Bauksiitin alumiinioksidin kaivosprosessi

Tohtori Donoghue ja herra Frisch ovat Alcoa of Australian kokopäiväisiä työntekijöitä.

Bauksiitti on alumiinin valmistuksen ensisijainen raaka-aine, ja sitä esiintyy laajoissa esiintymissä kaikkialla maailmassa. Bauksiitti murskataan ja keitetään natriumhydroksidiliuoksessa, minkä jälkeen siihen lisätään alumiinihydroksidin siemeniä, joita kutsutaan gibbsiitiksi, jotta se saostuisi punalietteeksi, jolloin jäljelle jää ympäristöä vahingoittavaa punaista limajäämää, jolla on ollut vakavia seurauksia monissa maissa.

Bayerin prosessi

Alumiinin tuotantoa varten louhittu bauksiittimalmi sisältää alumiinin2 hydroksideja ja oksyhydroksideja (gibbsiitti, bayeriitti ja nordstrandiitti), raudan2 oksideja (ferriitti ja goetiitti) ja titaanidioksidia2 (rutiili ja diaspori). Bayer-prosessissa tämä bauksiittimalmi muunnetaan kemiallisesti alumiinioksidiksi - ensimmäinen askel kohti puhtaan alumiinimetallin tuotantoa Hall-Heroultin elektrolyyttisessä prosessissa.

Bayer-prosessin mädätys- ja selkeytysvaiheet ovat molemmat erittäin tärkeitä. Mädätyksessä syntyvä liukenematon jäännös tunnetaan punalietteenä, ja se on puhdistettava ympäristösyistä. Lisäksi selkeytyksen jälkeen jäljelle jäävä aluminaattiliuos on puhdistettava - NaCl-vapaan kaustisen liuoksen, ioninvaihtopuhdistuksen tai korkean lämpötilan sintrauksen avulla voidaan hallita näiden kahden virran epäpuhtaustasoja.

Aluminaattiliuoksen selkeyttäminen tapahtuu painovoimaisella laskeutumisella ja huuhtelemalla vedellä sakeuttimissa (joita kutsutaan myös haravointisakeuttimiksi), jolloin syntyy väkevä natriumaluminaattiliuos, joka soveltuu saostettavaksi alumiinioksiditrihydraatiksi. Karkeat hiukkaset erotetaan raakasykloneilla, kun taas hienojakoisempi kiintoaine pidätetään suodattamalla; sen jälkeen liuosta jäähdytetään edelleen ylikylläisyyden lisäämiseksi ennen kuin se pumpataan korkeisiin silolimaisiin saostimiin; näin saadaan saostettua alumiinioksidihydraattia, joka on sitten pestävä, suodatettava ja kuivattava ennen kuin se hajotetaan kaupallisesti puhtaaksi alumiinioksidiksi2.

Hall-Heroult'n elektrolyyttisessä prosessissa metallinen alumiini, jossa on pieniä määriä ferriittisiä epäpuhtauksia (vähäisiä epäpuhtauksia), erotetaan sulasta suolasta (natriumkloridin ja kalsiumkloridin seos) johtamalla sähkövirta anodielektrodista hiiltä sisältävän aluminattiliuoksen läpi, jolloin hiili reagoi muiden epäpuhtauksien kanssa muodostaen valkoisen kiteisen yhdisteen, jota kutsutaan aluminaatiksi ja joka siirretään suuriin pitouuneihin, joissa epäpuhtaudet poistetaan ja seosaineita lisätään puhtaan alumiinin tuottamiseksi.

On suuri haaste pitää epäpuhtaustasot Bayer-prosessin puhallusvirran alavirtaan alle ennalta määrättyjen tasojen ja tuottaa samalla jätevesiä, jotka voidaan päästää suoraan vastaanottaviin luonnonvesistöihin ilman lisäkäsittelyä. Jotta tämä onnistuisi, sellaisten tekijöiden kuin bauksiitin mineralogian muutosten hallinta, tuotantonopeuden optimointi, kilpailevien reaktioiden hallinta ja punalietekertymien hävikin minimointi on kaikki yhdistettävä, jotta onnistuminen olisi mahdollista.

