Boksītu ieguve un alumīnija oksīda pārstrāde

Aptuveni 85% boksītu visā pasaulē tiek izmantoti kā izejviela alumīnija oksīda ražošanai. Austrālijā alumīnija oksīdu iegūst un pārstrādā Kvīnslendā, Rietumaustrālijā, Ziemeļteritorijā un Tasmānijā, izmantojot labākās prakses kalnrūpniecības un pārstrādes darbības, kas nerada nopietnus arodveselības riskus.

1886. gadā Čārlzs Hols Amerikā un Pols Herults Francijā neatkarīgi izstrādāja ekonomisku alumīnija ražošanas procesu, izmantojot izkausēta kriolīta elektrolīzi; to sāka dēvēt par Bajāra procesu.

Kalnrūpniecība

Alumīnijs ir viens no visizplatītākajiem dabā sastopamajiem elementiem, tomēr to nevar iegūt tīrā veidā. Tā vietā tas pastāv kā dažādi savienojumi iežos un nogulumos, un galvenais avots pasaulē ir boksīta ieži, kas pirms alumīnija ražošanas ieguves vietās visā pasaulē ir jāiegūst un jāpārstrādā alumīnijā.

Alumīnija ieguves un attīrīšanas procesos rodas daudz atkritumu, un lieli toksisko atkritumu apjomi, piemēram, TENORM, ir saistīti ar vairākiem veselības traucējumiem, tostarp fibrozi, mezoteliomu un plaušu slimībām. Turklāt smagie metāli no atkritumu kaudzēm izskalojas ūdens avotos, piesārņojot tos ar potenciāli bīstamiem līmeņiem, kas apdraud vides integritāti.

Lai samazinātu ar alumīnija oksīda ražošanu saistīto ietekmi uz vidi, ievērojami resursi tiek ieguldīti raktuvju sanācijā un dabisko biotopu atjaunošanā. Diemžēl šī darbība ir saistīta ar zināmiem riskiem kalnrūpniecības un pārstrādes nozarē strādājošajiem, kuri var tikt pakļauti elpošanas un ādas slimību, tostarp mezoteliomas, ādas un nieru vēža, deģeneratīvu plaušu slimību vai sabiedrībā iegūtu infekcijas slimību, piemēram, malārijas vai Denges drudža, ja ir sastopami odi.

Boksītu ieguvē parasti izmanto karjeru tehnoloģijas, un lielāko daļu pasaules boksītu iegūst Austrālijā, Gvinejā un Ķīnā. Tā kā lielākā daļa boksīta atrodas tropu zonās, tas šeit arī ir jāraktuvē, un lielākie ieguves uzņēmumi parasti raktuves ierīko ostu tuvumā, kur netālu atrodas apmācīts darbaspēks.

Bajāra procesā boksītu sasmalcina, mazgā un samaļ, pirms to augstā spiedienā un temperatūrā izšķīdina kaustiskajā nātrija sodā, lai radītu nātrija alumināta pārsātinātu šķīdumu, ko sauc par rūgto šķīdumu, kuru pēc tam ievada augstās tvertnēs, ko sauc par nogulsnētājiem, kur pievieno alumīnija hidroksīda sēklas, lai, atdziestot rūgtajam šķīdumam, nogulsnētos cietā alumīnija hidroksīda kristāli - šo nogulsnēto alumīnija oksīdu pēc tam filtrē un nosūta tieši uz boksīta atlikumu uzglabāšanas vietām.

Sagatavošana

Alumīnijs ir viens no visizplatītākajiem elementiem uz Zemes, kas ir pazīstams ar savu vieglo svaru, plastiskumu, plastiskumu un nerūsējošām īpašībām. Diemžēl alumīnijs dabā nav sastopams metāliskā formā, tāpēc, lai to iegūtu, tas ir jāraktuvē. Boksīts vispirms jāpārstrādā alumīnija oksīdā (alumīnija oksīdā). Pēc tā iegūšanas šo vielu var formēt dažādās formās, piemēram, šuvēs, sagatavēs, lietņos un blūmos, līdz galu galā tiek iegūts alumīnija metāls.

