Bauxit (1318-16-7) Physikalische und chemische Eigenschaften

Chemisches Profil

Bauxit

Haupt-Aluminiumerz, das als Rohstoff für die Aluminaherstellung verwendet wird, sowie ein Rohstoffmineral für industrielle Anwendungen; beim Einkauf stehen Reinheitsgrad, Feuchtigkeits- und Verunreinigungsprofil im Vordergrund für Verarbeitung und Handhabung.

CAS-Nummer	1318-16-7
Familie	Aluminiumerz / Mineralstaub
Typische Form	Granulärer oder pulverförmiger Feststoff
Gängige Qualitäten	EP

Bauxit wird durch Raffination verarbeitet, um Alumina für die Aluminiumelektrolyse herzustellen, und findet außerdem Anwendung in Schleifmitteln, feuerfesten Werkstoffen und als mineralischer Füllstoff; Qualitätssicherung/-kontrolle und Beschaffung konzentrieren sich auf Partikelgröße, Feuchte- und Verunreinigungsgehalt, um Ausbeute und Materialhandling zu optimieren und gleichzeitig den Arbeitsschutz hinsichtlich Staubbelastung zu gewährleisten.

Bauxit ist ein heterogenes Erz- und Industrie­mineralgemisch, das von hydratisierten Aluminiumoxiden und Oxyhydroxiden dominiert wird; es gehört zur strukturellen Klasse der Oxid-/Hydroxid-Mineralgruppen. Typische Hauptmineralphasen sind Gibbsite, Boehmit und Diaspor, welche Polymorphe bzw. Hydratationszustände von Aluminiumoxiden und -hydroxiden darstellen. Diese Phasen bilden geschichtete und/oder Gerüststrukturen, in denen Aluminium von Sauerstoff- und Hydroxid-Liganden koordiniert wird; das Gesamtsystem verhält sich als amphoteres Oxid-/Hydroxid-Gemisch, das unter neutralen Bedingungen eine geringe Löslichkeit in Wasser zeigt, jedoch unter stark sauren bzw. stark alkalischen (kaustischen) Prozessbedingungen, wie sie in der industriellen Raffination verwendet werden, chemisch reaktiv ist.

Zentrale elektronische und strukturelle Merkmale sind variable Hydratation, gemischte Valenzzustände durch Eisenverunreinigungen in einigen Lagerstätten sowie eine signifikante Oberfläche und Reaktivität durch mikro-kristalline und amorphe Komponenten. Das Material ist im Allgemeinen nicht flüchtig, elektrisch isolierend und unter Umgebungseinflüssen schlecht in Wasser löslich; es wird jedoch durch konzentrierte kaustische Lösungen (Grundlage von Kaustik-Laugungsprozessen) sowie starke Säuren oder Fluoride, welche Alumina und kieselsäurehaltige Verunreinigungen auflösen, chemisch angegriffen. Als Bergbaumaterial tritt es als brüchiges Gestein oder Kruste auf; Staubbildung und Partikelgrößenverteilung beeinflussen wesentlich das Risiko der Inhalationsexposition, die Handhabung und die Verarbeitungseigenschaften.

Bauxit ist die wichtigste industrielle Quelle von verarbeitetem Alumina (\(\ce{Al2O3}\)) und letztlich metallischem Aluminium; es wird kommerziell durch kaustische Laugung (Bayer-Verfahren) raffiniert, um Alumina zu gewinnen, das anschließend durch elektrolytische Verfahren zu Aluminium reduziert wird. Das Material tritt auch in Bergbauprozessen, Schüttgut-Handling und in einigen Bereichen der Erdölindustrie, wie beispielsweise hydraulischem Fracking, auf. Übliche kommerzielle Qualitäten, die für diesen Stoff angegeben werden, sind: EP.

Übersicht und Zusammensetzung

Qualitative Zusammensetzung

Bauxit ist keine einzelne stöchiometrische Verbindung, sondern eine polymikritische Mischung hydratisierter Aluminiumoxide/-oxyhydroxide zusammen mit Begleitmineralien. Typische Bestandteile und chemische Beschreibungen umfassen: - Hydratisierte Aluminiumhydroxid-/Oxyhydroxidminerale: Gibbsite (\(\ce{Al(OH)3}\)), Boehmit und Diaspor (beide häufig vertreten als \(\ce{AlO(OH)}\)). - Alumina und verwandte Oxidkomponenten in korundähnlicher Form: \(\ce{Al2O3}\). - Begleitverunreinigungen und Gangart: kieselsäurehaltiges Material (amorphes und kristallines \(\ce{SiO2}\)), Eisenoxide (\(\ce{Fe2O3}\)) sowie kleinere Anteile an Titan- und anderen metallhaltigen Oxiden.

