2.1 Bauxit, Aluminiumoxid-Raffination, und Aluminium-Schmelzen: Eine Mega-Industrie
Wegen seiner Fülle, seinen hohen Aluminiumgehalt, und seine bereit Verfügbarkeit zu Open-Cut Bergbau, die primäre kommerzielle mineralische Quelle von Aluminium für die Herstellung von Aluminium-Metall ist die relativ gemeinsame Aluminium-Erz Bauxit., Bauxit ist im Wesentlichen hydratisiertes Aluminiumoxid in einer erzspezifischen (jede Bauxit-Mine ist anders) Mischung seiner drei gebräuchlichen Mineralformen: Gibb-Al(OH)3, Böhmit γ-AlO(OH) und Diaspore α-AlO(OH), kombiniert mit vielen Verunreinigungen, am häufigsten Ton, Siliciumdioxid, Eisenoxid und Titandioxid.
Ein Bauxit wird oft durch sein Gewicht% verfügbares Aluminiumoxid als Al2O3 definiert. Gibbsite und Böhmit sind die üblichen Quellen von Al2O3 in Bauxiterzen und Diaspore in geringerem Maße. Die theoretische Grenze des Al2O3-Gehalts für Bauxit beträgt 65,4%. Dies wäre für pure Al (OH)3., In der Praxis enthält ein extrem hochwertiger Bauxit auf äquivalenter Oxid-Basis über 50% Al2O3 mit einem großen Zündverlust (meistens das Wasser der Hydratation, auch ein gewisser organischer Gehalt) und jeweils einige Prozent SiO2, Fe2O3 und TiO2. In der Praxis werden Bauxite, die 50% Aluminiumoxid enthalten, als hochwertig angesehen, und einige sind so niedrig wie 30% Al2O3. Natürlich gibt es enorme Unterschiede zwischen den Minen, aber in Bezug auf die Bauxit-Qualität ist dies eine gute Richtlinie für typische Produktionsqualität Bauxit., Von Bedeutung ist auch die relative Menge der drei Phasen: Gibbsite, Böhmit und Diaspore, da ihre Auflösungseigenschaften im Bayer-Prozess sehr unterschiedlich sind. Bei weitem ist Gibbsite am billigsten zu verarbeiten.
1873 begann der Bauxitabbau in Villeveyrac in Frankreich. Seitdem ist der Bauxit-Bergbau in großem Umfang gewachsen. In den 1960er Jahren hatte die weltweite Bauxit-Produktion 40 Millionen Tonnen erreicht. Es sind jetzt rund 260 Millionen Tonnen. Im Jahr 2016 ist Australien mit 80 Millionen Tonnen der weltweit größte Bauxit-Produzent. Australien produziert etwa 30% des gesamten Bauxits der Welt., Australien exportiert mehr als 80% seines Bauxits, Der Rest wird hauptsächlich für die australische Aluminiumindustrie verwendet .
Wie viel Bauxit bleibt auf der Erde? Im Jahr 2012 verfügte Australien Berichten zufolge über 6,3 Milliarden Tonnen abbaubare Bauxit Economic Development Resources (EDR) und 22% der weltweit bekannten geschätzten 28 Milliarden Tonnen Bauxit EDR . Dies ist in Tabelle 2.1 dargestellt. Während 28 Milliarden Tonnen mit 260 Millionen Tonnen pro Jahr viel klingen mögen, werden der Welt in etwa 100 Jahren die kommerziell lebensfähigen Bauxit-Reserven ausgehen., Es ist ernüchternd festzustellen, dass China, derzeit der weltweit führende Aluminiumproduzent, in 15 Jahren alle seine relativ kleinen Bauxit-Reserven zu aktuellen Verbrauchsraten verbrauchen wird, was eine Exportchance für andere Länder mit größeren Reserven darstellt.
