アルミニウム分析

ボーキサイト は世界の主なアルミニウム源であり、その鉱石は、露天掘りで採掘されてから等級ごとに分けられます。その後、鉱石は化学的に処理され、アルミナと呼ばれる貴重な酸化アルミニウムを、赤泥と呼ばれる廃棄物から分離させます。精製された金属アルミニウムは、電解槽中のアルミナから抽出されます。このプロセスは、世界中のどこでも極めて類似しており、多くの国で大規模なボーキサイト生産が行われています。主な生産国は、ブラジル、オーストラリア、ギニア、ジャマイカ、中国、ロシアです。

ボーキサイト鉱石は、どれも同じようにできているわけではありません。ボーキサイトは、ギブサイト、ベーマイト、ジアスポルという主に3つの相で存在しています。一部のものは、バイエルプロセス中に他のものよりも高い温度が必要です。ほとんどのメーカーは、必要な温度が最も低く消費エネルギーが最も少ないため、ギブサイトを優先しています。これらの各種鉱石を分離し等級をつけるには、正確な分析が重要です。

複雑で複数の段階があるプロセスは慎重な制御を必要としますが、これはボーキサイトの処理でも同様です。鉱山では、CNAクロスベルト分析装置を使用することで、鉱石の等級分けを効率的に行うことができ、備蓄品の整理や下流での資源の無駄遣いを減らすことにつながります。 

鉱石の処理において重要な役割を果たす結晶相は、通常、Aerisなどの装置を使用してX線回折により測定されます。蛍光X線は、元素組成の特性評価に使用されます。人気がある当社のZetiumシリーズでは、業界専用にZetiumメタルエディションが用意されています。最後に、アルミナを扱う段階では、レーザー回折の標準的ソリューションであるMastersizerを使用して粒子径を把握しておくことが重要です。

アルミナ(Al₂O₃)は、ボーキサイト鉱石からアルミニウムを生産する際に生成される中間原材料です。粒子径、Al2O3多形、不純物などの処理パラメータは、精錬中や製錬中のエネルギーと化学物質の使用に直接影響するため、プロセスの効率と収益性の両方に影響を与えます。 

粒子径は、製錬所の電解槽内のアルミナ溶解速度に直接影響します。さらに、微粉体には、安全衛生や製品輸送の両方に関する問題があります。アルミナ生産時にオンラインで粒子径分析を行うことで、「仕様外」の材料の再処理が不要となり、スループットが50%向上し、2カ月以内の投資回収を達成しました。

製錬処理中のAl₂O₃の挙動の予測や最適化には、アルミナの改質に関するさまざまな知識が不可欠です。γ-Al₂O₃は、製錬処理中にα-Al₂O₃よりも溶解しやすいため、電気分解にとっては好ましい多形とされています。そのため、X線回折(XRD)を用いて、アルミナの各種多形の割合を監視する必要があります。 

持続可能な金属製造が推進されたり、ESG要件が増加したりしているため、溶液や赤泥に含まれる不純物の迅速で正確な監視が必須になっています。当社の蛍光X線ソリューションは、プロセス中やラボ内でのリアルタイム元素分析を可能にします。XRD装置は、赤泥の相組成の監視が可能であるため、安全基準や環境基準への適合性が確保されます。

製錬されたアルミナからアルミニウムを電気分解(ホールエルー法)により生産するには、膨大な電気エネルギーが必要です。槽内の組成を継続的に監視することが、最適な条件を決定、調整、維持するうえで最も重要であり、これが問題なく行われるとコストとエネルギーの大幅な節約につながります。

X線回折(XRD) を用いると、電解槽内の組成を監視したり、さまざまな種類の電解槽(Ca、Mg、Li、Kの添加あり)に関連するプロセスパラメータを迅速かつ正確に予測したりすることが可能です。この方法では、過剰なAlF ₃ とCaF ₂ とともに浴比を計算したり、遊離アルミナ含有量や液相温度を計算したりします。

アルミニウムの製錬中に消費される必要な炭素陽極のそれぞれの寿命は、主に黒鉛プレートレットの平均結晶サイズ(Lc)、粒子径、および汚染によって左右されます。XRDは、結晶粒径を測定するための標準的な方法(ASTM D5178)であり、Malvern Panalyticalの電解槽分析用ソリューションで用いられています。

頻繁な分析を安全確実に行うために、Malvern Panalyticalでは、各アルミニウム製錬所の特定のニーズに合わせた試料調製など、完全に自動化された分析装置を提供しています。

アルミニウム金属とその合金は、自動車、缶、スマートフォン、飛行機など、日常生活のいたるところで見られます。合金アルミニウムや塗装アルミニウムの高品質な規格を保証するためには、一次原材料から製造されたものであれ、リサイクルされたものであれ、組成や不純物を常時管理することが必須です。 

XRF技術 に基づいた、当社のハイスループット分析ソリューションを使用すれば、アルミニウム金属と合金のモニタリングを可能にし、各製造工程を自動化させることができます。また、XRDを使用すれば、応力や配向などの金属特性を確認して、仕様からはずれた金属の生産を回避することができます。

金属業界がより持続可能なプロセスに移行する中、リサイクル材料が環境への影響を減らすための重要な戦略になりつつあります。廃棄物を出さないだけでなく、リサイクル素材は通常、加工が少なくて済むため、エネルギーも少なくできます。 

リサイクルされたアルミニウムは、二酸化炭素排出量の少ない商品としてすでに人気が高まっています。しかし、リサイクル材料を使用しての作業では、品質管理と正確な分析が極めて重要になります。リサイクル材料の生産プロセスは制御できないものの、メーカーは、安全性と信頼性の高い性能を確保するために、材料特性の深い理解が必要です。 

精度が重要な場合は、専用のソリューションが必要です。マルバーン パナリティカルの蛍光X線分析装置Zetiumシリーズには、金属産業特有のニーズに合わせて設計されたMetalsエディションがあります。Zetiumは、要求の厳しい品質管理用途に最適です。これを使用すれば、リサイクル材料を最大限に活用して環境への影響を低減し、収益性を最大化することができます。