बायर प्रक्रिया

बायर प्रक्रिया अल्युमिना  ( अल्युमीनियम  ऑक्साइड) का उत्पादन करने के लिए  बाक्साइट  को परिष्कृत करने का प्रमुख औद्योगिक साधन है और इसे कार्ल जोसेफ़ बेयर द्वारा विकसित किया गया था। बॉक्साइट, एल्यूमीनियम का सबसे महत्वपूर्ण अयस्क, में केवल 30-60%  अल्यूमिनियम ऑक्साइड  (अल) होता है2O3), बाकी सिलिका, विभिन्न लौह ऑक्साइड और  रंजातु डाइऑक्साइड  का मिश्रण है। एल्यूमीनियम ऑक्साइड को एल्यूमीनियम धातु में परिष्कृत करने से पहले इसे और अधिक शुद्ध किया जाना चाहिए।

कम निष्कर्षण पैदावार के बावजूद बायर प्रक्रिया उपोत्पाद के रूप में गैलियम का मुख्य स्रोत भी है।

प्रक्रिया
बॉक्साइट अयस्क हाइड्रेटेड एल्यूमीनियम ऑक्साइड और लौह जैसे अन्य तत्वों के यौगिकों का मिश्रण है। बॉक्साइट में एल्युमीनियम यौगिक गिबसाइट (Al(OH)) के रूप में मौजूद हो सकते हैं3), बोहेमाइट|बोहमाइट (γ-AlO(OH)) या प्रवासी  (α-AlO(OH)); एल्यूमीनियम घटक के विभिन्न रूप और अशुद्धियाँ निष्कर्षण की स्थिति निर्धारित करती हैं। एल्युमीनियम ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड उभयधर्मी हैं, जिसका अर्थ है कि वे अम्लीय और क्षारीय दोनों हैं। पानी में Al(III) की घुलनशीलता बहुत कम है लेकिन उच्च या निम्न pH पर काफी बढ़ जाती है। बायर प्रक्रिया में, बॉक्साइट अयस्क को एक दबाव पात्र में सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल (कास्टिक सोडा) के साथ 150 से 200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म किया जाता है। इन तापमानों पर, एल्युमीनियम सोडियम एलुमिनेट (मुख्य रूप से [Al(OH)) के रूप में घुल जाता है4]−) एक निष्कर्षण प्रक्रिया में। फ़िल्टरिंग द्वारा अवशेषों को अलग करने के बाद, जब तरल को ठंडा किया जाता है तो गिबसाइट अवक्षेपित होता है और फिर पिछले निष्कर्षण से बारीक दाने वाले एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड क्रिस्टल के साथ बीज क्रिस्टल बनता है। बीज क्रिस्टल को शामिल किए बिना वर्षा में कई दिन लग सकते हैं। निष्कर्षण प्रक्रिया (पाचन) अयस्क में एल्यूमीनियम ऑक्साइड को घुलनशील सोडियम एलुमिनेट, NaAlO में परिवर्तित करती है2, रासायनिक समीकरण के अनुसार:


 * अल2O3 + 2 NaOH → 2 NaAlO2 + एच2हे

यह उपचार सिलिका को भी घोलता है, जिससे सोडियम सिलिकेट बनता है:


 * 2 NaOH + SiO2 → बस इतना ही2यह3 + एच2हे

हालाँकि, बॉक्साइट के अन्य घटक घुलते नहीं हैं। कभी-कभी सिलिका को कैल्शियम सिलिकेट के रूप में अवक्षेपित करने के लिए इस चरण में चूना (सामग्री) मिलाया जाता है। घोल को ठोस अशुद्धियों को छानकर, आमतौर पर एक रोटरी रेत जाल के साथ और महीन कणों को हटाने के लिए स्टार्च जैसे flocculant की सहायता से स्पष्ट किया जाता है। एल्यूमीनियम यौगिकों को निकालने के बाद अघुलनशील अपशिष्ट, बॉक्साइट अवशेष, में लौह ऑक्साइड, सिलिका, लात मारना, टाइटेनियम डाइऑक्साइड और कुछ अप्रतिक्रियाशील एल्यूमिना शामिल होते हैं। मूल प्रक्रिया यह थी कि क्षारीय घोल को ठंडा किया जाता था और इसके माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड को बुदबुदाकर उपचारित किया जाता था, एक ऐसी विधि जिसके द्वारा एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड अवक्षेपण (रसायन विज्ञान):


 * 2 NaAlO2 + 3 एच2ओ + सीओ2 → 2 अल(OH)3 + सोडियम कार्बोनेट|Na2सीओ3लेकिन बाद में, इसने उच्च शुद्धता वाले एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड (Al(OH)) के साथ सुपरसैचुरेटेड घोल के बीजारोपण का मार्ग प्रशस्त किया।3) क्रिस्टल, जिसने तरल को ठंडा करने की आवश्यकता को समाप्त कर दिया और आर्थिक रूप से अधिक व्यवहार्य था:


