Ťažba bauxitu a oxidu hlinitého

Hliník je po kyslíku a kremíku jedným z troch najrozšírenejších prvkov na Zemi. Bauxitová ruda sa na jeho získavanie spracováva rafináciou podľa Bayera.

Bauxitová ruda sa rozdrví, premyje a vysuší a potom sa zmieša s horúcou žieravou sodou, aby sa vytvoril presýtený roztok hlinitanu sodného, ktorý sa bežne nazýva červené bahno. Tento roztok sa potom prečerpáva do vysokých nádrží nazývaných zrážače, kde sa zhromažďuje a spracováva.

Bauxit

Bauxit je jedným z hlavných svetových zdrojov hliníka, ktorý sa používa v rôznych aplikáciách od lietadiel a automobilov až po nápojové plechovky a alobal. Bauxit je ruda obsahujúca Al2O3, ktorá sa zvyčajne nachádza v blízkosti zalesnených oblastí v blízkosti povrchového terénu v blízkosti stromového porastu. Pri ťažbe sa môžu použiť metódy povrchovej ťažby s náhradou pôdy zalesnením v rámci rekultivačných postupov.

Bauxitová ruda sa skladá z minerálov obsahujúcich hliník, ako je gibbsit, bohmit a diaspor; ich podiel sa líši v závislosti od miesta nálezu. Ložiská bauxitu sa nachádzajú na všetkých kontinentoch okrem Antarktídy, pričom bohaté zásoby sa nachádzajú v Guinei (Brazília), Austrálii, Indonézii a Číne. K vzniku bauxitu dochádza v dôsledku chemického zvetrávania vodou v tropickom podnebí, kde dažďová voda vyplavuje oxid kremičitý z pôvodných vyvrelých hornín, ktoré tvorili jeho základ.

Po vyťažení bauxitu sa musí prepraviť do rafinérie oxidu hlinitého, kde sa premení na oxid hlinitý na použitie pri výrobe hliníkových výrobkov. Bauxit sa zvyčajne môže prepravovať vlakom alebo nákladným autom zo zdrojových baní priamo do rafinérie oxidu hlinitého; niektoré zásielky môžu dokonca prísť po mori.

V rámci výrobného procesu sa bauxit musí najprv vylúhovať, aby sa z neho oddelil obsah oxidu hlinitého, a to pomocou vodného roztoku hydroxidu sodného 15-20% pod tlakom. Po vykonaní tohto kroku sa vyzrážaný oxid hlinitý môže vyzrážať a ďalej spracovať kalcináciou vo fluidnej alebo rotačnej peci na výrobu oxidu hlinitého s čistotou 99,5%.

Bauxit vyťažený v tejto bani sa potom vyváža na rafináciu do spoločností Yarwun a Queensland Alumina Ltd v Gladstone v Austrálii, pričom časť sa posiela aj do zahraničia (napr. do Číny).

Ťažba bauxitu má v krajinách, ako je Guinea, závažný vplyv na životné prostredie. Nedávna analýza vplyvov na obyvateľstvo v najväčšej guinejskej ťažobnej oblasti Boke odhalila, že ťažba bauxitu zničila životy a živobytie vidieckych komunít stratou prístupu k pôde, vyčerpaním vodných zdrojov, vplyvom na zdravie a násilnými útokmi na pracovníkov projektu zo strany miestnych obyvateľov.

Červené blato

Výroba hliníka je spojená s mnohými environmentálnymi rizikami. Ťažba bauxitu likviduje rozsiahle plochy starých lesov a energeticky náročný proces si vyžaduje masívne priehrady, ktoré zaplavujú pôvodné komunity. Okrem toho toxické červené bahno, ktoré vzniká pri výrobe, predstavuje vážne zdravotné a bezpečnostné hrozby, ak nie je riadne kontrolované.

