Wydobycie boksytu i rafinacja tlenku glinu

Światowa produkcja boksytu na poziomie około 85% służy jako surowiec do produkcji tlenku glinu. Australia wydobywa i rafinuje tlenek glinu w Queensland, Australii Zachodniej, Terytorium Północnym i Tasmanii, stosując najlepsze praktyki w zakresie wydobycia i rafinacji, które nie stanowią poważnego zagrożenia dla zdrowia w miejscu pracy.

Charles Hall w Ameryce i Paul Heroult we Francji niezależnie opracowali ekonomiczny proces produkcji aluminium poprzez elektrolizę stopionego kriolitu w 1886 roku; stał się on znany jako proces Bayera.

Górnictwo

Aluminium jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków występujących w przyrodzie, ale nie może być wydobywane w czystej postaci. Zamiast tego występuje w postaci różnych związków w skałach i osadach, a jego głównym źródłem na świecie są skały boksytowe, które muszą być wydobywane i rafinowane do tlenku glinu przed wyprodukowaniem aluminium w kopalniach na całym świecie.

Procesy wydobycia i rafinacji aluminium wytwarzają znaczne ilości odpadów, przy czym duże ilości toksycznych odpadów, takich jak TENORM, wiążą się z kilkoma schorzeniami, w tym zwłóknieniem, międzybłoniakiem i chorobami płuc. Ponadto metale ciężkie przedostają się do źródeł wody ze składowisk odpadów, zanieczyszczając je potencjalnie niebezpiecznymi poziomami, które zagrażają integralności środowiska.

Aby ograniczyć wpływ produkcji tlenku glinu na środowisko, inwestuje się znaczne środki w rekultywację kopalń i przywracanie naturalnych siedlisk. Niestety, działalność ta wiąże się z pewnym ryzykiem dla pracowników sektora wydobywczego i rafineryjnego, którzy mogą być narażeni na choroby układu oddechowego i skóry, w tym międzybłoniaka, nowotwory skóry i nerek, zwyrodnieniowe choroby płuc lub nabyte przez społeczność choroby zakaźne, takie jak malaria lub denga, jeśli obecne są komary.

Wydobycie boksytu zazwyczaj wykorzystuje techniki odkrywkowe, a Australia, Gwinea i Chiny są odpowiedzialne za produkcję większości światowego boksytu. Ponieważ większość boksytów występuje w strefach tropikalnych, muszą być one również wydobywane tutaj, a główne firmy wydobywcze zazwyczaj prowadzą kopalnie w pobliżu obiektów portowych z wyszkoloną siłą roboczą w pobliżu.

W procesie Bayera boksyt jest kruszony, myty i mielony, a następnie rozpuszczany w sodzie kaustycznej pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze w celu wytworzenia przesyconego roztworu glinianu sodu, znanego jako ciecz robocza, który jest następnie pompowany do wysokich zbiorników zwanych odpylaczami, gdzie dodawane są ziarna wodorotlenku glinu w celu wytrącenia stałych kryształów wodorotlenku glinu, gdy ciecz robocza ostygnie - ten wytrącony tlenek glinu jest następnie filtrowany i wysyłany bezpośrednio do miejsc składowania pozostałości boksytu.

Przygotowanie

Aluminium jest jednym z najobficiej występujących pierwiastków na Ziemi, znanym z lekkości, plastyczności, ciągliwości i braku korozji. Niestety, aluminium nie występuje naturalnie w postaci metalicznej i dlatego musi być wydobywane w celu jego produkcji. Boksyt musi najpierw zostać przetworzony w tlenek glinu (tlenek glinu). Po wyprodukowaniu, substancja ta może być następnie formowana w różne kształty, takie jak ślimaki, kęsy, wlewki i bloki, aż w końcu doprowadzi do produkcji metalu aluminiowego.

