Schmelz- und Raffinationsbetriebe

Schmelz- und Raffinationsbetriebe

Mittwoch, März 16 2011 20: 28

Schmelzen und Raffinieren

Adaptiert von der 3. Auflage, Enzyklopädie des Arbeitsschutzes.

Bei der Herstellung und Veredelung von Metallen werden in einer Reihe unterschiedlicher physikalischer und chemischer Reaktionen wertvolle Bestandteile von wertlosem Material getrennt. Das Endprodukt ist Metall, das kontrollierte Mengen an Verunreinigungen enthält. Das primäre Schmelzen und Raffinieren erzeugt Metalle direkt aus Erzkonzentraten, während das sekundäre Schmelzen und Raffinieren Metalle aus Schrott und Prozessabfällen produziert. Schrott umfasst Bits und Stücke von Metallteilen, Stangen, Späne, Bleche und Drähte, die nicht den Spezifikationen entsprechen oder abgenutzt sind, aber recycelt werden können (siehe Artikel „Metallrückgewinnung“ in diesem Kapitel).

Überblick über Prozesse

Zwei Metallrückgewinnungstechnologien werden im Allgemeinen verwendet, um raffinierte Metalle herzustellen, pyrometallurgisch und hydrometallurgisch. Pyrometallurgische Prozesse verwenden Wärme, um gewünschte Metalle von anderen Materialien zu trennen. Diese Prozesse nutzen Unterschiede zwischen Oxidationspotentialen, Schmelzpunkten, Dampfdrücken, Dichten und/oder Mischbarkeit der Erzkomponenten im geschmolzenen Zustand. Hydrometallurgische Technologien unterscheiden sich von pyrometallurgischen Verfahren darin, dass die gewünschten Metalle von anderen Materialien unter Verwendung von Techniken getrennt werden, die sich die Unterschiede zwischen den Löslichkeiten der Bestandteile und/oder den elektrochemischen Eigenschaften in wässrigen Lösungen zunutze machen.

Pyrometallurgie

Während der pyrometallischen Verarbeitung wird ein Erz nach begünstigt (konzentriert durch Zerkleinern, Mahlen, Schweben und Trocknen), wird mit anderen Materialien wie Sackhausstaub und Flussmitteln gesintert oder geröstet (kalziniert). Das Konzentrat wird dann in einem Hochofen geschmolzen oder geschmolzen, um die gewünschten Metalle zu einem unreinen geschmolzenen Barren zu verschmelzen. Dieser Goldbarren wird dann einem dritten pyrometallischen Prozess unterzogen, um das Metall auf den gewünschten Reinheitsgrad zu veredeln. Jedes Mal, wenn das Erz oder Goldbarren erhitzt wird, entstehen Abfallmaterialien. Staub aus Lüftungs- und Prozessgasen kann in einem Filterhaus aufgefangen und je nach Restmetallgehalt entweder entsorgt oder dem Prozess wieder zugeführt werden. Schwefel im Gas wird ebenfalls aufgefangen und kann bei Konzentrationen über 4 % in Schwefelsäure umgewandelt werden. Je nach Herkunft des Erzes und dessen Restmetallgehalt können auch verschiedene Metalle wie Gold und Silber als Nebenprodukte anfallen.

Das Rösten ist ein wichtiger pyrometallurgischer Prozess. Sulfatierendes Rösten wird bei der Herstellung von Kobalt und Zink verwendet. Sein Zweck ist es, die Metalle abzutrennen, damit sie für die weitere hydrometallurgische Verarbeitung in eine wasserlösliche Form überführt werden können.

Beim Schmelzen von sulfidischen Erzen entsteht ein teilweise oxidiertes Metallkonzentrat (matt). Beim Schmelzen bildet das wertlose Material, meist Eisen, mit Flussmitteln eine Schlacke und wird in das Oxid umgewandelt. In der Konversionsstufe, die in Konversionsöfen stattfindet, erhalten die wertvollen Metalle ihre metallische Form. Dieses Verfahren wird in der Kupfer- und Nickelproduktion eingesetzt. Eisen, Ferrochrom, Blei, Magnesium und Eisenverbindungen werden durch Reduktion des Erzes mit Holzkohle und einem Flussmittel (Kalkstein) hergestellt, wobei der Schmelzprozess üblicherweise in einem Elektroofen stattfindet. (Siehe auch die Eisen- und Stahlindustrie Kapitel.) Die Salzschmelzelektrolyse, die bei der Aluminiumherstellung verwendet wird, ist ein weiteres Beispiel für einen pyrometallurgischen Prozess.

Die für die pyrometallurgische Behandlung von Metallen erforderliche hohe Temperatur wird durch Verbrennung fossiler Brennstoffe oder durch Ausnutzung der exothermen Reaktion des Erzes selbst (z. B. im Schwebeschmelzverfahren) erreicht. Das Schwebeschmelzverfahren ist ein Beispiel für ein energiesparendes pyrometallurgisches Verfahren, bei dem Eisen und Schwefel des Erzkonzentrats oxidiert werden. Die exotherme Reaktion gekoppelt mit einem Wärmerückgewinnungssystem spart viel Energie beim Schmelzen. Die hohe Schwefelausbeute des Verfahrens kommt auch dem Umweltschutz zugute. Die meisten der kürzlich gebauten Kupfer- und Nickelhütten verwenden dieses Verfahren.

Hydrometallurgie

Beispiele für hydrometallurgische Prozesse sind Auslaugen, Ausfällen, elektrolytische Reduktion, Ionenaustausch, Membrantrennung und Lösungsmittelextraktion. Die erste Stufe hydrometallurgischer Prozesse ist das Auslaugen wertvoller Metalle aus weniger wertvollem Material, beispielsweise mit Schwefelsäure. Der Laugung geht häufig eine Vorbehandlung (z. B. Sulfatrösten) voraus. Der Laugungsprozess erfordert oft hohen Druck, die Zugabe von Sauerstoff oder hohe Temperaturen. Das Auslaugen kann auch mit Strom durchgeführt werden. Aus der Auslaugungslösung wird das gewünschte Metall oder seine Verbindung durch Präzipitation oder Reduktion unter Verwendung verschiedener Verfahren gewonnen. Die Reduktion erfolgt beispielsweise in der Kobalt- und Nickelproduktion mit Gas.

Auch die Elektrolyse von Metallen in wässrigen Lösungen wird als hydrometallurgisches Verfahren angesehen. Bei der Elektrolyse wird das Metallion zum Metall reduziert. Das Metall befindet sich in einer schwach sauren Lösung, aus der es unter dem Einfluss eines elektrischen Stroms an Kathoden ausfällt. Die meisten Nichteisenmetalle können auch durch Elektrolyse veredelt werden.

Häufig sind metallurgische Verfahren eine Kombination aus pyro- und hydrometallurgischen Verfahren, je nach zu behandelndem Erzkonzentrat und Art des zu veredelnden Metalls. Ein Beispiel ist die Nickelproduktion.

Gefahren und ihre Vermeidung

Die Verhütung von Gesundheitsrisiken und Unfällen in der metallurgischen Industrie ist in erster Linie eine pädagogische und technische Frage. Ärztliche Untersuchungen sind zweitrangig und haben nur eine ergänzende Rolle bei der Prävention von Gesundheitsrisiken. Ein harmonischer Informationsaustausch und die Zusammenarbeit zwischen den Planungs-, Linien-, Sicherheits- und Arbeitsschutzabteilungen im Unternehmen führen zu den effizientesten Ergebnissen bei der Prävention von Gesundheitsrisiken.

Die besten und kostengünstigsten vorbeugenden Maßnahmen sind diejenigen, die in der Planungsphase einer neuen Anlage oder eines neuen Prozesses ergriffen werden. Bei der Planung neuer Produktionsanlagen sollten mindestens folgende Aspekte berücksichtigt werden:

Die potenziellen Quellen von Luftschadstoffen sollten umschlossen und isoliert werden.
Das Design und die Platzierung der Prozessausrüstung sollten einen einfachen Zugang für Wartungszwecke ermöglichen.
Bereiche, in denen eine plötzliche und unerwartete Gefahr auftreten kann, sollten kontinuierlich überwacht werden. Entsprechende Warnhinweise sollten enthalten sein. Beispielsweise sollten Bereiche, in denen eine Exposition gegenüber Arsenwasserstoff oder Cyanwasserstoff möglich sein könnte, ständig überwacht werden.
Die Zugabe und Handhabung von giftigen Prozesschemikalien sollte so geplant werden, dass eine manuelle Handhabung vermieden werden kann.
Geräte zur Probenahme bei der persönlichen Arbeitshygiene sollten nach Möglichkeit verwendet werden, um die tatsächliche Exposition des einzelnen Arbeitnehmers zu bewerten. Die regelmäßige stationäre Überwachung von Gasen, Stäuben und Lärm gibt einen Überblick über die Exposition, spielt jedoch nur eine ergänzende Rolle bei der Bewertung der Expositionsdosis.
Bei der Raumplanung sollten die Anforderungen zukünftiger Änderungen oder Erweiterungen des Prozesses berücksichtigt werden, damit sich die arbeitshygienischen Standards der Anlage nicht verschlechtern.
Es sollte ein kontinuierliches Aus- und Weiterbildungssystem für das Sicherheits- und Gesundheitspersonal sowie für Vorarbeiter und Arbeiter geben. Insbesondere neue Arbeitnehmer sollten gründlich über mögliche Gesundheitsrisiken und deren Vermeidung in ihrem eigenen Arbeitsumfeld informiert werden. Darüber hinaus sollten Schulungen durchgeführt werden, wenn ein neuer Prozess eingeführt wird.
Arbeitspraktiken sind wichtig. Beispielsweise kann eine schlechte persönliche Hygiene durch Essen und Rauchen am Arbeitsplatz die persönliche Exposition erheblich erhöhen.
Das Management sollte über ein Gesundheits- und Sicherheitsüberwachungssystem verfügen, das angemessene Daten für die technische und wirtschaftliche Entscheidungsfindung liefert.

Im Folgenden sind einige der spezifischen Gefahren und Vorsichtsmaßnahmen aufgeführt, die beim Schmelzen und Raffinieren auftreten.

