Bauxiet

'n Bauxietmyn in Suriname

Bauxiet is 'n wydverpreide gesteente wat die belangrikste aluminiumerts is. Mineralogies is dit 'n vorm van lateriet. Dit is hoogs verweerde, gewoonlik verharde, rooi ondergrond byna sonder primêre silikate, maar ryk aan waterhoudende ysteroksiede, kaoliniet, kwarts of aluminiumverbindings.

Lateriete ontstaan gewoonlik in vogtige, tropiese en subtropiese streke met goeie dreinering . Dit word uit silika geloog en bevat konsentrasies van veral ysteroksiede en -hidroksiede en aluminiumhidroksiede. Dit kan 'n erts van yster, aluminium, mangaan of nikkel wees. Lateriete wat veral aluminium bevat word bauxiete genoem, na die die dorp Les Baux-de-Provence naby St. Reny (Bouches-du-Rhône) in Frankryk waar dit eers beskryf is.

Dit is 'n natuurlik voorkomende, heterogene materiaal wat hoofsaaklik bestaan ​​uit een of meer aluminiumhoudende minerale, plus wisselende hoeveelhede silika, ysteroksied, titaanhoudende minerale, aluminosilikate en baie ander onsuiwerhede in spoorhoeveelhede.

Die belangrikste aluminiumhoudende minerale wat in verskillende verhoudings in bauxiet aangetref word, is hidroksiede of oksiedhidroksiede soos gibbsiet en sy polimorfe soos boehmiet en diaspoor. Bauxiete word tipies geklassifiseer volgens hul beoogde kommersiële toepassing: skuurmiddel, sement, chemiese of metallurgiese grondstof, vuurvaste stowwe, ens.

Gebruike

Bauxiet

Die gesteente is die hooferts van die metaal aluminium. Amper alle aluminium wat vandag gebruik word is vanuit baxiet vervaardig. Maar daar is ander produkte van die verwerking van bauxiet wat toepassings het.

Die Bayer-proses

Die eerste stap in die vervaardiging van aluminium is om die bauxiet te vergruis en dit met behulp van die Bayer-proses te suiwer. In die Bayer-proses word die bauxiet gewas in 'n warm oplossing van natriumhidroksied, wat aluminium uit die bauxiet loog. Die aluminium word uit oplossing in die vorm van aluminiumhidroksied, Al(OH)₃, neergeslaan.

Aluminiumhidroksied

Aluminiumhidroksied

Aluminiumhidroksied is die mees gebruikte vlamvertragende bymiddel in volume terme, wat 43% van alle vlamvertragende chemikalieë in volume verteenwoordig (maar slegs sowat 29% in massa). Benewens vlamvertraging en rookonderdrukking, is dit 'n ekonomiese vulstof/verlenger. In 'n brand ondergaan dit 'n endotermiese dehidrasie. Dit het 'n tweeledige aksie, wat terselfdertyd die hitte-energie absorbeer wat nodig is om verbranding te onderhou en waterdamp vry te stel wat die verbrandingsgasse en giftige dampe verdun. Dit word hoofsaaklik gebruik in onversadigde poliësters in die bou-/konstruksiebedryf, en in kabelbedekkingsverbindings.

Afvalprodukte

Die grootste afvalproduk wat in bauxietraffinering gegenereer word, is die uitskot of bauxietresidu. 'n Bayer-raffinadery produseer omtrent dieselfde hoeveelheid 'rooi modder' as alumina, in terme van droë gewig. Dit sak uit as 'n vaste suspensie of onopgeloste vaste stowwe. Die rooi modder word dan gewoonlik na 'n groot opbergarea gepomp om die water te laat verdamp. Wanneer na 'n paar jaar die modder voldoende gedroog het, word dit met vuil bedek of met grond gemeng. Bauxiet-reste verteenwoordig een van die alumina-industrie se belangrikste wegdoenings- en omgewingsprobleme, aangesien daar nou meer as 80 alumina-raffinadery-aanlegte in die wêreld is. Die opbergingsareas het wêreldwyd 'n geskatte voorraad van ongeveer 4 miljard ton.

Aluminiumoksiede

Die aluminiumhidroksied word gekalsineer om alumina, Al₂O₃, te vorm:

$2Al(OH)_{3}\xrightarrow {hitte} Al_{2}O_{3}+3H_{2}O\uparrow$

Dit vereis temperature tot ongeveer 950-1000 °C om watervrye alumina-kristalle te vorm. Die gebruik van stilstaande kalsineerders, wat sowat 33% minder energie verbruik verminder die energieverbuik tot 3,0 GJ/t alumina. Maar die kalsinasiestap vereis steeds 25% van die totale energie in die Bayer-proses.

Die tegniese suiwer alumina word as smeltergraad alumina (SGA) geklassifiseer en bevat hoogstens 0,01–0,02% SiO₂, 0,01–0,03% Fe₂O₃, en 0,3–0,6% Na₂O as onsuiwerhede. Die tipe aluminakristalle wat by hierdie temperature verkry word, is die gammavorm (γ-Al₂O₃) van alumina. Gamma-aluminiumoxide (γ-Al₂O₃) is self 'n belangrike produk. In die katalise is dit die mees gebruikte draer. Vanweë sy hoë meganiese sterkte kan dit met 'n groot [spesifieke oppervlakte|spesifieke oppervlak]] voorberei word en dit is redelik goedkoop om te vervaardig. Daarbenewens word alumina self as 'n katalisator gebruik, omdat die oppervlak beide suur en basiese groepe bevat. Die belangrikste toepassing van gamma-alumina as katalisator is in die verwydering van waterstofsulfied (H₂S) uit gasstrome in raffinaderye deur die Claus-reaksie, wat H₂S in swael omskakel. Ander toepassings is die dehidrasie van alkohole na alkene en eters (soos in die reaksie van metanol tot koolwaterstowwe of alkene, die MTG- of MTO-prosesse), die isomerisering van olefiene, en die sintese van metielchloried uit metanol.

Alumina moet bo 1250 °C gekalsineer word om volledige omskakeling na die alfavorm van alumina (α-Al₂O₃) te verkry.

Alfa-alumina word wyd gebruik in die vervaardiging van verskeie keramiekmateriale vanweë sy hoë sterkte, hoë hardheid, hoë temperatuurweerstand en skuurweerstand. Die poeier word nie net gebruik as rou materiaal vir aluminakeramiek soos substrate vir geïntegreerde stroombane, kunsmatige edelstene, snygereedskap, kunsbene, ens., maar dit word ook gebruik as fosfordraer, gevorderde vuurvaste materiale en spesiale skuurmateriale.

Die Hall-Heroult-proses

Die Hall-Heroult-proses

Aluminium word hieruit deur die Hall-Heroult-proses vervaardig. In hierdie proses word die alumina in 'n gesmelte bad van krioliet Na₃AlF₆ opgelos. Gesmelte aluminium word uit hierdie ioniese oplossing verkry deur dit te reduseer met elektrolise:

$Al^{3+}(solv.)+3e^{-}\rightarrow Al(l)$

Hierdie proses gebruik egter 'n enorme hoeveelheid elektrisiteit. Aluminium word gewoonlik daar vervaardig waar elektrisiteitskoste baie laag is. Baie van die aluminium wat in die Verenigde State gebruik word, word in Kanada met hidro-elektriese krag vervaardig.