2.1 Bauxit, alumina raffinering, og smeltning af aluminium: En mega-industri
på Grund af sin overflod, sin høje aluminium indhold, og dets lette tilgængelighed til åben-cut minedrift, den primære kommercielle mineralsk kilde af aluminium til fremstilling af aluminium metal er forholdsvis almindelig aluminium malm bauxit., Bauxit er væsentlige hydreret alumina i en malm-specifikke (hver bauxit mine er forskellige) blanding af de tre almindelige mineral former: gibbsite Al(OH)3, boehmite γ-AlO(OH), og diaspore α-AlO(OH), kombineret med mange urenheder, de mest almindeligt ler, silicium, jern oxid og titandioxid.
en Bau .it er ofte defineret af dens vægt% tilgængelig aluminiumo .id som Al2O3. Gibbsite og boehmit er de sædvanlige kilder til Al2O3 i Bau .itmalm og diaspor i mindre grad. Den teoretiske grænse for Al2O3 indhold for Bau .it er 65,4%. Dette ville være for ren Al (OH)3., I praksis er en ekstremt høj kvalitet, bauxit vil indeholde, om en tilsvarende oxider grundlag, over 50% Al2O3, med et stort glødetab (for det meste vand af hydrering, også nogle af organisk indhold), og et par procent hvert af SiO2, Fe2O3, og TiO2. I praksis betragtes Bau .itter indeholdende 50% aluminiumo .id af høj kvalitet, og nogle er så lave som 30% Al2O3. Selvfølgelig er der enorme variationer mellem miner, men med hensyn til Bau .itkvalitet er dette en god retningslinje for typisk produktionskvalitet Bau .it., Også af betydning, er den relative mængde af de tre faser: gibbsite, boehmite, og diaspore som deres opløsning egenskaber i Bayer-processen er ret forskellige. Langt, gibbsite er den billigste at behandle.
i 1873 begyndte Bau .it minedrift i Villeveyrac i Frankrig. Siden da er Bau .it minedrift vokset til en enorm skala. I 1960 ‘ erne havde verdens Bau .itproduktion nået 40 millioner tons. Det er nu omkring 260 millioner tons. I 2016 er Australien verdens største Bau .itproducent, der producerer 80 millioner tons. Australien producerer omkring 30% af verdens samlede Bau .it., Australien eksporterer mere end 80% af sin Bau .it, resten bruges primært til den australske aluminiumsindustri .
hvor meget Bau ?it forbliver på jorden? I 2012, Australien havde efter sigende 6,3 milliarder tons minable bauxit økonomiske påvist ressourcer (EDR) og 22% af verdens kendt, anslået 28 milliarder tons Bauxit EDR . Dette er vist i tabel 2.1. Mens 28 milliarder tons kan lyde meget, med 260 millioner tons om året, vil verden løbe tør for kommercielt levedygtige Bau .itreserver om cirka 100 år., Det er interessant at bemærke, at Kina, som i øjeblikket verdens førende aluminiumsproducent, vil forbruge alle dens relativt lille bauxit reserver i 15 år på nuværende forbrug priser, der repræsenterer en mulighed for eksport til andre lande med større reserver.
tabel 2.1., Verdens top 15 bauxit producenter (millioner af tons / år)
| Rang output | Bauxit (Mt) | % Globalt | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Australien | 82 | 31 | |||||||||
| 2 | Kina | 65 | 25 | |||||||||
| 3 | Brasilien | 35 | 13 | |||||||||
| 4 | Indien | 25 | 10 | |||||||||
| 5 | Guinea | 20 | 7.,5 | 6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
| 15 | Andre | 6.4 | 2.4 | |||||||||
| Alt | 262 |
Det er anslået af USA Geologiske Undersøgelse, at verdens samlede bauxit reserver 55-75 milliarder tons, i Afrika (33%), Oceanien (24%), Sydamerika og Caribien (22%), Asien (15%), og andre steder (6%). Størstedelen af disse er ikke EDR Bau .it, men da Bau .it bliver knap, vil det øge priserne og øge andelen af nuværende ikke-EDR, der bliver levedygtig EDR., Det er værd at bemærke, at 55-75 milliarder tons ved det nuværende forbrug strækker vores globale udtømningsdato til 210-285 år ud i fremtiden. Dette er en mere behagelig horisont, men stadig meget begrænset.
