پیشگفتار:

بوکسیت سنگ معدن اقتصادی آلومینیوم نام خود را از «Baux Les» در جنوب فرانسه جایی که برای اولین بار پیدا شد گرفته است. ترکیب بوکسیت تقریبا به صورت دی هیدارت ­((Al₂ O₃ . 2H₂ O) است ما در آن کانی به این صورت وجود ندارد در نتیجه از مخلوط منوهیدرات به صورت دیاسپور (Al₂ O­₃ . H₂O) و بوهمیت(Al₂ O­₃ . H₂O) وتری هیدرات به صورت گپسیت (Al₂O₃ , 3 H₂ O) تشکیل شده است. بنابراین بوکسیت از مخلوط تری هیدرات و منوهیدرات آلومینیوم به همراه مقادیری ناخالصی مانند اکسید فریک، تیتانیا (به صورت رتیل یا ایلمینیت) و سایر کانی های مخصوص به مناطق معین تشکیل شده است. ناخالصی تعیین کننده سیلیکا است که در طوا فرآیند ترکیب 3SiO₂ . Al₂ O₃ . Na ₂ O تشکیل می دهد که آلومینا را به همراه خود وارپسمانه کرده و یک منبع اصلی اتلات آلومینیوم به حساب می آید.

ترکیب بوکسیت ثابت نیست و سسته به محل استخراج و اجزای صخرة اصلی که از آن تشیکل شده است تغییر می کند.

Table 50

کلا محتوای آلومینا از 65 – 45 درصد، سیلیکا 12 –1 درصد، آهن 25 –2 (به صورت Fe₂ O₃) و آب متصل 36-14 درصد تغییر می کند. رنج اکسید تیتانیم در جهان تا 3 درصد است اما بوکسیت هند 12 درصد تیتانیم دارد، در اثر شرایط آب و هوایی، بوکسیت به صورت سطح رسوب کرده به ضخامت تا 100 فوت ایجاد می شود.

عموما سنگ معدن به فواصل دور از معدن در عملیات کارگاهی برای خشک کردن مقدماتی برای حذف رطوبت آزاد به کار می رود.

پروسة باید:

بوکسیت توسط پروسة انحلال – تبلور مجدد به آلومینا تصفیه می شود. این پروسته از چهار مرحلة اصلی انحلال، خالص سازی، رسوب دهی و تکلیس تشیکل شده است. (شکل زیر). پروسة باید به دلیل آلومینیوم کانیهایی دارد که در محلول سود غلیظ حل می شود در حالی که بیشتر کانیها نمی توانند، موفق باشد. سنگ معدن بوکسیت به گسترة ابعادی مناسبی (معمولاً leey ازید 30 میلی تر) قبل از عملیات با سود، خرد می‌شود. زمانی که باطله جدا شد، تبلور مجددتری هیدروکسید آلومینیوم خال₃ (OH) Al تولید می کند که به Al₂ O₃ تکلیس می شود. (کلیسنه می شود.)

واحد عملیات:

انحلال: بوکسیت از آلومینیوم حاوی کانیهایی است که مهمترین آنها گیپسیت، ₃(OH)Al و بوهمیت، (Alo (OH یم باشد. نسبت این کانیها در بوکسیت دمای پروسته را تعیین می کند که برای گیپسیت حدود 150⁰ C و برای بوهمیت C 250⁰ می باشد. هر دوی این واکنش ها تحت فشار بالایی انجام می شود. (تا 240 کیلو پاسکال) گیپسیت در بوکسیت، «دارلینگ رنج» (استرالیای غربی) کانی اصلی‌ آلومینیوم است ومطابق واکنش زیر حل می شود: →Na⁺ + Al (OH)_­4^{- ‑} Al(OH)­₃ + NaoH

محلول به دست آمده از فرایند انحلال توسط آلومینیوم اشباع شده است و به آن دوغاب باردار می گویند. بعد از انحلال دما و فشار در سری محفظه های تششعی، تا حدود C ⁰ 100 و فشار اتمسفر کاهش می یایند. (شکل زیر)

خالص سازی : جامدات پسماند باید از دوغاب بارقبل از رسوب دهی جدا شوند. پسماندهای باطله توسط سیفون های ماسه ای بین بخش ماسه های درشت (بزرگتر از حدود 150 میلکرومتر) و ماسة ریز (زیر 150 میکرومتر) منشعب می شود که اغلب به عنوان (گل سرخ) یا پسماند باید شناخته شوند. این ماسه ها شسته می شوند تا اینکه قبل از نشست حداکثر ممکن از سود بازیابی شود.

