LIXIVIACION DEL ALUMINIO
La industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita. La alúmina es vital para la producción de aluminio–se requieren aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio-.
En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depo deposi sita tand ndo o grad gradua ualm lmen ente te en el fond fondo o del del tanq tanque ue y lueg luego o son son removidos. Se los conoce comúnmente como "barro rojo".
TRITURACIÓN Y MOLIENDA: Con esta etapa comienza la primera fase del proceso Bayer, donde se prepara la materia prima, agregándole cal viva con el fin de regenerar la soda cáustica controlando las impurezas (carbonatos) presentes en ella.
Esta fase tiene como función disminuir el tamaño con que se recibe el material en la planta de aproximadamente 10 mm. Hasta un óptimo que garantice la disolución total de la alúmina durante el proceso de digestión, donde el óxido de aluminio es disuelto en el licor cáustico para obtener una mayor concentración de sólidos (820 g/l) y un porcentaje granulométrico menor o igual a 300 micrones. Se lleva a cabo en un conjunto de cinco circuitos de equipos, cada uno formado por un triturador de placas y un molino de bolas, con capacidad de 200 toneladas por hora. La molienda se realiza en medio húmedo para lo cual se utiliza licor fuerte precalentado de alta concentración (165 gr/l de soda cáustica, aproximadamente), proveniente del banco frío de intercambiadores de calor del área de digestión, con el fin de aprovechar su poder desintegrador, disminuyendo el trabajo efectuado por los molinos y evitando taponamiento en el triturador.
PREDESILICACIÓN Seguidamente la suspensión de bauxita molida (pulpa de molienda) es conducida a la etapa siguiente, con el propósito de eliminar la sílice reactiva (caolita, la cual constituye un factor de contaminación del producto), a fin de obtener un material final dentro de las especificaciones requeridas, antes del proceso de digestión. Para lograr esto, el área se encuentra conformada por cuatro tanques predesilicadores en serie, orientados en la forma de zigzag. El último en servicio sirve como recipiente destinado a recolectar la alimentación que se envía a los digestores ubicados en el área siguiente. En dichos tanques ocurren las siguientes reacciones:
DIGESTION La mezcla obtenida es bombeada a los digestores (recipientes cilíndricos de 420 metros cúbicos de capacidad), donde se agrega licor fuerte caliente (temperatura de 162 grados centígrados y concentración de soda cáustica superior a 160 gr/l), antes de entrar al primer tanque en servicio de una serie de cuatro recipientes, con el fin de realizar la extracción de la alúmina formando soluciones de aluminato de sodio y producir la precipitación de la sílice reactiva, evitando así la contaminación del producto en el LADO BLANCO de la planta. Debido a que la reacción de disolución de la alúmina es endotérmica, es necesario inyectar al proceso vapor vivo a temperatura de 225 ºC y presión de 9 bares, para que se establezcan las condiciones necesarias y ocurra la misma a 140ºC. La reacción de digestión es la siguiente:
DESARENADO El flujo producido, formado por aluminato de sodio y partículas sólidas (arena y lodo) es bombeado a la fase de desarenado, a una taza de flujo de diseño (de 1719 metros cúbicos por hora y temperatura de 110 ºC aproximadamente, llevándose a cabo la separación de la arena, al facilitar así su asentamiento en los recipientes espesadores de la etapa siguiente. Esta suspensión se separada en diferentes corrientes, orientadas hacia los hidrociclones primarios, en los cuales se realiza la separación de las partículas finas y gruesas contenidas en ella.
CLASIFICACION Y LAVADO DE LODO ROJO La suspensión desarenada, proveniente de la descarga superior de los hidrociclones primarios, es alimentada a los tanques espesadores, llevándose a cabo la separación de lodo rojo por medio de un procedimiento de sedimentación. Estos recipientes son de grandes diámetros a fin de reducir la velocidad de la suspensión y facilitar el asentamiento de las partículas. Adicionalmente se floculante sintético (polímero), para optimizar la operación. La impureza separada se descarga por la parte inferior de los espesadores y se envía desde allí a los recipientes de lavado en los que se recupera tanto la soda acústica como el aluminato de sodio, mediante el lavado en contracorriente y el lodo rojo se envía a las lagunas de almacenamiento como materia de desecho (concentración menor de 10g/l). El licor libre de contaminantes (licor madre) rebosa en la parte superior del tanque para ser enviado al área de filtración de seguridad.
FILTRACION DE SEGURIDAD La solución clarificada (licor madre) se procesa en filtros de presión denominados "Kelly" que suministran una mayor área de filtración y un bajo contenido de hierro, con el propósito de retener los sólidos y cualquier partícula extraña que no haya podido depositarse en los tanques espesadores de la etapa de clarificación y que se encuentren suspendidas en la corriente de alimentación, constituyendo así un factor de contaminación del producto.
CALCINACION El proceso es mucho más eficiente cuando el mineral es reducido a un tamaño de partícula mucho más pequeño que antes de la reacción. Esto se logra a través de la molienda del mineral pre-lavado. Este es entonces enviado a un asimilador de alta presión. Las condiciones dentro del digestor (concentración, temperatura y presión) varían según las propiedades de la bauxita utilizada. Aunque las temperaturas más altas son teóricamente favorables, éstas producen varias desventajas incluyendo problemas de corrosión y la posibilidad de que se encuentren otros óxidos (además de la alúmina) disueltos en el líquido cáustico. Las plantas modernas operan entre unos 200 y 240° C y pueden implicar presiones de aproximadamente 30atm.
