استخدامات البوكسايت،وطرق استخلاص الألومنيوم منه

البوكسايت هو خام الألومنيوم الرئيسي، وهو مادة صلبة ذات ألوان مختلفة تتراوح بين الأحمر والبني والوردي والأبيض. يستخدم البوكسايت في صناعات متعددة، مثل صناعة الصنفرة والطابوق والمواد الكيماوية والأدوية والتجميل والصبغات. يحتوي البوكسايت على نسبة عالية من هيدروكسيد الألومنيوم، وهو المركب الذي يستخرج منه الألومنيوم بعد تحويله إلى أكسيد الألومنيوم.تقود استراليا العالم في إنتاج البوكسايت، كما أن غينيا والبرازيل وجامايكا تنتج كميات كبيرة من الخام. تتطلب تنقية وصهر البوكسايت قدرًا كبيرًا من الطاقة الكهربية، ونتيجة لذلك يصدر أغلب البوكسايت إلى دول أخرى لإستخلاص الألومنيوم منه. تستورد الولايات المتحدة كميات كبيرة من البوكسايت من استراليا وكندا وغيرها من الدول، لأنها تمتلك مصادر وفيره ورخيصة.

مواصفات البوكسايت

تاريخ اكتشاف البوكسايت

اشتق اسم البوكسايت من اسم مدينة Les Baux-de-Provence في فرنسا، حيث اكتشف بالقرب منها في عام 1821. وقد كان أول من وصف خصائصه وطبيعته هو عالم التعدين الفرنسي بيير بيرثير Pierre Berthier. يتكون البوكسايت بشكل أساسي من هيدروكسيدات الألومنيوم، وهي مجموعة من المعادن التي تحتوي على أكسجين وهيدروجين بالإضافة إلى الألومنيوم. أشهر هذه المعادن هي:

• دياسبور Diaspore: يحتوي على 85% ألومنيوم، وله لون أخضر أو بنفسجي.
• بوهمايت Boehmite: يحتوي على 65% ألومنيوم، وله لون برونزي أو فضي.
• جبسايت Gibbsite: يحتوي على 55% ألومنيوم، وله لون أبيض أو رمادي.

طرق استخراج البوكسايت

البوكسايت هو خام الألومنيوم الرئيسي، وهو مادة صلبة ذات ألوان مختلفة تتراوح بين الأحمر والبني والوردي والأبيض. يستخرج البوكسايت من الترسبات الرسوبية التي تتكون بفعل عمليات التجوية للصخور المحتوية على الألومنيوم. وهذه هي بعض طرق استخراجه:

• الحفرة المفتوحة: تستخدم هذه الطريقة في استخراج أغلب ترسيبات البوكسايت، حيث يستخدم العمال آلات ثقيلة مثل البلدوزرات والمجارف العملاقة لإزالة الطبقة السطحية من التربة والصخور والنباتات، ثم يقومون بتفجير الخام بالديناميت، وباستخدام قوة الجرافات يقومون بتحميل البوكسايت في شاحنات أو قطارات تنقله إلى المصانع القريبة.
• التعدين تحت سطح الأرض: تستخدم هذه الطريقة في استخراج بعض ترسيبات البوكسايت التي تكون على عمق كبير، حيث يستخدم العمال نفقات ومصاعد وآلات حفر للوصول إلى الخام، ثم يقومون بإزالته ونقله إلى سطح الأرض.

معالجة البوكسايت

البوكسايت هو خام غير نقي، يحتوي على شائبات من الماء والطين والرمل والحديد وغيرها من المعادن. لذلك يجب معالجته قبل صهره لإزالة هذه الشائبات والحصول على أكسيد الألومنيوم (Al2O3)، وهو المادة التي يستخرج منها الألومنيوم. وهذه هي بعض طرق معالجة البوكسايت:

• التجفيف: تستخدم هذه المرحلة لإزالة الماء من الخام، حيث يُدخَلُ إلى أفران ضخمة تسخِّنُّهُ بدرجات حرارة عالية، ثم يُبرَِّدُ ويُفَصََّلُ من المادة المتطايرة.
• التغسيل: تستخدم هذه المرحلة لإزالة الطين والرمل من الخام، حيث يُغَسََّلُ بالماء أو بمحاليل كيماوية تذيب الشائبات، ثم يُرَشََّحُ ويُجَفََّفُ مرة أخرى.
• التحويل: تستخدم هذه المرحلة لإزالة الحديد وغيره من المعادن من الخام، حيث يُعَالَجُ بمواد كيماوية تفاعل مع هيدروكسيدات الألومنيوم وتذوبها في محلول سائل، ثم يترسب أكسيد الألومنيوم بعد تبريده وترشيحه وتجفيفه.

