La bauxita es el principal recurso para fabricar aluminio.
Aunque el aluminio es el metal más común que vemos en nuestra vida diaria y representa el 8% de la corteza del planeta, el metal es demasiado reactivo con otros elementos para aparecer de forma natural.
La bauxita, una roca formada a partir de un material arcilloso rojizo llamado suelo de laterita, es el recurso principal de aluminio y generalmente se encuentra en áreas tropicales o subtropicales.
Según los datos de reserva mundial de recursos de bauxita, los mayores productores de bauxita del mundo son Guinea, Australia, Vietnam, Brasil, Jamaica, Indonesia, China, India, Rusia y Malasia, entre los cuales, Australia, China y Guinea poseen el 69,5% de la los recursos mundiales de bauxita.
La bauxita se forma cerca de la superficie, por lo que la mejor forma de extraerla es mediante minería a cielo abierto. La industria minera de la bauxita desempeña un papel destacado en la protección del medio ambiente.
Durante el proceso de extracción de bauxita, la limpieza y el almacenamiento de la superficie de la tierra son las primeras cosas que se deben hacer para la restauración de la tierra. Si mina en el área forestal, verá que el 80% de la tierra puede restaurar su ecosistema nativo.
¿Cómo extraer aluminio del proceso de bauxita-Bayer y del proceso All-Héroult?
La bauxita se compone principalmente de alúmina, sílice, óxido de hierro y dióxido de titanio. Alrededor del 70% del mineral de bauxita del mundo adopta el proceso Bayer para producir alúmina. Luego, mediante el proceso electrónico Hall-Héroult, la alúmina se puede reducir a aluminio puro.
Pasos del proceso Bayer para la producción de alúmina
Como la bauxita se encuentra cerca de la superficie, necesita una extracción a cielo abierto.
Paso 1- Proceso de trituración
El primer paso del proceso Bayer es utilizar el equipo de trituración para triturar el mineral de bauxita en partículas con un diámetro de aproximadamente 30 mm. A medida que el tamaño de las partículas se hace más pequeño, la superficie específica de la bauxita aumenta considerablemente, lo que ayuda a acelerar la velocidad de seguimiento de la reacción química.
Paso 2- Procesos de lavado y separación
Después de ser triturada por trituradoras, la bauxita necesita una lavadora de arena para eliminar y separar la arcilla y las impurezas de la superficie de las partículas. Si no se experimentara el proceso de lavado, la bauxita con alto contenido de SiO 2 produciría incrustaciones y problemas de calidad del producto final.
Paso 3- Procesos de molienda y mezcla
Después del proceso de lavado, las partículas de bauxita se mezclan con una solución de hidróxido de sodio con una concentración del 30% al 40%, que luego forma una suspensión con un tamaño de partícula sólida inferior a 300 micrones con la ayuda de un molino de bolas . La bauxita y la sosa cáustica devueltas de la etapa de precipitación se añaden al molino para formar una suspensión bombeable.
Bajo tierra, en los procesos anteriores (lavado, trituración y molienda), las partículas de bauxita se reducen para aumentar la superficie disponible para la etapa de digestión.
Paso 4- Proceso de digestión
En el proceso de digestión, la suspensión se calienta a 270 ℃ para formar una solución sobresaturada de aluminato de sodio o "licor preñado". Una solución caliente de soda cáustica (NaOH) puede disolver los minerales que contienen aluminio en la bauxita.
Hay dos tipos de bauxita: gibbsita, böhmita y diáspora.
Gibbsita:
Al(OH)3 + Na+ + OH- → Al(OH)4- + Na+
Böhmita y diáspora:
AlO(OH) + Na+ + OH- + H2O → Al(OH)4- + Na+
Las condiciones dentro del digestor (concentración cáustica, temperatura y presión) se establecen de acuerdo con las propiedades del mineral de bauxita. Si los minerales de bauxita tienen un alto contenido de gibbsita, es necesario procesarlos a 140°C. El otro tipo de bauxita mineral, las bauxitas bohmíticas, requieren temperaturas entre 200 y 280°C.
La presión en el proceso de digestión no es importante pero está determinada por la presión de saturación del vapor. A 240°C la presión es de aproximadamente 3,5 MPa. Luego, la suspensión se enfría en una serie de tanques flash a alrededor de 106°C.
El proceso de digestión puede maximizar la tasa de recuperación de alúmina y la tasa de producción de líquido en la bauxita.
Paso 5-Proceso de clarificación/proceso de resolución
El residuo de bauxita se deposita en el fondo y se lava y filtra antes de su eliminación. Lo primero que se debe hacer en el proceso de clarificación es separar el residuo de bauxita de los restos de aluminato de sodio en solución mediante sedimentación.
Luego se utiliza una serie de filtros de seguridad para separar aún más el licor impregnado del residuo de bauxita. El objetivo de los filtros de seguridad es garantizar que el producto final no esté contaminado con impurezas presentes en el residuo.
Paso 6- Proceso de precipitación
El líquido filtrado se enfría y se trata con cristales semilla, que ayudan a la cristalización formando hidrato de aluminio.