Der er selvfølgelig andre mindre kommercielt levedygtige kilder til aluminium, såsom ler, og potentielt nogle endnu mindre tilgængelige Bau .itreserver, som ikke er levedygtige til de nuværende verdenspriser., Men i fortiden, og for en overskuelig fremtid, bauxit, der udvindes af store åbne-cut minedrift er branchens norm, da de fleste af bauxit indskud er store i området, tæt på overfladen, og i den rækkefølge, 10 m tyk, hvilket gør den til en meget let malm til mine.
mange af disse Bau .itreserver har problemer med renhed, uønsket silicaforurening eller lav gibbsitandel. Gibbsite er let at forfine, og det er meget vanskeligt at forfine boehmit og diaspor. Europa og Kina har et stort problem med lav gibbsite andel, hvilket gør raffinering problematisk., Kina har den største reserve af diaspore Bau .it i verden . Kina og Europa arbejder med store raffineringsudfordringer. Nogle Australske Bau .itaflejringer er fremragende; nogle har problemer med højt silicaindhold. Ikke desto mindre har Australien i de nordlige (tropiske) stater Queueensland og Northern Territory nogle af verdens højeste alumina Bau .itter omkring 50% – niveauet. Bau .it raffinering spørgsmål vil blive drøftet i kapitel 3 i denne bog. Verdens økonomiske reserver af Bau .it er sammenfattet i tabel 2.2.
tabel 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 | Jamaica |
afghanistan, kina, indien |
A |
Guyana |
Indien |
Surinam |
Saudi-Arabien |
Rusland |
Kasakhstan |
Grækenland |
|
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) .,
•
Metallurgiske (aluminium raffinering)
•
Aluminiumoxid slibemidler
•
Aluminiumoxid cement
•
Side
•
Kemisk klasse (herunder aluminiumoxid-keramik)
Normalt, kvaliteten af aluminiumoxid, der anvendes til at gøre alumina keramik skal være af den højeste kvalitet er muligt,, der er, kemiske kvalitet. Renhed er altafgørende med aluminiumo advancedid avanceret keramik. Det store flertal af Bau .it, i øjeblikket omkring 85% af den globale produktion, bruges til at fremstille aluminium., Som verdens førende inden for Bau .itproduktion og aluminiumo .idproduktion og verdens nummer 6 inden for aluminiumsproduktion gør Australien et godt casestudie. Det har været aktiv i aluminiumsindustrien i over et halvt århundrede og har 5 Bau .itminer, 6 aluminiumo refineriesidraffinaderier og 4 aluminiumsmeltere. I 2011, Australien produceret 1.96 millioner tons aluminium, hvoraf omkring 90% blev eksporteret, at skabe eksport af 3,8 milliarder dollars, og beskæftiger 17,600 Australiere i alle aspekter af den nationalt integreret industri: udvinding af bauxit, aluminiumoxid, og aluminiumsproduktion .,
Det er også bemærkelsesværdigt, at mens Australien er verdens største bauxit producent, verdens næststørste bauxit eksportør, og verdens største aluminiumoxid eksportør (20.5 millioner tons), eksporterer det meste af sin bauxit og er kun verdens sjette største aluminiumsproducent bag Kina, Rusland, Canada, Indien og de forenede arabiske EMIRATER . Af de ~ 60 millioner tons aluminium produceret i verden om året producerer Australien 1,7 millioner tons, mens Kina producerer mere end halvdelen på omkring 31 millioner tons. Kina er under massiv ekspansion.,
udtrykt i tonnage bruges over 85% af aluminiumo .id fremstillet i verden i dag (mere end 85 millioner tons om året) som råmateriale til et aluminiumsmelter. Aluminium fremstilles elektrokemisk af aluminiumo .id ved hjælp af Hall-Hrouroult-processen. Dette indebærer at opløse aluminium råvare i smeltet kryolit (Na3AlF6, natrium hexafluoroaluminate) i en carbon-foret “pot” (katode) og derefter ved hjælp af elektrolyse via en fordybelse anode til at producere aluminium metal ved carbothermic reduktion. Afhængig af kvaliteten af Bau .it, i gennemsnit globalt, 3.,6 t Bau .it er nødvendig for at producere 1 t aluminiummetal. Omkring 263 millioner tons Bau .it udvindes globalt, 222 millioner tons (85%) af det, der bruges til at smelte verdens globale produktion på 60 millioner tons aluminium. Men i nogle tilfælde kan det være så lidt som 1,9 t Bau .it pr.
