Procesul de extracție a bauxitei și aluminei

Dr. Donoghue și dl Frisch sunt angajați cu normă întreagă ai Alcoa din Australia.

Bauxita este materia primă principală pentru producerea aluminiului și poate fi găsită în zăcăminte mari din întreaga lume. Bauxita este zdrobită și gătită în soluție de sodă caustică înainte de a fi însămânțată cu semințe de hidroxid de aluminiu numite gibbsite pentru a provoca precipitarea acesteia în deșeuri de nămol roșu, lăsând un reziduu de nămol roșu dăunător mediului, care a avut repercusiuni grave în multe țări.

Procesul Bayer

Minereul de bauxită, extras pentru producția de aluminiu, conține hidroxizi și oxihidroxizi de aluminiu2 (gibbsit, bayerit și nordstrandit), oxizi de fier2 (ferrisit și goethit) și dioxid de titan2 (rutil și diaspor). Procesul Bayer transformă chimic acest minereu de bauxită în alumină - primul pas către producerea aluminiului metalic pur prin procesul electrolitic Hall-Heroult.

Etapele de digestie și de clarificare din cadrul Procesului Bayer sunt amândouă extrem de importante. Orice reziduu insolubil produs în timpul digestiei este cunoscut ca noroi roșu și trebuie curățat din motive de mediu. În plus, soluția de aluminat rămasă după clarificare trebuie purificată - utilizarea unei soluții caustice fără NaCl, purificarea prin schimb ionic sau sinterizarea la temperatură ridicată pot contribui la controlul nivelului de impurități din aceste două fluxuri.

Clarificarea unei soluții de aluminat se realizează prin decantare gravitațională și clătire cu apă în îngroșătoare (denumite și îngroșătoare cu greblă), creând o soluție concentrată de aluminat de sodiu adecvată pentru precipitarea în trihidrat de alumină. Particulele grosiere sunt extrase cu ajutorul cicloanelor brute, în timp ce solidele mai fine sunt reținute prin filtrare; apoi soluția este răcită în continuare pentru a crește suprasaturația înainte de a fi pompată în precipitatoare înalte de siliciu; se obține astfel hidrat de alumină precipitat care trebuie apoi spălat, filtrat și uscat înainte de a fi descompus în alumină pură din punct de vedere comercial2.

În cadrul procesului electrolitic Hall-Heroult, aluminiul metalic cu cantități mici de impurități feritice (impurități minore) este separat din sarea topită (un amestec de clorură de sodiu și clorură de calciu) prin trecerea unui curent electric printr-o soluție de aluminat care conține carbon de la un electrod anodic, unde carbonul reacționează cu alte impurități, formând un compus alb-cristalin numit aluminat, care este transferat în cuptoare mari unde impuritățile sunt îndepărtate, în timp ce elementele de aliere sunt adăugate pentru a produce aluminiu pur.

Menținerea nivelurilor de impurități din fluxul de suflare al procesului Bayer sub nivelurile prestabilite reprezintă o provocare semnificativă, producând în același timp efluenți care pot fi deversați direct în corpurile receptoare naturale fără tratament suplimentar. Pentru a realiza această performanță, factori precum gestionarea modificărilor mineralogiei bauxitei, optimizarea ratelor de producție, controlul reacțiilor concurente și minimizarea pierderilor din depozitele de nămol roșu trebuie să se îmbine armonios pentru a avea succes.

Topire

Bauxita, o rocă de oxid de aluminiu, poate fi extrasă și rafinată pentru a produce aluminiu. Procesele de extracție și rafinare produc deșeuri semnificative care conțin elemente toxice precum TENORM (Trace Elements of Natural Origin). Alumina ajunge apoi într-o topitorie de aluminiu pentru a fi transformată prin electroliză în metal; pentru a minimiza deșeurile generate în timpul acestui proces, ar fi benefic dacă s-ar găsi metode de reutilizare a cât mai multă alumină posibil.

Alumina este utilizată pe scară largă ca materie primă în produse industriale precum sticla, porțelanul și vopselele metalice pentru automobile. Alumina are, de asemenea, multe alte aplicații datorită conductivității sale electrice scăzute, rezistenței la atacuri chimice, rezistenței extreme și durității (9 pe scara de duritate Mohs).

Ca parte a proceselor de extracție și rafinare a aluminei, este necesară curățarea terenurilor de vegetația și copacii care ar putea obstrucționa operațiunile. Bauxita este spartă cu ajutorul exploziilor, forajelor, excavatoarelor și buldozerelor foarte mari înainte de a fi încărcată în camioane, vagoane de cale ferată sau benzi transportoare pentru a fi transportată la rafinăriile situate în apropiere.

La începutul procesului de rafinare a aluminei, alumina este fragmentată și scufundată într-o soluție de sodă caustică pentru a forma o soluție suprasaturată de aluminat de sodiu. Aceasta este apoi transferată într-un reactor de suspensie unde este încălzită la temperaturi ridicate pentru a elimina apa combinată chimic printr-un proces cunoscut sub numele de calcinare, producând hidrat de alumină solidificat care este apoi depozitat în vase căptușite cu cărămidă înainte de introducerea anozilor de carbon și trecerea unui curent electric prin aceștia pentru a electroliza alumina în aluminiu pur care este apoi transferat înapoi în vase înainte de a fi transferat înapoi în turnătorii unde se formează prin introducerea manuală cioburi cu diferite forme.

