世界中で毎年約 3 億 9,000 万トンのボーキサイトが生産されており、その 85% がアルミニウムの生産に使用されています。
ボーキサイトは酸化アルミニウムと他の鉱物から構成される鉱石であり、世界の主要なアルミニウム源です。 採掘後、ボーキサイトはアルミナに精製され、さらにアルミニウムに変換されます。
したがって、アルミニウムは通常、3 つの段階を経て鉱石から金属になります。
フェーズ 1: ボーキサイトの採掘
ボーキサイトは通常、露天掘り鉱山の地下で採掘され、オーストラリア、中国、ギニアだけで世界の鉱山生産量の 72% を占めています。
オーストラリアは圧倒的に最大のボーキサイト生産国であり、世界最大のボーキサイト採掘事業であるウェイパ鉱山の本拠地でもあります。
ギニアは第 3 位のボーキサイト生産国であり、他のどの国よりも多い 70 億トン以上のボーキサイト埋蔵量を誇ります。 さらに、ギニアは世界最大のボーキサイト輸出国であり、ボーキサイトの76%が中国に輸出されています。
ボーキサイトは地面から採掘された後、世界中のアルミナ工場に送られてアルミナを製造します。これが製造プロセスの第 2 段階となります。
フェーズ 2: アルミナの生産
1890 年代、オーストリアの化学者カール ヨーゼフ バイエルは、ボーキサイトから酸化アルミニウムを抽出する革新的なプロセスを発明しました。 100 年以上経った今日でも、アルミナ工場の約 90% がボーキサイト精製にバイエル法を使用しています。
Bayer プロセスの 4 つの主要なステップは次のとおりです。
高圧溶解:
ボーキサイトを水酸化ナトリウムと混合し、加圧下で加熱します。 この段階では、水酸化ナトリウムがボーキサイトから酸化アルミニウムを選択的に溶解し、他の鉱物を不純物として残します。
フィルター：
不純物は溶液から分離および濾過され、赤泥と呼ばれる残留物が形成されます。 スラリーを廃棄した後、酸化アルミニウムはアルミン酸ナトリウムに変換されます。
降水量:
アルミン酸ナトリウム溶液が冷却すると、水酸化アルミニウムの固体の結晶形が沈殿します。
焙煎：
水酸化アルミニウムの結晶を洗浄し、か焼炉で加熱すると、純粋な酸化アルミニウム、つまりアルミナと呼ばれる砂状の白い物質が形成されます。
アルミナの製造プロセスから残る不純物や赤泥は、環境に対する大きな懸念事項です。 実際、アルミナ工場で生産されるアルミナ 1 トンごとに 1.2 トンの赤泥が生産され、現在世界中で保管されている赤泥の量は 30 億トンを超えています。
中国は第 2 位のボーキサイト生産国であり最大の輸入国であり、世界のアルミナの半分以上を供給しています。
オーストラリア、ブラジル、インドを含むいくつかの主要なボーキサイト生産国はアルミナの最大生産国の一つですが、中国に匹敵する国はありません。
アルミナは、プラスチック、化粧品、化学製品の製造など、さまざまな業界で応用されています。 もちろん、その多くはアルミニウムを生産するために製錬所に出荷されます。
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フェーズ 3: アルミニウムの生産
酸化アルミニウムは電解還元によりアルミニウムに変換されます。 アルミナ自体に加えて、氷晶石と呼ばれる別の鉱物と大量の電力が製造プロセスの鍵となります。 ここでは、アルミニウムの精錬がどのように行われるかを簡単に説明します。
アルミニウム精錬所では、数百の電解セルが溶融氷晶石で満たされています。
次に、酸化アルミニウム (2 つのアルミニウム原子と 3 つの酸素原子で構成される) がこれらの電解槽に追加され、強力な電流によってアルミニウムと酸素原子間の化学結合が切断されます。
電気分解反応により、純粋な液体アルミニウムが電解槽の底に沈殿し、その後精製されてさまざまな形状やサイズのアルミニウム製品に鋳造されます。
中国は世界のアルミニウム生産を独占しており、最大の消費国である。 隣国のインドは第2位の生産国だが、生産量は中国の10分の1にすぎない。