Bauksiitin ja alumiinioksidin louhinta

Alumiini on yksi maapallon kolmesta runsaimmin esiintyvästä alkuaineesta hapen ja piin jälkeen. Bauksiittimalmia käsitellään Bayerin jalostuksen kautta sen talteenottoa varten.

Bauksiittimalmi murskataan, pestään ja kuivataan ennen kuin se sekoitetaan kuumaan natriumaluminaattiliuokseen, jota kutsutaan yleisesti punalietteeksi. Liuos pumpataan sitten korkeisiin säiliöihin, joita kutsutaan saostimiksi, keräystä ja käsittelyä varten.

Bauxite

Bauksiitti on yksi maailman tärkeimmistä alumiinin lähteistä, jota käytetään lentokoneista ja autoista juomatölkkeihin ja peltikalvoihin. Bauksiitti on Al2O3:a sisältävä malmi, jota tavallisesti löytyy metsäalueiden läheisyydestä läheltä pintamaata läheltä puustoa. Louhinnan yhteydessä voidaan käyttää kaivosmenetelmiä, ja maaperä voidaan korvata metsittämällä osana kunnostusmenetelmiä.

Bauksiittimalmi koostuu alumiinia sisältävistä mineraaleista, kuten gibbsiitista, bohmiitista ja diasporista, joiden osuus vaihtelee löytöpaikan mukaan. Bauksiittiesiintymiä on kaikilla mantereilla Etelämannerta lukuun ottamatta, ja runsaat varannot sijaitsevat Guineassa (Brasiliassa), Australiassa, Indonesiassa ja Kiinassa. Bauksiitti muodostuu veden aiheuttaman kemiallisen sään seurauksena trooppisessa ilmastossa, jossa sadevesi huuhtoo piidioksidia alkuperäisistä magmakivistä, jotka muodostivat bauksiitin.

Kun bauksiitti on louhittu, se on kuljetettava alumiinioksidin jalostamoon, jossa se muutetaan alumiinioksidiksi alumiinituotteiden valmistusta varten. Bauksiitti voidaan yleensä kuljettaa junalla tai kuorma-autolla kaivoksista suoraan alumiinioksidin jalostamoon; jotkut kuljetukset voivat saapua jopa meriteitse.

Osana tuotantoprosessia bauksiitti on ensin liuotettava alumiinioksidipitoisuuden erottamiseksi 15-20%:n vesiliuoksella natriumhydroksidilla paineen alaisena. Kun tämä vaihe on suoritettu, saostunut alumiinioksidi voidaan sitten saostaa pois ja jatkokäsitellä leijukerroksessa tai kiertouunissa kalsinoimalla, jolloin saadaan aikaan 99,5%:n puhdasta alumiinioksidia.

Tästä kaivoksesta louhittu bauksiitti viedään sitten jalostamoihin Yarwuniin ja Queensland Alumina Ltd:hen Gladstoneen, Australiaan, ja osa lähetetään myös ulkomaille (esim. Kiinaan).

Bauksiitin louhinta aiheuttaa vakavia ympäristövaikutuksia Guinean kaltaisissa maissa. Guinean suurimmalla kaivosalueella Bokessa hiljattain tehdyssä analyysissä yhteisövaikutuksista kävi ilmi, että kaivostoiminta mullisti maaseutuyhteisöjen elämää ja elinkeinoja menettämällä pääsyn maalle, köyhdyttämällä vesivaroja, vaikuttamalla terveyteen ja paikallisväestön väkivaltaisilla hyökkäyksillä hankkeen työntekijöitä vastaan.

Punainen muta

Alumiinin tuotantoon liittyy monia ympäristöriskejä. Bauksiitin louhinta hävittää laajoja alueita vanhoja metsiä, ja sen energiaintensiivinen prosessi edellyttää massiivisia patoja, jotka tulvivat alkuperäisyhteisöjä. Lisäksi tuotannon aikana syntyvä myrkyllinen punamulta aiheuttaa vakavia terveys- ja turvallisuusuhkia, jos sitä ei hallita asianmukaisesti.

Tutkimuksia siitä, miten punamudasta voitaisiin tehdä vähemmän vaarallista, on tehty paljon, mutta useimmissa tutkimuksissa on keskitytty pikemminkin lieventämään kuin poistamaan sen vaaroja. Merkittävä tavoite suuressa osassa tätä työtä on ollut kaustisessa jätteessä olevien vaarallisten metallien kotelointi kiinteään muotoon, jota kutsutaan tulenkestäviksi mineraaleiksi - näitä kiinteitä aineita voidaan sitten hyödyntää monin eri tavoin.

