Boksito ir aliuminio oksido gavybos procesas

Dr. Donoghue ir p. Frischas yra Australijos bendrovės "Alcoa" darbuotojai, dirbantys visą darbo dieną.

Boksitas yra pagrindinė žaliava aliuminiui gaminti, jo telkiniai yra dideli visame pasaulyje. Boksitas smulkinamas ir verdamas kaustinės sodos tirpale, po to į jį įterpiamos aliuminio hidroksido sėklos, vadinamos gibsitu, kad jis nusėstų į raudonojo dumblo atliekas, paliekant aplinkai kenksmingą raudonąjį dumblą, kuris turėjo rimtų pasekmių daugelyje šalių.

"Bayer" procesas

Boksito rūdoje, išgaunamoje aliuminio gamybai, yra aliuminio hidroksidų ir oksihidroksidų2 (gibsito, bajerito ir nordstrandito), geležies oksidų2 (ferizito ir getito) ir titano dioksido2 (rutilo ir diasporos). Bayerio procese ši boksito rūda cheminiu būdu paverčiama aliuminio oksidu - tai pirmas žingsnis gryno aliuminio metalo gamyboje naudojant Hall-Heroult elektrolizės procesą.

"Bayer" proceso metu labai svarbūs ir virškinimo, ir skaidrinimo etapai. Bet kokios netirpios liekanos, susidariusios skaidymo metu, vadinamos raudonuoju dumblu ir turi būti išvalytos aplinkosaugos sumetimais. Be to, po valymo likęs aliuminato tirpalas turi būti išvalytas - naudojant NaCl neturintį kaustinį tirpalą, jonų mainų valymą arba sukepinimą aukštoje temperatūroje galima kontroliuoti priemaišų kiekį šiuose dviejuose srautuose.

Aliuminato tirpalas nuskaidrinamas gravitaciniu būdu nusodinant ir skalaujant vandeniu tirštuvuose (dar vadinamuose grėbliais), taip gaunamas koncentruotas natrio aliuminato tirpalas, tinkamas nusodinti į aliuminio oksido trihidratą. Stambios dalelės ištraukiamos naudojant neapdorotus ciklonus, o smulkios kietosios dalelės sulaikomos filtruojant; tada tirpalas dar labiau atšaldomas, kad padidėtų persotinimas, ir tik tada pumpuojamas į aukštus siloso tipo nusodintuvus; taip susidaro nusodintas aliuminio oksido hidratas, kuris turi būti nuplaunamas, filtruojamas ir džiovinamas prieš suskaidant jį į komerciškai gryną aliuminio oksidą2.

Pagal Hallo-Heroulto elektrolitinį procesą metalinis aliuminis su nedideliais kiekiais feritinių priemaišų (smulkių priemaišų) atskiriamas nuo išlydytos druskos (natrio chlorido ir kalcio chlorido mišinio) leidžiant elektros srovę per aliuminato tirpalą su anglimi iš anodinio elektrodo, kur anglis reaguoja su kitomis priemaišomis, sudarydama baltą kristalinį junginį, vadinamą aliuminatu, kuris perkeliamas į dideles išlaikymo krosnis, kur pašalinamos priemaišos ir pridedama legiruojančių elementų, kad būtų gautas grynas aliuminis.

Didelė problema yra išlaikyti mažesnį nei iš anksto nustatytas priemaišų kiekį "Bayer" proceso metu išleidžiamame sraute ir kartu pagaminti nuotekas, kurios gali būti išleidžiamos tiesiai į gamtinius vandens telkinius be papildomo valymo. Norint pasiekti šį tikslą, reikia darniai suderinti tokius veiksnius, kaip boksito mineralogijos pokyčių valdymas, gamybos greičio optimizavimas, konkuruojančių reakcijų kontrolė, nuostolių dėl raudonojo dumblo nuosėdų mažinimas.