Sulatus

Bauksiitti on alumiinioksidikivi, jota voidaan louhia ja jalostaa alumiinin valmistamiseksi. Kaivos- ja jalostusprosessit tuottavat huomattavia määriä jätemateriaalia, joka sisältää myrkyllisiä elementtejä, kuten TENORM (Trace Elements of Natural Origin). Alumiinioksidi menee sitten alumiinisulattamoon, jossa se muunnetaan elektrolyysillä metalliksi. Tämän prosessin aikana syntyvän jätteen minimoimiseksi olisi hyödyllistä, jos löydettäisiin menetelmiä, joilla mahdollisimman paljon alumiinioksidia voitaisiin käyttää uudelleen.

Alumiinioksidia käytetään laajalti raaka-aineena teollisuustuotteissa, kuten lasissa, posliinissa ja autojen metallimaaleissa. Alumiinioksidilla on myös monia muita käyttökohteita, koska sen sähkönjohtavuus on alhainen, se kestää kemiallisia hyökkäyksiä, on erittäin lujaa ja kovaa (9 Mohsin kovuusasteikolla).

Osana alumiinioksidin louhinta- ja jalostusprosesseja on tarpeen raivata maata kasvillisuudesta ja puista, jotka voivat haitata toimintaa. Bauksiitti rikotaan räjäyttämällä, poraamalla, repimällä ja erittäin suurilla puskutraktoreilla, ennen kuin se lastataan kuorma-autoihin, junavaunuihin tai kuljetinhihnoille kuljetettavaksi lähellä sijaitseviin jalostamoihin.

Alumiinioksidin jalostusprosessin alussa alumiinioksidi hajotetaan ja upotetaan natrium-aluminaatin ylikyllästettyyn natrium-aluminaattiliuokseen. Tämän jälkeen se siirretään lietereaktoriin, jossa sitä kuumennetaan korkeissa lämpötiloissa kemiallisesti yhdistetyn veden poistamiseksi kalsinointina tunnetussa prosessissa, jolloin syntyy jähmettynyttä alumiinioksidihydraattia, joka varastoidaan tiilivuorattuihin astioihin, ennen kuin hiilianodit asetetaan sisään ja niiden läpi johdetaan sähkövirta alumiinioksidin elektrolysoimiseksi puhtaaksi alumiiniksi, joka siirretään takaisin astioihin, ennen kuin se siirretään takaisin valuhuoneisiin, joissa käsin muovataan erimuotoisia aihioita.

Kun aihiot on leikattu harkoiksi, niistä valssataan pitkiä tankoja, joita kutsutaan raudoitustangoksi ja jotka voidaan sitten leikata eripituisiksi ja käyttää vastaavasti. Lopuksi nämä pitkät tangot sulatetaan, jolloin niistä saadaan harkkoja jatkojalostusta varten.

Casting

Alumiini on keskeinen osa nykymaailmaa, ja sitä käytetään kaikkialla rakennuksista ja autoista pakkauksiin ja urheiluvälineisiin. Alumiinia ei kuitenkaan esiinny luonnossa puhtaana metallina, vaan se käy läpi monimutkaisen muuntoprosessin, jossa se muuttuu bauksiittimalmina alkunsa saaneesta alumiinista kevytmetalliksi, jonka me kaikki tunnemme ja josta nautimme nykyään.

Ensin bauksiitti louhitaan maasta poraamalla, räjäyttämällä ja repimällä sitä suurilla puskutraktoreilla. Tämän jälkeen botsikit murskataan ja pestään, minkä jälkeen ne kuljetetaan lähellä sijaitsevaan alumiinioksidin jalostamoon, joka käyttää Bayerin jalostusprosessia alumiinioksidin tuottamiseksi.

Kuumaa natriumhydroksidiliuosta käytetään liuottamaan bauksiitissa esiintyvät alumiinipitoiset mineraalit (gibbsiitti, bohmiitti ja diaspori), jolloin muodostuu ylikyllästettyä natriumaluminaattiliuosta, jota kutsutaan raskaana liuoksena. Liuos lähetetään sen jälkeen kalsinoitavaksi alumiinioksidia (Al2O3) sisältävään uuniin, jossa se kalsinoidaan, minkä jälkeen se pestään, kuivataan ja kuumennetaan uudelleen, jotta jäljellä oleva kiteytymisvesi poistuu, jolloin saadaan erittäin puhdasta alumiinioksidia, joka muodostaa kuivaa valkoista hiekkaista materiaalia, joka tunnetaan nimellä alumiinioksidihydraatti.

