Das Bayer-Verfahren ist ein industrielles Verfahren, bei dem Bauxit zu Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid gereinigt wird. Benannt nach Karl Bayer, der es Ende des 19. Jahrhunderts entwickelte, ist dieses Verfahren ein wesentlicher Zwischenschritt bei der Herstellung von Aluminiummetall. Aluminiumoxid wird durch eine Reihe kontrollierter chemischer Reaktionen aus Bauxit, einem natürlich vorkommenden Aluminiumerz, hergestellt. Der Bayer-Prozess umfasst drei Hauptschritte: Extraktion, Fällung und Kalzinierung.
Bauxit enthält die aluminiumhaltigen Mineralien Böhmit, Gibbsit und Diaspor. Um diese Mineralien und das darin enthaltene Aluminiumoxid zu extrahieren, muss der Bauxit in kleine Partikel zermahlen und in Natriumhydroxid, einer ätzenden Flüssigkeit, gelöst werden. Während dieses Aufschlussprozesses werden Dampf und Druck angewendet. Aluminiumoxid in den Mineralien reagiert mit Natriumhydroxid und bildet Natriumaluminat.
Einige Bauxitbestandteile wie Eisenoxide und Silikate lösen sich beim Aufschluss nicht auf. Diese Substanzen bilden eine Aufschlämmung aus Rotschlamm, die durch einen Prozess namens Absetzen aus der aluminiumoxidhaltigen Flüssigkeit herausgefiltert wird. Rotschlamm wird gewaschen, um das ursprüngliche Natriumhydroxid zu recyceln, und schließlich in Auffangbecken gelagert. Da Rotschlamm nicht recycelt werden kann und sehr schwer zu entsorgen und zu lagern ist, ist Rotschlamm ein Abfallproblem für Produktionsanlagen, die nach dem Bayer-Verfahren arbeiten.
Die Fällung ist der nächste Schritt nach der Extraktion. Beim Abkühlen fällt Aluminiumhydroxid aus dem Aluminiumoxidgemisch aus. Es verfestigt sich in diesem Kristallzustand, indem es Aluminiumoxidkristalle um „Samen“ von Aluminiumoxid bildet, Partikel, die in den Verarbeitungstanks suspendiert wurden, um das Kristallwachstum zu fördern. Die gröberen Aluminiumoxidkristalle werden für den nächsten Schritt entfernt, während die kleineren, feineren Körner als Keime für die Fällungsreaktion wiederverwendet werden.
Der letzte Schritt im Bayer-Verfahren ist die Kalzinierung. Das Präzipitatgemisch aus dem vorherigen Schritt wird auf eine Temperatur von etwa 1,922 °F (1,050 °C) erhitzt. Dies bewirkt, dass das Aluminiumhydroxid Feuchtigkeit in Wasserdampf abgibt und sich chemisch zu Aluminiumoxid, dem Endprodukt, zersetzt. Idealerweise sind die erzeugten Aluminiumoxidpartikel klein und fein, ungefähr die Größe von Sandkörnern.
Fast das gesamte Aluminium der Welt wird aus Aluminiumoxid hergestellt, das aus dem Bayer-Verfahren gewonnen wird. Nachdem das Aluminiumoxid von Bauxit gereinigt wurde, wird es zu Aluminiummetall geschmolzen. Die Verwendungsmöglichkeiten von Aluminium sind vielfältig und reichen von Verbraucherverpackungen über Autoteile, Farben, Kosmetik bis hin zu Pharmazeutika. Das verstärkte Recycling von Aluminium hat dazu beigetragen, das Problem der Rotschlammabfälle zu lindern, da nicht mehr so oft neues Aluminiumoxid produziert wird wie in der Vergangenheit.