Boksīts ir galvenais alumīnija avots, un parasti tas sastopams uz dažādiem vulkāniskajiem iežiem kā atmosfēras veidota sega, ko sauc par laterītu vai durikrustu un kas sastāv no alumīnija oksīda, dzelzs oksīda un silīcija dioksīda. Alumīnija oksīda ražošanai var ekonomiski izmantot tikai atradnes, kas satur gibsītu un boksītu, kuru sastāvā alumīnija saturs ir attiecīgi 65 un 85 procenti; šādas atradnes galvenokārt ir sastopamas abpus ekvatoram.

Lai izšķīdinātu alumīniju saturošos minerālus boksītā (gibsītu, bihmītu un diasporu), izmanto karstus kaustiskās sodas šķīdumus. Šo procesu sauc par fermentāciju vai izskalošanu, un iegūtais nātrija alumināta pārsātinātais šķīdums ir pazīstams kā grūsnais šķīdums. Pēc atdalīšanas no alumīnija oksīda boksītā esošais nešķīstošais silīcija dioksīds ir jāatdala ar filtrēšanu no sarkanā dūņa atlikumiem, kas palikuši pēc filtrēšanas - pēc filtrēšanas tos galu galā izmet.

Gremošanai nepieciešams liels ūdens daudzums. Ūdens ir nepieciešams arī ūdens kaustiskās sodas un citu ķīmisko vielu ražošanā, rūdas, atlikumu, pārstrādātu kaustiskās sodas atkritumu un atkritumu mazgāšanai, kā arī putekļu mazināšanai. Ūdens patēriņš dažādās rūpnīcās atšķiras atkarībā no boksīta kvalitātes, rūpnīcas konstrukcijas un ūdens pieejamības attiecīgajā reģionā.

Lai samazinātu nātrija līmeni alumīnija oksīda izejvielā, kalcinēšanas laikā tradicionālās rūpnīcas prakses dēļ kalcija fluorīdu pievienoja kalcija fluorīdam; tomēr, ņemot vērā bažas par fluorīda emisijām atmosfērā, šī prakse ir atcelta. Šo prasību dēļ bija jāizstrādā jaunas alumīnija oksīda pārstrādes tehnoloģijas ar zemu nātrija saturu. Alumīnijs, kas iegūts ar šo metodi, tiek malts attrīcijas dzirnavās, izmantojot etiķskābi, lai atdalītu sodu un iegūtu produktus ar zemu nātrija saturu. Alumīnija oksīda nogulsnēšanai nepieciešama sālsskābes gāzu uzsmidzināšana, lai veidotos alumīnija hlorīda heksahidrāta kristāli, kurus pēc tam filtrē, centrifugē, mazgā ar sālsskābi, atkal filtrē un izšķīdina karstā ūdenī, lai iegūtu alumīnija oksīda (ALO) suspensiju, kas piemērota turpmākai apstrādei.

Rafinēšana

Alumīnijs, ko mēs ikdienā lietojam, tiek iegūts, izmantojot sarežģītu ķīmisko reakciju virkni, kas sākas ar boksīta attīrīšanu. Alumīnija oksīds (Al2O3) kalpo kā izejviela primārā alumīnija ražošanai elektrolītiskā veidā, tomēr tā citi izmantošanas veidi ir daudz plašāki nekā tikai primārā ražošana; vienas tonnas primārā alumīnija ražošanai nepieciešamas aptuveni divas tonnas; faktiski tam ir būtiska nozīme arī daudzās citās ķīmiskās vielās, piemēram, ugunsizturīgajos materiālos, ko izmanto augsttemperatūras rotācijas krāsnīs un krāsnīs, kā abrazīvam materiālam, kā abrazīvai vielai un pat ūdens attīrīšanas procesos.

Lielākā daļa boksītu tiek iegūta, izmantojot atklātās ieguves metodes, un trīs valstīs - Austrālijā, Ķīnā un Gvinejā - tiek iegūts 72% no pasaules ražošanas apjoma. Boksīts tiek izrakts no zemes, izmantojot tādas metodes kā spridzināšana, urbšana un rakšana ar lieliem buldozeriem, un pēc tam tiek transportēts tieši uz tuvējām alumīnija oksīda pārstrādes rūpnīcām tālākai apstrādei.

