Находища на алуминиева руда. Основните свойства на алуминиевата руда за промишлена употреба. Допълнително пречистване на алуминий чрез рафиниране

Съдържание [-]

Алуминият е метал, покрит с матов филм 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 на използването на алуминия се отрежда водещо място като конструктивен, многофункционален материал. Най-голяма стойност за индустрията като източник на алуминий са естествените суровини - боксит, компонент на скалата под формата на боксит, алунит и нефелин.

Разновидности на алуминиеви руди

Известни са повече от 200 минерала, които съдържат алуминий. Само такава скала се счита за източник на суровина, която отговаря на следните изисквания:

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

Характеристика на естествена скала боксит

Естествените находища на боксити, нефелини, алунити, глини и каолини могат да служат като източник на суровини. Бокситите са най-наситени с алуминиеви съединения. Глините и каолините са най-често срещаните скали със значително съдържание на алуминиев оксид. Депозитите на тези минерали са на повърхността на земята. Бокситв природата съществува само под формата на бинарно съединение на метал с кислород. Това съединение се получава от естествена планина рудипод формата на боксит, състоящ се от оксиди на няколко химични елемента: алуминий, калий, натрий, магнезий, желязо, титан, силиций, фосфор. В зависимост от находището, бокситите съдържат от 28 до 80% алуминиев оксид в състава си. Това е основната суровина за получаване на уникален метал. Качеството на боксита като суровина за алуминий зависи от съдържанието на алуминиев оксид в него. Това определя физическото Имотибоксит:

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

Бокситите, каолините, глините съдържат в състава си примеси от други съединения, които по време на преработката на суровините се освобождават в отделни индустрии. Само в Русия се използват находища с находища на скали, в които алуминиевият оксид е с по-ниска концентрация. Наскоро алуминиевият оксид започна да се получава от нефелини, които в допълнение към алуминиевия оксид съдържат оксиди на такива метали като калий, натрий, силиций и, не по-малко ценен, стипца, алунит.

Методи за обработка на минерали, съдържащи алуминий

Технологията за получаване на чист алуминиев оксид от алуминиева руда не се е променила след откриването на този метал. Производственото му оборудване се подобрява, което позволява получаването на чист алуминий. Основните производствени етапи за 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%.

Извличане и обогатяване на алуминиев оксид

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 взривяват, 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 методи 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 на ниво от 1,5-3,5 MPa до пълното преминаване на алуминиевите съединения от обогатената скала към 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. Когато към получения разтвор се добавят остатъци от алуминиев хидроксид от предишния цикъл, разлагането се ускорява.
За окончателното изсушаване на алуминиевия хидрат се използва процедура на калциниране.

Електролитно производство на чист алуминий

Чистият алуминий се получава чрез непрекъснат процес, при който се калцинира алуминий влиза в етапа на електролитна редукция. Съвременните електролизатори представляват 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 втвърден електролит, който предпазва облицовката от разрушаване от стопилката на електролита.
Слой от разтопен алуминий на дъното на ваната, с дебелина 10–20 cm, служи като катод в тази настройка.
Токът се подава към алуминиевата стопилка чрез въглеродни блокове и вградени стоманени пръти.
Анодите, окачени на желязна рамка със стоманени щифтове, са снабдени с пръти, свързани с повдигащ механизъм. Докато гори, анодът потъва 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 - рафиниран 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, алуминий с точка на топене около 730°C.
Горен слой - чист рафиниран алуминийстопилка, която се разтваря в анодния слой и се издига. Той служи като катод в тази верига. Токът се подава от графитен електрод.

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

В съвременната индустрия алуминиевата руда е най-търсената суровина. Бързото развитие на науката и технологиите разшири обхвата на неговото приложение. Какво е алуминиева руда и къде се добива е описано в тази статия.

Индустриална стойност на алуминия

Алуминият се счита за най-често срещаният метал. По броя на находищата в земната кора той 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 получава този метал. Добива се предимно от боксити, които съдържат в най-голямо количество 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 много по-малко алуминиев оксид.

В цветната металургия алуминият заема първо място. Факт е, че поради своите характеристики се използва в много индустрии. И така, 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 предметите от бита, 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 се спрем на тях 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 оксиди на желязо и силиций. Поради високото съдържание на алуминий (от 40 до 60%), бокситът се използва като суровина за производството на алуминий.

Физични свойства на алуминиевата руда:

непрозрачен минерал от червен и сив цвят с различни нюанси;
твърдостта на най-издръжливите проби е 6 по минералогичната скала;
плътността на бокситите, в зависимост от химичния състав, варира от 2900-3500 kg/m³.

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

Как се образува бокситната алуминиева руда

Бокситите се образуват от монохидрат алуминиев хидрат, бемит и диаспор, трихидратен хидрат - хидраргилит и съпътстващи минерали хидроксид и железен оксид.

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

Монохидратни боксити - съдържат двуалуминиев оксид в едноводна форма.
Трихидрат - такива минерали се състоят от алуминиев оксид в триводна форма.
Смесени - тази група включва предишните алуминиеви руди в комбинация.

Депозитите на суровини се образуват в резултат на изветрянето на кисели, алкални, а понякога и основни скали или в резултат на постепенното отлагане на голямо количество алуминиев оксид върху дъното на морето и езерото.

Алунитни руди

Този тип отлагания съдържат до 40% алуминиев оксид. Алунитовата руда се образува във водния басейн и крайбрежните зони в условията на интензивна хидротермална и вулканична дейност. Пример за такива находища е Заглинското езеро в Малък Кавказ.

Породата е пореста. Състои се главно от каолинити и хидрослюди. Промишлен интерес представляват рудите със съдържание на алунит над 50%.

Нефелин

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

първи клас - 60–90% нефелин; съдържа повече от 25% алуминиев оксид; обработката се извършва чрез синтероване;
вторият 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 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 този отрасъл се развива бавно. Но когато човечеството оцени какъв вид алуминиева руда е полезна за производство, обхватът 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 че, ако през 1913 г. световният обем на добитата руда е бил 540 хиляди тона, то през 2014 г. той е бил повече от 180 милиона тона.

Постепенно нараства и броят на страните, произвеждащи алуминиева руда. Днес те са около 30. Но през последните 100 години водещите страни и региони непрекъснато се променят. И така, в началото на 20-ти век Северна Америка и Западна Европа бяха световните лидери в добива на алуминиева руда и нейното производство. Тези два региона представляват около 98% от световното производство. Няколко десетилетия по-късно, по отношение на количествените показатели на алуминиевата индустрия, страните от Източна Европа, Латинска Америка и Съветския съюз станаха лидери. 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 страни за добив на алуминий са Австралия, Бразилия, Китай, Гвинея, Ямайка, Индия, Русия, Суринам, Венецуела и Гърция.

