Vegyipari folyékony hulladékok
Dr. Kurdi Róbert (2011)
5.2 Timföldgyártás

5.2 Timföldgyártás

A timföldgyártás alapanyaga a bauxit. Az első bauxitról szóló közleményt "Buchanan" angol geológus 1807-ben kelt naplójegyzete tartalmazza. Bauxhanan India déli részén a mai Keralában téglára emlékeztető, vörösbarna, agyagjellegű kőxetet írt le, amelyet az eredeti tamil szó egyszerű átfordításával "lateritnek" (téglakőnek) nevezett el.

Az előfordulási hely klíma- és földtani viszonyai alapján két főtípust különböztetünk meg:

- A "karsztbauxit"-ot, amelynek jellemzője, hogy közvetlenül az erősen karsztosodott karbonát-térszín, a dolomit, ill. a mészkő mélyedéseiben fordul elő, általában vastag takaróréteg fedi és földünk mediterrán övezetében található. Kora általában 40-90 millió év.
- A "lateritbauxit", amelynek jellemzője, hogy szilikátos (kvarchomokkő), üledékes kőzet-térszínre települt, általában vékony, 1-2 m vastag takaróréteg fedi és a föld trópusi övezetében fordul elő. Kora a legújabb kutatások szerint kevesebb, mint 1 millió év.

Közös tulajdonságuk, hogy főleg alumínium ásványokat (gippszit, bőhmit, diszpor), vasérceket (hematit és gőthit), valamint titánércet (anatáz) és homokot (kvarc) tartalmaz. A két típus tömegszázalékos összetételében a legfőbb különbség, hogy a Magyaroszágon előforduló karszt bauxit 2-7-szer több Fe2O3-ot tartalmaz. A tömegszázalékos összetételüket a 5.1. táblázatban mutatjuk be.

5.1. táblázat - A bauxitfajták tömegszázalékos összetétele

ÖsszetételKarszt bauxitLaterit bauxit
% vízmentes alapon
Al2O3 48 - 60 54 - 61
SiO2 3 - 7 1 - 6
Fe2O3 15 - 23 2 - 10
TiO2 2 - 3 2 - 4
CaO 1 - 3 0 - 4
H2O 10 - 14 20 - 28
Zn, V, C szerves nyomelemekként -

A fő bauxittermelő országok éves termelését, és az összes kibányászott bauxit nemzetenkénti százalékos megoszlását a 5.2. táblázat tartalmazza.

5.2. táblázat - A kibányászott bauxit éves termelése

 OrszágÉves termelés (millió tonna) %
1 Ausztrália 56,3 39,0
2 Brazília 20,0 13,9
3 Guinea 16,8 11,7
4 Jamaica 13,4 9,3
5 India 10,0 6,9
6 Kína 8,0 5,5
7 Oroszország 5,4 3,7
8 Suriname 3,5 2,4
9 Vemezuela 2,7 1,9
10 Görögország 2,4 1,7
11 Guayana 1,8 1,2
12 Kazahsztán 1,2 0,8
13 Gána 0,7 0,5
14 Indonézia 0,6 0,4
15 Irán 0,4 0,3
16 Magyarország 0,3 0,2
17 Törökország 0,2 0,1
18 Franciaország 0,2 0,1
19 Szerbia-Montenegró 0,2 0,1
20 Románia 0,1 0,1

A világ fő bauxitlelőhelye Ausztrália, de jelentős mennyiségben található még Braziliában és Guineában. Magyarországon a legnagyobb készletek Bakonyoszlop térségében találhatóak (5.3. táblázatban).

5.3. táblázat - Magyarország termelésbe vonható vagyona27

  Előfordulás helye Közigazgatási terület Kitermelhető vagyon (ezer tonna) Minőség (Modulus: az Al2O3 súly % és a SiO2 súly % hányadosa)
1 Bakonyoszlop térsége Bakonyoszlop, Csesznek,Dudar 2 500 7,8
2 Németbánya I-IX. telepek Németbánya 300 9,9
3 Németbánya kis lencsék (déli) Németbánya 200 7,9
4 Nyirád felhagyott bányák Nyirád 500 8,5
5 Nyireskút IV/B Szőc, Taliándörögd 300 7,5
6 Óbarok-Vázsonypuszta Óbarok 195 6,0
7 Sármás Bakonyjákó 250 14,0
8 Gerecse, Vértes Óbarok, Nagyegyháza ∼ 1 800 7,2
9 Táncsics bánya; Nyirád 130 8,8

Az alumíniumipar legfőbb alapanyaga a timföld, melyet a timföldgyárakban többnyire a Bayer-eljárással állítanak elő. Ezzel az eljárással állítják elő a világ timföldjének 90%-át. Ismert még 30-40 különféle módszer, de ezeket csak akkor használják ha a Bayer eljárás már nem használható gazdaságosan.

