2.1 bauxit, aluminiumraffinering och aluminiumsmältning: en mega-industri
på grund av dess överflöd, dess höga aluminiuminnehåll och dess färdiga tillgänglighet för öppen brytning är den primära kommersiella mineralkällan för aluminium för tillverkning av aluminiummetall den relativt vanliga aluminiummalmbauxit., Bauxit är väsentligen hydratiserad aluminiumoxid i en malmspecifik (varje bauxit-gruva är annorlunda) blandning av dess tre vanliga mineralformer: gibbsite Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH) och diaspore α-AlO (OH), kombinerat med många föroreningar, oftast lera, kiseldioxid, järnoxid och titandioxid.
en bauxit definieras ofta av dess vikt% tillgängliga aluminiumoxid som Al2O3. Gibbsite och boehmit är de vanliga källorna till Al2O3 i bauxit malmer och diaspore i mindre utsträckning. Den teoretiska gränsen för Al2O3-innehåll för bauxit är 65,4%. Detta skulle vara för pure Al (OH)3., I praktiken kommer en extremt högkvalitativ bauxit att innehålla, på motsvarande oxider, över 50% Al2O3, med stor tändförlust (mestadels hydratiseringsvattnet, även lite organiskt innehåll) och några procent vardera av SiO2, Fe2O3 och TiO2. I praktiken anses bauxiter som innehåller 50% aluminiumoxid vara av hög kvalitet, och vissa är så låga som 30% Al2O3. Naturligtvis finns det enorma variationer mellan gruvor, men när det gäller bauxit-kvalitet är detta en bra riktlinje för typisk produktionskvalitet bauxit., Också av betydelse är den relativa mängden av de tre faserna: gibbsite, boehmit och diaspore eftersom deras upplösningsegenskaper i Bayer-processen är ganska olika. Överlägset är gibbsite det billigaste att bearbeta.
år 1873 började bauxite mining i Villeeveyrac i Frankrike. Sedan dess har bauxite mining vuxit till en stor skala. På 1960-talet hade världens bauxitproduktion nått 40 miljoner ton. Det är nu omkring 260 miljoner ton. I 2016, Australien är världens största bauxit producent, producerar 80 miljoner ton. Australien producerar cirka 30% av världens totala bauxit., Australien exporterar mer än 80% av sin bauxit, resten används främst för den australiska aluminiumindustrin .
hur mycket bauxit kvarstår på jorden? Under 2012 hade Australien enligt uppgift 6,3 miljarder ton minable bauxite economic demonstrerade resurser (EDR) och 22% av världens kända uppskattade 28 miljarder ton Bauxite EDR . Detta visas i tabell 2.1. Medan 28 miljarder ton kan låta mycket, på 260 miljoner ton per år, kommer världen att ta slut på kommersiellt gångbara bauxitreserver om cirka 100 år., Det är nyktert att notera att Kina, för närvarande världens ledande aluminiumproducent, kommer att konsumera alla sina relativt små bauxitreserver på 15 år till nuvarande konsumtionsnivå, vilket representerar en exportmöjlighet för andra länder med större reserver.
tabell 2.1., Världens topp 15 bauxiteproducenter (miljoner ton per år)
| Rank output | Land | Bauxite (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 | Övrigt | 6.4 | 2.4 | |||||||||
| totalt | 262 |
enligt USA: s geologiska undersökning uppskattas att världens totala bauxitreserver är 55-75 miljarder ton, i Afrika (33%), oceanien (24%), Sydamerika och Karibien (22%), Asien (15%) och på andra håll (6%). Majoriteten av dessa är inte EDR bauxit, men eftersom bauxit blir knappa, kommer det att driva upp priserna och öka andelen nuvarande icke-EDR som blir livskraftig EDR., Det är värt att notera att vid nuvarande konsumtion sträcker sig 55-75 miljarder ton ut vårt globala utarmningsdatum till 210-285 år in i framtiden. Detta är en bekvämare horisont, men fortfarande mycket ändlig.
