Характеристики на добива на алуминий. Основни свойства на алуминиевата руда за промишлена употреба Как се добива алуминиева руда

IN модерна индустрияАлуминиевата руда е най-търсената суровина. Бързото развитие на науката и технологиите направи възможно разширяването на обхвата на неговото приложение. Какво представлява алуминиевата руда и къде се добива е описано в тази статия.

Промишлено значение на алуминия

Алуминият се счита за най-често срещаният метал. По броя на депозитите в земна коратой се нарежда на трето място. Алуминият е познат на всички и като елемент от периодичната таблица, който спада към леките метали.

Алуминиевата руда е естествена суровина, от която се добива главно от боксит, който съдържа алуминиеви оксиди (алуминиев оксид) в най-голямото число- от 28 до 80%. Други скали - алунит, нефелин и нефелин-апатит също се използват като суровина за производството на алуминий, но те са с по-лошо качество и съдържат значително по-малко алуминиев оксид.

Алуминият е на първо място в цветната металургия. Факт е, че поради своите характеристики се използва в много индустрии. По този начин този метал се използва в транспортното инженерство, производството на опаковки, строителството, за производството на различни потребителски стоки. Алуминият също намира широко приложение в електротехниката.

За да разберем значението на алуминия за човечеството, достатъчно е да разгледаме по-отблизо домакинските вещи, които използваме всеки ден. Много предмети от бита са направени от алуминий: това са части за електрически уреди (хладилник, пералняи др.), съдове, спортно оборудване, сувенири, интериорни елементи. Алуминият често се използва за производство различни видовеконтейнери и опаковки. Например кутии или контейнери от фолио за еднократна употреба.

Видове алуминиеви руди

Алуминият се намира в повече от 250 минерала. От тях най-ценни за промишлеността са бокситът, нефелинът и алунитът. Нека ги разгледаме по-подробно.

Бокситна руда

Алуминият не се среща в природата в чист вид. Добива се основно от алуминиева руда - боксит. Това е минерал, който се състои предимно от алуминиеви хидроксиди, както и от железни и силициеви оксиди. Поради страхотно съдържаниеалуминиевият оксид (от 40 до 60%) бокситът се използва като суровина за производството на алуминий.

Физични свойства на алуминиевата руда:

• непрозрачен минерал от червени и сиви цветове с различни нюанси;
• твърдостта на най-силните проби е 6 по минералогическа скала;
• плътност на боксит в зависимост от химически съставварира между 2900-3500 kg/m³.

Залежите от бокситни руди са съсредоточени в екваториалната и тропическа зоназемя. По-древни находища се намират в Русия.

Как се образува бокситна алуминиева руда?

Бокситът се образува от алуминиев монохидрат, бемит и диаспор, трихидратен хидраргилит и свързаните с него минерали хидроксид и железен оксид.

В зависимост от състава на природообразуващите елементи се разграничават три групи бокситни руди:

1. Монохидратен боксит - съдържа двуалуминиев оксид в монохидратна форма.
2. Трихидрат - такива минерали се състоят от алуминиев оксид в трихидратна форма.
3. Смесени - тази група включва предишните алуминиеви руди в комбинация.

Депозитите на суровини се образуват в резултат на изветрянето на киселинни, алкални и понякога основни скали или в резултат на постепенното отлагане на големи количества алуминиев оксид върху морските и езерните дъна.

Алунитни руди

Този тип отлагания съдържат до 40% алуминиев оксид. Алунитовата руда се образува в воден басейни крайбрежни зони в условия на интензивна хидротермална и вулканична дейност. Пример за такива находища е езерото Заглинское в Малък Кавказ.

Скалата е пореста. Състои се главно от каолинити и хидрослюди. Рудите със съдържание на алунит над 50% представляват промишлен интерес.

Нефелин

Това е алуминиева руда с магматичен произход. Това е напълно кристална алкална скала. В зависимост от състава и технологични характеристикиобработката произвежда няколко степени на нефелинова руда:

• първи клас - 60-90% нефелин; съдържа повече от 25% алуминиев оксид; обработката се извършва чрез синтероване;
• втори клас - 40-60% нефелин, количеството на алуминиевия оксид е малко по-ниско - 22-25%; необходимо е обогатяване по време на обработката;
• третият клас са нефелинови минерали, които нямат промишлена стойност.

Световно производство на алуминиеви руди

За първи път алуминиева рудадобиван през първата половина на 19 век в югоизточната част на Франция, близо до град Бокс. От тук идва и името боксит. Отначало се развива бавно. Но когато човечеството оцени коя алуминиева руда е полезна за производство, обхватът на приложение на алуминия се разшири значително. Много държави започнаха да търсят находища на своите територии. Така световното производство на алуминиеви руди започна постепенно да се увеличава. Цифрите потвърждават този факт. Така, ако през 1913 г. световният обем на добитата руда е бил 540 хиляди тона, то през 2014 г. той е над 180 милиона тона.

Броят на страните, добиващи алуминиева руда, също постепенно нараства. Днес има около 30 от тях, но през последните 100 години водещите държави и региони постоянно се променят. Така в началото на 20 век световните лидери в добива на алуминиева руда и нейното производство са Северна АмерикаИ Западна Европа. Тези два региона представляват около 98% от световното производство. Няколко десетилетия по-късно по отношение на количествените показатели на алуминиевата промишленост станаха лидери Латинска АмерикаИ съветски съюз. И още през 1950-1960-те години Латинска Америка става лидер по отношение на производството. И през 1980-1990 г. имаше бърз пробив в алуминия и Африка. В настоящата световна тенденция основните водещи страни в производството на алуминий са Австралия, Бразилия, Китай, Гвинея, Ямайка, Индия, Русия, Суринам, Венецуела и Гърция.

Рудни находища в Русия

По отношение на производството на алуминиева руда Русия е на седмо място в световната класация. Въпреки че находищата на алуминиева руда в Русия осигуряват на страната метал в големи количества, не е достатъчно за пълното снабдяване на индустрията. Поради това държавата е принудена да купува боксит от други страни.

Общо в Русия има 50 рудни находища. Това число включва както местата, където се добива минералът, така и находищата, които все още не са разработени.

По-голямата част от запасите от руда се намират в европейската част на страната. Тук те се намират в областите Свердловск, Архангелск, Белгород, в Република Коми. Всички тези региони съдържат 70% от общите доказани рудни запаси на страната.