Verletzungen

Die Schmelz- und Raffinerieindustrie hat eine höhere Verletzungsrate als die meisten anderen Branchen. Zu den Quellen dieser Verletzungen gehören: Spritzer und Verschütten von geschmolzenem Metall und Schlacke, die zu Verbrennungen führen; Gasexplosionen und Explosionen durch Kontakt von geschmolzenem Metall mit Wasser; Kollisionen mit fahrenden Lokomotiven, Waggons, Laufkränen und anderen mobilen Geräten; Stürze schwerer Gegenstände; Stürze aus großer Höhe (z. B. beim Betreten einer Krankabine); und Verletzungen durch Ausrutschen und Stolpern durch Blockierung von Fußböden und Durchgängen.

Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören: angemessene Schulung, angemessene persönliche Schutzausrüstung (PSA) (z. B. Schutzhelme, Sicherheitsschuhe, Arbeitshandschuhe und Schutzkleidung); gute Lagerung, Haushaltsführung und Gerätewartung; Verkehrsregeln für bewegliche Geräte (einschließlich festgelegter Routen und eines wirksamen Signal- und Warnsystems); und ein Absturzsicherungsprogramm.

Wärme-

Hitzestresserkrankungen wie Hitzschlag sind eine häufige Gefahr, hauptsächlich aufgrund der Infrarotstrahlung von Öfen und geschmolzenem Metall. Dies ist insbesondere dann ein Problem, wenn anstrengende Arbeiten in heißen Umgebungen durchgeführt werden müssen.

Zur Vorbeugung von Hitzeerkrankungen können Wasser- oder Luftschleier vor Öfen, punktuelle Kühlung, geschlossene klimatisierte Kabinen, Hitzeschutzkleidung und luftgekühlte Anzüge, genügend Zeit zur Akklimatisierung, Arbeitspausen in kühlen Bereichen und eine ausreichende Versorgung gehören von Getränken für häufiges Trinken.

Chemische Gefahren

Bei Schmelz- und Raffinationsvorgängen kann es zu einer Exposition gegenüber einer Vielzahl von gefährlichen Stäuben, Dämpfen, Gasen und anderen Chemikalien kommen. Insbesondere das Brechen und Mahlen von Erz kann zu einer hohen Exposition gegenüber Kieselsäure und toxischen Metallstäuben (z. B. mit Blei, Arsen und Cadmium) führen. Auch bei Ofenwartungsarbeiten kann es zu Staubbelastungen kommen. Während des Schmelzbetriebs können Metalldämpfe ein großes Problem darstellen.

Staub- und Rauchemissionen können durch Einhausung, Automatisierung von Prozessen, lokale und verdünnte Absaugung, Benetzung von Materialien, reduzierte Handhabung von Materialien und andere Prozessänderungen kontrolliert werden. Wo diese nicht ausreichen, wäre Atemschutz erforderlich.

Viele Schmelzvorgänge umfassen die Produktion großer Mengen Schwefeldioxid aus Sulfiderzen und Kohlenmonoxid aus Verbrennungsprozessen. Verdünnung und lokale Absaugung (LEV) sind unerlässlich.

Schwefelsäure entsteht als Nebenprodukt von Schmelzvorgängen und wird beim elektrolytischen Raffinieren und Auslaugen von Metallen verwendet. Die Exposition kann sowohl gegenüber der Flüssigkeit als auch gegenüber Schwefelsäurenebeln erfolgen. Haut- und Augenschutz sowie LEV sind erforderlich.

Das Schmelzen und Raffinieren einiger Metalle kann besondere Gefahren bergen. Beispiele hierfür sind Nickelcarbonyl bei der Nickelraffination, Fluoride bei der Aluminiumverhüttung, Arsen bei der Kupfer- und Bleiverhüttung und -veredelung sowie Quecksilber- und Zyanidbelastungen während der Goldveredelung. Diese Prozesse erfordern ihre eigenen speziellen Vorkehrungen.

Andere Gefahren

Blendung und Infrarotstrahlung von Öfen und geschmolzenem Metall können Augenschäden einschließlich grauem Star verursachen. Es sollten geeignete Schutzbrillen und Gesichtsschutz getragen werden. Hohe Infrarotstrahlung kann auch Hautverbrennungen verursachen, wenn keine Schutzkleidung getragen wird.

Hohe Lärmpegel beim Brechen und Mahlen von Erz, Gasentladungsgebläsen und Hochleistungselektroöfen können zu Gehörschäden führen. Wenn die Lärmquelle nicht umschlossen oder isoliert werden kann, sollte ein Gehörschutz getragen werden. Es sollte ein Hörerhaltungsprogramm einschließlich audiometrischer Tests und Schulungen eingeführt werden.

Während elektrolytischer Prozesse können elektrische Gefahren auftreten. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören die ordnungsgemäße elektrische Wartung mit Lockout/Tagout-Verfahren; isolierte Handschuhe, Kleidung und Werkzeuge; und Fehlerstromschutzschalter, wo erforderlich.

Das manuelle Heben und Handhaben von Materialien kann zu Verletzungen des Rückens und der oberen Extremitäten führen. Mechanische Hebehilfen und eine angemessene Schulung in Hebemethoden können dieses Problem reduzieren.

Umweltverschmutzung und Umweltschutz

Emissionen von reizenden und korrosiven Gasen wie Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff und Chlorwasserstoff können zur Luftverschmutzung beitragen und Korrosion von Metallen und Beton innerhalb der Anlage und in der Umgebung verursachen. Die Toleranz der Vegetation gegenüber Schwefeldioxid ist je nach Wald- und Bodentyp unterschiedlich. Im Allgemeinen vertragen immergrüne Bäume geringere Konzentrationen an Schwefeldioxid als Laubbäume. Partikelemissionen können unspezifische Partikel, Fluoride, Blei, Arsen, Cadmium und viele andere toxische Metalle enthalten. Abwässer können eine Vielzahl von toxischen Metallen, Schwefelsäure und anderen Verunreinigungen enthalten. Feste Abfälle können mit Arsen, Blei, Eisensulfiden, Kieselerde und anderen Schadstoffen kontaminiert sein.

Das Schmelzmanagement sollte die Bewertung und Kontrolle der Emissionen aus der Anlage beinhalten. Dies ist eine spezialisierte Arbeit, die nur von Personal durchgeführt werden sollte, das mit den chemischen Eigenschaften und Toxizitäten der aus den Anlagenprozessen ausgetragenen Materialien gründlich vertraut ist. Der physikalische Zustand des Materials, die Temperatur, mit der es den Prozess verlässt, andere Materialien im Gasstrom und andere Faktoren müssen bei der Planung von Maßnahmen zur Kontrolle der Luftverschmutzung berücksichtigt werden. Es ist auch wünschenswert, eine Wetterstation zu unterhalten, meteorologische Aufzeichnungen zu führen und darauf vorbereitet zu sein, die Leistung zu reduzieren, wenn die Wetterbedingungen für die Ausbreitung von Schornsteinabwässern ungünstig sind. Exkursionen sind notwendig, um die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf Wohn- und Landwirtschaftsgebiete zu beobachten.

Schwefeldioxid, einer der Hauptverunreinigungen, wird in ausreichender Menge als Schwefelsäure zurückgewonnen. Ansonsten werden Schwefeldioxid und andere gefährliche gasförmige Abfälle durch Auswaschen kontrolliert, um die Emissionsnormen zu erfüllen. Partikelemissionen werden üblicherweise durch Gewebefilter und elektrostatische Abscheider kontrolliert.

Bei Flotationsprozessen wie der Kupferkonzentrierung werden große Mengen Wasser verwendet. Der größte Teil dieses Wassers wird wieder in den Prozess zurückgeführt. Tailings aus dem Flotationsprozess werden als Schlamm in Absetzbecken gepumpt. Dabei wird Wasser recycelt. Metallhaltiges Prozesswasser und Regenwasser werden vor der Einleitung oder Wiederverwertung in Kläranlagen gereinigt.

Abfälle in fester Phase umfassen Schlacken aus der Verhüttung, Blowdown-Aufschlämmungen aus der Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefelsäure und Schlämme aus oberirdischen Auffangbecken (z. B. Absetzbecken). Einige Schlacken können rekonzentriert und zur Wiederverarbeitung oder Rückgewinnung anderer vorhandener Metalle zu Schmelzhütten zurückgeführt werden. Viele dieser Festphasenabfälle sind gefährliche Abfälle, die gemäß Umweltvorschriften gelagert werden müssen.

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Mittwoch, März 16 2011 20: 59

Schmelzen und Raffinieren von Kupfer, Blei und Zink

Adaptiert von EPA 1995.

Kupfer

Kupfer wird je nach Erzgehalt und Art der Erzlagerstätte sowohl im Tagebau als auch im Untertagebau abgebaut. Kupfererz enthält typischerweise weniger als 1 % Kupfer in Form von Sulfidmineralien. Sobald das Erz oberirdisch angeliefert wird, wird es zerkleinert und zu Pulverfeinheit gemahlen und dann zur weiteren Verarbeitung konzentriert. Beim Konzentrationsprozess wird gemahlenes Erz mit Wasser aufgeschlämmt, chemische Reagenzien werden hinzugefügt und Luft wird durch die Aufschlämmung geblasen. Die Luftbläschen lagern sich an den Kupfermineralien an und werden dann von der Oberseite der Flotationszellen abgeschöpft. Das Konzentrat enthält zwischen 20 und 30 % Kupfer. Die Tailings oder Gangminerale aus dem Erz fallen auf den Boden der Zellen und werden entfernt, durch Eindicker entwässert und als Schlamm zu einem Tailings-Teich zur Entsorgung transportiert. Das gesamte bei diesem Vorgang verwendete Wasser aus Entwässerungseindickern und dem Tailings pond wird zurückgewonnen und in den Prozess zurückgeführt.

Kupfer kann entweder pyrometallurgisch oder hydrometallurgisch hergestellt werden, abhängig von der als Charge verwendeten Erzart. Die Erzkonzentrate, die Kupfersulfid- und Eisensulfidmineralien enthalten, werden durch pyrometallurgische Prozesse behandelt, um hochreine Kupferprodukte zu erhalten. Oxiderze, die Kupferoxidmineralien enthalten, die zusammen mit anderen oxidierten Abfallmaterialien in anderen Teilen der Mine vorkommen können, werden durch hydrometallurgische Prozesse behandelt, um hochreine Kupferprodukte zu erhalten.

Die Umwandlung von Kupfer aus dem Erz in Metall erfolgt durch Schmelzen. Während des Schmelzens werden die Konzentrate getrocknet und einem von mehreren verschiedenen Ofentypen zugeführt. Dort werden die Sulfidmineralien teilweise oxidiert und geschmolzen, um eine Schicht aus Stein zu ergeben, eine Mischung aus Kupfer-Eisen-Sulfid und Schlacke, eine obere Abfallschicht.

