Boksitų kasyba ir aliuminio oksido perdirbimas

Pasaulyje išgaunama apie 85% boksitų, kurie naudojami kaip žaliava aliuminio oksido gamybai. Australijoje aliuminio oksidas kasamas ir perdirbamas Kvinslande, Vakarų Australijoje, Šiaurės Teritorijoje ir Tasmanijoje, taikant geriausios praktikos kasybos ir perdirbimo operacijas, kurios nekelia rimto pavojaus darbuotojų sveikatai.

1886 m. Charlesas Hallas Amerikoje ir Paulis Heroultas Prancūzijoje nepriklausomai vienas nuo kito sukūrė ekonomišką aliuminio gamybos procesą, kai išlydytas kriolitas elektrolizuojamas; šis procesas tapo žinomas kaip Bayerio procesas.

Kalnakasyba

Aliuminis yra vienas gausiausių gamtoje randamų elementų, tačiau grynojo aliuminio išgauti neįmanoma. Vietoj to jis yra įvairių junginių pavidalu uolienose ir nuosėdose, o pagrindinis šaltinis pasaulyje yra boksito uoliena, kurią prieš gaminant aliuminį kasyklose visame pasaulyje reikia išgauti ir perdirbti į aliuminio oksidą.

Aliuminio kasybos ir perdirbimo procesuose susidaro daug atliekų, o didelis toksinių atliekų, tokių kaip TENORM, kiekis siejamas su keletu sveikatos sutrikimų, įskaitant fibrozę, mezoteliomą ir plaučių ligas. Be to, sunkieji metalai iš atliekų krūvų išsiplauna į vandens šaltinius, užteršdami juos potencialiai pavojingais kiekiais, keliančiais grėsmę aplinkos vientisumui.

Siekiant sumažinti su aliuminio oksido gamyba susijusį poveikį aplinkai, daug lėšų investuojama į kasyklų rekultivavimą ir natūralių buveinių atkūrimą. Deja, ši veikla kelia tam tikrą riziką kasybos ir perdirbimo sektorių darbuotojams, kurie gali susidurti su kvėpavimo takų ir odos ligomis, įskaitant mezoteliomą, odos ir inkstų vėžį, degeneracines plaučių ligas arba bendruomenės įgytas infekcines ligas, pavyzdžiui, maliariją ar Denge karštinę, jei yra uodų.

Boksito kasyba paprastai vykdoma atviruoju būdu, o Australijoje, Gvinėjoje ir Kinijoje išgaunama didžioji dalis pasaulio boksito. Kadangi didžioji dalis boksito randama atogrąžų zonose, čia jis taip pat turi būti išgaunamas, o didžiosios kasybos bendrovės paprastai kasyklas eksploatuoja netoli uostų, kur netoliese yra apmokyta darbo jėga.

Taikant Bayerio procesą boksitas susmulkinamas, nuplaunamas ir sumalamas, po to ištirpinamas kaustinėje sodoje, esant aukštam slėgiui ir temperatūrai, kad susidarytų persotintas natrio aliuminato tirpalas, vadinamas "nėščiuoju nuoviru", kuris pumpuojamas į aukštas talpyklas, vadinamas nusodintuvais, į kuriuos pridedama aliuminio hidroksido sėklų, kad atvėsus nėščiajam nuovirui susidarytų kietojo aliuminio hidroksido kristalų nuosėdos - nusodintas aliuminio oksidas filtruojamas ir siunčiamas tiesiai į boksito likučių saugyklas.

Paruošimas

Aliuminis yra vienas iš gausiausiai Žemėje paplitusių elementų, pasižymintis lengvumu, plastiškumu, tąsumu ir nekoroduojančiomis savybėmis. Deja, aliuminis natūraliai neatsiranda kaip metalas, todėl norint jį gauti, reikia jį išgauti. Boksitas pirmiausia turi būti perdirbamas į aliuminio oksidą (aliuminio oksidą). Pagaminta ši medžiaga gali būti formuojama į įvairias formas, pavyzdžiui, šliūžes, ruošinius, luitus ir luitus, kol galiausiai gaunamas aliuminio metalas.