Алуминиевите руди в Русия все още се добиват от стари находища на боксит. Такива райони включват полето Radynskoye в Ленинградска област. Освен това, поради недостиг на суровини, Русия използва други алуминиеви руди, чиито находища са с по-лошо качество. Но те все още са подходящи за промишлени цели. По този начин в Русия нефелиновите руди се добиват в големи количества, което също позволява получаването на алуминий.

И някои други елементи. Въпреки това, не всички от тези елементи в момента се извличат от алуминиеви руди и се използват за нуждите на националната икономика.

Най-пълно се използва апатит-нефелинова скала, от която се получават торове, алуминиев оксид, сода, поташ и някои други продукти; почти няма свалки.

При обработка на боксит по метода на Байер или синтероване, много червена кал все още остава в сметището, рационално използванекоето заслужава голямо внимание.

По-рано беше казано, че за производството на 1 тон алуминий е необходимо да се изразходва много електроенергия, което е една пета от цената на алуминия. В табл 55 показва изчислението на разходите за 1 тон алуминий. От данните, представени в таблицата, следва, че най-важните компоненти на разходите са суровините и основните материали, като алуминиевият оксид представлява почти половината от всички разходи. Следователно намаляването на разходите за алуминий трябва да върви предимно в посока намаляване на разходите за производство на алуминий.

Теоретично за 1 тон алуминий трябва да се изразходват 1,89 тона алуминий. Превишаването на тази стойност при действителен разход е следствие от загуби основно от атомизация. Тези загуби могат да бъдат намалени с 0,5-0,6% чрез автоматизиране на зареждането на алуминиев оксид във ваните. Намаляване на разходитеалуминиевият оксид може да се постигне чрез намаляване на загубите на всички етапи от неговото производство, особено в отпадъчните утайки, по време на транспортирането на алуминатни разтвори и, както и по време на калцинирането на алуминиев оксид; поради получени спестявания от най-добра употребаотпадъчна пара (от самоизпарители) и пълно използване на топлината на отпадъчния газ. Това е особено важно за метода с автоклав, където разходите за пара са значителни.

Въвеждане на непрекъснато излугване и усукване; усъвършенстваните рафинерии за алуминиев оксид направиха възможно автоматизирането на много операции, което спомогна за намаляване на потреблението на пара и електричество, повишаване на производителността на труда и намаляване на разходите за алуминий. В тази посока обаче може да се направи много повече. Без да се отказваме от по-нататъшното търсене на висококачествени боксити, преходът към който рязко ще намали цената на алуминиевия оксид, трябва да търсим начини за цялостно използване на железни боксити и червена кал в черната металургия. Пример би бил комплексна употребаапатит-нефелинови скали.

Цената на флуорните соли е 8%. Те могат да бъдат намалени чрез внимателно отстраняване на газовете от електролитните вани и улавяне на флуоридни съединения от тях. Анодни газове, засмукани от банята, съдържат до 40 mg/m 3 флуор, около 100 mg/m 3 смола и 90 mg/m 3 прах (AlF 3 , Al 2 O 3, Na 3 AlF 6). Тези газове не трябва да се изпускат в атмосферата,тъй като съдържат ценни, освен това са отровни. Те трябва да бъдат почистени от ценен прах и също така обезвредени, за да се избегне отравяне на атмосферата на цеха и районите в близост до завода. За целите на пречистването газовете се промиват със слаби разтвори на сода в кулови газови пречистватели (скрубери).

С перфектната организация на процесите на пречистване и неутрализация става възможно да се върнат част от флуорните соли (до 50%) в производството и по този начин да се намали цената на алуминия с 3-5%.

Значително намаляване на цената на алуминия може да се постигне чрез използването на по-евтини източници на електроенергия и бързото масово въвеждане на по-икономични полупроводникови преобразуватели на ток (особено силициеви), както и чрез директно намаляване на потреблението на енергия. Последното може да се постигне чрез проектиране на по-модерни вани с по-малко загуби на напрежение във всички или отделни елементи, както и чрез избор на по-електрически проводими електролити (съпротивлението на криолита е твърде високо и огромно количествоелектричеството се превръща в излишна топлина, която все още не може да се използва рационално). И неслучайно ваните с изпечени аноди започват да намират все по-голяма употреба, тъй като консумацията на енергия в тези вани е много по-ниска.

Играе основна роля за намаляване на консумацията на енергия обслужващ персоналработилници за електролиза. Поддържане на нормално разстояние между полюсите, поддържане на електрическите контакти чисти на различни места във ваната, намаляване на броя и продължителността на анодните ефекти, поддържане нормална температураелектролит, внимателното наблюдение на състава на електролита дава възможност за значително намаляване на консумацията на енергия.

Проучени са напредналите екипи на електролизните цехове на заводите за топене на алуминий теоретични основипроцес и характеристиките на баните, които обслужват, като внимателно следят хода на процеса, те имат възможност да увеличат количеството произведен метал за единица консумирана електроенергия с отлично качество и следователно да повишат ефективността на производството на алуминий.

Най-важният фактор за намаляване на разходите и повишаване на производителността на труда е механизацията на трудоемките процеси в цеховете за електролиза на алуминиеви заводи. В тази област през последните десетилетия е постигнат значителен напредък в местните заводи за топене на алуминий: извличането на алуминий от бани е механизирано; Въведени са ефективни и удобни механизми за пробиване на електролитната кора и изваждане и забиване на щифтовете. Въпреки това е необходимо и възможнов по-голяма степен да се механизират и автоматизират процесите в заводите за топене на алуминий. Това се улеснява от по-нататъшното увеличаване на мощността на електролизерите и прехода от периодични процеси към непрекъснати.

IN последните годиниИнтегрираното използване на алуминиеви руди се е подобрило, тъй като някои заводи за топене на алуминий са започнали да извличат ванадиев оксид и метален галий от отпадъци.

Открит е през 1875 г. по спектралния метод. Четири години по-рано Д. И. Менделеев предсказа основните му свойства с голяма точност (наричайки го ека-алуминий). има сребристо бял цвят и ниска температуратопене (+30° C). Малко парче галий може да се разтопи в дланта на ръката ви. Заедно с това, точката на кипене на галия е доста висока (2230 ° C), така че се използва за високотемпературни термометри. Такива термометри с кварцови тръби са приложими до 1300° C. По твърдост галият е близък до оловото. Плътността на твърдия галий е 5,9 g/cm3, течният галий е 6,09 g/cm3.

