Aluminiumanalyse

Bauxit ist die weltweit wichtigste Quelle für Aluminium. Bauxiterz wird im Tagebau gefördert, bevor es klassifiziert wird. Danach wird das Erz chemisch aufgeschlossen, um das wertvolle Aluminiumoxid, die sogenannte Tonerde, vom als Rotschlamm bezeichneten Abfallmaterial zu trennen. Nach der Reinigung wird das Aluminiummetall in Elektrolysebädern aus der Tonerde gewonnen. Dies ist ein weltweit ähnlicher Prozess, wobei der Bauxitabbau in vielen Ländern in großem Maßstab erfolgt. Zu den größten Produzenten gehören Brasilien, Australien, Guinea, Jamaika, China und Russland.

Nicht alle Erze sind gleich. Bauxit findet sich hauptsächlich in den drei Mineralen Gibbsit, Böhmit und Diaspor. Einige davon erfordern beim Bayer-Aufschlussverfahren höhere Temperaturen. Die meisten Hersteller bevorzugen Gibbsit, dessen Aufschluss die niedrigsten Temperaturen erfordert und daher am wenigsten Energie verbraucht. Für das Sortieren und Klassifizieren dieser verschiedenen Erze ist eine genaue Analyse entscheidend.

Jeder komplexe und mehrstufige Prozess erfordert eine sorgfältige Steuerung. Das ist bei der Verarbeitung von Bauxit nicht anders. An der Förderstätte kann ein CNA-Cross-Belt-Analysator die Erze effizient klassifizieren. Dadurch wird die Lagerhalde besser organisiert und es werden weniger Ressourcen bei den nachgelagerten Prozessen verschwendet. 

Die kristalline Phase spielt eine entscheidende Rolle bei der Verarbeitung von Erzen, die in der Regel mit einem Gerät wie dem Aeris mittels Röntgendiffraktion gemessen wird. Zur Charakterisierung der Elementarzusammensetzung wird die Röntgenfluoreszenz eingesetzt. Dafür ist unsere beliebte Zetium-Serie als spezielle Zetium Metals Edition für die Industrie erhältlich. Zum Schluss werden Informationen über die Partikelgröße, die für die Tonerdestufe entscheidend ist, mit dem Mastersizer, einer Standardlösung für Laserbeugung, gewonnen.

Tonerde (Al₂O₃) ist ein Zwischenprodukt, das bei der Herstellung von Aluminium aus Bauxiterz anfällt. Verarbeitungsparameter wie Partikelgröße, polymorphe Formen von Al2O3 oder Verunreinigungen beeinflussen den Energieverbrauch und den Einsatz von Chemikalien bei der Raffination und Verhüttung direkt und wirken sich daher auch auf die Effizienz und Rentabilität des Prozesses aus. 

Die Partikelgröße wirkt sich direkt auf die Auflösungsgeschwindigkeit der Tonerde in den Elektrolysebädern der Hütte aus. Darüber hinaus stellen Feinpartikel sowohl für die Arbeitssicherheit als auch für den Produkttransport ein Problem dar. Die Online-Analyse der Partikelgröße bei der Tonerdeherstellung hat den Durchsatz um 50 % erhöht und sich innerhalb von 12 Monaten amortisiert, da kein „nicht den Spezifikationen entsprechendes“ Material aufbereitet werden muss.

Die Kenntnis der verschiedenen Al₂O₃-Modifikationen ist für die Vorhersage und Optimierung ihres Verhaltens beim Schmelzprozess unverzichtbar. γ-Al₂O₃ ist die gewünschte polymorphe Form für die Elektrolyse, da es sich beim Schmelzprozess leichter löst als α-Al₂O₃. Aus diesem Grund muss das Verhältnis der verschiedenen polymorphen Formen von Tonerde mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) überwacht werden. 

Aufgrund des Strebens nach einer nachhaltigen Metallherstellung und der zunehmenden ESG-Anforderungen ist eine schnelle und genaue Überwachung von Verunreinigungen in Laugen und Rotschlamm zwingend erforderlich. Unsere Röntgenfluoreszenzlösungen ermöglichen die Elementaranalyse in Echtzeit, während des Prozesses und im Labor. XRD-Geräte können die Phasenzusammensetzung von Rotschlamm überwachen, wodurch die Einhaltung von Sicherheits- und Umweltnormen gewährleistet wird.