Alumiinioksidia käytetään erilaisissa tuotteissa, kuten tulenkestävissä materiaaleissa, kemiallisissa tuotteissa ja raaka-aineissa, kuten kipsissä ja piidioksidissa; osa alumiinioksidista jopa kierrätetään takaisin itse jalostusprosessiin.

Alumiinin jalostuksessa syntyy kahdesta kolmeen tonnia jätettä jokaista tuotettua tonnia kohti; näitä punalietteeksi kutsuttuja materiaaleja on käsiteltävä huolellisesti ympäristövaikutusten minimoimiseksi.

Puhdistuksen jälkeen alumiinioksidi valetaan harkoiksi, joita käytetään erilaisissa sovelluksissa. Alumiini voidaan valssata levyiksi, folioiksi ja tangoiksi, vetää langaksi, josta tehdään sähköjohtojen kaapeleita, muovata monimutkaisiksi muodoiksi tai puristettuihin profiileihin, kuten ikkunanpuitteisiin, ja se voidaan jopa kierrättää takaisin harkoiksi, mikä tekee alumiinista loputtomasti kierrätettävän metallin! Lisäksi on olemassa erilaisia metalliseoksia, joilla on erityisominaisuuksia eri asiakasvaatimusten täyttämiseksi.

Kierrätys

Alumiini on yksi yleisimmistä metalleista, jota käytetään lukuisissa tuotteissa soodatölkeistä autonosiin, mutta sitä ei esiinny luonnossa puhtaassa muodossaan. Sen sijaan se on louhittava bauksiittikivistä, jotka sisältävät erilaisia alumiinioksideja, ja jalostettava alumiinioksidiksi, ennen kuin siitä tulee alumiinia tässä kolmivaiheisessa prosessissa, joka vie sekä energia- että vesivaroja.

Alumiinikaivostoiminnassa on osana kaivostoimintaprosessia ensin poistettava pintakerros - bauksiittia peittävät kallio- ja savikerrokset - räjäyttämällä tai poraamalla. Kun aines on irrotettu, se voidaan lastata kuorma-autoihin, jotka kuljettavat sen alumiinioksidia jalostavaan laitokseen jalostettavaksi.

Bauksiitin käsittelylaitoksessa malmi murskataan sen koon pienentämiseksi, minkä jälkeen se upotetaan kuumaan natriumhydroksidiin, joka liuottaa alumiinia sisältäviä mineraaleja, kuten gibbsiittia ja bohmia, ja erotetaan piidioksidista, jolloin syntyy natriumaluminaatilla kyllästettyä liuosta, jota kutsutaan raskaana olevaksi liuokseksi.

Osa raskaana olevasta liemestä jalostetaan alumiinihydroksidiksi, josta käytetään yleisesti nimitystä sammutettu kalkki, ja loput lähetetään suoraan alumiinioksidin jalostamoon, jossa sen komponentit käyvät läpi kemiallisia reaktioita, jotka muuttavat sen alumiinimetalliksi.

Alumiinioksidi on välttämätön teollisuusmateriaali, jota käytetään monissa erilaisissa sovelluksissa muovinvalmistuksesta hioma-aineisiin. Alumiinioksidi on myös avainasemassa monissa palonestoaineissa.

Vaikka alumiinioksidin louhinta ja jalostus voi olla hyvin kierrätettävää, sen louhintaan ja jalostukseen liittyy edelleen joitakin ympäristöongelmia. Näitä ovat melusaasteet, ergonomiset ongelmat, traumariskit ja syövyttävän soodan roiskeet iholle tai silmiin. Lisäksi sekä bauksiittipölyn että alumiinioksidijauheen on todettu aiheuttavan hengitystiekomplikaatioita, kuten keuhkojen ärsytystä tai tulehdusta.

Jotkut työntekijät ovat raportoineet terveysongelmista, kuten syövästä, munuaissairauksista ja maksavaurioista, jotka johtuvat altistumisesta bauksiittipölylle ja alumiinioksidipölylle sekä erilaisille epäpuhtauksille; tehdyissä tutkimuksissa on kuitenkin todettu, että nykyiset parhaat käytännöt kaivostoiminnassa ja jalostuksessa eivät näytä lisäävän näiden ongelmien riskiä.