Галият е разпръснат в природата, богатите са неизвестни. Намира се в стотни и хилядни от процента в алуминиеви руди, цинкова смес и пепел от някои въглища. Смолите от газови растения понякога съдържат до 0,75% галий.

Галият е значително по-токсичен от и затова всички работи по неговото извличане трябва да се извършват при спазване на внимателна хигиена.

В сух въздух при обикновени температури галият почти не се окислява: при нагряване той енергично се свързва с кислород, образувайки бял оксид Ga 2 O 3. Заедно с този галиев оксид при определени условия се образуват и други галиеви оксиди (GaO и Ga 2 O). Галиевият хидроксид Ga (OH) 3 е амфотерен и следователно лесно разтворим в киселини и основи, с които образува галати, които са подобни на свойствата на алуминатите. В тази връзка, когато се произвежда алуминиев оксид от алуминиеви руди, галият, заедно с алуминия, преминава в разтвори и след това го придружава във всички последващи операции. Известно повишена концентрация на галий се наблюдава в анодната сплав по време на електролитното рафиниране на алуминий, в циркулиращите алуминатни разтвори по време на производството на алуминиев оксид по метода на Байер и в матерните луги, оставащи след непълна карбонизация на алуминатни разтвори.

Следователно, без да се нарушава схемата за преразпределение, е възможно да се организира извличането на галий в цеховете за алуминий и рафиниране на алуминиеви заводи. Рециклираните алуминатни разтвори за екстракция на галий могат да бъдат периодично карбонизирани в две стъпки. Първо, по време на бавна карбонизация, приблизително 90% от алуминия се утаява и разтворът се филтрира, който след това се карбонизира отново, за да се утаи галият и да остане в разтвора под формата на хидроксиди. Получената по този начин утайка може да съдържа до 1,0% Ga 2 O 3 .

Значителна част от алуминия може да се утаи от алуминатния матерен разтвор под формата на флуоридни соли. За да направите това, флуороводородна киселина се смесва с алуминатен разтвор, съдържащ галий. При pH<2,5 из раствора осаждается значительная часть алюминия в виде фторида и криолита (Na 3 AlF 6). Галлий и часть алюминия остаются в растворе.

Когато кисел разтвор се неутрализира със сода до pH = 6, галий и .

Може да се постигне допълнително отделяне на алуминий от галийнагряване чрез третиране на утайки от алуминиево-галиев хидрат в автоклав с варно мляко, съдържащо малко количество натриев хидроксид; в този случай галият преминава в разтвор,и по-голямата част от алуминия остава в утайката. След това галият се утаява от разтвор с въглероден диоксид. Получената утайка съдържа до 25% Ga 2 O 3. Тази утайка се разтваря в сода каустик при съотношение на каустик 1,7 и се третира с Na 2 S за отстраняване на тежки метали, особено олово. Пречистеният и избистрен разтвор се подлага на електролиза при 60-75°С, напрежение 3-5 V и постоянно разбъркване на електролита. Катодите и анодите трябва да бъдат направени от неръждаема стомана.

Известни са и други методи за концентриране на галиев оксид от алуминатни разтвори. По този начин, от анодната сплав, съдържаща 0,1-0,3% галий, останал след електролитно рафиниране на алуминий по трислоен метод, последният може да бъде изолиран чрез третиране на сплавта с горещ алкален разтвор. В този случай галият преминава в разтвор и остава в утайката.

За получаване на чисти галиеви съединения се използва способността на галиевия хлорид да се разтваря в етер.

Ако присъства в алуминиеви руди, той постоянно ще се натрупва в алуминатни разтвори и със съдържание над 0,5 g/l V 2 O 5 ще се утаи с алуминиев хидрат по време на карбонизацията и ще замърси алуминия. За да се отстрани ванадий, матерните луги се изпаряват до плътност от 1,33 g / cm 3 и се охлаждат до 30 ° C, а утайката, съдържаща повече от 5% V 2 O 5, изпада заедно със сода и други алкални съединения на фосфора и арсен, от който може да се изолира първо чрез сложна хидрохимична обработка и след това чрез електролиза на воден разтвор.

Топенето на алуминий поради неговия висок топлинен капацитет и латентна топлина на топене (392 J/g) изисква висока консумация на енергия. Следователно опитът на електролизните заводи, които започнаха да произвеждат лента и валцдрат директно от течен алуминий (без отливане в блокове), заслужава да бъде разпространен. В допълнение, голям икономически ефект може да се получи от производството на различни сплави за масово потребление от течен алуминий в леярните на електролизните заводи и

Галий История на откриването на елемента За елемента с атомен номер 31 повечето читатели помнят само, че той е един от трите елемента...

Алуминий- един от най-важните структурни материали. Благодарение на своята лекота, механична якост, висока електропроводимост и висока устойчивост на корозия, той е намерил широко приложение в авиацията, автомобилостроенето, електрическата промишленост, други отрасли на съвременните технологии и в бита. По производство и потребление в света той е на второ място сред металите след желязото.

Суровината за производство на алуминий е двуалуминиев оксид, който се получава от боксит, нефелинови руди и други скали с високо съдържание на алуминий. Основен боксит, осигуряващ 98% от световното производство на двуалуминиев оксид, е боксит. Русия е единствената страна в света, където се използват толкова нискокачествени алуминиеви суровини като нефелиновите руди.

Общите резерви на боксит в 29 страни по света надхвърлят 40 милиарда тона, 95% от тях са концентрирани в тропическата зона, включително повече от 50% в Гвинея, 40% в Австралия, Венецуела, Бразилия, Индия, Виетнам и Ямайка. Бокситът се добива в 24 страни в размер на 140 милиона тона годишно, 80% от производството се извършва в Австралия, Гвинея, Ямайка, Бразилия, Китай и Индия. Годишното производство на алуминий в страните, добиващи боксит, надхвърля 52 милиона тона, а топенето на първичен алуминий - 24,5 милиона тона През последните години производството на алуминий се е увеличило повече от 10 пъти.