Die Matte wird durch Konvertieren weiterverarbeitet. Die Schlacke wird aus dem Ofen abgestochen und vor Ort auf Schlackenhaufen gelagert oder entsorgt. Eine kleine Menge Schlacke wird als Gleisschotter und als Sandstrahlmittel verkauft. Ein drittes Produkt des Schmelzprozesses ist Schwefeldioxid, ein Gas, das gesammelt, gereinigt und zu Schwefelsäure zum Verkauf oder zur Verwendung in hydrometallurgischen Auslaugungsvorgängen verarbeitet wird.

Nach dem Schmelzen wird der Kupferstein einem Konverter zugeführt. Dabei wird der Kupferstein in einen liegenden zylindrischen Behälter (ca. 10½4 m) mit einer Reihe von Rohren gegossen. Die als Blasdüsen bezeichneten Rohre ragen in den Zylinder hinein und dienen zum Einbringen von Luft in den Konverter. Dem Kupferstein werden Kalk und Kieselsäure zugesetzt, die mit dem dabei entstehenden Eisenoxid zu Schlacke reagieren. Dem Konverter kann auch Altkupfer zugesetzt werden. Der Ofen wird gedreht, so dass die Düsen eingetaucht sind, und Luft wird in den geschmolzenen Stein geblasen, wodurch der Rest des Eisensulfids mit Sauerstoff reagiert, um Eisenoxid und Schwefeldioxid zu bilden. Dann wird der Konverter gedreht, um die Eisensilikatschlacke abzugießen.

Sobald das gesamte Eisen entfernt ist, wird der Konverter zurückgedreht und einem zweiten Luftstoß ausgesetzt, während dessen der Rest des Schwefels oxidiert und aus dem Kupfersulfid entfernt wird. Der Konverter wird dann gedreht, um das geschmolzene Kupfer abzugießen, das an diesem Punkt Blasenkupfer genannt wird (so genannt, weil es, wenn es an diesem Punkt erstarren darf, aufgrund des Vorhandenseins von gasförmigem Sauerstoff und Schwefel eine unebene Oberfläche hat). Schwefeldioxid aus den Konvertern wird gesammelt und zusammen mit dem aus dem Schmelzofen in die Gasreinigungsanlage eingespeist und zu Schwefelsäure verarbeitet. Schlacke wird aufgrund ihres Restkupfergehalts wieder dem Schmelzofen zugeführt.

Blisterkupfer, das mindestens 98.5 % Kupfer enthält, wird in zwei Schritten zu hochreinem Kupfer raffiniert. Der erste Schritt ist die Feuerraffination, bei der das geschmolzene Blisterkupfer in einen zylindrischen Ofen gegossen wird, der im Aussehen einem Konverter ähnelt, wo zuerst Luft und dann Erdgas oder Propan durch die Schmelze geblasen werden, um den letzten Schwefel und jeglichen Rest zu entfernen Restsauerstoff aus dem Kupfer. Das geschmolzene Kupfer wird dann in ein Gießrad gegossen, um Anoden zu bilden, die rein genug für die Elektroraffinierung sind.

Bei der Elektroraffination werden die Kupferanoden in Elektrolysezellen geladen und mit Kupferausgangsblechen oder Kathoden in einem Bad aus Kupfersulfatlösung beabstandet. Wenn ein Gleichstrom durch die Zelle geleitet wird, wird das Kupfer von der Anode gelöst, durch den Elektrolyten transportiert und wieder auf den Kathoden-Ausgangsblechen abgeschieden. Wenn sich die Kathoden zu einer ausreichenden Dicke aufgebaut haben, werden sie aus der Elektrolysezelle entfernt und ein neuer Satz Ausgangsbleche wird an ihre Stelle gesetzt. Feste Verunreinigungen in den Anoden fallen als Schlamm auf den Boden der Zelle, wo sie schließlich gesammelt und zur Rückgewinnung von Edelmetallen wie Gold und Silber verarbeitet werden. Dieses Material ist als Anodenschlamm bekannt.

Die aus der Elektrolysezelle entnommenen Kathoden sind das Hauptprodukt des Kupferproduzenten und enthalten 99.99 % Kupfer. Diese können als Kathoden an Drahtwalzwerke verkauft oder zu einem als Walzdraht bezeichneten Produkt weiterverarbeitet werden. Bei der Herstellung von Stangen werden Kathoden in einem Schachtofen geschmolzen und das geschmolzene Kupfer wird auf ein Gießrad gegossen, um eine Stange zu bilden, die zum Walzen zu einer kontinuierlichen Stange mit einem Durchmesser von 3/8 Zoll geeignet ist. Dieses Stangenprodukt wird an Drahtmühlen geliefert, wo es zu Kupferdraht verschiedener Größen extrudiert wird.

Beim hydrometallurgischen Verfahren werden die oxidierten Erze und Abfallstoffe mit Schwefelsäure aus dem Schmelzprozess ausgelaugt. Es wird eine Auslaugung durchgeführt in situ, oder in speziell vorbereiteten Stapeln, indem man Säure über die Oberseite verteilt und sie durch das Material sickern lässt, wo sie gesammelt wird. Der Boden unter den Sickerkissen ist mit einem säurefesten, undurchlässigen Kunststoffmaterial ausgekleidet, um zu verhindern, dass Sickerlauge das Grundwasser verunreinigt. Sobald die kupferreichen Lösungen gesammelt sind, können sie mit einem von zwei Verfahren verarbeitet werden – dem Zementierungsverfahren oder dem Lösungsmittelextraktions-/Elektrogewinnungsverfahren (SXEW). Beim (heute kaum noch angewandten) Zementierverfahren wird das Kupfer in der sauren Lösung im Austausch gegen das Eisen auf der Oberfläche des Eisenschrotts abgeschieden. Wenn ausreichend Kupfer auszementiert ist, wird das kupferreiche Eisen zusammen mit den Erzkonzentraten zur Kupfergewinnung auf pyrometallurgischem Wege in die Schmelze eingebracht.

Beim SXEW-Verfahren wird die ausgelagerte Laugungslösung (PLS) durch Lösungsmittelextraktion konzentriert, wodurch Kupfer, aber keine Metallverunreinigungen (Eisen und andere Verunreinigungen) extrahiert werden. Die mit Kupfer beladene organische Lösung wird dann in einem Absetzbecken vom Sickerwasser getrennt. Schwefelsäure wird der organischen Mischung hinzugefügt, die das Kupfer in eine elektrolytische Lösung abstreift. Das das Eisen und andere Verunreinigungen enthaltende Sickerwasser wird in den Auslaugungsvorgang zurückgeführt, wo seine Säure zum weiteren Auslaugen verwendet wird. Die kupferreiche Striplösung wird in eine Elektrolysezelle geleitet, die als Elektrogewinnungszelle bekannt ist. Eine Elektrogewinnungszelle unterscheidet sich von einer Elektroraffinierungszelle dadurch, dass sie eine permanente, unlösliche Anode verwendet. Das Kupfer in Lösung wird dann auf eine Ausgangsblechkathode in ziemlich derselben Weise wie auf der Kathode in einer Elektroraffinationszelle plattiert. Der kupferarme Elektrolyt wird in den Lösungsmittelextraktionsprozess zurückgeführt, wo er verwendet wird, um mehr Kupfer aus der organischen Lösung zu entfernen. Die aus dem Elektrogewinnungsverfahren hergestellten Kathoden werden dann verkauft oder auf die gleiche Weise wie die aus dem Elektroraffinierungsverfahren hergestellten Stäbe verarbeitet.

Elektrogewinnungszellen werden auch zur Herstellung von Ausgangsblechen sowohl für die Elektroraffinierungs- als auch für die Elektrogewinnungsverfahren verwendet, indem das Kupfer entweder auf Edelstahl- oder Titankathoden plattiert wird und dann das plattierte Kupfer abgezogen wird.

Gefahren und ihre Vermeidung

Die größten Gefahren sind die Exposition gegenüber Erzstäuben während der Erzverarbeitung und dem Schmelzen, Metalldämpfen (einschließlich Kupfer, Blei und Arsen) während des Schmelzens, Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid während der meisten Schmelzvorgänge, Lärm von Brech- und Mahlvorgängen und von Öfen sowie Hitzestress die Öfen und Schwefelsäure und elektrische Gefahren während elektrolytischer Prozesse.

Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören: LEV für Stäube während des Transfervorgangs; örtliche Absaugung und Verdünnungslüftung für Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid; ein Lärmschutz- und Gehörschutzprogramm; Schutzkleidung und Schilde, Ruhepausen und Flüssigkeiten für Hitzestress; und LEV, PSA und elektrische Vorsichtsmaßnahmen für elektrolytische Prozesse. Atemschutz wird üblicherweise getragen, um sich vor Stäuben, Dämpfen und Schwefeldioxid zu schützen.

Tabelle 1 listet Umweltschadstoffe für verschiedene Schritte beim Schmelzen und Raffinieren von Kupfer auf.