Tabelle 2.1., Die 15 größten Bauxit-Produzenten der Welt (Millionen Tonnen pro Jahr)
| Rank output | Country | Bauxit (Mt) | % Global | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Australien | 82 | 31 | ||||||||||
| 2 | China | 65 | 25 | ||||||||||
| 3 | Brasilien | 35 | 13 | ||||||||||
| 4 | 5 | 25 | 10 | ||||||||||
| 5 | 10 | 20 | 7.,5 | 6 |
7 |
|
8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| 15 | Andere | 6.4 | 2.4 | ||||||||||
| Insgesamt | 262 |
Der USA Geological Survey schätzt, dass die weltweiten Bauxitreserven 55-75 Milliarden Tonnen betragen, in Afrika (33%), Ozeanien (24%), Südamerika und der Karibik (22%), Asien (15%) und anderswo (6%). Die Mehrheit davon ist kein EDR-Bauxit, aber da Bauxit knapp wird, wird es die Preise erhöhen und den Anteil des aktuellen Nicht-EDR erhöhen, der zu einem lebensfähigen EDR wird., Es ist erwähnenswert, dass beim aktuellen Verbrauch die 55-75 Milliarden Tonnen unser globales Erschöpfungsdatum auf 210-285 Jahre in die Zukunft ausdehnen. Dies ist ein komfortablerer Horizont, aber immer noch sehr endlich.
Es gibt natürlich andere weniger kommerziell nutzbare Aluminiumquellen wie Ton und möglicherweise einige noch weniger zugängliche Bauxit-Reserven, die zu aktuellen Weltmarktpreisen nicht beneidenswert sind., In der Vergangenheit und auf absehbare Zeit ist Bauxit, das durch großflächigen Tagebau gewonnen wird, jedoch die Industrienorm, da die meisten Bauxit-Lagerstätten großflächig, oberflächennah und in der Größenordnung von 10 m dick sind, was es zu einem sehr einfachen Erz macht abzubauen.
Viele dieser Bauxit-Reserven haben Probleme mit Reinheit, unerwünschter Kieselsäurekontamination oder niedrigem Gibbsite-Anteil. Gibbsite ist leicht zu verfeinern, und es ist sehr schwierig, Böhmit und Diaspore zu verfeinern. Europa und China haben ein großes Problem mit einem niedrigen Gibbsite-Anteil, was die Raffination problematisch macht., China hat die größte Reserve an Diaspore-Bauxit in der Welt . China und Europa arbeiten mit großen Herausforderungen. Einige australische Bauxit-Lagerstätten sind hervorragend; Einige haben Probleme mit hohem Kieselsäuregehalt. Nichtsdestotrotz hat Australien in den nördlichen (tropischen) Bundesstaaten Queensland und Northern Territory einige der weltweit höchsten Aluminiumoxid-Bauxite auf dem Niveau von 50%. Bauxit Raffination Fragen werden in Kapitel 3 dieses Buches diskutiert werden. Die Weltwirtschaftsreserven für Bauxit sind in Tabelle 2.2 zusammengefasst.
Tabelle 2.2.,div>
| Country | Bauxite (MT) | Rank (output) | % Globally | Current usage (MT/Y) | Years at current usage | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Guinea | 7400 | 5 | 27 | 20 | 376 | ||||||||||
| Australia | 6200 | 1 | 22 | 82 | 76 | ||||||||||
| Brazil | 2600 | 3 | 9 | 35 | 75 | ||||||||||
| Vietnam | 2100 | 12 | 8 | 1.,5 | 2000 |
afghanistan china indien |
A |
Guyana |
Indien |
Suriname |
Saudi-Arabien |
Russland |
Kasachstan |
5 |
|
72 |
| Malaysia | 110 | 14 | 0 | 1 | 110 | ||||||||||
| USA | 20 | 15 | 0 | w | – | ||||||||||
| Other | 2700 | 10 | – | – | |||||||||||
| Total | 27,830 | 106 |
Bauxite ores are generally categorized by the intended end use, the main uses being (Figs. 2.2 and 2.,3):
Fig. 2.2. World’s top bauxite producers (millions of tonnes per year) .
