Warum zufriedenstellende Tonerde das grünste Industrieprodukt ist

Aluminiumoxidtrihydrat ist ein inhärentes Flammschutzmittel, das sowohl als Füllstoff als auch als Streckmittel wirkt, wenn es Polymeren zugesetzt wird. Es trägt dazu bei, Feuer und Rauch zu unterdrücken, während es sich bei der endothermen Dehydratisierung und endothermen Verdampfung an Wassermoleküle bindet.

Bei der Raffination von Bauxit zu Aluminium entsteht Siliziumdioxid als Nebenprodukt, aber durch die Weiterleitung von 1/3 dieser Tonerde durch Aluminiumbarrengießereien und Elektroden-Aluminiumschrott-Schmelzanlagen ist es möglich, das Nebenprodukt Siliziumdioxid vollständig zu vermeiden und gleichzeitig die Energieeffizienz zu verbessern.

Bauxit hoher Qualität

Bauxit ist ein Gesteinsmineral, das aus hohen Konzentrationen aluminiumhaltiger Substanzen wie Böhmit-AlO(OH), Gibbsit-AlO(OH)3 und Diaspore-AlO(OH) besteht. Der Bauxitabbau stellt für viele Länder eine wichtige Einkommensquelle dar; bei der Aluminiumherstellung werden diese Mineralien in zahlreichen Anwendungen eingesetzt und sind unglaublich haltbar und vielseitig verwendbar, so dass ihre Beliebtheit im Laufe der Jahrzehnte immer weiter zunimmt; allerdings gibt es nach wie vor zahlreiche Probleme im Zusammenhang mit dem Abbau, da die Qualität des Minerals von der geografischen Lage und der Tiefe der Lagerstätten abhängt und stark variiert;

SiO2 (Siliziumdioxidmodul), das die Menge an löslichem Siliziumdioxid in Gesteinsmineralien misst, ist eine der wichtigsten Messgrößen bei der Bewertung von Bauxitlagerstätten. Er misst den Wassergehalt von Bauxitproben unter Verwendung gesättigter Salzlösungen; diese Messung zeigt, wie viel lösliches Siliziumdioxid bei der Verarbeitung aus dem Erz ausgewaschen werden kann, und gibt an, ob die Qualität für die Tonerdegewinnung gegeben ist oder nicht. Ein hoher SiO2-Wert weist auf qualitativ hochwertige Lagerstätten für die Produktion hin.

Obwohl Bauxit in verschiedenen Verfahren gewonnen werden kann, wird der größte Teil des Bauxits weltweit im Tagebau oder im Tagebau abgebaut und zu einer Raffinerie transportiert, wo es zu Tonerde und ihren Derivaten verarbeitet wird, die dann weltweit für verschiedene Verwendungszwecke wie die Keramikherstellung oder die Zementproduktion verschifft werden. Etwa 85% der weltweiten Bauxitproduktion werden allein für diese Produktionsmethode verwendet, während der Rest für andere Zwecke wie die Keramik- und Zementherstellung genutzt werden kann.

Die Elfenbeinküste könnte aufgrund neu entdeckter Bauxitvorkommen bald Guinea als viertgrößten Produzenten ablösen.

Die Bauxitvorkommen der Elfenbeinküste sind überwiegend lateritisch und enthalten erhebliche Anteile an Gibbsit, was zu Vorkommen mit hohen SiO2-Werten und geringen Quarzgehalten führt, die sich für die Herstellung von metallischem Aluminium eignen. Der größte Teil des afrikanischen Bauxits wird auf dem afrikanischen Kontinent für die Aluminiumproduktion verwendet. Mosambik und Tansania exportieren ihr Bauxit für Zementfabriken in Sambia, während andere Erzeugerländer wie Kamerun, Ghana und Guinea mehr von ihrem Produkt ins Ausland exportieren als innerhalb Afrikas, beispielsweise nach Europa und China.

Reduzierter Energieverbrauch

Während die Herstellung von Tonerde selbst keinen nennenswerten Energieverbrauch erfordert, kann der gesamte Produktionsprozess äußerst energieintensiv sein. Um diesen energievergeudenden Aspekt der Produktion abzumildern, wurden verschiedene Techniken eingeführt, die sowohl die Energieeffizienz als auch die Anlagenleistung verbessern.

