보크사이트 및 알루미나 채굴

알루미늄은 산소와 규소에 이어 지구상에서 가장 풍부한 3대 원소 중 하나입니다. 보크사이트 광석은 추출을 위해 바이엘 정련을 통해 처리됩니다.

보크사이트 광석을 분쇄, 세척, 건조시킨 후 뜨거운 가성소다와 혼합하여 과포화 알루민산나트륨 용액(일반적으로 적진흙이라고 함)을 만듭니다. 그런 다음 이 용액을 집진기라고 하는 높은 탱크로 펌핑하여 수집 및 처리합니다.

보크사이트

보크사이트는 비행기와 자동차에서 음료수 캔과 은박지에 이르기까지 다양한 용도로 사용되는 세계 주요 알루미늄 공급원 중 하나입니다. 보크사이트는 Al2O3를 함유한 광석으로, 일반적으로 나무가 우거진 지표면 근처의 숲이 우거진 지역 근처에서 발견됩니다. 채굴된 스트립 채굴 방식은 복구 절차의 일환으로 조림을 통해 토양을 대체할 수 있습니다.

보크사이트 광석은 지브사이트, 보마이트, 디아스포어와 같은 알루미늄 함유 광물로 구성되어 있으며, 그 비율은 발견되는 지역에 따라 다릅니다. 보크사이트는 남극 대륙을 제외한 모든 대륙에서 발견되며 기니(브라질), 호주, 인도네시아, 중국에 풍부한 매장량을 보유하고 있습니다. 보크사이트는 열대 기후에서 빗물이 원래의 화성암에서 실리카를 침출하는 물에 의한 화학적 풍화 작용의 결과로 형성됩니다.

보크사이트를 채굴한 후에는 알루미늄 제품 제조에 사용할 알루미나로 변환하기 위해 알루미나 정제소로 운반해야 합니다. 보크사이트는 일반적으로 원광산에서 알루미나 정제소까지 기차나 트럭으로 직접 운송할 수 있으며, 일부 운송은 해상으로 도착할 수도 있습니다.

생산 공정의 일부로 보크사이트는 먼저 15-20% 수산화나트륨 수용액을 압력 하에서 사용하여 알루미나 함량을 분리하기 위해 침출해야 합니다. 이 단계가 끝나면 침전된 알루미나를 침전시키고 유동층 또는 로터리 킬른 소성을 통해 99.5% 순도의 알루미나를 생산하기 위한 추가 공정을 거칩니다.

이 광산에서 채굴된 보크사이트는 호주 글래드스톤의 야운 및 퀸즐랜드 알루미나(Yarwun and Queensland Alumina Ltd)에서 정제용으로 수출되며 일부는 해외(예: 중국)로 보내지기도 합니다.

보크사이트 채굴은 기니와 같은 국가에서 환경에 심각한 영향을 미칩니다. 최근 기니 최대 광산 지역인 보케의 지역사회 영향을 분석한 결과, 보크사이트 채굴로 인해 토지에 대한 접근성 상실, 수자원 고갈, 건강에 미치는 영향, 지역 주민의 프로젝트 근로자에 대한 폭력적인 공격 등으로 농촌 지역사회의 삶과 생계가 뒤흔들리고 있는 것으로 나타났습니다.

붉은 진흙

알루미늄 생산에는 많은 환경적 위험이 수반됩니다. 보크사이트 채굴로 인해 광대한 면적의 오래된 숲이 파괴되고, 에너지 집약적인 공정으로 인해 대규모 댐이 필요해 원주민 지역 사회에 홍수를 일으킵니다. 또한 생산 과정에서 발생하는 유독성 붉은 진흙은 제대로 처리되지 않으면 심각한 건강 및 안전 위협을 초래합니다.

붉은 진흙을 덜 위험하게 만드는 방법에 대한 연구는 광범위하게 진행되어 왔으며, 대부분의 연구는 그 위험성을 제거하기보다는 완화하는 데 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구의 중요한 목표는 부식성 폐기물에서 발견되는 유해 금속을 내화 광물이라고 하는 고체 형태로 감싸는 것이었으며, 이러한 고체는 다양한 방식으로 활용될 수 있습니다.

알루미나 제조업체는 알루미나와 같은 희토류 금속으로 제품에 사용하는 금속 합금을 강화할 수 있습니다. 연구자들은 순수 알루미늄보다 40% 더 강한 스칸듐-알루미늄 합금을 개발하기도 했는데, 항공우주 제조업체들은 이를 사용하여 비행기를 더 가볍고 연료 효율적으로 만들어 연료 소비와 배기가스를 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있지만 안타깝게도 킬로그램당 $3500의 높은 가격으로 인해 이 분야의 성장이 저해되고 있는 상황입니다.

내화 광물은 건축 자재에 또 다른 용도로 사용됩니다. 현재 이러한 방식으로 재활용되는 보크사이트 잔여물은 약 3%에 불과하지만, 벽이나 기타 건설 프로젝트에 활용될 수 있으며 대부분은 대형 폐기물 처리장, 건조장 또는 매립지로 보내져 폐기됩니다.

그러나 오늘날 업계가 직면한 가장 큰 과제는 매년 쌓이는 막대한 양의 보크사이트 잔여물을 환경적으로 건전하게 처리하는 방법을 찾는 것입니다. 폐기물을 자연에 직접 버리는 현재의 방법은 비용이 많이 들고 환경 파괴적인 것으로 입증되었습니다.

