تولید آلومینا
پالایشگاه های آلومینا سنگ معدن بوکسیت را برای تولید آلومینا پردازش می کنند که سپس برای استخراج فلز آلومینیوم استفاده می شود. آلومینا (اکسید آلومینیوم) یک ماده گرانول سفید است.
فرآیند تولید آلومینا از سنگ معدن بوکسیت “فرایند بایر” نامیده می شود که توسط کارل جوزف بایر در سال 1888 توسعه یافت (شکل 1). این شامل چهار مرحله است: هضم، شفاف سازی، بارش و تکلیس.
پس از آسیاب، بوکسیت با سود سوزآور (هیدروکسید سدیم) تحت دما و فشار بالا مخلوط می شود. آلومینا از فازهای حامل آلومینیوم (به استثنای خاک رس) حل می شود. ناخالصی های حل نشده به صورت گل قرمز ریز ته نشین می شود که پس از چند مرحله بازیافت به عنوان زباله دور ریخته می شود.
محلول آلومینا در سود سوزآور مراحل شفاف سازی، فیلتراسیون و رسوب بیشتر را طی می کند. کریستال های آلومینا از محلول سوزاننده با هم زدن مکانیکی محلول در مخازن روباز بازیابی می شوند. مواد رسوب داده شده (به نام هیدرات) در دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد شسته و خشک می شوند. پودر اکسید آلومینیوم بی آب سفید خشک (آلومینا) سرد شده و به انبار منتقل می شود. پودر آلومینا بیشتر برای استخراج آلومینیوم فلزی با استفاده از حمام های الکترولیتی استفاده می شود. سود سوزآور بازیابی شده و به ابتدای فرآیند بازگردانده می شود و دوباره استفاده می شود.
اگر در مورد تأثیر کانی شناسی بر فرآیند فوق بحث کنیم. دمای مورد نیاز برای هضم دیاسپور α-AlO(OH) و بوهمیت γ-AlO(OH) هر دو فاز آلومینا مونوهیدرات، نامیده می شوند و γ-Al(OH)3به نام آلومینا تری هیدرات،است. بنابراین، دمای هضم موثر بوکسیت به نسبت بین فازهای معدنی مختلف حاوی آلومینیوم بستگی دارد.
علاوه بر این، مصرف سود سوزآور در هر تن بوکسیت بستگی به میزان ناخالصی های سیلیس دارد: خاک رس و کوارتز. تحت شرایط خاصی، این مواد معدنی با سود سوزآور واکنش داده و بخشی از معرف های فرآیند را مصرف می کنند. در طول هضم در دمای بالا، کوارتز و کانی های خاک رس با سود سوزآور واکنش می دهند و مصرف معرف و هزینه ها را افزایش می دهند.
پایش کانی شناسی نه تنها برای تجزیه و تحلیل بوکسیت مواد خام، بلکه برای کنترل کیفیت محصول نهایی از فرآیند بایر، آلومینا، ارزش افزوده ایجاد می کند. XRD تنها ابزار مناسب برای تمایز بین تغییرات مختلف آلومینا به عنوان مثال α-Al2O3، γ-Al2O3 است که کیفیت پودر آلومینا خشک و همچنین اندازه ذرات و ناخالصی ها را مشخص می کند.
دانش اصلاحات مختلف برای پیش بینی و بهینه سازی رفتار در طول فرآیند ذوب مهم است. γ-Al2O3 برای الکترولیز مورد نظر است زیرا در طول فرآیند ذوب راحتتر از α-Al2O3 حل می شود. تجزیه و تحلیل α-Al2O3 را می توان با کالیبراسیون خط مستقیم کلاسیک قله های α-Al2O3 یا با استفاده از روش های برازش الگوی کامل انجام داد. مزیت استفاده از اطلاعات کامل الگوی XRD، کمی سازی همزمان تمام تغییرات زیر-α-Al2O3 است. حتی کسری کوچک از 0.5 درصد وزنی α-Al2O3 را می توان شناسایی و اندازه گیری کرد. شکل 2 اندازه گیری پودر آلومینا خشک را با استفاده از پراش اشعه ایکس نشان می دهد. اکثر نمونه ها از g-alumina با تنها 0.5٪ آلومینا تشکیل شده است.
اندازه ذرات مستقیماً بر سرعت انحلال آلومینا در حمام کرایولیت تأثیر می گذارد و بنابراین متغیر مهم دیگری است. علاوه بر این، هزینه ها هم از نظر سلامت و ایمنی و هم از نظر حمل و نقل محصول یک مسئله هستند، بنابراین توزیع اندازه ذرات باید به دقت کنترل شود. توزیع اندازه ذرات ایده آل بین 45 میکرومتر و 150 میکرومتر تعریف شده است تا از مشکلات انحلال در حمام کرایولیت و تجمع ریزدانه ها در طول پردازش که باعث انتقال می شود جلوگیری شود.
استفاده از آنالیز اندازه ذرات بر روی خط به پردازنده های آلومینیومی اجازه می دهد تا کارآمدتر عمل کنند و محصولی سازگارتر برای عملیات واحد پایین دستی تولید کنند. منافع اقتصادی در قالب کاهش ضایعات، کاهش مصرف انرژی، کاهش نیروی انسانی و افزایش توان حاصل می شود. در دسترس بودن سیستم‌های مرتبط صنعتی، با هزینه‌ای که می‌توان در زمان نسبتاً کوتاهی بازیابی کرد، آنالیز آنلاین را به گزینه‌ای جذاب تبدیل می‌کند.
در فرآیند تخلیص بقایایی بر جا می ماند مه قابل استفاده نیست. از آن جمله می توان به گل قرمز اشاره کرد. در واقع گل قرمز بقایای بوکسیتی است که در طی تصفیه بوکسیت به آلومینا با استفاده از فرآیند بایر تولید می شود. از ترکیبات اکسیدی مختلفی از جمله اکسیدهای آهن تشکیل شده است که رنگ قرمز آن را می دهد.
بسته به عیار بوکسیت حدود 1.3 تا 2.2. تن گل قرمز در هر تن آلومینا تولید می شود. تصفیه، نگهداری طولانی مدت و استفاده مجدد از گل قرمز یکی از چالش های پالایش آلومینا است. ابزارهای تحلیلی کافی برای کنترل کانی شناسی، شیمی و خواص فیزیکی گل قرمز برای مدیریت صحیح و سازگار با محیط زیست محصول ضایعات ضروری است.
