채광 및 정제: 붉은 흙에서 알루미늄까지

아무리 많은 음절을 사용하더라도 알루미늄은 우리가 가지고 있는 가장 유용한 산업용 금속 중 하나입니다. 가볍고 강하며 쉽게 합금화되고 전도성이 높으며 기계 가공, 주조 및 압출이 쉬운 알루미늄은 상상할 수 있는 거의 모든 산업 공정과 상용 제품에 사용되었습니다.

현대 생활은 알루미늄 없이는 불가능합니다. 그러나 은금속이 널리 사용된 것은 불과 지난 100년 정도에 불과합니다. 얼마 전까지만 해도 알루미늄 식기류가 신분의 상징이었으며, 문자 그대로 금 무게보다 더 가치가 있었던 때가 있었습니다. 일회성 희귀성의 이유는 이를 운반하는 암석에서 풍부한 원소를 추출하는 데 필요한 노력과 이를 위한 에너지에 있습니다. 최근까지 알루미늄을 인간이 사용하지 못하도록 막았던 힘은 극복되었으며, 이를 수행하는 데 필요한 화학 및 엔지니어링은 다음 편 "채굴 및 정제"에서 살펴볼 가치가 있습니다.

알루미늄은 지각에서 가장 풍부한 단일 금속 원소입니다. 그러나 발 밑의 땅의 평균 8%를 차지하는 것은 원소 형태로 얻기가 극히 어렵습니다. 채굴할 수 있는 금속 알루미늄 노두나 광맥이 없습니다. 알루미늄은 거의 항상 다양한 산화물 형태로 발견되며 산업용 금속으로 사용하려면 화학적으로 유리되어야 합니다.

알루미늄을 함유한 암석은 널리 분포되어 있지만, 알루미늄의 주요 광석인 보크사이트의 경제적으로 중요한 매장지는 소수에 불과합니다. 보크사이트의 정확한 함량은 다양하지만 일반적으로 수산화알루미늄, 점토, 석영 및 철 함유 광물과 관련된 산화알루미늄 광물로 구성됩니다. 보크사이트의 가장 크고 가장 풍부한 매장지 중 일부는 고온과 풍부한 강우량이 교대로 반복되고 이어서 긴 건조 기간이 이어지는 열대 지방에 위치합니다.

이러한 조건에서 선호되는 화학적 풍화 작용은 실제로 알루미늄 가공의 첫 번째 단계입니다. 이는 이미 매우 부드러운 암석인 보크사이트를 쉽게 퍼낼 수 있는 한 입 크기의 조각으로 분해합니다. 대부분의 보크사이트는 노천 채굴 기술을 사용하여 채굴됩니다. 현재 보크사이트 생산의 세계 선두주자는 호주로 전 세계 생산량의 약 4분의 1을 생산합니다. 중국이 2위, 서아프리카 기니가 3위를 차지했습니다. 브라질과 카리브해, 주로 자메이카에도 보크사이트가 많이 매장되어 있습니다.

보크사이트가 채굴되는 곳은 전 세계적으로 몇 군데밖에 없기 때문에 광석은 추가 처리를 위해 장거리 운송되는 경우가 많습니다. 이는 액화 및 동적 분리로 인해 광석이 바다를 건너 운송될 때 위험한 제안이 될 수 있습니다. 보크사이트는 일반적으로 많은 점토를 함유하고 있으며 빗물에 노출되면 액체처럼 작용하는 유사와 같은 현탁액을 형성할 수 있습니다. 벌크선의 화물창에 적재될 때 지나치게 젖은 보크사이트는 출렁거릴 수 있으며, 슬러리에 있는 물이 위쪽으로 이동하는 경향과 결합되면 선박의 무게 중심이 바뀌어 재앙적인 결과를 초래할 수 있습니다.

원시 보크사이트 광석은 불순물을 제거하고 포함된 알루미늄을 제련할 수 있도록 화학적으로 처리되어야 합니다. 바이엘 공정은 이를 달성하기 위해 거의 항상 사용되며, 가성소다 또는 수산화나트륨 용액을 사용하여 압력 용기에서 대량의 분쇄된 보크사이트를 조리하는 것으로 구성됩니다. 150°~200°C에서 일반적으로 물에 용해되지 않는 산화알루미늄과 수산화물은 수산화나트륨의 나트륨과 반응하여 알루민산나트륨을 형성합니다.

이는 보크사이트의 알루미늄을 용해시키지만 주로 산화철인 불순물은 용해시키지 않습니다. 불용성 물질은 과량의 수산화나트륨과 함께 여과되어 "적니"라는 폐기물로 생성됩니다. 막대한 양의 레드머드는 보크사이트 가공 공장에서 생산되어 석호에 저장되는데, 광석이 채굴된 곳 근처에서 처리될 때 보크사이트 구덩이가 범람하여 형성되는 경우가 많습니다. 레드머드의 산화물은 경제적 가치가 있으며, 광미에 존재할 수 있는 미량의 희토류 원소 회수를 포함하는 산업 공정에서 사용하기 위해 회수될 수 있습니다. 레드머드는 제대로 처리되지 않으면 재앙으로 이어질 수도 있습니다.