Utvinning av bauksitt og raffinering av alumina

Den globale bauksittproduksjonen på ca. 85% brukes som råmateriale for produksjon av alumina. Australia utvinner og raffinerer alumina i Queensland, Vest-Australia, Northern Territory og Tasmania ved hjelp av beste praksis for gruvedrift og raffinering som ikke utgjør noen alvorlig helserisiko på arbeidsplassen.

Charles Hall i USA og Paul Heroult i Frankrike utviklet uavhengig av hverandre en økonomisk prosess for produksjon av aluminium ved hjelp av elektrolyse av smeltet kryolitt i 1886; denne ble kjent som Bayer-prosessen.

Gruvedrift

Aluminium er et av de grunnstoffene som det finnes mest av i naturen, men det kan ikke utvinnes i ren form. I stedet finnes det som ulike forbindelser i bergarter og sedimenter, og verdens primære kilde er bauksitt, som må utvinnes og raffineres til alumina før det kan produseres aluminium i gruver verden over.

Gruvedrift og raffinering av aluminium produserer betydelige mengder avfall, og store mengder giftig avfall som TENORM er forbundet med flere helseplager, blant annet fibrose, mesoteliom og lungesykdommer. I tillegg lekker tungmetaller ut i vannkilder fra avfallshauger og forurenser dem med potensielt farlige nivåer som truer miljøets integritet.

For å redusere miljøkonsekvensene forbundet med aluminaproduksjon investeres det betydelige ressurser i rehabilitering av gruver og restaurering av naturlige habitater. Dessverre innebærer denne aktiviteten en viss risiko for de ansatte i gruve- og raffineringssektoren, som kan bli utsatt for luftveis- og hudsykdommer, inkludert mesoteliom, hud- og nyrekreft, degenerative lungesykdommer eller infeksjonssykdommer som malaria eller denguefeber hvis det er mygg til stede.

Bauksitt utvinnes vanligvis i dagbrudd, og Australia, Guinea og Kina står for størstedelen av verdens bauksittproduksjon. Ettersom mesteparten av bauksitten finnes i tropiske strøk, må den også utvinnes her, og de store gruveselskapene driver vanligvis gruver i nærheten av havneanlegg med utdannet arbeidskraft i nærheten.

I Bayer-prosessen knuses, vaskes og males bauksitt før den oppløses i kaustisk soda under høyt trykk og høy temperatur for å skape en overmettet natriumaluminatløsning, kjent som svovel, som deretter pumpes inn i høye tanker, kalt fellingstanker, der det tilsettes aluminiumhydroksidfrø for å starte utfelling av faste aluminiumhydroksidkrystaller etter hvert som svovelvannet avkjøles - denne utfelte aluminiumoxiden filtreres deretter og sendes direkte til lagringsområder for bauksittrester.

Forberedelse

Aluminium er et av de mest utbredte grunnstoffene på jorden, og det er kjent for sin lette vekt, smidighet, formbarhet og korrosjonsfrihet. Dessverre forekommer aluminium ikke naturlig i metallisk form, og det må derfor utvinnes for å produsere det. Bauksitt må først bearbeides til alumina (aluminiumoksid). Når dette stoffet er produsert, kan det formes i ulike former, for eksempel til klumper, billets, ingots og blooms, før det til slutt gir opphav til produksjon av aluminiummetall.

Bauksitt er den viktigste kilden til aluminium, og den opptrer vanligvis som et forvitret teppe, kjent som lateritt eller duricrust, på ulike magmatiske bergarter som består av aluminiumoksid, jernoksid og silisiumdioksid. Bare forekomster som inneholder gibbsitt og boehmit, som inneholder henholdsvis 65 og 85 prosent aluminium, kan utnyttes økonomisk til produksjon av aluminiumoksid, og slike forekomster finnes hovedsakelig på begge sider av ekvator.

Varm kaustisk soda brukes til å løse opp de aluminiumholdige mineralene i bauksitt (gibbsitt, boehmit og diaspore). Denne prosessen kalles fordøyelse eller utvasking, og den overmettede natriumaluminatløsningen som oppstår, kalles gravidlut. Når den er separert fra aluminaen, må det uløselige silisiumdioksydet i bauksitten skilles fra det røde slammet som er igjen etter filtreringen - og som til slutt vil bli kastet etter filtreringen.

Oppslutning krever store mengder vann. Det kreves også vann til produksjon av kaustisk soda og andre kjemikalier, til vasking av malm, restprodukter, resirkulert kaustisk sodaavfall og avfall, samt til støvdemping. Vannforbruket varierer fra anlegg til anlegg, avhengig av bauksittkvalitet, anleggsdesign og vanntilgang i regionen.

Tradisjonell fabrikkpraksis krevde tilsetning av kalsiumfluorid under kalsineringen for å redusere natriumnivået i aluminaråstoffet, men på grunn av bekymringer knyttet til utslipp av fluorid til atmosfæren har denne praksisen siden blitt forlatt. På grunn av disse kravene har man vært nødt til å utvikle nye teknologier for behandling av alumina med lavt natriuminnhold. Alumina som produseres ved hjelp av denne metoden, males i en attrisjonsmølle med eddiksyre for å fjerne soda og produsere produkter med lavt natriuminnhold. For å felle ut aluminaen må man bruke saltsyregass for å danne aluminiumkloridheksahydratkrystaller som deretter filtreres, sentrifugeres, vaskes med saltsyre og filtreres på nytt før de løses opp i varmt vann, slik at man får en slurry av aluminiumoksid (ALO) som egner seg for videre bearbeiding.

Raffinering

Aluminium, som vi bruker hver dag, produseres gjennom en kompleks serie kjemiske reaksjoner som begynner med raffinering av bauksitt. Aluminiumoksid (Al2O3) fungerer som råmateriale for primærproduksjon av aluminium ved hjelp av elektrolyse, men det har også andre bruksområder som strekker seg langt utover primærproduksjonen. Det går med omtrent to tonn for å produsere ett tonn primæraluminium, og faktisk spiller det også en viktig rolle i mange andre kjemikalier, som ildfaste materialer som brukes til å fôre roterende ovner og ovner med høy temperatur, som slipemateriale, som slipestoff og til og med i vannrensingsprosesser.

Det meste av bauksittutvinningen skjer i dagbrudd, og tre land - Australia, Kina og Guinea - står for 72% av den globale produksjonen. Bauksitten fjernes fra bakken ved hjelp av metoder som sprengning, boring og oppriving med store bulldosere, før den transporteres direkte til aluminaraffinerier i nærheten for videre bearbeiding.

Raffinering av alumina er en kompleks prosess i fire trinn. Først må bauksitten vaskes og filtreres for å fjerne urenheter som silisiumdioksyd. Deretter varmes grønnluten opp til høye temperaturer i en ovn med kaustisk soda for å blandes til krystallisering skjer i utfellingskar med frøpartikler av aluminahydroksidoppløsning sådd på den av såmaskiner; utfellingen gir deretter ytterligere vekst av ytterligere aluminahydroksidoppløsning før man går videre til de påfølgende trinnene i raffineringen.

sveising foregår ofte i aluminaraffinerier og gruveverksteder, noe som fører til eksponering for røyk og støv som kan føre til luftveissykdommer og skader. Derfor bør det innføres kontrolltiltak for å minimere denne risikoen, vibrasjonseksponering og eksponering for farlige stoffer. I tropiske strøk, der det er vanlig å arbeide utendørs, oppstår det også andre arbeidsmiljøproblemer som kan øke eksponeringen for varmestress for arbeiderne, samtidig som det har blitt påvist utmattelse på grunn av helkroppsvibrasjoner i forbindelse med bruk av maskiner som skrapere, borerigger, lastebiler eller gravemaskiner.

Smelting

Alumina er det viktigste råmaterialet som kreves for å produsere aluminium. Det produseres i en firetrinnsprosess kjent som Bayer-prosessen - oppkalt etter utvikleren Karl Josef Bayer. Bauksittmalm finmales og mates inn i en dampoppvarmet kokeovn der den blandes under trykk med kaustisk soda for å danne natriumaluminatløsning (grønnlut), mens kaustisk sodaavfall resirkuleres tilbake til kokeprosessen som råstoff. Alumina kan deretter utvinnes ved inndamping og krystallisering for å produsere hvitt pulver, kjent som gibbsitt.

Reduksjon av aluminiumoksid til barrer >>Under reduksjonsfasen av produksjonen løses aluminiumoksid opp i såkalte reduksjonsgryter - dype, rektangulære stålskall foret med karbon eller grafitt som inneholder kryolittelektrolytt. Aluminium og oksygen fra alumina reagerer med karbonanoden og produserer karbondioksidgass, som deretter reagerer med metalliske aluminiumanoder som katode og produserer karbondioksidgass, mens metalliske aluminiumanoder etterlater bare metallisk aluminium ved katoden. Deretter går det inn i smelteovner der urenheter fjernes, legeringselementer tilsettes og det støpes til ingots.

Aluminiumoksidblokker brukes til å produsere en rekke ulike produkter. De kan valses til plater, folie og stenger, ekstruderes til lange stenger som brukes til trådproduksjon, eller tørr isostatisk pressing eller støping for å produsere lange stenger som brukes til trådproduksjon. Aluminiumsblokker kan også formes til ulike former ved hjelp av varm- eller kaldvalsing, glidestøping, sprøytestøping eller sprøytestøpingsteknikker.

Gruve-, raffinerings- og smelteverksbedriftene forsøker å minimere miljøpåvirkningen ved å bruke energieffektivt utstyr og utvikle resirkuleringsprosesser. Når gruvedriften er avsluttet, sørger man for å tilbakeføre området til sin opprinnelige tilstand så snart gruvedriften opphører. Luftforurensning kan kontrolleres ved hjelp av adekvate ventilasjonssystemer og luftforurensningskontrollutstyr som skrubbere. Vannforurensning kan reduseres gjennom resirkulering av slagg, avfallsvæsker og gasser for gjenbruk.