Boksit Madenciliği ve Alümina Rafinasyonu

Yaklaşık 85% olan dünya boksit üretimi, alümina üretimi için hammadde görevi görmektedir. Avustralya, Queensland, Batı Avustralya, Kuzey Bölgesi ve Tazmanya'da ciddi iş sağlığı riskleri oluşturmayan en iyi uygulama madencilik ve rafinaj operasyonlarını kullanarak alümina çıkarmakta ve rafine etmektedir.

Amerika'da Charles Hall ve Fransa'da Paul Heroult, 1886 yılında erimiş kriyolitin elektrolizi yoluyla alüminyum üretmek için bağımsız olarak ekonomik bir süreç tasarladılar; bu Bayer süreci olarak tanındı.

Madencilik

Alüminyum doğada en bol bulunan elementlerden biridir, ancak saf halde çıkarılamaz. Bunun yerine, kayalarda ve tortularda çeşitli bileşikler halinde bulunur ve dünyanın birincil kaynağı, dünya çapındaki madencilik yerlerinde alüminyum üretmeden önce çıkarılması ve alüminaya rafine edilmesi gereken boksit kayasıdır.

Alüminyum madenciliği ve rafine etme süreçleri, fibroz, mezotelyoma ve akciğer hastalığı da dahil olmak üzere çeşitli sağlık sorunlarıyla ilişkilendirilen TENORM gibi büyük hacimlerde toksik atıklarla birlikte önemli miktarda atık üretmektedir. Ayrıca, atık yığınlarından su kaynaklarına sızan ağır metaller, bu kaynakları çevresel bütünlüğü tehdit eden potansiyel olarak tehlikeli seviyelerde kirletmektedir.

Alümina üretimiyle ilişkili çevresel etkileri azaltmak için, maden rehabilitasyonuna ve doğal yaşam alanlarının restorasyonuna önemli kaynaklar yatırılmaktadır. Ne yazık ki bu faaliyetler, mezotelyoma, deri ve böbrek kanserleri, dejeneratif akciğer hastalıkları veya sivrisinek varsa sıtma veya dang humması gibi toplumdan edinilen bulaşıcı hastalıklar dahil olmak üzere solunum ve deri hastalıklarına maruz kalabilecek madencilik ve rafinaj sektörlerindeki çalışanlar için belirli riskler içermektedir.

Boksit madenciliği tipik olarak açık ocak tekniklerini kullanır ve Avustralya, Gine ve Çin küresel boksitin çoğunu üretmekten sorumludur. Boksitin çoğu tropikal bölgelerde bulunduğundan, buralarda da çıkarılması gerekir ve büyük madencilik şirketleri genellikle liman tesislerinin yakınında eğitimli işgücüne sahip madenler işletir.

Bayer Prosesi kapsamında boksit, yüksek basınç ve sıcaklık altında kostik sodada çözündürülmeden önce kırılır, yıkanır ve öğütülür, böylece hamile likör olarak bilinen sodyum alüminat aşırı doymuş çözeltisi oluşturulur, daha sonra hamile likör soğudukça katı alüminyum hidroksit kristal çökeltisini tohumlamak için alüminyum hidroksit tohumlarının eklendiği çökeltici adı verilen uzun tanklara pompalanır - bu çökeltilmiş alümina daha sonra filtrelenir ve doğrudan boksit kalıntısı depolama alanlarına gönderilir.

Hazırlık

Alüminyum, hafif, dövülebilir, sünek ve korozif olmayan özellikleriyle bilinen, Dünya'da en bol bulunan elementlerden biridir. Ancak ne yazık ki alüminyum doğal olarak metalik formda oluşmaz ve bu nedenle onu üretmek için çıkarılması gerekir. Boksit önce işlenerek alüminaya (alüminyum oksit) dönüştürülmelidir. Bu madde bir kez üretildikten sonra sümüklü böcek, kütük, külçe ve blum gibi çeşitli şekillere dönüştürülebilir ve sonunda alüminyum metal üretimine yol açar.

