Процес видобутку бокситів і глинозему

Д-р Донохью та пан Фріш є штатними співробітниками компанії Alcoa of Australia.

Боксити є основною сировиною для виробництва алюмінію, і їх можна знайти у великих родовищах по всьому світу. Боксити подрібнюють і варять у розчині каустичної соди перед тим, як засіяти насінням гідроксиду алюмінію, що називається гіббситом, щоб викликати його осадження в червоні шламові відходи, залишаючи екологічно шкідливий червоний шламовий залишок, який має серйозні наслідки в багатьох країнах.

Процес Bayer

Бокситова руда, яку видобувають для виробництва алюмінію, містить гідроксиди та оксигідроксиди алюмінію2 (гіббіт, баєрит і нордстрандит), оксиди заліза2 (феризит і гетит) та діоксид титану2 (рутил і діаспор). Процес Байєра хімічно перетворює цю бокситову руду на глинозем - перший крок до виробництва чистого металевого алюмінію за допомогою електролітичного процесу Холла-Герульта.

Етапи зброджування та освітлення в процесі Байєра є життєво важливими. Будь-який нерозчинний залишок, що утворюється під час розщеплення, відомий як червоний шлам, і повинен бути очищений з екологічних міркувань. Крім того, алюмінатний розчин, що залишився після освітлення, повинен бути очищений - використання каустичного розчину без NaCl, іонообмінного очищення або високотемпературного спікання може допомогти контролювати рівень домішок у цих двох потоках.

Освітлення розчину алюмінату здійснюється шляхом гравітаційного відстоювання і промивання водою в згущувачах (також званих грабельними згущувачами), створюючи концентрований розчин алюмінату натрію, придатний для осадження в тригідрат глинозему. Грубі частинки витягуються за допомогою грубих циклонів, а більш дрібні тверді частинки затримуються фільтруванням; потім розчин додатково охолоджується для збільшення пересичення перед перекачуванням у високі силоподібні осаджувачі; в результаті утворюється осаджений гідрат глинозему, який потім необхідно промити, відфільтрувати і висушити, перш ніж він буде розкладений на товарний чистий глинозем2.

В електролітичному процесі Холла-Геруля металевий алюміній з невеликою кількістю феритних домішок (незначні домішки) відокремлюють від розплавленої солі (суміші хлориду натрію і хлориду кальцію) шляхом пропускання електричного струму через розчин алюмінату, що містить вуглець, з анодного електрода, де вуглець реагує з іншими домішками, утворюючи білокристалічну сполуку, яка називається алюмінат, що переноситься у великі витримувальні печі, де домішки видаляються, а елементи, що додаються, легуються, і отримують чистий алюміній.

Підтримання рівня домішок у продувному потоці на заводі Bayer на рівні, нижчому за заданий, є значним викликом, при цьому виробляючи стічні води, які можна скидати безпосередньо в природні водойми без додаткового очищення. Щоб досягти цього, такі фактори, як управління змінами в мінералогії бокситів, оптимізація виробничих показників, контроль конкуруючих реакцій, мінімізація втрат від покладів червоного шламу, повинні гармонійно поєднуватися в єдине ціле для досягнення успіху.

Виплавка

Боксити, гірська порода, що містить оксид алюмінію, видобувається і переробляється для виробництва алюмінію. У процесі видобутку та переробки утворюються значні обсяги відходів, що містять токсичні елементи, такі як TENORM (мікроелементи природного походження). Потім глинозем потрапляє на алюмінієвий завод для електролізного перетворення на метал; для мінімізації відходів, що утворюються під час цього процесу, було б корисно знайти методи повторного використання якомога більшої кількості глинозему.

Глинозем широко використовується як сировина для виробництва промислових виробів, таких як скло, порцеляна та металеві фарби для автомобілів. Завдяки низькій електропровідності, стійкості до хімічних впливів, надзвичайній міцності та твердості (9 балів за шкалою Мооса) глинозем також має багато інших застосувань.

У процесі видобутку та переробки глинозему необхідно очистити землю від рослинності та дерев, які можуть перешкоджати роботі. Боксити розбивають на частини за допомогою вибухових робіт, буріння, розривання та дуже великих бульдозерів, перш ніж завантажити їх на вантажівки, залізничні вагони або конвеєрні стрічки для транспортування до розташованих поблизу заводів.

На початку процесу рафінування глинозему його подрібнюють і занурюють у розчин каустичної соди для утворення перенасиченого розчину алюмінату натрію. Потім він потрапляє в шламовий реактор, де нагрівається при високих температурах для видалення хімічно зв'язаної води за допомогою процесу, відомого як кальцинація, утворюючи затверділий гідрат глинозему, який потім зберігається в обкладених цеглою горщиках до введення вугільних анодів і пропускання через них електричного струму для електролізу глинозему в чистий алюміній, який потім знову потрапляє в горщики, а потім знову переноситься в ливарні цехи, де вручну формуються заготовки різної форми.

