Proces wydobywania boksytu i tlenku glinu

Dr Donoghue i pan Frisch są pełnoetatowymi pracownikami Alcoa of Australia.

Boksyt jest podstawowym surowcem do produkcji aluminium i można go znaleźć w dużych złożach na całym świecie. Boksyt jest kruszony i gotowany w roztworze sody kaustycznej, a następnie zasiewany ziarnami wodorotlenku glinu zwanego gibbsytem, aby wywołać jego wytrącenie w postaci czerwonego błota, pozostawiając szkodliwe dla środowiska pozostałości czerwonego szlamu, które miały poważne reperkusje w wielu krajach.

Proces Bayer

Ruda boksytu, wydobywana do produkcji aluminium, zawiera wodorotlenki i oksywodorotlenki glinu2 (gibbsyt, bayeryt i nordstrandyt), tlenki żelaza2 (ferryzyt i goethyt) oraz dwutlenek tytanu2 (rutyl i diaspor). Proces Bayera chemicznie przekształca rudę boksytu w tlenek glinu - pierwszy krok w kierunku produkcji czystego aluminium metalicznego w procesie elektrolitycznym Halla-Heroulta.

Etapy trawienia i klarowania w procesie Bayer są niezwykle ważne. Wszelkie nierozpuszczalne pozostałości powstałe podczas trawienia są znane jako czerwony szlam i muszą zostać oczyszczone ze względów środowiskowych. Co więcej, roztwór glinianu pozostały po klarowaniu musi zostać oczyszczony - użycie roztworu kaustycznego niezawierającego NaCl, oczyszczanie metodą wymiany jonowej lub spiekanie w wysokiej temperaturze może pomóc kontrolować poziomy zanieczyszczeń w tych dwóch strumieniach.

Klarowanie roztworu glinianu odbywa się poprzez osadzanie grawitacyjne i płukanie wodą w zagęszczaczach (zwanych również zagęszczaczami grabiącymi), tworząc stężony roztwór glinianu sodu odpowiedni do wytrącania trójwodzianu glinu. Gruboziarniste cząstki są ekstrahowane za pomocą surowych cyklonów, podczas gdy drobniejsze ciała stałe są zatrzymywane przez filtrowanie; następnie roztwór jest dalej schładzany w celu zwiększenia przesycenia przed pompowaniem do wysokich osadników silolowych; w ten sposób powstaje wytrącony hydrat tlenku glinu, który następnie musi zostać umyty, przefiltrowany i wysuszony przed rozłożeniem na czysty tlenek glinu2.

W procesie elektrolitycznym Halla-Heroulta metaliczne aluminium z niewielkimi ilościami zanieczyszczeń ferrytowych (drobnych zanieczyszczeń) jest oddzielane od stopionej soli (mieszaniny chlorku sodu i chlorku wapnia) poprzez przepuszczanie prądu elektrycznego przez roztwór glinianu zawierający węgiel z elektrody anodowej, gdzie węgiel reaguje z innymi zanieczyszczeniami, tworząc biało-krystaliczny związek zwany glinianem, który jest przenoszony do dużych pieców, gdzie zanieczyszczenia są usuwane, a pierwiastki stopowe dodawane w celu uzyskania czystego aluminium.

Utrzymanie poziomów zanieczyszczeń w strumieniu przedmuchiwanym w procesie Bayer poniżej ustalonych poziomów jest poważnym wyzwaniem, przy jednoczesnym wytwarzaniu ścieków, które mogą być odprowadzane bezpośrednio do naturalnych zbiorników bez dodatkowego oczyszczania. Aby osiągnąć ten cel, czynniki takie jak zarządzanie zmianami w mineralogii boksytu, optymalizacja szybkości produkcji, kontrolowanie reakcji konkurencyjnych, minimalizowanie strat z osadów czerwonego błota muszą harmonijnie współgrać, aby odnieść sukces.