Štúdie o tom, ako znížiť nebezpečnosť červeného bahna, boli rozsiahle, pričom väčšina úsilia bola zameraná na zmiernenie, nie na odstránenie jeho nebezpečenstva. Významným cieľom veľkej časti tejto práce bolo uzavretie nebezpečných kovov nachádzajúcich sa v žeravom odpade do pevnej formy nazývanej žiaruvzdorné minerály - tieto pevné látky sa potom môžu využiť mnohými rôznymi spôsobmi.

Jedným z využití pre výrobcov oxidu hlinitého by mohlo byť posilnenie kovových zliatin, ktoré používajú vo svojich výrobkoch, kovmi vzácnych zemín, ako je oxid hlinitý. Výskumníci dokonca vyvinuli zliatiny skandia a hliníka, ktoré sú 40% pevnejšie ako čistý hliník - výrobcovia v leteckom priemysle ich chcú používať, čo by mohlo pomôcť znížiť spotrebu paliva a emisie tým, že lietadlá budú ľahšie a úspornejšie; bohužiaľ však ich vysoká cena - $3500 za kilogram - bráni rastu v tomto odvetví.

Žiaruvzdorné minerály majú ďalšie využitie v stavebných materiáloch. Hoci sa v súčasnosti takto recykluje len asi 3% zvyškov bauxitu, tento materiál by sa mohol využiť na steny a iné stavebné projekty; väčšina sa posiela na likvidáciu do veľkých odpadových rybníkov, vysušených hôr alebo na skládky.

Hlavnou výzvou, ktorej priemysel v súčasnosti čelí, je však nájsť ekologický spôsob likvidácie obrovského množstva zvyškov bauxitu, ktoré sa každoročne hromadia. Súčasné metódy, ktoré zahŕňajú ukladanie odpadu priamo do voľnej prírody, sa ukázali ako nákladné a zároveň ničivé pre životné prostredie.

Výskumníci z Číny vyvinuli techniku na zvýšenie stability a trvanlivosti žeravého odpadu jeho zmiešaním s rôznymi spojivami. Spojivá slúžia aj ako ďalšia výhoda viazania škodlivých látok nachádzajúcich sa v červenom bahne, ako je šesťmocný chróm, olovo, selén, fluorid, arzén, aby sa znížilo vylúhovanie alebo toxické účinky; navyše spomaľujú degradáciu a zároveň znižujú jeho priepustnosť.

Tehotný alkohol

V tejto fáze horúci roztok hydroxidu sodného (NaOH) rozpúšťa minerály obsahujúce hliník, ktoré sa nachádzajú v bauxite, ako je gibbit, boehmit a diaspor, a vytvára presýtený roztok hlinitanu sodného známy ako pregnantný lúh. Nerozpustné zvyšky, ktoré zostanú po rozklade, sa nazývajú červené bahno a môžu obsahovať nečistoty, ako sú oxidy železa, kremičitan sodný a oxid titaničitý, ktoré sa musia odstrániť, aby sa zaručila vysoká kvalita výrobkov z oxidu hlinitého.

Roztok hlinitanov sa potom posiela cez sériu nádob známych ako reakčný okruh na ďalšie spracovanie, kde prechádza cez bezpečnostné filtre, aby sa oddelili pevné častice oxidu hlinitého od kaustickej sódy a zabránilo sa nadmerným stratám tejto drahej chemikálie. Nakoniec sa číry tehotenský lúh bohatý na trihydroxid hlinitý vráti späť do zrážacej časti procesu Bayer na ďalšie zrážacie kroky.

Približne 10% až 25% objemu vstupujúceho prúdu tehotného lúhu sa nasmeruje do aglomeračnej sekcie, ktorá pozostáva z nádrží obsahujúcich jemné kryštály hydroxidu hlinitého so strednou veľkosťou častíc medzi 30-60 mikrónov; potom sa nechá usadiť a aglomerovať počas približne šesťhodinového pobytu v tejto aglomeračnej sekcii.

Po presune gravitačného lúhu do zrážacej sekcie sa usadzuje vo väčších nádobách známych ako nádrže rastovej sekcie, ktoré obsahujú hrubé kryštály trihydroxidu hlinitého s mediánom veľkosti od 80 do 100 mikrónov.

