Raffination des Erzes

Es gibt eine Reihe von alkalischen, sauren und thermischen Methoden zur Raffination von Bauxit, Ton oder anderen Erzen, um Aluminiumoxid zu erhalten. Saure und elektrothermische Verfahren sind im Allgemeinen entweder zu teuer oder produzieren kein Aluminiumoxid von ausreichender Reinheit für den kommerziellen Gebrauch. Ein Prozess, der die Behandlung von Erz mit Kalk und Soda beinhaltet, wird in China und Russland verwendet.

Der Bayer-Prozess umfasst vier Schritte: Aufschluss, Klärung, Fällung und Kalzinierung.

Im ersten Schritt wird Bauxit gemahlen, mit einer Lösung von Natronlauge (Natriumhydroxid) aufgeschlämmt und in große Drucktanks, sogenannte Fermenter, gepumpt, wo das Erz Dampfwärme und Druck ausgesetzt wird. Das Natriumhydroxid reagiert mit den aluminiumhaltigen Mineralien des Bauxits unter Bildung einer gesättigten Lösung von Natriumaluminat; unlösliche Verunreinigungen, Rotschlamm genannt, bleiben in Suspension und werden im Klärschritt abgetrennt.

Nach dem Aufschluss wird das Gemisch durch eine Reihe von druckreduzierenden Tanks (sogenannte Blow-off-Tanks) geleitet, wo die Lösung auf Atmosphärendruck geblasen wird. (Der dabei erzeugte Dampf wird verwendet, um die zum Aufschluss zurückkehrende Lauge zu erhitzen.) Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, den unlöslichen Rotschlamm von der Natriumaluminatlösung zu trennen. Grobes Material (z. B. Strandsand) wird in rohen Zyklonen, sogenannten Sandfallen, entfernt. Feinere Rückstände werden in Harkverdickern unter Zusatz von synthetischen Flockungsmitteln abgesetzt und Feststoffe im Verdickerüberlauf durch Tuchfilter entfernt. Diese Rückstände werden dann gewaschen, vereinigt und verworfen. Die geklärte Lösung wird in Wärmetauschern weiter abgekühlt, wodurch der Grad der Übersättigung des gelösten Aluminiumoxids erhöht wird, und in hohe, siloartige Abscheider gepumpt.

Beträchtliche Mengen an Aluminiumhydroxidkristallen werden der Lösung in den Fällern als Aussaat zugegeben, um die Kristalltrennung zu beschleunigen. Die Impfkristalle ziehen andere Kristalle an und bilden Agglomerate; Diese werden in größeres produktgroßes Material und feineres Material klassifiziert, das als Saatgut recycelt wird. Die produktgroßen Agglomerate von Aluminiumhydroxidkristallen werden filtriert, gewaschen, um mitgerissene Lauge oder Lösung zu entfernen, und in Drehrohrofen oder stationären Wirbelbett-Flash-Calcinatoren bei Temperaturen von mehr als 960 ° C (1.750 ° F) calciniert. Freies Wasser und chemisch kombiniertes Wasser werden abgetrieben, wobei kommerziell reines Aluminiumoxid — oder Aluminiumoxid — ein trockenes, feines, weißes Pulver zurückbleibt, das in Aussehen und Konsistenz Zucker ähnelt. Es ist halb Aluminium und halb Sauerstoff nach Gewicht, so fest verbunden, dass weder Chemikalien noch Wärme allein sie trennen können.

Während des Zweiten Weltkriegs wurde das Alcoa-Kombinationsverfahren zur Verarbeitung minderwertiger Erze mit relativ hohen Anteilen an Kieselsäure entwickelt. Sehr kurz, Dieser Prozess gewinnt das Aluminiumoxid zurück, das sich während des Aufschlussprozesses mit Kieselsäure verbunden und mit dem Rotschlamm herausgefiltert hat. Der Rotschlamm wird nicht verworfen, sondern mit Kalkstein (Calciumcarbonat) und Soda (Natriumcarbonat) erhitzt, um ein Sinterprodukt herzustellen, das auslaugbares Natriumaluminat enthält. Dieses Produkt wird auf ähnliche Weise wie Bauxit verdaut oder ausgelaugt, um das Natriumaluminat aus den unlöslichen Eisen-, Calcium- und Siliziummaterialien zu extrahieren. Die Aufschlämmung durchläuft dann die verbleibenden Schritte des Bayer-Prozesses. Der Abfallrückstand wird brauner Schlamm genannt.

Aluminiumoxid, das nach dem Bayer-Verfahren hergestellt wird, ist ziemlich rein und enthält nur wenige Hundertstel von 1 Prozent Eisen und Silizium. Die Hauptverunreinigung, Restsoda, ist in Mengen von 0,2 bis 0,6 Prozent vorhanden. Zusätzlich zum Sein der Primärrohstoff für das Produzieren des metallischen Aluminiums, ist Tonerde selbst eine wichtige Chemikalie. Es wird häufig in der Chemie-, Feuerfest-, Keramik- und Erdölindustrie eingesetzt (siehe unten Chemische Verbindungen).

Die Raffination von vier Tonnen Bauxit ergibt etwa zwei Tonnen Aluminiumoxid. Eine typische Tonerdeanlage, unter Verwendung des Bayer-Prozesses, kann 4.000 Tonnen Tonerde pro Tag produzieren. Die Kosten für Aluminiumoxid können je nach Anlagengröße und -effizienz, Arbeitskosten und Gemeinkosten sowie Bauxitkosten stark variieren.