Після того, як заготовки розрізають на зливки, з них прокатують довгі прути, які називають арматурою, що потім можна розрізати на частини різної довжини і використовувати відповідно. Нарешті, ці довгі прути плавляться, щоб отримати злитки для подальшої обробки.

Кастинг

Алюміній є центральним елементом сучасного світу, який використовується скрізь - від будівель і автомобілів до упаковки та спортивного інвентарю. Але алюміній не зустрічається в природі у вигляді чистого металу; скоріше, він проходить складний процес перетворення з бокситової руди на легкий метал, який ми всі знаємо і яким користуємося сьогодні.

Спочатку боксити видобувають із землі за допомогою таких методів, як буріння, вибухові роботи та розривання великих бульдозерів. Потім відбувається дроблення і промивання перед транспортуванням на розташований неподалік глиноземний завод, який використовує процес рафінування Bayer для виробництва глинозему.

Гарячий розчин каустичної соди використовується для розчинення алюмінієвмісних мінералів, що містяться в бокситах (гіббіт, боміт і діаспор), з утворенням перенасиченого розчину алюмінату натрію, відомого як "вагітний розчин", який потім відправляється на прожарювання в печі з оксидом алюмінію (Al2O3), після чого промивається, сушиться і знову нагрівається для видалення залишків кристалічної води з метою отримання високочистого глинозему, який потім утворює сухий білий піщанистий матеріал, відомий як гідроксид алюмінію.

Глинозем використовується в різних продуктах, включаючи вогнетривкі матеріали, хімічні продукти і сировину, таку як гіпс і діоксид кремнію; частина його навіть повертається в сам процес переробки.

При переробці глинозему утворюється дві-три тонни відходів на кожну вироблену тонну; з цими матеріалами, відомими як червоний шлам, необхідно поводитися обережно, щоб мінімізувати вплив на навколишнє середовище.

Після очищення глинозем відливають у злитки для використання в різних сферах. Його можна прокатувати в листи, фольгу та прутки; витягувати з нього дріт, з якого виготовляють кабель для ліній електропередач; формувати складні форми або екструдовані профілі, такі як віконні рами; його навіть можна знову переробляти в злитки, що робить алюміній металом, придатним для безкінечної переробки! Крім того, існують різні сплави, які мають специфічні властивості, що відповідають різним вимогам клієнтів.

Переробка

Алюміній - один з найпоширеніших металів, який використовується у багатьох виробах, від банок з-під газованої води до автомобільних компонентів, але в природі він не зустрічається у чистому вигляді. Замість цього його видобувають з бокситів, що містять різні форми оксидів алюмінію, і переробляють на глинозем, перш ніж остаточно перетворити на алюміній у цьому триступеневому процесі, який вимагає як енергетичних, так і водних ресурсів.

У процесі видобутку глинозему необхідно спочатку видалити шари розкривних порід і глини, що вкривають боксити, за допомогою вибухових робіт або буріння. Після вилучення цей матеріал можна завантажувати на вантажівки для транспортування на глиноземний завод для переробки.

На заводі з переробки бокситів руду подрібнюють, щоб зменшити її розмір, а потім занурюють у гарячу каустичну соду для розчинення алюмінієвмісних мінералів, таких як гіббіт і боміт, після чого вона відокремлюється від кремнезему і перетворюється на перенасичений розчин алюмінату натрію, відомий як "вагітний розчин".

Частина вагітного розчину переробляється для отримання гідроксиду алюмінію, більш відомого як гашене вапно, тоді як решта відправляється безпосередньо на глиноземний завод, де його компоненти піддаються хімічним реакціям, які перетворюють його на металевий алюміній.

Глинозем є незамінним промисловим матеріалом, який використовується у багатьох галузях промисловості - від виробництва пластмас до абразивних матеріалів. Глинозем також відіграє ключову роль у багатьох типах вогнезахисних засобів.

Хоча видобуток і переробка глинозему можуть бути дуже придатними для вторинної переробки, деякі екологічні проблеми залишаються пов'язаними з його видобутком і переробкою. До них належать шумове забруднення, ергономічні проблеми, ризики травмування та потрапляння бризок каустичної соди на шкіру або в очі. Крім того, як бокситовий пил, так і глиноземний порошок асоціюються з респіраторними ускладненнями, включаючи подразнення або запалення легенів.

Деякі працівники повідомляли про такі проблеми зі здоров'ям, як рак, захворювання нирок і печінки, пов'язані з впливом бокситового і глиноземного пилу, а також різних забруднювачів; однак проведені дослідження показали, що сучасні передові методи видобутку і збагачення корисних копалин не підвищують ризики виникнення цих проблем.