5.2.1 Bayer-eljárás folyamata (5.1. ábra)

A kibányászott bauxitot az eljárás első lépéseként aprítják, majd sűrűlúggal keverve megőrlik, és innen jut a feltárásba. Az autoklávos feltáró rendszerben 100-250 oC-on az alumínium-oxihidrátok feloldódnak a nátrium-aluminátoldatban. Az egyéb fázisokat a szilicium-oxid kivételével, lúg nem oldja. Technológiai sor ezen szakaszán a mellékreakció következtében a szilicium-oxidból nátriumalumínium-szilikát képződik, ami jelentős alumínium és nátrium veszteséget okoz28 . A vörösiszapot a bauxitból ki nem oldott alkotórészek, és a nátriumalumínium-szilikát alkotja.

Az iszaptól elválasztva az oldatot lehűtik, alumínium-hidroxidot adnak hozzá, mint oltóanyagot, majd állandó keverés mellett az alumíniumtartalom 40-50 %-át kiválasztják. Ez a kikeverés művelete.

NaAlO2 + 2H2O ⇔ Al(OH)3 + NaOH

A kivált alumínium-hidroxidot az oldattól elválasztják, és timfölddé kalcinálják.

2Al(OH)3 ⇔ Al2O3 + 3H2O

A hidrát leszűrése után az aluminátlúgot besűrítik, és pótolják a lúgveszteséget, majd ezt visszavezetik a folyamat elejére az őrléshez.

5.1. ábra - A Bayer eljárás sematikus ábrája

5.1 ábra. : A Bayer eljárás sematikus ábrája


A Bayer-eljárásnak két jelentős irányzata alakult ki a világon: európai és amerikai változat. A két technológia több ponton is eltérő paraméterekkel dolgozik, és a termék fizikai adottságai is különböznek egymástól. Az alkalmazott lúgkoncentráció értékei, a berendezések illetve a résztechnológiai megoldások eltérései szolgálhatnak az előállított timföld minőségének magyarázatául. A két technológia kialakításakor nagymértékben alkalmazkodtak a feldolgozott bauxit sajátságaihoz 28.

A technológia egyes lépéseinek részletesebb tárgyalása nem tartozik szorosan a hulladékkezeléshez, ezért itt csak a gyártás során hulladékként jelentkező vörösiszap sorsát kísérjük kitüntetett figyelemmel.

5.2.1.1 A vörösiszap szétválasztása az aluminátlúgtól:

A technológiai folyamat ezen lépése három különböző részre bontható:

  • a vörösiszap elválasztása az aluminátlúgtól, az aluminátlúg lebegő szennyeződésektől való megtisztítása

  • vörösiszap kimosása, és a hulladéklerakóra történő szállítása

  • aluminátlúg előkezelése (lehűtése) az alumínium-hidroxid kiválasztása érdekében

A vörösiszap és az aluminátlúg egymással zagyszerű anyagot képez. Ezek egymástól történő elválasztására általában ülepítést használnak. Ennek technológiai alapja a nehézségi erő hatására történő szétválás.

Az irodalmi adatok alapján a különböző bauxitból keletkező vörösiszapok különböző sebességgel ülepednek. Az ülepedést a következő tényezők befolyásolják:

  • A bauxitban és természetesen az ebből keletkező vörösiszapban lévő vasvegyületek ásványos összetétele

  • az ülepedéskor bekövetkező timföldhidrát-kiválás mértéke

  • a bauxit kovasav tartalma

  • iszap szemcsemérete, szemcseeloszlása és hidratáltsága

Az ülepítés berendezései:

Ülepítő berendezésként többnyire egy egykamrás Dorr készüléket használnak. Átmérőjük 32-35 méter, míg magasságuk elérheti a 8 métert. Maga az ülepítő lapos fenekű kialakítású, az iszapot oldalsó elvezetéssel távolítják el. A keverést kerületi meghajtással végzik. Az ülepítő berendezés sematikus képe az 5.2. ábrán látható.

5.2. ábra - Egykamrás Dorr-ülepítő 29

5.2 ábra. : Egykamrás Dorr-ülepítő 29


Mosórendszerek:

Sorba kapcsolt ülepítő berendezésekben kiülepedő vörösiszapot ellenáramú mosófolyadékkal mossák úgy, hogy az utolsó mosóba már csak forró vizet vezetnek. Az 5.3. ábrán ezt a folyamatot mutatjuk be. Az ülepítőbe táplálás előtt a vizet az utolsó előtti mosófokozat sűrű iszapjával (kónusz anyag) keverik. Az utolsó ülepítő túlfolyását a hátulról számított harmadik mosóból kivett sűrű zaggyal elegyítik, és ezt adagolják az utolsó előtti készülékbe. Az utolsó mosógyűrű zagyát a hányóra továbbítják. A mosórendszer első tagjának kettős szerepe van:

• aluminátlúg biztosítása a további műveletekhez
• vörösiszap kimosása

5.3. ábra - Dorr-mosósor 29

5.3 ábra. : Dorr-mosósor29


Kisebb mennyiségű vörösiszap képződés esetén a mosósorokat szűrővel látják el, a szűrésre általában nyomószűrőket használnak