עיבוד אלומיניום

עפרות

האלומיניום הוא היסוד השלישי בשפע על פני כדור הארץ. רק חמצן וסיליקון נפוצים יותר. קרום כדור הארץ לעומק של 16 ק"מ מכיל 8 אחוז אלומיניום. לאלומיניום יש נטייה חזקה לשלב עם אלמנטים נפוצים אחרים ולכן לעתים נדירות מתרחש בטבע בצורה מתכתית. עם זאת, תרכובותיו מהוות מרכיב חשוב כמעט בכל הסלעים הנפוצים. הוא מצוי בחימר, פצלי, צפחה, סכין, גרניט, סייניט ואורטורטוזיט.

עפרת האלומיניום החשובה ביותר, סלע המכיל ברזל המורכב מכ- 52 אחוז תחמוצת אלומיניום, התגלה בשנת 1821 ליד לס באוקס בדרום צרפת. לימים נקרא החומר בוקסיט. הבוקסיט מוגדר בצורה הטובה ביותר כעפרות אלומיניום בדרגות טוהר שונות בהן האלומיניום בצורת אלומיניום הידרוקסיד או תחמוצת אלומיניום הוא המרכיב הבודד הגדול ביותר. הזיהומים הם ברובם תחמוצת ברזל, סיליקה וטיטניה.

הבוקסיט משתנה מאוד במראהו הגופני, תלוי בהרכבו ובזיהומים שלו. זה נע בצבע לבן-צהבהב לאפור או ורוד לאדום כהה או חום אם הוא עשיר בתחמוצות ברזל. זה עשוי להיות אדמתי, או שהוא עשוי לנוע בצורה מחימר לסלע. הבוקסיט נמצא בכל יבשות העולם למעט אנטארקטיקה. המשקעים העשירים ביותר בדרך כלל שוכנים באזורים שבמהלך היווצרותם היו באקלים טרופי וסובטרופי, ומספקים תנאים אופטימליים של גשמים כבדים, טמפרטורות חמות מתמדות וניקוז טוב.

מרבצים גדולים נמצאים באיים הקריביים, צפון אמריקה הדרומית, אוסטרליה, הודו, אינדונזיה, מלזיה, סין, רוסיה, קזחסטן, מערב אפריקה, יוון, קרואטיה, בוסניה והרצגובינה, מונטנגרו, הונגריה, איטליה וצרפת.

לא כל הבוקסיטים חסכוניים לייצור אלומיניום. רק אדמה עם אחוז תחמוצת אלומיניום של 30 אחוז ומעלה נחשבת לפרקטית. רק אותם עפרות המכילות ריכוזים משמעותיים של מינרלים gibbsite ובוהמיט, המכילים 65 ו 85 אחוז אלומינה בהתאמה, נחשבים בדרך כלל חסכוניים לעיבוד. Gibbsite נמצא ברובו באזורים טרופיים משני צידי קו המשווה, ואילו הבוהמיט נמצא ברובו מצפון לחגורה הסובטרופית ברוסיה, קזחסטן, טורקיה, סין ויוון.

משקעים ידועים של בוקסיט יכולים לספק לעולם אלומיניום במשך מאות שנים ברמות הייצור הנוכחיות. כאשר מתרוקנים מרבצי הבוקסיט בדרגה גבוהה, יישארו עדיין ניצולים משמעותיים של עפרות משניות: מרבצי לייטייט בצפון-מערב ארצות הברית ובאוסטרליה, אנורטוסטייט במערב ארצות הברית, אפטיט ואליאיט באירופה, קאוליניט בדרום-מזרח ארצות הברית. קיימים גם מקורות אחרים לא-בוקסיט לאלומינה: חימרי אלומינה, דוסוניט, פצלי אלומיניום, סלעים דלקתיים, ומינרלים ספרוליט וסילימנית. ברוסיה, אלומינה מזוקקת מעפרות לא בוקסיטיות - כלומר סילנין ניפליין ואליוניט. התפתחויות בוקסיט עצומות באוסטרליה, גינאה ואינדונזיה נטו לדחות את העניין בעפרות משניות במקומות אחרים.

כרייה

ללא ספק הכמות הגדולה ביותר של בוקסיט מנוצל מסחרית נמצאת על פני כדור הארץ או בקרבתו. כתוצאה מכך הוא מכוש בבורות פתוחים הדורשים רק הסרת מינימום של עומס יתר. מיטות הבוקסיט מתפוצצות ונחפרות באמצעות חפירה או דראג כוח, והעפרות מועברות במשאית, מסילה או מסוע למפעל עיבוד, שם הוא נמחץ לטיפול קל יותר. מפעלי זיקוק ממוקמים בסמוך לאתרי מוקשים, אם הדבר אפשרי, מכיוון שתחבורה הינה פריט חשוב בעלויות הבוקסיט.

בערך 90 אחוז מכל הבוקסיט שנכרה מועבר לאלומינה, שבסופו של דבר נמסת לאלומיניום. עשרת האחוזים הנותרים משמשים ליישומים אחרים, כגון חומרי שוחקים, חסיני אש וחומרים נאים לשחזור נפט גולמי. בערך ארבע טונות של בוקסיט ברמה גבוהה מניבים שני טונות אלומינה, שממנה מיוצר טון אלומיניום.

מיצוי וזיקוק

ייצור אלומיניום מבוקסיט הוא תהליך דו-שלבי: זיקוק בוקסיט לקבלת אלומינה ומריחת אלומינה לייצור אלומיניום. הבוקסיט מכיל מספר זיהומים, כולל תחמוצת ברזל, סיליקה וטיטניה. אם לא יוסרו זיהומים אלה בזמן הזיקוק, הם יתכננו את המתכת ויזהמו במהלך תהליך ההתכה. לפיכך, יש לטפל בעפרות בכדי לחסל את הזיהומים הללו. אלומינה מטוהרת מכילה בדרך כלל 0.5 עד 1 אחוז מים, 0.3 עד 0.5 אחוז סודה ופחות מ- 0.1 אחוז תחמוצות אחרות. תהליך Bayer, עם שינויים שונים, הוא השיטה הנפוצה ביותר לייצור אלומינה, וכל האלומיניום מיוצר מאלומינה באמצעות התהליך האלקטרוליטי Hall-Héroult.