Refinar el mineral

Hay una serie de métodos alcalinos, ácidos y térmicos para refinar bauxita, arcilla u otros minerales para obtener alúmina. Los procesos ácidos y electrotérmicos generalmente son demasiado caros o no producen alúmina de pureza suficiente para uso comercial. En China y Rusia se utiliza un proceso que implica el tratamiento del mineral con cal y sosa.

El proceso de Bayer implica cuatro pasos: digestión, clarificación, precipitación y calcinación.

En el primer paso, la bauxita se muele, se sorbe con una solución de sosa cáustica (hidróxido de sodio) y se bombea a grandes tanques de presión llamados digestores, donde el mineral se somete al calor y la presión del vapor. El hidróxido de sodio reacciona con los minerales aluminosos de la bauxita para formar una solución saturada de aluminato de sodio; las impurezas insolubles, llamadas lodo rojo, permanecen en suspensión y se separan en el paso de clarificación.

Después de la digestión, la mezcla se pasa a través de una serie de tanques reductores de presión (llamados tanques de soplado), donde la solución se flashea a presión atmosférica. (El vapor generado en el destellado se utiliza para calentar la solución cáustica que vuelve a la digestión.) El siguiente paso en el proceso es separar el lodo rojo insoluble de la solución de aluminato de sodio. El material grueso (por ejemplo, arena de playa) se elimina en ciclones crudos llamados trampas de arena. Los residuos más finos se depositan en espesantes de rastrillado con la adición de floculantes sintéticos, y los sólidos en el desbordamiento del espesante se eliminan mediante filtros de tela. Estos residuos se lavan, combinan y desechan. La solución clarificada se enfría aún más en intercambiadores de calor, lo que mejora el grado de sobresaturación de la alúmina disuelta, y se bombea a precipitadores altos de silolike.

Cantidades considerables de cristales de hidróxido de aluminio se agregan a la solución en los precipitadores como siembra para acelerar la separación de cristales. Los cristales de semillas atraen a otros cristales y forman aglomerados; estos se clasifican en material del tamaño del producto más grande y material más fino que se recicla como semilla. Los aglomerados de cristales de hidróxido de aluminio del tamaño del producto se filtran, se lavan para eliminar la solución o el cáustico arrastrado y se calcinan en hornos rotatorios o calcinadores flash estacionarios de lecho fluidizado a temperaturas superiores a 960 °C (1,750 °F). El agua libre y el agua que se combina químicamente se eliminan, dejando alúmina comercialmente pura, u óxido de aluminio, un polvo seco, fino y blanco similar al azúcar en apariencia y consistencia. Es mitad aluminio y mitad oxígeno en peso, unido tan firmemente que ni los productos químicos ni el calor por sí solos pueden separarlos.

Durante la Segunda Guerra Mundial, el proceso combinado de Alcoa se desarrolló para procesar minerales de grado inferior que contenían porcentajes relativamente altos de sílice. Muy brevemente, este proceso recupera la alúmina que se ha combinado con sílice durante el proceso de digestión y se ha filtrado con el lodo rojo. El lodo rojo no se descarta, sino que se calienta con piedra caliza (carbonato de calcio) y ceniza de sosa (carbonato de sodio) para producir un producto sinterizado que contiene aluminato de sodio lixiviable. Este producto se digiere o lixivia de una manera similar a la de la bauxita para extraer el aluminato de sodio de los materiales de hierro, calcio y silicio insolubles. A continuación, el purín procede a través de los pasos restantes del proceso Bayer. El residuo de desecho se llama barro marrón.

La alúmina producida por el proceso Bayer es bastante pura, contiene solo unas pocas centésimas de 1 por ciento de hierro y silicio. La impureza principal, la sosa residual, está presente en niveles de 0,2 a 0,6 por ciento. Además de ser la materia prima principal para producir aluminio metálico, la alúmina en sí es un producto químico importante. Se utiliza ampliamente en las industrias química, refractaria, cerámica y petrolera (consulte a continuación los compuestos químicos).

Refinar cuatro toneladas de bauxita produce aproximadamente dos toneladas de alúmina. Una planta de alúmina típica, que utiliza el proceso Bayer, puede producir 4.000 toneladas de alúmina por día. El costo de la alúmina puede variar ampliamente, según el tamaño y la eficiencia de la planta, los costos de mano de obra y los gastos generales, y el costo de la bauxita.