2.1 bauxiet, aluminiumraffinage en aluminiumsmelting: een mega-industrie
vanwege de overvloed, het hoge aluminiumgehalte en de gemakkelijke beschikbaarheid voor open-cut mijnbouw, is de primaire commerciële minerale bron van aluminium voor de productie van aluminiummetaal het relatief veel voorkomende bauxiet van aluminiumerts., Bauxiet is in wezen gehydrateerd aluminiumoxide in een erts-specifieke (elke bauxietmijn is anders) mix van zijn drie gemeenschappelijke minerale vormen: gibbsiet Al(OH)3, boehmiet γ-AlO(OH), en diaspore α-ALO(OH), gecombineerd met vele onzuiverheden, meestal klei, siliciumdioxide, IJzeroxide en titaniumdioxide.
een bauxiet wordt vaak gedefinieerd door het gewicht% beschikbaar aluminiumoxide als Al2O3. Gibbsiet en boehmiet zijn in mindere mate de gebruikelijke bronnen van Al2O3 in bauxieterts en diaspore. De theoretische limiet van het Al2O3 gehalte voor bauxiet is 65,4%. Dit zou voor zuivere Al(OH)3 zijn., In de praktijk zal een bauxiet van zeer hoge kwaliteit, op basis van equivalente oxiden, meer dan 50% Al2O3 bevatten, met een groot verlies bij ontsteking (meestal, het water van hydratatie, ook wat organisch gehalte), en een paar procent elk van SiO2, Fe2O3, en TiO2. In de praktijk worden bauxieten met 50% aluminiumoxide beschouwd als van hoge kwaliteit, en sommige zijn zo laag als 30% Al2O3. Natuurlijk zijn er enorme variaties tussen mijnen, maar qua bauxietkwaliteit is dit een goede richtlijn voor typische bauxietproductiekwaliteit., Ook van belang is de relatieve hoeveelheid van de drie fasen: gibbsiet, boehmiet en diaspore omdat hun oplossingskenmerken in het Bayer-proces heel anders zijn. Gibbsite is veruit de goedkoopste om te verwerken.in 1873 begon de bauxietwinning in Villeveyrac in Frankrijk. Sindsdien is de bauxietwinning enorm gegroeid. In de jaren zestig had de wereldproductie van bauxiet 40 miljoen ton bereikt. Het is nu ongeveer 260 miljoen ton. In 2016 is Australië ‘ s werelds grootste bauxietproducent met een productie van 80 miljoen ton. Australië produceert ongeveer 30% van ‘ s werelds totale bauxiet., Australië exporteert meer dan 80% van zijn bauxiet, de rest wordt voornamelijk gebruikt voor de Australische aluminiumindustrie .
hoeveel bauxiet blijft er op aarde? In 2012 had Australië naar verluidt 6,3 miljard ton minable bauxite economic demonstrated resources (EDR) en 22% van de wereldbekende geschatte 28 miljard ton bauxiet EDR . Dit wordt weergegeven in Tabel 2.1. Hoewel 28 miljard ton veel klinkt, met 260 miljoen ton per jaar, zal de wereld over ongeveer 100 jaar geen commercieel levensvatbare bauxietreserves meer hebben., Het is ontnuchterend om op te merken dat China, momenteel ‘ s werelds grootste aluminiumproducent, al zijn relatief kleine bauxietreserves in 15 jaar tegen het huidige verbruik zal verbruiken, wat een exportmogelijkheid is voor andere landen met grotere reserves.
tabel 2.1., ‘S werelds top-15 producenten van bauxiet (miljoenen ton per jaar)
| Rang output: | Land | Bauxiet (Mt) | % Wereldwijd | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Australia | 82 | 31 | |||||||||
| 2 | China | 65 | 25 | |||||||||
| 3 | Brazilië | 35 | 13 | |||||||||
| 4 | India | 25 | 10 | |||||||||
| 5 | – Guinea | 20 | 7.,5 | 6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
| 15 | Andere | 6.4 | 2.4 | |||||||||
| Totaal | 262 |
Het is geschat door de verenigde staten Geological Survey, dat de wereld totaal bauxiet reserves zijn 55-75 miljard ton, in Afrika (33%), Oceanië (24%), Zuid-Amerika en het Caribisch gebied (22%), Azië (15%) en elders (6%). Het merendeel hiervan is niet EDR bauxiet, maar omdat bauxiet schaars wordt, zal het de prijzen opdrijven en het aandeel van de huidige niet-EDR dat levensvatbaar EDR wordt, verhogen., Het is vermeldenswaard dat bij het huidige verbruik de 55-75 miljard ton onze wereldwijde uitputtingsdatum tot 210-285 jaar in de toekomst uitstrekken. Dit is een comfortabelere horizon, maar nog steeds zeer eindig.
