2.1 Bauksitt -, alumina-raffinering og aluminium smelting: Et mega-bransjen
på Grunn av sin overflod, sin høye aluminium innhold, og det er klar tilgjengelighet til open-cut gruvedrift, det primære kommersielle mineral kilde av aluminium for produksjon av aluminium metall er relativt vanlig au bauxitt., Bauxitt er i hovedsak hydrert alumina i en malm-spesifikke (hver bauksitt mine er forskjellige) blanding av de tre vanligste mineral former: gibbsite Al(OH)3, boehmite γ-AlO(OH), og diaspore α-AlO(OH), kombinert med mange urenheter, som oftest leire, silisium, jern oksid og titandioksid.
En bauksitt er ofte definert av sin vekt% tilgjengelig alumina som Al2O3. Gibbsite og boehmite er vanlige kilder til Al2O3 i bauksitt malmer og diaspore til en mindre grad. Den teoretiske grensen for Al2O3-innhold for bauksitt er 65.4%. Dette ville være for ren Al(OH)3., I praksis, en ekstremt høy kvalitet bauksitt vil inneholde, på en tilsvarende oksider grunnlag, over 50% Al2O3, med store tap på tenningen (for det meste, vannet av hydrering, også noen organisk innhold), og noen få prosent hver av SiO2, Fe2O3, og TiO2. I praksis, bauxites inneholder 50% aluminiumoksid er vurdert høy kvalitet, og noen er så lav som 30% Al2O3. Selvfølgelig det er store variasjoner mellom gruvene, men i form av bauksitt kvalitet, er dette en god retningslinje for typiske produksjon kvalitet bauxitt., Også av betydning er den relative mengden av de tre fasene: gibbsite, boehmite, og diaspore som deres oppløsning egenskaper i Bayer-prosessen er ganske forskjellige. Langt, gibbsite er den laveste å behandle.
I 1873, bauxitt mining begynte i Villeveyrac i Frankrike. Siden da, bauxitt mining har vokst til en stor skala. På 1960-tallet, verdens produksjon av bauksitt hadde nådd 40 millioner tonn. Det er nå rundt 260 millioner tonn. I 2016, Australia er verdens største bauksitt produsent, produsere 80 millioner tonn. Australia produserer om lag 30% av verdens totale bauxitt., Australia eksporterer mer enn 80% av sine bauxitt, resten blir brukt først og fremst for den Australske aluminium industri .
Hvor mye bauksitt forblir på Jorden? I 2012, Australia angivelig hadde 6,3 milliarder tonn minable bauksitt økonomisk vist ressurser (EDR) og 22% av verdens kjente estimert 28 milliarder tonn Bauxitt EDR . Dette er vist i Tabell 2.1. Mens 28 milliarder tonn kan høres mye ut, på 260 millioner tonn i året, verden vil kjøre ut av kommersielt levedyktig bauksitt reserver i ca 100 år., Det er tankevekkende å merke seg at Kina, i dag verdens ledende aluminium produsent, vil konsumere alle dens relativt lille bauksitt reserver i 15 år med dagens forbruk, priser, som representerer en eksport mulighet for andre land med større reserver.
Tabell 2.1., Verdens topp 15 bauksitt produsenter (millioner tonn per år)
| Rang utgang | – Land | Bauxitt (Mt) | % Globalt | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Australia | 82 | 31 | |||||||||
| 2 | Kina | 65 | 25 | |||||||||
| 3 | Brasil | 35 | 13 | |||||||||
| 4 | India | 25 | 10 | |||||||||
| 5 | Guinea | 20 | 7.,5 | 6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
| 15 | Andre | 6.4 | 2.4 | |||||||||
| Totale | 262 |
Det er anslått av USA Geologiske Undersøkelse at verdens totale bauksitt forbeholder seg retten er 55-75 milliarder tonn, i Afrika (33%), Oseania (24%), Sør-Amerika og Karibia (22%), Asia (15%), og andre steder (6%). De fleste av disse er ikke EDR, bauxitt, men som bauksitt blir knappe, det vil drive opp prisene og øke andelen av ikke-EDR som blir levedyktig EDR., Det er verdt å merke seg at med dagens forbruk, 55-75 milliarder tonn strekke ut våre globale uttømming dato for å 210-285 år inn i fremtiden. Dette er en mer komfortabel horisonten, men fortsatt veldig begrenset.
