Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑azure

Wydobycie boksytu

Proces produkcji aluminium rozpoczyna się od budowy kopalni odkrywkowej w miejscu występowania złóż zasobnych w glin. Przemysłowe znaczenie przedstawiają złoża, które zawierają go powyżej 30% – takim surowcem skalnym jest boksyt. Nie jest to konkretny minerał, lecz osadowa ilasta skała, składająca się głównie z uwodnionych tlenków glinu (hydrargilitu, bemitu lub diasporu), które powstają w klimacie tropikalnym i subtropikalnym. To główne źródło aluminium na świecie. Boksyt posiada najczęściej kolor czerwony lub brunatny. Jest drobnoziarnisty i występuje w dwóch odmianach: może być miękki (słabo spojony) lub zwięzły i twardy. Używany także w metalurgii (jako topniktopnikitopnik) oraz do wyrobu materiałów ogniotrwałych i szybko twardniejących cementów. Boksyt występuje w dwóch odmianach: laterytowej (krzemianowejkrzemiankrzemianowej) i krasowej (węglanowejwęglanywęglanowej).

Minerałami towarzyszącymi złożom boksytów są najczęściej minerały ilaste, krzemionka, tlenki i wodorotlenki żelaza. W największych ilościach powstają w miejscach wietrzenia skał glinokrzemianowych w klimacie gorącym, dlatego górnictwo boksytów najlepiej rozwinięte jest w Australii, Brazylii, Chinach, Ameryce Środkowej, Afryce, Francji i Grecji. W Polsce boksyty występują m. in. koło Nowej Rudy na Dolnym Śląsku.

R1B2IaljcoFZx
1. Hydrargilit - zdjęcie przedstawia płaski minerał zbudowany z drobnych, ziarnistych kryształów, które mają pomarańczowy kolor. 2. Bemit - na zdjęciu znajduje się minerał zbudowany z drobnych, jasnych kryształków. Kryształy przypominają granulki. 3. Diaspor - zdjęcie ukazuje brązowy kamień, do którego przytwierdzone są białe, cienkie blaszki. 4. Kopalnia odkrywkowa boksytów - na zdjęciu znajdują się ciężkie maszyny pracujące w kopalni odkrywkowej. Widać dosyć płytki dół, którego zbocza są jasnobrązowe. Zbocza są gładkie. Dno dołu wypełniają duże kamienie. Znajduje się tam jedna z ciężkich maszyn. Dwie inne maszyny stoją na terenie nad wyrobiskiem.
Ilustracje przedstawiają kopalnię odkrywkową boksytu oraz uwodnione tlenki glinu, z których składa się boksyt.

Kolejnym, po eksploatacji złoża, etapem produkcji aluminium jest oddzielenie jego tlenku od innych pierwiastków, wchodzących w skład rud boksytu. Proces ten nazywany jest rafinacją i może odbywać się z użyciem roztworu alkalicznego (zasadowego) lub kwasowego.

Metody z użyciem wodnych związków wodorotlenków to m.in. metoda Bayera oraz metoda spiekania boksytu z sodą i wapieniem.

RVaF8rwx5kCMZ
Proces Bayera , czyli rafinacja z użyciem wodnego roztworu wodorotlenku
Źródło: GroMar Sp. z o. o. opracowano na podstawie: pl.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Rafinacja za pomocą kwasu polega na ługowaniu (wypłukiwaniu substancji w fazie stałej za pomocą rozpuszczalnika) rudy aluminium roztworami kwasu solnego, siarkowego(VI), azotowego(V) lub innymi. Po skończonym oczyszczaniu oddziela się roztwór od ciała stałego.

Po przeprowadzeniu rafinacji należy doprowadzić tlenek aluminium do postaci czystej. Surowe aluminium uzyskuje się w procesie elektrolizy, podczas której płynny elektrolit oddzielany jest od substancji stałej. Redukcję Al2O3 do metalicznego glinu przeprowadza się metodą elektrolizy jego roztworu w stopionym kriolicie Na3AlF6 w temperaturze ok. 950°C. Cały proces wykonuje się w żelaznych wannach, wyłożonych blokami sztucznego grafitu, które stanowią katodę. Anoda, również w postaci bloków grafitowych, zawieszona jest w stopie. Na katodzie wydziela się stopiony glin i, jako substancja o większym ciężarze właściwym od elektrolitu, zbiera się na dnie wanny. Na anodzie wydziela się tlen, który reaguje z grafitem, dając tym samym mieszaninę COCO2. Końcowym stadium produkcji aluminium jest najczęściej odlewanie wlewków o cylindrycznej postaci. Te z kolei, po okresie homogenizacji, wysyłane są do przedsiębiorstw produkujących aluminiowe elementy.

Do wyprodukowania 1 kg aluminium potrzeba 2 kg tlenku glinu, który jest wytwarzany z 4 kg boksytu.