det finns naturligtvis andra mindre kommersiellt lönsamma aluminiumkällor, såsom lera, och potentiellt några ännu mindre tillgängliga bauxitreserver, som är ogenomförbara till nuvarande världspris., Men i det förflutna, och inom överskådlig framtid, bauxit utvinns genom storskalig öppen brytning är branschnormen, eftersom de flesta bauxit insättningar är stora i området, nära ytan, och i storleksordningen 10 m tjock, vilket gör det till en mycket lätt malm till gruvan.
många av dessa bauxitreserver har problem med renhet, oönskad kiseldioxidförorening eller låg gibbsite-andel. Gibbsite är lätt att förfina, och det är mycket svårt att förfina boehmit och diaspore. Europa och Kina har ett stort problem med låg gibbsite andel, vilket gör raffinering problematisk., Kina har den största reserven av diaspore bauxit i världen . Kina och Europa arbetar med stora raffineringsutmaningar. Vissa australiska bauxite insättningar är enastående; vissa har problem med hög kiseldioxid innehåll. I de norra (tropiska) staterna Queensland och norra territoriet har Australien några av världens högsta alumina bauxites runt 50% – nivån. Bauxite raffinering frågor kommer att diskuteras i kapitel 3 i denna bok. Bauxites världsekonomiska reserver sammanfattas 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 Indien |
a |
Guyana |
Indien |
Surinam |
Saudiarabien |
Ryssland |
Kazakstan |
Grekland |
|
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) .,
•
metallurgisk (aluminiumraffinering)
•
aluminiumoxid slipmedel
•
aluminiumoxid cement
•
eldfasta material
•
kemisk kvalitet (inkluderar aluminiumoxid keramik)
vanligtvis måste kvaliteten på aluminiumoxid som används för att tillverka aluminiumoxid keramik vara av högsta möjliga kvalitet, det vill säga, kemisk kvalitet. Renhet är av största vikt med alumina advanced ceramics. Den stora majoriteten av bauxit, för närvarande runt 85% av den globala produktionen, används för att göra aluminium., Som världsledande inom bauxitproduktion och aluminiumoxidproduktion och världsnummer 6 i aluminiumproduktion gör Australien en bra fallstudie. Det har varit verksamt inom aluminiumindustrin i över ett halvt sekel och har 5 bauxit-gruvor, 6 aluminiumraffinaderier och 4 aluminiumsmältverk. Under 2011 producerade Australien 1,96 miljoner ton aluminium, varav cirka 90% exporterades, vilket skapade export på 3,8 miljarder dollar och sysselsatte 17 600 australier i alla aspekter av den nationellt integrerade industrin: bauxit-extraktion, aluminiumoxid och aluminiumproduktion .,
det är också anmärkningsvärt att medan Australien är världens största bauxit-producent, världens näst största bauxit-exportör och världens största aluminiumoxid-exportör (20,5 miljoner ton) exporterar den det mesta av sin bauxit och är bara världens sjätte största aluminiumproducent bakom Kina, Ryssland, Kanada, Indien och UAE . Av de ca 60 miljoner ton aluminium som produceras i världen per år producerar Australien 1,7 miljoner ton medan Kina producerar mer än hälften på cirka 31 miljoner ton. Kina genomgår massiv expansion.,
i tonnage termer används över 85% av aluminiumoxid som tillverkas i världen idag (mer än 85 miljoner ton per år) som råmaterial för ett aluminiumsmältverk. Aluminium är elektrokemiskt framställd från aluminiumoxid med hjälp av Hall-Hėroult processen. Detta innebär upplösning av aluminiumoxid-råvaran i smält kryolit (Na3AlF6, natriumhexafluoroaluminat) i en kolfodrad ”kruka” (katod) och sedan använda elektrolys via en nedsänkningsanod för att producera aluminiummetall genom karbotermisk reduktion. Beroende på kvaliteten på bauxit, i genomsnitt globalt, 3.,6 t bauxit behövs för att producera 1 t aluminiummetall. Omkring 263 miljoner ton bauxit minerade globalt, 222 miljoner ton (85%) av det som används för att smälta världens globala produktion av 60 miljoner ton aluminium. I vissa fall kan det dock vara så lite som 1,9 t bauxit per ton aluminium.