پسماندریز از دوغاب باردار توسط اضافه کردن پلیمر ماکرومولکومی محلول در آب (فلوکالنت) جدا می شوند تا باطله انباشته شود. این پلیمر با جذب روی چند ذره باعث می شود که ذرات معلق به شکل ساختارهای بزرگتر دربیایند که منجر به ته نشین شد سریع می شوند. جامدات فلوکاله شده در تانک بزرگی موسوم تیکنر ته نشین می شوند تا رسوب چگال تشکیل شود.

سر ریز تیکنر از میان فیلتر عبور داده می شود تا هر جامدی از آن جدا شود و دوغاب باردار تا 80⁰C قبل از مرحله رسوب دهی، سر می شود. جدایش جامدها و دوغاب باید سریعا هدایت بشود در غیر این صورت تری هیدارت آلومینیوم در طی فرایند خالص سازی رسوب می دهد. این مساله تحت عنوان رسوب دهی خود به خودی شناخته شده است و باعث اتلاف محصول می شود. فرایند خالص سازی مناسب در تولید آلومینا ضروری است . فلوکولاسیون (جمع کنندگی) ضعیف باعث می شود ذرات ریز اضافی در سرریز بتوانند فیلترها را مسدود کنند و نرخ تولید را کاهش بدهند. علاوه بر این، هر جامدی که از میان فیلتر عبور می کند باعث آلودگی محصول می شود. فلوکولاسیون غیر موثر بعث اتلاف بیشتر سود (NaoH) که همراه پسماند وارد می شود، می گردد.

رسوب دهی: رسوب دهی یک فرایند بسیار آهسته است که درچند مرحله انجام م شود و این فرایند عکس واکنش انحلال است.

Al (OH)­₄^- → NaoH + Al (OH)₃ + Na⁺

در ابتدا کریستالهای گیپسیت دانه ریز به دو غاب باردار سرد شده در رسوب دهنده‌های اولیه اضافه میش وند. آگلومرایسون کریستالهای ریز با تشکیل ذرات بزرگتر انجام می شوند. ذرات جدید جوانه زده شده به داخل ساختار آگلومره شده می پیوندند. در مراحل بعدی، رسوب دهی بیشتر، حفرات بین نشین بین آگلومره ها را پرا می کند. بنابراین به ذرات رشد یافته استحکام می بخشد.

در پایان رسوبدهی درمای دوغاب حدود 60⁰c است. دیگر دوغاب از آلومینیوم اشباع نیست و به آن دوغاب مصرفی شده می گویند. تری هیدرات آلومینیوم (معروف به هیدرات) توسط هیدرویسکلونها برای رسیدن به اندازة مطلوب، طبقه بندی می شود. ذرات درشت، فیلتر و تکلیس می شود، در حالی که ذرات ریز برای رسوب دهی به عنوان کریستالهای دانه ای برشگ داده می‌شوند.

تکلیس: تبدیل هیدارت به آلومینای بدون آب توسط تکلیس ان در ستر سیال یا تکلیس کننده نوارع در دمای حدود 1000⁰C انجام می‌شود. حرارت برخلاف حرکت جامدات جریان می یابد. (جریان متقابل Counter Current) محصول تکلیس معمولاً کمتر از % 1 رطوبت دارد. واکنش به صورت زیر می باشد.

Al₂ O₃ + 3 H₂ 2Al (OH)₃

فرایند جانبی : واحدهای عملیاتی اصلی فرایند باید را تعیین می کنند اما عملیات دیگری هم وجود دارند که برای تولید آلومینا مهم هستند از قبیل شستشوی پسماند، نشست گل، حذف اکسالات و سودسازی، که مختصرا در زیر توضیح داده می‌شود.

شستشوی پسماند: رسوب چگال (ته ریز از تیکنر) در یک واجد اجرا، شستشو می‌شود تا سود ان جدا شود ای فرایند از یک سری تیکنر هایی (قطار شستشو کننده) تشکیل شده است به نحوی که جریان‌‌ آب در خلاف جریان جامدات است (جریان متقابل) فرایند جریان متقابل این اطمینان را به ما می دهد که آب تازه برای وا جذب پسماند با سودکم استفاده می‌شود. (برای رسیدن به استخراج بهتر) و در ادمه چند واحد فلوکولاسیون (جمع کردن) وجود ندارد که استحکام سود را کاهش می دهند. (پایداری سود را در محلول کم می کنند.)