중국의 연구자들은 다양한 바인더와 혼합하여 가성 폐기물의 안정성과 내구성을 높이는 기술을 고안했습니다. 바인더는 6가 크롬, 납, 셀레늄, 불소, 비소 등 적토에서 발견되는 유해 물질을 결합하여 침출이나 독성 영향을 줄이고, 침투성을 낮추면서 분해를 늦추는 추가적인 이점도 있습니다.

임산부 주류

이 단계에서 뜨거운 가성소다(NaOH) 용액은 깁사이트, 보에마이트 및 디아스포어와 같은 보크사이트에서 발견되는 알루미늄 함유 미네랄을 용해하여 임신주라고 알려진 알루미늄산나트륨 과포화 용액을 생성합니다. 소화 후 남은 불용성 잔류물을 적토라고 하며 고품질 알루미나 제품을 보장하기 위해 제거해야 하는 산화철, 규산나트륨, 이산화티타늄과 같은 불순물을 포함할 수 있습니다.

그런 다음 알루미늄산염 용액은 추가 처리를 위해 반응 회로로 알려진 일련의 용기를 통과하여 보안 필터를 통과하여 고체 알루미나 입자를 가성소다에서 분리하고 이 값비싼 화학 물질의 과도한 손실을 방지합니다. 마지막으로, 삼수산화알루미나가 풍부한 투명한 임신액은 추가 침전 단계를 위해 바이엘 공정의 침전 섹션으로 다시 보내집니다.

유입되는 약 10%~25% 부피의 임신액 스트림은 중간 입자 크기가 30~60마이크론인 미세 수산화알루미늄 종자 결정을 포함하는 탱크로 구성된 응집 섹션으로 보내진 다음 이 응집 섹션에서 약 6시간 동안 침전 및 응집되도록 합니다.

임신한 액체가 침전 섹션으로 옮겨지면, 중간 크기 80~100미크론의 거친 삼수산화 알루미나 종자 결정이 들어 있는 성장 섹션 탱크라고 하는 더 큰 용기에 침전됩니다.

침전 탱크가 냉각되면서 알루미나 결정이 형성되기 시작하고 점차 다양한 크기 범위로 분리됩니다. 큰 결정은 내화 등급 제품으로 분류되고 작은 입자는 소성 과정을 거치는데, 이 과정에서 잔여 진흙 찌꺼기를 씻어내어 양질의 제품을 보장합니다.

회전식 건조기에서 완전히 혼합하고 건조시킨 알루미나는 추가 가공을 위해 입자 크기를 변경하지 않고 조성과 결정 구조를 변경하는 소성 과정을 거칩니다.

강수량

보크사이트 광석은 바이엘 공정을 통해 알루미늄 산화물(Al2O3)로 정제되어 알루미나[Al2O3]라는 백색 결정성 분말을 생성합니다. 그런 다음 이 정제된 형태로 제련된 알루미늄 금속을 만들 수 있습니다. 4톤의 보크사이트는 연마재와 세라믹 등 다양한 용도로 사용되는 2톤의 알루미나를 생산합니다.

보크사이트 광석은 로드 또는 볼 밀에서 분쇄되어 미세한 슬러리를 형성한 다음 145~265℃의 압력과 온도에서 압력 용기에서 최대 170g/L 농도의 가성소다로 분해되는데, 이 과정을 임신액 분해라고 합니다. 반응은 가성소다의 첨가를 통해 한 방향으로 진행되며, 과포화 용액이 형성된 다음 제어된 냉각 시 보마이트 결정 침전이 일어나기 전에 키가 큰 실로형 침전기로 펌핑되어 알루미나 함유 슬래그를 형성하고 여분의 가성소다는 소화를 위해 되돌아갑니다.

조 사이클론은 알루미나 함유 물질이 포함된 슬래그에서 거친 입자를 분리하는 데 사용되며, 미세한 입자는 합성 응집제와 함께 레이킹 농축기를 사용하여 침전시킵니다. 두 농축기 모두 극한의 온도와 압력 조건에서 작동하므로 오늘날 시장에서 가장 진보된 처리 장비 중 하나입니다.

모든 광업과 마찬가지로 알루미나 공장도 환경 및 건강 위험에 직면해 있습니다. 알루미나 정제 공정은 에너지 집약적이며 상당한 폐기물을 발생시키므로 공장 소유주는 생산 효율성을 높이면서 연료와 가성소다 사용량을 최소화하기 위해 노력해야 합니다.

알루미나 정제소의 건강 위험은 특히 호흡기 및 위장 질환과 관련하여 중요한 문제가 될 수 있습니다. 또한 일부 지역은 말라리아나 뎅기열과 같은 열대성 질병에 취약하기 때문에 근로자들은 이 문제에 대한 교육과 예방 접종을 받습니다.

알루미늄 산업은 일반적으로 다른 산업에 비해 직업성 석면 노출이 낮지만, 보크사이트 광산과 알루미나 정련소 근로자는 석면 및 기타 독성 화학물질에 노출될 위험이 높습니다. 중피종은 호주 보크사이트 광산 및 제련소와 관련이 있으며, 핀자라 알루미나 정련소에서 수집된 위치 및 개인 모니터링 데이터에 따르면 직원들의 요중 수은 수치가 현재 호주 가이드라인인 크레아티닌 20mg/g 이내인 것으로 나타났습니다.