Рудни находища в Русия

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

Общо на територията на Русия са разположени 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 всички проучени рудни запаси на страната.

Алуминиевите руди в Русия все още се добиват в стари находища на боксит. Тези райони включват находището Radynskoye в Ленинградска област. Също така, поради недостига на суровини, Русия използва други алуминиеви руди, чиито находища са от най-лошите минерални находища. Но те все още са подходящи за промишлени цели. Така че в Русия нефелиновите руди се добиват в големи количества, което също позволява получаването на алуминий.

Бокситът е основната руда за производството на алуминий. Образуването на отлагания е свързано с процеса на изветряне и пренос на материал, в който освен алуминиеви хидроксиди има и други химични елементи. Технологията за извличане на метали осигурява икономически изгоден промишлен производствен процес без генериране на отпадъци.

Бокситът е основната руда за производството на алуминий

Характеристики на рудния минерал

Името на минералната суровина за добив на алуминий идва от името на района във Франция, където за първи път са открити находищата. Бокситът се състои от алуминиеви хидроксиди, като примеси съдържа глинести минерали, железни оксиди и хидроксиди.

На външен вид бокситът е каменист и по-рядко подобен на глина, скалата е хомогенна или слоеста по структура. В зависимост от формата на поява в земната кора те са плътни или порести. Минералите се класифицират според тяхната структура:

детритни - конгломерат, чакъл, пясъчник, пелит;
нодули - бобови, оолитови.

Основната маса на скалата под формата на включвания съдържа оолитови образувания от железни оксиди или алуминиев оксид. Бокситната руда обикновено е кафява или тухлена на цвят, но има находища с бели, червени, сиви, жълти нюанси.

Основните минерали за образуване на руда са:

диаспори;
хидрогетит;
гьотит;
бемит;
гибсайт;
каолинит;
илменит;
двуалуминиев триоксид хематит;
калцит;
сидерит;
слюда.

Разграничаване на бокситна платформа, геосинклинални и океански острови. Депозитите на алуминиева руда се образуват в резултат на пренасянето на продукти от изветряне на скалите с последващото им отлагане и утаяване.

Промишлените боксити съдържат 28-60% алуминиев оксид. При използване на руда съотношението на последната към силиция не трябва да бъде по-ниско от 2-2,5.

Галерия: боксит камък (25 снимки)

Боксит (видео)

Находища и добив на суровини

Основните суровини за промишленото производство на алуминий в Руската федерация са бокситите, нефелиновите руди и техните концентрати, концентрирани на Колския полуостров.

Бокситните находища в Русия се характеризират с ниско качество на суровините и трудни минни и геоложки условия на добив. В страната има 44 проучени находища, от които само една четвърт се експлоатира.

Основното производство на боксит се извършва от АД "Севуралбокситруда". Въпреки запасите от рудни суровини, предлагането на преработвателните предприятия е неравномерно. От 15 години има недостиг на нефелини и боксити, което води до внос на двуалуминиев оксид.

Световните запаси от боксит са съсредоточени в 18 страни, разположени в тропическите и субтропичните зони. Местоположението на боксит с най-високо качество е ограничено до зони на изветряне на алумосиликатни скали във влажни условия. Именно в тези зони се намира по-голямата част от световните доставки на суровини.

Най-големите запаси са съсредоточени в Гвинея. По отношение на добива на рудни суровини в света първенството принадлежи на Австралия. Бразилия има 6 милиарда тона запаси, Виетнам - 3 милиарда тона, бокситните запаси на Индия, които са с високо качество, са 2,5 милиарда тона, Индонезия - 2 милиарда тона. По-голямата част от рудата е концентрирана в недрата на тези страни.

Бокситите се добиват чрез открит и подземен добив. Технологичният процес на обработка на суровините зависи от техния химичен състав и предвижда поетапно изпълнение на работата.

На първия етап под въздействието на химически реагенти се образува алуминиев оксид, а на втория етап от него се извлича метален компонент чрез електролиза от стопилка на флуоридни соли.

Използват се няколко метода за образуване на алуминиев оксид:

синтероване;
хидрохимичен;
комбинирани.

Прилагането на техники зависи от концентрацията на алуминий в рудата. Нискокачественият боксит се преработва по комплексен начин. Зарядът, получен в резултат на синтероване от варовикова сода и боксит, се излугва с разтвор. Металният хидроксид, образуван в резултат на химическата обработка, се отделя и се подлага на филтруване.

Линия за обработка на боксит (видео)

Приложение на минерални ресурси

Използването на боксит в различни отрасли на промишленото производство се дължи на универсалността на суровината по отношение на нейния минерален състав и физични свойства. Бокситът е руда, от която се извличат алуминий и алуминий.

Използването на боксит в черната металургия като флюс при топенето на мартенова стомана подобрява техническите характеристики на продуктите.

При производството на електрокорунд свойствата на боксита се използват за образуване на свръхустойчив, огнеупорен материал (синтетичен корунд) в резултат на топене в електрически пещи с участието на антрацит като редуциращ агент и железни стружки.

Минералът боксит с ниско съдържание на желязо се използва при производството на огнеупорни, бързо втвърдяващи се цименти. В допълнение към алуминия от рудните суровини се извличат желязо, титан, галий, цирконий, хром, ниобий и TR (редкоземни елементи).

Бокситите се използват за производството на бои, абразиви, сорбенти. Руда с ниско съдържание на желязо се използва при производството на огнеупорни състави.

В съвременната индустрия алуминиевата руда спечели най-голяма популярност. Алуминият е най-често срещаният метал от всички метали, които съществуват днес на земята. Освен това той принадлежи на третото място в класацията по отношение на броя на находищата в недрата на Земята. Освен това алуминият е най-лекият метал. Алуминиевата руда е скала, която служи като материал, от който се получава металът. Алуминият има определени химични и физични свойства, които позволяват адаптирането му към напълно различни области на човешката дейност. По този начин алуминият намери своето широко приложение в индустрии като машиностроене, автомобилостроене, строителство, в производството на различни контейнери и опаковки, електротехника и други потребителски стоки. Почти всеки домакински уред, използван ежедневно от човек, съдържа алуминий в едно или друго количество.

