Aluminium smelting
অ্যালুমিনিয়াম গলানো হল হল হল-হেরোল্ট প্রক্রিয়া দ্বারা তার অক্সাইড, অ্যালুমিনা থেকে অ্যালুমিনিয়াম উত্তোলনের প্রক্রিয়া। একটি অ্যালুমিনা শোধনাগারে বায়ার প্রক্রিয়ার মাধ্যমে আকরিক বক্সাইট থেকে অ্যালুমিনা বের করা হয়। এটি একটি তড়িৎবিশ্লেষ্য প্রক্রিয়া, তাই একটি অ্যালুমিনিয়াম গলানোর যন্ত্র প্রচুর পরিমাণে বৈদ্যুতিক শক্তি ব্যবহার করে; খরচ কমাতে এবং সামগ্রিক কার্বন পদচিহ্ন কমাতে গলানোর যন্ত্রগুলি বড় বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলির কাছাকাছি অবস্থিত থাকে, প্রায়শই জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি। স্মেল্টারগুলি প্রায়শই বন্দরের কাছে অবস্থিত, কারণ অনেক স্মেল্টার আমদানি করা অ্যালুমিনা ব্যবহার করে। অ্যালুমিনিয়াম গলানোর যন্ত্রের বিন্যাস হল-হেরোল্ট তড়িৎ বিশ্লেষণ প্রক্রিয়া হল প্রাথমিক অ্যালুমিনিয়াম উৎপাদনের প্রধান পথ। একটি তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষ একটি ইস্পাতের খোল দিয়ে তৈরি হয় যার মধ্যে প্রতিসরণকারী উপকরণের একাধিক অন্তরক আস্তরণ থাকে। কোষটি একটি আধার এবং আধার হিসাবে একটি ইট-রেখাযুক্ত বাইরের ইস্পাতের খোল নিয়ে গঠিত। শেলের ভিতরে, ক্যাথোড ব্লকগুলি র্যামিং পেস্ট দ্বারা একসাথে সিমেন্ট করা হয়। উপরের আস্তরণটি গলিত ধাতুর সংস্পর্শে থাকে এবং ক্যাথোড হিসাবে কাজ করে। গলিত তড়িৎবিশ্লেষ্যটি কোষের অভ্যন্তরে উচ্চ তাপমাত্রায় বজায় রাখা হয়। প্রি-বেকড অ্যানোড ইলেক্ট্রোলাইটে ঝুলন্ত বড় সিন্টার ব্লকের আকারে কার্বন দিয়ে তৈরি হয়। একটি একক সোডারবার্গ বিদ্যুদ্বাহক বা বেশ কয়েকটি পূর্বনির্ধারিত কার্বন ব্লক অ্যানোড হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যেখানে প্রধান গঠন এবং তাদের পৃষ্ঠে ঘটে যাওয়া মৌলিক প্রতিক্রিয়াগুলি একই। একটি অ্যালুমিনিয়াম স্মেল্টার প্রচুর সংখ্যক কোষ (পাত্র) নিয়ে গঠিত যেখানে তড়িৎ বিশ্লেষণ করা হয়। একটি সাধারণ স্মেল্টারে 300 থেকে 720 টি পাত্র থাকে, যার প্রতিটি দিনে প্রায় এক টন অ্যালুমিনিয়াম উৎপাদন করে, যদিও বৃহত্তম প্রস্তাবিত স্মেল্টারগুলি সেই ক্ষমতার পাঁচগুণ পর্যন্ত হয়। গলানো একটি ব্যাচ প্রক্রিয়া হিসাবে চালানো হয়, যেখানে অ্যালুমিনিয়াম ধাতু পাত্রের নীচে জমা হয় এবং পর্যায়ক্রমে অপসারণ করা হয়। বিশেষত অস্ট্রেলিয়ায় এই স্মেল্টারগুলি বৈদ্যুতিক নেটওয়ার্কের চাহিদা নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহৃত হয় এবং ফলস্বরূপ খুব কম দামে স্মেল্টারকে বিদ্যুৎ সরবরাহ করা হয়। তবে 4 থেকে 5 ঘন্টার বেশি সময় ধরে বিদ্যুৎ ব্যাহত করা উচিত নয়, কারণ তরল ধাতু শক্ত হয়ে গেলে উল্লেখযোগ্য মূল্যে পাত্রগুলি মেরামত করতে হয়। মূল অ্যালুমিনিয়াম গলিত ক্রায়োলাইটে দ্রবীভূত অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের তড়িৎবিশ্লেষ্য হ্রাস দ্বারা উত্পাদিত হয়। একই সময়ে কার্বন বিদ্যুদ্বাহক জারিত হয়, প্রাথমিকভাবে কার্বন মনোক্সাইড সি + 1/2O2-> সিও যদিও কার্বন মনোক্সাইড (সিও) গঠন প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রায় তাপগতিবিদ্যার পক্ষে, যথেষ্ট ওভারভোল্টেজের উপস্থিতি (বিপরীতমুখী এবং মেরুকরণ সম্ভাবনার মধ্যে পার্থক্য) তাপগতিবিদ্যার ভারসাম্য এবং সিও-এর মিশ্রণকে পরিবর্তন করে এবং উত্পাদিত হয়। সুতরাং আদর্শ সামগ্রিক প্রতিক্রিয়াগুলিকে এইভাবে লেখা যেতে পারে যে, বর্তমান ঘনত্ব 1 এ/সেমি2 পর্যন্ত বাড়িয়ে, বৃদ্ধি এবং কার্বন ব্যবহারের অনুপাত হ্রাস পায়। যেহেতু অ্যালুমিনিয়ামের প্রতিটি পরমাণু উৎপাদনের জন্য তিনটি ইলেকট্রনের প্রয়োজন হয়, তাই এই প্রক্রিয়াটি প্রচুর পরিমাণে বিদ্যুৎ খরচ করে। এই কারণে অ্যালুমিনিয়াম গলানোর যন্ত্রগুলি জলবিদ্যুৎ-এর মতো সস্তা বিদ্যুতের উৎসের কাছাকাছি অবস্থিত। কোষের উপাদান ইলেক্ট্রোলাইটঃ ইলেক্ট্রোলাইট হল ক্রায়োলাইট (Na3AlF6) এবং দ্রবীভূত অ্যালুমিনার একটি গলিত স্নান। ক্রায়োলাইট কম গলনাঙ্ক, সন্তোষজনক সান্দ্রতা এবং কম বাষ্প চাপ সহ অ্যালুমিনার জন্য একটি ভাল দ্রাবক। এর ঘনত্ব তরল অ্যালুমিনিয়ামের তুলনায়ও কম (2 বনাম 2.3 গ্রাম/সেমি3), যা কোষের নীচে লবণ থেকে পণ্যটির প্রাকৃতিক পৃথকীকরণের অনুমতি দেয়। বিশুদ্ধ ক্রায়োলাইটে ক্রায়োলাইট অনুপাত (NaF/AlF3) হল 3, যার গলন তাপমাত্রা 1010 ডিগ্রি সেলসিয়াস, এবং এটি 960 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 11 শতাংশ অ্যালুমিনা সহ একটি ইউটেকটিক গঠন করে। শিল্প কোষে ক্রায়োলাইট অনুপাত 2 এবং 3 এর মধ্যে রাখা হয় যাতে এর গলন তাপমাত্রা 940-980 ডিগ্রি সেলসিয়াসে হ্রাস পায়। ক্যাথোডঃ কার্বন ক্যাথোডগুলি মূলত অ্যানথ্র্যাসাইট, গ্রাফাইট এবং পেট্রোলিয়াম কোক দিয়ে তৈরি, যা প্রায় 1200 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ক্যালসিন করা হয় এবং ক্যাথোড তৈরিতে ব্যবহারের আগে চূর্ণ ও সেলাই করা হয়। এগ্রিগেটগুলি কয়লা-টার পিচের সাথে মিশ্রিত করা হয়, গঠিত হয় এবং বেক করা হয়। কার্বন