Считат се за уникални депозитибоксит със запаси над 500 милиона тона, големи и средни - 500 - 50, малки - по-малко от 50 милиона тона.

Бокситът е остатъчна или седиментна скала, състояща се от алуминиеви хидроксиди, железни оксиди и хидроксиди, глинести минерали и кварц. от минерален съставИма гибзит, бемит и диаспорови боксити. Беше отбелязано, че в младите, нетрансформирани находища преобладават гибситовите руди, докато в по-старите и трансформирани находища те са заменени от бемитови и диаспорни руди.

Всички индустриални видове бокситни находища са екзогенни образувания. Те се делят на изветрителни и седиментни отлагания. Изветрителните отлагания се разделят на остатъчни латеритни и остатъчни повторно отложени, а седиментните отлагания се разделят на такива, възникващи в теригенни образувания на платформени области и свързани с карбонатни образувания на геосинклинални области. Характеристиките са дадени в маса 1.2.1.

Таблица 1.2.1 Основните геоложки и промишлени видове алуминиеви находища

Латеритните залежи са от основно промишлено значение (90% от световните запаси).

В Русия се разработват бокситни находища на бокситоносните райони на Северен Урал (SUBR) и Южен Урал (YUBR) (84% от производството) и района на Тихвин (16%). Поради липсата на суровини за задоволяване на нуждите на местната металургия, Русия внася годишно около 50% (3,7 милиона тона) алуминиев оксид от Украйна, Казахстан и страни извън ОНД.

КРАТКИ ИСТОРИЧЕСКИ СВЕДЕНИЯ.Преди около 1900 години Плиний Стари за първи път наименува стипцата, използвана като оцветител за боядисване на тъкани, „алумен“. 1500 години по-късно швейцарският натуралист Парацелз открива, че стипцата съдържа алуминиев оксид. За първи път чистият алуминий е извлечен от боксит от датския учен Г. Ерстед през 1825 г. През 1865 г. руският химик Н. Бекетов получава алуминий, като го замества с магнезий от разтопен криолит (Na 3 AlF 6). Този метод намира индустриално приложение в Германия и Франция в края на 19 век. В средата на 19в. алуминият се смяташе за рядък и дори благороден метал. В момента алуминият е на второ място след желязото по отношение на световното производство.

ГЕОХИМИЯ.Алуминият е един от най-разпространените елементи в земната кора. Кларкът му е 8,05%. В естествени условия той е представен само от един изотоп 27 Al.

При ендогенни условия алуминият се концентрира предимно в алкални скали, съдържащи нефелин и левцит, както и в някои разновидности на основни скали (анортозити и др.). Значителни маси алуминий се натрупват поради процесите на алунитизация, свързани с хидротермалната обработка на киселинни вулканични образувания. Най-големи натрупвания на алуминий се наблюдават в остатъчни и повторно отложени кори на изветряне на кисели, алкални и основни скали.

В процеса на утаяване алуминиевият оксид се разтваря и се транспортира само в киселинни (pH< 4) или сильно щелочных (pH >9.5) решения. Утаяването на алуминиеви хидроксиди започва при pH = 4,1. В присъствието на SiO 2 разтворимостта на Al 2 O 3 се увеличава, а в присъствието на CO 2 намалява. Колоидният Al 2 O 3 в сравнение с колоидния SiO 2 е по-малко стабилен и коагулира по-бързо. Следователно, в процеса на тяхната съвместна миграция, се случва разделянето на тези елементи. Поради различната геохимична подвижност на съединенията на алуминия, желязото и мангана, тяхната диференциация се извършва в крайбрежната зона на седиментационните басейни. Бокситът се натрупва по-близо до брега, в горната част на шелфа - железни руди, а в дъното на шелфа - манганови руди. Алуминиевите хидроксиди имат значителна адсорбционна способност. Минералите, които изграждат бокситите, постоянно съдържат Fe, V, Cr, Zn, Mn, Cu, Sn, Ti, B, Mg, Zr, P и др. в променливи количества.

МИНЕРАЛОГИЯ. Алуминият е компонент на около 250 минерала. Само няколко от тях обаче са от промишлено значение: диаспор и бемит, гибзит (хидраргилит), нефелин, левцит, алунит, андалузит, кианит, силиманит и др.

диаспора HAlO 2 (съдържание на Al 2 O 3 85%) кристализира в орторомбична система, хабитусът на кристалите е ламеларен, табличен, игловиден, агрегатите са листни, криптокристални, сталактитоподобни. Цветът на минерала е бял, сивкав, с примеси на Mn или Fe - сив, розов, кафяв, стъклен до диамантен блясък, твърдост 6,5–7, специфично тегло 3,36 g/cm 3 .

Бьомит AlOOH – полиморфна модификация на диаспора (по фамилия Boehm), пластинчати кристали, криптокристални агрегати, бобовидни, бял цвят, твърдост 3,5–4, специфично тегло ~ 3 g/cm 3 . Образува се по време на хидротермално изменение на нефелина.

Гибзит (хидраргилит) Al(OH) 3 (Al 2 O 3 64,7%) кристализира в моноклинна, по-рядко в триклинна система, псевдохексагонални кристали, ламеларни и колоновидни, порцеланоподобни агрегати, пръстени, синтеровани, червеобразни, сфероидни нодули, твърдост 2,5 –3, специфично тегло 2,4 g/cm3.

Нефелин Na (Al 2 O 3 34%) кристализира в хексагонална система, кристалите са призматични, късо колоновидни, дебели, безцветни, сиви, месночервени, блясък от стъклен до мазен, твърдост 5,5–6, специфично тегло 2,6 g/cm3.

Левцит K (Al 2 O 3 23,5%) – рамков силикат, изоструктурен с аналцим; кристали - тетрагонтриоктаедри, додекаедри. Цветът на минерала е бял, сив, твърдост 5,5–6, специфично тегло 2,5 g/cm 3 .

Алунит KAl 3 (OH) 6 2 (Al 2 O 3 37%) кристализира в тригонална система, кристалите са таблични, ромбоедрични или лещовидни, агрегатите са плътни и зърнести. Цветът на минерала е бял, сивкав, жълтеникав, кафяв, стъклен до перлен блясък, твърдост 3,5–4, специфично тегло 2,9 g/cm 3 . Намира се в кората на изветряне, където H 2 SO 4 е в изобилие.