Добив на алуминий

Има огромен брой минерали, в състава на които някога е открито присъствието на този метал. Учените са стигнали до извода, че този метал може да се добива от повече от 250 минерала. Въпреки това не е изгодно да се извлича метал от абсолютно всички руди, следователно сред цялото съществуващо разнообразие има най-ценните алуминиеви руди, от които се получава металът. Това са: боксити, нефелини, а също и алунити. От всички алуминиеви руди максималното съдържание на алуминий се отбелязва в бокситите. Именно в тях се намират около 50% от алуминиевите оксиди. По правило находищата на боксит се намират директно на земната повърхност в достатъчни количества. Бокситът е непрозрачна скала с червен или сив цвят. Най-силните проби от боксит по минералогическа скала се оценяват на 6 точки. Те са с различна плътност от 2900 до 3500 kg/m3, което пряко зависи от химичния състав. Бокситните руди се отличават със своя сложен химичен състав, който включва алуминиеви хидроксиди, железни и силициеви оксиди, както и от 40% до 60% алуминиев оксид, който е основната суровина за производството на алуминий. Струва си да се каже, че екваториалните и тропическите земни пояси са основната зона, която е известна с находища на бокситни руди. Образуването на боксит изисква участието на няколко компонента, включително двуалуминиев оксид монохидрат, бемит, диаспор и различни железни хидроксидни минерали заедно с железен оксид. Изветрянето на кисели, алкални и в някои случаи основни скали, както и бавното утаяване на алуминиевия оксид на дъното на резервоарите води до образуването на бокситни руди. От два тона алуминиев алуминий се получава наполовина по-малко - 1 тон. А за два тона алуминиев оксид е необходимо да се извлекат около 4,5 тона боксит. Алуминият може да се получи и от нефелини и алунити. Първите, в зависимост от техния клас, могат да съдържат от 22% до 25% алуминиев оксид. Докато алунитите са малко по-ниски от бокситите и 40% се състоят от алуминиев оксид.

Алуминиеви руди на Русия

Руската федерация е на 7-ма линия в рейтинга сред всички страни по света по отношение на количеството добити алуминиеви руди. Заслужава да се отбележи, че тази суровина се добива в огромни количества на територията на руската държава. Страната обаче изпитва значителен недостиг на този метал и не е в състояние да го осигури в количеството, необходимо за пълното снабдяване на индустрията. Това е основната причина, поради която Русия трябва да купува алуминиеви руди от други страни, както и да разработва находища с нискокачествени минерални руди. В държавата има около 50 находища, повечето от които се намират в европейската част на държавата. Радынкское обаче е най-старото находище на алуминиева руда в Русия. Местоположението му е Ленинградска област. Състои се от боксити, които от древни времена са основният и незаменим материал, от който впоследствие се произвежда алуминий.

Производство на алуминий в Русия

В началото на 20 век в Русия се заражда алуминиевата индустрия. През 1932 г. във Волхов се появява първият завод за производство на алуминий. И още на 14 май същата година предприятието успя да получи партида метал за първи път. Всяка година на територията на страната се разработват нови находища на алуминиеви руди и се въвеждат в експлоатация нови мощности, които значително се разширяват по време на Втората световна война. Следвоенният период за страната бе белязан от откриването на нови предприятия, чиято основна дейност беше производството на готови изделия, основен материал за които бяха алуминиеви сплави. В същото време беше пуснато в експлоатация предприятието за алуминиев оксид в Пикалевски. Русия е известна с разнообразието от фабрики, благодарение на които страната произвежда алуминий. От тях най-мащабният не само в руската държава, но и в целия свят е UC Rusal. Той успя да произведе около 3,603 милиона тона алуминий през 2015 г., а през 2012 г. предприятието достигна 4,173 милиона тона метал.



Алуминий / Алуминий (Al), 13







1,61 (скала на Полинг)


1-ви: 577,5 (5,984) kJ/mol (eV) 2-ро: 1816,7 (18,828) kJ/mol (eV)
Твърди
2,6989 g/cm³
660°C, 933.5K
2518.82°C, 2792K
10,75 kJ/mol
284,1 kJ/mol
24,35 24,2 J/(K mol)
10,0 cm³/mol
кубичен лицево-центриран


(300 K) 237 W/(m K)

кодов символ

Показва, че алуминият може да се рециклира Алуминий- елемент от 13-та група на периодичната таблица на химичните елементи (според остарялата класификация - елемент от основната подгрупа на група III), от третия период, с атомен номер 13. Означава се със символа Al ( лат. Алуминий). Принадлежи към групата на леките метали. Най-разпространеният метал и третият най-често срещан химичен елемент в земната кора (след кислорода и силиция). просто вещество алуминий- лек парамагнитен метал със сребристо-бял цвят, лесно формован, отлят, обработен. Алуминият има висока топло- и електрическа проводимост, устойчивост на корозия поради бързото образуване на силни оксидни филми, които предпазват повърхността от по-нататъшно взаимодействие.

История

Алуминият е получен за първи път от датския физик Ханс Оерстед през 1825 г. чрез действието на калиева амалгама върху алуминиев хлорид, последвано от дестилация на живак. Името на елемента произлиза от лат. алумен- стипца. Преди откриването на промишлен метод за производство на алуминий, този метал беше по-скъп от златото. През 1889 г. британците, желаейки да почетат великия руски химик Д. И. Менделеев с богат подарък, му подаряват везни от злато и алуминий.

Касова бележка

Алуминият образува силна химична връзка с кислорода. В сравнение с други метали, възстановяването на алуминий от руда е по-трудно поради високата му реактивност и високата точка на топене на повечето от неговите руди (като боксит). Не може да се използва директна редукция с въглерод, тъй като силата на редукция на алуминия е по-висока от тази на въглерода. Възможно е непряко редуциране, за да се получи междинен продукт Al4C3, който се разлага при 1900-2000 ° C с образуването на алуминий. Този метод е в процес на разработка, но изглежда е по-изгоден от процеса на Hall-Héroult, тъй като изисква по-малко енергия и генерира по-малко CO2. Модерният метод за приготвяне, процесът на Хол-Еру, е разработен независимо от американеца Чарлз Хол и французина Пол Еру през 1886 г. Състои се в разтваряне на алуминиев оксид Al2O3 в стопилка от Na3AlF6 криолит, последвано от електролиза с използване на консумативи коксови или графитни анодни електроди. Този метод на получаване изисква много големи количества електроенергия и затова получава индустриално приложение едва през 20 век. Производството на 1000 kg суров алуминий изисква 1920 kg алуминиев оксид, 65 kg криолит, 35 kg алуминиев флуорид, 600 kg анодни графитни електроди и около 17 MWh електроенергия (~61 GJ). Лабораторен метод за производство на алуминий е предложен от Фридрих Вьолер през 1827 г. чрез редукция на безводен алуминиев хлорид с метален калий (реакцията протича при нагряване без достъп на въздух):