Después de la extracción, el líquido (conteniendo Al2O3 disuelto) debe ser separado del residuo de bauxita insoluble, purificado tanto como sea posible y filtrado, antes de ser depositado en el precipitador. El barro es espesado y lavado de modo que la soda cáustica pueda ser removida y reciclada.
PRECIPITACIÓN El trihidrato de alúmina cristalino, denominado "hidrato", es precipitado a partir del licor del digestor:
2NaAlO2 + 4H2O ---> Al2O3.3H2O + 2NaOH Este es básicamente lo opuest del proceso de extracción, salvo que aquí la naturaleza del producto puede ser controlada por diferentes condiciones de la planta. Los cristales de hidrato son entonces clasificados en fracciones por tamaño e introducidos dentro de un horno de rotativo o un lecho fluidificado para su calcinación.
CALCINACIÓN El hidrato se calcina para extraer el agua y formar alúmina para el proceso de producción del aluminio.
2A1 (OH)3 ---> A12O3 + 3H2O
ELECTROLISIS El proceso industrial de obtención de aluminio, denominado proceso HallHeroult, consiste en la electrólisis de la bauxita (óxido de aluminio) disuelta en una mezcla de sales fundidas o baño electrolítico. Esta mezcla se mantiene permanentemente en estado líquido a una temperatura de 960°C. El reactor donde se desarrolla el proceso, usualmente conocido como celda o cuba de electrólisis, es un recipiente de aproximadamente y dependiendo de la tecnología de producción utilizada, 4.5 m de ancho por 8.5 m de largo por 1.5 m de altura, conformado por carbón y material refractario, soportados externamente por una rígida estructura de acero. En dicho reactor pueden distinguirse desde arriba hacia abajo cuatro elementos constitutivos bien diferenciados: ánodos de carbón (polo positivo); mezcla de sales fundidas; aluminio líquido y cátodos de carbón (polo negativo). En este sistema la corriente eléctrica continua circula desde el ánodo hacia el cátodo. Al atravesar el baño electrolítico la corriente produce la descomposición de la alúmina disuelta en aluminio metálico y oxígeno. El aluminio metálico obtenido se
deposita en el fondo de la cuba, mientras que el oxígeno generado consume el carbón de los ánodos produciendo dióxido de carbono.
La producción en el aluminio a partir de la bauxita consiste en la descomposición de del oxido de aluminio en sus componentes en un baño de criolita fundida AlF33NaF, que actúa como disolvente de la bauxita, rebaja al mismo tiempo su temperatura de fusión, que es igual, aproximadamente, a 2 000°C la celda electrolítica se compone de una caja de hierro con un revestimiento termoaislante. Las paredes y el fondo están revestidos con carbón comprimido. Las barras colectoras catódicas puestas en el fondo se conectan con el polo negativo de la fuente de corriente y las barras colectoras anódicas se unen a electrodos de carbón sumergidos en una celda. Antes de comenzar la electrolisis se echa sobre el fondo de la celda una capa fina de coque y se conecta a la corriente. Cuando el carbón comprimido se calienta al rojo, se introduce la criolita y después de la fusión se carga la bauxita, no mas del 15% de la cantidad de de la criolita cargada. Una vez conseguida esta proporción se fija la temperatura del electrolito en los límites de 950-1000°C. A medida que se descompone la bauxita, el aluminio reducido se acumula en el fondo de la celda y se carga nueva bauxita conforme se va descomponiendo. Las celdas se acoplan en serie. La tensión eléctrica en los bornes de las celdas es cerca de 5-10 V, siendo la intensidad de la corriente cerca de 30 000A. La descarga del aluminio se realiza después de cada 50-100 horas. Para obtener una tonelada de aluminio se gasta cerca a de de 2 t de bauxita, 0.6 t de electrodos de carbón (ánodo), 0.1t de de criolita y de 16 000 hasta 19 000 Kwh. de energía eléctrica. El aluminio obtenido se afina para quitarle las partículas de criolita y los gases disueltos. El aluminio afinado contiene del 0.3 al 1% de impurezas.
AFINO Periódicamente, el aluminio obtenido en cada celda de electrólisis se extrae de la misma por succión, utilizando para el transporte recipientes térmicamente aislados de 6 toneladas de capacidad. Estos recipientes se trasladan a la fundición próxima a las salas de electrólisis donde el metal líquido se solidifica en diferentes aleaciones y formatos que constituyen los productos finales del proceso
TRITURACIÓN, MOLIENDA Y SECADO
LIXIVIACION Temperatura 200°C-250°C (autoclaves de acero, adicionar sosa caustica) Al2O2nH2O+NaOH NaAlO3+H2O
PRECIPITACION Temperatura de 65°C-50°C (valores bajos) NaAlO3+4H2O Al2O3.3H2O+2NaOH
CALCINACION La alumina pasa por espesadores y filtros y luego a hornos para eliminar el agua Temperatura a 1150°C 2Al(OH)3 Al2O3+3H2O
ELECTROLISIS -Se reduce la alumina disolviendola en anolita a 1100°C -Pureza 93.3% y 99.7% -Corriente 5 voltios
AFINO -Se utiliza cloruro o acido clorhidrico.Para eliminar Hidrogeno, oxidos. -Pureza 99.99% -Se afina para quitar criolita y gases -Impureza 10-1%
