De la sol la linia de producție - Ce este bauxita? Cum poate fi din aluminiu?

Este al treilea element cel mai frecvent și cel mai comun metal din scoarța terestră. După fier este cel mai important metal industrial. A fost produsă pentru prima dată în forma sa cunoscută în 1825 de către un fizician danez, Hans Christian Ørsted. În secolul al XIX-lea, era mai scump decât aurul. Aluminiul este utilizat de aproape orice industrie datorită proprietăților sale fizice și chimice bune.

În natură, aluminiul nu apare în stare elementară datorită reactivității sale ridicate. Predomină în compoziția minerală a mineralelor argiloase, a mineralelor silicatice și a micii. Producția economică de cantități mari de aluminiu pur este legată de binecunoscuta rocă de bauxită. Acesta este minereu de aluminiu.

Roca de bauxită este compusă în principal din minerale de alumină și hidroxid, pe lângă care apar și oxizi și hidroxizi de fier și titan, dar cel puțin 50% din cantitatea totală de minerale este asigurată de mineralele de alumină. Principalele minerale ale bauxitei sunt gibbsite (γ-Al (OH) 3), boehmite (γ-AlO (OH)), diaspora (α-AlO (OH)), hematite (Fe 2 O 3), goethite (FeO (OH) )) și caolinită (Al 2 [Si 2 O 5] (OH) 4), care formează roca sub formă de particule cu o dimensiune de câțiva micrometri. În plus, elemente rare, cum ar fi galiul și tungstenul, pot fi prezente în urme.

Figura 1: minerale Böhmit (1.) și gibbsit (2, 3) (Sursa: www.tankonyvar.hu)

Un geolog francez a descoperit bauxita, Pierre Berthier Nume. El a găsit-o și a descris-o pentru prima dată în 1821, lângă Les Baux, în sudul Franței. Numele său derivă și din aceasta. Bauxita este o rocă sedimentară poroasă, argiloasă, a cărei culoare roșiatică este dată de compușii de fier pe care îi conține. Se formează de obicei în climă tropicală, în condiții terestre, în timpul intemperiilor chimice ale altor roci. Dar cum? În condiții climatice calde, ploioase, metalele alcaline și alcalino-pământoase sunt eliberate din roca existentă. Produsul pentru intemperii conține fier, aluminiu și titan practic insolubil sub formă de oxid și hidroxid în condiții tropicale. Din fericire, aceste resturi de rocă rămân într-o cantitate atât de mare încât pot deveni rocă, bauxită.

În funcție de mediul geologic în care se dezvoltă, distingem două grupuri mari, laterite și bauxite carstice.

Depozitele de bauxită laterită se formează la tropice pe suprafața rocilor necarbonatate ca o pătură de intemperii. Aici se poate observa o tranziție chimică și mineralogică continuă de la roca mamă la laterită, iar țesutul și caracteristicile structurale ale rocii originale pot fi bine recunoscute în bauxita formată. Pe baza acestora, s-a stabilit că bauxita laterită este o resturi reziduale din roca mamă, nu s-a produs niciun transport material în timpul formării sale. În compoziția minerală a acestui grup de bauxite, boehmita, diaspora este mai mică, chiar și gibbsite-ul este caracteristic în cantități mari.

Bauxitele carstice, după cum sugerează și numele, se formează pe roci carbonatate (calcar, dolomit), în depresiunile suprafețelor carstice. Spre deosebire de bauxita laterită, continuitatea și moștenirea compoziției minerale și a ștampilelor de țesut nu pot fi observate aici. Materialul acumulat în formele de suprafață negative este un sediment real, care a fost depus după un transport mai lung sau mai scurt. Cartusbaitul poate fi separat de calcar și dolomit cu o margine ascuțită. Spre deosebire de bauxita laterită, principalul mineral aici este boehmitul.