Андалусит Al 2 O (в провинция Андалусия, Испания) е една от трите полиморфни модификации на алуминиев силикат (андалузит, кианит и силиманит), образувани при най-ниско налягане и температура. Алуминият е леко заменен от Fe и Mn. Кристализира в ромбична система, кристалите са стълбовидни, влакнести, зърнести и лъчисто-стълбовидни агрегати, розов цвят, стъклен блясък, твърдост 6,5–7, специфично тегло 3,1 g/cm 3 .

Най-важните руди на алуминия са боксит - скала, състояща се от алуминиеви хидроксиди, оксиди и хидроксиди на желязо и манган, кварц, опал, алумосиликати и др. Въз основа на минералния състав бокситите се разграничават като диаспорови, бемитни, гибзитни и др. като сложни боксити, състоящи се от два или три от горните минерали. Аморфният алуминиев оксид, който е част от индустриалните алуминиеви минерали, старее с течение на времето, в резултат на което се трансформира в бемит, а последният се превръща в гибзит.

ИНДУСТРИАЛНО ПРИЛОЖЕНИЕ.Алуминият, поради своята лекота (плътност 2,7 g/cm3), висока електрическа проводимост, висока устойчивост на корозия и достатъчна механична якост (особено в сплави с Cu, Mg, Si, Mn, Ni, Zn и др.), намери широко приложение в различни индустрии. Основните области на приложение на алуминия и неговите сплави са: автомобилостроенето, корабостроенето, самолетостроенето и машиностроенето; строителство (носещи конструкции); производство на опаковъчни материали (контейнери, фолио); електротехника (проводници, кабели); производство на предмети за бита; отбранителна индустрия.

РЕСУРСИ И РЕЗЕРВИ.Основната суровина на световната алуминиева индустрия е бокситът. Същинският боксит включва алуминисти скали, съдържащи най-малко 28% Al 2 O 3. Алуминият се получава и от нефелиновите и алунитните руди. Разработен е електротехнически метод за производство на алуминий от силиманит, андалузит, кианитни кристални шисти и гнайси и други небокситни източници на алуминий. Бокситите, като правило, образуват площни находища, които достигат до повърхността или са леко покрити, в резултат на което тяхното откриване и установяване на индустриалните характеристики на находищата е сравнително проста задача.

Световните ресурси на боксит се оценяват на 55–75 милиарда тона. Около 33% от тях са концентрирани в Южна и Централна Америка, 27% в Африка, 17% в Азия, 13% в Австралия и Океания и само 10% в Европа и Северна. Европа.

Общите запаси на боксит в света са 62,2 милиарда тона, а доказаните запаси са 31,4 милиарда тона. Първите шест държави с най-големи запаси са Гвинея, Австралия, Бразилия, Ямайка, Индия и Индонезия (Таблица 8). Тези страни са основните доставчици на гибзит боксит на световния пазар. Други държави, добиващи боксит, като Китай и Гърция, използват боксит от диаспори на боемит. Русия няма достатъчно запаси от боксит за вътрешно потребление, а делът й в световния баланс на тази суровина е по-малко от 1%.

Уникалните находища включват находища със запаси от боксит над 500 милиона тона, големи - 500-50 милиона тона, средни - 50-15 милиона тона и малки - по-малко от 15 милиона тона.

ДОБИВ И ПРОИЗВОДСТВО.Световно производство на боксит 1995–2000 г възлизат на 110–120 милиона тона основни производители на боксит са Австралия, Гвинея, Ямайка и Китай. Обемът на производство на този вид минерална суровина в Русия е около 4-5 милиона тона, докато в Австралия е 43 милиона тона. В Австралия е най-голямата минна компания « Алкан Алуминий».

В Русия разработването и добивът на боксит се извършва в находищата на Urals OJSC "Севуралбокситруда" (СУБР)и OJSC "Южноуралски бокситни мини" (YBR), където доказаните запаси могат да осигурят експлоатацията на мините за 25–40 години. Бокситът се добива по минен метод от голяма дълбочина.

Производство на алуминиев оксид в света от различни минерални източници през 1995–2000 г. възлиза на 43–45 милиона тона В Австралия, която е безспорен световен лидер, основните производители на алуминий са компании « Алкоа» , « Рейнолдс метали» И « Комалко» .

МЕТАЛОГЕНИЯ И ВЪЗРАСТ НА РУДООБРАЗУВАНЕ.Най-благоприятните условия за образуване на бокситни находища са възникнали в ранния етап на геосинклиналния етап, когато са се образували геосинклинални находища на минерални суровини от алуминиев оксид, както и на етапа на платформата, когато са се появили латеритни и седиментни отлагания.

Алуминият е метал, покрит с матово покритие от сребърен оксид, чиито свойства определят неговата популярност: мекота, лекота, пластичност, висока якост, устойчивост на корозия, електропроводимост и липса на токсичност. В съвременните високи технологии използването на алуминий е запазено водещо мястокато конструктивен, многофункционален материал.

Най-голяма стойност за индустрията като източник на алуминий са естествените суровини - боксит, компонент рокпод формата на боксит, алунит и нефелин.

Разновидности на алуминиеви руди

Известни са повече от 200 минерала, които съдържат алуминий.

За източник на суровина се счита само скала, която отговаря на следните изисквания:

• Естествените суровини трябва да имат високо съдържание на алуминиеви оксиди;
• Депозитът трябва да отговаря на икономическата целесъобразност на промишленото му развитие.
• Скалата трябва да съдържа алуминиева суровина във форма, която може да бъде извлечена в чиста форма по известни методи.

Характеристика на естествения скален боксит

Природните находища на боксит, нефелин, алунит, глина и каолин могат да служат като източник на суровини. Бокситът е най-наситен с алуминиеви съединения. Глините и каолините са най-често срещаните скали със значително съдържание на алуминиев оксид. Депозитите на тези минерали се намират на повърхността на земята.

Бокситв природата съществува само под формата на бинарно съединение на метал с кислород. Това съединение се извлича от естествена планина рудапод формата на боксит, състоящ се от оксиди на няколко химически елементи: алуминий, калий, натрий, магнезий, желязо, титан, силиций, фосфор.

