بوکسیت (سنگ معدن آلومینیوم)

بوکسیت (Bauxite) سنگی معدنی است که مقادیر زیادی آلومینیوم دارد. نام این سنگ از روستای لس بوکس (Les Baux) فرانسه گرفته شده است که برای اولین بار توسط پیر برتیه (Pierre Berthier) کشف شد. می توان گفت که تقریبا تمام نیاز تولید آلومینا و آلومینیوم بشر (بالای ۹۸%) از استخراج این سنگ تامین می‌شود.

منابع بوکسیت در جهان بسیار زیاد هستند. به طوری که گفته شده ذخایر این سنگ معدنی آلومینیوم ۳۰۰ سال آینده بشر را تضمین می‌کند! اما بیشتر این منابع در ۱۵ کشور استرالیا، آمریکا، روسیه، گینه، ویتنام، هند، جامائیکا، برزیل، غنا، چین، یونان، سورینام، سریلانکا، قزاقستان و ونزوئلا توزیع شده‌اند.

ترکیبات بوکسیت

مهم‌ترین ترکیبات این سنگ رسوبی را اکسیدهای آلومینیوم آبدار، هیدروکسیدهای آلومینیوم، مواد معدنی رسی مانند کوارتز، هماتیت (Fe₂O₃)، مگنتیت، سایدریت، گوتیت (FeO(OH)) و مقادیر کمی از آناتاز (TiO₂) و ایلمنیت (FeTiO₃) تشکیل می‌دهند. هیدروکسید آلومینیوم موجود در این سنگ به سه صورت یافت می‌شود:

ویژگی‌های کانی بوکسیت

تنوع رنگی و درخشندگی خاکی

این سنگ معدنی در رنگ‌های سفید، خاکستری و قهوه‌ای مایل به قرمز یافت می‌شود.

انواع سنگ های معدنی بوکسیت

ساختار پیزولیتی

ساختاری با یک هسته‌ی واحد که لایه‌های متحدالمرکز به دور آن تشکیل شده‌است.

وزن مخصوص پایین

وزن مخصوص بوکسیت بین ۲ تا ۵/۲ نیوتون بر متر مربع است.

سختی کم

ویژگی دیگر این سنگ معدنی سختی بسیار کم آن در مقیاس بین ۱تا ۳ موس است.

دقت داشته باشید که تفاوت‌هایی که در خواص بیان شد، تاثیری در مرغوبیت این ماده معدنی ندارد.

کاربردهای بوکسیت

بوکسیت به دلیل ناخالصی‌هایی که دارد، نمی‌تواند به صورت فرآوری نشده مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین باید طبق کاربرد مورد نظر فرآوری و یا ماده مهندسی مورد نیاز از آن استخراج شود.

استخراج آلومینیوم

حدود ۹۰ درصد بوکسیت استخراج شده صرف تامین آلومینیوم مورد نیاز صنایع می‌شود. البته آلومینیوم به صورت مستقیم به دست نمی‌آید و لازم است طی عملیاتی که به نام عملیات بایر (Bayer) شناخته می‌شود، به آلومینا تبدیل شود. در ادامه آلومینا با فرآوری تبدیل به آلومینیوم می‌شود. بنابراین تولید آلومینیوم را می‌توانیم در سه مرحله خلاصه کنیم:

قدم اول: کانی‌های درشت به قطعات ریزتر خرد می‌شوند.

قدم دوم: به کمک فرآیند بایر (Bayer) بوکسیت تصفیه می‌شود. طی این فرآیند کانی در محلول گرم سدیم هیدروکسید سدیم شسته می‌شود در نهایت آلومینیوم به صورت (Al(OH)₃) رسوب می‌کند. در ادامه با حرارت دادن هیدروکسید در دمای حدودی C980° آلومینا تولید می‌شود.

۲Al(OH)_۳ → Al_۲O_۳ + ۳H_۲O

قدم سوم: برای به دست آوردن آلومینیوم خالص از فرآیند هال-هرولت (Hall-Heroul) استفاده می‌شود. در این روش آلومینا در حمام مذاب کریولیت (Na₃AlF₆) حل می‌شود. این کار باعث پایین آمدن دمای ذوب آلومینا تا °۹۶۰ می‌شود. در نهایت با استفاده از  فرایند الکترولیز، آلومینیوم مذاب حاصل می‌شود.