Cele două grupuri de bauxite diferă în aproape totul, totuși există o asemănare între ele, și anume că s-au dezvoltat în condiții tropicale. Unele dintre coloniile de bauxită ale Pământului sunt într-adevăr situate în zonele tropicale actuale. Dar suntem familiarizați cu apariția bauxitei în numeroase țări în care clima tropicală este departe de a fi tipică, cum ar fi Eurasia (Rusia, Ungaria, Franța, Grecia). Acest lucru se datorează a două fenomene, schimbările climatice din istoria pământului și migrația continentală. Acolo unde bauxita poate fi exploatată astăzi, este sigur că un climat tropical a predominat în momentul formării rocilor. Bauxita este un sediment climatic important pentru cercetători.

Figura 2: Bauxită (sursă: http://europeana.nialloleary.ie)

Principalele plante de bauxită din lume se află în Australia, Brazilia, Guineea. În plus, Jamaica și Eurasia ar trebui menționate ca zone de extracție pe scară largă. Apariția bauxitei carstice domină în Ungaria. Au fost descoperite zăcăminte de bauxită extractibile din punct de vedere economic în Bakony și Vértes. La un moment dat, cu 3,35 milioane de tone de bauxită de înaltă calitate, Gánti a fost cea mai bogată mină de bauxită din Europa.

Minele de bauxită în Ungaria

În Ungaria, exploatarea bauxitei a început în zona Gánt în 1920. Apoi a dat peste Jenő Balás inginer minier în timpul explorării cărbunelui și manganului pentru prima plantă de bauxită carstică. Extracția a început șase ani mai târziu, în 1926, iar până în anii 1930, mina devenise renumită la nivel mondial, fiind considerată cea mai mare producție și cea mai înaltă calitate. Din aceste motive, II. în timpul celui de-al doilea război mondial, industria militară germană și-a închis ochii.

În timpul exploatării, stratul de steril (roca formată deasupra bauxitei) a fost îndepărtat și apoi săpăturile au fost efectuate manual cu forță manuală. Muncitorii au împins bauxita eliberată în mica și apoi au transportat roca pe cale ferată la unitățile de procesare. Datorită volumului mare, s-au efectuat lucrări în cinci locații. Extracția a fost la un nivel atât de mare încât, până la sfârșitul anului 1988, extragerea suplimentară a stocului rămas a devenit neeconomică. În loc de aproximativ 3,35 milioane de tone în momentul deschiderii sale, a produs 13,6 milioane de tone de bauxită din mină. Astăzi, mii de excursioniști vizitează peisajul Marsiliei în fiecare an, unde, pe lângă muzeu, există și un traseu educațional cu 13 stații.

Foto: Áron Dömsödi, Asociația de Drumeții din Ungaria

Tot în anii 1920, au fost începute cercetări în jurul Halmi și Nyirád pentru noi situri producătoare de minereu. La mijlocul anilor 1930, extracția în adâncime începuse și în această zonă. Exploatarea de la Nagyharsány și Eplény în anii 1930 și 1940 se poate face, de asemenea. Aceste mine au produs deja cantități mai mici de bauxită, dar nu trebuie uitate. A fost a treia cea mai mare așezare de bauxită din Ungaria în Bakony, Kincsesbánya. În timpul funcționării sale (58 de ani), au fost produse aproape 23 de milioane de tone de bauxită, în mare parte prin cultivarea în adâncime. Singura noastră mină de bauxită, care produce și astăzi, funcționează pe Bakonyoszlop, cu o capacitate anuală de 20-25 mii tone. Cea mai mare parte a volumului extras este exportat pentru industria metalurgică și ciment datorită închiderii fabricilor interne de alumină.

Mina de bauxită Bakonyoszlop (Sursa: www.eoszen.hu)

Pe măsură ce mineritul a progresat, astfel încât roca extrasă nu a trebuit transportată în alte țări, fabrica de alumină a fost deschisă în Mosonmagyaróvár (1934) și apoi în Ajka (1943). Metalurgia aluminiului a început în țară la Csepel (1934), apoi la Tatabánya și Ajka.

