنے پر تیار ہوتی ہے۔

سوال: ایلومینیم کی سملٹنگ اتنی توانائی کیوں ہے؟
ایلومینیم میں ایلومینیم-آکسیجن بانڈ بہت مضبوط ہے، اس لیے اسے توڑنے کے لیے ایک بڑے مسلسل براہ راست کرنٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہاں تک کہ بہترین خلیوں کو بھی فی کلوگرام دھات 12 کلو واٹ سے زیادہ بجلی کی ضرورت ہوتی ہے، یہی وجہ ہے کہ جہاں بجلی سستی اور مضبوط ہوتی ہے وہاں سمیلٹرز بنائے جاتے ہیں۔

س: کمی سیل کس درجہ حرارت پر چلتا ہے؟
کرائیولائٹ پر مبنی الیکٹرولائٹ 950 ڈگری کے قریب پگھلتے ہیں، اور خلیات عام طور پر 940 اور 965 ڈگری کے درمیان کام کرتے ہیں، جو کہ غسل کو پگھلا ہوا رکھنے کے لیے کافی زیادہ ہے لیکن فلورائیڈ کے نقصانات اور توانائی کے استعمال کو محدود کرنے کے لیے کافی کم ہے۔

سوال: اینوڈ اثرات کیوں اہمیت رکھتے ہیں؟
وہ توانائی کو ضائع کرتے ہیں، سیل کے آپریشن میں خلل ڈالتے ہیں اور بہت زیادہ گلوبل وارمنگ کی صلاحیت کے ساتھ پرفلوورو کاربن پیدا کرتے ہیں۔ خودکار کھانا کھلانا اور وولٹیج کنٹرول اثرات کو نایاب رکھتا ہے، اور اثرات کی فریکوئنسی سمیلٹر کے لیے کارکردگی کا ایک معیاری اشارہ ہے۔

سوال: فی ٹن دھات میں کتنی سرخ مٹی پیدا ہوتی ہے؟
باکسائٹ کی باقیات کی پیداوار ایسک کے درجے پر منحصر ہے لیکن عام طور پر ایک سے دو ٹن خشک باقیات فی ٹن ایلومینا کی حد میں ہوتی ہے، لہذا اوشیشوں کا انتظام بنیادی پیداوار کی ایک بڑی ماحولیاتی لاگت ہے۔

سوال: کیا ثانوی ایلومینیم بنیادی دھات کا متبادل ہے؟
ری سائیکل شدہ ایلومینیم کو پرائمری سمیلٹنگ کے لیے درکار توانائی کا صرف ایک چھوٹا سا حصہ درکار ہوتا ہے اور اس کی ضروری خصوصیات کو کھوئے بغیر بار بار دوبارہ پگھلایا جا سکتا ہے، حالانکہ الائے کی چھانٹی اس بات کو محدود کرتی ہے کہ ڈیمانڈنگ ایپلی کیشنز میں ثانوی دھات کا کتنا استعمال کیا جا سکتا ہے۔