Boksit Alümina Madenciliği Süreci

Dr. Donoghue ve Bay Frisch Avustralya Alcoa'nın tam zamanlı çalışanlarıdır.

Boksit, alüminyum üretimi için birincil hammaddedir ve dünya çapında büyük yataklarda bulunabilir. Boksit ezilir ve kostik soda çözeltisinde pişirilir, ardından gibsit adı verilen alüminyum hidroksit tohumlarıyla tohumlanarak kırmızı çamur atığına çökelmesi sağlanır ve birçok ülkede ciddi etkileri olan çevreye zararlı kırmızı bir balçık kalıntısı bırakır.

Bayer Süreci

Alüminyum üretimi için çıkarılan boksit cevheri, alüminyumun hidroksitlerini ve oksihidroksitlerini2 (gibbsite, bayerite ve nordstrandite), demir oksitlerini2 (ferrisite ve goethite) ve titanyum dioksiti2 (rutile ve diaspore) içerir. Bayer Prosesi, bu boksit cevherini kimyasal olarak alüminaya dönüştürür - Hall-Heroult elektrolitik prosesi yoluyla saf alüminyum metali üretmeye yönelik ilk adım.

Bayer Prosesindeki sindirim ve arıtma adımlarının her ikisi de hayati öneme sahiptir. Sindirim sırasında ortaya çıkan çözünmeyen kalıntılar kırmızı çamur olarak bilinir ve çevresel nedenlerle temizlenmelidir. Ayrıca, arıtmadan sonra kalan alüminat çözeltisi saflaştırılmalıdır - NaCl içermeyen kostik çözeltisi, iyon değişimi saflaştırması veya yüksek sıcaklıkta sinterleme kullanımı bu iki akıştaki safsızlık seviyelerini kontrol etmeye yardımcı olabilir.

Bir alüminat çözeltisinin berraklaştırılması, yerçekimi çökeltmesi ve koyulaştırıcılarda (tırmıklı koyulaştırıcılar olarak da adlandırılır) suyla durulama yoluyla gerçekleştirilir ve alümina trihidrata çökeltme için uygun konsantre bir sodyum alüminat çözeltisi oluşturulur. Kaba partiküller ham siklonlar kullanılarak ekstrakte edilirken daha ince katılar filtreleme yoluyla tutulur; daha sonra çözelti, uzun silol benzeri çökelticilere pompalanmadan önce aşırı doygunluğu artırmak için daha da soğutulur; bu, daha sonra ticari olarak saf alüminaya ayrıştırılmadan önce yıkanması, filtrelenmesi ve kurutulması gereken çökeltilmiş alümina hidrat üretir2.

Hall-Heroult elektrolitik prosesinde, az miktarda ferrit safsızlıkları (küçük safsızlıklar) içeren metalik alüminyum, bir anot elektrottan karbon içeren bir alüminat çözeltisinden elektrik akımı geçirilerek erimiş tuzdan (sodyum klorür ve kalsiyum klorür karışımı) ayrılır, burada karbon diğer safsızlıklarla reaksiyona girerek Alüminat adı verilen beyaz kristalli bir bileşik oluşturur ve saf alüminyum üretmek için alaşım elementleri eklenirken safsızlıkların giderildiği büyük bekletme fırınlarına aktarılır.

Bayer proses üfleme akışındaki kirlilik seviyelerini önceden belirlenmiş seviyelerin altında tutmak ve aynı zamanda ek bir arıtma olmadan doğrudan doğal alıcı ortamlara deşarj edilebilen atık su üretmek önemli bir zorluktur. Bu başarıyı elde etmek için boksit mineralojisindeki değişiklikleri yönetmek, üretim oranlarını optimize etmek, rakip reaksiyonları kontrol etmek, kırmızı çamur birikintilerinden kaynaklanan kayıpları en aza indirmek gibi faktörlerin hepsinin uyum içinde bir araya gelmesi gerekir.