Die Herstellung von Aluminium aus gereinigter Tonerde mittels Elektrolyse (Hall-Héroult-Prozess) erfordert eine enorme Menge an elektrischer Energie. Die kontinuierliche Überwachung der Badzusammensetzung ist für die Bestimmung, Anpassung und Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen unverzichtbar. Dies führt bei erfolgreicher Durchführung zu erheblichen Kosten- und Energieeinsparungen.

Die Röntgendiffraktometrie (XRD) ermöglicht sowohl die Überwachung der Zusammensetzung des Elektrolysebades als auch die schnelle und genaue Vorhersage der relevanten Prozessparameter für verschiedene Arten von Elektrolysebädern (unter Zugabe von Ca, Mg, Li und K). Mit der Methode wird das Badverhältnis zugleich mit dem Überschuss an AlF ₃ und CaF ₂ sowie dem Gehalt an freier Tonerde und dem Liquiduspunkt berechnet.

Die jeweilige Lebensdauer der bei der Aluminiumverhüttung erforderlichen und verbrauchten Kohlenstoffanoden wird hauptsächlich durch die mittlere Kristallitgröße (Lc) der Graphitplättchen sowie durch Partikelgröße und Verunreinigungen beschränkt. Eine Standardmethode (ASTM D5178) zur Bestimmung der Kristallitgröße ist XRD, die in der Lösung von Malvern Panalytical für die Analyse von Elektrolysebädern implementiert ist.

Zur Gewährleistung häufiger und sicherer Analysen bietet Malvern Panalytical vollautomatisierte Laborlösungen, einschließlich Probenvorbereitung, die an die speziellen Anforderungen der jeweiligen Aluminiumhütten angepasst sind.

Aluminium und seine Legierungen finden sich überall in unserem Alltag: in Autos, Dosen, Smartphones und Flugzeugen. Zur Gewährleistung hoher Qualitätsstandards für legiertes oder beschichtetes Aluminium ist eine permanente Kontrolle der Zusammensetzung und Verunreinigungen für Hersteller unverzichtbar – unabhängig davon, ob das Aluminium aus Primärrohstoffen oder aus recyceltem Material hergestellt wird. 

Unsere Lösungen für Analysen mit hohem Durchsatz, die auf RFA-Technologie basieren, ermöglichen die Überwachung von Aluminium und Aluminiumlegierungen und können automatisiert und an jeden Fertigungsprozess angepasst werden. Mittels XRD lassen sich auch Metalleigenschaften wie Spannung und Textur überprüfen, um die Produktion von Metallen zu vermeiden, die nicht den Spezifikationen entsprechen.

Mit der Umstellung der Metallindustrie auf nachhaltigere Prozesse wird das Recycling von Materialien eine immer wichtigere Strategie zur Reduzierung von Umweltbelastungen. Abgesehen von der Abfallvermeidung ist bei recycelten Materialien in der Regel weniger Verarbeitung und somit weniger Energieeinsatz erforderlich. 

Recyceltes Aluminium gewinnt schon jetzt als Rohstoff mit einer geringeren CO2-Bilanz an Beliebtheit. Bei der Arbeit mit recycelten Materialien sind jedoch Qualitätskontrollen und genaue Analysen sehr wichtig. Da sie keine Kontrolle über den Produktionsprozess haben, benötigen die Hersteller ein umfassendes Verständnis der Materialeigenschaften, um Sicherheit und zuverlässige Leistung zu gewährleisten. 

Wenn Genauigkeit entscheidend ist, dann ist eine spezielle Lösung erforderlich. Zu den Röntgenfluoreszenz-Analysatoren der Serie Zetium von Malvern Panalytical gehört eine Metals Edition, die für die speziellen Anforderungen der Metallindustrie konzipiert wurde. Mit dem für strenge Qualitätskontrollen perfekt geeigneten Zetium können Hersteller das Beste aus recycelten Materialien herausholen und dabei die Umweltbelastungen verringern und die Rentabilität maximieren.