Keď sa zrážacie nádrže ochladia, začnú sa tvoriť kryštály oxidu hlinitého, ktoré sa postupne rozdeľujú do rôznych veľkostných skupín. Veľké kryštály sa klasifikujú ako žiaruvzdorné produkty, zatiaľ čo menšie častice sa podrobujú kalcinácii; počas tohto procesu sa zmyjú všetky stopy zvyškov bahna, aby sa zabezpečila kvalita produktu.

Po dôkladnom premiešaní a vysušení v rotačnej sušičke sa oxid hlinitý podrobí kalcinácii, čím sa zmení jeho zloženie a kryštálová štruktúra bez zmeny veľkosti častíc, aby sa mohol ďalej spracovávať.

Zrážky

Bauxitová ruda sa rafinuje na oxid hlinitý (Al2O3) Bayerovým procesom, pričom vzniká biely kryštalický prášok nazývaný oxid hlinitý [Al2O3]. Z tejto rafinovanej formy sa potom môže vyrábať roztavený kovový hliník. Zo štyroch ton bauxitu sa získajú dve tony oxidu hlinitého, ktorý má široké využitie, napríklad ako brusivo a keramika.

Bauxitová ruda sa melie v tyčových alebo guľových mlynoch, aby sa vytvorila jemná suspenzia, ktorá sa potom rozkladá s kaustickou sodou v koncentráciách až do 170 g/l v tlakových nádobách pod tlakom a pri teplotách medzi 145 a 265 °C - tento proces je známy ako rozklad gravitačného lúhu. Reakcia prebieha v jednom smere pridávaním lúhu sodného; vytvoria sa presýtené roztoky, ktoré sa potom prečerpajú do vysokých zrážacích zariadení podobných silonu, kým po riadenom ochladení dôjde k vyzrážaniu kryštálov boehmitu a vytvoreniu trosky obsahujúcej oxid hlinitý, zatiaľ čo prebytočný lúh sodný sa vráti na rozklad.

Surové cyklóny sa používajú na oddelenie hrubých častíc od trosky obsahujúcej materiál obsahujúci oxid hlinitý, zatiaľ čo jemnejšie častice sa usadzujú pomocou zhrabovacích zahusťovačov so syntetickými flokulantmi. Oba zahusťovače pracujú v extrémnych teplotných a tlakových podmienkach - čo z nich robí jedny z najmodernejších spracovateľských zariadení na súčasnom trhu.

Tak ako všetky banské prevádzky, aj závody na výrobu oxidu hlinitého čelia environmentálnym a zdravotným rizikám. Ich proces rafinácie je energeticky náročný a produkuje značné množstvo odpadových materiálov, takže majitelia závodov sa musia snažiť minimalizovať spotrebu paliva a lúhu sodného a zároveň zvyšovať efektívnosť výroby.

Zdravotné riziká v rafinériách oxidu hlinitého môžu byť tiež dôležitým problémom, najmä pokiaľ ide o respiračné a gastrointestinálne ochorenia. Okrem toho sú niektoré lokality náchylné na tropické choroby, ako je malária a horúčka dengue; pracovníci sú preto v tejto oblasti vzdelávaní a očkovaní proti týmto chorobám.

Pracovníci v bauxitových baniach a rafinériách oxidu hlinitého sú vystavení zvýšenému riziku azbestu a iných toxických chemikálií, hoci v hlinikárenskom priemysle je vystavenie azbestu pri práci zvyčajne nižšie v porovnaní s niektorými inými odvetviami. Mezotelióm sa spája s austrálskymi bauxitovými baňami a taviarňami; údaje z monitorovania polohy a osôb zozbierané v rafinérii oxidu hlinitého Pinjarra naznačujú, že hladiny ortuti v moči zamestnancov sú v rámci súčasných austrálskych smerníc 20 mg/g kreatinínu.