Ćwiczenie 1
RRMZ4oBb6VcUL
Poszukaj informacji w dostępnych Ci źródłach informacji, na czym polega elektrolityczny proces Halla-Heroulta.
Źródło: GroMar Sp. z o. o. opracowano na podstawie: materialyinzynierskie.pl, licencja: CC BY-SA 3.0.
RStJGnfoYwts9
(Uzupełnij).
Ciekawostka
RQLJyVgZeLLcY
Czerwony szlam to produkt uboczny, który powstaje podczas produkcji aluminium w tzw. procesie Bayera, i zawiera osad. W jego składzie występują tlenki żelaza, tytanu i różne związki krzemu, powstałe podczas ekstrakcji związków glinu z boksytów z roztworem wodorotlenku sodu.
Źródło: Bruce McAllister, licencja: CC BY-SA 3.0.

Czerwony szlam to produkt uboczny, który powstaje podczas procesu Bayera (powstaje podczas ekstrakcji związków glinu z boksytów z roztworem żrącego wodorotlenku sodu). Inaczej mówiąc jest to osad z dużą zawartością tlenków żelaza, tytanu oraz związków krzemu. Jego charakterystyczny czerwony kolor pochodzi od znajdującego się w nim tlenku żelaza(III). W 2010 r., w hucie aluminium w pobliżu węgierskiego miasta Ajka, doszło do chemicznej katastrofy. W wyniku pęknięcia tamy osadnika (zbiornika na odpady pohutnicze) z chemikaliami, doszło do uwolnienia około 700 000 m3 czerwonego szlamu.

bg‑azure

Recykling aluminium

Aluminium to jeden z surowców, który praktycznie stale może być poddawany wtórnej obróbce. Dzięki odpowiedniemu sortowaniu ze złomu aluminiowego można wytwarzać dokładnie takie same produkty, jakie tworzył on uprzednio. Materiał ten chętnie poddawany jest recyklingowi, ponieważ w czasie tego procesu praktycznie nie traci się na jego jakości oraz na samym materiale (straty wynoszą w tym przypadku maksymalnie kilka procent). Inną, równie ważną zaletą tego rozwiązania, jest fakt, że wtórna obróbka aluminium pochłania tylko znikomą część pierwotnego wkładu energii.

RHiJSUMBboBbF
Aluminium można stale poddawać wtórnej obróbce.
Źródło: dostępny w internecie: pixabay.com, domena publiczna.

Obecnie, celem wzmocnienia odporności na zgniecenia, łączy się czyste aluminium w stopach z metalami twardszymi (miedzią, manganem, magnezem, krzemem, niklem, żelazem, cynkiem, chromem lub tytanem).

Najczęściej zastosowanie znajdują następujące rodzaje stopów:

  • duraluminium (dural) – wieloskładnikowy stop aluminium, miedzi (2,0‑4,9%), magnezu (0,15‑1,8%), manganu (0,3‑1,0%) z domieszkami krzemu i żelaza, przeznaczony do obróbki plastycznej, o niskim ciężarze właściwym, używany w lotnictwie, skateboardingu czy w konstrukcji trucków;

  • awional – stop aluminium do obróbki plastycznej, zawierający ok. 4% miedzi oraz niewielkie ilości magnezu, manganu i siarki;

  • silumin (alpaks) – stop o tzw. dobrej lejności, zawierający ok. 87% glinu i 12% krzemu, z domieszką miedzi, magnezu, manganu i niklu.

Słownik

elektroliza
elektroliza

(gr. ḗlektron „bursztyn”, lýsis „rozłożenie”) wszelkie zmiany struktury chemicznej substancji zachodzące pod wpływem przyłożonego do niej zewnętrznego napięcia elektrycznego

boksyt
boksyt

ilasta skała osadowa, składająca się głównie z wodorotlenków glinu (hydrargilitu, bemitu lub diasporu); jest głównym źródłem aluminium na świecie

rafinacja
rafinacja

(niem. Raffination „oczyszczanie, rafinacja”) oczyszczanie substancji w celu nadania jej odpowiednich właściwości, np. pozbawienia zabarwienia, poprawienia zapachu, zwiększenia trwałości. Rafinacja może odbyć się za pomocą metod fizycznych lub chemicznych

topniki
topniki

ułatwiają oddzielenie od metalu zawartych w rudzie zanieczyszczeń i skały płonnej (nieużytecznej części kopaliny)

krzemian
krzemian

popularny typ minerałów skałotwórczych. Głównym motywem strukturalnym krzemianów są czworościany (tetraedry) zbudowane z atomu krzemu znajdującego się w środku i otoczonego czterema atomami tlenu umieszczonymi na wierzchołkach

węglany
węglany

sole kwasu węglowego z metalami: wapniem, magnezem, żelazem, miedzią itp. Najprostszymi węglanami (minerałami) są: dolomit CaMg(CO3)2, magnezyt MgCO3, kalcyt CaCO3, syderyt FeCO3

Bibliografia

Bolewski A., Parachoniak W., Petrografia, Warszawa 1982.

Michalski B., Rynek aluminium, Uniwersytet Wrocławski.

Ryka W., Maliszewska A., Słownik petrograficzny, Warszawa 1982.