نشست گل: ماسة‌ درشت و پسماند ریز جمع شده به داخل منطقة نشست پمپاژ می‌شوند. جایی که در آن غلظت به حدود % 50 وزنی جادات در ابر تیکنرهای می رسد. ابر تیکنرها در رفتار مشابه ای با تیکنرهای معمولی عمل می کنند، با این تفاوت که شن کش ها و ابعاد طوری طراحی شده اند که جادات ته ریز بیشتری تولید می‌شود . پسماند ابر تیکنرها به داخل میدانهای خشک کننده پمپ می شوند که توسط خاک رس غیر قابل نفوذ آستر شده تا از ترواش سود به داخل گل جلوگیری کند. جامدات به عمق یک متر روی هم انباشته می‌شود و اجازه داده می شوند که رطوبت طبیعی خشک شوند. باقیمانده توسط کانالهای فاضلاب به حوضهای می روند. این فرایند بازیابی مقدار زیادی سود می‌شود. پسماند و ماسه به طور کلی آبگیری می‌شوند.

خذف اسکالات: دوغاب فرایند باید استرالیای غربی از _Lit / ^{g 30} کوبل آلی کل (TOC) تشکیل شده است . این مواد آلی به طور پیوسته دوغاب بازیابی می شوند و در نهایت به اکسالات سدیم یا کربنات سدیم تبدیل می شوند تمام تصفیه کنندگان استرالیای غربی اکسالات سدیم را توسط یکی از دو روش زیر حذف می کنند.

1- اجازه می دهند که اکسالات با هیدرات رسوب بدهد و با‌ آب داغ شستشو می‌دهند که اکسالات را در خود حل کند. رسوب دهی توأان باعث آلودگی محصول می‌شود. اگر اکسالات حل نشود، در ساختار باقی می ماند.

2- تبلور جداگانه در دمای پایین تر از تقریبا bl⁰C بعد از رسوب دهی هیدارت دوغاب مصرف شده توسط اکسالات دانه دارد می شود، محصول داخل تیکنر جمع می‌شود و حذف می گردد حذف جداگا نه به تیکنر دیگری نیز دارد و این بسیار گرانتر از روش رسوب دهی تومان است، اما خلوص محصول را تضمین می کند .

سودسازی: کربنات می تواند توسط دوغاب باید در اثر جذب دی اکسید کربن داخل اتمسفر و توسط شکسته شدن ترکیبات آلی حال شده تشکیل می‌شود این مطلب نامطلوب است زیرا استحکام سود را در اثر تشکیل کربنات که روی واندمان استخراج آلومینیوم از بوکسیت تأثیر می گذارد، کاهش می دهد. دوغاب بنابراین تحت علیات با آهک دوباره سودسازی می‌شود. کربنات کلسیم کم محلول رسوب می دهد و هیدروکسید تشکیل می‌شود مطابق زیر

Ca (oH)₂→ Ca Co₃ + 2 (oH^-) + CO­₃^2-

ترکیب دوغاب باید: ترکیب دوغاب در مراحل مختلف فرایند باید متغیر است. بعد از فرایند انحلال دوغاب به صورت فوق اشباع از آلومینیوم در می آید و در حالی که بعد از رسوب دهی (دوغاب مصرف مصرف شده) به حد اشباع می رسد. به طور مشابه اندازة ToC قبل و بعد از حذف اکسالات تغییر می کند. اجزای دیگر محلول می توانند تغییر کنند و در حالی که برخی از آنها در دوغابهای باید کم هستند (برای کلسیم کمتر از ­­_Lit/ ^{mg 20‑}) اما باز هم تاثیر به سزایی دارند. به عنوان یک مرجع، دوغاب مصرفی استرالیای غربی ترکیب تقریبی زیرا را دارا باشد که در آن

TA: POH

TC: کل سود

_TC / A: آلومینیوم (A) در محلول، که توسط TC مشتق شده است.

جامدات پسماند باید:

بوکسیت ها از منابع مختلف در منیوالوژی و خواص فیزیکی با هم متفاوت هستند و بعد از فرایند انحلال پسماند به صورت جامدات باطله که نه تنها به شکل کانیهای نامحلول بلکه به صورت مواد تازه رسوب داده شده تغیر می کند. واکنش های بین اجزای محلول به رسوب ترکیبا شبه آپاتیت به دلیل وجود کلسیم و فسفات و همچنین رسوب ترکیبات شبه زئولیت به دلیل وجود سییکاتها در دوغاب منتهی می‌شود.