A bauxit timföld bányászati folyamata

Dr. Donoghue és Frisch úr az Alcoa of Australia teljes munkaidős alkalmazottai.

A bauxit az alumíniumgyártás elsődleges nyersanyaga, és világszerte nagy lelőhelyeken található. A bauxitot összezúzzák és lúgos szódaoldatban megfőzik, majd gibbitnek nevezett alumínium-hidroxid magvakkal vetik be, hogy vörösiszapos hulladékká váljon, ami környezetkárosító vörösiszap-maradványt hagy maga után, ami számos országban komoly következményekkel járt.

Bayer-folyamat

Az alumíniumgyártás céljából bányászott bauxitérc alumínium2 hidroxidokat és oxihidroxidokat (gibbsite, bayerite és nordstrandite), vas2 oxidokat (ferrisit és goethite) és titán-dioxidot2 (rutil és diaszpór) tartalmaz. A Bayer-eljárás ezt a bauxitércet kémiai úton alumínium-oxiddá alakítja át - ez az első lépés a tiszta alumíniumfém előállításához a Hall-Heroult elektrolitikus eljárás révén.

A Bayer-folyamat emésztési és tisztítási lépései egyaránt létfontosságúak. Az emésztés során keletkező oldhatatlan maradékot vörösiszapnak nevezik, és környezetvédelmi okokból meg kell tisztítani. Ezenkívül a tisztítás után visszamaradó aluminátoldatot meg kell tisztítani - NaCl-mentes lúgos oldat, ioncserés tisztítás vagy magas hőmérsékletű szinterezés alkalmazása mind segíthet e két áramlat szennyezőanyagszintjének ellenőrzésében.

Az aluminátoldat tisztítása gravitációs ülepítéssel és vízzel történő öblítéssel történik a sűrítőkben (más néven gereblyéző sűrítőkben), amely egy koncentrált nátrium-aluminát-oldatot hoz létre, amely alkalmas a timföld-trihidráttá történő kicsapásra. A durva részecskéket nyers ciklonok segítségével vonják ki, míg a finomabb szilárd anyagokat szűréssel tartják vissza; ezután az oldatot tovább hűtik a túltelítettség növelése érdekében, mielőtt magas szilolos csapadékleválasztókba szivattyúzzák; így kicsapott timföldhidrát keletkezik, amelyet ezután mosni, szűrni és szárítani kell, mielőtt kereskedelmi forgalomban kapható tiszta timfölddé bontják2.

A Hall-Heroult elektrolitikus eljárás során a kis mennyiségű ferrites szennyeződéseket (kisebb szennyeződéseket) tartalmazó fémes alumíniumot úgy választják el az olvadt sóból (nátrium-klorid és kalcium-klorid keverékéből), hogy egy anód-anódelektródból származó szenet tartalmazó aluminátoldaton vezetnek át elektromos áramot, ahol a szén más szennyeződésekkel reagálva fehér kristályos, aluminát nevű vegyületet képez, amelyet nagy tárolókemencékbe szállítanak, ahol a szennyeződéseket eltávolítják, miközben ötvözőelemeket adnak hozzá, hogy tiszta alumíniumot állítsanak elő.

Jelentős kihívást jelent, hogy a Bayer-folyamatban a szennyeződések szintjét az előre meghatározott szintek alatt tartsuk, miközben olyan szennyvizet állítunk elő, amely további kezelés nélkül közvetlenül a természetes befogadóba vezethető. Ennek a teljesítménynek az eléréséhez olyan tényezőknek, mint a bauxit ásványianyag-változásainak kezelése, a termelési sebesség optimalizálása, a konkurens reakciók ellenőrzése, a vörösiszap-lerakódásokból származó veszteségek minimalizálása, mind-mind harmonikusan kell összeállniuk a siker érdekében.

Olvasztás

A bauxit, egy alumínium-oxid kőzet, bányászható és finomítható alumínium előállítására. A bányászati és finomítási folyamatok során jelentős mennyiségű hulladék keletkezik, amely olyan mérgező elemeket tartalmaz, mint a TENORM (Trace Elements of Natural Origin - természetes eredetű nyomelemek). A timföld ezután egy alumíniumkohóba kerül, ahol elektrolízissel fémmé alakítják át; az e folyamat során keletkező hulladék minimalizálása érdekében hasznos lenne, ha olyan módszereket találnánk, amelyekkel a timföld minél nagyobb részét újra lehetne hasznosítani.

A timföldet széles körben használják nyersanyagként olyan ipari termékekben, mint az üveg, a porcelán és az autók fémfestékei. Az alumínium-oxid számos más alkalmazással is büszkélkedhet alacsony elektromos vezetőképességének, a vegyi támadásokkal szembeni ellenállásának, rendkívüli szilárdságának és keménységének (a Mohs-féle keménységi skálán 9-es) köszönhetően.

A timföld bányászatának és finomításának részeként a földeket meg kell tisztítani a növényzettől és a fáktól, amelyek akadályozhatják a műveleteket. A bauxitot robbantással, fúrással, feltöréssel és nagyon nagy buldózerekkel törik fel, mielőtt teherautókra, vasúti kocsikra vagy szállítószalagokra rakodják, hogy a közelben található finomítókba szállítsák.

A timföldfinomítási folyamat kezdetén a timföldet feldarabolják és nátronlúgos oldatba merítik, hogy nátrium-aluminát-túltelített oldatot képezzen. Ezt követően egy iszapreaktorba viszik, ahol magas hőmérsékleten hevítik, hogy a kémiailag kötött vizet a kalcinálásnak nevezett folyamat révén eltávolítsák, és megszilárdult timföldhidrátot hozzanak létre, amelyet aztán téglával bélelt edényekben tárolnak, mielőtt szénanódokat vezetnek be, és elektromos áramot vezetnek át rajtuk, hogy a timföldet tiszta alumíniummá elektrolízissel alakítsák, amelyet aztán visszatöltenek az edényekbe, majd végül visszatöltik az öntödékbe, ahol kézzel különböző formájú tuskókat formálnak.