AlCl3+3K→3KCl+Al(стил на показване (mathsf (AlCl_(3)+3Krightarrow 3KCl+Al)))

Физични свойства

Алуминиева микроструктура върху гравирана повърхност на слитък, 99,9998% чистота, видим размер на сектора около 55 × 37 mm

Сребристо-бял метал, лек
плътност - 2712 kg/m³
точка на топене за технически алуминий - 658 °C, за алуминий с висока чистота - 660 °C
специфична топлина на топене - 390 kJ/kg
точка на кипене - 2500 °C
специфична топлина на изпарение - 10,53 MJ / kg
специфичен топлинен капацитет - 897 J/kg K
якост на опън на лят алуминий - 10-12 kg/mm², деформируем - 18-25 kg/mm², сплави - 38-42 kg/mm²
Твърдост по Бринел - 24…32 kgf/mm²
висока пластичност: техническа - 35%, чиста - 50%, навита на тънък лист и равномерно фолио
Модул на Юнг - 70 GPa
Алуминият има висока електропроводимост (37 106 S/m) и топлопроводимост (203,5 W/(m K)), 65% от електропроводимостта на медта, има висока светлоотразителна способност.
Слаб парамагнетик.
Температурен коефициент на линейно разширение 24,58 10−6 K−1 (20…200 °C).
Съпротивление 0,0262...0,0295 Ohm mm²/m
Температурният коефициент на електрическо съпротивление е 4,3·10−3 K−1. Алуминият преминава в свръхпроводящо състояние при температура от 1,2 келвина.

Алуминият образува сплави с почти всички метали. Най-известни са сплавите с мед и магнезий (дуралуминий) и силиций (силумин).

Да бъдеш сред природата

Разпространение

По разпространение в земната кора той заема 1-во място сред металите и 3-то място сред елементите, отстъпвайки само на кислорода и силиция. Масовата концентрация на алуминий в земната кора, според различни изследователи, се оценява на 7,45 до 8,14%.

Естествени алуминиеви съединения

В природата алуминият, поради високата си химична активност, се среща почти изключително под формата на съединения. Някои от естествено срещащите се алуминиеви минерали са:

Боксити - Al2O3 H2O (с примеси на SiO2, Fe2O3, CaCO3)
Нефелини - KNa34
Алунити - (Na,K)2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3
Двуалуминиев оксид (смеси от каолини с пясък SiO2, варовик CaCO3, магнезит MgCO3)
Корунд (сапфир, рубин, шмиргел) - Al2O3
Фелдшпат - (K,Na)2O Al2O3 6SiO2, Ca
Каолинит - Al2O3 2SiO2 2H2O
Берил (изумруд, аквамарин) - 3BeO Al2O3 6SiO2
Хризоберил (александрит) - BeAl2O4.

Въпреки това, при някои специфични редуциращи условия (вулканични отвори), са открити следи от самороден алуминиев метал. В природните води алуминият се намира под формата на нискотоксични химически съединения, като алуминиев флуорид. Видът на катиона или аниона зависи преди всичко от киселинността на водната среда. Концентрациите на алуминий в руските водоеми варират от 0,001 до 10 mg/l. В морската вода концентрацията му е 0,01 mg/l.

Изотопи на алуминия

Естественият алуминий се състои почти изцяло от един стабилен изотоп, 27Al, с незначителни следи от 26Al, най-дългоживеещият радиоактивен изотоп с период на полуразпад от 720 000 години, произведен в атмосферата чрез разделянето на 40Ar аргонови ядра от високоенергийни космически лъчеви протони.

Химични свойства

При нормални условия алуминият е покрит с тънък и здрав оксиден филм и следователно не реагира с класическите окислители: с H2O, O2, HNO3 (без нагряване), H2SO4, но реагира с HCl. Поради това алуминият практически не е подложен на корозия и следователно е широко търсен от съвременната индустрия. Въпреки това, когато оксидният филм се разруши (например при контакт с разтвори на амониеви соли NH +, горещи алкали или в резултат на амалгамиране), алуминият действа като активен редуциращ метал. Възможно е да се предотврати образуването на оксиден филм чрез добавяне на метали като галий, индий или калай към алуминия. В този случай повърхността на алуминия се намокря от евтектика с ниска точка на топене на базата на тези метали. Лесно реагира с прости вещества:

с кислород за образуване на алуминиев оксид:

4Al+3O2→2Al2O3(стил на показване (mathsf (4Al+3O_(2)стрелка надясно 2Al_(2)O_(3))))

с халогени (с изключение на флуор), образуващи хлорид, бромид или алуминиев йодид:

2Al+3Hal2→2AlHal3(Hal=Cl,Br,I)(стил на показване (mathsf (2Al+3Hal_(2)стрелка надясно 2AlHal_(3)(Hal=Cl,Br,I))))

реагира с други неметали при нагряване:

с флуор, образувайки алуминиев флуорид:

2Al+3F2→2AlF3(стил на показване (mathsf (2Al+3F_(2)стрелка надясно 2AlF_(3))))

със сяра, образувайки алуминиев сулфид:

2Al+3S→Al2S3(стил на показване (mathsf (2Al+3Srightarrow Al_(2)S_(3))))

с азот до образуване на алуминиев нитрид:

2Al+N2→2AlN(стил на показване (mathsf (2Al+N_(2)стрелка надясно 2AlN)))

с въглерод, образувайки алуминиев карбид:

4Al+3C→Al4C3(стил на показване (mathsf (4Al+3Cдясна стрелка Al_(4)C_(3))))

Алуминиевият сулфид и алуминиевият карбид са напълно хидролизирани: Al2S3+6H2O→2Al(OH)3+3H2S(displaystyle (mathsf (Al_(2)S_(3)+6H_(2)Orightarrow 2Al(OH)_(3)+3H_( 2) S))) Al4C3+12H2O→4Al(OH)3+3CH4(стил на показване (mathsf (Al_(4)C_(3)+12H_(2)стрелка надясно 4Al(OH)_(3)+3CH_(4)) )) Със сложни вещества:

с вода (след отстраняване на защитния оксиден филм, например чрез амалгамиране или горещи алкални разтвори):

2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2(стил на показване (математика (2Al+6H_(2)стрелка надясно 2Al(OH)_(3)+3H_(2))))

с алкали (с образуване на тетрахидроксоалуминати и други алуминати):

2Al+2NaOH+6H2O→2Na+3H2(стил на показване (математически (2Al+2NaOH+6H_(2)стрелка надясно 2Na+3H_(2)))) 2Al+6NaOH→2Na3AlO3+3H2(стил на показване (математически (2Al+6NaOH стрелка надясно 2Na_(3) )AlO_(3)+3H_(2))))

Лесно разтворим в солна и разредена сярна киселина:

2Al+6HCl→2AlCl3+3H2(стил на показване (математикаf (2Al+6HClдясна стрелка 2AlCl_(3)+3H_(2)))) 2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2(стил на показване (математикаf (2Al+3H_(2)SO_ (4)стрелка надясно Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2))))

При нагряване се разтваря в киселини - окислители, които образуват разтворими алуминиеви соли:

8Al+15H2SO4→4Al2(SO4)3+3H2S+12H2O(стил на показване (mathsf (8Al+15H_(2)SO_(4)стрелка надясно 4Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2)S+ 12H_ (2)O))) Al+6HNO3→Al(NO3)3+3NO2+3H2O(стил на показване (mathsf (Al+6HNO_(3)дясна стрелка Al(NO_(3))_(3)+3NO_(2)+ 3H_ (2)О)))

възстановява металите от техните оксиди (алуминотермия):

8Al+3Fe3O4→4Al2O3+9Fe(стил на показване (математикаf (8Al+3Fe_(3)O_(4)стрелка надясно 4Al_(2)O_(3)+9Fe))) 2Al+Cr2O3→Al2O3+2Cr(стил на показване (математикаf (2Al+ Cr_ (2)O_(3)стрелка надясно Al_(2)O_(3)+2Cr)))

Производство и пазар

Производство на алуминий в милиони тонове Няма надеждна информация за производството на алуминий преди 19 век. (Съществуващо понякога във връзка с Естествената история на Плиний, твърдението, че алуминият е бил известен при император Тиберий, се основава на погрешно тълкуване на източника). През 1825 г. датският физик Ханс Кристиан Ерстед получава няколко милиграма метален алуминий, а през 1827 г. Фридрих Вьолер успява да изолира алуминиеви зърна, които обаче веднага се покриват с тънък филм от алуминиев оксид във въздуха. До края на 19 век алуминият не се произвежда в индустриален мащаб. Едва през 1854 г. Анри Сент-Клер Девил (изследванията му са финансирани от Наполеон III, надявайки се, че алуминият ще бъде полезен за неговата армия) изобретява първия метод за промишлено производство на алуминий, базиран на изместването на алуминия с метален натрий от двойно натриев хлорид и алуминий NaCl AlCl3. През 1855 г. е получен първият метален слитък с тегло 6-8 кг. За 36 години приложение, от 1855 до 1890 г., по метода на Saint-Clair Deville са получени 200 тона метален алуминий. През 1856 г. той получава и алуминий чрез електролиза на стопилка от натриево-алуминиев хлорид. През 1885 г. в германския град Гмелингем е построен завод за производство на алуминий, работещ по технологията, предложена от Николай Бекетов. Технологията на Бекетов не се различава много от метода на Девил, но е по-проста и се състои във взаимодействието между криолита (Na3AlF6) и магнезия. За пет години този завод произвежда около 58 тона алуминий - повече от една четвърт от световното производство на метал по химически начин в периода от 1854 до 1890 г. Методът, изобретен почти едновременно от Чарлз Хол в САЩ и Пол Еру във Франция (1886 г.) и базиран на производството на алуминий чрез електролиза на алуминиев триокис, разтворен в разтопен криолит, постави основите на съвременния метод за производство на алуминий. Оттогава, поради подобряването на електротехниката, производството на алуминий се подобри. Забележителен принос в развитието на производството на алуминиев оксид имат руските учени К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковски и А. А. Яковкин.Първият алуминиев завод в Русия е построен през 1932 г. в град Волхов. Металургичната промишленост на СССР през 1939 г. произвежда 47,7 хиляди тона алуминий, други 2,2 хиляди тона са внесени. Втората световна война значително стимулира производството на алуминий. Така през 1939 г. световното му производство, с изключение на СССР, е било 620 хиляди тона, но до 1943 г. е нараснало до 1,9 милиона тона. До 1956 г. в света са произведени 3,4 млн. тона първичен алуминий, през 1965 г. - 5,4 млн. т, през 1980 г. - 16,1 млн. т, през 1990 г. - 18 млн. т. През 2007 г. 38 млн. т първичен алуминий, а през 2008 г. - 39,7 млн. тона Лидерите в производството бяха:

КНР Китай (през 2007 г. произвежда 12,60 милиона тона, а през 2008 г. - 13,50 милиона тона)
Русия Русия (3,96/4,20)
Канада Канада (3,09/3,10)
САЩ САЩ (2,55/2,64)
Австралия Австралия (1,96/1,96)
Бразилия Бразилия (1,66/1,66)
Индия Индия (1,22/1,30)
Норвегия Норвегия (1,30/1,10)
ОАЕ ОАЕ (0,89/0,92)
Бахрейн Бахрейн (0,87/0,87)
Южна Африка Южна Африка (0,90/0,85)
Исландия Исландия (0,40/0,79)
Германия Германия (0,55/0,59)
Венецуела Венецуела (0,61/0,55)
Мозамбик Мозамбик (0,56/0,55)
Таджикистан Таджикистан (0,42/0,42)

През 2016 г. на световния пазар са произведени 59 милиона тона алуминий, резервът е 2,224 милиона тона, а среднодневното производство е 128,6 хиляди тона (2013,7). В Русия монополистът в производството на алуминий е руската алуминиева компания, която представлява около 13% от световния пазар на алуминий и 16% от алуминиевия триоксид. Световните запаси от боксит са практически неограничени, т.е. те са несъизмерими с динамиката на търсенето. Съществуващите мощности могат да произвеждат до 44,3 милиона тона първичен алуминий годишно. Трябва също така да се има предвид, че в бъдеще някои от приложенията на алуминия могат да бъдат преориентирани към използването на, например, композитни материали. Цените на алуминия (на търговете на международните стокови борси) от 2007 до 2015 г. са средно 1253-3291 долара за тон.