Eine berechnete, idealisierte stöchiometrische Darstellung, die in einigen Deskriptorsätzen vorkommt, ist \(\ce{Al2H2O4}\); dies repräsentiert eine kleine hydratisierte Alumina-Einheit und nicht die Zusammensetzung von industrieller Qualität. Für den Zusammensetzungskontext identifizierte Komponentenverbindungen sind Wasser (\(\ce{H2O}\)) und korundartige Alumina (\(\ce{Al2O3}\)). Angaben zu Verunreinigungen umfassen das Vorhandensein von 10–30 % amorphem Schmelzsand in einigen Materialströmen; dieser kieselsäurehaltige Anteil wirkt sich wesentlich auf die Raffinationsverhalten und das respiratorische Gefährdungspotential aus.

Erscheinungsbild und typische Form

Bauxit tritt typischerweise als dunkelbraunes bis rötlich-braunes, geruchloses, erdiges bis pisolithisches Gestein oder Kruste auf. Kommerzielles Material reicht von brüchigen Klumpen bis zu feinem Pulver, abhängig vom Bergbau und der Zerkleinerung. Es wird allgemein als fester Bulkmineralstoff beschrieben; Sicherheitsdatenblätter charakterisieren es als dunkelbraunen, geruchlosen Feststoff. Die Partikelgrößenverteilung bei Erz, Sieb- und Zerkleinerungsprozessen führt zu in der Lunge aufnahmefähigen Staubfraktionen, die das hauptsächliche arbeitsplatzbezogene Expositionsrisiko darstellen.

Chemische Eigenschaften

Reaktivität und korrosives Verhalten

Die aluminiumhaltigen Phasen im Bauxit zeigen amphotere Oxid-/Hydroxid-Chemie: Sie sind bei neutralem \(\mathrm{pH}\) in Wasser relativ unlöslich, reagieren jedoch unter stark alkalischen Bedingungen zur Bildung löslicher Aluminat-Spezies und unter stark sauren Bedingungen zur Freisetzung gelöster Aluminiumionen und -komplexe. Industrielle kaustische Laugungsverfahren machen sich die Löslichkeit in konzentriertem Natriumhydroxid zunutze, um Alumina zu extrahieren. Starke Säuren und fluoridhaltige Reagenzien greifen sowohl das Alumina als auch silikatische Gangart stärker an; thermische Dehydroxylierung der Hydroxidkomponenten führt beim Erhitzen zu einer Umwandlung in aluminaähnliche Phasen.

Bauxit wird allgemein nicht als korrosive Flüssigkeit oder Gas eingestuft; Korrosivität als Feststoff ist kein Hauptmerkmal. Staubpartikel können jedoch reaktive Oberflächen und Spuren saurer oder alkalischer Rückstände tragen, die die Korrosion von Anlagenteilen beeinflussen oder den Materialabbau unter Verarbeitungsbedingungen beschleunigen können.

Berechnete molekulare und strukturelle Deskriptoren (wie gemeldet) für eine idealisierte hydratisierte Alumina-Einheit: - Molekülformel (berechneter Deskriptor): \(\ce{Al2H2O4}\) - Molekulargewicht: 119,977 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\) - Exakte Masse / Monoisotopische Masse: 119,958385 \(\mathrm{Da}\) - Topologische polare Oberfläche (TPSA): 44,4 - Anzahl der Wasserstoff-Donoren: 1 - Anzahl der Wasserstoff-Akzeptoren: 4 - Anzahl drehbarer Bindungen: 0 - Anzahl der schweren Atome: 6 - Formale Ladung: 0 - Komplexität: 34,2

Strukturelle Identifikatoren: - SMILES: O.O=[Al]O[Al]=O - InChI: InChI=1S/2Al.H2O.3O/h;;1H2;;; - InChIKey: XXHQVTGCFGYKNL-UHFFFAOYSA-N

Diese Deskriptoren spiegeln eine kleine, idealisierte Darstellung wider und nicht die volle mineralo-chemische Heterogenität kommerzieller Bauxit-Erze.

