알루미나: 알루미나 생산 공정에서의 여과

보크사이트에서 알루미나를 생산하는 것은 알루미늄 생산의 중요한 첫 번째 단계입니다. 여과 및 분리 장비는 특히 까다로운 조건에서 이 공정에서 중요한 역할을 합니다. 트레버 스파크스가 설명합니다.

알루미늄은 매우 다재다능하고 경제적으로 중요한 재료입니다. 비록 그것이 우리 행성의 지각에 풍부하게 존재하지만, 지구는 이 은색의 가볍고 강하며 부식에 강한 금속을 쉽게 포기하고 싶지 않습니다. 광석(보크사이트)은 일반적으로 표면 채굴을 통해 비교적 쉽게 추출되지만, 금속을 정제하는 과정에는 많은 노력이 필요합니다. 알루미늄 생산은 인간이 배출하는 온실가스의 약 1%를 차지하는 것으로 추산됩니다. 그러나 이는 강철이 아닌 알루미늄으로 만든 자동차, 트럭, 기차에서 배출되는 온실가스 감소로 인해 어느 정도 상쇄됩니다[www.world-aluminium.org/About+Aluminium/Story+of].

일반적인 생산 경로는 보크사이트를 산화알루미나, 즉 흰색 결정성 분말인 알루미나[Al2O3]로 정제하는 것입니다. 이 분말을 제련하여 알루미늄 금속을 형성합니다. 일반적으로 2톤의 알루미나를 생산하려면 4톤의 건조 보크사이트가 필요하며, 이는 다시 1톤의 1차 알루미늄 금속을 제공합니다. 알루미나는 연마재나 세라믹과 같은 다른 용도로 사용되지만 전 세계 알루미나 생산량의 대부분은 계속해서 금속 알루미늄으로 전환됩니다. 제련소는 알루미늄이 필요한 곳 ​​가까이에 위치하는 경향이 있는 반면, 알루미나 공장은 일반적으로 보크사이트 공급원에 더 가깝거나 알루미늄 제련소로 가는 도중에 있습니다. 또한 다량의 연료와 수산화나트륨도 필요하며, 이들의 위치와 운송비용도 알루미나 공장의 위치를 ​​결정하는 요소라는 점에 유의해야 한다.

보크사이트에서 알루미나를 생산하는 것은 그 자체로 매우 중요한 산업이지만 여과 및 분리 기술의 가장 중요한 글로벌 사용자 중 하나이기도 합니다. 일반적인 알루미나 공장은 생산 백만 톤당 약 500~1000m2의 여과 면적(수백 평방 미터의 중력 농축기/청정기 면적)을 사용할 수 있습니다.

알루미나 생산량은 지난 20년 동안 약 두 배 증가하여 8천만 톤 이상으로 늘어났습니다. 이러한 증가의 상당 부분은 기존 플랜트의 용량을 늘리거나 이러한 플랜트에 추가 스트림을 추가함으로써 발생했습니다. 가장 중요한 알루미나 생산국은 호주, 중국, 브라질입니다(표 1 참조).

세계의 거의 모든 알루미나 공장은 보크사이트를 알루미나로 정제하기 위해 120년 이상 전에 특허를 받은 바이엘 공정[미국 특허 515,895 알루미나 제조 공정, 칼 바이엘(Karl Bayer)]을 사용합니다. 이 과정에서 대량의 가성액이 공장 주변을 지속적으로 순환합니다. 보크사이트는 부식성 흐름에 공급되며 여러 공정을 거쳐 알루미나가 흐름에서 제거됩니다. 주요 프로세스 단계는 다음과 같습니다.

1) 고온 및 고압에서 가성액을 사용하여 알루미늄 함유 광물을 용해시킵니다.

2) 고체 잔류물 제거 - 알루미늄이 포함되지 않은 부분은 일반적으로 철이 풍부한 광물의 혼합물입니다.

3) 제어된 냉각 조건 하에서 순수한 수산화알루미나[Al(OH)3]의 침전.

4) 수산화알루미나를 하소하여 결정수를 제거하여 알루미늄 제련소에 사용할 수 있도록 준비합니다.

이는 고온에서 농축된 가성액을 사용하고 마모성이 매우 높은 제품을 생성하는 공정으로 여과 장비에는 적합하지 않습니다. 실제로 알루미나 공장의 여과 장비는 공정 산업 전반에서 볼 수 있는 가장 가혹한 조건에 직면해 있습니다.

이 프로세스의 또 다른 흥미로운 측면은 고체-액체 여과 유형의 기본 동기 각각에 따라 달라진다는 것입니다.

• 덜 가치 있는 고체로부터 가치 있는 액체를 분리합니다(잔류물 분리).