New low temperature aluminium production process

Abstract

Aluminiumsproduksjon i dag er både dyrt og tidkrevende, med flere høyenergikrevende steg på veien. Bauxitt må først graves ut, for så å bli raffinert til Al2O3. For å redusere Al2O3 til ren aluminium kreves temperaturer på over 960°C. Hvis man kunne produsere aluminium fra en vandig elektrolytt ville dette potensielt kunne redusere kostnadene ved å designe en helt ny celle og ved bruk av nye materialer. Reduksjonen i spesifikk energi ville kunne falle dramatisk, og det samme ville påvirkningene metallproduksjonen har på miljøet. Problemet som oppstår når man bruker en vandig elektrolytt er at hydrogen vanligvis vil bli redusert på katoden før aluminium rekker å bli redusert. For å kunne redusere aluminium må en legering med høy hydrogenoverspenning brukes som katodemateriale. I dette prosjektet har flere flytende legeringer blitt testet med både sure og basiske vandige elektrolytter for å se om det er mulighet for aluminiumsopptak når den flytende legeringen fungerer som katode. ICP-MS har blitt brukt for å avgjøre om det ble avsatt aluminium på katoden. Legeringer med smeltetemperatur mellom 10°C og 80°C har blitt brukt under denne masteroppgaven. Hensikten med denne masteroppgaven var å se om reduksjon av en vandig elektrolytt på en flytende katode kunne være en effektiv metode for å produsere aluminium. Basert på arbeid gjort i denne masteroppgaven, og tidligere arbeid gjort av Rosenkilde og Jensen, kan det konkluderes med at dette ikke er en effektiv måte å produsere aluminium på. Videre arbeid på dette prosjektet anbefales derfor ikke.

Aluminium production today is a costly and energy demanding process, with several high energy demanding steps. Bauxite has to be mined, refined and then alumina has to be reduced to aluminium at a temperature of 960 °C. Producing aluminium form an aqueous electrolyte may reduce the cost of aluminium production significantly with a new electrolytic cell design and new materials. The reduction in specific energy could be significantly reduced and the environmental impact lowered. The problem with producing aluminium from an aqueous electrolyte is that hydrogen will be reduced at the cathode before aluminium. Thus, to be able to reduce aluminium from an aqueous electrolyte, a cathode with a high hydrogen over-voltage has to be used. In this project, several liquid alloys have been tested with both basic and acidic aqueous electrolytes to study if there is some aluminum uptake of aluminium during electrolysis where the liquid alloy works as the cathode material. ICP-MS has been used to determine if there was any aluminium reduction on the cathode surface. Alloys with a melting temperature between 10°C and 80°C have been utilized. The task of this master thesis was to see if reduction of a aqueous electrolyte on a liquid metal could be an effective method of producing aluminium. The conclusion based on the work during this thesis, and the work done by Rosenkilde and Jensen both conclude that it is not an effective method, and further work on this project should not be conducted.