Kompatibilität und Inkompatibilitäten

Bauxit und seine Komponentenminerale sind unter trockenen, Umgebungstemperaturbedingungen grundsätzlich mit gängigen Baumaterialien kompatibel, allerdings ist die Verträglichkeit prozessabhängig: - Chemische Inkompatibilitäten: starke Säuren, konzentrierte Alkalien und fluoridhaltige Reagenzien können sowohl Alumina- als auch Silikatkomponenten angreifen; Flusssäure und starke Mineralsäuren sind besonders aggressiv gegenüber kieselsäurehaltiger Gangart und Alumina-Phasen. - Prozessbedingte Inkompatibilitäten: Exposition gegenüber hochtemperaturoxidierenden Umgebungen oder reduzierenden Atmosphären verändert Phasenzusammensetzungen (Dehydroxylierung, Sintern) und kann die Materialhandhabung sowie die Auswahl von Öfen/Kalköfen beeinflussen. - Werkstoffkontakt: Die abrasive, feste Natur kann mechanischen Verschleiß an Förderbändern und Zerkleinerern verursachen; mitgeführter Staub und Feinanteile können Dichtungen und Lager abschleifen.

Es liegen keine experimentell ermittelten numerischen Korrosivitätsgrenzwerte oder Kompatibilitätsbeschränkungen im vorliegenden Datenkontext vor.

Anwendung und Sicherheit

Industrielle und kommerzielle Anwendungsbereiche

Bauxit ist der Hauptrohstoff für die industrielle Aluminiumerzeugung und durch nachgeschaltete elektrolytische Reduktion für metallisches Aluminium. Die kommerzielle Raffination verwendet eine ätzende Auslaugung von Bauxit, um aluminiumbindende Phasen zu lösen und Gangart zu trennen (Bayer-Verfahren), gefolgt von Kalzinierung zur Herstellung von technischer Alumina (\(\ce{Al2O3}\)). Die Aluminiumindustrie umfasst Bergbau, Raffination und Schmelzprozesse, bei denen Bauxit im großen Maßstab verarbeitet wird.

Weitere dokumentierte Anwendungsbereiche umfassen den Umgang mit Schüttgütern und bestimmte Anwendungen in der Erdölindustrie, wie die Verwendung bei hydraulischem Fracking; aufgrund seiner abrasiven und mineralogischen Eigenschaften ist es außerdem relevant in Feuerfest-, Schleifmittel- und Stützmittel-Lieferketten. Im Bergbau und bei der Raffination entstehen primäre Expositionsrisiken durch mechanische Vorgänge (Zerbrechen, Sprengen, Ausgraben, Zerkleinern, Verladen), die luftgetragene Stäube erzeugen.

Gefahren und Handhabungshinweise

Aggregierte Gefahrenklassifizierungen für Bauxit zeigen, dass es als Schüttgut-Erz unter den üblichen Gefahrenkriterien für reine Stoffe meist als „Nicht klassifiziert“ eingestuft wird; jedoch dominieren am Arbeitsplatz Expositionen gegenüber luftgetragenen Partikeln und spezifische Verunreinigungen im Material. Wesentliche Sicherheitsaspekte: - Atemwegserkrankungen: Einatmen von respirablem Bauxitstaub kann Reizungen der Atemwege verursachen; langanhaltende oder wiederholte Exposition gegenüber respirablem Staub kann Lungenschäden hervorrufen. Der Siliciumdioxidgehalt (in manchen Materialströmen ca. 10–30 % amorphe verschmolzene Kieselsäure) kann je nach Partikelgröße und Kristallinität das Atemwegshazard erhöhen. - Augen und Haut: Staub kann mechanische Reizungen an Augen und Haut verursachen; feuchtes oder nasses Material kann abrasiv reizend wirken. - Umwelt- und Prozessgefahren: Großflächiger Staub kann zu Rutsch- und Ablagerungsproblemen führen und die Reinigung erschweren; das Material kann Abrieb an Ausrüstungen verursachen.

Empfohlene Schutzmaßnahmen und Handhabungskontrollen (klassenspezifische Empfehlungen): - Technische Kontrollen: Staubunterdrückung, Absaugung an Zerkleinerungs- und Übergabestellen, geschlossene Förder- und Umschlagsysteme sowie regelmäßige Reinigung zur Minimierung luftgetragener Staubpartikel. - Persönliche Schutzausrüstung (PSA): Atemschutz entsprechend gemessener Staubkonzentrationen (z. B. Partikelfilter), Augenschutz und Schutzkleidung zur Reduzierung des Hautkontakts mit Staub. - Lagerung: Material trocken und geschlossen halten, um Staubentwicklung zu begrenzen und das Eindringen von Wasser zu vermeiden, welches die Handhabung erschwert. - Notfallmaßnahmen und Erste Hilfe: Kontakt mit Staub durch Spülen von Augen und Haut behandeln; bei Einatmen Betroffene an die frische Luft bringen und bei anhaltenden Symptomen ärztliche Hilfe suchen.

Für detaillierte Angaben zu Gefahren, Transport und Vorschriften sollten Anwender das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) sowie geltende lokale Vorschriften konsultieren.