বিশুদ্ধতা অ্যানোডের মতো কঠোর নয়, কারণ ক্যাথোড থেকে ধাতব দূষণ উল্লেখযোগ্য নয়। কার্বন ক্যাথোডের অবশ্যই পর্যাপ্ত শক্তি, ভাল বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এবং পরিধান এবং সোডিয়াম অনুপ্রবেশের উচ্চ প্রতিরোধ থাকতে হবে। গ্রাফাইটিক এবং গ্রাফাইটাইজড পেট্রোলিয়াম কোক ক্যাথোডের তুলনায় অ্যানথ্রাসাইট ক্যাথোডের পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা বেশি এবং নিম্ন প্রশস্ততা সহ ধীর গতিতে ক্রিপ থাকে [15]। পরিবর্তে, আরও গ্রাফাইটিক ক্রম সহ ঘন ক্যাথোডগুলির উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, কম শক্তি খরচ [14] এবং সোডিয়াম অনুপ্রবেশের কারণে কম ফোলাভাব থাকে। ফোলাভাবের ফলে ক্যাথোড ব্লকের প্রাথমিক এবং অভিন্ন অবনতি ঘটে। অ্যানোডঃ অ্যালুমিনিয়াম গলানোর ক্ষেত্রে কার্বন অ্যানোডের একটি নির্দিষ্ট পরিস্থিতি থাকে এবং অ্যানোডের প্রকারের উপর নির্ভর করে অ্যালুমিনিয়াম গলানোর পদ্ধতি দুটি ভিন্ন প্রযুক্তিতে বিভক্ত করা হয়; "সোডারবার্গ" এবং "প্রি-বেকড" অ্যানোড। অ্যানোডগুলি পেট্রোলিয়াম কোক দিয়ে তৈরি করা হয়, কয়লা-টার-পিচের সাথে মিশ্রিত করা হয়, তারপরে উচ্চতর তাপমাত্রায় তৈরি এবং বেক করা হয়। অ্যানোডের গুণমান অ্যালুমিনিয়াম উৎপাদনের প্রযুক্তিগত, অর্থনৈতিক এবং পরিবেশগত দিকগুলিকে প্রভাবিত করে। শক্তি দক্ষতা অ্যানোড উপকরণের প্রকৃতির পাশাপাশি বেকড অ্যানোডের সচ্ছিদ্রতার সাথে সম্পর্কিত। প্রি-বেকড অ্যানোডের (50-60 মাইক্রোমিটার) বৈদ্যুতিক প্রতিরোধকে অতিক্রম করতে কোষের শক্তির প্রায় 10 শতাংশ খরচ হয়। কম তড়িৎপ্রবাহ দক্ষতা এবং অ-তড়িৎবিশ্লেষ্য ব্যবহারের কারণে কার্বন তাত্ত্বিক মানের চেয়ে বেশি খরচ হয়। কাঁচামাল এবং উৎপাদন পরামিতিগুলির বৈচিত্র্যের কারণে অসম অ্যানোডের গুণমানও এর কার্যকারিতা এবং কোষের স্থিতিশীলতাকে প্রভাবিত করে। প্রাক বেকড উপভোগ্য কার্বন অ্যানোডগুলি গ্রাফাইটাইজড এবং কোকের প্রকারগুলিতে বিভক্ত। গ্রাফাইটাইজড অ্যানোড তৈরির জন্য, অ্যানথ্র্যাসাইট এবং পেট্রোলিয়াম কোক ক্যালসাইন এবং শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। তারপর এগুলিকে কয়লা-তারের পিচের সঙ্গে মিশিয়ে চেপে রাখা হয়। চাপা দেওয়া সবুজ অ্যানোডটি 1200 ডিগ্রি সেলসিয়াসে বেক করা হয় এবং গ্রাফাইটাইজ করা হয়। কোক অ্যানোডগুলি ক্যালসাইন পেট্রোলিয়াম কোক, পুনর্ব্যবহৃত অ্যানোড বাট এবং কয়লা-টার পিচ (বাইন্ডার) দিয়ে তৈরি হয়। অ্যানোডগুলি কয়লার টার