Utvikling av en dekarboniseringsprosess for karbotermisk aluminium

I forhold til den tradisjonelle elektrolyseprosessen har karbotermisk produksjon av aluminium potensial til å produsere aluminium med lavere energiforbruk samt med lavere investerings- og driftskostnader. Den høye temperaturen som kreves for fremstilling av aluminium ved karbotermisk reduksjon resulterer i at metallet som produseres inneholder flere prosent karbon. For å kunne bruke aluminium i praktiske applikasjoner er det nødvendig at innholdet av karbon blir redusert. Alcoa har fått støtte fra forskningsrådet til å utvikle en dekarboniseringsprosess for karbotermisk aluminium. Det er vel etablert at den karbotermiske legeringen inneholder en betydelig mengde karbon i form av aluminiumkarbid utfellinger og oksy-karbid slagg. Sammen kan urenheter være opp til 25% av den totale legeringen i vekt. Dette er uønsket for metallkvalitet. Benk skala knusing tester utført på ReSiTec AS viste at en berikelse for den karbotermiske legering er mulig gjennom en kjeve-knusing og sikting behandling. Om 73-83% av de totale metall enheter ble funnet å være manifestert i størrelsesfraksjoner mellom 8 mm og 1,2 mm etter kjeve knusing. Noen mengden av aluminiumkarbid og oksy-karbid slagg fortsette også å forbli i disse grove størrelsesfraksjonerne. Noen dekarboniseringstester ble forsøkt ved å varme opp en del materiale som representerer disse anrikede metall størrelsesfraksjoner i en laboratorium motstandsovn opp til en temperatur på 750oC for å se om den berikelse behandling tillates et akseptabelt nivå av avstanden mellom metall og 'ikke-metalliske' brøkdel. Disse preliminære tester viste at de gjenværende karbider og andre inerte bestanddeler fortsette å forhindre frigjøring og koalesens av metallet i 'metallrike' knuste størrelsesfraksjoner av legeringen ved denne temperatur. Det var også en klar indikasjon på at påføring av ytre mekaniske kompresjonskrefter til materialet ved denne temperatur kunne fysisk slippe ut innestengt smeltede metall. Ytterligere tester er planlagt å foregå i 2017 for å se på separasjons aspekt i større detalj, men karbotermiske forskningsprosjektet ble stoppet ved slutten av 2016. Denne er siste framdriftsrapporten om dette prosjektarbeidet.

Alcoa har siden 1998 jobbet med å utvikle en ny prosess for å produsere aluminium - karbotermisk aluminiumsproduksjon. Fra starten av prosjektet samarbeidet Alcoa med Elkem, men i 2011 tok Alcoa over fullt eierskap til prosjektet og teknologien, og det bl e da bygget et testsenter ved siden av det tradisjonelle smelteverket på Lista. Karbotermisk aluminiumsproduksjon har potensial til å produsere aluminium med lavere energiforbruk, lavere investerings- og driftskostnader, mindre utslipp, og man kan operere med variabel krafttilførsel. Dette gjør metoden til en bærekraftig prosess. Metoden er verifisert i liten skala, men videreutvikling og oppskalering er svært kostbart, tidkrevende og ressurskrevende. Alcoa har mottatt støtte fra forskningsrådet for utvik ling av ovnsteknologien med mål om at ta frem designparametre for en oppskalert ovnprosess. Den høye temperaturen som kreves for å produsere aluminium med karbotermisk reduksjon resulterer i at metallet som produseres inneholder flere prosent karbon. For å kunne bruke aluminium i praktiske applikasjoner kreves at innholdet av karbon reduseres til ppm-nivå. Under tapping av metallet fra ovnsreaktoren vil løseligheten av karbon i aluminium reduseres raskt med fallende temperatur og det dannes aluminiumkarb id, Al4C3. Aluminiumkarbid felles ut som faste partikler og danner et gitter som holder inne det flytende aluminiumet. Dette kompliserer både representativ prøvetaking av metallet og separasjonen mellom fasene. Prosjektet vil undersøke parametre som inn virker på mengden karbid i metallet som tappes ut og finne muligheter for å redusere innholdet. Pålitelige metoder for prøvetaking og analysering av metallet vil bli utviklet under prosjektets gang. Prosjekts hovedmålsetning er å utvikle en dekarboniserin gsprosess for karbotermisk produsert aluminium. Dette vil ende opp i designparametre for et anlegg som produserer ren aluminium fra metall produsert i en pilotskala karbotermisk ovnsreaktor.