Alumiinioksidin valmistajat voisivat käyttää alumiinioksidin kaltaisia harvinaisten maametallien metalliseoksia, joita he käyttävät tuotteissaan, vahvistamalla niitä alumiinioksidin kaltaisilla harvinaisilla maametalleilla. Tutkijat ovat jopa kehittäneet skandium-alumiiniseoksia, jotka ovat 40% vahvempia kuin puhdas alumiini - tämä on saanut ilmailu- ja avaruustekniikan valmistajat käyttämään niitä innokkaasti, sillä ne voivat auttaa vähentämään polttoaineen kulutusta ja päästöjä tekemällä lentokoneista kevyempiä ja polttoainetehokkaampia; valitettavasti niiden korkea hinta - $3500 kilogrammaa kohti - estää kuitenkin alan kasvun.

Tulenkestäviä mineraaleja käytetään myös rakennusmateriaaleissa. Tällä hetkellä vain noin 3% bauksiittijäännöstä kierrätetään tällä tavoin, mutta tätä materiaalia voitaisiin hyödyntää seinissä ja muissa rakennushankkeissa; suurin osa lähetetään suuriin jätealtaisiin, kuivatuille vuorille tai kaatopaikoille hävitettäväksi.

Teollisuuden tärkein haaste on kuitenkin löytää ympäristöystävällinen tapa hävittää vuosittain kertyvät valtavat määrät bauksiittijätettä. Nykyiset menetelmät, joihin kuuluu jätteen sijoittaminen suoraan avoimeen luontoon, ovat osoittautuneet sekä kalliiksi että ympäristölle haitallisiksi.

Kiinalaiset tutkijat ovat kehittäneet tekniikan, jolla voidaan lisätä syövyttävän jätteen vakautta ja kestävyyttä sekoittamalla sitä erilaisiin sideaineisiin. Sideaineiden lisäetuna on myös se, että ne sitovat punalietteessä esiintyviä haitallisia aineita, kuten kuudenarvoista kromia, lyijyä, seleeniä, fluoridia ja arseenia, vähentääkseen huuhtoutumista tai myrkyllisiä vaikutuksia; lisäksi ne hidastavat hajoamista ja vähentävät sen läpäisevyyttä.

Raskaana oleva viina

Tässä vaiheessa kuuma natriumhydroksidiliuos (NaOH) liuottaa bauksiitissa esiintyvät alumiinia sisältävät mineraalit, kuten gibbsiitin, boehmiitin ja diasporin, tuottaen natriumaluminaatilla ylikyllästettyä liuosta, joka tunnetaan nimellä raskaana liuos. Mädätyksen jälkeen jäljelle jääviä liukenemattomia jäämiä kutsutaan punalietteeksi, ja ne voivat sisältää epäpuhtauksia, kuten rautaoksideja, natriumsilikaattia ja titaanidioksidia, jotka on poistettava korkealaatuisten alumiinioksidituotteiden takaamiseksi.

Tämän jälkeen aluminaattiliuos lähetetään jatkokäsittelyä varten reaktiopiiriksi kutsuttujen astioiden läpi, jossa se kulkee turvasuodattimien läpi, jotta kiinteät alumiinioksidihiukkaset voidaan erottaa kaustisesta soodasta ja estää tämän kalliin kemikaalin liiallinen hävikki. Lopuksi kirkas, runsaasti alumiinioksiditrihydroksidia sisältävä kantava liuos johdetaan takaisin Bayerin prosessin saostusosastolle, jossa suoritetaan seuraavat saostusvaiheet.

Noin 101 - 25% tilavuusprosenttia tulevasta raskaana olevan lipeän virrasta ohjataan agglomerointiosastoon, joka koostuu hienoja alumiinihydroksidin siemenkiteitä sisältävistä säiliöistä, joiden keskimääräinen hiukkaskoko on 30-60 mikronia; sen jälkeen sen annetaan laskeutua ja agglomeroitua noin kuuden tunnin ajan tässä agglomerointiosastossa.

