تعد عملية باير ضرورية لإنتاج الألومينا من البوكسيت ، وهي خطوة حاسمة في إنتاج الألمنيوم. يبدأ باستخراج البوكسيت ، عادة من خلال التعدين في حفرة مفتوحة بسبب قربه من السطح.
1. التكسير: يتم سحق خام البوكسيت في البداية إلى جزيئات قطرها حوالي 30 مم. يؤدي تقليل حجم الجسيمات إلى زيادة مساحة السطح ، مما يسهل التفاعلات الكيميائية اللاحقة.
2. الغسيل والفصل: بعد التكسير ، يخضع البوكسيت للغسيل لإزالة الطين والشوائب من سطح الجسيمات. هذه الخطوة ضرورية لمنع التلوث والحفاظ على جودة المنتج ، خاصة فيما يتعلق بالمحتوى العالي من SiO2.
3. الطحن والخلط: بعد الغسيل ، يتم خلط جزيئات البوكسيت بمحلول هيدروكسيد الصوديوم (تركيز 30٪ -40٪) لتشكيل تعليق بجزيئات صلبة أقل من 300 ميكرون. هذا الخليط ، بمساعدة مطحنة كروية ، يخلق ملاطا قابلا للضخ ، يشتمل على البوكسيت والصودا الكاوية التي يتم إرجاعها من مراحل هطول الأمطار.
4. الهضم: يتم تسخين الملاط إلى حوالي 270 درجة مئوية لتوليد محلول ألومينات الصوديوم فائق التشبع ، والمعروف باسم "الخمور الحامل". يعمل محلول الصودا الكاوية الساخن هذا على إذابة المعادن الحاملة للألمنيوم في البوكسيت. تختلف الظروف الدقيقة (تركيز المواد الكاوية ودرجة الحرارة والضغط) بناء على خصائص خام البوكسيت. على سبيل المثال ، تتطلب خامات محتوى gibbsite العالية معالجة عند 140 درجة مئوية.
توضح هذه الخطوات المراحل المعقدة لعملية باير ، وتحويل البوكسيت إلى الألومينا ، وهو مقدمة أساسية لإنتاج الألمنيوم. تعد عملية باير طريقة حاسمة لاستخراج الألمنيوم من خام البوكسيت ، مع التركيز بشكل خاص على البوكسيت البوهميتي ، والذي يتطلب درجات حرارة تتراوح بين 200 و 280 درجة مئوية. أثناء الهضم ، يحدد ضغط تشبع البخار الضغط ، عادة حوالي 3.5 ميجا باسكال عند 240 درجة مئوية. يتم تبريد الملاط لاحقا في خزانات فلاش إلى حوالي 106 درجة مئوية لتحسين استعادة الألومينا وإخراج السوائل.
تتضمن الخطوة الخامسة فصل بقايا البوكسيت عن ألومينات الصوديوم في المحلول عن طريق الترسيب. ثم يتم استخدام المرشحات الأمنية لزيادة فصل الخمور الحامل عن البقايا ، مما يضمن بقاء المنتج النهائي غير ملوث.
تتبع عملية الترسيب ، حيث يتم تبريد السائل المصفى ومعالجته ببلورات البذور لتسهيل تبلور هيدرات الألومنيوم. تستخدم المرشحات المصقولة لإزالة جزيئات الماء ، وخاصة عناصر الحديد ، مما يعزز النقاء. هنا ، يتم استرداد الألومينا من خلال التبلور من محلول ألومينات الصوديوم فوق التشبع ، والذي يعمل بشكل عكسي لتفاعل ذوبان الجبزيت.
يتضمن التكليس ، الخطوة السابعة ، تسخين هيدرات الألومينا إلى 1100 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى التخلص من جزيئات الماء المرتبطة وإنتاج أكسيد الألومنيوم. يتم استخدام تقنيات مختلفة ، بما في ذلك مكسات تعليق الغاز ، ومكلسات الطبقة المميعة ، والأفران الدوارة.
بعد ذلك ، تخضع الألومينا الناتجة عن عملية باير للتحليل الكهربائي Hall-Héroult ، مما ينتج عنه الألومنيوم المصهور في خلايا الاختزال الإلكتروليتية. تتكون هذه الخلايا من إلكتروليت قائم على الكريوليت ، ومغذي من الألومنيوم ، وكتلة كربون ، وبطانة كربونية. يعد الاستهلاك الهائل للكهرباء ضروريا لصهر الألمنيوم ، حيث تعمل كتل الكربون كأقطاب موجبة (أنودات) ، وتعمل بطانة الكربون كأقطاب سالبة (كاثودات). يكسر التفاعل الإلكتروليتي الألومينا إلى ألومنيوم منصهر ساخن وأكسجين، حيث يستهلك الأكسجين الكربون من المصعد، مكونا ثاني أكسيد الكربون2. يتم جمع الألمنيوم المصهور ونقله إلى مصبوب لمزيد من المعالجة.
ثم يتم صب منتجات الألمنيوم باستخدام طرق مختلفة مثل صب البذر ، وصب سبيكة القالب المفتوح ، وصب سبيكة الصفيحة ، وصب سبيكة البليت ، مما يلبي احتياجات الصناعة المتنوعة. البوكسيت ، الذي يستخدم في المقام الأول لإنتاج الألمنيوم ، يجد أيضا تطبيقات في الصناعة الكيميائية ، وصناعة الطوب الحراري ، وإنتاج المواد الكاشطة ، وتصنيع الأسمنت ، وإنتاج الصلب ، والصناعات البترولية. يستخدم البوكسيت اللاتيريت ، وهو مادة بناء شائعة ، على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك ، يعمل البوكسيت المكلس ، الذي تم إنشاؤه من خلال التلبيد بدرجة حرارة عالية في الأفران الدوارة ، كمجامب طريق غير قابل للانزلاق.
بشكل عام ، تسهل عملية باير ، إلى جانب التحليل الكهربائي وطرق الصب في Hall-Héroult ، إنتاج الألومنيوم ، وهو مادة متعددة الاستخدامات لا غنى عنها في العديد من القطاعات.