En el proceso de precipitación, el filtro pulido se utiliza para eliminar las partículas del agua y controlar mejor los elementos de hierro.
Cuando el líquido que necesita filtrarse baja, el lecho de medio filtrante inerte de grano fino específico puede reubicar las partículas mediante una inyección constante de agua girando lentamente el brazo rociador. En esta etapa, la alúmina se recupera por cristalización del licor impregnado, que está sobresaturado en aluminato de sodio.
La reacción de precipitación es la inversa de la reacción de disolución de gibbsita en la etapa de digestión:
Al(OH)4- + Na+ → Al(OH)3 + Na+ + OH-
Paso 7- Proceso de calcinación
El hidrato de alúmina se calienta a 1100 ℃ para eliminar las moléculas de agua unidas, produciendo óxido de aluminio. Se utilizan diferentes tecnologías de calcinación, incluidos calcinadores de suspensión de gas, calcinadores de lecho fluidizado y hornos rotatorios.
La siguiente ecuación describe la reacción de calcinación:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
La alúmina es un polvo blanco y el producto final del proceso Bayer.
El proceso de electrólisis Hall-Héroult produce aluminio
Después del proceso Bayer, la alúmina se convierte en aluminio fundido mediante el proceso Hall-Héroult que ocurre dentro de una serie de celdas de reducción electrolítica.
La celda de reducción electrolítica incluye electrolito a base de criolita, alimentador de aluminio, bloque de carbón y revestimiento de carbón. La fundición de aluminio requiere grandes cantidades de electricidad.
- 1 Los bloques de carbono se fabrican y se consumen en el proceso, pero los restos se reciclan y reutilizan.
- 2 Actúan como electrodo positivo o ánodo, y el revestimiento de carbono se convierte en un electrodo negativo o cátodo.
- 3 A medida que la electricidad pasa a través de la solución, se produce una reacción electrolítica que descompone la alúmina en aluminio fundido caliente y oxígeno.
- 4 El oxígeno consume carbono del ánodo formando CO2.
- 5 El aluminio fundido caliente se acumula en el fondo de la celda debido a su alta densidad y luego queda atrapado en un crisol.
- Se transportan 6 crisoles con aluminio fundido a la fundición para elaborar los productos finales.
Durante el proceso, la alúmina se disuelve en criolita fundida (Na 3 AlF 6) para reducir su punto de fusión para la electrólisis. Finalmente, la reducción electrolítica a una temperatura de aproximadamente 960°C produce entre 99,5 y 99,8% de aluminio puro. Luego, el aluminio fundido se funde utilizando una tecnología diferente.
El aluminio fundido se funde con diferente tecnología.
Los productos de aluminio se utilizan ampliamente , desde automóviles, teléfonos inteligentes hasta rascacielos. Pero el aluminio también forma aleaciones con elementos como el silicio, el magnesio y el cobre para crear propiedades especiales necesarias para determinadas aplicaciones.
El aluminio líquido y otros elementos se mezclan y calientan con tecnología de agitación electromagnética en el horno. Se utilizan diferentes tecnologías para fundir aluminio fundido y producir los productos de aluminio necesarios.
Fundición de cerdas
En la fundición de cerdas, el metal líquido se vierte directamente en un molde y se deja solidificar. Estos productos se vuelven a fundir para su uso en la industria electrónica y aeroespacial.
Fundición de lingotes en molde abierto
Los lingotes se utilizan para producir ruedas de automóviles, bloques de motor de automóviles y otras piezas de automóviles.
Fundición de lingotes de láminas
Los lingotes de láminas se laminan para obtener productos planos que se utilizan en embalajes, industria automotriz y litografía.
Fundición de lingotes de palanquilla
El material se trata térmicamente dentro de una cámara y luego se enfría para lograr las propiedades requeridas del material. Las palanquillas se utilizan en las industrias automotriz, de la construcción y aeroespacial. La bauxita es el mejor y único material para fabricar metal de aluminio.
Además, la bauxita también se utiliza ampliamente en la industria química, la fabricación de ladrillos refractarios, la fabricación de abrasivos, la fabricación de cemento, la fabricación de acero y los campos petroleros. La bauxita de laterita se utiliza comúnmente como material de construcción.
La bauxita calcinada hecha de alto contenido de alúmina sinterizada a alta temperatura en un horno rotatorio se utiliza como agregado antideslizante para carreteras para prevenir accidentes en la carretera.
Problemas comunes sobre la producción de aluminio.
¿Cuánta bauxita se necesita para fabricar aluminio y cuánta energía se requiere?
Se estima que la producción de 2 kg de alúmina requiere 4 kg de bauxita, consume alrededor de 8 kilovatios de electricidad y produce 1 kg de aluminio puro.
¿Qué químico se utiliza para pasar de la bauxita al aluminio?
Hidróxido de sodio concentrado
¿Qué material útil se puede obtener de la bauxita?
La bauxita es una mezcla de alúmina hidratada, hidróxido de aluminio, minerales arcillosos y materiales insolubles como cuarzo, hematita, magnetita, siderita y goethita. Los minerales de aluminio en la bauxita incluyen: gibbsita Al(OH) 3, boehmita AlO(OH) y diáspora AlO(OH).