După ce biletele au fost tăiate în lingouri, acestea sunt apoi utilizate pentru a rula tije lungi numite armături, care pot fi apoi tăiate la diferite lungimi și utilizate corespunzător. În cele din urmă, aceste tije lungi sunt topite pentru a produce lingouri pentru prelucrare ulterioară.

Turnare

Aluminiul este un element central în lumea modernă de astăzi, fiind utilizat peste tot, de la clădiri și mașini la ambalaje și echipamente sportive. Dar aluminiul nu apare în mod natural ca metal pur, ci mai degrabă este supus unui proces complex de conversie de la originile sale ca minereu de bauxită pentru a deveni metalul ușor pe care îl cunoaștem cu toții și de care ne bucurăm astăzi.

Mai întâi, bauxita este extrasă din pământ folosind tehnici care includ forarea, dinamitarea și smulgerea cu buldozere mari. Apoi are loc concasarea și spălarea înainte de a fi transportată la o rafinărie de alumină din apropiere care utilizează procesul de rafinare Bayer pentru a produce alumină.

Soluția fierbinte de sodă caustică este utilizată pentru a dizolva mineralele purtătoare de aluminiu care se găsesc în bauxită (gibbsită, bohmite și diasporă) pentru a forma o soluție suprasaturată de aluminat de sodiu cunoscută sub numele de lichid pregnant, care este apoi trimisă pentru a fi calcinată într-un cuptor de oxid de aluminiu (Al2O3) pentru calcinare înainte de a fi spălată, uscată și încălzită din nou pentru a elimina orice apă de cristalizare rămasă pentru a produce alumină de înaltă puritate care formează apoi un material nisipos alb uscat cunoscut sub numele de hidrat de alumină.

Alumina este utilizată în diverse produse, inclusiv materiale refractare, produse chimice și materii prime precum gipsul și siliciul; o parte este chiar reciclată înapoi în procesul de rafinare.

Rafinarea aluminei generează două până la trei tone de deșeuri pentru fiecare tonă produsă; aceste materiale, cunoscute sub numele de nămol roșu, trebuie manipulate cu atenție pentru a minimiza impactul asupra mediului.

Odată rafinată, alumina este turnată în lingouri pentru a fi utilizată în diverse aplicații. Acestea pot fi laminate în foi, folii și bare; trase în sârmă care este transformată în cabluri pentru linii de transmisie electrică; turnate în forme complexe sau profile extrudate, cum ar fi rame de ferestre; pot fi chiar reciclate din nou în lingouri - făcând din aluminiu un metal infinit reciclabil! În plus, există diferite aliaje care oferă proprietăți specifice pentru a răspunde diferitelor cerințe ale clienților.

Reciclare

Aluminiul este unul dintre cele mai răspândite metale utilizate în numeroase produse, de la cutii de suc la componente auto, însă nu se găsește în stare pură în natură. În schimb, acesta trebuie extras din roci de bauxită care conțin diferite forme de oxizi de aluminiu și rafinat în alumină înainte de a deveni aluminiu în acest proces în trei etape care necesită resurse de energie și apă.

Ca parte a procesului de exploatare, mineritul aluminei necesită mai întâi îndepărtarea straturilor de rocă și argilă care acoperă bauxita - prin metode de dinamitare sau forare. Odată desprins, acest material poate fi încărcat în camioane pentru a fi transportat la o uzină de prelucrare a aluminei pentru prelucrare.

La o uzină de prelucrare a bauxitei, minereul este zdrobit pentru a-i reduce dimensiunea înainte de a fi scufundat în sodă caustică fierbinte pentru a dizolva mineralele purtătoare de aluminiu, cum ar fi gibbsita și bohmite, înainte de a fi separate de siliciu pentru a deveni soluție suprasaturată de aluminat de sodiu, cunoscută sub numele de lichid pregnant.

O parte din lichiorul pregnant este prelucrat pentru a crea hidroxid de aluminiu, denumit mai frecvent var stins, în timp ce restul este trimis direct la o rafinărie de alumină, unde componentele sale vor fi supuse unor reacții chimice care le vor transforma în aluminiu metalic.

Alumina este un material industrial indispensabil, utilizat pentru multe aplicații diverse în industrii, de la fabricarea maselor plastice la abrazive. Alumina joacă, de asemenea, un rol-cheie în multe tipuri de substanțe ignifuge.

Deși mineritul și rafinarea aluminei pot fi foarte reciclabile, unele probleme de mediu rămân asociate cu mineritul și rafinarea acesteia. Printre acestea se numără poluarea fonică, problemele ergonomice, riscurile de traumă și stropirea pielii sau a ochilor cu sodă caustică. În plus, atât praful de bauxită, cât și pulberea de alumină au fost asociate cu complicații respiratorii, inclusiv iritații sau inflamații ale plămânilor.

Unii lucrători au raportat probleme de sănătate, cum ar fi cancerul, bolile renale și leziunile hepatice atribuite expunerii la praf de bauxită și praf de alumină, precum și la diverși contaminanți; cu toate acestea, studiile efectuate au stabilit că cele mai bune practici actuale în minerit și rafinare nu par să crească riscurile acestor probleme.