Приложение

Широко използван като конструктивен материал. Основните предимства на алуминия в това качество са лекота, пластичност за щамповане, устойчивост на корозия (на въздух алуминият незабавно се покрива със силен Al2O3 филм, който предотвратява по-нататъшното му окисление), висока топлопроводимост, нетоксичност на неговите съединения. По-специално, тези свойства са направили алуминия изключително популярен в производството на съдове за готвене, алуминиево фолио в хранително-вкусовата промишленост и за опаковане. Първите три свойства превърнаха алуминия в основната суровина в авиационната и космическата индустрия (напоследък той бавно беше заменен от композитни материали, предимно въглеродни влакна). Основният недостатък на алуминия като конструктивен материал е неговата ниска якост, следователно, за да го укрепи, обикновено се легира с малко количество мед и магнезий (сплавта се нарича дуралуминий). Електрическата проводимост на алуминия е само 1,7 пъти по-малка от тази на медта, докато алуминият е приблизително 4 пъти по-евтин на килограм, но поради 3,3 пъти по-ниската плътност, за да се получи еднакво съпротивление, се нуждае от приблизително 2 пъти по-малко тегло. Поради това той се използва широко в електротехниката за производство на проводници, тяхното екраниране и дори в микроелектрониката при отлагане на проводници върху повърхността на кристали на микросхеми. По-ниската електрическа проводимост на алуминия (3,7 107 S/m) в сравнение с медта (5,84 107 S/m), за да се поддържа същото електрическо съпротивление, се компенсира от увеличаване на площта на напречното сечение на алуминиевите проводници. Недостатъкът на алуминия като електротехнически материал е образуването на силен диелектричен оксиден филм върху повърхността му, което затруднява запояването и поради влошаване на контактното съпротивление причинява повишено нагряване на електрическите връзки, което от своя страна влияе неблагоприятно на надеждността на електрическия контакт и състоянието на изолацията. Ето защо, по-специално, 7-то издание на Правилата за електрическа инсталация, приети през 2002 г., забранява използването на алуминиеви проводници с напречно сечение по-малко от 16 mm².

Благодарение на комплекса от свойства, той се използва широко в топлинното оборудване.
Алуминият и неговите сплави не стават крехки при ултраниски температури. Поради това той се използва широко в криогенната технология. Има обаче известен случай на придобиване на крехкост от криогенни тръби, изработени от алуминиева сплав, поради тяхното огъване върху медни сърцевини по време на разработването на RN Energia.
Високата отразяваща способност, съчетана с ниската цена и лекотата на вакуумно отлагане, прави алуминия оптималният материал за производство на огледала.
В производството на строителни материали като газообразуващ агент.
Алуминизирането дава устойчивост на корозия и котлен камък на стомана и други сплави, например клапани на бутални двигатели, лопатки на турбини, петролни платформи, топлообменно оборудване и също така замества поцинковане.
Алуминиевият сулфид се използва за получаване на сероводород.
Провеждат се изследвания за разработване на разпенен алуминий като особено здрав и лек материал.

Като реставратор

Като компонент на термит, смеси за алуминотермия.
в пиротехниката.
Алуминият се използва за възстановяване на редки метали от техните оксиди или халогениди.
Ограничена употреба като протектор за анодна защита.

Алуминиеви сплави

Като конструктивен материал обикновено не се използва чист алуминий, а различни сплави на негова основа. Обозначението на серията сплави в тази статия е дадено за САЩ (стандарт H35.1 ANSI) и според GOST Русия. В Русия основните стандарти са GOST 1583 „Лети алуминиеви сплави. Спецификации” и ГОСТ 4784 „Алуминий и ковани алуминиеви сплави. марки. Има също UNS маркировка и международен стандарт за алуминиеви сплави и тяхната маркировка ISO R209 b.

Алуминиево-магнезиев Al-Mg (ANSI: серия 5xxx за ковани сплави и 5xx.x за сплави за фасонни отливки; GOST: AMg). Сплавите от системата Al-Mg се характеризират с комбинация от задоволителна якост, добра пластичност, много добра заваряемост и устойчивост на корозия. В допълнение, тези сплави се характеризират с висока устойчивост на вибрации.

В сплави от тази система, съдържащи до 6% Mg, се образува евтектична система от Al3Mg2, свързваща се с твърд разтвор на основата на алуминий. Най-широко използвани в промишлеността са сплавите със съдържание на магнезий от 1 до 5%. Увеличаването на съдържанието на Mg в сплавта значително повишава нейната якост. Всеки процент магнезий увеличава якостта на опън на сплавта с 30 MPa и границата на провлачване с 20 MPa. В този случай относителното удължение леко намалява и е в рамките на 30-35%. Сплавите със съдържание на магнезий до 3% (по маса) са структурно стабилни при стайна и повишена температура дори в значително студено обработено състояние. Тъй като концентрацията на магнезий в закалено състояние се увеличава, структурата на сплавта става нестабилна. В допълнение, увеличаването на съдържанието на магнезий над 6% води до влошаване на устойчивостта на корозия на сплавта. За подобряване на якостните характеристики на системата Al-Mg сплавите се легират с хром, манган, титан, силиций или ванадий. Те се опитват да избегнат навлизането на мед и желязо в сплавите на тази система, тъй като намаляват тяхната устойчивост на корозия и заваряемост.

Алуминиево-манганов Al-Mn (ANSI: серия 3xxx; GOST: AMts). Сплавите от тази система имат добра якост, пластичност и обработваемост, висока устойчивост на корозия и добра заваряемост.

Основните примеси в сплавите на системата Al-Mn са желязо и силиций. И двата елемента намаляват разтворимостта на манган в алуминия. За да се получи финозърнеста структура, сплавите на тази система са легирани с титан. Наличието на достатъчно количество манган осигурява стабилността на студено обработената метална конструкция при стайна и повишена температура.

Алуминий-мед Al-Cu (Al-Cu-Mg) (ANSI: серия 2xxx, 2xx.x; GOST: AM). Механичните свойства на сплавите от тази система в термично укрепено състояние достигат, а понякога и надвишават механичните свойства на нисковъглеродните стомани. Тези сплави са високотехнологични. Те обаче имат и значителен недостатък - ниска устойчивост на корозия, което води до необходимостта от използване на защитни покрития.