Die bei der Herstellung von Aluminiumoxid verbrauchte Energie stammt größtenteils aus Aufschluss-, Verdampfungs- und Entkieselungsprozessen; diese energieintensiven Verfahren verbrauchen große Mengen an Strom. Eine Möglichkeit, ihren Verbrauch zu senken, ist die Erzaufbereitung oder der direkte Aufschluss, der das Produktionsverhältnis von Bauxit für die Verwendung als Ausgangsmaterial erhöht; die Erhöhung dieses Verhältnisses führt zu erheblichen Energieeinsparungen, die zu einer allgemeinen Verringerung der Energieintensität für die Branche insgesamt beitragen.

Elektrischer Strom ist ein weiterer wichtiger Energieverbraucher bei der Tonerdeproduktion, da er die Elektrolysereaktionen in der Zelle antreibt. Um den Energieverbrauch zu senken, sollten Sie die Häufigkeit und Dauer der Anodeneffekte reduzieren. Dies kann entweder durch eine Senkung des Kathodenpotenzials oder eine Erhöhung der Stromdichte erreicht werden - moderne Prebake-Zellen können wochenlang ohne Anodeneffekte betrieben werden!

Eine weitere Energiesparmaßnahme ist die Verwendung von Aluminiumoxid als thermischer Isolator auf der Kathode, wodurch Wärmeverluste und Luftverbrennung durch Kohlenstoffanoden minimiert werden. Tonerde dient in modernen Zellen auch als Schutzschicht gegen Korrosion.

Die karborische Reduktion von Aluminiumoxid ist eine alternative Produktionsmethode, die ohne Strom auskommt und bei der Kohlendioxid und gasförmiges Aluminiumkarbid entstehen, das leicht in flüssiges Aluminium umgewandelt werden kann. Leider finden die mit diesem Verfahren verbundenen Reaktionen bei Temperaturen von über 2000 Grad Celsius statt, was zu erheblichen Wärmeverlusten führt und beträchtliche Treibhausgasemissionen verursacht.

Um als praktikable Option in Betracht zu kommen, wären erhebliche Investitionen in Technologie und Betrieb einer neuen Anlage erforderlich. Außerdem lassen sich karbothermische Prozesse nur schwer skalieren und erfordern große Mengen an Energie für die Wärmerückgewinnung aus den Reaktionsprodukten.

Umweltschonend

Aluminiumoxidprodukte sind die umweltfreundlichsten Industrieprodukte, die heute erhältlich sind, da Aluminium zahlreiche Male recycelt werden kann, ohne seine Leistung oder Qualität zu verlieren. Darüber hinaus wird bei der Herstellung von recyceltem Aluminium bis zu 95% weniger Energie verbraucht als bei der Herstellung von Neuware - das bedeutet weniger Treibhausgasemissionen und geschonte natürliche Ressourcen!

Die Energiekosten, die mit dem Abbau, der Raffination und der Verarbeitung von Bauxit zu Primäraluminium verbunden sind, können beträchtlich sein; der Abbau von Laterit aus tropischen Böden muss durch ein komplexes chemisches Bayer-Verfahren erfolgen, um lateritreiches Laterit aus tropischen Böden zu extrahieren, damit die wertvollen Metalle gewonnen werden können. Leider können die Verfahren zur Gewinnung von Aluminium sehr umweltschädlich sein, da beim Bauxitabbau oft unberührte Wälder zerstört werden. Die Umweltverschmutzung durch Tagebaue, große Dämme, die indigene Gemeinschaften überfluten, und die Verschmutzung von Flüssen mit giftigen Schwermetallen sind nur zwei der Probleme, die mit den Gewinnungsprozessen verbunden sind, so dass die Herstellung von Aluminium im Vergleich zu anderen Produkten sehr umweltschädlich ist.

Rotschlammabfälle aus der Bauxitraffination stellen ein weiteres großes Problem dar, da der giftige Schlamm in großen Absetzbecken gelagert werden muss, die auslaufen oder brechen können, was zu einer Umweltkatastrophe führt. Darüber hinaus stellen die darin enthaltenen Schwermetalle für die in der Nähe lebenden Menschen eine gesundheitliche Bedrohung in Form von Hautkrankheiten, Austrocknung und sogar Tod dar.

