Ťažba bauxitu a rafinácia oxidu hlinitého

Celosvetová produkcia bauxitu v objeme približne 85% slúži ako surovina na výrobu oxidu hlinitého. Austrália ťaží a rafinuje oxid hlinitý v Queenslande, Západnej Austrálii, Severnom teritóriu a Tasmánii s použitím osvedčených postupov ťažby a rafinácie, ktoré nepredstavujú vážne zdravotné riziká pri práci.

Charles Hall v Amerike a Paul Heroult vo Francúzsku nezávisle od seba navrhli v roku 1886 ekonomický proces výroby hliníka elektrolýzou roztaveného kryolitu; tento proces sa stal známym ako Bayerov proces.

Ťažba

Hliník je jedným z najrozšírenejších prvkov v prírode, ale nedá sa získať v čistom stave. Namiesto toho sa vyskytuje vo forme rôznych zlúčenín v horninách a sedimentoch, pričom jeho hlavným svetovým zdrojom je bauxitová hornina, ktorá sa pred výrobou hliníka musí vyťažiť a spracovať na oxid hlinitý v banských lokalitách na celom svete.

Pri ťažbe a rafinácii hliníka vzniká značné množstvo odpadu, pričom veľké objemy toxického odpadu, ako je TENORM, sú spojené s viacerými zdravotnými problémami vrátane fibrózy, mezoteliómu a pľúcnych ochorení. Okrem toho sa ťažké kovy z háld odpadu vylúhujú do vodných zdrojov a kontaminujú ich potenciálne nebezpečnými hodnotami, ktoré ohrozujú integritu životného prostredia.

S cieľom znížiť vplyv výroby oxidu hlinitého na životné prostredie sa investujú značné prostriedky do sanácie baní a obnovy prírodných biotopov. Žiaľ, táto činnosť so sebou prináša určité riziká pre zamestnancov v ťažobnom a rafinérskom sektore, ktorí by mohli byť vystavení respiračným a kožným ochoreniam vrátane mezoteliómu, rakoviny kože a obličiek, degeneratívnych pľúcnych ochorení alebo infekčných ochorení získaných v komunite, ako je malária alebo horúčka dengue, ak sú prítomné komáre.

Pri ťažbe bauxitu sa zvyčajne využívajú povrchové techniky a väčšinu bauxitu na svete produkujú Austrália, Guinea a Čína. Keďže väčšina bauxitu sa vyskytuje v tropických oblastiach, musí sa tu aj ťažiť, pričom veľké ťažobné spoločnosti spravidla prevádzkujú bane v blízkosti prístavných zariadení s vyškolenými pracovnými silami v blízkosti.

V rámci Bayerovho procesu sa bauxit rozdrví, premyje a pomelie a potom sa pod vysokým tlakom a teplotou rozpustí v hydroxide sodnom, čím sa vytvorí presýtený roztok hlinitanu sodného, známy ako pregnantný lúh, ktorý sa potom prečerpá do vysokých nádrží nazývaných precipitátory, kde sa pridajú semená hydroxidu hlinitého, aby sa pri ochladzovaní pregnantného lúhu vyzrážali pevné kryštály hydroxidu hlinitého - tento vyzrážaný oxid hlinitý sa potom filtruje a posiela priamo do skladovacieho priestoru na zvyšky bauxitu.

Príprava

Hliník je jedným z najrozšírenejších prvkov na Zemi, známy svojou ľahkosťou, kujnosťou, tvárnosťou a nekorozívnymi vlastnosťami. Hliník sa však, žiaľ, nevyskytuje v prírode v kovovej forme, a preto sa musí na jeho výrobu ťažiť. Bauxit sa musí najprv spracovať na oxid hlinitý. Po výrobe sa táto látka môže následne formovať do rôznych tvarov, ako sú slimáky, polotovary, ingoty a bloky, až nakoniec vznikne výroba kovového hliníka.