Boksyt jest głównym źródłem aluminium i zazwyczaj występuje jako zwietrzała warstwa znana jako lateryt lub duricrust na różnych skałach magmowych, składająca się z tlenku glinu, tlenku żelaza i dwutlenku krzemu. Tylko złoża zawierające gibbsyt i boehmit zawierające odpowiednio 65 i 85 procent aluminium mogą być ekonomicznie wykorzystywane do produkcji tlenku glinu; takie złoża znajdują się głównie po obu stronach równika.

Gorące roztwory sody kaustycznej są stosowane do rozpuszczania minerałów zawierających aluminium w boksytach (gibbsytu, boehmitu i diaspory). Proces ten znany jest jako trawienie lub ługowanie, a powstały roztwór przesycony glinianem sodu znany jest jako ciecz robocza. Po oddzieleniu od macierzystego tlenku glinu, nierozpuszczalna krzemionka w boksytach musi być następnie oddzielona przez filtrowanie od wszelkich pozostałości czerwonego błota pozostałego po filtrowaniu - który ostatecznie zostanie odrzucony po filtrowaniu.

Trawienie wymaga dużych ilości wody. Woda jest również wymagana do produkcji wodnej sody kaustycznej i innych chemikaliów; do mycia rudy, pozostałości, przetworzonych odpadów sody kaustycznej i odpadów; a także do celów ograniczania zapylenia. Zużycie wody różni się w poszczególnych zakładach w zależności od jakości boksytu, projektu zakładu i dostępności wody w danym regionie.

Tradycyjne praktyki zakładowe wymagały dodawania fluorku wapnia podczas kalcynacji w celu obniżenia poziomu sodu w surowcu tlenku glinu; jednak ze względu na obawy związane z emisją fluorków do atmosfery praktyka ta została porzucona. Ze względu na te wymagania konieczne było stworzenie nowych technologii przetwarzania tlenku glinu o niskiej zawartości sodu. Tlenek glinu produkowany tą metodą jest mielony w młynie ściernym przy użyciu kwasu octowego w celu usunięcia sody i wytworzenia produktów o niskiej zawartości sodu. Wytrącenie tlenku glinu wymaga rozpylenia gazu chlorowodorowego w celu utworzenia kryształów heksahydratu chlorku glinu, które są następnie filtrowane, odwirowywane, przemywane kwasem chlorowodorowym, ponownie filtrowane przed rozpuszczeniem w gorącej wodzie w celu uzyskania zawiesiny tlenku glinu (ALO) nadającej się do dalszego przetwarzania.

Rafinacja

Aluminium, którego używamy na co dzień, jest produkowane w wyniku złożonej serii reakcji chemicznych, które rozpoczynają się od rafinacji boksytu. Tlenek glinu (Al2O3) służy jako surowiec do produkcji aluminium pierwotnego metodą elektrolityczną; jednak jego inne zastosowania również wykraczają daleko poza produkcję pierwotną; do wyprodukowania jednej tony aluminium pierwotnego potrzeba około dwóch ton; w rzeczywistości odgrywa on również istotną rolę w wielu innych chemikaliach, takich jak materiały ogniotrwałe stosowane do wyłożenia wysokotemperaturowych pieców obrotowych i pieców, jako materiał ścierny, jako substancja ścierna, a nawet w procesach oczyszczania wody.

Większość wydobycia boksytu odbywa się metodą odkrywkową, a trzy kraje - Australia, Chiny i Gwinea - odpowiadają za 72% światowej produkcji. Boksyt jest wydobywany z ziemi przy użyciu metod takich jak wysadzanie, wiercenie i zrywanie za pomocą dużych buldożerów, a następnie transportowany bezpośrednio do pobliskich rafinerii tlenku glinu w celu dalszego przetwarzania.

Rafinacja tlenku glinu to złożony, czteroetapowy proces. Najpierw boksyt musi zostać umyty i przefiltrowany w celu usunięcia zanieczyszczeń, takich jak krzemionka. Następnie zielona ciecz jest podgrzewana do wysokich temperatur w piecu z sodą kaustyczną w celu wymieszania, aż do krystalizacji w zbiornikach strącających z cząsteczkami roztworu wodorotlenku glinu wysianymi przez siewniki; wytrącanie następnie pobudza dalszy wzrost roztworu wodorotlenku glinu przed przejściem do kolejnych etapów rafinacji.