Tabelle 1. Prozessmaterialinput und Schadstoffausstoß beim Schmelzen und Raffinieren von Kupfer

Verfahren	Materialeingang	Luftemissionen	Abfälle verarbeiten	Andere Abfälle
Kupferkonzentration	Kupfererz, Wasser, chemische Reagenzien, Verdickungsmittel		Flotationsabwässer	Tailings, die Abfallmineralien wie Kalkstein und Quarz enthalten
Kupferauslaugung	Kupferkonzentrat, Schwefelsäure		Unkontrolliertes Sickerwasser	Haufenlaugungsabfälle
Kupferschmelze	Kupferkonzentrat, kieselsäurehaltiges Flussmittel	Schwefeldioxid, arsenhaltiger Feinstaub, Antimon, Cadmium, Blei, Quecksilber und Zink		Saurer Klärschlamm/Schlamm, eisensulfidhaltige Schlacke, Kieselsäure
Kupferumwandlung	Kupfermatte, Altkupfer, kieselsäurehaltiges Flussmittel	Schwefeldioxid, arsenhaltiger Feinstaub, Antimon, Cadmium, Blei, Quecksilber und Zink		Saurer Klärschlamm/Schlamm, eisensulfidhaltige Schlacke, Kieselsäure
Elektrolytische Kupferraffination	Blasenkupfer, Schwefelsäure			Schleim mit Verunreinigungen wie Gold, Silber, Antimon, Arsen, Wismut, Eisen, Blei, Nickel, Selen, Schwefel und Zink

Führen (Lead)

Der primäre Herstellungsprozess von Blei besteht aus vier Schritten: Sintern, Schmelzen, Krätzen und pyrometallurgisches Raffinieren. Zu Beginn wird ein Ausgangsmaterial, das hauptsächlich aus Bleikonzentrat in Form von Bleisulfid besteht, in eine Sintermaschine eingeführt. Andere Rohmaterialien können hinzugefügt werden, einschließlich Eisen, Silica, Kalksteinflussmittel, Koks, Soda, Asche, Pyrit, Zink, Ätzmittel und Partikel, die von Verschmutzungskontrollvorrichtungen gesammelt werden. In der Sintermaschine wird das Blei-Ausgangsmaterial Heißluftstößen ausgesetzt, die den Schwefel verbrennen und Schwefeldioxid erzeugen. Das nach diesem Verfahren vorliegende Bleioxidmaterial enthält etwa 9 % seines Gewichts an Kohlenstoff. Der Sinter wird dann zusammen mit Koks, verschiedenen Recycling- und Reinigungsmaterialien, Kalkstein und anderen Flussmitteln in einen Hochofen zum Reduzieren geführt, wo der Kohlenstoff als Brennstoff wirkt und das Bleimaterial schmilzt oder schmilzt. Das geschmolzene Blei fließt zum Boden des Ofens, wo sich vier Schichten bilden: „Speis“ (das leichteste Material, im Wesentlichen Arsen und Antimon); „matt“ (Kupfersulfid und andere Metallsulfide); Hochofenschlacke (hauptsächlich Silikate); und Bleibarren (98 % Blei nach Gewicht). Anschließend werden alle Schichten abgelassen. Der Speis und der Stein werden an Kupferhütten zur Rückgewinnung von Kupfer und Edelmetallen verkauft. Die zink-, eisen-, kieselsäure- und kalkhaltige Hochofenschlacke wird auf Halden gelagert und teilweise recycelt. Schwefeloxidemissionen entstehen in Hochöfen durch geringe Restbleisulfid- und Bleisulfatmengen im Sintergut.

Rohblei aus dem Hochofen erfordert normalerweise eine Vorbehandlung in Kesseln, bevor es raffiniert wird. Beim Schlacken werden die Barren in einem Schlackenkessel gerührt und bis knapp über den Gefrierpunkt (370 bis 425 °C) abgekühlt. Eine Schlacke, die aus Bleioxid zusammen mit Kupfer, Antimon und anderen Elementen besteht, schwimmt nach oben und verfestigt sich über dem geschmolzenen Blei.

Die Krätze wird entfernt und in einen Krätzeofen zur Wiedergewinnung der Nicht-Blei-Nutzmetalle eingeführt. Um die Kupfergewinnung zu verbessern, werden Krätze-Bleibarren behandelt, indem schwefelhaltige Materialien, Zink und/oder Aluminium hinzugefügt werden, wodurch der Kupfergehalt auf etwa 0.01 % gesenkt wird.

Während des vierten Schritts wird das Bleibarren unter Verwendung von pyrometallurgischen Verfahren raffiniert, um alle verbleibenden verkaufsfähigen Nicht-Blei-Materialien (z. B. Gold, Silber, Wismut, Zink und Metalloxide wie Antimon, Arsen, Zinn und Kupferoxid) zu entfernen. Das Blei wird in einem gusseisernen Kessel in fünf Stufen raffiniert. Antimon, Zinn und Arsen werden zuerst entfernt. Dann wird Zink hinzugefügt und Gold und Silber werden in der Zinkschlacke entfernt. Als nächstes wird das Blei durch Vakuumentfernung (Destillation) von Zink raffiniert. Die Raffination wird mit der Zugabe von Calcium und Magnesium fortgesetzt. Diese beiden Materialien verbinden sich mit Wismut, um eine unlösliche Verbindung zu bilden, die aus dem Kessel abgeschöpft wird. Im letzten Schritt können dem Blei Natronlauge und/oder Nitrate zugesetzt werden, um alle verbleibenden Spuren von Metallverunreinigungen zu entfernen. Das raffinierte Blei hat eine Reinheit von 99.90 bis 99.99 % und kann mit anderen Metallen gemischt werden, um Legierungen zu bilden, oder es kann direkt in Formen gegossen werden.

Gefahren und ihre Vermeidung

Die größten Gefahren sind die Exposition gegenüber Erzstäuben während der Erzverarbeitung und dem Schmelzen, Metalldämpfen (einschließlich Blei, Arsen und Antimon) während des Schmelzens, Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid während der meisten Schmelzvorgänge, Lärm durch Mahl- und Zerkleinerungsvorgänge und von Öfen sowie Hitzestress aus den Öfen.

Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören: LEV für Stäube während des Transfervorgangs; örtliche Absaugung und Verdünnungslüftung für Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid; ein Lärmschutz- und Gehörschutzprogramm; und Schutzkleidung und Schilde, Ruhepausen und Flüssigkeiten für Hitzestress. Atemschutz wird üblicherweise getragen, um sich vor Stäuben, Dämpfen und Schwefeldioxid zu schützen. Eine biologische Überwachung auf Blei ist unerlässlich.

Tabelle 2 listet Umweltschadstoffe für verschiedene Schritte beim Schmelzen und Raffinieren von Blei auf.

Tabelle 2. Inputs von Prozessmaterialien und Outputs von Schadstoffen beim Schmelzen und Raffinieren von Blei

Verfahren	Materialeingang	Luftemissionen	Abfälle verarbeiten	Andere Abfälle
Sintern von Blei	Bleierz, Eisen, Kieselsäure, Kalksteinflussmittel, Koks, Soda, Asche, Pyrit, Zink, Ätzmittel, Filterstaub	Schwefeldioxid, cadmium- und bleihaltiger Feinstaub
Bleiverhüttung	Bleisinter, Koks	Schwefeldioxid, cadmium- und bleihaltiger Feinstaub	Abwasser aus der Anlagenspülung, Schlackengranulationswasser	Schlacke, die Verunreinigungen wie Zink, Eisen, Kieselerde und Kalk enthält, Feststoffe aus Oberflächenstauungen
Bleischlacken	Bleibarren, kalzinierte Soda, Schwefel, Filterstaub, Koks			Schlacke, die solche Verunreinigungen wie Kupfer, Feststoffe von Oberflächenstauungen enthält
Bleiveredelung	Bleischlackenbarren

Zink

Zinkkonzentrat wird hergestellt, indem das Erz, das bis zu 2 % Zink enthalten kann, durch Zerkleinern und Flotation vom Abfallgestein getrennt wird, ein Prozess, der normalerweise am Bergbaustandort durchgeführt wird. Das Zinkkonzentrat wird dann auf zwei Arten zu Zinkmetall reduziert: entweder pyrometallurgisch durch Destillation (Retortenbehandlung in einem Ofen) oder hydrometallurgisch durch Elektrogewinnung. Letztere machen etwa 80 % der gesamten Zinkraffination aus.

Bei der hydrometallurgischen Zinkraffination werden im Allgemeinen vier Verarbeitungsstufen verwendet: Kalzinieren, Auslaugen, Reinigen und Elektrogewinnen. Kalzinieren oder Rösten ist ein Hochtemperaturverfahren (700 bis 1000 °C), das Zinksulfidkonzentrat in ein unreines Zinkoxid namens Kalzinieren umwandelt. Zu den Röstertypen gehören Mehrherd-, Suspensions- oder Fließbettröster. Im Allgemeinen beginnt das Kalzinieren mit dem Mischen von zinkhaltigen Materialien mit Kohle. Diese Mischung wird dann erhitzt oder geröstet, um das Zinkoxid zu verdampfen, das dann mit dem resultierenden Gasstrom aus der Reaktionskammer bewegt wird. Der Gasstrom wird zum Bereich des Filtergehäuses geleitet, wo das Zinkoxid im Staub des Filtergehäuses eingefangen wird.

Bei allen Kalzinierungsprozessen entsteht Schwefeldioxid, das kontrolliert und als marktfähiges Prozessnebenprodukt in Schwefelsäure umgewandelt wird.

Die elektrolytische Verarbeitung von entschwefeltem Kalzin besteht aus drei grundlegenden Schritten: Auslaugen, Reinigen und Elektrolyse. Auslaugen bezieht sich auf das Auflösen des eingefangenen Calcins in einer Schwefelsäurelösung, um eine Zinksulfatlösung zu bilden. Das Calcin kann ein- oder zweimal ausgelaugt werden. Beim Double-Leach-Verfahren wird das Calcin in einer leicht sauren Lösung gelöst, um die Sulfate zu entfernen. Das Calcin wird dann ein zweites Mal in einer stärkeren Lösung ausgelaugt, die das Zink auflöst. Dieser zweite Auslaugungsschritt ist eigentlich der Beginn des dritten Reinigungsschritts, weil viele der Eisenverunreinigungen ebenso wie das Zink aus der Lösung herausfallen.

Nach dem Auslaugen wird die Lösung in zwei oder mehr Stufen durch Zugabe von Zinkstaub gereinigt. Die Lösung wird gereinigt, da der Staub schädliche Elemente zur Ausfällung zwingt, damit sie herausgefiltert werden können. Die Reinigung erfolgt üblicherweise in großen Rührbehältern. Der Prozess findet bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 85 °C und Drücken im Bereich von Atmosphärendruck bis 2.4 Atmosphären statt. Zu den bei der Reinigung zurückgewonnenen Elementen gehören Kupfer als Kuchen und Cadmium als Metall. Nach der Reinigung ist die Lösung bereit für den letzten Schritt, die Elektrogewinnung.

Die elektrolytische Gewinnung von Zink findet in einer Elektrolysezelle statt und beinhaltet das Leiten eines elektrischen Stroms von einer Anode aus einer Blei-Silber-Legierung durch die wässrige Zinklösung. Dieser Prozess lädt das suspendierte Zink auf und zwingt es, sich auf einer Aluminiumkathode abzuscheiden, die in die Lösung eingetaucht ist. Alle 24 bis 48 Stunden wird jede Zelle abgeschaltet, die zinkbeschichteten Kathoden entfernt und gespült und das Zink mechanisch von den Aluminiumplatten abgelöst. Das Zinkkonzentrat wird dann geschmolzen und zu Barren gegossen und hat oft eine Reinheit von bis zu 99.995 %.