Er zijn natuurlijk andere minder commercieel levensvatbare bronnen van aluminium, zoals klei, en mogelijk nog minder toegankelijke bauxietreserves, die tegen de huidige wereldmarktprijzen niet levensvatbaar zijn., In het verleden en in de nabije toekomst is bauxiet, gewonnen door grootschalige open mijnbouw, echter de norm voor de industrie, aangezien de meeste bauxietafzettingen in oppervlakte, dicht bij het oppervlak en in de Orde van grootte van 10 m dik zijn, waardoor het een zeer gemakkelijk erts is om te ontginnen.
veel van deze bauxietreserves hebben problemen met de zuiverheid, ongewenste contaminatie van silica of een laag gibbsietgehalte. Gibbsiet is gemakkelijk te verfijnen, en het is erg moeilijk om boehmiet en diaspore te verfijnen. Europa en China hebben een groot probleem met een laag percentage gibbsieten, waardoor raffinage problematisch wordt., China heeft de grootste reserve van diaspore bauxiet in de wereld . China en Europa staan voor grote uitdagingen op het gebied van raffinage. Sommige Australische bauxietafzettingen zijn uitstekend; sommige hebben problemen met een hoog siliciumgehalte. Toch heeft Australië in de noordelijke (tropische) Staten Queensland en Northern Territory enkele van ‘ s werelds hoogste alumina bauxieten rond de 50% niveau. Bauxiet raffinage kwesties zullen worden besproken in hoofdstuk 3 van dit boek. De mondiale economische reserves van bauxiet zijn samengevat in 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 china india |
A |
Guyana |
India |
Suriname |
Saoedi-Arabië |
Rusland |
Kazachstan |
Griekenland |
|
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) .,
•
metallurgische (aluminiumraffinage)
•
aluminiumschuurmiddelen
•
aluminiumoxide cement
•
vuurvaste materialen
•
chemische kwaliteit (inclusief aluminiumkeramiek)
gewoonlijk moet de kwaliteit van aluminiumoxide die wordt gebruikt om aluminiumkeramiek te maken van de hoogst mogelijke kwaliteit zijn, d.w.z. chemische kwaliteit. Zuiverheid staat voorop met aluminiumoxide geavanceerde keramiek. Het grootste deel van bauxiet, momenteel ongeveer 85% van de wereldwijde productie, wordt gebruikt om aluminium te maken., Als wereldleider in bauxietproductie en aluminiumoxide productie en wereld nummer 6 in aluminium productie, Australië maakt een goede case study. Het bedrijf is al meer dan een halve eeuw actief in de aluminiumindustrie en heeft 5 bauxietmijnen, 6 aluminiumraffinaderijen en 4 aluminiumsmelterijen. In 2011, Australië geproduceerd 1,96 miljoen ton aluminium, waarvan ongeveer 90% werd geëxporteerd, het creëren van export van $ 3,8 miljard, en het werk van 17.600 Australiërs in alle aspecten van de nationaal geïntegreerde industrie: bauxiet extractie, aluminiumoxide, en aluminium productie .,hoewel Australië de grootste bauxietproducent ter wereld is, de op één na grootste bauxietexporteur ter wereld en de grootste aluminiumoxideexporteur ter wereld (20,5 miljoen ton), exporteert het het grootste deel van zijn bauxiet en is het slechts de op zes na grootste aluminiumproducent ter wereld, na China, Rusland, Canada, India en de VAE . Van de ~ 60 miljoen ton aluminium geproduceerd in de wereld per jaar, Australië produceert 1,7 miljoen ton, terwijl China produceert meer dan de helft op ongeveer 31 miljoen ton. China ondergaat een enorme expansie.,
in tonnage uitgedrukt wordt meer dan 85% van het aluminiumoxide dat vandaag de dag in de wereld wordt geproduceerd (meer dan 85 miljoen ton per jaar) gebruikt als grondstof voor een aluminiumsmelterij. Aluminium wordt elektrochemisch geproduceerd uit aluminiumoxide met behulp van het Hall-Hėroult-proces. Dit omvat het oplossen van de aluminiumoxidegrondstof in gesmolten cryoliet (na3alf6, natriumhexafluoroaluminaat) in een met koolstof beklede “pot” (kathode) en vervolgens het gebruik van elektrolyse via een immersie-anode om aluminiummetaal te produceren door middel van carbothermische reductie. Afhankelijk van de kwaliteit van het bauxiet, gemiddeld wereldwijd, 3.,6 t bauxiet is nodig om 1 t aluminium metaal te produceren. Wereldwijd wordt ongeveer 263 miljoen ton bauxiet gewonnen, 222 miljoen ton (85%) van de hoeveelheid die werd gebruikt om de wereldwijde productie van 60 miljoen ton aluminium te roken. In sommige gevallen kan het echter slechts 1,9 t bauxiet per ton aluminium zijn.
