Extracția bauxitei și rafinarea aluminei

Cu aproximativ 85%, producția mondială de bauxită servește drept materie primă pentru producția de alumină. Australia exploatează și rafinează alumina în Queensland, Australia de Vest, Teritoriul de Nord și Tasmania, utilizând cele mai bune practici de exploatare minieră și operațiuni de rafinare care nu prezintă riscuri grave pentru sănătatea la locul de muncă.

În 1886, Charles Hall din America și Paul Heroult din Franța au conceput în mod independent un proces economic de producere a aluminiului prin electroliza criolitului topit; acest proces a devenit cunoscut sub numele de procesul Bayer.

Minerit

Aluminiul este unul dintre cele mai abundente elemente existente în natură, însă nu poate fi extras în stare pură. În schimb, există sub formă de diferiți compuși în roci și sedimente, principala sursă mondială fiind roca bauxită, care trebuie extrasă și rafinată în alumină înainte de a produce aluminiu în locațiile miniere din întreaga lume.

Procesele de extracție și rafinare a aluminiului produc deșeuri semnificative, volumele mari de deșeuri toxice, cum ar fi TENORM, fiind asociate cu mai multe probleme de sănătate, inclusiv fibroză, mezoteliom și boli pulmonare. În plus, metalele grele se infiltrează în sursele de apă din grămezile de deșeuri, contaminându-le cu niveluri potențial periculoase care amenință integritatea mediului.

Pentru a reduce impactul asupra mediului asociat cu producția de alumină, se investesc resurse substanțiale în reabilitarea minelor și în refacerea habitatelor naturale. Din păcate, această activitate implică anumite riscuri pentru angajații din sectoarele minier și de rafinare, care ar putea fi expuși la afecțiuni respiratorii și cutanate, inclusiv mezoteliom, cancere ale pielii și rinichilor, boli pulmonare degenerative sau boli infecțioase dobândite în comunitate, cum ar fi malaria sau febra dengue, dacă sunt prezenți țânțari.

Exploatarea bauxitei utilizează de obicei tehnici de extracție la suprafață, iar Australia, Guineea și China sunt responsabile pentru producerea majorității bauxitei la nivel mondial. Deoarece cea mai mare parte a bauxitei se găsește în zonele tropicale, aceasta trebuie să fie exploatată și aici, iar marile companii miniere exploatează, în general, mine în apropierea instalațiilor portuare, cu forță de muncă calificată în apropiere.

În cadrul procesului Bayer, bauxita este zdrobită, spălată și măcinată înainte de a fi dizolvată în sodă caustică la presiune și temperatură ridicate pentru a crea o soluție suprasaturată de aluminat de sodiu, cunoscută sub numele de lichid pregnant, care este apoi pompată în rezervoare înalte numite precipitatoare în care se adaugă semințe de hidroxid de aluminiu pentru a favoriza precipitarea cristalelor solide de hidroxid de aluminiu pe măsură ce lichidul pregnant se răcește - această alumină precipitată este apoi filtrată și trimisă direct în zonele de depozitare a reziduurilor de bauxită.

Pregătire

Aluminiul este unul dintre cele mai abundente elemente de pe Pământ, cunoscut pentru proprietățile sale ușoare, maleabile, ductile și necorozive. Din păcate însă, aluminiul nu se găsește în mod natural sub formă metalică și, prin urmare, trebuie extras din mine pentru a fi produs. Bauxita trebuie mai întâi transformată în alumină (oxid de aluminiu). Odată produsă, această substanță poate fi apoi transformată în diverse forme, cum ar fi bulgări, bile, lingouri și blocuri, până când, în cele din urmă, dă naștere producției de aluminiu metalic.

Bauxita este principala sursă de aluminiu și se găsește de obicei sub forma unei pături erodate, cunoscută sub numele de laterită sau duricrust, pe diferite roci ignoase, constând din oxid de aluminiu, oxid de fier și dioxid de siliciu. Numai zăcămintele care conțin gibbsită și boehmite, care conțin 65 și, respectiv, 85 % aluminiu, pot fi exploatate economic pentru producerea aluminei; astfel de zăcăminte tind să se găsească în principal de o parte și de alta a Ecuatorului.

Soluțiile calde de sodă caustică sunt utilizate pentru a dizolva mineralele cu conținut de aluminiu din bauxită (gibbsită, boehmite și diasporă). Acest proces este cunoscut sub numele de digestie sau levigare, iar soluția suprasaturată cu aluminat de sodiu rezultată este cunoscută sub numele de lichior pregnant. Odată separată de alumina de bază, siliciul insolubil din bauxită trebuie apoi separat prin filtrare de orice noroi roșu rezidual rămas după filtrare - care va fi în cele din urmă aruncat după filtrare.

Digestia necesită volume mari de apă. Apa este, de asemenea, necesară pentru fabricarea sodei caustice apoase și a altor produse chimice; pentru spălarea minereului, a reziduurilor, a deșeurilor de sodă caustică reciclată și a deșeurilor; precum și în scopul reducerii prafului. Utilizarea apei variază de la o uzină la alta, în funcție de calitatea bauxitei, de proiectarea uzinei și de disponibilitatea apei în regiunea respectivă.