পিচের সাথে সমষ্টি মিশ্রিত করে তৈরি করা হয় যাতে একটি ডোয়ি সামঞ্জস্যের সাথে একটি পেস্ট তৈরি করা যায়। এই উপাদানটি প্রায়শই ভাইব্রো-কমপ্যাক্ট করা হয় তবে কিছু উদ্ভিদে চাপ দেওয়া হয়। সবুজ অ্যানোডটি তারপর 1100-1200 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 300-400 ঘন্টার জন্য সিন্টার করা হয়, গ্রাফিটাইজেশন ছাড়াই, বাইন্ডারের পচন এবং কার্বনাইজেশনের মাধ্যমে এর শক্তি বাড়ানোর জন্য। উচ্চ বেকিং তাপমাত্রা যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং তাপ পরিবাহিতা বৃদ্ধি করে এবং বায়ু এবং সিও 2 প্রতিক্রিয়াশীলতা হ্রাস করে। কোক-টাইপ অ্যানোডগুলির নির্দিষ্ট বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ গ্রাফাইটাইজড অ্যানোডগুলির তুলনায় বেশি, তবে তাদের উচ্চতর সংকোচন শক্তি এবং কম ছিদ্রতা রয়েছে। 1923 সালে নরওয়েতে প্রথমবারের মতো ব্যবহৃত সোডারবার্গ বিদ্যুদ্বাহক (ইন-সিটু বেকিং) একটি ইস্পাতের খোল এবং একটি কার্বনেসিয়াস ভর নিয়ে গঠিত যা তড়িৎবিশ্লেষণ কোষ থেকে নির্গত তাপ দ্বারা বেক করা হয়। সোডারবার্গ কার্বন-ভিত্তিক উপকরণ যেমন কোক এবং অ্যানথ্র্যাসাইট চূর্ণ করা হয়, তাপ-চিকিত্সা করা হয় এবং শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। এই সমষ্টিগুলি বাঁধাই হিসাবে পিচ বা তেলের সাথে মিশ্রিত করা হয়, ব্রিকেট করা হয় এবং শেলের মধ্যে লোড করা হয়। তাপমাত্রা কলামের নীচে থেকে শীর্ষে বৃদ্ধি পায় এবং অ্যানোডটি স্নানের মধ্যে নামানোর সাথে সাথে ইন-সিটু বেকিং হয়। বেকিংয়ের সময় উল্লেখযোগ্য পরিমাণে হাইড্রোকার্বন নির্গত হয় যা এই ধরনের বিদ্যুদ্বাহকের একটি অসুবিধা। বেশিরভাগ আধুনিক স্মেল্টারগুলি প্রি-বেকড অ্যানোড ব্যবহার করে কারণ সোডারবার্গ অ্যানোডের তুলনায় প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ সহজ এবং সামান্য ভাল শক্তি দক্ষতা অর্জন করা হয়। অ্যালুমিনিয়াম গলানোর পরিবেশগত সমস্যা এই প্রক্রিয়াটি প্রচুর পরিমাণে ফ্লোরাইড বর্জ্য তৈরি করেঃ গ্যাস হিসাবে পারফ্লোরোকার্বন এবং হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড, এবং কণা হিসাবে সোডিয়াম এবং অ্যালুমিনিয়াম ফ্লোরাইড এবং অব্যবহৃত ক্রায়োলাইট। এটি 2007 সালে সেরা কারখানাগুলিতে প্রতি টন অ্যালুমিনিয়ামের জন্য 0.50 কেজি এবং 1974 সালে পুরানো নকশায় প্রতি টন অ্যালুমিনিয়ামের জন্য 4 কেজি পর্যন্ত হতে পারে। সাবধানে নিয়ন্ত্রিত না হলে, হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড উদ্ভিদের চারপাশের গাছপালার জন্য খুব বিষাক্ত হতে থাকে। সোডারবার্গ প্রক্রিয়া যা অ্যানোডের ব্যবহারের সাথে সাথে অ্যানথ্রাসাইট/পিচ মিশ্রণকে বেক করে, পলিসাইক্লিক সুগন্ধযুক্ত হাইড্রোকার্বনের উল্লেখযোগ্য নির্গমন তৈরি করে কারণ পিচটি স্মেল্টারে খাওয়া হয়। পাত্রের আস্তরণগুলি সায়ানাইড-গঠনকারী উপকরণ দ্বারা দূষিত হয়ে যায়; অ্যালকোয়ার পুনর্ব্যবহারের জন্য ব্যবহৃত আস্তরণকে অ্যালুমিনিয়াম ফ্লোরাইডে এবং নির্মাণের উদ্দেশ্যে এবং নিষ্ক্রিয় বর্জ্যের জন্য ব্যবহারযোগ্য সিন্থেটিক বালিতে রূপান্তর করার একটি প্রক্রিয়া রয়েছে। অ্যালুমিনিয়াম গলানোর পরিবেশগত প্রভাব কমাতে একটি নিষ্ক্রিয় অ্যানোড বিকাশের জন্য গবেষণার প্রচেষ্টা চলছে। অ্যালকোয়া এবং রিও টিন্টো অ্যালকোয়া দ্বারা বিকশিত নিষ্ক্রিয় অ্যানোড প্রযুক্তি বাণিজ্যিকীকরণের জন্য এলিসিস নামে একটি যৌথ উদ্যোগ গঠন করেছে। নিষ্ক্রিয় অ্যানোড হল একটি সেরমেট উপাদান, নিকেল ফেরাইটের একটি সিরামিক ম্যাট্রিক্সে তামার মিশ্র ধাতু একটি ধাতব বিচ্ছুরণ। শক্তি ব্যবহার অ্যালুমিনিয়াম গলানো অত্যন্ত শক্তি নিবিড়, এবং কিছু দেশে বিদ্যুতের সস্তা উৎস থাকলেই তা সাশ্রয়ী হয়। কিছু দেশে, স্মেল্টারদের পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তির লক্ষ্যমাত্রার মতো শক্তি নীতিতে ছাড় দেওয়া হয়। উদাহরণস্বরূপ অ্যালকান লাইনেমাউথ অ্যালুমিনিয়াম স্মেল্টার, উত্তর-পূর্ব ইংল্যান্ডের কয়লাভিত্তিক লাইনেমাউথ পাওয়ার স্টেশন দ্বারা চালিত, উত্তর-পশ্চিম ওয়েলসের ওয়াইল্ফা পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র দ্বারা চালিত (30/09/09 হিসাবে বন্ধ) ঘানার ভালকো অ্যালুমিনিয়াম স্মেল্টার, আইসল্যান্ডের আকোসোমবো জলবিদ্যুৎ প্রকল্প ফজারদাল দ্বারা চালিত, ভারতের উড়িষ্যার কারাহঞ্জুকার জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র ঝাড়সুগুডা দ্বারা চালিত, নিজস্ব কয়লাভিত্তিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র দ্বারা চালিত হবে। সেপ্টেম্বর-ইলস, কিউবেক-এ অ্যালুমিনারি আলুয়েট। বাহরাইনের আলবা স্মেল্টার, তার নিজস্ব চারটি বিদ্যুৎ কেন্দ্র দ্বারা চালিত যার মোট উৎপাদন ক্ষমতা। আরও দেখুন অ্যালুমিনিয়াম গলানোর যন্ত্রের তালিকা অ্যালুমিনা শোধনাগারের তালিকা সীসা গলানোর পারমাণবিক শক্তি দস্তা গলানোর কঠিন অক্সাইড হল-হেরোল্ট প্রক্রিয়া রেফারেন্স ধাতব প্রক্রিয়াগুলি গলানোর তড়িৎ বিশ্লেষণঃ Aluminium#Gewinnung