アルミナ：アルミナ製造工程におけるろ過

Dec 03, 2023

ボーキサイトからのアルミナの製造は、アルミニウム製造における重要な最初のステップです。 濾過および分離装置は、特に困難な条件において、このプロセスにおいて重要な役割を果たします。 トレバー・スパークス氏が説明する。

アルミニウムは非常に用途が広く、経済的にも重要な材料です。 地球の地殻内には豊富に存在しますが、地球はこの銀色で軽く、強く、耐食性のある金属を簡単に手放したくありません。 その鉱石（ボーキサイト）は通常露天掘りで比較的簡単に抽出できますが、金属を精製するプロセスには多大な労力が必要です。 アルミニウムの生産は、人為的な温室効果ガス排出量の約 1% を占めると推定されています。 しかし、これらは、鋼鉄ではなくアルミニウムで作られた自動車、トラック、電車から排出される温室効果ガスの削減によって多少相殺されます [www.world-aluminium.org/About+Aluminium/Story+of]。

通常の製造ルートは、ボーキサイトを酸化アルミニウム、つまり白色の結晶性粉末であるアルミナ [Al2O3] に精製することです。 次に、この粉末を溶解してアルミニウム金属を形成します。 一般に、2 トンのアルミナを製造するには 4 トンの乾燥ボーキサイトが必要で、これにより 1 トンの一次アルミニウム金属が得られます。 アルミナには研磨剤やセラミックスなどの他の用途もありますが、世界のアルミナ生産の大部分は金属アルミニウムに変換され続けています。 精錬所はアルミニウムが必要な場所の近くに位置する傾向がありますが、アルミナ工場は通常、ボーキサイトの供給源に近いか、アルミニウム精錬所に向かう途中にあります。 また、大量の燃料と水酸化ナトリウムも必要であり、それらの場所と輸送コストもアルミナ工場の設置場所を決定する要因となることにも留意すべきである。

ボーキサイトからのアルミナの生産は、それ自体が非常に重要な産業ですが、ろ過および分離技術の世界的に最も重要なユーザーの 1 つでもあります。 典型的なアルミナプラントは、生産量 100 万トンあたり約 500 ～ 1000 平方メートルの濾過面積 (および数百平方メートルの重力濃縮器/清澄器面積) を使用します。

アルミナの生産量は過去 20 年間で約 2 倍の 8,000 万トン以上に増加しました。 この増加のかなりの部分は、既存のプラントからより多くの生産能力を絞り出すこと、またはこれらのプラントに追加のストリームを追加することによってもたらされました。 アルミナの最も主要な生産国はオーストラリア、中国、ブラジルです (表 1 を参照)。

世界中のほぼすべてのアルミナ工場は、120 年以上前に特許を取得したバイエル法 [米国特許 515,895 アルミナ製造プロセス、カール・バイエル] を使用して、ボーキサイトをアルミナに精製しています。 このプロセスでは、大量の苛性液がプラントの周りを継続的に循環します。 ボーキサイトは苛性ストリームに供給され、多くのプロセスを経た後、アルミナがストリームから取り出されます。 主なプロセスのステップは次のとおりです。

1) 高温高圧で苛性液を使用してアルミニウム含有鉱物を溶解します。

2) 固体残留物の除去 - アルミニウムを含まない部分は、通常、鉄が豊富な鉱物の混合物です。

3) 制御された冷却条件下での純粋な水酸化アルミナ [Al(OH)3] の沈殿。

４）水酸化アルミナを焼成して結晶水を除去し、アルミニウム精錬に使用できる状態にする。

これは、高温で濃縮された苛性液を使用するプロセスであり、非常に研磨性の高い製品が生成されるため、濾過装置には理想的ではありません。 実際、アルミナ工場の濾過装置は、プロセス産業の中でも最も過酷な条件に直面します。

このプロセスのさらに興味深い点は、固液ろ過タイプの基本的な動機のそれぞれに依存していることです。

• 価値のある液体を価値の低い固体から分離する (残留物の分離)。