Şu anda dünya çapında alümina üretimi için üç ana süreç bulunmaktadır: Bayer süreci, sinterleme süreci ve Bayer-birleşik sinterleme süreci. Bayer süreci, küresel alümina üretiminin %95'inden fazlasını karşılayarak baskın bir konuma sahiptir. Benim ülkemde de Bayer prosesi ile üretilen alüminanın oranı %90'ın üzerindedir ve bu oran giderek artmaktadır.
1.1 Bayer Süreç Akışı
Bayer işlemini kullanan alümina üretiminin temel süreci, ham cevher bulamacının hazırlanmasını, yüksek-basınçla liçlemeyi, liçlenmiş cevher bulamacının seyreltilmesini ve kırmızı çamurun ayrılması ve yıkanmasını, tohum kristal ayrıştırmasını, alüminyum hidroksitin ayrılması ve yıkanmasını, alüminyum hidroksitin kalsinasyonunu, ana sıvının buharlaştırılmasını ve sodyum karbonat monohidrat ile kostikleştirmeyi içerir.
Kırıldıktan sonra boksit, ham cevher bulamacı oluşturmak için kireç ve tohum buharlaştırma ana likörü (dolaşımdaki ana likör) ile öğütülür. Daha sonra, Al2O3 yüksek sıcaklıkta cevherden süzülerek sodyum alüminat çözeltisi ve çözünmeyen kalıntıdan (kırmızı çamur) oluşan liç edilmiş bir cevher bulamacı elde edilir. Bulamaç kırmızı çamur yıkama sıvısı ile seyreltilir ve ardından sodyum alüminat çözeltisi ile kırmızı çamur bir çökeltme tankında ayrılır. Kırmızı çamur yıkanır ve kırmızı çamur deposuna boşaltılır. Saflaştırılmış sodyum alüminat çözeltisi, alüminyum hidroksitin çökeltilmesiyle alüminyum hidroksit tohum kristallerinin eklenmesiyle ayrıştırılır. Ana likörden ayrıldıktan sonra alüminyum hidroksit yıkanır ve kalsine edilerek nihai alümina elde edilir. Ana likör ve yıkama sıvısı buharlaştırılır, konsantre edilir ve bir sonraki boksit partisini çözmek üzere geri gönderilir. Ana likörün buharlaşması sırasında belli miktarda Na₂CO₃·H₂O kristalleşerek ana likörden çöker. Bu ayrılır ve Ca(OH)₂ ile kostiklenerek NaOH çözeltisi oluşturulur ve bu daha sonra buharlaştırılmış ana sıvıyla birlikte harmanlanmak üzere ıslak öğütücüye gönderilir.
1.2 Soda-kireç Sinterleme Süreci Akışı
Bayer prosesinden önce alümina esas olarak sinterleme yoluyla elde ediliyordu. Bununla birlikte, sinterleme yoluyla üretilen bitmiş alüminanın düşük kalitesi, karmaşık süreç ve yüksek ısı tüketimi nedeniyle, Bayer işleminin ortaya çıkmasından sonra sinterleme yöntemi yavaş yavaş kullanımdan kaldırıldı.
benim ülkemin boksiti monohidrat gibsit tipindedir ve nispeten düşük derecelidir. Bu nedenle, ilk aşamalarda alümina üretimi esas olarak soda-kireç sinterleme yöntemi veya Bayer-birleştirilmiş sinterleme işlemi kullanılarak elde ediliyordu. Teknolojik gelişmelerle birlikte Bayer prosesi giderek hakim hale geldi.
Alümina üretimi için soda-kireç sinterleme işlemi temel olarak hammadde hazırlama, sinterleme, klinker liçi, desilikasyon, karbonasyon ayrıştırması, kalsinasyon ve ayrıştırma ana sıvısının buharlaştırılmasını içerir.
Hammadde hazırlama aşaması: Boksit farin, boksit, kireçtaşı (veya kireç), yeni soda külü (prosesteki alkali kayıplarını telafi etmek için kullanılır), geri dönüştürülmüş ana likör ve diğer geri dönüştürülmüş malzemelerden oluşur.
Sinterleme aşaması: Esas olarak sodyum alüminat, sodyum ferrit ve kalsiyum ortosilikat içeren klinker üretmek için ham unun yüksek-sıcaklıkta sinterlenmesi.
Klinker liçi: Sodyum alüminatın klinkerden bir çözeltiye aktarılması, çözünmeyen kalıntıların (kırmızı çamur) ayrılması ve yıkanması.
Desilikasyon: Yüksek-silika-indeksli bir sodyum alüminat konsantresi üretmek için çözünmeyen bileşiklerin çözeltiye giren silikadan ayrılması.
Karbonasyon ayrışması: Sodyum alüminat çözeltisi CO2 ile ayrıştırılır. Çöken alüminyum hidroksit, sodyum karbonat ana sıvısından ayrılır ve alüminyum hidroksit yıkanır. Çözeltinin bir kısmı, belirli işlem koşulları için gerekli olan kostik alkali çözeltiyi elde etmek üzere tohum kristal ayrışmasına tabi tutulur.
Kalsinasyon: Alüminyum hidroksit, alüminaya kalsine edilir.
Ayrışmış ana sıvının buharlaşması: Buharlaştırma sırasında fazla su uzaklaştırılır. Buharlaştırmadan sonra elde edilen geri dönüştürülmüş ana likör, hammadde bulamacının hazırlanmasında kullanılır.
1.3 Bayer-Sinterleme Kombine Proses Akışı
Bayer süreci ve sinterleme sürecinin yanı sıra, Bayer-birleştirilmiş sinterleme süreci de ülkemdeki alümina üretiminde önemli bir rol oynamıştır. Boksitin kimyasal bileşimine, mineral bileşimine ve diğer koşullarına bağlı olarak, birleşik işlem ayrıca üç temel işleme ayrılır: paralel, seri ve hibrit. Bunların arasında Çinli alümina işletmeleri çoğunlukla hibrit süreci kullanıyor.
Hibrit süreç, seri ve paralel süreçleri birleştiren bir yöntemdir. Hibrit işlem, kırmızı çamur klinkerinin alüminyum-silikon oranının 2,3'ten az olmamasını gerektirir. Hibrit proses tesisi, seri proses tesisi ile sinterleme proses tesisinin birleşimi olarak düşünülebilir. Karbon fraksiyonlaması yoluyla alüminyum hidroksitin bir kısmının üretilmesiyle Bayer prosesinin ve sinterleme prosesinin üretim kapasitesi esnek bir şekilde ayarlanabilir.