aluminiumsmältning är en mycket energiintensiv process, och därför är EL en stor insats i aluminiumproduktionsprocessen, cirka 15 MW timmar per ton, som står för mellan 25% och 30% av de totala driftskostnaderna., Till exempel producerar den australiensiska Tomago aluminiumfabriken, som sysselsätter 950 personer vid sin anläggning 150 km norr om Sydney, 580 000 t aluminium per år, en fjärdedel av Australiens aluminiumproduktionsproduktion och förbrukar 10% av elproduktionen i NSW . Sammantaget förbrukar aluminiumsmältning cirka 13% av Australiens hela Elförbrukning. Det har varit många böcker och handböcker skrivna på aluminiumsmältning, och läsaren hänvisas till dessa för mer detaljer om aluminiumsmältning. Fokus i den här boken är aluminas keramiska applikationer.,
det finns två huvudtyper av bauxitmalm: lateritisk (även känd som ekvatorial) och karst. Lateritiska bauxiter står för cirka 90% av världens EDR-minerbara bauxit och karstiska bauxiter om 10%. Lateritiska bauxiter finns i ekvatoriala regioner i världen och är mycket föredragna eftersom de är lättare att smälta i Bayer-sprit än karstiska bauxiter, vilket kräver mindre koncentrerad NaOH, lägre temperaturer och hålltider, som diskuterats i kapitel 3. Karst bauxites, 10% av världens bauxit EDR, finns främst i Eurasien, särskilt Östeuropa och Kina .,re enligt följande :
hydratiserad aluminiumhydroxid polymorfer
•
Gibbsite Al(OH)3—gemensamma polymorfa av aluminiumhydroxid
•
Bayerite Al(OH)3—mindre vanliga polymorfa av aluminiumhydroxid
•
Nordstrandite Al(OH)3—mindre vanliga polymorfa av aluminiumhydroxid
•
Boehmite AlOOH—aluminium oxy-natriumhydroxid (som är resistenta mot Bayer matsmältningen)
•
Diaspore AlOOH—aluminium oxy-natriumhydroxid (mycket resistenta mot Bayer matsmältningen)
Vanligtvis gibbsite kallas trihydrat aluminiumoxid (THA) komponent av en bauxit malm och (boehmite + diaspore) som monohydrat aluminiumoxid (MHA)., Totalt tillgängligt aluminiumoxid (TAA) = THA + MHA.
källorna till kiseldioxidföroreningen:
•
Kaolinitlera( kiseldioxid): mycket löslig vid alla kommersiella Bayer digestionstemperaturer.
•
Kvarts (kiseldioxid): Löslig över 200°C i Bayer sprit.
även mindre kiseldioxid bidragsgivare chamosite och Illit, om närvarande, vanligtvis endast förekommer i spårmängder.
källorna till ”red mud” avfallssediment från bauxit raffinering är följande: p • *
goetit (järnoxid—röd lera)., Kan vara finkornig = långsam sedimentering och därför en aluminiumoxidkontamineringsrisk vid bauxit-raffinering
*
hematit (järnoxid—röd lera) p • *
Maghemit (järnoxid—röd lera)
•
magnetit (järnoxid—röd lera)
•
ilmenit (järnoxid och titania—röd lera)
•
anatas (titania—röd lera). Kan deponera skalan i Bayer utrustning p • *
Rutile (titania—röd lera)., Kan deponera skalan i Bayer-utrustningen
•
kalcit (calcia—röd lera)
*
apatit (calcia—röd lera)
•
Krandalit (calcia—röd lera)
som tidigare nämnts är lateritiska bauxiter inte bara vanligare (90% prevalens) utan också lättare att smälta. Detta beror på att de är främst gibbsite med några böhmit. Karstiska bauxiter, å andra sidan, är sällsynta (10% prevalens) och mycket svårare att smälta eftersom de innehåller främst böhmit och diaspore, mha aluminium Oxi-hydroxider., Gibbsite, THA, är relativt lätt att smälta i Bayer-vätskan, medan boehmit och diaspore, mha, är svåra att smälta.