Alumīnija rafinēšana ir sarežģīts četru posmu process. Vispirms boksīts jāmazgā un jāfiltrē, lai atdalītu tādus piemaisījumus kā silīcija dioksīds. Pēc tam zaļais šķidrums tiek karsēts līdz augstai temperatūrai krāsnī ar kaustisko sodu sajaukšanai, līdz notiek kristalizācija nogulsnētāju traukos, kuros ar sējēju palīdzību tiek izsētas alumīnija hidroksīda šķīduma daļiņas; nogulsnes pēc tam veicina turpmāku alumīnija hidroksīda šķīduma pieaugumu, pirms tiek veikti nākamie attīrīšanas posmi.

alumīnija oksīda pārstrādes rūpnīcās un raktuvju darbnīcās bieži notiek metināšanas darbi, kas izraisa dūmu un putekļu iedarbību, kas var izraisīt elpošanas ceļu slimības un traumas. Tāpēc būtu jāievieš kontroles pasākumi, lai samazinātu šo risku, vibrācijas iedarbību un bīstamo vielu iedarbību, jo tropu reģionos, kur darbs ārā ir norma, rodas citas ar arodveselību saistītas problēmas, kas var palielināt karstuma stresa iedarbību uz darba ņēmējiem, savukārt visa ķermeņa vibrācijas nogurums ir saistīts ar tādiem mehānismiem kā skrāpētāji, urbšanas iekārtas, kravas automašīnas vai ekskavatori, kas darbojas ar šādiem mehānismiem.

Kausēšana

Alumīnija oksīds ir galvenā izejviela alumīnija ražošanai. To ražo četru posmu procesā, kas pazīstams kā Bajāra process, kas nosaukts tā izstrādātāja Karla Jozefa Bajāra vārdā. Boksīta rūdu smalki sasmalcina un ievada tvaika uzsildītā fermentatorā, kur to zem spiediena sajauc ar kaustiskās sodas šķīdumu, veidojot nātrija alumināta šķīdumu (zaļo šķīdumu), bet kaustiskās sodas atkritumus atgriež atpakaļ fermentācijas procesā kā izejvielu; pēc tam alumīnija oksīdu var ekstrahēt, iztvaicējot un kristalizējot, lai iegūtu baltu pulveri, ko sauc par gibsītu.

Alumīnija reducēšana uz lietņiem >>Redukcijas fāzē alumīnija oksīds izšķīst tā sauktajos reducēšanas katlos - dziļos taisnstūra formas tērauda apvalkos, kas izklāti ar oglekli vai grafītu un kuros atrodas kriolīta elektrolīts. Caur šo maisījumu plūst elektriskā strāva, bet oglekļa anodi kalpo kā katodi; alumīnija oksīda alumīnijs un skābeklis reaģē ar oglekļa anodu, radot oglekļa dioksīda gāzi, kas pēc tam reaģē ar metāliskā alumīnija anodiem kā katodiem, radot oglekļa dioksīda gāzi, kas paliek kā metāliskā alumīnija anodi, atstājot katodā tikai metālisko alumīniju; tad tas nonāk glabāšanas krāsnīs, kur tiek noņemti piemaisījumi, pievienoti leģējošie elementi un izlieti lietņos.

Alumīnija lietņus izmanto dažādu izstrādājumu ražošanai. Tos var velmēt loksnēs, folijā un stieņos, ekstrudēt garos stieņos, ko izmanto stiepļu ražošanā, vai sausā izostatiskā presēšanā vai liešanā, lai iegūtu garus stieņus, ko izmanto stiepļu ražošanā. Alumīnija lietņus var arī formēt dažādās formās, izmantojot karsto vai auksto velmēšanu, slīdošo liešanu, iesmidzināšanu vai iesmidzināšanu.

Kalnrūpniecības, pārstrādes un kausēšanas uzņēmumi cenšas samazināt ietekmi uz vidi, izmantojot energoefektīvas iekārtas un izstrādājot otrreizējās pārstrādes procesus. Pēc kalnrūpniecības darbu pabeigšanas tiek veikti pasākumi, lai atjaunotu zemi tās sākotnējā stāvoklī, tiklīdz kalnrūpniecības darbi tiek pārtraukti. Gaisa piesārņojumu var kontrolēt, izmantojot atbilstošas ventilācijas sistēmas, kā arī gaisa piesārņojuma kontroles ierīces, piemēram, skruberus. Ūdens piesārņojumu var mazināt, otrreizēji pārstrādājot izdedžus, izlietotos šķidrumus un gāzes atkārtotai izmantošanai.