Eritme

Bir alüminyum oksit kayası olan boksit, alüminyum üretmek için çıkarılabilir ve rafine edilebilir. Madencilik ve arıtma süreçleri, TENORM (Doğal Kökenli Eser Elementler) gibi toksik elementler içeren önemli miktarda atık madde üretmektedir. Alümina daha sonra elektrolizle metale dönüştürülmek üzere bir alüminyum izabe fırınına gider; bu süreçte ortaya çıkan atıkları en aza indirmek için mümkün olduğunca fazla alüminayı yeniden kullanacak yöntemlerin bulunması faydalı olacaktır.

Alümina, cam, porselen ve otomobiller için metalik boyalar gibi endüstriyel ürünlerde hammadde olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Alümina ayrıca düşük elektrik iletkenliği, kimyasal saldırılara karşı direnci, aşırı mukavemeti ve sertliği (Mohs'un sertlik ölçeğinde 9) nedeniyle birçok başka uygulamaya da sahiptir.

Alümina madenciliği ve rafine etme süreçlerinin bir parçası olarak, arazinin operasyonları engelleyebilecek bitki örtüsü ve ağaçlardan temizlenmesi gerekmektedir. Boksit, yakınlarda bulunan rafinerilere taşınmak üzere kamyonlara, demiryolu vagonlarına veya konveyör bantlara yüklenmeden önce patlatma, delme, sökme ve çok büyük buldozerler kullanılarak parçalanır.

Alümina rafinasyon sürecinin başlangıcında, alümina parçalanır ve sodyum alüminat aşırı doymuş çözeltisi oluşturmak için bir kostik soda çözeltisine daldırılır. Daha sonra bir bulamaç reaktörüne aktarılır ve burada kalsinasyon olarak bilinen bir işlemle kimyasal olarak birleştirilmiş suyu uzaklaştırmak için yüksek sıcaklıklarda ısıtılır, katılaşmış alümina hidrat üretilir ve daha sonra karbon anotlar sokulmadan önce tuğla kaplı kaplarda depolanır ve alüminayı saf alüminyuma elektroliz etmek için içlerinden bir elektrik akımı geçirilir ve daha sonra tekrar kaplara aktarılır ve son olarak çeşitli şekillerde kütüklerin elle şekillendirildiği dökümhanelere geri aktarılır.

Kütükler külçeler halinde kesildikten sonra, inşaat demiri adı verilen uzun çubukları haddelemek için kullanılırlar, bunlar daha sonra çeşitli uzunluklarda kesilebilir ve buna göre kullanılabilir. Son olarak, bu uzun çubuklar eritilerek daha ileri işlemler için külçeler üretilir.

Döküm

Alüminyum günümüzün modern dünyasında merkezi bir unsurdur; binalardan arabalara, ambalajlardan spor ekipmanlarına kadar her yerde kullanılır. Ancak alüminyum doğal olarak saf metal olarak ortaya çıkmaz; bunun yerine boksit cevheri olarak kökeninden bugün hepimizin bildiği ve keyif aldığı hafif metal haline gelmek için karmaşık bir dönüşüm sürecinden geçer.

İlk olarak, boksit büyük buldozerlerle delme, patlatma ve sökme gibi teknikler kullanılarak topraktan çıkarılır. Daha sonra alümina üretmek için Bayer rafinasyon sürecini kullanan yakındaki bir alümina rafinerisine nakledilmeden önce kırma ve yıkama işlemleri gerçekleştirilir.

Sıcak kostik soda çözeltisi, boksitte bulunan alüminyum içeren mineralleri (gibsite, bohmite ve diaspore) çözerek hamile likör olarak bilinen aşırı doymuş sodyum alüminat çözeltisi oluşturmak için kullanılır, daha sonra kalsinasyon için bir alüminyum oksit (Al2O3) fırınına gönderilir, ardından yıkanır, kurutulur ve kalan kristalizasyon suyunu uzaklaştırmak için tekrar ısıtılır ve daha sonra Alümina Hidrat olarak bilinen kuru beyaz kumlu malzeme oluşturan yüksek saflıkta alümina üretilir.