Det er selvfølgelig andre mindre kommersielt levedyktig kilder av aluminium, slik som leire, og potensielt noen enda mindre tilgjengelig bauksitt reserver, som er unviable i dagens verden priser., Men, i det siste, og i overskuelig fremtid, bauxitt hentet av store åpne-cut gruvedrift er den bransjen norm, siden de fleste bauksitt innskudd er stor i området, nær overflaten, og i den rekkefølgen av 10 m tykk, noe som gjør det svært enkelt malm gruve.
Mange av disse bauksitt forbeholder seg retten har problemer med renhet, uønskede silica forurensning, eller lave gibbsite andel. Gibbsite er lett å avgrense, og det er svært vanskelig å avgrense boehmite og diaspore. Europa og Kina har et stort problem med lave gibbsite andel, noe som gjør raffinering problematisk., Kina har den største reserver av diaspore bauksitt i verden . Kina og Europa arbeid med store raffinering utfordringer. Noen Australske bauksitt innskudd er enestående, og noen har problemer med høy silica innhold. Likevel, i den nordlige (tropisk) delstatene Queensland og Northern Territory, Australia har noen av verdens høyeste alumina bauxites rundt 50% – nivå. Bauksitt raffinering saker vil bli diskutert i Kapittel 3 i denne boken. Verdens økonomiske reserver av bauxitt er oppsummert i Tabell 2.2.
Tabell 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 india |
A |
Guyana |
India |
Surinam |
Saudi-Arabia |
Russia |
Kasakhstan |
Hellas |
|
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)
•
Alumina slipemidler
•
Alumina sement
•
Refractories
•
Kjemisk karakter (inkluderer alumina keramikk)
Vanligvis, kvaliteten på alumina brukt til å lage alumina keramikk behov for å være av høyeste klasse mulig, det er, kjemiske karakter. Renhet er viktig med alumina avansert keramikk. Det store flertallet av bauksitt, har i dag rundt 85% av den globale produksjonen, brukes til å lage aluminium., Som ledende i verden på produksjon av bauksitt og alumina produksjon og verdens nummer 6 i aluminium produksjon, Australia gjør en god case-studie. Det har vært aktiv i aluminium-bransjen i over et halvt århundre, og har 5 bauksittgruver, 6 aluminaraffinerier, og 4 aluminium smelteverk. I 2011, Australia produsert 1.96 millioner tonn aluminium, hvorav om lag 90% ble eksportert, og skaper eksport av $3,8 milliarder kroner, og sysselsetter 17,600 Australiere i alle aspekter av nasjonalt integrert bransje: utvinning av bauksitt -, alumina og aluminium produksjon .,
Det er også bemerkelsesverdig at mens Australia er verdens største bauksitt produsent, verdens nest største bauksitt eksportør og verdens største alumina eksportør (20.5 millioner tonn), det eksporterer det meste av sin bauksitt og er bare verdens sjette største aluminium produsent bak Kina, Russland, Canada, India, og de forente arabiske emirater . Av ~ 60 millioner tonn aluminium produsert i verden per år, Australia produserer 1,7 millioner tonn, mens Kina produserer mer enn halvparten på rundt 31 millioner tonn. Kina er i sterk vekst.,
målt I tonnasje, over 85% av alumina laget i verden i dag (mer enn 85 millioner tonn i året) brukes som råstoff for en aluminium-smelteanlegget. Aluminium er electrochemically produsert fra alumina ved hjelp av Hall-Hėroult prosessen. Dette innebærer oppløsning av alumina råstoff i smeltet cryolite (Na3AlF6, sodium hexafluoroaluminate) i en karbon-lined «potten» (katoden) og deretter ved hjelp av elektrolyse via en nedsenking anode for å produsere aluminium metall ved carbothermic reduksjon. Avhengig av kvaliteten på råstoffet bauksitt, i gjennomsnitt globalt, 3.,6 t av bauxitt er nødvendig for å produsere 1 t av aluminium metall. Om 263 millioner tonn bauxitt minelagt globalt, 222 millioner tonn (85%) som brukes til å luktet verdens global produksjon av 60 millioner tonn aluminium. Imidlertid, i noen tilfeller, det kan være så lite som 1,9 t av bauksitt per tonn aluminium.