Elektrolytische Zinkhütten enthalten bis zu mehreren hundert Zellen. Ein Teil der elektrischen Energie wird in Wärme umgewandelt, wodurch sich die Temperatur des Elektrolyten erhöht. Elektrolysezellen arbeiten in Temperaturbereichen von 30 bis 35°C bei atmosphärischem Druck. Während der Elektrogewinnung durchläuft ein Teil des Elektrolyten Kühltürme, um seine Temperatur zu senken und das während des Prozesses gesammelte Wasser zu verdampfen.

Gefahren und ihre Vermeidung

Die größten Gefahren sind die Exposition gegenüber Erzstäuben während der Erzverarbeitung und dem Schmelzen, Metalldämpfen (einschließlich Zink und Blei) während des Raffinierens und Röstens, Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid während der meisten Schmelzvorgänge, Lärm von Brech- und Mahlvorgängen und von Öfen sowie Hitzestress die Öfen und Schwefelsäure und elektrische Gefahren während elektrolytischer Prozesse.

Tabelle 3 listet Umweltschadstoffe für verschiedene Schritte beim Schmelzen und Raffinieren von Zink auf.

Tabelle 3. Prozessmaterialinputs und Umweltverschmutzungsoutputs für das Schmelzen und Raffinieren von Zink

Verfahren	Materialeingang	Luftemissionen	Abfälle verarbeiten	Andere Abfälle
Zink kalzinieren	Zinkerz, Koks	Schwefeldioxid, zink- und bleihaltige Partikel		Saurer Pflanzenschlammschlamm
Zinkauslaugung	Zinkkalzin, Schwefelsäure, Kalkstein, verbrauchter Elektrolyt		Schwefelsäurehaltige Abwässer
Zinkreinigung	Zinksäurelösung, Zinkstaub		Schwefelsäurehaltige Abwässer, Eisen	Kupferkuchen, Cadmium
Zinkelektrogewinnung	Zink in schwefelsaurer/wässriger Lösung, Anoden aus Blei-Silber-Legierungen, Aluminiumkathoden, Bariumcarbonat oder Strontium, kolloidale Zusätze		Verdünnte Schwefelsäure	Schleime/Schlämme von Elektrolytzellen

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Mittwoch, März 16 2011 21: 05

Aluminiumschmelze und Raffination

Prozessübersicht

Bauxit wird im Tagebau gewonnen. Die reicheren Erze werden wie abgebaut verwendet. Die Erze geringerer Qualität können durch Zerkleinern und Waschen aufbereitet werden, um Ton- und Silica-Abfall zu entfernen. Die Herstellung des Metalls umfasst zwei grundlegende Schritte:

Verfeinerung. Herstellung von Tonerde aus Bauxit nach dem Bayer-Verfahren, bei dem Bauxit bei hoher Temperatur und hohem Druck in einer starken Natronlauge aufgeschlossen wird. Das resultierende Hydrat wird kristallisiert und in einem Ofen oder Wirbelbett-Kalzinator zum Oxid kalziniert.
eingrenzen. Reduktion von Aluminiumoxid zu jungfräulichem Aluminiummetall unter Verwendung des Hall-Heroult-Elektrolyseverfahrens unter Verwendung von Kohleelektroden und Kryolith-Flussmittel.

Experimentelle Entwicklungen deuten darauf hin, dass Aluminium in Zukunft durch direkte Reduktion aus dem Erz zu Metall reduziert werden kann.

Gegenwärtig sind zwei Haupttypen von elektrolytischen Hall-Heroult-Zellen in Gebrauch. Das sogenannte "Pre-Bake"-Verfahren verwendet Elektroden, die wie unten angegeben hergestellt sind. In solchen Schmelzhütten tritt die Exposition gegenüber polyzyklischen Kohlenwasserstoffen normalerweise in den Elektrodenherstellungsanlagen auf, insbesondere während Mischmühlen und Formpressen. Schmelzhütten, die die Zelle vom Soderberg-Typ verwenden, benötigen keine Einrichtungen zur Herstellung von gebrannten Kohlenstoffanoden. Vielmehr wird die Mischung aus Koks und Pechbindemittel in Trichter gegeben, deren untere Enden in die geschmolzene Kryolith-Aluminiumoxid-Badmischung eingetaucht sind. Wenn die Mischung aus Pech und Koks durch das geschmolzene Metall-Kryolith-Bad innerhalb der Zelle erhitzt wird, backt diese Mischung zu einer harten graphitischen Masse in situ. In die anodische Masse werden Metallstäbe als Leiter für einen elektrischen Gleichstromfluss eingesetzt. Diese Stäbe müssen regelmäßig ersetzt werden; beim Extrahieren dieser werden beträchtliche Mengen an flüchtigen Bestandteilen von Kohlenteerpech in die Zellenraumumgebung freigesetzt. Zu dieser Exposition werden die flüchtigen Pechbestandteile hinzugefügt, die beim Fortschreiten des Backens der Pechkoksmasse erzeugt werden.

In den letzten zehn Jahren hat die Industrie dazu tendiert, bestehende Reduktionsanlagen vom Typ Soderberg entweder nicht zu ersetzen oder zu modifizieren, als Folge der nachgewiesenen karzinogenen Gefahr, die sie darstellen. Darüber hinaus werden mit der zunehmenden Automatisierung des Betriebs von Reduktionszellen – insbesondere beim Wechseln von Anoden – Aufgaben häufiger von geschlossenen mechanischen Kränen durchgeführt. Folglich nehmen die Belastungen der Arbeitnehmer und das Risiko, die mit der Aluminiumschmelze verbundenen Erkrankungen zu entwickeln, in modernen Anlagen allmählich ab. Im Gegensatz dazu wird in jenen Volkswirtschaften, in denen angemessene Kapitalinvestitionen nicht leicht verfügbar sind, das Fortbestehen älterer, manuell betriebener Reduktionsverfahren weiterhin die Risiken jener Berufskrankheiten (siehe unten) darstellen, die zuvor mit Aluminiumreduktionsanlagen in Verbindung gebracht wurden. Tatsächlich wird diese Tendenz bei solchen älteren, nicht verbesserten Operationen tendenziell noch verstärkt, insbesondere wenn sie älter werden.

Herstellung von Kohlenstoffelektroden

Die Elektroden, die für die elektrolytische Reduktion vor dem Einbrennen zu reinem Metall erforderlich sind, werden normalerweise von einer Anlage hergestellt, die mit dieser Art von Aluminiumschmelzanlage verbunden ist. Die Anoden und Kathoden werden am häufigsten aus einer Mischung aus gemahlenem, aus Erdöl gewonnenem Koks und Pech hergestellt. Koks wird zunächst in Kugelmühlen gemahlen, dann gefördert und mechanisch mit dem Pech vermischt und schließlich in Formpressen zu Blöcken gegossen. Diese Anoden- oder Kathodenblöcke werden als nächstes mehrere Tage lang in einem gasbeheizten Ofen erhitzt, bis sie harte Graphitmassen bilden, aus denen im wesentlichen alle flüchtigen Bestandteile ausgetrieben sind. Schließlich werden sie an Anodenstäben befestigt oder gesägt, um die Kathodenstäbe aufzunehmen.

Es sei darauf hingewiesen, dass das zur Bildung solcher Elektroden verwendete Pech ein Destillat darstellt, das aus Kohle oder Erdölteer gewonnen wird. Bei der Umwandlung dieses Teers in Pech durch Erhitzen hat das endgültige Pechprodukt im Wesentlichen alle seine anorganischen Stoffe mit niedrigem Siedepunkt, z. B. SO, abgekocht₂sowie aliphatische Verbindungen und ein- und zweikernige aromatische Verbindungen. Daher sollte ein solches Pech bei seiner Verwendung nicht die gleichen Gefahren darstellen wie Kohle- oder Erdölteer, da diese Klassen von Verbindungen nicht vorhanden sein sollten. Es gibt einige Hinweise darauf, dass das karzinogene Potenzial solcher Pechprodukte möglicherweise nicht so groß ist wie das komplexere Gemisch aus Teeren und anderen flüchtigen Stoffen, das mit der unvollständigen Verbrennung von Kohle verbunden ist.

Gefahren und ihre Vermeidung

Die Gefahren und vorbeugenden Maßnahmen für Aluminiumschmelz- und Raffinationsprozesse sind im Grunde die gleichen wie beim Schmelzen und Raffinieren im Allgemeinen; Die einzelnen Prozesse weisen jedoch bestimmte spezifische Gefahren auf.

Bergbau

Obwohl in der Literatur sporadisch auf „Bauxit-Lunge“ Bezug genommen wird, gibt es kaum überzeugende Beweise dafür, dass eine solche Entität existiert. Es sollte jedoch die Möglichkeit des Vorhandenseins von kristallinem Siliziumdioxid in Bauxiterzen in Betracht gezogen werden.

Bayer-Verfahren

Die umfangreiche Verwendung von Natronlauge im Bayer-Prozess birgt häufig die Gefahr von Verätzungen der Haut und der Augen. Das Entkalken von Tanks durch Presslufthämmer ist für eine starke Lärmbelastung verantwortlich. Die potenziellen Gefahren, die mit dem Einatmen übermäßiger Dosen von bei diesem Verfahren erzeugtem Aluminiumoxid verbunden sind, werden nachstehend erörtert.

Alle am Bayer-Prozess beteiligten Arbeiter sollten gut über die Gefahren informiert sein, die mit dem Umgang mit Natronlauge verbunden sind. An allen gefährdeten Standorten sollten Augenspülbrunnen und -becken mit fließendem Wasser und Schwallduschen mit Hinweisen zur Erläuterung ihrer Verwendung bereitgestellt werden. PSA (z. B. Schutzbrillen, Handschuhe, Schürzen und Stiefel) sollten bereitgestellt werden. Duschen und doppelte Schließfächer (ein Schließfach für Arbeitskleidung, das andere für persönliche Kleidung) sollten bereitgestellt werden, und alle Mitarbeiter sollten ermutigt werden, sich am Ende der Schicht gründlich zu waschen. Alle Arbeiter, die mit geschmolzenem Metall umgehen, sollten mit Visieren, Atemschutzmasken, Stulpen, Schürzen, Armbinden und Gamaschen ausgestattet sein, um sie vor Verbrennungen, Staub und Dämpfen zu schützen. Arbeiter, die beim Gadeau-Niedertemperaturverfahren beschäftigt sind, sollten mit speziellen Handschuhen und Anzügen ausgestattet werden, um sie vor Salzsäuredämpfen zu schützen, die beim Anfahren der Zellen freigesetzt werden; Wolle hat sich als beständig gegen diese Dämpfe erwiesen. Atemschutzgeräte mit Aktivkohlepatronen oder mit Aluminiumoxid imprägnierten Masken bieten angemessenen Schutz gegen Pech- und Fluordämpfe; Zum Schutz vor Kohlenstaub sind effiziente Staubmasken erforderlich. Arbeiter mit stärkerer Staub- und Rauchbelastung, insbesondere in Söderberg-Betrieben, sollten mit luftversorgtem Atemschutzgerät ausgestattet werden. Da mechanisierte Potroom-Arbeiten von geschlossenen Kabinen aus ferngesteuert durchgeführt werden, werden diese Schutzmaßnahmen weniger notwendig.