Spawanie odbywa się często w rafineriach tlenku glinu i kopalniach, co prowadzi do narażenia na opary i pyły, które mogą prowadzić do chorób układu oddechowego i urazów. W związku z tym należy wprowadzić środki kontroli w celu zminimalizowania tego ryzyka, narażenia na wibracje i narażenia na niebezpieczne substancje, ponieważ inne kwestie związane ze zdrowiem zawodowym pojawiają się w regionach tropikalnych, gdzie praca na zewnątrz jest normą, potencjalnie zwiększając narażenie pracowników na stres cieplny, podczas gdy zmęczenie wibracjami całego ciała jest związane z maszynami takimi jak zgarniarki, platformy wiertnicze, ciężarówki lub koparki obsługujące takie maszyny.

Wytapianie

Tlenek glinu jest podstawowym surowcem wymaganym do produkcji aluminium. Wytwarza się go w czteroetapowym procesie znanym jako proces Bayera - nazwanym tak na cześć jego twórcy Karla Josefa Bayera. Ruda boksytu jest drobno mielona i podawana do komory fermentacyjnej ogrzewanej parą, gdzie jest mieszana pod ciśnieniem z roztworem sody kaustycznej w celu utworzenia roztworu glinianu sodu (zielonego ługu), podczas gdy odpady sody kaustycznej są zawracane z powrotem do procesu trawienia jako surowiec; Tlenek glinu może być następnie ekstrahowany przez odparowanie i krystalizację w celu uzyskania białego proszku znanego jako gibbsite.

Redukcja tlenku glinu do wlewków >> Podczas fazy redukcji tlenek glinu rozpuszcza się w tak zwanych wannach redukcyjnych - głębokich prostokątnych stalowych płaszczach wyłożonych węglem lub grafitem, w których znajduje się elektrolit kriolitowy. Prąd elektryczny przepływa przez tę mieszaninę, podczas gdy anody węglowe służą jako katody; aluminium i tlen z tlenku glinu reagują z anodą węglową, wytwarzając gazowy dwutlenek węgla, który następnie reaguje z anodami metalicznego aluminium jako katodą, wytwarzając gazowy dwutlenek węgla, pozostając jako anody metalicznego aluminium, pozostawiając tylko metaliczne aluminium na katodzie; następnie wchodzi do pieców podtrzymujących, gdzie usuwane są zanieczyszczenia, dodawane są pierwiastki stopowe i odlewane do wlewków.

Wlewki tlenku glinu są wykorzystywane do wytwarzania szeregu produktów. Mogą być walcowane w arkusze, folie i pręty; wytłaczane w długie pręty używane do produkcji drutu; lub prasowane izostatycznie na sucho lub odlewane w celu wytworzenia długich prętów używanych do produkcji drutu. Wlewki aluminiowe mogą być również formowane w różne kształty poprzez walcowanie na gorąco lub na zimno; odlewanie ślizgowe; formowanie wtryskowe lub techniki formowania wtryskowego.

Operacje wydobywcze, rafinacyjne i hutnicze dążą do zminimalizowania ich wpływu na środowisko poprzez stosowanie energooszczędnego sprzętu i opracowywanie procesów recyklingu. Po zakończeniu działalności wydobywczej podejmowane są wysiłki w celu przywrócenia terenu do pierwotnego stanu, gdy tylko działalność wydobywcza zostanie zakończona. Zanieczyszczenie powietrza można kontrolować za pomocą odpowiednich systemów wentylacyjnych, a także urządzeń kontrolujących zanieczyszczenie powietrza, takich jak płuczki. Zanieczyszczenie wody można ograniczyć poprzez recykling żużlu, cieczy odpadowych i gazów w celu ich ponownego wykorzystania.