 * 2 एच2ओ + मुझमें2 → अल(OH)3 + NaOH

उत्पादित एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड में से कुछ का उपयोग एल्यूमीनियम सल्फेट, पीएसी ( एल्यूमिनियम क्लोरोहाइड्रेट ) या सोडियम एल्यूमिनेट जैसे जल उपचार रसायनों के निर्माण में किया जाता है; अग्निरोधी के रूप में रबर और प्लास्टिक में भराव के रूप में भी एक महत्वपूर्ण मात्रा का उपयोग किया जाता है। उत्पादित गिब्साइट का लगभग 90% एल्यूमीनियम ऑक्साइड, अल में परिवर्तित हो जाता है2O3, लगभग 1470 K के तापमान तक रोटरी भट्टों या द्रव फ्लैश कैल्सीनर में गर्म करके।


 * 2 एल्युमिनियम हाइड्रॉक्साइड|Al(OH)3→ एलुमिना|अल2O3+3 पानी|एच2हे

बचे हुए, 'खर्च किए गए' सोडियम एल्युमिनेट घोल को फिर से पुनर्चक्रित किया जाता है। प्रक्रिया की अर्थव्यवस्था में सुधार के अलावा, रीसाइक्लिंग से शराब में गैलियम और वैनेडियम अशुद्धियाँ जमा हो जाती हैं, ताकि उन्हें लाभप्रद रूप से निकाला जा सके।

गिब्बसाइट के अवक्षेपण के दौरान जमा होने वाली कार्बनिक अशुद्धियाँ विभिन्न समस्याओं का कारण बन सकती हैं, उदाहरण के लिए गिब्साइट में अवांछनीय सामग्रियों का उच्च स्तर, शराब और गिब्साइट का मलिनकिरण, कास्टिक सामग्री का नुकसान, और काम कर रहे तरल पदार्थ की चिपचिपाहट और घनत्व में वृद्धि।

10% से अधिक सिलिका वाले बॉक्साइट के लिए, अघुलनशील सोडियम एल्यूमीनियम सिलिकेट के निर्माण के कारण बायर प्रक्रिया अलाभकारी हो जाती है, जिससे उपज कम हो जाती है, इसलिए दूसरी प्रक्रिया को चुना जाना चाहिए।

1 टन एल्यूमीनियम ऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए 1.9-3.6 टन बॉक्साइट (बॉक्साइट की लगभग 90% एल्यूमिना सामग्री के अनुरूप) की आवश्यकता होती है। ऐसा इस प्रक्रिया में अयस्क में मौजूद अधिकांश एल्युमीनियम के घुल जाने के कारण होता है। ऊर्जा की खपत 7 जीजे/टन से 21 जीजे/टन (प्रक्रिया के आधार पर) के बीच है, जिसमें से अधिकांश तापीय ऊर्जा है। उत्पादित एल्यूमीनियम ऑक्साइड का 90% (95-96%) से अधिक एल्यूमीनियम का उत्पादन करने के लिए हॉल-हेरॉल्ट प्रक्रिया में उपयोग किया जाता है।

बर्बाद
लाल मिट्टी वह अपशिष्ट उत्पाद है जो सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ बॉक्साइट के पाचन में उत्पन्न होता है। इसमें एक जटिल रासायनिक संरचना के साथ उच्च कैल्शियम और सोडियम हाइड्रॉक्साइड सामग्री है, और तदनुसार यह बहुत कास्टिक और प्रदूषण का एक संभावित स्रोत है। उत्पादित लाल मिट्टी की मात्रा काफी है, और इसने वैज्ञानिकों और रिफाइनरों को इसके उपयोग की तलाश करने के लिए प्रेरित किया है। इसे वैनेडियम के संभावित स्रोत के रूप में ध्यान आकर्षित किया गया है। कम निष्कर्षण उपज के कारण अधिकांश गैलियम एल्यूमीनियम ऑक्साइड में अशुद्धता के रूप में और लाल मिट्टी में समा जाता है।

लाल मिट्टी का एक उपयोग सिरेमिक उत्पादन में होता है। लाल मिट्टी सूखकर महीन पाउडर बन जाती है जिसमें लोहा, एल्युमीनियम, कैल्शियम और सोडियम होता है। यह एक स्वास्थ्य जोखिम बन जाता है जब कुछ पौधे कचरे का उपयोग एल्यूमीनियम ऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए करते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में, कचरे का निपटान बड़े जलाशय में किया जाता है, जो बांध द्वारा बनाया गया एक प्रकार का जलाशय है। ज़ब्ती को आम तौर पर मिट्टी या सिंथेटिक लाइनर से पंक्तिबद्ध किया जाता है। पर्यावरण के लिए खतरे के कारण अमेरिका कचरे के उपयोग को मंजूरी नहीं देता है। ईपीए ने कुछ लाल मिट्टी के नमूनों में आर्सेनिक और क्रोमियम के उच्च स्तर की पहचान की।