Elektrolytische Reduktion

Die elektrolytische Reduktion setzt Arbeiter der Gefahr von Hautverbrennungen und Unfällen aufgrund von Spritzern geschmolzenen Metalls, Hitzestressstörungen, Lärm, elektrischen Gefahren, Kryolith- und Flusssäuredämpfen aus. Elektrolytische Reduktionszellen können große Mengen an Fluorid- und Aluminiumoxidstäuben freisetzen.

In Werkstätten zur Herstellung von Kohleelektroden sollten Absauganlagen mit Beutelfiltern installiert werden; Die Einhausung von Pech- und Kohlemahlgeräten minimiert die Exposition gegenüber erhitztem Pech und Kohlenstaub weiter effektiv. Regelmäßige Kontrollen der atmosphärischen Staubkonzentrationen sollten mit einem geeigneten Probenahmegerät durchgeführt werden. Bei staubexponierten Arbeitern sollten regelmäßige Röntgenuntersuchungen durchgeführt werden, denen bei Bedarf klinische Untersuchungen folgen sollten.

Um das Risiko des Umgangs mit Pech zu verringern, sollte der Transport dieses Materials so weit wie möglich mechanisiert werden (z. B. können beheizte Straßentankwagen verwendet werden, um flüssiges Pech zu den Werken zu transportieren, wo es automatisch in beheizte Pechtanks gepumpt wird). Regelmäßige Hautuntersuchungen zur Erkennung von Erythemen, Epitheliomen oder Dermatitis sind ebenfalls ratsam, und durch Schutzcremes auf Alginatbasis kann zusätzlicher Schutz geboten werden.

Arbeiter, die Heißarbeiten verrichten, sollten vor Beginn der Hitze angewiesen werden, die Flüssigkeitsaufnahme zu erhöhen und ihre Nahrung stark zu salzen. Sie und ihre Vorgesetzten sollten auch darin geschult werden, beginnende hitzebedingte Störungen bei sich und ihren Mitarbeitern zu erkennen. Alle hier arbeitenden Personen sollten geschult werden, um die erforderlichen Maßnahmen zu ergreifen, um das Auftreten oder Fortschreiten der Hitzestörungen zu verhindern.

Arbeitnehmer, die hohen Lärmpegeln ausgesetzt sind, sollten mit Gehörschutzausrüstung wie Ohrstöpseln ausgestattet werden, die den Durchgang von niederfrequentem Lärm zulassen (um die Wahrnehmung von Befehlen zu ermöglichen), aber die Übertragung von intensivem, hochfrequentem Lärm reduzieren. Darüber hinaus sollten sich Arbeitnehmer regelmäßig einer audiometrischen Untersuchung unterziehen, um einen Hörverlust festzustellen. Schließlich sollte das Personal auch für die Herz-Lungen-Wiederbelebung von Opfern von Stromschlagunfällen geschult werden.

Das Potenzial für Spritzer geschmolzenen Metalls und schwere Verbrennungen ist an vielen Stellen in Reduktionsanlagen und zugehörigen Betrieben weit verbreitet. Zusätzlich zu Schutzkleidung (z. B. Stulpen, Schürzen, Gamaschen und Gesichtsschutz) sollte das Tragen von synthetischer Kleidung verboten werden, da die Hitze von geschmolzenem Metall dazu führt, dass solche erhitzten Fasern schmelzen und an der Haut haften bleiben, was Hautverbrennungen weiter verstärkt.

Personen, die Herzschrittmacher tragen, sollten wegen des Risikos magnetfeldinduzierter Rhythmusstörungen von Repositionsoperationen ausgeschlossen werden.

Andere gesundheitliche Auswirkungen

Über die Gefährdung von Arbeitern, der allgemeinen Bevölkerung und der Umwelt durch die Emission von fluoridhaltigen Gasen, Rauch und Stäuben bei der Verwendung von Kryolith-Flussmittel wurde vielfach berichtet (siehe Tabelle 1). Bei Kindern, die in der Nähe schlecht kontrollierter Aluminiumhütten leben, wurde über unterschiedliche Grade von Fleckenbildung der bleibenden Zähne berichtet, wenn die Exposition während der Entwicklungsphase des Wachstums der bleibenden Zähne erfolgte. Bei Hüttenarbeitern vor 1950 oder dort, wo eine unzureichende Kontrolle der Fluoridabwässer andauerte, wurden knöcherne Fluorose in unterschiedlichem Ausmaß beobachtet. Das erste Stadium dieses Zustands besteht aus einer einfachen Zunahme der Knochendichte, die besonders in den Wirbelkörpern und im Becken ausgeprägt ist. Wenn Fluorid weiter in den Knochen absorbiert wird, ist als nächstes eine Verkalkung der Bänder des Beckens zu sehen. Schließlich werden bei extremer und längerer Fluoridbelastung Verkalkungen der paraspinalen und anderer Bandstrukturen sowie Gelenke festgestellt. Während dieses letzte Stadium in seiner schweren Form in Kryolith-Verarbeitungsanlagen beobachtet wurde, wurden solche fortgeschrittenen Stadien selten, wenn überhaupt, bei Arbeitern in Aluminiumhütten beobachtet. Offensichtlich sind die weniger schwerwiegenden Röntgenveränderungen in knöchernen und ligamentären Strukturen nicht mit Veränderungen der architektonischen oder metabolischen Funktion des Knochens verbunden. Durch ordnungsgemäße Arbeitspraktiken und angemessene Atemkontrolle können Arbeiter in solchen Reduktionsoperationen leicht daran gehindert werden, trotz 25 bis 40 Jahren solcher Arbeit eine der vorstehenden Röntgenveränderungen zu entwickeln. Schließlich sollte die Mechanisierung von Potroom-Operationen alle mit Fluorid verbundenen Gefahren minimieren, wenn nicht sogar vollständig eliminieren.

Tabelle 1. Prozessmaterialinput und Schadstoffausstoß beim Schmelzen und Raffinieren von Aluminium

Verfahren	Materialeingang	Luftemissionen	Abfälle verarbeiten	Andere Abfälle
Raffination von Bauxit	Bauxit, Natriumhydroxid	Partikel, Ätzmittel/Wasser Dampf		Rückstände, die Silizium, Eisen, Titan, Calciumoxide und Ätzmittel enthalten
Klärung und Ausfällung von Aluminiumoxid	Tonerdeschlamm, Stärke, Wasser		Stärke-, sand- und ätzmittelhaltiges Abwasser
Aluminiumoxid-Kalzinierung	Aluminiumhydrat	Feinstaub und Wasserdampf
Primär elektrolytisch Aluminiumschmelzen	Tonerde, Kohlenstoffanoden, Elektrolysezellen, Kryolith	Fluorid – sowohl gasförmig als auch Partikel, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, C₂F₆ ,CF₄ und perfluorierte Kohlenstoffe (PFC)		Verbrauchte Potliner

Seit den frühen 1980er Jahren wurde ein Asthma-ähnlicher Zustand bei Arbeitern in Aluminiumreduktions-Potrooms eindeutig nachgewiesen. Diese Abweichung, die als berufsbedingtes Asthma im Zusammenhang mit Aluminiumschmelzen (OAAAS) bezeichnet wird, ist durch variablen Luftstromwiderstand, bronchiale Hyperreaktivität oder beides gekennzeichnet und wird nicht durch Stimuli außerhalb des Arbeitsplatzes ausgelöst. Seine klinischen Symptome bestehen aus Keuchen, Engegefühl in der Brust und Atemlosigkeit sowie unproduktivem Husten, die normalerweise einige Stunden nach einer Exposition am Arbeitsplatz verzögert auftreten. Die Latenzzeit zwischen Beginn der Arbeitsexposition und dem Beginn von OAAAS ist sehr unterschiedlich und reicht von 1 Woche bis zu 10 Jahren, je nach Intensität und Art der Exposition. Der Zustand bessert sich normalerweise mit der Entfernung vom Arbeitsplatz nach den Ferien usw., wird jedoch häufiger und schwerwiegender bei fortgesetzter Arbeitsexposition.

Während das Auftreten dieses Zustands mit den Fluoridkonzentrationen im Potroom korreliert wurde, ist nicht klar, dass die Ätiologie der Störung speziell auf die Exposition gegenüber diesem chemischen Mittel zurückzuführen ist. Angesichts des komplexen Staub-Rauch-Gemischs (z. B. partikuläre und gasförmige Fluoride, Schwefeldioxid sowie geringe Konzentrationen der Oxide von Vanadium, Nickel und Chrom) ist es wahrscheinlicher, dass solche Fluoridmessungen ein Ersatz für dieses komplexe Rauchgemisch darstellen. Gase und Partikel in Potrooms gefunden.

Es scheint gegenwärtig, dass dieser Zustand zu einer zunehmend wichtigen Gruppe von Berufskrankheiten gehört: Berufsasthma. Der kausale Prozess, der zu dieser Störung führt, ist im Einzelfall schwer zu bestimmen. Anzeichen und Symptome von OAAAS können folgende Ursachen haben: vorbestehendes allergisches Asthma, unspezifische bronchiale Hyperreagibilität, reaktives Atemwegsdysfunktionssyndrom (RADS) oder echtes Berufsasthma. Die Diagnose dieses Zustands ist derzeit problematisch und erfordert eine kompatible Anamnese, das Vorhandensein einer variablen Luftstrombegrenzung oder, falls dies nicht der Fall ist, die Erzeugung einer pharmakologisch induzierten bronchialen Hyperreaktivität. Aber wenn letzteres nicht nachweisbar ist, ist diese Diagnose unwahrscheinlich. (Dieses Phänomen kann jedoch schließlich verschwinden, nachdem die Störung mit der Entfernung von Arbeitsbelastungen abgeklungen ist.)