Practicile uzinei tradiționale impuneau adăugarea de fluorură de calciu în timpul calcinării pentru a reduce nivelul de sodiu din materia primă de alumină; cu toate acestea, din cauza preocupărilor legate de emisiile de fluorură în atmosferă, această practică a fost abandonată. Din cauza acestor cerințe, a trebuit să se creeze noi tehnologii de prelucrare a aluminei cu conținut scăzut de sodiu. Alumina produsă prin această metodă este măcinată într-o moară de atriție folosind acid acetic pentru a elimina soda și a obține produse cu conținut scăzut de sodiu. Precipitarea aluminei necesită evacuarea gazului clorhidric pentru a forma cristale de clorură de alumină hexahidratată care sunt apoi filtrate, centrifugate, spălate cu acid clorhidric, filtrate din nou înainte de a fi dizolvate în apă fierbinte pentru a obține o suspensie de oxid de aluminiu (ALO) adecvată pentru prelucrarea ulterioară.

Rafinare

Aluminiul pe care îl folosim în fiecare zi este produs printr-o serie complexă de reacții chimice care începe cu rafinarea bauxitei. Alumina (Al2O3) servește drept materie primă pentru producerea aluminiului primar prin mijloace electrolitice; cu toate acestea, celelalte utilizări ale acesteia se extind mult dincolo de producția primară; sunt necesare aproximativ două tone pentru a produce o tonă de aluminiu primar; de fapt, aceasta joacă un rol vital și în multe alte produse chimice, cum ar fi materialele refractare utilizate pentru a căptuși cuptoare rotative și cuptoare la temperaturi ridicate, ca material abraziv, ca substanță abrazivă și chiar în procesele de purificare a apei.

Cea mai mare parte a exploatării bauxitei are loc prin metode de minerit la suprafață, trei țări - Australia, China și Guineea - reprezentând 72% din producția mondială. Bauxita este extrasă din sol prin metode precum dinamitarea, forarea și smulgerea cu buldozere mari, înainte de a fi transportată direct la rafinăriile de alumină din apropiere pentru prelucrare ulterioară.

Rafinarea aluminei este un proces complex în patru etape. În primul rând, bauxita trebuie să fie spălată și filtrată pentru a elimina impuritățile, cum ar fi siliciul. În continuare, lichiorul verde este încălzit la temperaturi ridicate într-un cuptor cu sodă caustică pentru amestecare până când are loc cristalizarea în vasele de precipitare cu particule de semințe de soluție de hidroxid de alumină însămânțate pe acestea de către semănători; precipitarea stimulează apoi creșterea suplimentară a soluției de hidroxid de alumină înainte de a trece la etapele ulterioare de rafinare.

sudarea are loc frecvent în rafinăriile de alumină și în atelierele miniere, ceea ce duce la expunerea la vapori și praf care pot duce la boli și leziuni respiratorii. Prin urmare, ar trebui instituite controale pentru a minimiza acest risc, expunerea la vibrații și expunerea la substanțe periculoase, ca și alte probleme de sănătate la locul de muncă, apar în regiunile tropicale, unde munca în aer liber este norma, crescând potențial expunerea lucrătorilor la stres termic, în timp ce oboseala cauzată de vibrațiile transmise întregului corp a fost asociată cu utilaje precum racletele, platformele de foraj, camioanele sau excavatoarele care operează astfel de utilaje.

Topire

Alumina este principala materie primă necesară pentru fabricarea aluminiului. Acesta este produs printr-un proces în patru etape cunoscut sub numele de Procesul Bayer - denumit astfel după dezvoltatorul său Karl Josef Bayer. Minereul de bauxită este măcinat fin și introdus într-un digestor încălzit cu abur, unde este amestecat sub presiune cu o soluție de sodă caustică pentru a forma o soluție de aluminat de sodiu (licoare verde), în timp ce deșeurile de sodă caustică sunt reciclate înapoi în procesul de digestie ca materie primă; Alumina poate fi apoi extrasă prin evaporare și cristalizare pentru a produce o pulbere albă cunoscută sub numele de gibbsită.

Reducerea aluminei în lingouri >>În timpul fazei de reducere a producției, alumina se dizolvă în așa-numitele vase de reducere - cochilii dreptunghiulare adânci de oțel căptușite cu carbon sau grafit care conțin electrolit de criolit. Un curent electric trece prin acest amestec în timp ce anozii de carbon servesc drept catozi; aluminiul și oxigenul din alumină reacționează cu anodul de carbon pentru a produce dioxid de carbon gazos care apoi reacționează cu anozii de aluminiu metalic ca catod, producând dioxid de carbon gazos și rămânând ca anozi de aluminiu metalic, lăsând doar aluminiu metalic la catod; apoi intră în cuptoare de păstrare unde impuritățile sunt eliminate, se adaugă elemente de aliere și se toarnă în lingouri.

Lingourile de alumină sunt utilizate pentru a produce o gamă largă de produse. Acestea pot fi laminate în foi, folii și bare; extrudate în tije lungi utilizate pentru producția de sârmă; sau presate izostatic uscat sau turnate pentru a produce tije lungi utilizate în fabricarea sârmei. Lingourile de aluminiu pot fi, de asemenea, transformate în diverse forme prin laminare la cald sau la rece; turnare prin alunecare; turnare prin injecție sau tehnici de turnare prin injecție.

Operațiunile de minerit, rafinare și topire se străduiesc să își reducă la minimum impactul asupra mediului prin utilizarea de echipamente eficiente din punct de vedere energetic și prin dezvoltarea de procese de reciclare. Odată ce operațiunile miniere s-au încheiat, se depun eforturi pentru a readuce terenul la starea inițială imediat ce operațiunile miniere încetează. Poluarea aerului poate fi controlată prin sisteme de ventilație adecvate, precum și prin dispozitive de control al poluării aerului, cum ar fi scrubbers. Poluarea apei poate fi atenuată prin reciclarea zgurii, a lichidelor reziduale și a gazelor pentru reutilizare.