Bauxit je hlavným zdrojom hliníka a zvyčajne sa vyskytuje ako zvetraná pokrývka známa ako laterit alebo durikrust na rôznych vyvretých horninách, ktorá pozostáva z oxidu hlinitého, oxidu železitého a oxidu kremičitého. Na výrobu oxidu hlinitého sa môžu ekonomicky využívať len ložiská, ktoré obsahujú gibbsit a boehmit s obsahom 65, resp. 85 % hliníka; takéto ložiská sa nachádzajú najmä na oboch stranách rovníka.

Na rozpustenie minerálov obsahujúcich hliník v bauxite (gibbsitu, boehmitu a diaspóru) sa používajú horúce roztoky žieravej sódy. Tento proces sa nazýva digescia alebo lúhovanie a výsledný presýtený roztok hlinitanu sodného sa nazýva pregnantný lúh. Po oddelení od materského oxidu hlinitého sa nerozpustný oxid kremičitý v bauxite musí oddeliť filtráciou od zvyšného červeného bahna, ktoré zostane po filtrácii - a ktoré sa nakoniec po filtrácii vyhodí.

Trávenie si vyžaduje veľké množstvo vody. Voda je potrebná aj pri výrobe vodnej lúhovitej sódy a iných chemikálií, na pranie rudy, zvyškov, recyklovaného odpadu z lúhovitej sódy a odpadu, ako aj na účely znižovania prašnosti. Spotreba vody sa v jednotlivých závodoch líši v závislosti od kvality bauxitu, konštrukcie závodu a dostupnosti vody v ich regióne.

Tradičné výrobné postupy vyžadovali pridávanie fluoridu vápenatého počas kalcinácie s cieľom znížiť obsah sodíka v surovine oxidu hlinitého; od tejto praxe sa však upustilo z dôvodu obáv týkajúcich sa emisií fluoridu do atmosféry. V dôsledku týchto požiadaviek bolo potrebné vytvoriť nové technológie spracovania oxidu hlinitého s nízkym obsahom sodíka. Hliník vyrobený touto metódou sa melie v atrifikačnom mlyne s použitím kyseliny octovej s cieľom odstrániť sódu a vyrobiť výrobky s nízkym obsahom sodíka. Zrážanie oxidu hlinitého si vyžaduje plynné rozprašovanie kyseliny chlorovodíkovej, aby sa vytvorili kryštály chloridu hlinitého, ktoré sa potom filtrujú, odstreďujú, premývajú kyselinou chlorovodíkovou, opäť filtrujú pred rozpustením v horúcej vode, čím sa získa suspenzia oxidu hlinitého (ALO) vhodná na ďalšie spracovanie.

Zušľachťovanie

Hliník, ktorý používame každý deň, sa vyrába zložitým súborom chemických reakcií, ktoré sa začínajú rafináciou bauxitu. Hliník (Al2O3) slúži ako surovina na výrobu primárneho hliníka elektrolytickým spôsobom; jeho ďalšie využitie však ďaleko presahuje rámec primárnej výroby; na výrobu jednej tony primárneho hliníka sú potrebné približne dve tony; v skutočnosti zohráva dôležitú úlohu aj v mnohých ďalších chemických látkach, ako sú žiaruvzdorné materiály používané na vyzdievanie vysokoteplotných rotačných pecí a pecí, ako abrazívny materiál, ako brúsna látka, a dokonca aj v procesoch čistenia vody.

Väčšina ťažby bauxitu sa uskutočňuje povrchovou ťažbou, pričom na tri krajiny - Austráliu, Čínu a Guineu - pripadá 72% celosvetovej produkcie. Bauxit sa odoberá zo zeme pomocou metód, ako sú trhacie práce, vŕtanie a trhanie veľkými buldozérmi, a potom sa prepravuje priamo do blízkych rafinérií oxidu hlinitého na ďalšie spracovanie.

