A harmadik leggyakoribb elem és a leggyakoribb fém a földkéregben. A vas után a legfontosabb ipari fém. Ma ismert formájában először 1825-ben egy dán fizikusnak, Hans Christian Ørstednek sikerült előállítania. A 19. században drágább volt az aranynál. Ez az alumínium, amelyet jó fizikai és kémiai tulajdonságainak köszönhetően már szinte minden iparág felhasznál.
A természetben elemi állapotban alumínium a nagy reakcióképességének köszönhetően nem fordul elő. Az agyagásványok, szilikát ásványok, csillámok ásványos összetételében jellemző az túlsúlya. A nagy mennyiségű, tiszta alumínium gazdaságos előállítása a mindenki által ismert bauxit kőzethez kapcsolódik. Ez az alumínium érce.
A bauxit kőzetet főként alumínium-oxid és – hidroxid ásványok építik fel, melyek mellett vas- és titán-oxidok, – hidroxidok is megjelennek, de az ásványok együttes mennyiségének legalább 50%-át az alumínium-ásványok adják. A bauxit fő ásványai a gibbsit (γ-Al(OH)3), böhmit (γ-AlO(OH)), diaszpor (α-AlO(OH)), hematit (Fe2O3), goethit (FeO(OH)) és kaolinit (Al2[Si2O5](OH)4), melyek néhány mikrométer nagyságú szemcsékként építik fel a kőzetet. Ezeken túl, nyomnyi mennyiségben előfordulhatnak ritka elemek, mint a gallium és a volfrám.
1. ábra: Böhmit (1.) és gibbsit (2, 3) ásványok (Forrás: www.tankonyvar.hu)
A bauxit felfedezéséhez egy francia geológus, Pierre Berthier neve fűződik. Ő találta meg és írta le először 1821-ben, a dél-franciaországi Les Baux mellett. Az elnevezése is innen ered. A bauxit egy porózus, agyagos üledékes kőzet, melynek vöröses színét a benne található vasvegyületek adják. Tipikusan trópusi éghajlaton, szárazföldi körülmények között képződik, más kőzetek kémiai mállása során. De hogyan is? A forró, csapadékos éghajlati feltételek mellett a már meglévő kőzetből kioldódnak az alkáli- és alkáliföldfémek. A mállástermék a trópusi körülmények között gyakorlatilag oldhatatlan vasat, alumíniumot és titánt tartalmaz oxid és hidroxid formájában. Szerencsés esetben ez a kőzetmálladék olyan mennyiségben visszamarad, hogy képes kőzetté, bauxittá válni.
Attól függően, hogy milyen földtani környezetben alakul ki, két nagy csoportot, laterit- és karsztbauxitokat különítünk el.
Lateritbauxit-telepek a trópusi övezetben, nemkarbonátos kőzetek felszínén alakulnak ki, mint mállási takaró. Itt az anyakőzettől a lateritig kémiailag és ásványtanilag folyamatos átmenet figyelhető meg, valamit a kialakult bauxitban még jól felismerhetők az eredeti kőzet szöveti, szerkezeti jegyei is. Ezek alapján megállapították, hogy a lateritbauxit az anyakőzet helyben maradt málladéka, képződésénél anyagszállítás nem történt. E bauxitcsoport ásványos összetételében a böhmit, diaszpor kevésbé, még a gibbsit nagy mennyiségben jellemző.
A karsztbauxitok, mint az elnevezés is sugallja, karbonátos kőzeteken (mészkő, dolomit), karsztos felszínek mélyedéseiben alakul ki. A lateritbauxittal ellentétben, itt az ásványos összetétel és a szöveti bélyegek folytonossága, átöröklődése nem figyelhető meg. A negatív felszínformákban felgyülemlett anyag valódi üledék, mely hosszabb – rövidebb szállítás után lerakódott. A mészkőtől, dolomittól éles határral elkülöníthető a kartszbauxit. A lateritbauxittal szemben, itt a fő ásvány a böhmit.
A két bauxitcsoport szinte mindenben különbözik egymástól, ám egy hasonlóság mégis van közöttük, mégpedig, hogy trópusi körülmények között alakultak ki. A Föld bauxittelepeinek egy része valóban a mai trópusi területeken található. Ám nagy számban ismerünk bauxitmegjelenést olyan országokban, melyben közel sem jellemző a trópusi éghajlat, például Eurázsiában (Oroszország, Magyarország, Franciaország, Görögország). Ez két jelenségnek köszönhető, a földtörténet éghajlatváltozásainak és a kontinensvándorlásnak. Ahol ma bauxitot bányászhatunk, ott biztos, hogy trópusi éghajlat uralkodott a kőzet képződésének idején. A bauxit a kutatók számára egy fontos éghajlatjelző üledék.
