Добив на боксит и рафиниране на алуминий

Световното производство на боксит, възлизащо на приблизително 85%, служи като суровина за производството на алуминий. Австралия добива и рафинира алуминиев оксид в Куинсланд, Западна Австралия, Северна територия и Тасмания, като използва най-добрите практики за добив и рафиниране, които не създават сериозни рискове за здравето на работното място.

През 1886 г. Чарлз Хол в Америка и Пол Херулт във Франция независимо един от друг разработват икономичен процес за производство на алуминий чрез електролиза на разтопен криолит; този процес става известен като процес на Байер.

Минно дело

Алуминият е един от най-разпространените елементи в природата, но не може да бъде извлечен в чист вид. Вместо това той съществува под формата на различни съединения в скалите и седиментите, като основният източник в света е бокситът, който трябва да бъде извлечен и рафиниран в алуминий, преди да се произведе алуминий в минните находища по света.

Процесите на добив и рафиниране на алуминий водят до генериране на значителни количества отпадъци, като големите количества токсични отпадъци, като например TENORM, се свързват с редица здравословни състояния, включително фиброза, мезотелиом и белодробни заболявания. Освен това тежките метали се отмиват във водните източници от купчините отпадъци, като ги замърсяват с потенциално опасни нива, които застрашават целостта на околната среда.

За да се намалят въздействията върху околната среда, свързани с производството на алуминиев оксид, се инвестират значителни ресурси в рехабилитация на мините и възстановяване на естествените местообитания. За съжаление тази дейност крие определени рискове за служителите в минния и рафиниращия сектор, които могат да бъдат изложени на респираторни и кожни заболявания, включително мезотелиом, рак на кожата и бъбреците, дегенеративни белодробни заболявания или придобити в обществото инфекциозни заболявания като малария или треска денга, ако има комари.

При добива на боксит обикновено се използват открити рудници, а Австралия, Гвинея и Китай са отговорни за производството на по-голямата част от световния добив на боксит. Тъй като по-голямата част от боксита се среща в тропическите зони, той трябва да се добива и тук, като големите минни компании обикновено експлоатират мини в близост до пристанищни съоръжения с обучена работна ръка наблизо.

При процеса на Байер бокситът се раздробява, измива и смила, след което се разтваря в сода каустик при високо налягане и температура, за да се получи пренаситен разтвор на натриев алуминат, известен като бременна течност, която след това се изпомпва във високи резервоари, наречени утаители, където се добавят семена от алуминиев хидроксид, за да се образуват твърди кристали на алуминиев хидроксид, докато бременната течност се охлажда - този утаен алуминий след това се филтрира и се изпраща директно в зоните за съхранение на боксит.

Подготовка

Алуминият е един от най-разпространените елементи на Земята, известен с леките си, пластични, еластични и некорозионни свойства. За съжаление обаче алуминият не се среща в природата в метална форма и затова трябва да се добива, за да се произведе. Бокситът първо трябва да се преработи в алуминий (алуминиев оксид). След като бъде произведено, това вещество може да бъде оформено в различни форми, като слитъци, заготовки, слитъци и блокове, докато накрая се стигне до производството на метален алуминий.

Бокситът е основният източник на алуминий и обикновено се среща под формата на изветряла покривка, известна като латерит или дурикруст, върху различни магмени скали, състояща се от алуминиев оксид, железен оксид и силициев диоксид. Само находища, които съдържат гибсит и бохмит, съдържащи съответно 65 и 85 % алуминий, могат да бъдат икономически експлоатирани за производство на алуминий; такива находища обикновено се намират главно от двете страни на Екватора.

Горещите разтвори на сода каустик се използват за разтваряне на алуминиевите минерали в боксита (гибсит, бохмит и диаспор). Този процес е известен като разлагане или излужване, а полученият пренаситен с натриев алуминат разтвор е известен като бременна течност. След като се отдели от изходния алуминий, неразтворимият силициев диоксид в боксита трябва да се отдели чрез филтриране от остатъчната червена кал, останала след филтрирането - която в крайна сметка ще бъде изхвърлена след филтрирането.

За храносмилането са необходими големи количества вода. Вода е необходима и при производството на водна сода каустик и други химикали; за промиване на руда, остатъци, рециклирани отпадъци от сода каустик и отпадъци; както и за намаляване на запрашеността. Използването на вода варира в различните заводи в зависимост от качеството на боксита, конструкцията на завода и наличието на вода в региона.

Традиционните практики на завода изискват добавянето на калциев флуорид по време на калцинирането, за да се намали съдържанието на натрий в суровината за производство на алуминий; поради опасения, свързани с емисиите на флуорид в атмосферата, обаче тази практика е изоставена. Поради тези изисквания се наложи да бъдат създадени нови технологии за преработка на алуминий с ниско съдържание на натрий. Алуминият, произведен по този метод, се смила в атракционна мелница, като се използва оцетна киселина, за да се отстрани содата и да се получат продукти с ниско съдържание на натрий. Утаяването на алуминия изисква разпръскване на солна киселина, за да се образуват кристали от алуминиев хлорид хексахидрат, които след това се филтрират, центрофугират, промиват със солна киселина, отново се филтрират, преди да се разтворят в гореща вода, за да се получи суспензия от алуминиев оксид (АЛО), подходяща за по-нататъшна обработка.

Усъвършенстване

Алуминият, който използваме всеки ден, се произвежда чрез сложна поредица от химични реакции, която започва с рафинирането на боксит. Алуминият (Al2O3) служи като суровина за производството на първичен алуминий по електролитен път; другите му приложения обаче се простират далеч отвъд първичното производство; за производството на един тон първичен алуминий са необходими приблизително два тона; всъщност той играе жизненоважна роля и в много други химикали, като огнеупорни материали, използвани за облицовка на високотемпературни ротационни пещи и пещи, като абразивен материал, като абразивно вещество и дори в процесите на пречистване на вода.

По-голямата част от добива на боксит се извършва чрез открити рудници, като на три държави - Австралия, Китай и Гвинея - се пада 72% от световното производство. Бокситът се извлича от земята с помощта на методи като взривяване, пробиване и разриване с големи булдозери, след което се транспортира директно до близките рафинерии за алуминий за по-нататъшна обработка.

Рафинирането на алуминия е сложен процес от четири етапа. Първо, бокситът трябва да се промие и филтрира, за да се отстранят примеси като силициев диоксид. След това зелената течност се нагрява до високи температури в пещ със сода каустик за смесване, докато се стигне до кристализация в утаителни съдове със семенни частици от разтвор на алуминиев хидроксид, посяти върху него от сеялките; утаяването след това стимулира по-нататъшното нарастване на допълнителен разтвор на алуминиев хидроксид, преди да се премине към следващите етапи на рафиниране.

заваряването се извършва често в рафинериите за алуминий и в цеховете на мините, което води до излагане на изпарения и прах, които могат да доведат до респираторни заболявания и наранявания. Поради това следва да се въведе контрол, за да се сведе до минимум този риск, експозицията на вибрации и експозицията на опасни вещества, тъй като в тропическите региони, където работата на открито е норма, възникват други въпроси, свързани с професионалното здраве, които потенциално увеличават експозицията на топлинен стрес за работниците, докато умората от вибрациите на цялото тяло е свързана с машини като скрепери, сондажни платформи, камиони или багери, работещи с такива машини.

Топене

Алуминият е основната суровина, необходима за производството на алуминий. Той се произвежда чрез четириетапен процес, известен като процес на Байер, наречен на името на създателя му Карл Йозеф Байер. Бокситовата руда се смила фино и се подава в загрята с пара варова камера, където се смесва под налягане с разтвор на сода каустик, за да се образува разтвор на натриев алуминат (зелена течност), докато отпадъците от сода каустик се връщат обратно в процеса на варова камера като суровина; след това алуминият може да се извлече чрез изпаряване и кристализация, за да се получи бял прах, известен като гибсит.

Редуциране на алуминия до слитъци >>По време на фазата на редуциране на производството алуминият се разтваря в така наречените редукционни съдове - дълбоки правоъгълни стоманени черупки, облицовани с въглерод или графит, в които се съхранява криолитен електролит. Електрическият ток преминава през тази смес, докато въглеродните аноди служат като катоди; алуминият и кислородът от алуминия реагират с въглеродния анод, за да се получи газ въглероден диоксид, който след това реагира с металните алуминиеви аноди като катод, произвеждайки газ въглероден диоксид, който остава като метални алуминиеви аноди, оставяйки само метален алуминий на катода; след това той влиза в пещи за съхранение, където се отстраняват примесите, добавят се легиращи елементи и се отлива в слитъци.

Алуминиевите слитъци се използват за производството на редица продукти. Те могат да се валцуват на листове, фолио и пръти; да се екструдират на дълги пръти, използвани за производство на тел; или да се пресоват чрез сухо изостатично пресоване или леене, за да се получат дълги пръти, използвани за производство на тел. Алуминиевите слитъци могат също така да бъдат оформени в различни форми чрез горещо или студено валцуване; леене по хлъзгав способ; инжекционно формоване или инжекционно формоване.

Дейностите по добив, рафиниране и топене се стремят да сведат до минимум въздействието си върху околната среда, като използват енергийно ефективно оборудване и разработват процеси за рециклиране. След приключване на минните дейности се полагат усилия за възстановяване на земята в първоначалното ѝ състояние веднага след прекратяване на минните дейности. Замърсяването на въздуха може да се контролира чрез подходящи вентилационни системи, както и чрез устройства за контрол на замърсяването на въздуха като скрубери. Замърсяването на водите може да бъде намалено чрез рециклиране на шлака, отпадъчни течности и газове за повторна употреба.