Boksitas yra pagrindinis aliuminio šaltinis ir paprastai randamas kaip įvairiose magminėse uolienose susidaręs vėdinamasis sluoksnis, vadinamas lateritu arba durikrusta, sudarytas iš aliuminio oksido, geležies oksido ir silicio dioksido. Tik telkiniai, kuriuose yra gibsito ir bohemito, kuriuose aliuminio yra atitinkamai 65 ir 85 %, gali būti ekonomiškai naudojami aliuminio oksido gamybai; tokie telkiniai dažniausiai randami abipus pusiaujo.

Karšti kaustinės sodos tirpalai naudojami aliuminio turinčioms mineralinėms medžiagoms boksite (gibsitui, bohemitui ir diasporai) ištirpinti. Šis procesas vadinamas virškinimu arba išplovimu, o susidaręs persotintas natrio aliuminato tirpalas vadinamas nėščiuoju skysčiu. Boksite esantis netirpus silicio dioksidas, atskirtas nuo pagrindinio aliuminio oksido, turi būti atskirtas filtruojant nuo raudonojo dumblo likučių, likusių po filtravimo, kurie galiausiai bus išmesti po filtravimo.

Virškinimui reikia daug vandens. Vandens taip pat reikia vandeninei kaustikinei sodai ir kitoms cheminėms medžiagoms gaminti, rūdai, liekanoms, perdirbtoms kaustikinės sodos atliekoms ir atliekoms plauti, taip pat dulkėtumui mažinti. Įvairiose gamyklose vandens sunaudojama skirtingai, priklausomai nuo boksito kokybės, gamyklos konstrukcijos ir vandens prieinamumo regione.

Tradicinės gamyklos praktikos metu kalcinavimo metu reikėjo pridėti kalcio fluorido, kad būtų sumažintas natrio kiekis aliuminio oksido žaliavoje; tačiau dėl susirūpinimo dėl fluorido išmetimo į atmosferą šios praktikos buvo atsisakyta. Dėl šių reikalavimų reikėjo sukurti naujas mažo natrio kiekio aliuminio oksido perdirbimo technologijas. Šiuo metodu pagamintas aliuminio oksidas malamas trintuvėje naudojant acto rūgštį, kad būtų pašalinta soda ir pagaminti produktai su mažu natrio kiekiu. Norint nusodinti aliuminio oksidą, reikia išpurkšti druskos dujas, kad susidarytų aliuminio chlorido heksahidrato kristalai, kurie filtruojami, centrifuguojami, plaunami druskos rūgštimi, vėl filtruojami ir ištirpinami karštame vandenyje, kad gautųsi tolesniam perdirbimui tinkama aliuminio oksido (ALO) suspensija.

Tobulinimas

Aliuminis, kurį naudojame kiekvieną dieną, gaminamas vykstant sudėtingoms cheminėms reakcijoms, kurios prasideda rafinuojant boksitą. Aliuminio oksidas (Al2O3) yra žaliava pirminiam aliuminiui gaminti elektrolitiniu būdu, tačiau jo panaudojimas gerokai platesnis nei pirminė gamyba; vienai tonai pirminio aliuminio pagaminti reikia maždaug dviejų tonų; iš tikrųjų jis taip pat atlieka svarbų vaidmenį daugelyje kitų cheminių medžiagų, pavyzdžiui, ugniai atspariose medžiagose, naudojamose aukštatemperatūrėms rotacinėms krosnims ir krosnims iškloti, kaip abrazyvinė medžiaga, abrazyvinė medžiaga ir net vandens valymo procesuose.

Didžioji dalis boksito kasybos vyksta atviruoju būdu, o trims šalims - Australijai, Kinijai ir Gvinėjai - tenka 72% pasaulinės gavybos. Boksitas iš žemės iškasamas tokiais metodais kaip sprogdinimas, gręžimas ir plėšymas dideliais buldozeriais, o po to gabenamas tiesiai į netoliese esančias aliuminio oksido perdirbimo gamyklas tolesniam perdirbimui.

