Proceso Bayer
Refinado de alúmina pura (Al₂O₃) a partir de la bauxita por disolución selectiva en sosa cáustica concentrada y caliente. Etapa obligatoria previa a la electrólisis Hall-Héroult: sin Bayer, no hay aluminio metálico.
Condiciones de operación
- Temperatura
- 140-280°C
- Presión
- 5-40bar
- Catalizador
- NaOH 30-50 % m/m (reciclada)
- Fase
- liquid
Cómo funciona
Cómo funciona
Extracción y purificación de metales
Componentes clave
La función de cada pieza principal y los elementos o compuestos que intervienen.
Molienda de la bauxita
Muele la bauxita en partículas finas para maximizar la superficie de contacto con la sosa cáustica.
Trituradoras primarias + molinos de bolas que trabajan en circuito cerrado con el licor Bayer. El tamaño de partícula buscado es de ~500 µm. La molienda en húmedo con sosa cáustica ya inicia la digestión y mejora el rendimiento.
Molienda en húmedo · ~500 µm · circuito cerrado con licor
Digestor (autoclave)
Recipiente a presión donde la sosa cáustica ataca la bauxita y disuelve el aluminio.
Serie de autoclaves verticales de acero (a veces revestidos de Ni por encima de 250 °C), dispuestos en cascada. El tiempo de residencia es de 30-90 min. El diseño de «digestor tubular» usa un tubo horizontal largo calentado con vapor, más compacto y eficiente energéticamente. La presión viene dada por la saturación del agua (5 bar a 150 °C, 40 bar a 250 °C).
Acero (revestido de Ni) · 5-40 bar · 140-280 °C · cascada o tubo
Ver tambiénnaohal-oh-3Espesador del lodo rojo
Separa los insolubles (Fe, Si, Ti) del licor de aluminato por sedimentación por gravedad.
Espesadores de gran diámetro (~30-50 m) con floculantes poliméricos para acelerar la sedimentación. El lodo rojo espesado se lava a contracorriente para recuperar la sosa cáustica residual y luego se almacena en balsas impermeabilizadas. La gestión del lodo rojo (desastre de Ajka, Hungría, 2010) se ha convertido en una cuestión regulatoria de primer orden.
Diámetro 30-50 m · floculantes poliméricos · lavado a contracorriente
Ver tambiénfe2o3sio2tio2Precipitadores
Cristalizan el Al(OH)₃ enfriando y sembrando el licor de aluminato.
Tanques agitados muy grandes (~5 000 m³), enfriados gradualmente de ~75 °C a 50 °C a lo largo de 30-60 h. Se siembran con Al(OH)₃ reciclado (~150 g/L de finos). El control del tamaño de partícula es crítico para la calcinación posterior: si es demasiado fino, la alúmina genera polvo; si es demasiado grueso, su disolución en el baño Hall-Héroult se ralentiza.
Tanques ~5000 m³ · 50-75 °C · 30-60 h · siembra con Al(OH)₃
Calcinador (horno rotatorio o lecho fluidizado)
Deshidrata el Al(OH)₃ hasta Al₂O₃ puro y lo transforma en la fase α estable.
Hornos rotatorios de 100 m de largo o, más modernos, calcinadores de lecho fluidizado circulante (CFB) con mejor rendimiento (~3.2 GJ/t de Al₂O₃ frente a 4.5 GJ en los hornos rotatorios). La temperatura es de 1000-1100 °C, en atmósfera oxidante. El combustible es gas natural o fueloil pesado: es la etapa del proceso que más CO₂ emite.
1000-1100 °C · 3.2-4.5 GJ/t · gas natural o fueloil
Ver tambiénal2o3ch4
Principios físicos y químicos
Las leyes fundamentales que hacen posible este proceso y las restricciones que imponen.
Comportamiento anfótero del aluminio
El Al(OH)₃ se disuelve en una base fuerte (formando aluminato Al(OH)₄⁻) Y en un ácido fuerte (formando Al³⁺ acuoso), pero es insoluble entre pH 5 y 9. Este carácter anfótero se aprovecha para separar el Al del Fe (que solo se disuelve en ácido) y del Si (que forma silicatos en medio básico, aunque con una cinética controlable).
Al(OH)₃ + OH⁻ ⇌ Al(OH)₄⁻Se aplica a los componentesdigesteur-bayerCinética frente a equilibrio
A alta temperatura, la digestión es rápida y completa, pero una reacción secundaria con la sílice forma silicoaluminatos de sodio (sodalita) que consumen sosa cáustica. El compromiso entre temperatura y tiempo se ajusta para maximizar el rendimiento de Al sin desperdiciar sosa cáustica: es la firma económica del proceso.
Compuestos implicados
Intermedio
Producto
Subproducto
Catalizador
Producción mundial
Principales aplicaciones
- Materia prima para el aluminio metálico (Hall-Héroult)90 %
- Alúminas especiales (cerámicas, abrasivos, catalizadores)8 %
- Refractarios de alta temperatura2 %
Lodo rojo y huella de carbono
- Bauxita con poco sílice (Guinea, Australia) → menos pérdidas de sosa cáustica
- Calcinadores CFB → −30 % de consumo energético
- Digestión a mayor temperatura (300 °C o más) para el diásporo
- Valorización parcial del lodo rojo en cementeras (≤ 5 %)
- Procesos alternativos sin sosa en I+D (cloruración, lixiviación ácida)
Procesos similares o competidores
Procesos industriales relacionados: otra química, otra tecnología.