Като добавки могат да се използват манган, силиций, желязо и магнезий. Освен това последният има най-силно влияние върху свойствата на сплавта: легирането с магнезий значително увеличава якостта на опън и границата на провлачване. Добавянето на силиций към сплавта повишава нейната способност за изкуствено стареене. Легирането с желязо и никел повишава устойчивостта на топлина на сплавите от втората серия. Работното втвърдяване на тези сплави след закаляване ускорява изкуственото стареене, а също така повишава якостта и устойчивостта на корозия под напрежение.

Сплави от системата Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) (серии ANSI: 7xxx, 7xx.x). Сплавите от тази система се ценят заради тяхната много висока якост и добра обработваемост. Представителят на системата - сплав 7075 е най-здравата от всички алуминиеви сплави. Ефектът от такова високо втвърдяване се постига благодарение на високата разтворимост на цинк (70%) и магнезий (17,4%) при повишени температури, която рязко намалява при охлаждане.

Въпреки това, значителен недостатък на тези сплави е изключително ниската устойчивост на корозия под напрежение. Устойчивостта на корозия на сплавите под напрежение може да се повиши чрез легиране с мед. Невъзможно е да не се отбележи закономерността, открита през 60-те години: наличието на литий в сплавите забавя естественото и ускорява изкуственото стареене. В допълнение, наличието на литий намалява специфичното тегло на сплавта и значително увеличава нейния модул на еластичност. В резултат на това откритие са разработени нови системи от сплави Al-Mg-Li, Al-Cu-Li и Al-Mg-Cu-Li.

Алуминиево-силициевите сплави (силумини) са най-подходящи за леене. От тях често се отливат корпуси на различни механизми.
Комплексни сплави на базата на алуминий: авиация.

Алуминий като добавка в други сплави

Алуминият е важен компонент на много сплави. Например в алуминиевите бронзи основните компоненти са мед и алуминий. В магнезиевите сплави алуминият най-често се използва като добавка. За производството на спирали в електрически нагреватели се използва Fechral (Fe, Cr, Al) (заедно с други сплави). Добавянето на алуминий към така наречените „свободнорежещи стомани” улеснява тяхната обработка, като дава ясно отчупване на готовия детайл от пръта в края на процеса.

Бижута

Когато алуминият беше много скъп, от него се правеха различни бижута. И така, Наполеон III поръчва алуминиеви копчета, а през 1889 г. Менделеев получава везни с купи от злато и алуминий. Модата на алуминиевите бижута веднага изчезна, когато се появиха нови технологии за тяхното производство, което намали цената многократно. Сега алуминият понякога се използва в производството на бижута. В Япония алуминият се използва в производството на традиционни бижута, заменяйки среброто.

Прибори за хранене

По заповед на Наполеон III са изработени алуминиеви прибори за хранене, които са сервирани на гала вечери на него и най-почетните гости. Други гости в същото време използваха уреди от злато и сребро. Тогава алуминиевите прибори за хранене станаха широко разпространени, с течение на времето употребата на алуминиеви кухненски прибори намаля значително, но дори и сега те все още могат да се видят само в някои заведения за обществено хранене - въпреки изявленията на някои експерти за вредата на алуминия за човешкото здраве. В допълнение, такива устройства в крайна сметка губят привлекателния си външен вид поради драскотини и формата си поради мекотата на алуминия. Приборите за армията са изработени от алуминий: лъжици, купички, колби.

Стъкларство

В производството на стъкло се използват флуорид, фосфат и алуминиев оксид.

хранително-вкусовата промишленост

Алуминият е регистриран като хранителна добавка Е173.

военна индустрия

Евтиността и теглото на метала доведоха до широкото му използване в производството на малки оръжия, по-специално картечници и пистолети.

Алуминий и неговите съединения в ракетната техника

Алуминият и неговите съединения се използват като гориво с висока производителност в двугоривните горива и като гориво в твърдите горива. Следните алуминиеви съединения представляват най-голям практически интерес като ракетно гориво:

Алуминий на прах като гориво в твърди ракетни горива. Използва се и под формата на прах и суспензии във въглеводороди.
алуминиев хидрид.
алуминиев боран.
Триметилалуминий.
Триетилалуминий.
Трипропилалуминий.

Триетилалуминият (обикновено смесен с триетилбор) също се използва за химическо запалване (като стартово гориво) в ракетни двигатели, тъй като се запалва спонтанно в кислороден газ. Алуминиевите хидридни горива, в зависимост от окислителя, имат следните характеристики:

Алуминиева енергия

Алуминиевата енергия използва алуминия като универсален вторичен енергиен носител. Неговите приложения в това качество са:

Окисляване на алуминий във вода за получаване на водород и топлинна енергия.
Окисляване на алуминий с атмосферен кислород за производство на електричество във въздушно-алуминиеви електрохимични генератори.

Алуминият в световната култура

В романа на Н. Г. Чернишевски „Какво да правя?“ (1862-1863) един от главните герои описва мечтата си в писмо - визия за бъдещето, в което хората живеят, релаксират и работят в многоетажни сгради от стъкло и алуминий; подовете, таваните и мебелите са направени от алуминий (по времето на Н. Г. Чернишевски алуминият едва започва да се открива).
„Алуминиеви краставици“ е изображението и заглавието на песента на Виктор Цой от 1987 г.

Токсичност

Въпреки широкото му разпространение в природата, нито едно живо същество не използва алуминия в метаболизма - той е мъртъв метал. Има лек токсичен ефект, но много водоразтворими неорганични алуминиеви съединения остават в разтворено състояние за дълго време и могат да имат вредно въздействие върху хората и топлокръвните животни чрез питейната вода. Най-токсични са хлоридите, нитратите, ацетатите, сулфатите и др. За хората следните дози алуминиеви съединения (mg/kg телесно тегло) имат токсичен ефект при поглъщане:

алуминиев ацетат - 0,2-0,4;
алуминиев хидроксид - 3,7-7,3;
алуминиева стипца - 2,9.

Преди всичко действа върху нервната система (натрупва се в нервната тъкан, което води до тежки нарушения на функцията на централната нервна система). Невротоксичното свойство на алуминия обаче е изследвано от средата на 60-те години на миналия век, тъй като натрупването на метала в човешкото тяло е възпрепятствано от механизма на неговото отделяне. При нормални условия с урината могат да се отделят до 15 mg от даден елемент на ден. Съответно най-голям отрицателен ефект се наблюдава при хора с нарушена бъбречна отделителна функция. Нормата за съдържание на алуминий в питейната вода в Русия е 0,2 mg/l. В същото време този ПДК може да бъде увеличен до 0,5 mg/l от главния държавен санитарен лекар за съответната територия за конкретна водоснабдителна система. Според някои биологични изследвания приемът на алуминий в човешкото тяло се смята за фактор за развитието на болестта на Алцхаймер, но по-късно тези изследвания бяха критикувани, а заключението за връзката на едното с другото беше опровергано. Алуминиевите съединения могат също да стимулират рак на гърдата, когато се използват антиперспиранти с алуминиев хлорид. Но има по-малко научни доказателства в подкрепа на това, отколкото обратното.

