Mineritul de bauxită și alumină

Aluminiul este unul dintre cele mai abundente trei elemente de pe Pământ, după oxigen și siliciu. Minereul de bauxită este prelucrat prin rafinarea Bayer pentru extracția sa.

Minereul de bauxită este zdrobit, spălat și uscat înainte de a fi amestecat cu sodă caustică fierbinte pentru a forma o soluție suprasaturată de aluminat de sodiu, denumită în mod obișnuit noroi roșu. Această soluție este apoi pompată în rezervoare înalte numite precipitatoare pentru colectare și prelucrare.

Bauxită

Bauxita este una dintre principalele surse mondiale de aluminiu, utilizat în aplicații care variază de la avioane și automobile la cutii de băuturi și folie de staniol. Bauxita este un minereu care conține Al2O3, care se găsește de obicei în apropierea zonelor împădurite, la suprafață, în apropierea copacilor. Atunci când este exploatat, se pot utiliza metode de minerit prin decopertare, solul fiind înlocuit prin împădurire, ca parte a procedurilor de reabilitare.

Minereul de bauxită este compus din minerale care conțin aluminiu, cum ar fi gibbsita, bohmite și diaspora; proporția acestora variază în funcție de locul în care se găsește. Zăcămintele de bauxită pot fi găsite pe toate continentele, cu excepția Antarcticii, cu rezerve bogate în Guineea (Brazilia), Australia, Indonezia și China. Formarea bauxitei are loc ca urmare a degradării chimice de către apă în climatele tropicale, unde apa de ploaie elimină siliciul din rocile ignoase inițiale care au stat la baza formării sale.

După extragerea bauxitei, aceasta trebuie transportată la o rafinărie de alumină, unde va fi transformată în alumină pentru a fi utilizată în fabricarea produselor din aluminiu. Bauxita poate fi de obicei transportată cu trenul sau cu camionul de la minele de proveniență direct la o rafinărie de alumină; unele transporturi pot ajunge chiar și pe mare.

Ca parte a procesului de producție, bauxita trebuie mai întâi levigată pentru a separa conținutul său de alumină, folosind o soluție apoasă de hidroxid de sodiu 15-20% sub presiune. După această etapă, alumina precipitată poate fi precipitată și prelucrată ulterior prin calcinare în pat fluidizat sau în cuptor rotativ pentru producerea de alumină cu o puritate de 99,5%.

Bauxita extrasă din această mină este apoi exportată pentru a fi utilizată în rafinării la Yarwun și Queensland Alumina Ltd din Gladstone, Australia, în timp ce o parte este, de asemenea, trimisă în străinătate (de exemplu, China).

Exploatarea bauxitei are efecte grave asupra mediului în țări precum Guineea. O analiză recentă a impactului asupra comunităților din cea mai mare zonă minieră din Guineea, Boke, a arătat că extracția a bulversat viețile și mijloacele de subzistență ale comunităților rurale prin pierderea accesului la terenuri, epuizarea resurselor de apă, efecte asupra sănătății și atacuri violente ale membrilor populației locale împotriva lucrătorilor din cadrul proiectului.

Noroi roșu

Producția de aluminiu este însoțită de numeroase riscuri de mediu. Exploatarea bauxitei decimează suprafețe întinse de păduri vechi, în timp ce procesul său intensiv din punct de vedere energetic necesită baraje masive care inundă comunitățile indigene. În plus, nămolul roșu toxic produs în timpul producției reprezintă o amenințare gravă pentru sănătate și siguranță atunci când nu este reținut corespunzător.

Au fost efectuate numeroase studii cu privire la modul în care noroiul roșu poate deveni mai puțin periculos, majoritatea eforturilor concentrându-se mai degrabă pe atenuarea decât pe eliminarea pericolelor sale. Un obiectiv semnificativ al multora dintre aceste lucrări a fost încapsularea metalelor periculoase găsite în deșeurile caustice într-o formă solidă numită minerale refractare - aceste solide pot fi apoi utilizate în multe moduri diferite.

O utilizare pentru producătorii de alumină ar putea fi consolidarea aliajelor metalice pe care le folosesc în produsele lor cu metale de pământuri rare precum alumina. Cercetătorii au dezvoltat chiar aliaje de scandiu-aluminiu care sunt 40% mai puternice decât aluminiul pur - acest lucru i-a făcut pe producătorii din industria aerospațială să fie nerăbdători să le utilizeze, putând contribui la reducerea consumului de combustibil și a emisiilor, făcând avioanele mai ușoare și mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil; din păcate însă, prețul său ridicat - $3500 pe kilogram - împiedică creșterea în acest sector.

Mineralele refractare au o altă aplicație în materialele de construcție. În timp ce doar aproximativ 3% de reziduuri de bauxită sunt reciclate în acest mod în prezent, acest material ar putea fi utilizat pentru pereți și alte proiecte de construcții; cea mai mare parte este trimisă la iazuri mari de deșeuri, munți uscați sau depozite de deșeuri pentru eliminare.

Cu toate acestea, principala provocare cu care se confruntă industria în prezent este găsirea unei modalități ecologice de eliminare a cantităților mari de reziduuri de bauxită care se acumulează în fiecare an. Metodele actuale - care implică aruncarea deșeurilor direct în natură - s-au dovedit atât costisitoare, cât și distructive pentru mediu.