Da diese Störung bei fortgesetzter Exposition tendenziell immer schwerer wird, müssen betroffene Personen in der Regel von fortgesetzten Arbeitsexpositionen entfernt werden. Während Personen mit vorbestehendem atopischem Asthma anfangs von Zellenräumen mit Aluminiumreduktion ausgeschlossen werden sollten, kann das Fehlen einer Atopie nicht vorhersagen, ob dieser Zustand nach einer Exposition am Arbeitsplatz auftritt.

Derzeit gibt es Berichte, die darauf hindeuten, dass Aluminium bei Arbeitern, die dieses Metall schmelzen und schweißen, mit Neurotoxizität in Verbindung gebracht werden kann. Es wurde eindeutig gezeigt, dass Aluminium über die Lunge aufgenommen und in höheren Konzentrationen als normal mit dem Urin ausgeschieden wird, insbesondere bei Arbeitern in Reduktionszellen. Ein Großteil der Literatur zu neurologischen Wirkungen bei solchen Arbeitern leitet sich jedoch von der Annahme ab, dass die Aluminiumabsorption zu einer Neurotoxizität beim Menschen führt. Dementsprechend muss der Zusammenhang zwischen Aluminium und beruflicher Neurotoxizität zum jetzigen Zeitpunkt als spekulativ angesehen werden, bis solche Assoziationen besser reproduzierbar nachweisbar sind.

Da beim Anodenwechsel oder bei anderen anstrengenden Arbeiten in Gegenwart von geschmolzenem Kryolith und Aluminium zeitweise mehr als 300 kcal/h verbraucht werden müssen, kann es bei Hitzeperioden zu Überhitzungsstörungen kommen. Solche Episoden treten am wahrscheinlichsten auf, wenn das Wetter anfänglich von gemäßigten zu heißen, feuchten Bedingungen des Sommers wechselt. Außerdem prädisponieren auch Arbeitspraktiken, die zu einem beschleunigten Anodenwechsel oder einer Beschäftigung über zwei aufeinanderfolgende Arbeitsschichten bei heißem Wetter führen, Arbeiter für solche Hitzestörungen. Arbeiter, die unzureichend hitzeakklimatisiert oder körperlich konditioniert sind, deren Salzaufnahme unzureichend ist oder die zwischenzeitlich oder kürzlich erkrankt sind, sind besonders anfällig für die Entwicklung von Hitzeerschöpfung und/oder Hitzekrämpfen, während sie solche anstrengenden Aufgaben ausführen. Hitzschlag ist bei Arbeitern in Aluminiumschmelzen aufgetreten, aber selten, außer bei denen mit bekannten prädisponierenden Gesundheitsveränderungen (z. B. Alkoholismus, Alterung).

Es wurde gezeigt, dass die Exposition gegenüber polyzyklischen Aromaten, die mit dem Einatmen von Pechdämpfen und Partikeln verbunden sind, insbesondere das Personal der Reduktionszelle vom Soderberg-Typ einem übermäßigen Risiko aussetzt, Harnblasenkrebs zu entwickeln. das überschüssige Krebsrisiko ist weniger gut etabliert. Es wird davon ausgegangen, dass Arbeiter in Kohleelektrodenfabriken, in denen Mischungen aus erhitztem Koks und Teer erhitzt werden, ebenfalls einem solchen Risiko ausgesetzt sind. Nach mehrtägigem Einbrennen von Elektroden bei ca. 1,200 °C sind polyzyklische aromatische Verbindungen jedoch praktisch vollständig verbrannt bzw. verflüchtigt und gehen nicht mehr mit solchen Anoden oder Kathoden einher. Daher wurde nicht so deutlich gezeigt, dass die Reduktionszellen, die vorgebackene Elektroden verwenden, ein übermäßiges Risiko für die Entwicklung dieser bösartigen Erkrankungen darstellen. Andere Neoplasien (z. B. nicht-granulozytäre Leukämie und Hirntumoren) wurden bei Aluminiumreduktionsoperationen vermutet; derzeit sind solche Beweise fragmentarisch und widersprüchlich.

In der Nähe der Elektrolysezellen erzeugt die Verwendung von pneumatischen Krustenbrechern in den Potrooms Geräuschpegel in der Größenordnung von 100 dBA. Die elektrolytischen Reduktionszellen werden in Reihe von einer Niederspannungs-Hochstromversorgung betrieben, und folglich sind Fälle von Stromschlägen normalerweise nicht schwerwiegend. Im Kraftwerkshaus jedoch, wo die Hochspannungsversorgung in das Reihenschaltungsnetz der Töpferei mündet, kann es zu schweren Unfällen mit elektrischen Schlägen kommen, insbesondere da die elektrische Versorgung ein Wechselstrom mit hoher Spannung ist.

Da Gesundheitsbedenken in Bezug auf Expositionen im Zusammenhang mit elektromagnetischen Feldern geäußert wurden, wurde die Exposition von Arbeitern in dieser Branche in Frage gestellt. Es muss beachtet werden, dass die den elektrolytischen Reduktionszellen zugeführte Leistung Gleichstrom ist; Dementsprechend sind die in den Potrooms erzeugten elektromagnetischen Felder hauptsächlich vom statischen oder stehenden Feldtyp. Im Gegensatz zu niederfrequenten elektromagnetischen Feldern zeigen solche Felder noch weniger leicht konsistente oder reproduzierbare biologische Wirkungen, entweder experimentell oder klinisch. Außerdem wird festgestellt, dass die in heutigen Zellenräumen gemessenen Flusspegel der Magnetfelder im Allgemeinen innerhalb der derzeit vorgeschlagenen vorläufigen Schwellenwerte für statische Magnetfelder, Sub-Hochfrequenz- und statische elektrische Felder liegen. Exposition gegenüber ultraniederfrequenten elektromagnetischen Feldern tritt auch in Reduktionsanlagen auf, insbesondere an den entfernten Enden dieser Räume neben Gleichrichterräumen. Die in den nahe gelegenen Potrooms gefundenen Flusswerte sind jedoch minimal und liegen weit unter den gegenwärtigen Standards. Schließlich wurden keine kohärenten oder reproduzierbaren epidemiologischen Beweise für gesundheitsschädliche Auswirkungen durch elektromagnetische Felder in Aluminiumreduktionsanlagen überzeugend nachgewiesen.

Elektrodenherstellung

Arbeiter, die mit Pechdämpfen in Kontakt kommen, können Hautrötungen entwickeln; Sonneneinstrahlung führt zu einer Photosensibilisierung mit erhöhter Reizung. Fälle von lokalisierten Hauttumoren sind bei Kohleelektrodenarbeitern aufgetreten, bei denen eine unzureichende persönliche Hygiene praktiziert wurde; nach Exzision und Arbeitsplatzwechsel wird in der Regel keine weitere Ausbreitung oder Rezidive festgestellt. Bei der Elektrodenherstellung können erhebliche Mengen an Kohle- und Pechstaub entstehen. Wo solche Staubexpositionen schwerwiegend und unzureichend kontrolliert waren, gab es gelegentlich Berichte, dass Hersteller von Kohleelektroden eine einfache Pneumokoniose mit fokalem Emphysem entwickeln können, die durch die Entwicklung massiver fibrotischer Läsionen kompliziert wird. Sowohl die einfache als auch die komplizierte Pneumokoniose sind nicht von der entsprechenden Erkrankung der Kohlenarbeiter-Pneumokoniose zu unterscheiden. Beim Mahlen von Koks in Kugelmühlen entstehen Geräuschpegel von bis zu 100 dBA.

Anmerkung der Redaktion: Die Aluminium produzierende Industrie wurde von der International Agency for Research on Cancer (IARC) als bekannter Verursacher von Krebserkrankungen der Gruppe 1 eingestuft. Eine Vielzahl von Expositionen wurde mit anderen Krankheiten in Verbindung gebracht (z. B. „Potroom-Asthma“), die an anderer Stelle in diesem Dokument beschrieben werden Enzyklopädie.

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Mittwoch, März 16 2011 21: 06

Goldschmelze und Raffination

Adaptiert aus der 3. Auflage, Enzyklopädie des Arbeitsschutzes.

Goldabbau wird im kleinen Maßstab von einzelnen Prospektoren (z. B. in China und Brasilien) und im großen Maßstab in Untertageminen (z. B. in Südafrika) und im Tagebau (z. B. in den Vereinigten Staaten) durchgeführt.

Die einfachste Methode der Goldgewinnung ist das Panning, bei dem eine runde Schale mit goldhaltigem Sand oder Kies gefüllt, unter einen Wasserstrahl gehalten und verwirbelt wird. Der hellere Sand und Kies werden allmählich abgewaschen, wobei die Goldpartikel in der Nähe der Pfannenmitte zurückbleiben. Fortgeschrittenerer hydraulischer Goldabbau besteht darin, einen starken Wasserstrahl gegen den goldhaltigen Kies oder Sand zu richten. Dieser zerkleinert das Material und wäscht es durch spezielle Schleusen weg, in denen sich das Gold absetzt, während der leichtere Kies abgeschwommen wird. Für den Flussabbau werden Elevatorbagger verwendet, die aus Booten mit flachem Boden bestehen, die mit einer Kette kleiner Eimer Material vom Flussboden aufnehmen und in einen Siebbehälter (Trommel) entleeren. Das Material wird in der Trommel gedreht, während Wasser darauf gerichtet wird. Der goldhaltige Sand sinkt durch Perforationen in der Trommel und fällt zur weiteren Konzentration auf Rütteltische.

Es gibt zwei Hauptmethoden für die Gewinnung von Gold aus Erz. Dies sind die Prozesse von Verschmelzung und Zyanidierung. Der Amalgamierungsprozess basiert auf der Fähigkeit von Gold, sich mit metallischem Quecksilber zu legieren, um Amalgame unterschiedlicher Konsistenz zu bilden, von fest bis flüssig. Durch Abdestillieren des Quecksilbers lässt sich das Gold recht einfach aus dem Amalgam entfernen. Bei der internen Amalgamierung wird das Gold gleichzeitig mit dem Brechen des Erzes in der Brechanlage getrennt. Das aus der Apparatur entnommene Amalgam wird in speziellen Becken mit Wasser von Beimischungen freigewaschen. Anschließend wird das restliche Quecksilber aus dem Amalgam herausgepresst. Bei der externen Amalgamierung wird das Gold außerhalb des Zerkleinerungsapparates in Amalgamatoren oder Schleusen (ein mit Kupferblechen bedeckter geneigter Tisch) abgetrennt. Bevor das Amalgam entfernt wird, wird frisches Quecksilber hinzugefügt. Das gereinigte und gewaschene Amalgam wird dann gepresst. Bei beiden Verfahren wird das Quecksilber durch Destillation aus dem Amalgam entfernt. Der Verschmelzungsprozess ist heute aus Umweltgründen selten, außer im Kleinbergbau.