В зависимост от находището, бокситът съдържа от 28 до 80% алуминиев оксид. Това е основната суровина за получаване на уникален метал. Качеството на боксита като алуминиева суровина зависи от съдържанието на алуминиев оксид. Това определя физическото свойствабоксит:

• Минералът има скрита кристална структура или е в аморфно състояние. Много минерали имат втвърдени форми на хидрогелове с прост или сложен състав.
• Цветът на боксита в различни минни обекти варира от почти бял до червен тъмни цветове. Има находища с черен цвят на минерала.
• Плътността на алуминиевосъдържащите минерали зависи от химичния им състав и е около 3500 kg/m3.
• Химичният състав и структурата на боксита определя твърдото вещество свойстваминерален. Най-здравите минерали имат твърдост 6 единици по скалата, приета в минералогията.
• Като естествен минерал, бокситът има редица примеси, най-често това са оксиди на желязо, калций, магнезий, манган и примеси на титанови и фосфорни съединения.

Бокситите, каолините и глините съдържат примеси от други съединения, които се отделят в отделни отрасли по време на преработката на суровини.

Само в Русия те използват находища със скални отлагания, които съдържат по-ниски концентрации на алуминиев оксид.

Наскоро алуминиевият оксид започна да се получава от нефелини, които освен алуминиев оксид съдържат оксиди на метали като калий, натрий, силиций и, не по-малко ценен, стипца, алунит.

Методи за обработка на минерали, съдържащи алуминий

Технологията за производство на чист двуалуминиев оксид от алуминиева руда не се е променила след откриването на този метал. Производственото му оборудване се подобрява, което му позволява да произвежда чист алуминий. Основните производствени етапи на получаване на чист метал:

• Добив на руда от разработени находища.
• Първичната обработка на отпадъчни скали с цел повишаване на концентрацията на алуминиев оксид е процес на обогатяване.
• Получаване на чист алуминиев оксид, електролитна редукция на алуминий от неговите оксиди.

Производственият процес завършва с метал с концентрация 99,99%.

Добив и обогатяване на алуминий

Алуминиевият оксид или алуминиевите оксиди не съществуват в природата в чист вид. Извлича се от алуминиеви руди чрез хидрохимични методи.

Залежи от алуминиева руда в находища обикновено експлодират, осигуряване на площадка за добива му на дълбочина около 20 метра, откъдето се избира и пуска в процес на по-нататъшна обработка;

• С помощта на специално оборудване (сита, класификатори) рудата се раздробява и сортира, като се изхвърлят отпадъци (хвост). На този етап на обогатяване на двуалуминиев оксид се използват методите за промиване и пресяване като икономически най-изгодни.
• Пречистената руда, утаена на дъното на обогатителната инсталация, се смесва с нагрята маса от сода каустик в автоклав.
• Сместа преминава през система от съдове от високоякостна стомана. Съдовете са оборудвани с парна риза, която поддържа необходимата температура. Налягането на парата се поддържа при 1,5-3,5 MPa, докато алуминиевите съединения се прехвърлят напълно от обогатената скала в натриев алуминат в прегрят разтвор на натриев хидроксид.
• След охлаждане течността преминава през етап на филтриране, в резултат на което се отделя твърда утайка и се получава пренаситен чист алуминатен разтвор. Чрез добавяне на остатъци от алуминиев хидроксид от предишния цикъл към получения разтвор се ускорява разлагането.
• За окончателно изсушаване на алуминиев оксид хидрат се използва процедура на калциниране.

Електролитно производство на чист алуминий

Чистият алуминий се произвежда чрез непрекъснат процес, който произвежда калциниран алуминий влиза в етапа на електролитна редукция.

Съвременните електролизатори са устройство, състоящо се от следните части:

• Изработен от стоманен корпус, облицован с въглищни блокове и плочи. По време на работа върху повърхността на тялото на ваната се образува плътен филм от замръзнал електролит, който предпазва облицовката от разрушаване от стопилката на електролита.
• Като катод в тази инсталация служи слой разтопен алуминий на дъното на ваната с дебелина 10–20 cm.
• Токът се подава към алуминиевата стопилка чрез въглеродни блокове и вградени стоманени пръти.
• Анодите, окачени на желязна рамка с помощта на стоманени щифтове, са снабдени с пръти, свързани с повдигащ механизъм. При протичане на горенето анодът се движи надолу, а прътите се използват като елемент за подаване на ток.
• В работилниците електролизерите се монтират последователно в няколко реда (два или четири реда).

Допълнително пречистване на алуминий чрез рафиниране

Ако извлеченият от електролизерите алуминий не отговаря на крайните изисквания, той се подлага на допълнително пречистване чрез рафиниране.

В промишлеността този процес се извършва в специален електролизатор, който съдържа три течни слоя:

• Дъно – пречистен алуминий с добавяне на приблизително 35% мед, служи като анод. Медта присъства, за да направи алуминиевия слой по-тежък; медта не се разтваря в анодната сплав, нейната плътност трябва да надвишава 3000 kg/m3.
• Средният слой е смес от флуориди и хлориди на барий, калций и алуминий с точка на топене около 730 ° C.
• Горен слой - чист рафиниран алуминийстопилка, която се разтваря в анодния слой и се издига нагоре. Той служи като катод в тази верига. Токът се подава от графитен електрод.

По време на процеса на електролиза примесите остават в анодния слой и електролита. Добивът на чист алуминий е 95–98%. Разработването на алуминиеви находища има водещо място в национална икономика, благодарение на свойствата на алуминия, който в момента е на второ място след желязото в съвременната индустрия.

В съвременната индустрия алуминиевата руда е най-популярната суровина. Бързото развитие на науката и технологиите направи възможно разширяването на обхвата на неговото приложение. Какво представлява алуминиевата руда и къде се добива е описано в тази статия.

Промишлено значение на алуминия

Алуминият се счита за най-често срещаният метал. Той се нарежда на трето място по отношение на броя на находищата в земната кора. Алуминият е познат на всички и като елемент от периодичната таблица, който спада към леките метали.

Алуминиевата руда е естествената суровина, от която се получава този метал. Добива се основно от боксит, който съдържа най-големи количества алуминиеви оксиди (алуминиев оксид) - от 28 до 80%. Други скали - алунит, нефелин и нефелин-апатит също се използват като суровина за производството на алуминий, но те са с по-лошо качество и съдържат значително по-малко алуминиев оксид.