Boksit, alüminyumun ana kaynağıdır ve tipik olarak alüminyum oksit, demir oksit ve silikon dioksitten oluşan çeşitli magmatik kayalar üzerinde laterit veya durikrust olarak bilinen ayrışmış bir örtü olarak ortaya çıkar. Sadece sırasıyla yüzde 65 ve 85 alüminyum içeren gibsit ve boehmit içeren yataklar alümina üretimi için ekonomik olarak kullanılabilir; bu tür yataklar çoğunlukla Ekvator'un her iki tarafında bulunma eğilimindedir.

Boksit içindeki alüminyum içeren mineralleri (gibsit, boehmit ve diaspore) çözmek için sıcak kostik soda çözeltileri kullanılır. Bu işlem sindirim veya liç olarak bilinir ve sonuçta ortaya çıkan aşırı doymuş sodyum alüminat çözeltisi hamile likör olarak bilinir. Ana alüminadan ayrıldıktan sonra, boksitteki çözünmeyen silika, filtreleme yapıldıktan sonra kalan kırmızı çamurdan filtreleme yoluyla ayrılmalıdır - bu da filtrelemeden sonra atılacaktır.

Çürütme işlemi büyük miktarlarda su gerektirir. Sulu kostik soda ve diğer kimyasalların üretiminde; cevherin, artıkların, geri dönüştürülmüş kostik soda atıklarının ve atıkların yıkanmasında ve toz azaltma amacıyla da su gereklidir. Su kullanımı boksit kalitesine, tesis tasarımına ve bölgelerindeki su mevcudiyetine bağlı olarak tesisler arasında değişiklik gösterir.

Geleneksel tesis uygulamaları, alümina hammaddesindeki sodyum seviyelerini düşürmek için kalsinasyon sırasında kalsiyum florür eklenmesini gerektiriyordu; ancak atmosfere florür emisyonlarıyla ilgili endişeler nedeniyle bu uygulama o zamandan beri terk edildi. Bu gereksinimler nedeniyle, yeni düşük sodyumlu alümina işleme teknolojilerinin yaratılması gerekmiştir. Bu yöntemle üretilen alümina, sodayı gidermek ve düşük sodyumlu ürünler üretmek için asetik asit kullanılarak bir yıpratma değirmeninde öğütülür. Alüminanın çökeltilmesi, alümina klorür hekzahidrat kristalleri oluşturmak için hidroklorik gaz püskürtülmesini gerektirir; bu kristaller daha sonra filtrelenir, santrifüjlenir, hidroklorik asitle yıkanır, daha sonraki işlemler için uygun bir alüminyum oksit (ALO) bulamacı elde etmek üzere sıcak suda çözülmeden önce tekrar filtrelenir.

Arıtma

Her gün kullandığımız alüminyum, boksitin rafine edilmesiyle başlayan karmaşık bir dizi kimyasal reaksiyonla üretilir. Alümina (Al2O3), elektrolitik yollarla birincil alüminyum üretimi için hammadde görevi görür; ancak diğer kullanımları birincil üretimin çok ötesine uzanır; bir ton birincil alüminyum üretmek için yaklaşık iki ton gereklidir; aslında yüksek sıcaklıktaki döner fırınları ve fırınları kaplamak için kullanılan refrakter malzemeler, aşındırıcı bir malzeme olarak, aşındırıcı bir madde olarak ve hatta su arıtma işlemleri gibi diğer birçok kimyasalda da hayati bir rol oynar.

Boksit madenciliğinin çoğu açık ocak madenciliği yöntemleriyle yapılmakta olup, üç ülke - Avustralya, Çin ve Gine - küresel üretimin 72%'sini gerçekleştirmektedir. Boksit, patlatma, delme ve büyük buldozerlerle sökme gibi yöntemler kullanılarak topraktan çıkarılır ve daha ileri işlemler için doğrudan yakındaki alümina rafinerilerine taşınır.