Gegenwärtig werden jedoch Anstrengungen unternommen, um diese Umweltauswirkungen der Aluminiumproduktion zu minimieren. Einige Unternehmen bieten kohlenstoffarmes Primäraluminium mit einem erwarteten maximalen Kohlenstoff-Fußabdruck von 4 Kilo CO2e pro Kilogramm produziertem Aluminium an. Sie erreichen dies durch den Einsatz von erneuerbaren Energien und einer effizienten Elektrolyse-Technologie, um sowohl Tonerde als auch Primäraluminium herzustellen.

Hersteller können tragbare Röntgenfluoreszenz-Analysatoren einsetzen, um die ein- und ausgehende Tonerdeproduktion zu überwachen und umweltgefährdende Verunreinigungen schnell und effizient zu identifizieren - diese Probleme können dann durch eine entsprechende Anpassung der Produktionsprozesse behoben werden.

Zufriedenstellendes Aluminiumoxid ist umweltfreundlich, da es korrosionsbeständig ist und keine kontinuierlichen organischen Anstriche oder anorganischen Filme benötigt, wie sie bei Stahl erforderlich sind. Darüber hinaus können seine selbstheilenden Eigenschaften dazu beitragen, die Instandhaltungskosten erheblich zu senken und gleichzeitig die Langlebigkeit der Strukturen zu erhöhen.

Wiederverwertbar

Recycling von zufriedenstellender Tonerde ist ein integraler Bestandteil der Aluminiumindustrie, die sowohl Pre-Consumer-Schrott (Industrieschrott) als auch Post-Consumer-Schrott aus Getränkedosen, Fensterrahmen, Elektrokabeln und Kochgeschirr sammelt, die von ihren jeweiligen Verbrauchern weggeworfen wurden. Der Schrott kann dann eingeschmolzen und zu neuen Aluminiumprodukten recycelt werden, ohne dass er an Qualität oder Eigenschaften verliert; dieser Prozess verbraucht bis zu 95% weniger Energie als die Herstellung von neuem Aluminium aus Rohstoffen.

Die Wiederverwertbarkeit von Aluminium ist auf seine atomare Struktur zurückzuführen, die es ermöglicht, es wiederholt zu schmelzen und umzuformen, ohne seine wesentlichen Eigenschaften zu verändern. Dadurch lässt sich Aluminium leichter als Kunststoffe trennen und wiederverwenden - das spart natürliche Ressourcen und Energie, was in einer Zeit, in der der Klimawandel immer gravierender wird, unerlässlich ist.

Aluminium kann unbegrenzt recycelt werden, solange Systeme eingerichtet werden, die seine Reinheit während des Schmelzens gewährleisten, was es zu einem äußerst vielseitigen Material macht, das in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann.

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit lassen sich Schaumstoffplatten leicht in verschiedene Formen und Größen für die Verwendung als Bau- und Konstruktionsmaterial formen. Außerdem bietet sie leichte und dennoch dauerhafte Dämmeigenschaften in Bezug auf elektrische, thermische und chemische Beständigkeit.

Aluminiumoxid kann durch den Schmelzprozess recycelt werden, indem entweder hochreines Bauxit oder Abfalltonerdepulver verwendet wird. In dieser Studie wurden die Sintereigenschaften von Aluminiumoxid untersucht, wenn es mit bis zu 20 Trockengewichtsprozent Abfalltonerdepulver gesintert wurde. Die Sinterparameter wie Temperatur, Zeit und Hilfsmittel wurden variiert, um zu untersuchen, wie sie die endgültigen mechanischen Eigenschaften beeinflussen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von Abfalltonerde die Verdichtung, das Gefüge, die Härte oder die Bruchzähigkeit der gesinterten Proben nicht wesentlich veränderte.

Zu den Sinterparametern, die keinen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften hatten, gehörten die Temperatur- und Zeitparameter. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen des Sinterhilfsmittels auf die mechanischen Eigenschaften untersucht, indem seine Konzentration und Partikelgröße verändert wurden. Raman-Spektren für Proben, die mit und ohne Abfalltonerde gesintert wurden, zeigten, dass Korund in beiden Fällen vorhanden war, wobei die reine Sinterung eine höhere Intensität und schmalere Peakbasen ergab als die Probe mit zugesetzter Abfalltonerde.