अज्का एल्युमिना संयंत्र दुर्घटना
4 अक्टूबर 2010 को, हंगरी में अज्का एल्यूमिना संयंत्र में एक अज्का एल्यूमिना संयंत्र दुर्घटना हुई, जहां इसके लाल मिट्टी के भंडार का पश्चिमी बांध ढह गया। जलाशय 700,000 मीटर से भरा हुआ था12 के pH के साथ लाल मिट्टी और पानी के मिश्रण का 3। मिश्रण को तोर्ना नदी की घाटी में छोड़ा गया और डेवेसेसर शहर के कुछ हिस्सों और कोलोंटार और सोमलोवासरेली के गांवों में बाढ़ आ गई। इस घटना के परिणामस्वरूप 10 मौतें हुईं, सौ से अधिक घायल हुए और झीलों और नदियों में प्रदूषण हुआ।

बायर प्रक्रिया का इतिहास
बायर प्रक्रिया का आविष्कार 1888 में कार्ल जोसेफ बायर द्वारा किया गया था। कपड़ा उद्योग में एल्यूमिना की आपूर्ति के लिए एक विधि विकसित करने के लिए सेंट पीटर्सबर्ग, रूस में काम करते हुए (इसका उपयोग कपास की रंगाई में एक चुभता के रूप में किया जाता था), बायर ने 1887 में पाया कि क्षारीय घोल से निकलने वाला एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड क्रिस्टलीय था और इसे आसानी से फ़िल्टर किया जा सकता था और धोया गया, जबकि अम्लीय माध्यम से उदासीनीकरण द्वारा जो अवक्षेपित हुआ वह जिलेटिन जैसा था और उसे धोना कठिन था। इस प्रक्रिया की औद्योगिक सफलता के कारण इसे ले चैटेलियर प्रक्रिया को प्रतिस्थापित करना पड़ा जिसका उपयोग बॉक्साइट से एल्यूमिना का उत्पादन करने के लिए किया जाता था।

1967 में जर्मनी और चेकोस्लोवाकिया में लागत कम करने के लिए प्रक्रिया के इंजीनियरिंग पहलुओं में सुधार किया गया। यह ताप पुनर्प्राप्ति को बढ़ाकर और बड़े आटोक्लेव और वर्षा टैंकों का उपयोग करके किया गया था। ऊर्जा का अधिक प्रभावी ढंग से उपयोग करने के लिए, हीट एक्सचेंजर्स और फ्लैश टैंक का उपयोग किया गया और बड़े रिएक्टरों ने नष्ट होने वाली गर्मी की मात्रा को कम कर दिया। संचालन को और अधिक कुशल बनाने के लिए आटोक्लेव को जोड़कर दक्षता बढ़ाई गई। कुछ साल पहले, फ्रांस में हेनरी एटियेन सैंटे-क्लेयर डेविल ने सोडियम कार्बोनेट, Na में बॉक्साइट को गर्म करके एल्यूमिना बनाने की एक विधि विकसित की थी।2सीओ31200°C पर, पानी के साथ बने सोडियम एलुमिनेट को निक्षालित किया जाता है, फिर कार्बन डाईऑक्साइड, CO द्वारा एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड को अवक्षेपित किया जाता है।2, जिसे बाद में छानकर सुखाया जाता था। इस प्रक्रिया (डेविल प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है) को बायर प्रक्रिया के पक्ष में छोड़ दिया गया था।

हॉल-हेरॉल्ट इलेक्ट्रोलाइटिक एल्युमीनियम प्रक्रिया के आविष्कार के साथ ही इस प्रक्रिया को धातु विज्ञान में महत्व मिलना शुरू हुआ, जिसका आविष्कार सिर्फ एक साल पहले 1886 में हुआ था। 1887 में आविष्कार किए गए सोने का साइनाइडेशन के साथ, बायर प्रक्रिया जलधातुकर्म  के आधुनिक क्षेत्र के जन्म का प्रतीक है।.

आज, यह प्रक्रिया एल्यूमीनियम उत्पादन में एक मध्यवर्ती चरण के रूप में दुनिया की लगभग सभी एल्यूमिना आपूर्ति का उत्पादन करती है।

यह भी देखें

 * अज्का एल्युमिना संयंत्र दुर्घटना
 * डेविल प्रक्रिया
 * हॉल-हेरोल्ट प्रक्रिया
 * एल्यूमीनियम का इतिहास