Lydymas

Boksitas, aliuminio oksido uoliena, gali būti kasamas ir perdirbamas aliuminiui gaminti. Kasybos ir perdirbimo procesų metu susidaro daug atliekų, kuriose yra toksiškų elementų, pavyzdžiui, TENORM (gamtinės kilmės mikroelementų). Po to aliuminio oksidas patenka į aliuminio lydyklą, kur elektrolizės būdu paverčiamas metalu; siekiant sumažinti šio proceso metu susidarančių atliekų kiekį, būtų naudinga rasti būdų, kaip pakartotinai panaudoti kuo daugiau aliuminio oksido.

Aliuminio oksidas plačiai naudojamas kaip žaliava pramoniniams gaminiams, pavyzdžiui, stiklui, porcelianui ir metaliniams automobilių dažams gaminti. Dėl mažo elektrinio laidumo, atsparumo cheminiam poveikiui, ypatingo stiprumo ir kietumo (9 balai pagal Moso kietumo skalę) aliuminio oksidas taip pat gali būti naudojamas daugelyje kitų sričių.

Vykdant aliuminio oksido gavybos ir perdirbimo procesus, būtina išvalyti žemę nuo augmenijos ir medžių, kurie gali trukdyti veiklai. Prieš kraunant boksitą į sunkvežimius, geležinkelio vagonus ar konvejerius ir vežant į netoliese esančias rafinavimo gamyklas, jis suskaldomas sprogdinant, gręžiant, plėšiant ir naudojant labai didelius buldozerius.

Pradedant aliuminio oksido rafinavimo procesą, aliuminio oksidas suskaidomas ir panardinamas į kaustinės sodos tirpalą, kad susidarytų persotintas natrio aliuminato tirpalas. Tada jis perkeliamas į suspensijos reaktorių, kur kaitinamas aukštoje temperatūroje, kad būtų pašalintas chemiškai sujungtas vanduo, vykstant kalcinavimo procesui, ir susidaro sukietėjęs aliuminio oksido hidratas, kuris laikomas plytomis išklotuose puoduose, o tada įvedami anglies anodai ir per juos praleidžiama elektros srovė, kad aliuminio oksidas būtų elektrolizuojamas į gryną aliuminį, kuris vėl perkeliamas į puodus, kol galiausiai vėl perkeliamas į liejimo cechus, kur rankomis formuojami įvairių formų ruošiniai.

Supjausčius ruošinius į luitus, iš jų išvyniojami ilgi strypai, vadinami armatūros strypais, kuriuos galima pjaustyti įvairaus ilgio ir atitinkamai naudoti. Galiausiai šie ilgi strypai išlydomi ir iš jų gaminami luitai tolesniam apdorojimui.

Liejimas

Aliuminis yra pagrindinis šiuolaikinio pasaulio elementas, naudojamas visur - nuo pastatų ir automobilių iki pakuočių ir sporto įrangos. Tačiau aliuminis natūraliai neatsiranda kaip grynas metalas, o iš boksito rūdos virsta lengvuoju metalu, kurį šiandien visi pažįstame ir naudojame.

Pirma, boksitas iškasamas iš žemės naudojant gręžimo, sprogdinimo ir plėšymo dideliais buldozeriais metodus. Po to bortai smulkinami ir plaunami, o tada gabenami į netoliese esančią aliuminio oksido rafinavimo gamyklą, kurioje aliuminio oksidui gaminti naudojamas Bayerio rafinavimo procesas.

Karštas kaustinės sodos tirpalas naudojamas boksite esantiems aliuminio turintiems mineralams (gibsitui, bohemitui ir diasporai) tirpinti, kad susidarytų persotintas natrio aliuminato tirpalas, vadinamas nėščiuoju skysčiu, kuris siunčiamas kalcinavimui aliuminio oksido (Al2O3) krosnyje, po to išplaunamas, išdžiovinamas ir dar kartą kaitinamas, kad būtų išstumtas likęs kristalizacijos vanduo ir gautas didelio grynumo aliuminio oksidas, iš kurio susidaro sausa balta smėlinga medžiaga, vadinama aliuminio oksido hidratu.