2. ábra: Bauxit (forrás: http://europeana.nialloleary.ie)
A világ főbb bauxittelepei Ausztráliában, Brazíliában, Guineában találhatók. Ezen felül meg kell említeni Jamaicát és Eurázsiát is, mint nagymennyiségű kitermelő területet. Hazánkban a karsztbauxit megjelenése dominál. Gazdaságos mennyiségben kitermelhető bauxittelepeket fedeztek fel a Bakonyban és a Vértesben. A maga idején, a 3,35 millió tonna, jó minőségű bauxitjával a Gánti volt Európa leggazdagabb bauxitbányája.
Magyarországi bauxitbányák
Hazánkban bauxitbányászat Gánt térségében, 1920-ban kezdődött. Ekkor bukkant Balás Jenő bányamérnök szén- és mangánkutatás közben az első karsztbauxittelepre. A kitermelés hat évvel később, 1926-ben indult meg és a bánya a ’30-as évekre világszinten ismert lett, a legtöbbet és jó minőségben termelők között tartották számon. Ezen okok miatt a II. világháború során a német hadiipar szemet vetett rá.
A bányászat során a meddőréteget (a bauxitot felett kialakult kőzetet) eltávolították, majd a külfejtésekben kézi erővel folyt a bányászat. A munkások a felszabadított bauxitot csillékbe lapátolták, majd vasúton eljuttatták a kőzetet a feldolgozó egységekbe. A nagy mennyiségnek köszönhetően öt telepen folyt a munka. A kitermelés olyan szintű volt, hogy 1988 végére a fennmaradt készlet további kibányászása gazdaságtalanná vált. A nyitásakor megbecsült 3,35 millió tonna helyett, a bányából 13,6 millió tonna bauxitot termelte ki. Ma évente kirándulók ezrei látogatnak el a marsbéli tájhoz, ahol a múzeum mellett egy 13 állomásból álló, kiépített tanösvény is várja az érdeklődőket.
Fénykép: Dömsödi Áron, Magyar Természetjáró Szövetség
Fénykép: Dömsödi Áron, Magyar Természetjáró Szövetség
Szintén a ’20-as években Halmiba és Nyirád környékén is megindultak a kutatások az újabb, ércet adó telepek után. Az 1930-as évek közepére ebben a térségben is megindult a mélyszíni kitermelés. Ugyancsak a ’30-as, 40-es évek tehető a Nagyharsányi és Eplényi bányászat kezdeti is. Ezek a bányák már kisebb mennyiségben adtak bauxitot, mégsem szabad róluk megfeledkezni. A Bakonyban, Kincsesbányán volt Magyarország harmadik legnagyobb bauxittelepe. A működése alatt (58 év) majdnem 23 millió tonna bauxitot termeltek ki, túlnyomó részt mélyszinti műveléssel. Ma is termelő, egyetlen bauxitbányánk Bakonyoszlopon működik, melynek éves kapacitása stabilan 20-25 ezer tonna. A kitermelt mennyisége nagy része, a hazai timföldgyárak bezárása miatt exportra kerül kohászati, cementipari felhasználásra.
Bakonyoszlopi bauxitbánya (Forrás: www.eoszen.hu)
A bányászat előrehaladtával, hogy a kitermelt kőzetet ne kelljen más országba szállítani, Mosonmagyaróváron (1934), majd Ajkán (1943) a timföldgyár nyílt. Az alumíniumkohászat az országban Csepelen kezdődött (1934), majd Tatabányán és Ajkán is folyt.
Mint minden bányászati munkának, hazánkban a bauxitkitermelésnek is voltak káros környezeti hatásai. A külszíni fejtések okozta tájsebek még a mai nap is megtalálhatók, a rekultiváció minimális. Az ország kitermelésre alkalmas bauxitjának nagy mennyisége a karsztvízszint alatt helyezkedett el. A mélyszinti művelésnél fúrt aknás vízszintsüllyesztést alkalmaztak, mely a Dunántúli-középhegységben regionális vízszintcsökkenést eredményezett. Az aktív vízkitermelés hatására lecsökkent Hévízi-tó forrásainak hozama, így a tó vízszintje is. A Tapolcai-tavasbarlang vízmentessé vált, a térség mocsarai és lápos vidékei kiszáradtak. Egy másik káros hatás, a gyártás során melléktermékként keletkezett vörösiszap. Ez egy erősen lúgos kémhatású, maró anyag, így ha bármilyen módon a környezetbe kerül (szél vagy víz útján) az élővilágot erősen károsítja, kipusztíthatja. A vörösiszap megfelelő elhelyezése, tárolása, folyamatos ellenőrzése így kiemelten fontos szempont a bauxitbányászat, alumíniumgyártás tervezése során.