het smelten van aluminium is een zeer energie-intensief proces, en daarom is elektriciteit een belangrijke input voor het aluminiumproductieproces, ongeveer 15 MW uur per ton, goed voor 25% tot 30% van de totale bedrijfskosten., Bijvoorbeeld, de Australische Tomago aluminium plant, die 950 mensen in dienst heeft in zijn fabriek 150 km ten noorden van Sydney, produceert 580.000 ton aluminium per jaar, een kwart van Australië ‘ s aluminium productie-output, en verbruikt 10% van de elektriciteitsproductie van de staat van NSW . Over het algemeen verbruikt aluminiumsmelting ongeveer 13% van het totale elektriciteitsverbruik van Australië. Er zijn veel boeken en handboeken geschreven over aluminium smelten, en de lezer wordt verwezen naar deze voor meer detail over aluminium smelten. De focus in dit boek is de keramische toepassingen van de aluminiumoxide grondstof.,
Er zijn twee belangrijke soorten bauxietertsen: lateritisch (ook bekend als Equatoriaal) en karst. Lateritische bauxieten zijn goed voor ongeveer 90% van ‘ s werelds EDR minable bauxiet en karstische bauxieten ongeveer 10% . Lateritische bauxieten worden gevonden in equatoriale gebieden van de wereld en hebben veel de voorkeur omdat ze gemakkelijker te verteren zijn in Bayer drank dan karstische bauxieten, die minder geconcentreerde NaOH, lagere temperaturen en houdtijden vereisen, zoals besproken in hoofdstuk 3. Karst bauxieten, 10% van ‘ s werelds bauxiet EDR, worden voornamelijk gevonden in Eurazië, met name Oost-Europa en China .,opnieuw, als volgt :
De gehydrateerd aluminiumoxide polymorfen zijn
•
Gibbsite Al(OH)3—gemeenschappelijke polymorph van aluminium hydroxide
•
Bayerite Al(OH)3—minder vaak polymorph van aluminium hydroxide
•
Nordstrandite Al(OH)3—minder vaak polymorph van aluminium hydroxide
•
Boehmite AlOOH—aluminium oxy-hydroxide (bestand tegen Bayer spijsvertering)
•
Diaspore AlOOH—aluminium oxy-hydroxide (zeer resistent tegen Bayer spijsvertering)
Vaak gibbsite wordt aangeduid als de trihydraat alumina (THA) onderdeel van een bauxiet erts en (boehmite + diaspore) als monohydraat alumina (MHA)., Totaal beschikbaar aluminiumoxide (TAA) = THA + MHA.
de bronnen van de silica contaminant:
•
Kaolinietklei (silica): Zeer goed oplosbaar bij alle commerciële Bayer-digestietemperaturen.
•
kwarts (siliciumdioxide): oplosbaar boven 200°C in Bayer-vloeistof.
ook kleine siliciumbetalers chamosiet en illiet, indien aanwezig, meestal alleen aanwezig in sporenhoeveelheden.
de bronnen van het afvalsediment van de bauxietraffinage zijn als volgt:
•
goethiet (ijzeroxide-rode modder)., Kan fijnkorrelig zijn = langzame sedimentatie en dus een risico op verontreiniging met aluminiumoxide bij bauxietraffinage
*
Hematiet (ijzeroxide—rode modder)
•
Maghemiet (ijzeroxide—rode modder)
•
magnetiet (ijzeroxide—rode modder)
•
ilmeniet (ijzeroxide en titania—rode modder)
•
Anatase (titania—rode modder). Kan schalen in de Bayer-apparatuur plaatsen
•
Rutiel (titania—rode modder)., Kan de schaal in de Bayer-apparatuur deponeren
*
calciet (calcia—red mud)
•
apatiet (calcia—red mud)
•
Crandaliet (calcia—red mud)
zoals eerder vermeld, komen lateritische bauxieten niet alleen vaker voor (90% prevalentie), maar ook gemakkelijker verteerd. Dit komt omdat ze voornamelijk gibbsiet zijn met een boehmiet. Karstische bauxieten daarentegen zijn zeldzaam (10% prevalentie) en veel moeilijker te verteren omdat ze voornamelijk boehmiet en diaspore bevatten, de MHA aluminium Oxy-hydroxiden., Gibbsiet, de THA, is relatief gemakkelijk te verteren in de Bayer-drank, terwijl boehmiet en diaspore, de MHA, moeilijk te verteren zijn.