Alümina, refrakter malzemeler, kimyasal ürünler ve alçı ve silika gibi hammaddeler dahil olmak üzere çeşitli ürünlerde kullanılır; hatta bazıları rafine etme işleminin kendisine geri dönüştürülür.

Alüminanın rafine edilmesi, üretilen her ton için iki ila üç ton atık üretir; kırmızı çamur olarak bilinen bu malzemeler, çevresel etkileri en aza indirmek için dikkatli bir şekilde işlenmelidir.

Alümina rafine edildikten sonra çeşitli uygulamalarda kullanılmak üzere külçeler halinde dökülür. Levhalar, folyolar ve çubuklar halinde haddelenebilir; elektrik iletim hatları için kablo haline getirilen tellere çekilebilir; karmaşık şekillerde kalıplanabilir veya pencere çerçeveleri gibi ekstrüde profiller haline getirilebilir; hatta tekrar külçelere geri dönüştürülebilir - bu da alüminyumu sonsuz geri dönüştürülebilir bir metal haline getirir! Ayrıca, farklı müşteri gereksinimlerini karşılamak için belirli özellikler sunan farklı alaşımlar mevcuttur.

Geri Dönüşüm

Alüminyum, soda kutularından araba parçalarına kadar çok sayıda üründe kullanılan en yaygın metallerden biridir, ancak doğal olarak saf halde bulunmaz. Bunun yerine, çeşitli alüminyum oksit formları içeren boksit kayalarından çıkarılması ve hem enerji hem de su kaynakları gerektiren bu üç aşamalı süreçte alüminaya dönüştürülmeden önce rafine edilmesi gerekir.

Madencilik sürecinin bir parçası olarak, Alümina Madenciliği öncelikle patlatma veya delme yöntemlerini kullanarak boksiti örten kaya ve kil tabakaları olan aşırı yükün kaldırılmasını gerektirir. Bu malzeme gevşetildikten sonra, işlenmek üzere bir alümina işleme tesisine taşınmak üzere kamyonlara yüklenebilir.

Bir boksit işleme tesisinde, cevher boyutunu küçültmek için kırılır, ardından sıcak kostik sodaya daldırılarak gibsit ve bohmit gibi alüminyum içeren mineraller çözülür ve silisten ayrılarak hamile likör olarak bilinen sodyum alüminat aşırı doymuş çözelti haline getirilir.

Ham sıvının bir kısmı, daha yaygın olarak sönmüş kireç olarak adlandırılan alüminyum hidroksit oluşturmak için işlenirken, geri kalanı doğrudan bileşenlerinin alüminyum metale dönüşecek kimyasal reaksiyonlara gireceği bir alümina rafinerisine gönderilir.

Alümina, plastik üretiminden aşındırıcılara kadar endüstrilerde birçok farklı uygulama için kullanılan vazgeçilmez bir endüstriyel malzemedir. Alümina ayrıca birçok yangın geciktirici türünde önemli bir rol oynar.

Alümina madenciliği ve rafinasyonu yüksek oranda geri dönüştürülebilir olsa da, madenciliği ve rafinasyonu ile ilgili bazı çevresel endişeler devam etmektedir. Bunlar arasında gürültü kirliliği, ergonomik sorunlar, travma riskleri ve cilde veya gözlere kostik soda sıçraması yer almaktadır. Ayrıca, hem boksit tozu hem de alümina tozu, akciğerlerde tahriş veya iltihaplanma dahil olmak üzere solunum komplikasyonlarıyla ilişkilendirilmiştir.

Bazı işçiler, boksit tozu ve alümina tozunun yanı sıra çeşitli kirleticilere maruz kalmaya bağlı olarak kanser, böbrek hastalığı ve karaciğer hasarı gibi sağlık sorunları bildirmiştir; ancak yapılan çalışmalar, madencilik ve rafinajdaki mevcut en iyi uygulamaların bu sorunların riskini artırmadığını belirlemiştir.