Cercetătorii din China au conceput o tehnică de creștere a stabilității și durabilității deșeurilor caustice prin amestecarea acestora cu diverși lianți. Lianții au, de asemenea, avantajul suplimentar de a lega substanțele nocive care se găsesc în nămolul roșu, cum ar fi cromul hexavalent, plumbul, seleniul, fluorura, arsenicul, pentru a reduce levigarea sau efectele toxice; în plus, aceștia încetinesc degradarea în timp ce scad permeabilitatea.

Lichior pentru gravide

În această etapă, soluția fierbinte de sodă caustică (NaOH) dizolvă mineralele care conțin aluminiu și care se găsesc în bauxită, cum ar fi gibbsita, boehmitea și diaspora, pentru a produce o soluție suprasaturată de aluminat de sodiu cunoscută sub denumirea de licoare gravidă. Reziduurile insolubile rămase după digestie sunt cunoscute sub denumirea de nămol roșu și pot conține impurități precum oxizi de fier, silicat de sodiu și dioxid de titan, care trebuie eliminate pentru a garanta produse de alumină de înaltă calitate.

Soluția de aluminat este apoi trimisă printr-o serie de vase cunoscute sub numele de circuitul de reacție pentru prelucrare ulterioară, unde trece prin filtre de securitate pentru a separa particulele solide de alumină de soda caustică și pentru a preveni pierderile excesive ale acestei substanțe chimice scumpe. În cele din urmă, lichiorul pregnant limpede, bogat în trihidroxid de alumină, va fi redirecționat către secțiunea de precipitare a procesului Bayer pentru alte etape de precipitare.

Aproximativ 10% până la 25% în volum din fluxul de lichid pregnant de intrare este direcționat către o secțiune de aglomerare, compusă din rezervoare care conțin cristale fine de hidroxid de aluminiu cu dimensiuni medii ale particulelor între 30-60 microni; apoi se lasă să se sedimenteze și să se aglomereze pe o perioadă de aproximativ șase ore în această secțiune de aglomerare.

Odată ce lichidul pregnant a fost transferat în secțiunea de precipitare, acesta este depozitat în recipiente mai mari, cunoscute sub numele de rezervoare ale secțiunii de creștere, care conțin cristale de semințe grosiere de trihidroxid de alumină cu dimensiuni medii cuprinse între 80-100 microni.

Pe măsură ce rezervoarele de precipitare se răcesc, cristalele de alumină încep să se formeze și sunt separate treptat în diferite game de dimensiuni. Cristalele mari sunt clasificate ca produse refractare, în timp ce particulele mai mici sunt supuse calcinării; în timpul acestui proces, orice urmă de reziduuri de nămol este îndepărtată pentru a asigura calitatea produsului.

După ce a fost bine amestecată și uscată într-un uscător rotativ, alumina este supusă calcinării - schimbându-și compoziția și structura cristalină fără a modifica dimensiunea particulelor - pentru prelucrare ulterioară.

Precipitații

Minereul de bauxită este rafinat în oxid de aluminiu (Al2O3) prin procedeul Bayer, producând o pulbere cristalină albă numită alumină [Al2O3]. Din această formă rafinată se poate obține apoi aluminiu metalic topit. Patru tone de bauxită produc două tone de alumină, care are numeroase aplicații, cum ar fi abrazivele și ceramica.

Minereul de bauxită este măcinat în mori cu bare sau cu bile pentru a forma o suspensie fină care este apoi digerată cu sodă caustică la concentrații de până la 170 g/L în recipiente sub presiune și la temperaturi cuprinse între 145-265 °C - acest proces este cunoscut sub denumirea de digestie cu lichior pregnant. Reacția are loc într-o singură direcție prin adăugarea de sodă caustică; se formează soluții suprasaturate, care sunt apoi pompate în precipitatoare înalte de siliciu înainte de precipitarea cristalelor de boehmite la răcirea controlată pentru a forma o zgură conținând alumină, în timp ce orice exces de sodă caustică se întoarce pentru digestie.

Ciclonii pentru deșeuri brute sunt utilizați pentru a separa particulele grosiere din zgura care conține material cu conținut de alumină, în timp ce particulele mai fine sunt sedimentate cu ajutorul îngroșătoarelor cu rakere cu floculanți sintetici. Ambele îngroșătoare funcționează în condiții extreme de temperatură și presiune - ceea ce le face unele dintre cele mai avansate echipamente de prelucrare de pe piața actuală.

Ca toate exploatările miniere, fabricile de alumină se confruntă cu pericole pentru mediu și sănătate. Procesul de rafinare este intensiv din punct de vedere energetic și produce deșeuri semnificative, astfel încât proprietarii uzinei trebuie să depună eforturi pentru a minimiza consumul de combustibil și de sodă caustică, crescând în același timp eficiența producției.

Riscurile pentru sănătate în rafinăriile de alumină pot fi, de asemenea, o preocupare importantă, în special în ceea ce privește afecțiunile respiratorii și gastrointestinale. În plus, unele locații sunt vulnerabile la boli tropicale precum malaria și febra dengue; prin urmare, lucrătorii primesc educație în această privință și vaccinuri împotriva acestor boli.

Lucrătorii din minele de bauxită și din rafinăriile de alumină sunt expuși unui risc crescut de expunere la azbest și la alte substanțe chimice toxice, deși în industria aluminiului expunerea profesională la azbest este de obicei mai redusă în comparație cu alte industrii. Mezoteliomul a fost asociat cu minele și topitoriile australiene de bauxită; datele de monitorizare pozițională și personală colectate la rafinăria de alumină Pinjarra indică faptul că nivelurile de mercur urinar ale angajaților se încadrează bine în orientările australiene actuale de 20 mg/g creatinină.