Πώς παράγεται το αλουμίνιο;

Τα γραφήματα σε αυτό το άρθρο χρησιμοποιούν δεδομένα από τη USGS, Aluminium Leader, και άλλες πηγές για το διαχωρισμό και περιγραφή των τριών σταδίων παραγωγής αλουμινίου.

Κάθε χρόνο, παγκοσμίως παράγονται περίπου 390 εκατομμύρια τόνοι βωξίτη και το 85% από αυτούς χρησιμοποιείται για την παραγωγή αλουμινίου. Οι βωξίτες είναι πετρώματα που αποτελούνται από οξείδια του αλουμινίου μαζί με άλλα ορυκτά και αποτελούν την κύρια πηγή αλουμινίου στον κόσμο. Μετά την εξόρυξή του, ο βωξίτης υπόκειται σε επεξεργασία ώστε να μετατραπεί σε αλουμίνα (οξείδιο του αλουμινίου), η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε αλουμίνιο. Η διαδικασία παραγωγής αλουμινίου απαρτίζεται από τρία κύρια στάδια.

Ο βωξίτης εξάγεται συνήθως από το έδαφος μέσω επιφανειακών εκμεταλλεύσεων, με μόλις τρεις χώρες - Αυστραλία, Κίνα και Γουινέα - να αντιπροσωπεύουν το 72% της παγκόσμιας παραγωγής. Η Αυστραλία είναι μακράν ο μεγαλύτερος παραγωγός βωξίτη και φιλοξενεί επίσης το ορυχείο Weipa, τη μεγαλύτερη εκμετάλλευση εξόρυξης βωξίτη παγκοσμίως. Η Γουινέα, ο τρίτος μεγαλύτερος παραγωγός, διαθέτει περισσότερα από επτά δισεκατομμύρια τόνους αποθεμάτων βωξίτη, περισσότερα από οποιαδήποτε άλλη χώρα. Επιπλέον, η Γουινέα είναι ο κορυφαίος εξαγωγέας βωξίτη παγκοσμίως, με 76% των εξαγωγών βωξίτη της να πηγαίνουν στην Κίνα.

Αφού ο βωξίτης εξορυχθεί από το έδαφος, αποστέλλεται σε μονάδες επεξεργασίας σε όλο τον κόσμο για την παραγωγή αλουμίνας, σηματοδοτώντας το δεύτερο στάδιο της παραγωγικής διαδικασίας.

Στη δεκαετία του 1890, ο Αυστριακός χημικός Carl Josef Bayer εφηύρε μια επαναστατική διαδικασία για την εξαγωγή αλουμίνας από βωξίτη. Σήμερα - περισσότερο από 100 χρόνια αργότερα - περίπου το 90% των μονάδων επεξεργασίας αλουμίνας εξακολουθούν να χρησιμοποιούν τη μέθοδο Bayer για την εξαγωγή αλούμινας από βωξίτη.

Τα τέσσερα βασικά βήματα στη διαδικασία Bayer έχουν ως ακολούθως:

• Εκχύλιση υπό πίεση: Ο βωξίτης αναμιγνύεται με υδροξείδιο του νατρίου και θερμαίνεται υπό πίεση. Σε αυτό το στάδιο, το υδροξείδιο του νατρίου διαλύει επιλεκτικά το οξείδιο του αργιλίου από τον βωξίτη, αφήνοντας πίσω άλλα ορυκτά ως προσμίξεις.
• Διαχωρισμός: Οι προσμίξεις διαχωρίζονται και φιλτράρονται από το διάλυμα, σχηματίζοντας ένα υπόλειμμα γνωστό ως ερυθρά ιλύς. Μετά την απόρριψη της λάσπης, το οξείδιο του αργιλίου παραμένει σε μορφή αργιλικού νατρίου.
• Καταβύθιση: Το διάλυμα αργιλικού νατρίου ψύχεται και το υδροξείδιο του αργιλίου καταβυθίζεται.
• Θερμική διάσπαση (Calcination): Οι κρύσταλλοι υδροξειδίου του αργιλίου θερμαίνονται σε φούρνους θερμικής διάσπασης με σκοπό το σχηματισμό καθαρού οξειδίου του αργιλίου, ένα αμμώδες λευκό υλικό γνωστό ως αλουμίνα.

