Hoe wordt aluminium geproduceerd? Welke grondstof komt er aan te pas en welke bewerkingen zijn nodig om de grondstof om te vormen tot zuiver aluminium?
Lees hier alles over het productieproces van aluminium, van begin tot eind. Op deze pagina vindt u informatie over:
- de winning van de benodigde grondstof;
- het elektrolyseproces om de grondstof om te vormen tot aluminium;
- het energieverbruik rondom de productie van aluminium;
- de afvalstoffen en emissies die ontstaan bij het productieproces.
De basis: bauxiet
Voordat we kijken naar het daadwerkelijke productieproces is het goed om te weten waar het traject begint: bij de winning. Aluminium wordt gewonnen uit bauxiet. Bauxiet is de benaming voor het erts waar ongeveer 30 tot 54% aluminiumoxide in zit. Omdat aluminium de sterke neiging heeft om zich te binden met zuurstof, vindt men in de natuur namelijk geen zuiver aluminium. Aluminium is alleen aanwezig in de vorm van een oxide, metaal gebonden aan zuurstof. En deze aluminiumoxide zal dus onttrokken moeten worden uit het eerdergenoemde bauxiet.
Bauxiet wordt voornamelijk gewonnen in (sub)tropische gebieden, aangezien het bauxiet daar de grootste hoeveelheid aluinaarde bevat. Aluinaarde is de benaming voor zuivere aluminiumoxide. De onttrekking van aluinaarde aan het bauxiet vindt meestal plaats in de buurt van de bauxietwinning, om te besparen op transportkosten.
Van bauxiet naar aluinaarde
De aluinaarde wordt aan het bauxiet onttrokken door het zogenaamde Bayerproces, benoemd naar de uitvinder van het proces, Karl Bayer (in 1887). Hiervoor wordt een grote hoeveelheid bauxiet aangevoerd en fijngemalen. Vervolgens wordt dit bauxiet in een groot vat gestort, waar verwarmd natronloog aan toegevoegd wordt. Natronloog is een oplossing van bijtende soda en water. De natronloog lost de aluminiumoxide op die zich in het bauxiet bevindt. De overige bestanddelen van het bauxiet lossen niet op.
Het vloeibare mengsel van natronloog en het daarin opgeloste aluminiumoxide wordt ‘slurry’ genoemd. De overgebleven substantie van het bauxiet is rode slib, ook wel ‘red mud’ genoemd. De slurry wordt gescheiden van de red mud door middel van filters. Red mud wordt als afval weggevoerd. Vervolgens wordt de slurry afgekoeld en overgebracht in precipitatietanks, ook wel precipitatoren genoemd. In deze tanks ontstaan kleine witte kristallen in de vloeistof, die naar de bodem zakken. Vanaf daar worden ze overgepompt naar een volgende tank, waar de kristallen verder kunnen groeien.
Daarna worden de kristallen overgebracht naar een oven, waar ze op een temperatuur van 1000℃ omgezet worden in aluinaarde. Deze aluinaarde ziet eruit als een fijn wit poeder, welke verder bewerkt kan worden om zuiver aluminium te verkrijgen.
Het elektrolyseproces
De aluinaarde wordt getransporteerd naar de primaire smelters, ofwel aluminiumfabrieken. Deze bevinden zich vaak op locaties waar goedkope en relatief schone energie opgewekt kan worden. Bij deze primaire smelters wordt van aluinaarde zuiver aluminium gemaakt met behulp van het zogenaamde ‘Hall-Héroult-proces’. Dit proces is genoemd naar twee uitvinders die in 1886 ongeveer gelijktijdig de methode uitgevonden hebben, zonder het van elkaar te weten.
Aluinaarde bestaat uit aluminium en zuurstof, en het doel van het Hall-Héroult-proces is het scheiden van de twee. De aluinaarde wordt daarvoor in een reductievat gestort. Dit vat is gevuld met het fluoridenzout kryoliet, wat op een temperatuur van 1000℃ is gebracht. De binnenzijde van het vat is bedekt met grafiet. Daarnaast hangen er in het vat twee anode-blokken, van koolstof.
Tussen de anode-blokken en het grafiet wordt een elektrische spanning opgewekt, met een lage spanning (4-5 Volt), maar een enorm hoge stroomsterkte van 220.000-340.000 Ampère. Deze elektrische stroom scheidt de zuurstof van het aluminium. De zuurstof bindt zich aan de koolstof van de anode-blokken en wordt afgevoerd in de vorm van CO². Het zuivere aluminium zakt naar de bodem, waar het vloeibare materiaal wordt afgetapt. Vervolgens wordt het vloeibare aluminium in vormen gegoten, zodat deze verder bewerkt kunnen worden voor diverse toepassingen.
Energieverbruik bij de productie van aluminium
De omzetting van aluinaarde naar zuiver aluminium vereist door de hoge benodigde stroomsterkte veel energie. Om die reden wordt aluinaarde verder bewerkt op locaties waar eenvoudig en relatief schoon de benodigde energie opgewekt kan worden. Vaak maken de primaire smelters op deze locaties gebruik van waterkrachtcentrales.
Afvalstoffen die vrijkomen bij het productieproces van aluminium
Het onttrekken van de aluinaarde uit het bauxiet levert een afvalproduct op, een rode substantie genaamd red mud. Op kleine schaal wordt de red mud gebruikt voor de kleuring van dakpannen, als vulmateriaal voor asfaltwegen en voor waterzuivering.
Echter is het grootste deel van de red mud niet economisch bruikbaar. Deze rode slib wordt opgeslagen in bekkens met een ondoordringbare kleibodem. Daar heeft het 5 tot 10 jaar nodig om het achtergebleven natronloog te neutraliseren. CO² vanuit de lucht of regenwater zorgt ervoor dat het restant natronloog geneutraliseerd wordt tot een overblijfsel van soda en water.
Tijdens het elektrolyseproces bestaat het afval en de emissies vooral uit fluoremissies en puin dat vrijkomt bij het vervangen van de deklaag van het vat. Bij het vervangen van deze deklaag komt fluorhoudend puin vrij. Er zijn al projecten gestart om het fluor uit dit puin terug te winnen voor hergebruik. Deze projecten zullen naar verwachting rond de periode 2023 - 2028 geperfectioneerd zijn en op grote schaal toegepast kunnen worden. Ook het vervangen van de anode-blokken levert afval op in de vorm van koolstofblokken. Deze blokken worden als brandstof en grondstof geleverd aan de staal en cementindustrie.
Van bauxiet naar veelzijdig metaal
Het volledige productieproces van aluminium is een fascinerend traject. Beginnend bij de winning van het bauxiet, tot de omzetting naar aluinaarde en uiteindelijk eindigend na het gehele elektrolyseproces. Het eindproduct: zuiver aluminium, klaar om verder bewerkt te worden door de nabewerkingsbedrijven.
Aluminium heeft veel karakteristieke eigenschappen die het tot een veelzijdig metaal maken, met veel inzetmogelijkheden. Zo is aluminium bijzonder goed recyclebaar. Het recyclen van aluminium kost slechts 5% van de energie die nodig is om primair aluminium te maken.
Lees hier alles over de diverse kenmerken die aluminium duurzaam maken:
Wilt u meer weten over de bijzondere eigenschappen van aluminium? Lees hier alles over de diverse eigenschappen van het materiaal: