Birincil Alüminyum Üretimi
Tarih 12 Kasım 2009
Birincil alüminyum üretiminde birbirlerini takip eden beş ana üretim aşamasını uygulama zorunluluğu
vardır:
1. Boksit madeni işletmeciliği,
2. Boksit cevherinden alümina üretimi (Kırma, Öğütme, Çözümlendirme, Çöktürme, Kalsinasyon)
3. Alüminadan elektroliz yolu ile sıvı alüminyum üretimi (Ergimiş Tuz Elektrolizi)
4. Sıvı alüminyumun alaşımlandırılarak dökümü,
5. Döküm ürünlerinden ekstrüzyon ve haddeleme işlemleriyle yarı ve/veya uç ürün üretimi.
Son zamanlarada yaygınlaşan anlayış; boksit işletmeciliği ve alümina üretimi, sıvı alüminyum üretimi
ve dökümhaneler, haddehaneler ve profil üretimleri farklı alanlarda kurulmaktadır. Fakat çok az sayıda
da olsa tüm bu kademelerin bir arada yapıldığı tesisler de vardır. Tüm bu kademelerin bir arada
gerçekleştirildiği Seydişehir Alüminyum gibi tesisler “Entegre Tesisler” olarak tanımlanmaktadır.
1- Boksit
Farklı bileşikleri olmasına karşın, alüminyum metali üretiminde boksit cevherleri kullanılmaktadır.
Boksit (Al2O3.nH2O) bir mineralden çok, minerallerden teşekkül etmiş mineraller topluluğu ve
alüminyum cevherlerine verilen genel isimdir.
1821 yılında M.Pierre Berthier‘in Güney Fransa’da Arles yakınlarında “Le Baux” kasabasında
bulunduğu için cevher bu ismi almıştır. Mineralojik bileşimlerine göre birincil alüminyum üretiminin
hammadde kaynağı olan boksitler 3 ana gurupta toplanırlar: Gibsitik (Al2O3.3H2O)[Al(OH)3] boksitler,
böhmitik (Al2O3.H2O)[AlO(OH)] boksitler ve diasporitik (Al2O3.H2O)[AlO(OH)]. Boksitler içerdikleri
demir minerallerinin cins ve oranlarına bağlı olarak; kahve, kırmızı, pembe, açık sarı, kirli sarı, bej, gri
ve alacalı gibi çok değişik renklerde olabilmektedirler. Fiziksel ve petrografik görünümleri oldukça
değişiktir. Toprağımsı ve kirli görünüme sahip olanların yanında masif, oldukça sert ve parlak olanları
da mevcuttur.
Boksit cevheri üretimi, genellikle açık ocak işletmeciliği ile yapılmaktadır. Ticari olarak işletilebilen
boksit cevherinin Al2O3 tenörü %30-65 arasında değişmekte, elde edilen boksitin %85’i birincil
alüminyum üretimine yöneliktir. Birincil alüminyum üretiminin ikinci kademesi olan alümina
üretiminin yapıldığı tesislerin büyük çoğunluğunda işlenilen boksitlerin en az %40 Al2O3, en fazla %15
SiO2 içermesi, diğer bir deyimle silis modülünün(Al2O3/SiO2) en az 7 olması gerekmektedir. Birincil
alüminyum üretiminde kullanılan boksitlerin kimyasal ve mineralojik bileşenlerine bağlı olmak koşulu
ile 4-5 ton boksitten 2 ton alümina, 2 ton alüminadan da yaklaşık 1 ton alüminyum elde edilmektedir.
2- Alümina (Alüminyum Oksit)
Birincil alüminyum üretiminde ikinci kademe bayer prosesi ile gerçekleştirilen alümina üretimidir.
Boksit cevheri yıkandıktan sonra kırılıp öğütülür. Öğütülüp, ham pulp haline getirilmiş boksitler,
yüksek ısı ve basınçta sudkostik(NaOH) çözeltisi ile reaksiyona sokulmak suretiyle, kimyasal yolla
cevherdeki alümina(Al2O3) sodyum alüminat(NaAlO2) çözeltisi ve demir, silis, titanyum vb. gibi
safsızlıkları içeren sıvı faza alınır. Çözünmeyen bileşenler tankın dibine çökerek, oluşan atıklar (kırmızı
çamur) ayrılır. Yıkanmış çamur, özel baraja sevkedilip depolanarak, ihtiva ettiği sudkostiğin çevreyi
kirletmesi önlenmektedir.
Başka bir tanka gönderilen istenilen temizlikteki sodyum alüminat çözeltisi aşılanarak tabanda
alüminyum hidroksit(Hidrat) Al(OH)3 kristali halinde çöktürülür. Elde edilen hidrat, akışkan yataklı
veya döner fırınlarda 1100-12000C sıcaklıkta kimyasal bağlı suyu uçurmak amacıyla kalsine edilerek
alümina elde edilmektedir.
Bayer yönteminde 70’li yıllardan bu yana kaydedilen en önemli gelişme kalsinasyon işleminin döner
fırın yerine akışkan yataklı fırınlarda yapılmasıdır. Bunun dışında bu yöntemi radikal biçimde geliştirme
veya değiştirme yönünde dünya çapında önemli bir çaba gözlenmemektedir. Alümina tesisleri,
genellikle boksit cevherlerinin yakınına kurulmaktadır.
Her ne kadar tenörü ve mineralojik yapısına bağlı olsa da genellikle %56 Al2O3 tenörlü cevher işleyen
Seydişehir Alüminyum Tesislerinde olduğu gibi, 2 ton boksit cevherinden yaklaşık 1 ton alümina elde
edilmektedir.
3- Alüminyum
Alümina üretiminden sonraki aşama, alüminanın ergimiş kriyolit banyosunda elektrolizi ile metalik
alüminyuma dönüştürülmesidir. Birincil alüminyum, alüminanın alüminyum elektroliz hücrelerinde
yüksek akım (100-400kA) altında ki 960-970 0C sıcaklıkta elektrolit adı verilen kriyolit-alüminyum
florür ergimiş tuz ergiyiği içinde çözünmesi, ayrışması ve indirgenmesi sonucu nötrleşen alüminyum
metalinin tabanda birikmesi ile elde edilmektedir. Proses sırasında alüminanın parçalanmasıyla açığa
çıkan oksijen ise petrol koku ve bağlayıcı olarak taş kömürü zifti’nden oluşan anot karbonu ile
birleşerek oluşan CO2, CO, CnHn ve elektrolitteki reaksiyonlar sonucu gaz fazına geçen flor bileşikleri
ile birlikte gaz temizleme sistemine gitmektedir.
Tabanda biriken sıvı alüminyum belirli periyotlarla kapalı vakum potalarıyla çekilip alaşımlandırma ve
kalıplara dökülmek üzere dökümhane birimine gönderilmektedir.
Dökümhane Ünitesinde üretilen yassı, yuvarlak ve külçe şeklindeki ara ürünler piyasaya verilmektedir.
Yassı ingotlar haddehane ünitesinde istenen kalınlıklarda levha ve daha ileri aşamada folyo, yuvarlak
ingotlar ekstrüzyon tezgahlarında kalıplardan geçirilerek istenen şekillerde profil haline getirilip uç ürün
olarak pazarlara sevk edilmekte, külçeler ise tekrar eritilip, amaca göre alaşımlandırılıp istenen
formlarda kalıplara dökülmektedir.
Genel olarak, ağırlıkça 2 ton alüminadan da 1 ton alüminyum elde edilmektedir. Bu kademede, üretim
maliyetinde en önemli girdi elektrik enerjisidir.
Günümüz dünyasında, ticari boyutta birincil alüminyum üretiminin tamamı alüminyum elektroliz
hücrelerinde gerçekleştirilmektedir. Hall-Heroult yöntemi olarak bilinen elektroliz yoluyla alüminyum
üretim prosesi yerine, alternatif yöntemler üzerinde uzun süreden beri çalışılıyorsa da ve hatta bazı pilot
tesisler kurulmuş olsa da, bu yöntemlerin endüstriyel uyulama alanı bulacaklarına dair tüm ümitler
kaybolmuş gibidir. 100 yılı aşkın süredir geçerli olan klasik yöntemin daha uzun yıllar bizimle birlikte
olacağı artık kesinleşmiş ve araştırmalar bu yöntemin performansım artırma yönünde
yoğunlaştırılmıştır. Dünyada yapım halinde olan ve planlanan tüm birincil alüminyum tesisleri Hall
Heroult yöntemine dayalıdır.
Boyutları, tipleri ve sayıları tesislere göre değişen elektroliz hücrelerinin her biri bağımsız üretim birimi
olup elektriksel olarak birbirlerine seri bağlanmışlardır. Günümüzde tüm endüstriyel alüminyum
tesislerindeki hücrelerin yapısı; Anot, Katot ve Bara Sistemi ile kategorize edilmektedir.
Bu konstrüksiyon elemanları arasında tesislerin teknolojisini ve teknoloji seviyesini tanımlayan
fonksiyon olarak özellikle modern teknolojilerde hücre hizmetleri için kurulu sistemleri taşıyan ve
hücrenin de rejimini büyük ölçüde belirleyen ANOT en önemlisidir. Endüstriyel hücreler anotlarına
göre iki kategoriye ayrılmaktadırlar: Koklaşma sürecinin hücre üzerinde oluştuğu sürekli anot tipli,
SODERBERG hücreler (Şekil-2) ve koklaşma sürecinin başka bir birimde gerçekleştiği kesikli anot tipli
PREBAKE hücreler.(Şekil-3)
Her iki hücre tipinde de temel proses ve kullanılan hammaddeler aynı olmasına rağmen, işletme
parametre ve hizmetleri arasında bazı farklar vardır.
Prebaked anotlu sistemler, sayıları 12-20 arası değişen diktörgen prizması şeklinde olan ve anot
fabrikasında hazırlanan pişirilmiş petrol koku ve taş kömürü zifti karışımının üst ortasında alt kısmı
çelik pimlerle tutturulup, alüminyumdan oluşan pimin üst parçası ile anot çerçevesine bağlanmasından
oluşur. Prebake anotlu sistemler, reaksiyona giren karbon kütle yanında, son yıllarda tam olarak
otomatik hale gelen kabuk kırma ve kontrollü alümina ve diğer hammadde şarjları ile anot etkisi
söndürme teçhizatları ile donatılmışlardır. Prebake sistemlerde kabuk kırma, hammadde şarjı ve anot
etkisi söndürme işlemleri otomatik olarak yapılmasına karşın, soderberg sistemlerde bu işlemler
genellikle özel araçlar vasıtasıyla manuel olarak yapılmaktadır.
Öte yandan Prebake sistemlerde tam bir kontrol olanağı nedeniyle, soderberg’e göre, başta enerji olmak
üzere tüm birim girdi tüketimleri oldukça düşük, üretilen metal kalite ortalaması da daha yüksektir.
Her iki tip hücrelerde katot sistemi değişmemektedir. Diğer bir deyimle, örneğin prebake anotlu
hücrelere özgü olarak tanımladığımız bir katot şekli bulunmamaktadır. Metal çekme sistemi de her iki
tıp hücre için aynıdır.