Gyártási eljárás
Hogy a bauxitból a fémalumíniumot kinyerjék, egy kétlépcsős technikát alkalmaznak. Az első fázisban iparilag tiszta timföldet, míg a másodikban ebből elektrolízis eredményeként fémalumíniumot állítanak elő. Ezt a folyamatot nevezzük, a kidolgozók után Bayer-Hall eljárásnak.
Az előállítás kezdetén a kitermelt kőzetet őrlő-, aprítógépekkel a megfelelő szemcseméretűre zúzzák (0,07-1 mm között). Ez követi a feltárás, vagyis a kőzet alumíniumoxid-tartalmának feloldása. Az aprított anyagot forró, 40%-os NaOH-oldattal kezelik 4-6 bar nyomáson. A folyamat során az alumínium feloldódik, így elkülönül a szennyezésként jelenlévő fémektől (például vastól).
Az eredményként kapott aluminátlúgot és a vörösiszapot egy ülepítő medencében elválasztják egymástól. A ki nem oldott részek, vagyis a vörösiszap továbbhasznosítása a mai napig nem megoldott, illetve elhelyezése, tárolása élő környezetvédelmi probléma. Az aluminátlúg vízzel történő hígítása során Al(OH)3 csapadék válik ki.
Ezt követően egy csőkemencében 1300°C hőmérsékleten izzítják az alumínium-hidroxidot. Az izzítás során a kötött és tapadó víztartalom elpárolog és visszamarad a fehér színű alumínium-oxid, az úgynevezett timföld.
Az eljárás következő lépéséhez, az elektrolízishez a timföldet folyékonnyá kell tenni. Mivel az alumínium-oxid olvadáspontja nagyon magas, 2050° C, így a gazdaságos kinyerésért ezt csökkenteni kell. A timföldhöz az alacsonyabb olvadáspontú kriolitot (Na3AlF6) keverik, így az olvadáspont lecsökkent és a további folyamatok már 900°C-os környezetben zajlanak le. A kriolit egy igen ritka ásvány, melynek jellemző előfordulása Grönland partvidékeire esik.
Az elektrolízishez szén (grafit) anódokat használnak, mely reakcióba lép a rajta fejlődő oxigénnel, így a folyamat eredményeként szén-monoxid és szén-dioxid képződik. Az anód anyaga emiatt az elektrolízis során állandóan fogy, amit felülről időről időre pótolnak. Az elektrolízis folyamatának eredménye, hogy a kád alján felhalmozódik a 99,5%-os tisztaságú cseppfolyós alumínium, mely már könnyedén lecsapolják. A nyers alumíniumból az üzemekben félkész termékeket gyártanak, jellemzően hengerelt, sajtolt termékeket, huzalokat, öntvényeket. Később ebből különböző ötvözetek hozzáadásával készterméket gyártanak.
A fémalumínium bauxitból történő előállítására többféle módszer is ismert, ám gazdaságosnak csak a Bayer-Hall eljárás tekinthető.
Forrás : www.hulamni.com
Az alumíniumot széles körben felhasználják, szinte minden iparágban megtalálható: gépgyártás, repülőgépgyártás, gépjárműgyártás, élelmiszeripar, elektorom vezetékek és még sokig sorolhatnánk.
A másodlagos alumínium újrahasznosításon, hulladékok feldolgozáson körön keresztül nyerhető ki. Az újrahasznosítás költsége az elsődleges alumínium előállításának kb. 5%-a.
Az alumínium 100%-osan újrahasznosítható minőségi veszteség nélkül! A hosszú élettartamnak, a jó újrahasznosíthatóságnak köszönhetően az alumínium ökomérlege rendkívül pozitív.
SzerzőLovas Viktória
Forrás:
Dr.Fazekas János: A Bauxitbányászat 75 éve Magyarországon (A Miskolci Egyetem Közleménye A sorozat, Bányászat, 62. kötet (2002), p.57-66.
Dr.Fazekas János: 80 éves a magyar bauxitbányászat (Bányászati és Kohászati Lapok – Bányászat 139. évfolyam, 6. szám.)
www.asvanytan.nyf.hu
www.arcanum.hu
www.doksi.hu
www.tankonyvtar.hu
www.hulamni.com