Алуминият е на първо място в цветната металургия. Факт е, че поради своите характеристики се използва в много индустрии. По този начин този метал се използва в транспортното инженерство, производството на опаковки, строителството и за производството на различни потребителски стоки. Алуминият също намира широко приложение в електротехниката.

За да разберем значението на алуминия за човечеството, достатъчно е да разгледаме по-отблизо домакинските вещи, които използваме всеки ден. Много предмети от бита са изработени от алуминий: това са части за електрически уреди (хладилник, пералня и др.), съдове, спортно оборудване, сувенири, интериорни елементи. Алуминият често се използва за производството на различни видове контейнери и опаковки. Например кутии или контейнери от фолио за еднократна употреба.

Видове алуминиеви руди

Алуминият се намира в повече от 250 минерала. От тях най-ценни за промишлеността са бокситът, нефелинът и алунитът. Нека ги разгледаме по-подробно.

Бокситна руда

Алуминият не се среща в природата в чист вид. Добива се основно от алуминиева руда - боксит. Това е минерал, който се състои предимно от алуминиеви хидроксиди, както и от железни и силициеви оксиди. Поради високото съдържание на алуминий (40 до 60%), бокситът се използва като суровина за производството на алуминий.

Физични свойства на алуминиевата руда:

• непрозрачен минерал от червени и сиви цветове с различни нюанси;
• твърдостта на най-силните проби е 6 по минералогическа скала;
• Плътността на боксита, в зависимост от химичния състав, варира от 2900-3500 kg/m³.

Депозитите на бокситни руди са съсредоточени в екваториалните и тропическите зони на земята. По-древни находища се намират в Русия.

Как се образува бокситна алуминиева руда?

Бокситът се образува от алуминиев монохидрат, бемит и диаспор, трихидратен хидраргилит и свързаните с него минерали хидроксид и железен оксид.

В зависимост от състава на природообразуващите елементи се разграничават три групи бокситни руди:

1. Монохидратен боксит – съдържа двуалуминиев оксид в монохидратна форма.
2. Трихидрат - такива минерали се състоят от алуминиев оксид в трихидратна форма.
3. Смесени - тази група включва предишните алуминиеви руди в комбинация.

Депозитите на суровини се образуват в резултат на изветрянето на киселинни, алкални и понякога основни скали или в резултат на постепенното отлагане на големи количества алуминиев оксид върху морските и езерните дъна.

Алунитни руди

Този тип отлагания съдържат до 40% алуминиев оксид. Алунитовата руда се образува във водни басейни и крайбрежни зони в условия на интензивна хидротермална и вулканична дейност. Пример за такива находища е езерото Заглинское в Малък Кавказ.

Скалата е пореста. Състои се главно от каолинити и хидрослюди. Рудите със съдържание на алунит над 50% представляват промишлен интерес.

Нефелин

Това е алуминиева руда с магматичен произход. Това е напълно кристална алкална скала. В зависимост от състава и технологичните характеристики на преработката се разграничават няколко вида нефелинова руда:

• първи клас – 60–90% нефелин; съдържа повече от 25% алуминиев оксид; обработката се извършва чрез синтероване;
• втори клас - 40-60% нефелин, количеството на алуминиев оксид е малко по-ниско - 22-25%; необходимо е обогатяване по време на обработката;
• третият клас са нефелинови минерали, които нямат промишлена стойност.

Световно производство на алуминиеви руди

За първи път алуминиевата руда е добита през първата половина на 19 век в югоизточната част на Франция, близо до град Бокс. От тук идва и името боксит. Първоначално тази индустрия се развива бавно. Но когато човечеството оцени коя алуминиева руда е полезна за производство, обхватът на приложение на алуминия се разшири значително. Много държави започнаха да търсят находища на своите територии. Така световното производство на алуминиеви руди започна постепенно да се увеличава. Цифрите потвърждават този факт. Така, ако през 1913 г. световният обем на добитата руда е бил 540 хиляди тона, то през 2014 г. той е над 180 милиона тона.

Броят на страните, добиващи алуминиева руда, също постепенно нараства. Днес има около 30 от тях, но през последните 100 години водещите държави и региони постоянно се променят. Така в началото на 20 век световните лидери в добива на алуминиева руда и нейното производство са Северна Америка и Западна Европа. Тези два региона представляват около 98% от световното производство. След няколко десетилетия страните станаха лидери по отношение на количествените показатели на алуминиевата индустрия. Източна Европа, Латинска Америка и Съветския съюз. И още през 50-те и 60-те години Латинска Америка стана лидер по отношение на производството. И през 1980-1990 г. Имаше бърз пробив в алуминиевата индустрия в Австралия и Африка. В настоящата световна тенденция основните водещи страни в производството на алуминий са Австралия, Бразилия, Китай, Гвинея, Ямайка, Индия, Русия, Суринам, Венецуела и Гърция.

Рудни находища в Русия

По отношение на производството на алуминиева руда Русия е на седмо място в световната класация. Въпреки че находищата на алуминиева руда в Русия осигуряват на страната големи количества метал, това не е достатъчно, за да снабди напълно индустрията. Поради това държавата е принудена да купува боксит от други страни.

Общо в Русия има 50 рудни находища. Това число включва както местата, където се добива минералът, така и находищата, които все още не са разработени.

По-голямата част от запасите от руда се намират в европейската част на страната. Тук те се намират в областите Свердловск, Архангелск, Белгород, в Република Коми. Всички тези региони съдържат 70% от общите доказани рудни запаси на страната.

Алуминиевите руди в Русия все още се добиват от стари находища на боксит. Такива райони включват находището Radynskoye в Ленинградска област. Освен това, поради недостиг на суровини, Русия използва други алуминиеви руди, чиито находища са с по-лошо качество. Но те все още са подходящи за промишлени цели. По този начин в Русия нефелиновите руди се добиват в големи количества, което също позволява получаването на алуминий.

Френският град Ле Бо дьо Прованс, разположен в южната част на страната, стана известен с това, че даде името си на минерала боксит. Именно там през 1821 г. минният инженер Пиер Бертие открива находища на неизвестна руда. Отне още 40 години изследвания и тестове, за да се открият възможностите на новата порода и да се признае за обещаваща за промишлено производствоалуминий, който в онези години беше по-скъп от златото.