Al_۲O_۳ + ۳C → ۴Al + ۳CO_۲

توجه داشته باشید که در حال حاضر این روش، تنها روش تولید فلز آلومینیوم از سنگ معدنی است.

استحصال گالیم

همزمان با فرآیند بایر و تبدیل بوکسیت به آلومینا، گالیم از محلول هیدروکسید سدیم رسوب می‌کند. این گالیم را می‌توان با روش‌های مختلف استخراج کرد. راندمان استخراج گالیم به غلظت سنگ معدنی بستگی دارد.

روانساز در صنعت فولاد

بوکسیت به دلیل سختی پایین به عنوان یک روانساز پالپ خوب در فولادسازی شناخته می‌شود و جایگزین مناسب و ارزانتری نسبت به فلورین است.

ماده ساینده

به وسیله زینترینگ این سنگ معدنی می توان یک ماده ساینده مناسب برای فرایندهای سند بلاست (Sand-blast) به دست آورد. این ماده با خرد کردن و پودر کردن بوکسیت و آگلومره کردن آن در دمای بالا تولید می‌شود. از این آگلومره‌ها برای کاهش ساییدگی در قطعات سند بلاست استفاده می‌شود.

ماده اولیه سیمان نسوز

این نوع سیمان از مخلوط کردن آهک با نسبت مساوی از بوکسیت به دست می‌آید. آلومینا و سیلیس تشکیل مولایت می‌دهند که این فاز باعث افزایش نقطه ذوب می‌شود.

۱۰ کشور پرچم‌دار در ذخایر بوکسیت

بوکسیت در بسیاری از نقاط جهان به وفور یافت می‌شود. بر اساس گزارش منتشر شده از پایگاه ملی داده های علوم زمین کشور در سال ۲۰۱۷ میلادی ۱۰ کشور برتر در حوزه ذخایر این ماده معدنی به صورت زیر معرفی شده‌اند:

اما در ایران؟!

ذخایر بوکسیت صنعتی در ایران بسیار محدود هستند و همان تعداد از ذخایر موجود در کشورمان نیز عیار مناسبی جهت بهره برداری ندارند. در حال حاضر نیاز نیاز کشور تنها از طریق معدن جاجرم تامین می‌شود که این معدن بزرگ‌ترین معدن شناخته شده در ایران است.

نکات مهم در کیفیت سنجی و خرید بوکسیت

• یکی از معیارهای کیفیت سنجی به دست آوردن نسبت آلومینا به سیلیس است که مدول نامیده می‌شود. هرچه این نسبت بیشتر باشد بوکسیت مرغوب‌تر است. گفته می‌شود که بوکسیت مرغوب باید مدول بالای ۱۰ داشته باشد.
• معیار دیگر سنجش کیفیت، مقدار آلومینای موجود در سنگ معدنی است. در روش بایر با توجه به نوع سنگ معدنی این رقم بین ۳۰ تا ۴۵ درصد است. عیار بوکسیت که می‌گن اینه!
• بهترین نوع بوکسیت، نوعی است که مجموعه‌ای از سختی بالا، درصد آلومینای بالای ۵۰ درصد و سیلیس کمتر از ۹ درصد داشته باشد.

منابع

گزارش آماری وضعیت بوکسیت (آلومینیوم) در ایران . پایگاه ملی داده های علوم زمین کشور . (۱۳۹۷)

مطالعه بافت و فازهای مختلف کانی‌های تشکیل دهنده بوکسیت کانسار جاجرم خراسان شمالی، شمال شرق ایران، حبیب مالئی, رضا شریفیان عطار، گروه زمین شناسی, دانشکده علوم, دانشگاه آزاد اسالمی, واحد مشهد

ریزریختشناسی و فرآیند تشکیل پیزولیتهای ذخایر بوکسیتی منطقه دهدشت، اکرم فروغی نیا، هوشنگ پورکاسب ، عباس چرچی، سمیه سلامباللهی * علیرضا زراسوندی گروه زمین شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهیدچمران اهواز

www.geology.com

www.usgs.gov