1.1 Framställning av aluminium ur bauxit

Aluminium framställs ur bauxit i två steg:

1. Ur bauxit framställs aluminiumoxid enligt Bayermetoden.
2. Ur aluminiumoxiden framställs sedan aluminiummetall genom
   smältelektrolys enligt Hall-Héroult-metoden.

I Sverige tillverkas ingen aluminiumoxid. Däremot finns en anläggning för framställning av aluminium genom smältelektrolys, Kubal AB, i Sundsvall.

Bauxit innehåller aluminiumoxid och -hydroxid, men också olika järnmineraler, aluminiumsilikat och titanoxid. Vid framställning av aluminiumoxid ur bauxit utnyttjar man att aluminiumföreningarna är lösliga i en 25%-ig vattenlösning av natriumhydroxid. Upplösningen sker i ett tryckkärl vid förhöjd temperatur (150–200°C) och tryck (cirka 5 bar). Natriumaluminat bildas vid processen.

De andra föreningarna i bauxiten är i stort sett olösliga under dessa förhållanden och avlägsnas genom filtrering. När den filtrerade aluminiumhaltiga lösningen späds ut något med vatten och kyls till cirka 60ºC bildas en fällning av aluminiumhydroxid. Denna avskiljs och torkas i en ugn vid cirka 1100ºC. Aluminiumhydroxiden sönderdelas då till aluminiumoxid och vatten (kalcinering). 2 ton bauxit ger cirka 1 ton aluminiumoxid. Mängden föroreningar i den framställda aluminiumoxiden är mindre än 0,1%.

Den del av bauxiten som inte löses i natriumhydroxidlösningen är rödfärgad av järnoxid och kallas rödslam. Slammet innehåller även kiseloxid och titanoxid och är starkt basiskt (pH=10–13) samt erhålls i stora mängder. För varje ton aluminiumoxid produceras 1–1,5 ton rödslam. I dag pågår intensiv forskning för att finna industriell användning av slammet, som annars deponeras.

Aluminiummetall framställs genom elektrolys av en vattenfri smälta av aluminiumoxid, men då smältpunkten är hög, 2050ºC, är det i praktiken omöjligt att utföra elektrolysen direkt på oxiden. Den löses i stället i en saltsmälta av aluminiumfluorid (AlF₃) och kryolit (Na₃AlF₆). Smältans temperatur är cirka 960ºC och halten aluminiumoxid i smältan hålls vid 3–6%.

Vid elektrolysen sönderdelas aluminiumoxiden till aluminiummetall och syre enligt formeln:

2Al₂O₃ ——> 4Al_met + 3O₂

Den likström som krävs för processen tillförs genom anoderna, som består av stora kolblock som ligger nära smältbadets yta. Under elektrolysens gång förbrukas kolblocken genom att oxidens syrejoner reagerar med kolet och bildar koloxider. Aluminiumjonerna vandrar mot katoden, ett kolblock i ugnens botten. Den flytande metallen har högre densitet än saltsmältan och samlas på ugnens botten. Metallen sugs upp med hjälp av undertryck till en tappskänk. Den elektriska spänningen mellan anod och katod är cirka 4,5 V, medan strömstyrkan är 80–600 kA per ugn, beroende på ugnsstorlek.

Från tappskänken överförs den flytande metallen till uppsamlingsugnar för slutlig framställning av göt och tackor i olika former och dimensioner. Göten är avpassade för den fortsatta bearbetningen till halvfabrikat.

Vid Hall-Héroult-processen framställs primäraluminium med en renhetsgrad på minst 99,5%. De rester av järn och kisel som finns kvar i metallen accepteras oftast. Högre renhet kan nås genom ytterligare elektrolysförfarande (99,95–99,99%) eller zonsmältning (99,9999%). Vid elektrolysverkens gjuterier framställs också ett flertal aluminiumlegeringar genom tillsats av olika legeringsämnen enligt kundens specifikation.

Smältelektrolysen kräver, beroende på ugnstyp, mellan 13000 och 17500 kWh el-energi för framställning av ett ton aluminium.

Tabell 2. Råvaror till elektrolysprocessen

Hall-Héroult-processen utvecklas kontinuerligt för att minska energiåtgången och utsläppen av koldioxid och andra växthusgaser. Försök att ta fram helt andra metoder för framställning av aluminium har gjorts och pågår alltjämt.

En ny miljövänlig process, Elysis, för framställning av CO₂-fritt aluminium utvecklas i dag (2019). Den producerar förutom aluminiummetall enbart syrgas och ersätter alla utsläpp av växthusgaser från den traditionella elektrolysprocessen. I dag finns dock ingen process som kan konkurrera med Hall-Héroult-metoden ekonomiskt.