Fig. 2.3. World economic reserves of bauxite (billions of tonnes) .,
•
Metallurgisch (Aluminiumraffination)
•
Aluminiumoxid-Schleifmittel
•
Aluminiumoxidzement
•
Feuerfeste Materialien
•
Chemische Qualität (einschließlich Aluminiumoxidkeramik)
Normalerweise muss die Qualität der zur Herstellung von Aluminiumoxidkeramik verwendeten Aluminiumoxidkeramik von höchster Qualität sein, dh chemischer Qualität. Reinheit ist von größter Bedeutung mit Aluminiumoxid fortschrittliche Keramik. Die große Mehrheit des Bauxits, derzeit rund 85% der weltweiten Produktion, wird zur Herstellung von Aluminium verwendet., Als Weltmarktführer in der Bauxit-Produktion und Aluminiumoxidproduktion und weltweit Nummer 6 in der Aluminiumproduktion macht Australien eine gute Fallstudie. Es ist seit über einem halben Jahrhundert in der Aluminiumindustrie tätig und verfügt über 5 Bauxit-Minen, 6 Aluminiumoxid-Raffinerien und 4 Aluminiumhütten. Im Jahr 2011 produzierte Australien 1,96 Millionen Tonnen Aluminium, von denen etwa 90% exportiert wurden, was Exporte von 3,8 Milliarden US-Dollar verursachte und 17.600 Australier in allen Aspekten der national integrierten Industrie beschäftigte: Bauxit-Extraktion, Aluminiumoxid-und Aluminiumproduktion .,
Es ist auch bemerkenswert, dass Australien zwar der weltweit größte Bauxit-Produzent, der zweitgrößte Bauxit-Exporteur der Welt und der weltweit größte Aluminiumoxid-Exporteur (20,5 Millionen Tonnen) ist, aber den größten Teil seines Bauxits exportiert und nur der sechstgrößte Aluminiumproduzent der Welt hinter China, Russland, Kanada, Indien und den Vereinigten Arabischen Emiraten ist . Von den ~ 60 Millionen Tonnen Aluminium, die weltweit pro Jahr produziert werden, produziert Australien 1,7 Millionen Tonnen, während China mit rund 31 Millionen Tonnen mehr als die Hälfte produziert. China befindet sich in einer massiven Expansion.,
Mehr als 85% der heute weltweit hergestellten Tonerde (mehr als 85 Millionen Tonnen pro Jahr) werden tonnagenweise als Ausgangsmaterial für eine Aluminiumhütte verwendet. Aluminium wird elektrochemisch aus Aluminiumoxid im Hall-Hėroult-Verfahren hergestellt. Dies beinhaltet das Auflösen des Aluminiumoxid-Ausgangsmaterials in geschmolzenem Kryolith (Na3AlF6, Natriumhexafluoroaluminat) in einem mit Kohlenstoff ausgekleideten „Topf“ (Kathode) und anschließende Elektrolyse über eine Tauchanode zur Herstellung von Aluminiummetall durch carbotherme Reduktion. Abhängig von der Qualität des Bauxits, im Durchschnitt weltweit, 3.,6 t Bauxit werden benötigt, um 1 t Aluminiummetall herzustellen. Rund 263 Millionen Tonnen Bauxit weltweit abgebaut, 222 Millionen Tonnen (85%) davon verwendet, um die weltweite Produktion von 60 Millionen Tonnen Aluminium zu schmelzen. In einigen Fällen können es jedoch nur 1,9 t Bauxit pro Tonne Aluminium sein.
