Allumina: Filtrazione nel processo di produzione dell'allumina

La produzione di allumina dalla bauxite è un primo passo fondamentale nella produzione di alluminio. Le apparecchiature di filtrazione e separazione svolgono un ruolo significativo in questo processo, in condizioni particolarmente difficili. Trevor Sparks spiega.

L’alluminio è un materiale straordinariamente versatile ed economicamente importante. Anche se è abbondante nella crosta del nostro pianeta, la Terra non vuole rinunciare facilmente a questo metallo argentato, leggero, forte e resistente alla corrosione. Anche se il suo minerale (bauxite) viene estratto in modo relativamente semplice, solitamente mediante l'estrazione in superficie, il processo di raffinazione del metallo richiede un grande sforzo. Si stima che la produzione di alluminio rappresenti circa l’1% delle emissioni di gas serra provocate dall’uomo. Tuttavia, questi sono in qualche modo controbilanciati dalla riduzione dei gas serra emessi da automobili, camion e treni realizzati in alluminio anziché in acciaio [www.world-aluminium.org/About+Aluminium/Story+of].

Il normale percorso di produzione è quello di raffinare la bauxite in ossido di alluminio, o allumina [Al2O3], che è una polvere bianca e cristallina. Questa polvere viene poi fusa per formare alluminio metallico. Come regola generale, sono necessarie quattro tonnellate di bauxite essiccata per produrre due tonnellate di allumina, che a sua volta fornisce una tonnellata di alluminio primario. Sebbene esistano altre applicazioni per l’allumina, ad esempio come abrasivo o nella ceramica, la stragrande maggioranza della produzione globale di allumina viene convertita in alluminio metallico. Mentre le fonderie tendono a essere situate vicino a dove è necessario l’alluminio, gli impianti di allumina sono solitamente più vicini alla fonte di bauxite o in viaggio verso la fonderia di alluminio. Va inoltre notato che sono necessarie anche grandi quantità di carburante e idrossido di sodio e che anche la loro ubicazione e i costi di trasporto sono fattori che determinano la decisione sull'ubicazione degli impianti di allumina.

La produzione di allumina dalla bauxite è un settore estremamente significativo di per sé, ma è anche uno dei più importanti utilizzatori globali di tecnologie di filtrazione e separazione. Un tipico impianto di allumina può utilizzare circa 500–1.000 m2 di area di filtrazione per milione di tonnellate di produzione (oltre a molte centinaia di metri quadrati di area di addensamento/chiarificazione a gravità).

La produzione di allumina è quasi raddoppiata negli ultimi 20 anni arrivando a superare gli 80 milioni di tonnellate. Una parte significativa di questo aumento è derivata dalla spremitura di maggiore capacità dagli impianti esistenti o dall’aggiunta di ulteriori flussi a questi impianti. I produttori più significativi di allumina sono Australia, Cina e Brasile (vedi Tabella 1).

Quasi tutti gli impianti di allumina nel mondo utilizzano il processo Bayer, brevettato oltre 120 anni fa [Brevetto USA 515,895 Processo di produzione dell'allumina, Karl Bayer], per raffinare la bauxite in allumina. In questo processo, un grande volume di liquido caustico circola continuamente attorno alla pianta. La bauxite viene immessa nel flusso caustico e, dopo una serie di processi, l'allumina viene estratta dal flusso. Le principali fasi del processo includono:

1) Dissoluzione dei minerali contenenti alluminio utilizzando liquori caustici ad alta temperatura e pressione.

2) Rimozione del residuo solido – la parte non contenente alluminio è solitamente una miscela di minerali ricchi di ferro.

3) Precipitazione dell'idrossido di allumina puro [Al(OH)3], in condizioni di raffreddamento controllato.

4) Calcinazione dell'idrossido di allumina per eliminare l'acqua di cristallizzazione e renderlo pronto per la fonderia di alluminio.

Si tratta di un processo che utilizza un liquido caustico concentrato ad alta temperatura e che produce un prodotto estremamente abrasivo, non ideale per le apparecchiature di filtrazione. In effetti, le apparecchiature di filtraggio negli impianti di allumina sono esposte ad alcune delle condizioni più difficili riscontrabili in qualsiasi parte dell'industria di processo.

Un ulteriore aspetto interessante di questo processo è che dipende da ciascuna delle motivazioni di base per i tipi di filtrazione solido-liquido:

• separare i liquidi pregiati dai solidi meno pregiati (separazione dei residui).