Alümina rafinasyonu dört aşamalı karmaşık bir süreçtir. İlk olarak, boksit yıkanmalı ve silika gibi safsızlıkların giderilmesi için filtrelenmelidir. Daha sonra, yeşil likör, üzerine tohumlayıcılar tarafından tohumlanan alümina hidroksit çözeltisinin tohum parçacıkları ile çökeltici kaplarda kristalleşme meydana gelene kadar karıştırmak için kostik soda ile bir fırında yüksek sıcaklıklara ısıtılır; çökeltme daha sonra rafine işleminin sonraki adımlarına geçmeden önce daha fazla alümina hidroksit çözeltisinin büyümesini teşvik eder.

Alümina rafinerilerinde ve maden atölyelerinde sık sık kaynak yapılmakta ve bu da solunum yolu hastalıklarına ve yaralanmalara yol açabilecek duman ve toza maruz kalınmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, açık havada çalışmanın norm olduğu tropikal bölgelerde iş sağlığı ile ilgili diğer sorunlar ortaya çıktığı için bu riski, titreşime maruz kalmayı ve tehlikeli maddelere maruz kalmayı en aza indirecek kontroller uygulanmalıdır; bu durum işçiler için ısı stresine maruz kalmayı potansiyel olarak artırırken, tüm vücut titreşim yorgunluğu kazıyıcılar, sondaj kuleleri, kamyonlar veya ekskavatörler gibi makineleri çalıştıran makinelerle ilişkilendirilmiştir.

Eritme

Alümina, alüminyum üretimi için gerekli olan birincil hammaddedir. Bayer Süreci olarak bilinen ve adını geliştiricisi Karl Josef Bayer'den alan dört aşamalı bir süreçle üretilir. Boksit cevheri ince öğütülür ve buharla ısıtılan bir çürütücüye beslenir; burada basınç altında kostik soda çözeltisi ile karıştırılarak sodyum alüminat çözeltisi (yeşil likör) oluşturulurken, kostik soda atıkları hammadde olarak çürütme işlemine geri dönüştürülür; Alümina daha sonra buharlaştırma ve kristalleştirme yoluyla çıkarılabilir ve gibsit olarak bilinen beyaz toz elde edilir.

Alüminanın Külçelere İndirgenmesi >> Üretimin indirgeme aşamasında alümina, karbon veya grafitle kaplı, kriyolit elektrolit içeren derin dikdörtgen çelik kabuklar olan indirgeme potalarında çözünmektedir. Karbon anotlar katot görevi görürken bu karışımdan bir elektrik akımı geçer; alüminadan gelen alüminyum ve oksijen karbon anotla reaksiyona girerek karbondioksit gazı üretir, bu da katot olarak metalik alüminyum anotlarla reaksiyona girerek karbondioksit gazı üretir ve katotta sadece metalik alüminyum bırakarak metalik alüminyum anotlar olarak kalır; daha sonra safsızlıkların giderildiği, alaşım elementlerinin eklendiği ve külçelere döküldüğü bekletme fırınlarına girer.

Alümina külçeleri bir dizi ürün üretmek için kullanılır. Levha, folyo ve çubuklar halinde haddelenebilir; tel üretimi için kullanılan uzun çubuklar halinde ekstrüde edilebilir; veya tel yapımında kullanılan uzun çubuklar üretmek için kuru izostatik presleme veya döküm yapılabilir. Alüminyum külçeler ayrıca sıcak veya soğuk haddeleme; kayar döküm; enjeksiyon kalıplama veya enjeksiyon kalıplama teknikleri ile çeşitli şekillere dönüştürülebilir.

Madencilik, arıtma ve eritme operasyonları, enerji tasarruflu ekipmanlar kullanarak ve geri dönüşüm süreçleri geliştirerek çevresel etkilerini en aza indirmeye çalışmaktadır. Madencilik faaliyetleri sona erdikten sonra arazinin eski haline getirilmesi için çaba gösterilmektedir. Hava kirliliği, yeterli havalandırma sistemlerinin yanı sıra yıkayıcılar gibi hava kirliliği kontrol cihazları ile kontrol edilebilir. Su kirliliği, cüruf, atık sıvılar ve gazların yeniden kullanım için geri dönüştürülmesi yoluyla azaltılabilir.