Aluminiumschmelzen ist ein sehr energieintensiver Prozess, und daher ist Strom ein wichtiger Beitrag zum Aluminiumproduktionsprozess, etwa 15 MW Stunden pro Tonne, was zwischen 25% und 30% der gesamten Betriebskosten ausmacht., Zum Beispiel produziert das australische Tomago-Aluminiumwerk, das 950 Mitarbeiter in seinem Werk 150 km nördlich von Sydney beschäftigt, 580.000 t Aluminium pro Jahr, ein Viertel der australischen Aluminiumproduktionsleistung, und verbraucht 10% der Stromproduktion des Bundesstaates NSW . Insgesamt verbraucht die Aluminiumschmelze etwa 13% des gesamten Stromverbrauchs Australiens. Es wurden viele Bücher und Handbücher über Aluminiumschmelzen geschrieben, und der Leser wird auf diese für mehr Details über Aluminiumschmelzen verwiesen. Der Fokus in diesem Buch liegt auf den keramischen Anwendungen des Aluminiumoxid-Ausgangsmaterials.,
Es gibt zwei Haupttypen von Bauxiterzen: lateritische (auch äquatoriale) und Karst. Lateritische Bauxite machen etwa 90% der weltweit EDR-abbaubaren Bauxite und Karstbauxite etwa 10% aus . Lateritische Bauxite kommen in äquatorialen Regionen der Welt vor und sind viel vorzuziehen, da sie in Bayer-Likör leichter verdaulich sind als karstische Bauxite, was weniger konzentriertes NaOH, niedrigere Temperaturen und Haltezeiten erfordert, wie in Kapitel 3 diskutiert. Karstbauxite, 10% der weltweiten Bauxit-EDR, finden sich hauptsächlich in Eurasien, insbesondere Osteuropa und China .,re wie folgt :
Die hydratisierten Aluminiumoxidpolymorphe sind
•
Gibbsite Al(OH)3—common polymorph of aluminium hydroxide
•
Bayerite Al(OH)3—less common polymorph of aluminium hydroxide
•
Nordstranddit Al(OH)3—less common polymorph of aluminium hydroxide
•
Böhmit AlOOH—aluminium oxy-hydroxide (resistent gegen Bayer Verdauung)
•
Diaspore AlOOH—Aluminium-Oxy-Hydroxid (sehr resistent gegen Bayer-Verdauung)
Gibbsite wird üblicherweise als Trihydrat-Aluminiumoxid (THA) – Komponente eines Bauxiterzes und (Böhmit + Diaspore) als Monohydrat-Aluminiumoxid (MHA) bezeichnet., Insgesamt verfügbare Aluminiumoxid (TAA) = THA + MHA.
Die Quellen der Kieselsäure-Kontamination:
•
Kaolinit-Ton (Kieselsäure): Bei allen handelsüblichen Bayer-Verdauungstemperaturen gut löslich.
•
Quarz (Kieselsäure): Löslich über 200°C von Bayer Alkohol.
Auch kleinere Kieselsäure-Mitwirkende Chamosit und Illit, falls vorhanden, meist nur in Spuren vorhanden.
Die Quellen des“ Rotschlamm “ – Abfallsediments aus der Bauxit-Raffination sind wie folgt:
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Goethit (Eisenoxid—Rotschlamm)., Kann feinkörnig sein = langsame Sedimentation und damit ein Aluminiumoxidkontaminationsrisiko bei Bauxit-Raffination
•
Hämatit (Eisenoxid—Rotschlamm)
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Maghemit (Eisenoxid—Rotschlamm)
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Magnetit (Eisenoxid—Rotschlamm)
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Ilmenit (Eisenoxid und Titania—Rotschlamm)
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Anatase (Titania—Rotschlamm). Kann Skala in der Bayer-Ausrüstung ablagern
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Rutil (Titania—roter Schlamm)., Kann ablagerung skala in die Bayer ausrüstung
•
Calcit (calcia—rot schlamm)
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Apatit (calcia—rot schlamm)
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Crandalite (calcia—rot schlamm)
Wie bereits erwähnt, lateritische bauxite sind nicht nur häufiger (90% prävalenz) aber auch mehr leicht verdaut. Dies ist, weil sie in erster Linie gibbsite mit einigen böhmite sind. Karstbauxite hingegen sind selten (10% Prävalenz) und viel schwerer verdaulich, da sie hauptsächlich Böhmit und Diaspore, die MHA-Aluminiumoxyhydroxide, enthalten., Gibbsite, die THA, ist im Bayer-Likör vergleichsweise leicht verdaulich, während Böhmit und Diaspore, die MHA, schwer verdaulich sind.