Οι προσμίξεις (ερυθρά ιλύς ή, αλλιώς, κατάλοιπα βωξίτη) που απομένουν ως απόβλητο από τη διαδικασία Bayer παραγωγής αλουμίνας προκαλούν περιβαλλοντικές ανησυχίες λόγω της πολύ υψηλής αλκαλικότητάς τους και των μεγάλων ποσοτήτων που παράγονται. Αξίζει να αναφερθεί ότι για κάθε τόνο αλουμίνας, οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας παράγουν 1,2 τόνους καταλοίπων και υπάρχουν πάνω από τρία δισεκατομμύρια τόνοι σε μορφή αποβλήτων στον κόσμο σήμερα. 

Η Κίνα, ο δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός και μεγαλύτερος εισαγωγέας βωξίτη, προμηθεύει περισσότερο από το ήμισυ της αλουμίνας παγκοσμίως. Αρκετοί μεγάλοι παραγωγοί βωξίτη, συμπεριλαμβανομένης της Αυστραλίας, της Βραζιλίας και της Ινδίας, παράγουν σημαντικές ποσότητες αλούμινας, αν και κανένας δεν πλησιάζει την Κίνα.

Η αλουμίνα έχει εφαρμογές σε πολλές βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένων των πλαστικών, των καλλυντικών και της χημικής βιομηχανίας. Αλλά, φυσικά, το μεγαλύτερο μέρος της παραγωγής οδηγείται προς παραγωγή αλουμινίου.

Η αλουμίνα μετατρέπεται σε αλουμίνιο μέσω ηλεκτρόλυσης (μέθοδος Hall-Héroult). Η μέθοδος απαιτεί τη χρήση κρυολίθου και σημαντικής ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, η διαδικασία που ακολουθείται είναι σε απλουστευμένη μορφή η ακόλουθη:

1. Σε μεγάλες λεκάνες επενδεδυμένες εσωτερικά με άνθρακα τοποθετείται η αλουμίνα μαζί με κρυόλιθο (Na₃AlF₆).
2. Ο κρυόλιθος μειώνει τη θερμοκρασία τήξης της αλούμινας και το διερχόμενο ηλεκτρικό ρεύμα διασπά τον χημικό δεσμό μεταξύ των ατόμων αλουμινίου και οξυγόνου.
3. Η ηλεκτρόλυση έχει ως αποτέλεσμα την καταβύθιση καθαρού αλουμινίου σε μορφή τήγματος. Η διαδικασία της ηλεκτρόλυσης είναι συνεχής. Στο επόμενο βήμα, το αλουμίνιο συλλέγεται και χυτεύεται σε διάφορα σχήματα και μεγέθη.  

Η Κίνα κυριαρχεί παγκοσμίως στην παραγωγή αλουμινίου και είναι επίσης ο μεγαλύτερος καταναλωτής. Η γειτονική Ινδία είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός, παράγοντας μόνο το ένα δέκατο της παραγωγής της Κίνας. Όπως συμβαίνει και με την παραγωγή αλουμίνας, ορισμένες από τις χώρες που παράγουν βωξίτη και αλουμίνα παράγουν επίσης αλουμίνιο, όπως η Ινδία, η Αυστραλία και η Ρωσία.

Περίπου το ένα τέταρτο του αλουμινίου που παράγεται ετησίως χρησιμοποιείται από τον κατασκευαστικό κλάδο. Ένα ποσοστό περίπου 23% χρησιμοποιείται σε πλαίσια οχημάτων, καλώδια, τροχούς και άλλες εφαρμογές της βιομηχανίας μεταφορών. Τα φύλλα αλουμινίου, τα κουτιά και οι συσκευασίες αποτελούν επίσης μια άλλη σημαντική τελική χρήση με μερίδιο κατανάλωσης της τάξης του 17%.

Οι ευρέως διαδεδομένες εφαρμογές του αλουμινίου το έχουν καταστήσει μια από τις πιο πολύτιμες αγορές μετάλλων. Το 2021, η παγκόσμια αγορά αλουμινίου αποτιμήθηκε σε περίπου 245,7 δισ. δολάρια και ενόσω η κατανάλωση αυξάνεται, προβλέπεται να διπλασιαστεί σχεδόν σε μέγεθος, φτάνοντας τα 498,5 δισ. δολάρια έως το 2030.

Με πληροφορίες από VisualCapitalist.com