Aliuminio oksidas naudojamas įvairiuose gaminiuose, įskaitant ugniai atsparias medžiagas, cheminius gaminius ir žaliavas, pavyzdžiui, gipsą ir silicio dioksidą; kai kurie jų netgi grąžinami atgal į patį rafinavimo procesą.

Rafinuojant aliuminio oksidą iš kiekvienos pagamintos tonos susidaro 2-3 tonos atliekų; šios medžiagos, vadinamos raudonuoju dumblu, turi būti kruopščiai tvarkomos, kad poveikis aplinkai būtų kuo mažesnis.

Išgrynintas aliuminio oksidas liejamas į luitus, kurie naudojami įvairiose srityse. Jie gali būti valcuojami į lakštus, foliją ir strypus, traukiami į vielą, iš kurios gaminami elektros perdavimo linijų kabeliai, formuojami į sudėtingas formas arba ekstruzinius profilius, pavyzdžiui, langų rėmus, ir netgi vėl perdirbami į luitus, todėl aliuminis yra be galo perdirbamas metalas! Be to, yra įvairių lydinių, pasižyminčių specifinėmis savybėmis ir atitinkančių skirtingus klientų reikalavimus.

Perdirbimas

Aliuminis yra vienas iš labiausiai paplitusių metalų, naudojamas daugelyje gaminių - nuo sodos skardinių iki automobilių detalių, tačiau natūraliai grynas aliuminis neegzistuoja. Vietoj to jis turi būti išgaunamas iš boksito uolienų, kuriose yra įvairių formų aliuminio oksidų, ir perdirbamas į aliuminio oksidą, kol galiausiai virsta aliuminiu per šį trijų etapų procesą, kuriam reikia energijos ir vandens išteklių.

Vykdant kasybos procesą aliuminio oksido kasykloje pirmiausia reikia pašalinti viršutinę apkrovą - uolienų ir molio sluoksnius, dengiančius boksitą - naudojant sprogdinimo arba gręžimo metodus. Atlaisvinta medžiaga gali būti kraunama į sunkvežimius ir gabenama į aliuminio oksido perdirbimo gamyklą perdirbti.

Boksito perdirbimo įmonėje rūdos masė susmulkinama, kad sumažėtų jos dydis, ir po to panardinama į karštą kaustinę sodą, kad ištirptų aliuminio turinčius mineralus, pavyzdžiui, gibsitą ir bohemitą, o po to atskiriama nuo silicio dioksido ir tampa persotintu natrio aliuminato tirpalu, vadinamu tirščiu.

Dalis nėščiųjų nuosėdų perdirbama į aliuminio hidroksidą, dažniau vadinamą gesintomis kalkėmis, o likusi dalis siunčiama tiesiai į aliuminio oksido perdirbimo gamyklą, kur vyksta cheminės reakcijos, kurių metu sudedamosios dalys virsta aliuminio metalu.

Aliuminio oksidas yra nepakeičiama pramoninė medžiaga, naudojama įvairiose pramonės šakose - nuo plastikų gamybos iki abrazyvų. Aliuminio oksidas taip pat atlieka svarbų vaidmenį daugelio rūšių antipirenuose.

Nors aliuminio oksido gavyba ir perdirbimas gali būti labai lengvai perdirbamas, su jo gavyba ir perdirbimu tebėra susiję tam tikri aplinkosaugos klausimai. Tarp jų - triukšmas, ergonomikos problemos, traumų pavojus ir ėsdinančios sodos purslai ant odos ar į akis. Be to, tiek boksito dulkės, tiek aliuminio oksido milteliai siejami su kvėpavimo takų komplikacijomis, įskaitant plaučių dirginimą ar uždegimą.

Kai kurie darbuotojai pranešė apie sveikatos problemas, pavyzdžiui, vėžį, inkstų ligas ir kepenų pažeidimus, susijusius su boksito ir aliuminio oksido dulkių bei įvairių teršalų poveikiu; tačiau atliktais tyrimais nustatyta, kad dabartinė geriausia kasybos ir perdirbimo praktika nepadidina šių problemų rizikos.