Характеристики и произход

Бокситът е основната алуминиева руда. Почти целият алуминий, който някога е бил произведен в света, е преработен от тях. Тази скала е композитна суровина, характеризираща се със сложна и разнородна структура.

Той включва алуминиеви оксиди и хидроксиди като негови основни компоненти. Железните оксиди също служат като рудообразуващи минерали. И сред най-често срещаните примеси:

• силиций (представен от кварц, каолинит и опал);
• титан (под формата на рутил);
• калциеви и магнезиеви съединения;
• редкоземни елементи;
• слюда;
• в малки количества галий, хром, ванадий, цирконий, ниобий, фосфор, калий, натрий и пирит.

По произход бокситите са латеритни и карстови (седиментни). Първите, висококачествени, са се образували в климата на влажните тропици в резултат на дълбока химическа трансформация на силикатни скали (т.нар. латеризация). Последните са с по-ниско качество, те са продукт на изветряне, пренасяне и отлагане на глинести пластове на нови места.

Бокситите се различават по:

1. Физическо състояние (скалисто, землисто, поресто, рохкаво, подобно на глина).
2. Структура (под формата на фрагменти и грах).
3. Текстурни характеристики (с хомогенен или слоест състав).
4. Плътност (варира от 1800 до 3200 kg/m³).

Химически и физични свойства

Химичните свойства на боксита имат широк диапазон поради променливия състав на материала. Качеството на добитите минерали обаче се определя основно от съотношението на съдържанието на алуминиев оксид и силициев диоксид. как повече количествоот първото и по-малко от второто, толкова по-голяма е индустриалната стойност. Минните инженери смятат така наречената „чупливост“ за важна химическа характеристика, тоест колко лесно алуминиевите оксиди могат да бъдат извлечени от рудния материал.

Въпреки факта, че бокситът няма постоянен състав, неговите физични свойства се свеждат до следните показатели:

Интересното е, че физическото състояние няма нищо общо с полезността и стойността на боксита. Това се обяснява с факта, че те се преработват в друг материал, чиито свойства се различават значително от оригиналната скала.

Световни резерви и производство

Въпреки факта, че търсенето на алуминий непрекъснато нараства, запасите от неговата първична руда са достатъчни, за да задоволят тази нужда за още няколко века, но не по-малко от 100 години производство.

Геоложката служба на САЩ публикува данни, според които световните ресурси на боксит възлизат на 55-75 милиарда тона. Освен това повечето от тях са концентрирани в Африка (32%). Океания представлява 23%, Карибите и Южна Америка 21%, азиатския континент 18%, други региони 6%.

Оптимизъм вдъхва и въвеждането на процес за рециклиране на алуминий, който ще забави изчерпването на естествените запаси от първична алуминиева руда (и в същото време ще спести потребление на енергия).

Първите десет държави в добива на боксит, представени от същата Геоложка служба на САЩ, изглеждаха така през 2016 г.

Виетнам се показва като много обещаващ, завършвайки 2016 г. с показател от 1500 хиляди метрични тона. Но Малайзия, която беше трета през 2015 г., рязко намали разработката на боксити поради очакванията за строги екологични закони и днес се нарежда на 15-то място в световната класация.

Бокситът обикновено се добива в открити рудници. За да се получи работна платформа, слой руда се взривява на дълбочина 20 сантиметра и след това се отстранява. Части от минерала се раздробяват и сортират: отпадъчните скали (така наречените „отпадъци“) се отмиват с поток от промивна вода и фрагменти от плътна руда остават на дъното на преработвателната фабрика.

Най-древните находища на боксит в Русия датират от докамбрийската ера. Те се намират в Източните Саяни (Боксонско поле). По-млада алуминиева руда, датираща от средния и горния девон, се намира в северните и Южен Урал, в Архангелска, Ленинградска и Белгородска области.

Индустриално приложение

Добиваните боксити се разделят според последващата им търговска употреба на металургични, абразивни, химически, циментови, огнеупорни и др.

Основната им употреба, която представлява 85% от световното производство, е да служат като суровина за производството на алуминиев оксид (алуминиев оксид).

Технологичната верига изглежда така: бокситът се нагрява със сода каустик, след което се филтрира, твърдият остатък се утаява и калцинира. Този продукт е безводен алуминиев оксид, предпоследната трансформация в производствения цикъл на алуминий.

Тогава всичко, което остава, е да се потопи във вана с разтопен естествен или синтетичен криолит и чрез електролитна редукция да се изолира самият метал.

Първият, който открива тази технология през 1860 г., е френският химик Анри Сен-Клер Девил. Той замени скъп процес, при който алуминият се произвеждаше във вакуум от калий и натрий.

Следващата важна област на използване на боксит е като абразив.

Когато алуминиевият оксид се калцинира, резултатът е синтетичен корунд, много твърд материал с рейтинг 9 по скалата на Моос. Раздробява се, отделя се и след това се добавя към шкурка и различни полиращи прахове и суспензии.

Синтеран, прахообразен и стопен в кръгли гранули, бокситът също е отличен абразив за пясъкоструене. Той е идеален за обработка на повърхности и поради сферичната си форма намалява износването на пясъкоструйното оборудване.

Друго важно предназначение на боксита е да участва като пропант (материал, който предотвратява затварянето на специално създадени разломи) в процеса на производство на нефт чрез хидравлично разбиване. В този случай обработените бокситни скални частици издържат на хидравлично налягане и позволяват на пукнатините да останат отворени толкова дълго, колкото е необходимо за изтичане на маслото.

Бокситът също е незаменим за създаване на огнеупорни продукти. Изгореният алуминиев оксид може да издържа на температури до 1780 C. Това свойство се използва както за производството на тухли и бетон, така и за създаването на оборудване за металургичната промишленост, специално стъкло и дори огнеупорно облекло.

Заключение

Химиците и технолозите непрекъснато търсят подходящи заместители на боксита, които да не са по-ниски по свойства. Изследванията разкриха, че глинени материали, пепел от електроцентрали и нефтени шисти могат да се използват за производството на алуминиев оксид.

Само че цената на цялата технологична верига е в пъти по-висока. Силициевият карбид се представя добре като абразив, а синтетичният мулит като огнеупорен материал. Учените се надяват, че преди времето на пълно изтощение природни ресурсибоксит ще се намери еквивалентен заместител.