Bayer-prosessi
Bayer-prosessi on teollisuudessa käytettävä nelivaiheinen[1] prosessi, jota käytetään osana alumiinin jalostusta. Prosessin patentoi vuonna 1888 itävaltalainen Karl Bayer. Prosessin raaka-aineena on bauksiitti eli alumiinimalmi. Bayer-prosessista saadaan alumiinihydroksidia ja lopputuotteena alumiinioksidia. Alumiinioksidi voidaan edelleen syöttää Hall–Héroult-menetelmään, jolloin saadaan harkoiksi valettavaa alumiinia.
Historia
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Bayer-prosessin löytämistä edelsi Devillen prosessi, jolla tuotettu alumiini oli liian kallista yleistyäkseen.[2] Vain kaksi vuotta Hall–Héroult-menetelmän kehittämisen jälkeen vuonna 1888 itävaltalainen Karl Bayer (saksalainen patentti 43 977) kehitti menetelmän valmistaa alumiinioksidia bauksiitista (bauksiittisavesta). Keksintö poisti viimeisen esteen alumiinin teollisen tuotannon tieltä, ja sen ansiosta alumiinin kilohinta laski 80 prosenttia vuonna 1890. Alumiini oli nyt viimeinkin todellinen teollisesti tuotettava materiaali.
Prosessi
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Bauksiitti koostuu pääasiassa alumiinioksidista (Al2O3), mutta se sisältää myös joitain raudan yhdisteitä.[3] Bauksiitti sisältää alumiinioksidia noin 30–60 prosenttia, ja yhden alumiinioksiditonnin valmistamiseen tarvitaan 1,9–3,6 tonnia bauksiittia.[4] Prosessin aluksi bauksiittimalmi jauhetaan ja sekoitetaan kalkkiin. Tämän jälkeen seosta kuumennetaan korkeassa paineessa natriumin kanssa.[3]
Alumiinihydroksidiin asti
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Bauksiittimineraali jauhetaan ja liuotetaan natriumhydroksidiin, jolloin bauksiitin sisältämä alumiinioksidi liukenee natriumaluminaattina.[5][6][7][8]
- Al2O3 + 2 NaOH → 2 NaAlO2 + H2O
Teollisesti lähes kaikki alumiinihydroksidi valmistetaan Bayer-prosessilla, jossa liuotetaan bauksiittia natriumhydroksidiin jopa 270 °C:n lämpötilassa.[9] Lämpötila voi vaihdella noin 145 ja 265 °C:n välillä riippuen prosessoitavan bauksiitin tyypistä.[10] Liuotuksessa muodostunut kiinteä jäte poistetaan ja alumiinihydroksidi saostetaan liuoksesta, johon jää natriumaluminaattia.[9] Seuraavassa vaiheessa natriumaluminaattiliuos jäähdytetään, laimennetaan vedellä ja siihen lisätään siemenkiteeksi alumiinihydroksidia, jotta saataisiin kiinteää alumiinihydroksidia.[6][7][8]
- 2 H2O + NaAlO2 → Al(OH)3 + NaOH
Alumiinioksidiksi asti
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Alumiinihydroksidi voidaan muuntaa alumiinioksidiksi kuumentamalla hapen läsnäollessa eli kalsinoimalla.[9] Bayer-prosessin viimeisessä vaiheessa alumiinihydroksidia kuumennetaan yli 1 100 °C:n lämpötilaan (1 200–1 300 °C), jolloin se muuntuu alumiinioksidiksi.[6][7][8]
- 2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O
Syntynyt alumiinioksidi pestään ja kuumennetaan veden poistamiseksi.[3] Lopputuote on anhydrinen alumiinioksidi.[10]
Prosessin sivutuotteena syntyvä jäteliemi
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Tyypillisessä Bayer-prosessia käyttävässä tuotantolaitoksessa syntyy sivutuotteena jokaista alumiinioksiditonnia kohden 1–1,5 kertaa enemmän bauksiittijätettä. Vuonna 2015 maailmassa tuotettiin noin 115 miljoonaa tonnia alumiinioksidia ja noin 150 miljoonaa tonnia bauksiittijätettä,[11] joka on yksi teollisuuden suurimmista jätteistä. Sitä oli maailmassa noin 3 000 miljoonaa tonnia vuoden 2010 lopussa, ja sen määrä kasvaa joka vuosi noin 150 miljoonalla tonnilla (2015)[11]. Jäteongelmaa pyritään hillitsemään kiinnittämällä huomiota jäteliemen vesipitoisuuteen ja happamuuteen (pH). Jäteliemi on emäksistä.[12] Joistain jäteliemialtaista on löytynyt korkeita arseeni- ja kromipitoisuuksia.[13]
Lähteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ Alumina Refining - The Aluminum Association aluminum.org. Arkistoitu 1.4.2019. Viitattu 1.4.2019.
- ↑ aluminum processing - History, Mining, Refining, & Facts britannica.com.
- ↑ a b c Production of Aluminum: The Hall-Héroult Process acs.org. Viitattu 15.5.2015..
- ↑ Harris, Chris: Micro reform – impacts on firms: aluminium case study. Melbourne: Industry Commission, 1998. ISBN 978-0-646-33550-6
- ↑ E. M. Karamäki: Epäorgaaniset kemikaalit, s. 118. Kustannusliike Tietoteos, 1983. ISBN 951-9035-61-3
- ↑ a b c L. Keith Hudson, Chanakya Misra, Anthony J. Perrotta, Karl Wefers & F. S. Williams : Aluminium oxide, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2002 Teoksen verkkoversio Viitattu 27.10.2010
- ↑ a b c Egon Wiberg, Nils Wiberg, Arnold Frederick Holleman: Inorganic chemistry, s. 1000. Academic Press, 2001. ISBN 978-0-12-352651-9 Kirja Googlen teoshaussa (viitattu 27.10.2010). (englanniksi)
- ↑ a b c Amit Arora: Text Book Of Inorganic Chemistry, s. 380. Discovery Publishing House, 2005. ISBN 978-8183560139 Kirja Googlen teoshaussa (viitattu 27.10.2010). (englanniksi)
- ↑ a b c AR Hind, SK Bhargava, SC Grocott: The Surface Chemistry of Bayer Process Solids: A Review. Colloids Surf Physiochem Eng Aspects, 1999, 146. vsk, nro 1–3, s. 359–374. doi:10.1016/S0927-7757(98)00798-5 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b Donoghue, A. Michael; Frisch, Neale; Olney, David: Bauxite Mining and Alumina Refining. Journal of Occupational and Environmental Medicine, 1 May 2014, 56. vsk, nro 5 Suppl, s. S12–S17. PubMed:24806720 PubMed Central:4131932 doi:10.1097/JOM.0000000000000001 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b World Aluminium — Alumina Production world-aluminium.org.
- ↑ International Aluminium Institute (IAI): Bauxite Residue Management: Best Practice. 2015 (Arkistoitu – Internet Archive) (PDF)
- ↑ US EPA, OAR: TENORM: Bauxite and Alumina Production Wastes epa.gov. 22 April 2015.
Aiheesta muualla
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- Encyclopaedia Britannica: Bayer process (englanniksi)