Rafinácia oxidu hlinitého je zložitý štvorstupňový proces. Najprv sa bauxit musí premyť a prefiltrovať, aby sa odstránili nečistoty, ako je napríklad oxid kremičitý. Potom sa zelený lúh zahrieva na vysoké teploty v peci so sódou kaustickou na miešanie, až kým nedôjde ku kryštalizácii v zrážacích nádobách so semennými časticami roztoku hydroxidu hlinitého, ktoré naň nasadili rozsievače; zrážanie potom podnecuje ďalší rast ďalšieho roztoku hydroxidu hlinitého pred prechodom k ďalším krokom rafinácie.

zváranie sa často vykonáva v rafinériách oxidu hlinitého a banských dielňach, čo vedie k vystaveniu výparom a prachu, ktoré môžu viesť k ochoreniam dýchacích ciest a zraneniam. Preto by sa mali zaviesť kontroly na minimalizáciu tohto rizika, vystavenia vibráciám a vystavenia nebezpečným látkam, keďže v tropických oblastiach, kde je práca vonku normou, vznikajú ďalšie problémy týkajúce sa zdravia pri práci, ktoré potenciálne zvyšujú vystavenie pracovníkov tepelnému stresu, zatiaľ čo únava z vibrácií celého tela sa spája so strojmi, ako sú škrabky, vrtné súpravy, nákladné vozidlá alebo rýpadlá obsluhujúce takéto stroje.

Tavenie

Hliník je základnou surovinou potrebnou na výrobu hliníka. Vyrába sa štvorstupňovým procesom známym ako Bayerov proces - pomenovaný po svojom tvorcovi Karlovi Josefovi Bayerovi. Bauxitová ruda sa jemne pomelie a privádza sa do fermentora vyhrievaného parou, kde sa pod tlakom zmieša s roztokom hydroxidu sodného a vytvorí sa roztok hlinitanu sodného (zelený lúh), zatiaľ čo odpad z hydroxidu sodného sa recykluje späť do fermentačného procesu ako surovina; oxid hlinitý sa potom môže extrahovať odparovaním a kryštalizáciou, čím sa získa biely prášok známy ako gibbsit.

Redukcia oxidu hlinitého na ingoty >>Počas redukčnej fázy výroby sa oxid hlinitý rozpúšťa v takzvaných redukčných nádobách - hlbokých obdĺžnikových oceľových škrupinách vyložených uhlíkom alebo grafitom, v ktorých sa nachádza kryolitový elektrolyt. Elektrický prúd prechádza touto zmesou, zatiaľ čo uhlíkové anódy slúžia ako katódy; hliník a kyslík z oxidu hlinitého reagujú s uhlíkovou anódou za vzniku plynného oxidu uhličitého, ktorý potom reaguje s kovovými hliníkovými anódami ako katódami za vzniku plynného oxidu uhličitého, pričom na katóde zostáva len kovový hliník; ten sa potom dostáva do udržiavacích pecí, kde sa odstraňujú nečistoty, pridávajú sa legujúce prvky a odlieva sa do ingotov.

Ingoty oxidu hlinitého sa používajú na výrobu celého radu výrobkov. Môžu sa valcovať na plechy, fólie a tyče; vytláčať na dlhé tyče používané na výrobu drôtov; alebo sa z nich suchým izostatickým lisovaním alebo odlievaním vyrábajú dlhé tyče používané na výrobu drôtov. Hliníkové ingoty sa môžu tiež formovať do rôznych tvarov prostredníctvom valcovania za tepla alebo za studena; klzného odlievania; vstrekovania alebo vstrekovacích techník.

Ťažobné, rafinérske a hutnícke prevádzky sa snažia minimalizovať svoj vplyv na životné prostredie používaním energeticky účinných zariadení a vývojom recyklačných procesov. Po ukončení ťažobných operácií sa usilujú o obnovu pôdy do pôvodného stavu hneď po ukončení ťažobných operácií. Znečistenie ovzdušia možno kontrolovať prostredníctvom vhodných ventilačných systémov, ako aj zariadení na kontrolu znečistenia ovzdušia, napríklad skruberov. Znečistenie vody možno zmierniť recykláciou trosky, odpadových kvapalín a plynov na opätovné použitie.