Aluminium smelting er en svært energikrevende prosess, og derfor elektrisitet er en viktig inngang til aluminium produksjonsprosessen, ca 15 MW timer per tonn, som sto for mellom 25% og 30% av totale driftskostnader., For eksempel, den Australske Tomago aluminium plante, som sysselsetter 950 mennesker på sitt anlegg 150 km nord for Sydney, produserer 580,000 t av aluminium i året, en fjerdedel av Australias aluminium produksjon utgang, og bruker 10% av elektrisitet produksjon av State of NSW . Totalt aluminium smelting forbruker ca 13% av Australias hele strømforbruket. Det har vært mange bøker og håndbøker skrevet på aluminium smelting, og leseren henvises til disse for mer detaljer om aluminium smelting. Fokus i denne boken er den keramiske programmer av alumina råstoff.,
Det er to hovedtyper av bauksitt malm: lateritic (også kjent som ekvatorial -) og karst. Lateritic bauxites stå for om lag 90% av verdens EDR minable bauksitt og karstic bauxites ca 10% . Lateritic bauxites er funnet i ekvatorial-regioner i verden, og er langt å foretrekke fordi de er lettere å fordøye i Bayer brennevin enn karstic bauxites, som krever mindre konsentrert NaOH, lavere temperaturer, og holder ganger, som diskutert i Kapittel 3. Karst bauxites, 10% av verdens bauksitt EDR, er funnet hovedsakelig i Eurasia, spesielt Øst-Europa og Kina .,re som følger :
Den hydrert alumina polymorphs er
•
Gibbsite Al(OH)3—felles polymorph av aluminium hydroksid
•
Bayerite Al(OH)3—mindre vanlige polymorph av aluminium hydroksid
•
Nordstrandite Al(OH)3—mindre vanlige polymorph av aluminium hydroksid
•
Boehmite AlOOH—aluminium oxy-hydroksid (motstandsdyktig mot Bayer fordøyelsen)
•
Diaspore AlOOH—aluminium oxy-hydroksid (svært motstandsdyktig mot Bayer fordøyelsen)
Vanligvis gibbsite er referert til som trihydrat alumina (THA) komponent av en bauksitt malm og (boehmite + diaspore) som monohydrat alumina (MHA)., Total tilgjengelig alumina (TAA) = THA + MHA.
Den kilder av silika forurensning:
•
Kaolinite leire (silika): Svært løselig i alle kommersielle Bayer fordøyelsen temperaturer.
•
Kvarts (silika): Oppløselig over 200°C i Bayer brennevin.
Også mindre silica bidragsytere chamosite og illite, hvis tilstede, som vanligvis bare finnes i spormengder.
kildene til «rød gjørme» avfall sediment fra bauksitt raffinering er som følger:
•
Goethite (jernoksid—rød gjørme)., Kan være finkornet = langsom sedimentering og derfor en alumina risiko for forurensning i bauksitt raffinering
•
Hematite (jernoksid—rød gjørme)
•
Maghemite (jernoksid—rød gjørme)
•
Magnetitt (jernoksid—rød gjørme)
•
Ilmenite (jernoksid og fôrdoserer tildeler—rød gjørme)
•
Anatase (fôrdoserer tildeler—rød gjørme). Kan innskudd skala i Bayer utstyr
•
Rutil (fôrdoserer tildeler—rød gjørme)., Kan innskudd skala i Bayer utstyr
•
Kalsitt (calcia—rød gjørme)
•
Apatite (calcia—rød gjørme)
•
Crandalite (calcia—rød gjørme)
Som nevnt tidligere, lateritic bauxites er ikke bare mer vanlig (90% prevalens), men også mer lett fordøyelig. Dette er fordi de er først og fremst gibbsite med noen boehmite. Karstic bauxites, på den annen side, er sjeldne (10% prevalens) og er mye vanskeligere å fordøye fordi de inneholder først og fremst boehmite og diaspore, den MHA aluminium oxy-hydroksider., Gibbsite, den THA, er relativt lett å fordøye i Bayer brennevin, mens boehmite og diaspore, den MHA, er vanskelig å fordøye.