Wytapianie

Boksyt, skała z tlenku glinu, może być wydobywany i rafinowany w celu produkcji aluminium. Procesy wydobycia i rafinacji wytwarzają znaczne ilości odpadów zawierających toksyczne pierwiastki, takie jak TENORM (pierwiastki śladowe pochodzenia naturalnego). Aby zminimalizować ilość odpadów powstających podczas tego procesu, korzystne byłoby znalezienie metod ponownego wykorzystania jak największej ilości tlenku glinu.

Tlenek glinu jest powszechnie wykorzystywany jako surowiec w produktach przemysłowych, takich jak szkło, porcelana i farby metaliczne do samochodów. Tlenek glinu ma również wiele innych zastosowań ze względu na niską przewodność elektryczną, odporność na ataki chemiczne, ekstremalną wytrzymałość i twardość (9 w skali twardości Mohsa).

W ramach procesów wydobycia i rafinacji tlenku glinu konieczne jest oczyszczenie terenu z roślinności i drzew, które mogłyby utrudniać operacje. Boksyt jest rozbijany przy użyciu strzałów, wiercenia, zrywania i bardzo dużych buldożerów przed załadowaniem na ciężarówki, wagony kolejowe lub przenośniki taśmowe w celu transportu do rafinerii znajdujących się w pobliżu.

Na początku procesu rafinacji tlenku glinu, tlenek glinu jest rozdrabniany i zanurzany w roztworze sody kaustycznej w celu utworzenia przesyconego roztworu glinianu sodu. Jest on następnie przenoszony do reaktora zawiesinowego, gdzie jest podgrzewany w wysokich temperaturach w celu usunięcia chemicznie połączonej wody w procesie znanym jako kalcynacja, wytwarzając zestalony hydrat tlenku glinu, który jest następnie przechowywany w wyłożonych cegłą garnkach, zanim zostaną wprowadzone anody węglowe i przepuszczony przez nie prąd elektryczny w celu elektrolizy tlenku glinu w czyste aluminium, które następnie jest przenoszone z powrotem do garnków, a następnie przenoszone z powrotem do odlewni, gdzie kęsy o różnych kształtach są formowane ręcznie.

Po pocięciu kęsów na wlewki, są one następnie wykorzystywane do walcowania długich prętów zwanych prętami zbrojeniowymi, które można następnie przyciąć na różne długości i odpowiednio wykorzystać. Na koniec te długie pręty są topione w celu wytworzenia wlewków do dalszego przetwarzania.

Casting

Aluminium jest centralnym elementem współczesnego świata, wykorzystywanym wszędzie, od budynków i samochodów po opakowania i sprzęt sportowy. Ale aluminium nie występuje naturalnie jako czysty metal; przechodzi raczej skomplikowany proces konwersji od swojego pochodzenia jako rudy boksytu, aby stać się lekkim metalem, który wszyscy znamy i lubimy dzisiaj.

Najpierw boksyt jest wydobywany z ziemi przy użyciu technik obejmujących wiercenie, wysadzanie i zrywanie za pomocą dużych buldożerów. Następnie odbywa się kruszenie i mycie przed transportem do pobliskiej rafinerii tlenku glinu, która wykorzystuje proces rafinacji Bayer do produkcji tlenku glinu.

Gorący roztwór sody kaustycznej jest używany do rozpuszczania minerałów zawierających aluminium występujących w boksytach (gibbsytu, bohmitu i diaspory) w celu utworzenia przesyconego roztworu glinianu sodu, znanego jako ciecz robocza, a następnie wysyłany do kalcynacji w piecu tlenku glinu (Al2O3) w celu kalcynacji przed umyciem, wysuszeniem i ponownym podgrzaniem w celu usunięcia pozostałej wody krystalizacyjnej w celu uzyskania tlenku glinu o wysokiej czystości, który następnie tworzy suchy, biały, piaszczysty materiał znany jako hydrat tlenku glinu.

Tlenek glinu jest stosowany w różnych produktach, w tym w materiałach ogniotrwałych, produktach chemicznych i surowcach, takich jak gips i krzemionka; niektóre z nich są nawet ponownie wykorzystywane w procesie rafinacji.

Rafinacja tlenku glinu generuje od dwóch do trzech ton odpadów na każdą wyprodukowaną tonę; materiały te, znane jako czerwony szlam, muszą być traktowane ostrożnie, aby zminimalizować wpływ na środowisko.

Po rafinacji tlenek glinu jest odlewany we wlewki do różnych zastosowań. Mogą być one walcowane w arkusze, folie i pręty; ciągnione w drut, który jest skręcany w kable do elektrycznych linii przesyłowych; formowane w złożone kształty lub wytłaczane profile, takie jak ramy okienne; mogą być nawet ponownie przetwarzane na wlewki - dzięki czemu aluminium jest metalem, który można w nieskończoność poddawać recyklingowi! Co więcej, istnieją różne stopy, które oferują specyficzne właściwości spełniające różne wymagania klientów.

Recykling

Aluminium jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych metali używanych w wielu produktach, od puszek po napoje gazowane po części samochodowe, ale nie występuje naturalnie w czystej postaci. Zamiast tego musi być wydobywane ze skał boksytowych zawierających różne formy tlenków glinu i rafinowane do tlenku glinu, zanim ostatecznie stanie się aluminium w tym trzystopniowym procesie, który wymaga zarówno energii, jak i zasobów wodnych.

W ramach procesu wydobywczego, wydobycie tlenku glinu wymaga najpierw usunięcia nadkładu - warstw skał i gliny pokrywających boksyt - przy użyciu metod strzałowych lub wiertniczych. Po usunięciu, materiał ten można załadować na ciężarówki w celu przetransportowania do zakładu przetwarzania tlenku glinu.

W zakładzie przetwórstwa boksytu ruda jest kruszona w celu zmniejszenia jej rozmiaru, a następnie zanurzana w gorącej sodzie kaustycznej w celu rozpuszczenia minerałów zawierających aluminium, takich jak gibbsyt i bohmit, a następnie oddzielana od krzemionki w celu uzyskania przesyconego roztworu glinianu sodu, znanego jako roztwór ciążący.

Część ługu ciążowego jest przetwarzana w celu wytworzenia wodorotlenku glinu, częściej określanego jako wapno gaszone, podczas gdy reszta jest wysyłana bezpośrednio do rafinerii tlenku glinu, gdzie jego składniki zostaną poddane reakcjom chemicznym, które przekształcą je w metaliczny glin.

Tlenek glinu jest niezbędnym materiałem przemysłowym, wykorzystywanym w wielu różnych zastosowaniach, od produkcji tworzyw sztucznych po materiały ścierne. Tlenek glinu odgrywa również kluczową rolę w wielu rodzajach środków zmniejszających palność.

Podczas gdy wydobycie i rafinacja tlenku glinu może w dużym stopniu podlegać recyklingowi, nadal istnieją pewne obawy środowiskowe związane z jego wydobyciem i rafinacją. Obejmują one zanieczyszczenie hałasem, kwestie ergonomiczne, ryzyko urazów i rozpryski sody kaustycznej na skórę lub oczy. Co więcej, zarówno pył boksytowy, jak i proszek tlenku glinu wiążą się z powikłaniami oddechowymi, w tym podrażnieniem lub zapaleniem płuc.

Niektórzy pracownicy zgłaszali problemy zdrowotne, takie jak rak, choroby nerek i uszkodzenie wątroby, związane z narażeniem na pył boksytowy i pył tlenku glinu, a także różne zanieczyszczenia; jednak przeprowadzone badania wykazały, że obecne najlepsze praktyki w górnictwie i rafinacji nie wydają się zwiększać ryzyka wystąpienia tych problemów.