Kun raskaana oleva liuos on siirretty saostusosastoon, se sijoitetaan suurempiin astioihin, joita kutsutaan kasvatusosaston säiliöiksi ja jotka sisältävät karkeat alumiinioksiditrihydroksidin siemenkiteet, joiden keskikoko vaihtelee 80-100 mikronin välillä.

Kun saostussäiliöt jäähtyvät, alumiinioksidikiteitä alkaa muodostua, ja ne erottuvat vähitellen eri kokoluokkiin. Suuret kiteet luokitellaan tulenkestäviksi tuotteiksi, kun taas pienemmät hiukkaset kalsinoidaan; tämän prosessin aikana kaikki mutajäämät pestään pois tuotteen laadun varmistamiseksi.

Kun alumiinioksidi on sekoitettu perusteellisesti ja kuivattu pyörivällä kuivausrummulla, se kalsinoidaan jatkokäsittelyä varten, jolloin sen koostumus ja kiderakenne muuttuvat ilman, että hiukkaskoko muuttuu.

Sademäärä

Bauksiittimalmi jalostetaan alumiinioksidiksi (Al2O3) Bayer-prosessin avulla, jolloin saadaan valkoista kiteistä jauhetta, jota kutsutaan alumiinioksidiksi [Al2O3]. Tästä jalostetusta muodosta voidaan sitten valmistaa sulatettua alumiinimetallia. Neljästä tonnista bauksiittia saadaan kaksi tonnia alumiinioksidia, jota käytetään moniin tarkoituksiin, kuten hioma-aineisiin ja keramiikkaan.

Bauksiittimalmi jauhetaan tanko- tai kuulamyllyssä hienoksi lietteeksi, joka sitten mädätetään natriumhydroksidilla, jonka pitoisuus voi olla jopa 170 g/l, paineastioissa paineessa ja 145-265 °C:n lämpötilassa - tätä prosessia kutsutaan raskaana olevan lipeän mädättämiseksi. Reaktio etenee yhteen suuntaan lisäämällä kaustista soodaa; muodostuu ylikylläisiä liuoksia, jotka pumpataan sitten korkeisiin silolimaisiin saostimiin, ennen kuin böhmiittikiteet saostuvat hallitun jäähdytyksen jälkeen alumiinioksidipitoisen kuonan muodostamiseksi, kun taas ylimääräinen kaustinen sooda palautetaan takaisin mädätettäväksi.

Raakasykloneja käytetään karkeiden hiukkasten erottamiseen alumiinioksidia sisältävästä kuonasta, kun taas hienommat hiukkaset laskeutetaan synteettisiä flokkulantteja sisältävillä haravointisakeuttimilla. Molemmat sakeuttimet toimivat äärimmäisissä lämpötila- ja paineolosuhteissa, mikä tekee niistä markkinoiden kehittyneimpiä käsittelylaitteita.

Kuten kaikissa kaivostoiminnoissa, alumiinioksiditehtaissa on ympäristö- ja terveysriskejä. Niiden jalostusprosessi on energiaintensiivinen ja tuottaa huomattavia määriä jätemateriaaleja, joten laitosten omistajien on pyrittävä minimoimaan polttoaineen ja natriumhydroksidin käyttö ja samalla lisäämään tuotannon tehokkuutta.

Alumiinioksidin jalostamoiden terveysriskit voivat myös olla merkittävä huolenaihe, erityisesti hengitystie- ja ruoansulatuskanavan sairauksien osalta. Lisäksi jotkin toimipaikat ovat alttiita trooppisille taudeille, kuten malarialle ja denguekuumeelle; työntekijät saavat siksi koulutusta tästä asiasta ja rokotuksia tällaisia tauteja vastaan.

Bauksiittikaivosten ja alumiinioksidin jalostamoiden työntekijöillä on kohonnut riski altistua asbestille ja muille myrkyllisille kemikaaleille, vaikka alumiiniteollisuudessa työperäinen asbestialtistuminen on tyypillisesti vähäisempää kuin joillakin muilla teollisuudenaloilla. Mesoteliooma on yhdistetty Australian bauksiittikaivoksiin ja sulattoihin; Pinjarran alumiinioksidin jalostamolla kerätyt paikkatiedot ja henkilökohtaiset seurantatiedot osoittavat, että työntekijöiden virtsan elohopeapitoisuudet ovat selvästi Australian nykyisten ohjeiden (20 mg/g kreatiniinia) sisällä.