Miután a tuskókból ingotokat vágtak, hosszú rudakat, úgynevezett betonacélokat tekercselnek belőlük, amelyeket aztán különböző hosszúságúra lehet vágni és ennek megfelelően felhasználni. Végül ezeket a hosszú rudakat megolvasztják, hogy további feldolgozásra alkalmas rudakat állítsanak elő.

Casting

Az alumínium a mai modern világ központi eleme, amelyet az épületektől és autóktól kezdve a csomagolásokon át a sporteszközökig mindenhol használnak. Az alumínium azonban a természetben nem tiszta fémként fordul elő, hanem egy bonyolult átalakítási folyamaton megy keresztül, amelynek során bauxitércből származik, hogy azzá a könnyűfémmé váljon, amelyet ma mindannyian ismerünk és élvezünk.

Először is, a bauxitot a földből bányásszák ki, többek között fúrással, robbantással és nagy buldózerekkel történő feltöréssel. Ezt követően a bauxitot összezúzzák és kimossák, majd egy közeli timföldfinomítóba szállítják, ahol a Bayer-féle finomítási eljárással timföldet állítanak elő.

A bauxitban található alumíniumtartalmú ásványok (gibbit, bohmit és diaszpór) feloldására forró nátronlúgot használnak, hogy túltelített nátrium-aluminát-oldatot, ún. terhes liquort képezzenek, majd alumínium-oxid (Al2O3) kemencében kalcinálják, mielőtt kimossák, szárítják és újra felmelegítik, hogy a maradék kristályvizet elűzzék, így nagy tisztaságú timföldet kapnak, amely aztán száraz fehér homokos anyagot, ún. timföldhidrátot képez.

A timföldet számos termékben használják fel, többek között tűzálló anyagokban, vegyi termékekben és nyersanyagokban, például gipszben és szilícium-dioxidban; egy részét még magába a finomítási folyamatba is visszavezetik.

A timföld finomítása minden előállított tonnára két-három tonna hulladékot termel; ezeket az anyagokat, az úgynevezett vörösiszapot gondosan kell kezelni a környezeti hatások minimalizálása érdekében.

A finomítás után a timföldet különböző alkalmazásokban való felhasználásra alkalmas ingotokká öntik. Az alumíniumot lemezekké, fóliákká és rudakká hengergetik; huzalt húznak belőle, amelyet elektromos távvezetékekhez használt kábelekbe fűznek; összetett formákba vagy extrudált profilokba, például ablakkeretekbe öntik; sőt, újrahasznosítható újra, és így az alumínium egy végtelenül újrahasznosítható fém! Ezenkívül léteznek különböző ötvözetek, amelyek a különböző vevői igényeknek megfelelő különleges tulajdonságokkal rendelkeznek.

Újrahasznosítás

Az alumínium az egyik legelterjedtebb fém, amelyet az üdítős dobozoktól kezdve az autóalkatrészekig számos termékben használnak, a természetben azonban nem fordul elő tiszta formában. Ehelyett az alumínium-oxidok különböző formáit tartalmazó bauxit kőzetekből kell kinyerni, majd alumínium-dioxiddá finomítani, mielőtt végül alumíniummá alakulna ebben a háromlépcsős folyamatban, amely energia- és vízkészleteket igényel.

A bányászati folyamat részeként a timföldbányászat során először a bauxitot borító kőzet- és agyagrétegeket kell eltávolítani, robbantási vagy fúrási módszerekkel. Miután ezt az anyagot felszabadították, teherautókra lehet rakodni, hogy a timföldfeldolgozó üzembe szállítsák feldolgozásra.

A bauxitfeldolgozó üzemben az ércet aprítják, hogy csökkentsék a méretét, majd forró nátronlúgba merítik, hogy feloldják az alumíniumtartalmú ásványokat, például a gibbsitet és a bohmitot, mielőtt a szilícium-dioxidtól elválasztva nátrium-aluminát-túltelített oldat, úgynevezett terhes folyadék keletkezik.

A vizes lúg egy részét alumínium-hidroxid, közismertebb nevén oltott mész előállítására dolgozzák fel, míg a maradékot közvetlenül egy timföldfinomítóba küldik, ahol az összetevők kémiai reakciók során alumíniumfémmé alakulnak.

Az alumínium-oxid nélkülözhetetlen ipari anyag, amelyet a műanyaggyártástól a csiszolóanyagokig számos különböző iparágban alkalmaznak. A timföld számos tűzgátló anyagban is kulcsszerepet játszik.

Bár a timföld bányászata és finomítása nagymértékben újrahasznosítható, a bányászattal és finomítással kapcsolatos környezetvédelmi aggályok továbbra is fennállnak. Ezek közé tartozik a zajszennyezés, az ergonómiai problémák, a traumakockázat és a bőrre vagy szembe fröccsenő maró szóda. Továbbá mind a bauxitpor, mind a timföldpor légzőszervi szövődményekkel, többek között a tüdő irritációjával vagy gyulladásával hozható összefüggésbe.

Egyes munkavállalók olyan egészségügyi problémákról számoltak be, mint a bauxitpornak és timföldpornak, valamint különböző szennyező anyagoknak való kitettségnek tulajdonított rák, vesebetegség és májkárosodás; az elvégzett tanulmányok azonban megállapították, hogy a bányászat és finomítás jelenlegi legjobb gyakorlatai nem növelik e problémák kockázatát.