Ca toate lucrările miniere, extracția bauxitei din Ungaria a avut efecte negative asupra mediului. Rănile peisagistice cauzate de exploatarea în aer liber pot fi găsite și astăzi, recultivarea este minimă. Cantități mari de bauxită extractibilă din țară au fost situate sub nivelul apei carstice. În cazul cultivării la nivel adânc, a fost utilizată scăderea nivelului apei forate, ceea ce a dus la o scădere regională a nivelului apei în Munții Centrale Transdanubieni. Ca rezultat al extracției active a apei, randamentul izvoarelor lacului Hévíz a scăzut, la fel și nivelul apei lacului. Peștera de izvor Tapolca a devenit anhidră, mlaștinile și mlaștinile zonei s-au uscat. Un alt efect dăunător este noroiul roșu produs ca subprodus în timpul producției. Este o substanță puternic alcalină, corozivă, deci dacă este eliberată în mediu în vreun fel (prin vânt sau apă), poate deteriora grav viața sălbatică. Așezarea, depozitarea și controlul adecvat al noroiului roșu este astfel un aspect deosebit de important în planificarea exploatării bauxitei și a producției de aluminiu.

Proces de fabricație

Pentru a extrage metalul aluminiu din bauxită, se folosește o tehnică în doi pași. În prima fază, se produce alumină pură din punct de vedere industrial, în timp ce în a doua fază, metalul aluminiu este produs ca urmare a electrolizei. Acest proces se numește, după dezvoltatori, procedura Bayer-Hall.

La începutul producției, roca extrasă este zdrobită la dimensiunea corespunzătoare a bobului (între 0,07-1 mm) cu mașini de măcinat și mărunțit. Aceasta este urmată de săpături, adică dizolvarea conținutului de alumină al rocii. Materialul mărunțit este tratat cu soluție fierbinte de NaOH 40% la o presiune de 4-6 bari. În timpul procesului, aluminiul se dizolvă pentru a se separa de metalele prezente ca contaminanți (cum ar fi fierul).

Leșia de aluminat rezultată și noroiul roșu sunt separate într-un bazin de decantare. Utilizarea în continuare a părților nedizolvate, adică noroiul roșu, nu a fost rezolvată până în prezent, iar amplasarea și depozitarea acestuia reprezintă o problemă de mediu vie. După diluarea alcalinului aluminat cu apă, precipită Al (OH) 3.

Hidroxidul de aluminiu este apoi calcinat într-un cuptor cu tub la 1300 ° C. În timpul recoacerii, conținutul de apă legată și lipicioasă se evaporă și lasă o alumină albă numită alumină.

Pentru următorul pas al procesului, electroliza, alumina trebuie lichefiată. Deoarece punctul de topire al aluminei este foarte ridicat la 2050 ° C, acesta trebuie redus pentru o recuperare economică. Punctul de topire inferior criolitul (Na 3 AlF 6) este amestecat cu alumina, astfel încât punctul de topire este redus și procesele ulterioare au loc într-un mediu de 900 ° C. Criolitul este un mineral foarte rar, a cărui apariție tipică cade în largul coastei Groenlandei.

Pentru electroliză, se folosesc anodi de carbon (grafit), care reacționează cu oxigenul care evoluează pe acesta, rezultând formarea de monoxid de carbon și dioxid de carbon. Prin urmare, materialul anodului este epuizat constant în timpul electrolizei, care este înlocuit din când în când de sus. Rezultatul procesului de electroliză este că 99,5% aluminiu lichid pur se acumulează în partea inferioară a căzii, care este deja ușor de drenat. Plantele produc semifabricate din aluminiu brut, de obicei laminate, produse extrudate, fire și piese turnate. Mai târziu, un produs finit este produs din acesta prin adăugarea diferitelor aliaje.

Sunt cunoscute mai multe metode pentru producerea de aluminiu metalic din bauxită, dar numai procesul Bayer-Hall poate fi considerat economic.

Aluminiul este utilizat pe scară largă, se găsește în aproape toate industriile: inginerie mecanică, fabricarea aeronavelor, producția de automobile, industria alimentară, cablarea electrică și multe altele.

Aluminiul secundar poate fi recuperat prin reciclare și procesarea deșeurilor. Costul reciclării producției de aluminiu primar este de aprox. 5%.

Aluminiul este 100% reciclabil fără pierderi de calitate! Datorită duratei sale de viață îndelungate și reciclabilității bune, echilibrul ecologic al aluminiului este extrem de pozitiv.