استخلاص الألومنيوم من البوكسايت

لا يصنع الألومنيوم بشكل رخيص إلا من معدن البوكسايت، الذي يحتوي على نسبة تتراوح بين 30% إلى 60% من أكسيد الألومنيوم (Al2O3). يجب تحول هذا المركب إلى شكل نقى قبل صهره لإ زالة الشوائب:

• طرق التحول: تستخدم في هذه المرحلة مجمّعات كهروكِّميائية لفصل أكسيد الألومنيوم من البوكسايت. أشهر هذه الطرق هي:
  • طريقة باير Bayer: تستخدم فيها محلول من هيدروكسيد الصوديوم لتفاعل مع البوكسايت وتذويب أكسيد الألومنيوم فيه، ثم يترسب المركب بعد تبريده وترشيحه وتجفيفه.
  • طريقة سارتن Sarten: تستخدم فيها محلول من كبريتات الصوديوم لتفاعل مع البوكسايت وتذويب أكسيد الألومنيوم فيه، ثم يترسب المركب بعد تبريده وترشيحه وتجفيفه.
• طرق الصهر: تستخدم في هذه المرحلة مجمّعات كهرو حرارية لصهر أكسيد الألومنيوم وإنتاج الألومنيوم النقي. أشهر هذه الطرق هي:
  • طريقة هول-هيرول Hol-Heroult: تستخدم فيها خلية كهرو كِّمائية تحتوي على محلول من فلوريد الألومنيوم والصوديوم، والذي يعمل كإذابة لأكسيد الألومنيوم ، ثم يطبق عليه جهد كهربائي يؤدي إلى تحرير ذرات الألومنيوم عند قطب سالب من الكربون، وذرات الأكسجين عند قطب موجب من الكربون.
  • طريقة فارادا Farada: تستخدم فيها خلية كهرو حرارية تحتوي على محلول من كبريتات الألومنيوم، والذي يعمل كإذابة لأكسيد الألومنيوم، ثم يطبق علية جهد كهربائي يؤدي إلى تحرير ذرات الألومنيوم عند قطب سالب من الزئبق، وذرات الأكسجين عند قطب موجب من الفولاذ.

استخدامات البوكسايت

البوكسايت هو خام مفيد في صناعات عديدة، بالإضافة إلى صناعة الألومنيوم. بعض هذه الصناعات هي:

• صناعة الصنفرة: تستخدم بعض أنواع البوكسايت التي تحتوي على نسبة عالية من أكسيدات الحديد والسيلكا في صناعة المادة المسامية المستخدمة في التنعيم والتلميع والصقل للأسطح المعدنية أو الخشبية أو الزجاجية. تسمى هذه المادة بالصنفرة أو المادة الحاكة abrasives، وهي عبارة عن حبيبات صغيرة تثبت على ورق أو قماش أو بلاستيك أو معدن، وتستخدم لإزالة طبقات رقيقة من المادة المراد تنعيمها أو تلميعها.
• صناعة الطابوق: يخلط البوكسايت مع الطين لصنع الطابوق أو الطوب bricks، وهو عبارة عن قطع مستطيلة من المادة الصلبة تستخدم في بناء الجدران والأفران والمدافئ. يستخدم الطابوق المصنوع من البوكسايت في تكسية أفران إذابة الفولاذ، لأنه يتحمل درجات حرارة عالية ولا يتفاعل مع المعادن المذابة.
• صناعة المواد الكيماوية: تستخدم المواد الكيماوية التي تحتوي على الألومنيوم في صناعات مختلفة، مثل صناعة الورق والبترول والنسيج والأسمدة والمطهرات والمبيدات. مثلاً، يستخدم كبريتات الألومنيوم alum sulfate في تحضير محاليل لتثبيت الأصباغ على الأقمشة، وفي تنظيف الماء من الشوائب، وفي علاج بعض الأمراض الجلدية.