aluminiumsmeltning er en meget energiintensiv proces, og derfor er elektricitet et vigtigt input til aluminiumsproduktionsprocessen, cirka 15 m.timer pr. ton, der tegner sig for mellem 25% og 30% af de samlede driftsomkostninger., For eksempel, den Australske Tomago aluminiumsværk, der beskæftiger 950 mennesker på sin plante 150 km nord for Sydney, producerer 580,000 t af aluminium, et år, et kvartal af Australiens aluminium produktionen, og bruger 10% af el-produktionen i Staten MIDTJYLLAND . Samlet set aluminium smeltning forbruger ca 13% af Australiens samlede elforbrug. Der har været mange bøger og håndbøger skrevet om aluminiumsmeltning, og læseren henvises til disse for mere detaljeret om aluminiumsmeltning. Fokus i denne bog er de keramiske anvendelser af aluminiumo .id-råmaterialet.,
Der er to hovedtyper af Bau .itmalm: lateritisk (også kendt som ækvatorial) og karst. Lateritic bauxites tegner sig for omkring 90% af verdens EDR minable bauxit og karstic bauxites omkring 10% . Lateritic bauxites er fundet i ækvatoriale områder af verden, og er langt at foretrække, fordi de er lettere at fordøje i Bayer spiritus end karstic bauxites, der kræver mindre koncentreret NaOH, lavere temperaturer, og holder gange, som diskuteret i Kapitel 3. Karst Bau .ites, 10% af verdens Bau .it EDR, findes hovedsageligt i Eurasien, især Østeuropa og Kina .,re som følger :
hydreret aluminiumoxid polymorfer er
•
Gibbsite Al(OH)3—fælles polymorfe af aluminium hydroxid
•
Bayerite Al(OH)3—mindre fælles polymorfe af aluminium hydroxid
•
Nordstrandite Al(OH)3—mindre fælles polymorfe af aluminium hydroxid
•
Boehmite AlOOH—aluminium oxy-hydroxid (resistente over for Bayer fordøjelsen)
•
Diaspore AlOOH—aluminium oxy-hydroxid (meget modstandsdygtig over for Bayer fordøjelsen)
Almindeligt gibbsite er omtalt som trihydrat aluminiumoxid (THA) komponent af malm og bauxit (boehmite + diaspore) som monohydrat aluminiumoxid (MHA)., Samlet tilgængelig aluminiumo .id (TAA) = THA + MHA.
kilderne til silicaforureningen:
•
kaolinit ler (silica): meget opløselig ved alle kommercielle Bayer-fordøjelsestemperaturer.
•
kvarts (silica): opløselig over 200 C C i Bayer-væske.
også mindre silica bidragydere chamosite og illite, hvis til stede, normalt kun til stede i spormængder.kilderne til det” røde mudder ” affaldssediment fra Bau .itraffinering er som følger:
•
goethit (jerno .id—rød mudder)., Kan være finkornet = langsom sedimentation og derfor aluminiumoxid-forurening risiko i bauxit raffinering
•
Hæmatit (jernoxid—rød mudder)
•
Maghemite (jernoxid—rød mudder)
•
Magnetit (jernoxid—rød mudder)
•
Ilmenite (jernoxid og titania—rødt slam”)
•
Anatase (titania—rød mudder). Kan deponere skala i Bayer udstyr
•
Rutil (titania—rød mudder)., Kan indbetale skala i Bayer udstyr
•
Kalk (calcium—rødt slam”)
•
Apatit (calcium—rødt slam”)
•
Crandalite (calcium—rødt slam”)
Som tidligere nævnt, lateritic bauxites er ikke kun mere almindelige (90% forekomst), men også mere let fordøjeligt. Dette skyldes, at de primært er gibbsite med nogle boehmite. Karstic bauxites, på den anden side, er sjældne (10% forekomst), og meget sværere at fordøje, fordi de indeholder primært boehmite og diaspore, MHA aluminium oxy-hydroxider., Gibbsite, THA, er relativt let at fordøje i Bayer-væsken, hvorimod boehmite og diaspor, MHA, er vanskelige at fordøje.