Processo di preparazione e innovazione tecnologica della polvere di ossido di alluminio
Quando si tratta dipolvere di allumina, molti potrebbero non averne familiarità. Ma quando si tratta degli schermi dei cellulari che utilizziamo ogni giorno, dei rivestimenti ceramici nelle carrozze dei treni ad alta velocità e persino delle piastrelle isolanti degli space shuttle, la presenza di questa polvere bianca è indispensabile per questi prodotti high-tech. Come "materiale universale" in campo industriale, il processo di preparazione della polvere di ossido di alluminio ha subito cambiamenti radicali nel corso dell'ultimo secolo. L'autore ha lavorato in un certoalluminaimpresa di produzione per molti anni e ha assistito con i propri occhi al salto tecnologico di questo settore dalla "produzione di acciaio tradizionale" alla produzione intelligente.
I. I “Tre Assi” dell’artigianato tradizionale
Nel laboratorio di preparazione dell'allumina, i maestri esperti affermano spesso: "Per dedicarsi alla produzione di allumina, è necessario padroneggiare tre serie di competenze essenziali". Questo si riferisce alle tre tecniche tradizionali: il processo Bayer, il processo di sinterizzazione e il processo combinato. Il processo Bayer è come cuocere le ossa in una pentola a pressione, dove l'allumina contenuta nella bauxite si dissolve in una soluzione alcalina ad alta temperatura e alta pressione. Nel 2018, mentre stavamo mettendo a punto la nuova linea di produzione nello Yunnan, a causa di una deviazione del controllo della pressione di 0,5 MPa, la cristallizzazione dell'intero contenitore di impasto si è interrotta, con una conseguente perdita diretta di oltre 200.000 yuan.
Il metodo di sinterizzazione è più simile a quello utilizzato dalle persone del nord per preparare i noodles. Richiede che bauxite e calcare vengano "mescolati" in proporzione e poi "cotti" ad alta temperatura in un forno rotante. Ricordate che il Maestro Zhang, nel laboratorio, possiede un'abilità unica. Osservando semplicemente il colore della fiamma, può determinare la temperatura all'interno del forno con un errore non superiore a 10 °C. Questo "metodo popolare" frutto di esperienza accumulata è stato sostituito dai sistemi di termografia a infrarossi solo l'anno scorso.
Il metodo combinato unisce le caratteristiche dei primi due. Ad esempio, quando si prepara una pentola calda yin-yang, vengono eseguiti contemporaneamente sia il metodo acido che quello alcalino. Questo processo è particolarmente adatto alla lavorazione di minerali di bassa qualità. Un'azienda nella provincia dello Shanxi è riuscita ad aumentare del 40% il tasso di utilizzo di minerale magro con un rapporto alluminio-silicio di 2,5 grazie al miglioramento del metodo combinato.
Ii. Il percorso per sfondareInnovazione tecnologica
Il problema del consumo energetico dell'artigianato tradizionale è sempre stato un punto dolente nel settore. I dati del settore del 2016 mostrano che il consumo medio di elettricità per tonnellata di allumina è di 1.350 kilowattora, equivalente al consumo di elettricità di una famiglia per sei mesi. La "tecnologia di dissoluzione a bassa temperatura" sviluppata da un'azienda, aggiungendo catalizzatori speciali, riduce la temperatura di reazione da 280 °C a 220 °C. Questo da solo consente un risparmio energetico del 30%.
L'impianto a letto fluido che ho visto in una certa fabbrica nello Shandong ha completamente stravolto la mia percezione. Questo "gigante d'acciaio" alto cinque piani mantiene la polvere minerale in sospensione tramite gas, riducendo il tempo di reazione dalle 6 ore del processo tradizionale a 40 minuti. Ancora più sorprendente è il suo sistema di controllo intelligente, in grado di regolare i parametri di processo in tempo reale, proprio come un medico tradizionale cinese che prende il polso.
In termini di produzione ecologica, l'industria sta mettendo in scena uno straordinario spettacolo di "trasformazione dei rifiuti in tesori". Il fango rosso, un tempo un residuo di scarto problematico, ora può essere trasformato in fibre ceramiche e materiali per massicciata stradale. L'anno scorso, il progetto dimostrativo visitato nel Guangxi ha persino prodotto materiali da costruzione ignifughi a base di fango rosso, con un prezzo di mercato superiore del 15% rispetto ai prodotti tradizionali.
III. Infinite possibilità di sviluppo futuro
La preparazione della nano-allumina può essere considerata la "micro-scultura artistica" nel campo dei materiali. Le apparecchiature di essiccazione supercritica utilizzate in laboratorio possono controllare la crescita delle particelle a livello molecolare e le nanopolveri prodotte sono persino più fini del polline. Questo materiale, utilizzato nei separatori delle batterie al litio, può raddoppiare la durata della batteria.
MicroondeLa tecnologia di sinterizzazione mi ricorda il forno a microonde di casa. La differenza è che i dispositivi a microonde di livello industriale possono riscaldare i materiali a 1600 °C in 3 minuti e il loro consumo energetico è solo un terzo di quello dei forni elettrici tradizionali. Ancora meglio, questo metodo di riscaldamento può migliorare la microstruttura del materiale. Le ceramiche di allumina prodotte da una certa industria militare con questo metodo hanno una durezza paragonabile a quella del diamante.
Il cambiamento più evidente apportato dalla trasformazione intelligente è il grande schermo nella sala controllo. Vent'anni fa, gli operai specializzati si muovevano nella sala macchine con i registri. Ora, i giovani possono completare il monitoraggio dell'intero processo con pochi clic del mouse. Ma è interessante notare che gli ingegneri di processo più esperti sono diventati invece gli "insegnanti" del sistema di intelligenza artificiale, costretti a trasformare decenni di esperienza in logica algoritmica.
La trasformazione del minerale in allumina ad alta purezza non è solo un'interpretazione di reazioni fisiche e chimiche, ma anche una cristallizzazione della saggezza umana. Quando le fabbriche intelligenti 5G incontrano l'"esperienza tattile" dei maestri artigiani e quando la nanotecnologia dialoga con i forni tradizionali, questa evoluzione tecnologica lunga un secolo è tutt'altro che conclusa. Forse, come prevede l'ultimo white paper del settore, la prossima generazione di produzione di allumina si sposterà verso una "produzione a livello atomico". Tuttavia, indipendentemente da quanto progredisca la tecnologia, risolvere esigenze pratiche e creare valore reale sono le coordinate eterne dell'innovazione tecnologica.