Aliuminio oksido rafinavimas yra sudėtingas keturių etapų procesas. Pirmiausia boksitas turi būti nuplaunamas ir filtruojamas, kad būtų pašalintos tokios priemaišos kaip silicio dioksidas. Tada žaliasis skystis kaitinamas iki aukštos temperatūros krosnyje su kaustine soda, kad būtų sumaišytas, kol nusodintuvų induose vyksta kristalizacija, į kurią sėklintuvais pasėjamos aliuminio oksido hidroksido tirpalo dalelės; nusodinimas skatina tolesnį aliuminio oksido hidroksido tirpalo augimą prieš pereinant prie tolesnių rafinavimo etapų.

aliuminio oksido perdirbimo gamyklose ir kasyklų cechuose dažnai vyksta suvirinimo darbai, kurių metu susiduriama su dūmais ir dulkėmis, galinčiomis sukelti kvėpavimo takų ligas ir traumas. Todėl turėtų būti įdiegtos kontrolės priemonės šiai rizikai, vibracijos poveikiui ir pavojingų medžiagų poveikiui sumažinti, nes tropiniuose regionuose, kur įprasta dirbti lauke, kyla kitų profesinės sveikatos problemų, galinčių padidinti karščio streso poveikį darbuotojams, o viso kūno vibracijos nuovargis siejamas su tokiomis mašinomis, kaip skreperiai, gręžimo platformos, sunkvežimiai ar ekskavatoriai, eksploatuojantys tokias mašinas.

Lydymas

Aliuminio oksidas yra pagrindinė žaliava, reikalinga aliuminiui gaminti. Jis gaminamas keturių etapų procesu, vadinamu Bayerio procesu, pavadintu jo kūrėjo Karlo Josefo Bayerio vardu. Boksito rūda smulkiai sumalama ir tiekiama į garais šildomą katilą, kur po slėgiu sumaišoma su kaustinės sodos tirpalu ir susidaro natrio aliuminato tirpalas (žaliasis skystis), o kaustinės sodos atliekos grąžinamos atgal į katilą kaip žaliava.

Aliuminio oksido redukavimas į luitus >> Gamybos redukcijos etape aliuminio oksidas tirpsta vadinamuosiuose redukcijos puoduose - giliuose stačiakampiuose plieniniuose korpusuose, išklotuose anglimi arba grafitu, kuriuose yra kriolitinis elektrolitas. Per šį mišinį teka elektros srovė, o anglies anodai yra katodai; aliuminis ir deguonis iš aliuminio oksido reaguoja su anglies anodu ir susidaro anglies dioksido dujos, kurios vėliau reaguoja su metalinio aliuminio anodais kaip katodais ir susidaro anglies dioksido dujos, likusios kaip metalinio aliuminio anodai, o katoduose lieka tik metalinis aliuminis; tada aliuminis patenka į krosnis, kuriose pašalinamos priemaišos, pridedama legiravimo elementų ir liejamas į luitus.

Aliuminio oksido luitai naudojami įvairiems produktams gaminti. Jie gali būti valcuojami į lakštus, foliją ir strypus; ekstruzijos būdu išspaudžiami į ilgus strypus, naudojamus vielos gamybai; sausu izostatiniu presavimu arba liejimu iš jų gaminami ilgi strypai, naudojami vielos gamybai. Aliuminio luitai taip pat gali būti formuojami į įvairias formas naudojant karštąjį arba šaltąjį valcavimą, slydimo liejimą, liejimą injekciniu būdu arba įpurškimą.

Kasyba, rafinavimas ir lydymas siekia kuo labiau sumažinti poveikį aplinkai naudodami energiją taupančią įrangą ir tobulindami perdirbimo procesus. Pasibaigus kasybos darbams, stengiamasi atkurti pradinę žemės būklę, kai tik kasybos darbai nutraukiami. Oro taršą galima kontroliuoti naudojant tinkamas vėdinimo sistemas ir oro taršos kontrolės įrenginius, pavyzdžiui, skruberius. Vandens taršą galima sumažinti perdirbant šlaką, atliekinius skysčius ir dujas, kad jie būtų panaudoti pakartotinai.