Die Gewinnung von Gold mittels Cyanidierung beruht auf der Fähigkeit von Gold, ein stabiles wasserlösliches Doppelsalz KAu(CN) zu bilden₂ in Kombination mit Kaliumcyanid in Verbindung mit Sauerstoff. Der beim Zerkleinern von Golderz anfallende Brei besteht aus größeren kristallinen Partikeln, bekannt als Sande, und kleineren amorphen Partikeln, bekannt als Schlick. Der Sand, der schwerer ist, lagert sich am Boden der Vorrichtung ab und lässt Lösungen (einschließlich Schlick) passieren. Der Goldextraktionsprozess besteht darin, fein gemahlenes Erz in eine Laugungswanne zu leiten und eine Lösung aus Kalium- oder Natriumcyanid dadurch zu filtern. Der Schlick wird durch Zugabe von Verdickungsmitteln und durch Vakuumfiltration von den Goldcyanidlösungen getrennt. Die Haufenlaugung, bei der die Cyanidlösung über einen eingeebneten Haufen aus grob zerkleinertem Erz gegossen wird, wird immer beliebter, insbesondere bei Erzen mit niedrigem Gehalt und Minenrückständen. In beiden Fällen wird das Gold durch Zugabe von Aluminium- oder Zinkstaub aus der Goldcyanidlösung zurückgewonnen. In einem separaten Arbeitsgang wird konzentrierte Säure in einen Aufschlussreaktor gegeben, um das Zink oder Aluminium aufzulösen, wobei das feste Gold zurückbleibt.

Unter dem Einfluss von Kohlensäure, Wasser und Luft sowie den im Erz vorhandenen Säuren zersetzen sich die Cyanidlösungen und geben Blausäuregas ab. Um dies zu verhindern, wird Alkali zugesetzt (Kalk oder Natronlauge). Cyanwasserstoff entsteht auch, wenn die Säure zum Auflösen des Aluminiums oder Zinks zugegeben wird.

Eine andere Cyanidierungstechnik beinhaltet die Verwendung von Aktivkohle, um das Gold zu entfernen. Der Goldcyanidlösung werden vor dem Aufschlämmen mit Aktivkohle Verdickungsmittel zugesetzt, um die Aktivkohle in Schwebe zu halten. Die goldhaltige Holzkohle wird durch Sieben entfernt und das Gold mit konzentriertem alkalischem Cyanid in alkoholischer Lösung extrahiert. Das Gold wird dann durch Elektrolyse zurückgewonnen. Die Holzkohle kann durch Rösten reaktiviert und das Cyanid zurückgewonnen und wiederverwendet werden.

Sowohl beim Amalgamieren als auch beim Cyanidieren entsteht Metall, das eine beträchtliche Menge an Verunreinigungen enthält, wobei der Gehalt an reinem Gold selten 900 Promille Feinheit überschreitet, es sei denn, es wird weiter elektrolytisch raffiniert, um einen Feinheitsgrad von bis zu 999.8 Promille und mehr zu erzeugen.

Gold wird auch als Nebenprodukt bei der Verhüttung von Kupfer, Blei und anderen Metallen gewonnen (siehe Artikel „Verhüttung und Raffination von Kupfer, Blei und Zink“ in diesem Kapitel).

Gefahren und ihre Vermeidung

In großen Tiefen vorkommendes Golderz wird im Untertagebau abgebaut. Dies erfordert Maßnahmen zur Verhinderung der Staubbildung und -ausbreitung im Grubenbau. Die Trennung von Gold aus arsenhaltigen Erzen führt zu einer Arsenexposition von Minenarbeitern und zu einer Verschmutzung von Luft und Boden mit arsenhaltigem Staub.

Bei der Quecksilbergewinnung von Gold können Arbeiter hohen Quecksilberkonzentrationen in der Luft ausgesetzt sein, wenn Quecksilber in die Schleusen eingebracht oder daraus entfernt wird, wenn das Amalgam gereinigt oder gepresst wird und wenn das Quecksilber abdestilliert wird; Quecksilbervergiftungen wurden unter Arbeitern in der Verschmelzung und Destillation gemeldet. Das Risiko einer Quecksilberexposition bei Fusionen ist in mehreren Ländern im Fernen Osten und in Südamerika zu einem ernsthaften Problem geworden.

Bei Amalgamierungsprozessen muss das Quecksilber auf die Schleusen gegeben und das Amalgam so entfernt werden, dass sichergestellt ist, dass das Quecksilber nicht mit der Haut der Hände in Berührung kommt (durch Verwendung von Schaufeln mit langen Stielen, quecksilberundurchlässiger Schutzkleidung und bald). Die Verarbeitung des Amalgams und das Entfernen oder Pressen von Quecksilber muss ebenfalls so vollständig wie möglich mechanisiert sein, ohne dass die Möglichkeit besteht, dass die Hände mit Quecksilber in Berührung kommen; die Verarbeitung von Amalgam und das Abdestillieren von Quecksilber müssen in getrennten, isolierten Räumen durchgeführt werden, in denen Wände, Decken, Fußböden, Geräte und Arbeitsflächen mit Materialien bedeckt sind, die Quecksilber oder seine Dämpfe nicht absorbieren; Alle Oberflächen müssen regelmäßig gereinigt werden, um alle Quecksilberablagerungen zu entfernen. Alle Räumlichkeiten, die für Arbeiten vorgesehen sind, bei denen Quecksilber verwendet wird, müssen mit einer allgemeinen und örtlichen Absaugung ausgestattet sein. Diese Lüftungssysteme müssen in Räumen, in denen Quecksilber abdestilliert wird, besonders effizient sein. Quecksilbervorräte sind in hermetisch verschlossenen Metallbehältern unter einer speziellen Abzugshaube zu lagern; Arbeitnehmer müssen mit der für die Arbeit mit Quecksilber erforderlichen PSA ausgestattet werden; und die Luft muss in Räumen, die zum Amalgamieren und Destillieren verwendet werden, systematisch überwacht werden. Es sollte auch eine medizinische Überwachung geben.

Die Belastung der Luft durch Blausäure in Cyanidanlagen ist abhängig von der Lufttemperatur, der Belüftung, der zu verarbeitenden Materialmenge, der Konzentration der verwendeten Cyanidlösungen, der Qualität der Reagenzien und der Anzahl offener Anlagen. Die medizinische Untersuchung von Arbeitern in goldgewinnenden Fabriken hat neben einer hohen Häufigkeit von allergischer Dermatitis, Ekzemen und Pyodermie (einer akuten entzündlichen Hauterkrankung mit Eiterbildung) Symptome einer chronischen Blausäurevergiftung ergeben.

Besonders wichtig ist die richtige Organisation der Herstellung von Cyanidlösungen. Wenn das Öffnen von Fässern mit Cyanidsalzen und das Einfüllen dieser Salze in Auflösewannen nicht mechanisiert erfolgt, kann es zu einer erheblichen Kontamination durch Cyanidstaub und Blausäuregas kommen. Cyanidlösungen sollten über geschlossene Systeme mit automatischen Dosierpumpen zugeführt werden. In Goldcyanidierungsanlagen muss der richtige Alkalitätsgrad in allen Cyanidierungsapparaten eingehalten werden; Darüber hinaus müssen Zyanidgeräte hermetisch abgedichtet und mit LEV ausgestattet sein, die durch eine angemessene allgemeine Belüftung und Lecküberwachung unterstützt werden. Alle Zyanidgeräte sowie die Wände, Böden, Freiflächen und Treppen des Betriebsgeländes müssen mit porenfreien Materialien abgedeckt und regelmäßig mit schwach alkalischen Lösungen gereinigt werden.

Die Verwendung von Säuren zum Abbau von Zink bei der Verarbeitung von Goldschlamm kann Blausäure und Arsenwasserstoff freisetzen. Diese Arbeiten müssen daher in speziell ausgestatteten und abgetrennten Räumlichkeiten unter Verwendung lokaler Abzugshauben durchgeführt werden.

Das Rauchen sollte verboten werden, und den Arbeitnehmern sollten getrennte Einrichtungen zum Essen und Trinken zur Verfügung gestellt werden. Eine Erste-Hilfe-Ausrüstung sollte verfügbar sein und Material zum sofortigen Entfernen jeglicher Cyanidlösung enthalten, die mit dem Körper der Arbeiter in Kontakt kommt, sowie Gegenmittel für eine Cyanidvergiftung. Arbeiter müssen mit persönlicher Schutzkleidung ausgestattet werden, die gegen Cyanidverbindungen undurchlässig ist.

Auswirkungen auf die Umwelt

Es gibt Hinweise auf die Exposition gegenüber metallischem Quecksilberdampf und die Methylierung von Quecksilber in der Natur, insbesondere dort, wo das Gold verarbeitet wird. In einer Studie über Wasser, Siedlungen und Fische aus Goldminengebieten Brasiliens übertrafen die Quecksilberkonzentrationen in essbaren Teilen von lokal verzehrtem Fisch fast das 6-fache des brasilianischen Richtwerts für den menschlichen Verzehr (Palheta und Taylor 1995). In einem kontaminierten Gebiet Venezuelas verwenden Goldsucher seit vielen Jahren Quecksilber, um Gold von goldhaltigem Sand und Gesteinspulver zu trennen. Der hohe Quecksilbergehalt im oberirdischen Boden und in den Gummisedimenten des kontaminierten Gebiets stellt ein ernsthaftes Arbeits- und Gesundheitsrisiko dar.

Die Zyanidkontamination des Abwassers ist ebenfalls ein großes Problem. Zyanidlösungen sollten vor der Freisetzung behandelt oder zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Emissionen von Cyanwasserstoffgas, beispielsweise im Faulreaktor, werden mit einem Wäscher behandelt, bevor sie aus dem Schornstein abgeführt werden.

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Veröffentlicht in Schmelz- und Raffinationsbetriebe

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