Вижте също

Анодиране
Окисляване
Алуминий. тринадесети елемент
Международен институт за алуминий

Бележки

Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Гленда О'Конър, Томас Валчик, Шиге Йонеда, Сянг-Кун Джу.Атомни тегла на елементите 2011 (Технически доклад на IUPAC) // Чиста и приложна химия. - 2013. - кн. 85, бр. 5. - С. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
Химическа енциклопедия. В 5 тома / Ред .: Knunyants I. L. (Главно изд.). - М.: Съветска енциклопедия, 1988. - Т. 1. - С. 116. - 623 с. - 100 000 копия.
Хари Х. Байндър: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
алуминий. Онлайн етимологичен речник. etymonline.com. Посетен на 3 май 2010.
Фиалков, Ю.Девети знак. - М.: Детгиз, 1963. - С. 133.
Урок номер 49
Рециклиране и преработка на алуминий за енергоспестяване и устойчивост. - ASM International, 2007. - P. 198. - ISBN 0-87170-859-0.
Кратка химическа енциклопедия. Т. 1 (A-E). - М.: Съветска енциклопедия. 1961 г.
Короновски Н. В., Якушова А. Ф.Основи на геологията.
Олейников Б. В. и др. Алуминият е нов минерал от класа на самородните елементи // Записки ВМО. - 1984, част CXIII, бр. 2, стр. 210-215. .
J.P. Райли и Скироу Г. Химическа океанография V. 1, 1965 г.
Основи на водородната енергия / Изд. В. А. Мошников и Е. И. Терукова .. - Санкт Петербург: Издателство на Санкт Петербургския електротехнически университет "Лети", 2010. - 288 с. - ISBN 978-5-7629-1096-5.
Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л.Реакции на неорганични вещества: наръчник / Ed. Р. А. Лидина. - 2-ро изд., преработено. и допълнителни - М.: Дропла, 2007. - С. 16. - 637 с. - ISBN 978-5-358-01303-2.
Енциклопедия: бижута, бижута, бижутерски камъни. Скъпоценни метали. Скъпоценен алуминий.
"Сребро" от глина.
РЕЗЮМЕ ЗА МИНЕРАЛНИТЕ СТОКИ 2009 г.
C34 Текущо състояние на световното и местно производство и потребление на алуминий
Запасите от алуминий в света растат.
Производство на първичен алуминий в света и в Русия.
Историческа ценова диаграма за алуминий. Посетен на 8 юни 2015.
Kitco - Основни метали - Индустриални метали - Мед, Алуминий, Никел, Цинк, Олово - Графики, Цени, Графики, Котировки, Cu, Ni, Zn, Al, Pb.
Влияние на легиращите елементи върху свойствата на алуминиевите сплави.
Байков Д. И. и др.Заваряеми алуминиеви сплави. - Л.: Sudpromgiz, 1959. - 236 с.
Факти за алуминия.
Щурмова пушка Heckler-Koch HK416 (Германия) | Икономически новини.
Tara Perfection D.O.O. - Безопасност, на която можете да разчитате.
Сарнер С.Химия на ракетните горива \u003d Химия на горивото / Пер. от английски. Е. П. Голубкова, В. К. Старков, В. Н. Шеманина; изд. В. А. Илински. - М.: Мир, 1969. - С. 111. - 488 с.
Жук А. З., Клейменов Б. В., Фортов В. Е., Шейндлин А. Е.Електрически автомобил на алуминиево гориво. - М: Наука, 2012. - 171 с. - ISBN 978-5-02-037984-8.
алуминиеви краставици
Щербатих И., Дърводелец Д.О.(май 2007 г.). Ролята на металите в етиологията на болестта на Алцхаймер // J. Alzheimers Dis. 11 (2): 191-205.
Rondeau V., Commenges D., Jacqmin-Gadda H., Dartigues J.F.(юли 2000 г.). Връзка между концентрациите на алуминий в питейната вода и болестта на Алцхаймер: 8-годишно последващо проучване // Am. J. epidemiol. 152 (1): 59-66.
Рондо В.(2002). Преглед на епидемиологични проучвания върху алуминий и силициев диоксид във връзка с болестта на Алцхаймер и свързаните с нея разстройства // Rev. Environ. Здраве 17 (2): 107-121.
Мартин К. Н., Когън Д. Н., Инскип Х., Лейси Р. Ф., Йънг У. Ф.(май 1997 г.). Концентрации на алуминий в питейната вода и риск от болестта на Алцхаймер // Епидемиология 8 (3): 281-286.
Грейвс А. Б., Роснър Д., Ечеверия Д., Мортимър Дж. А., Ларсън Е. Б.(септември 1998 г.). Професионална експозиция на разтворители и алуминий и изчислен риск от болестта на Алцхаймер // Occup. Environ. Med. 55 (9): 627-633.
Антиперспиранти/дезодоранти и рак на гърдата.
алуминиев хлорид хексахидрат.

Връзки

Алуминий // Енциклопедичен речник на Брокхаус и Ефрон: в 86 тома (82 тома и 4 допълнителни). - Санкт Петербург, 1890-1907.
Алуминий на Webelements
Алуминий в Популярната библиотека на химичните елементи
Алуминий в находища
История, производство и употреба на алуминий
Алексеев А. И., Вълов М. Ю., Юзвяк З.Критерии за качество на водните системи: Учебник. - Санкт Петербург: ХИМИЗДАТ, 2002. ISBN 5-93808-043-6
GN 2.1.5.1315-03 Пределно допустими концентрации (ПДК) на химикали във водата на водни обекти за питейно-битови нужди.
ГОСТ Р 55375-2012. Първичен алуминий и сплави на негова основа. Печати
Документален филм "Алуминий"

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, pb, H2,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Алуминий- един от най-важните структурни материали. Благодарение на своята лекота, механична якост, висока електропроводимост, висока устойчивост на корозия, той намира широко приложение в авиационната, автомобилната, 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 алуминиев 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. Бокситите се добиват в 24 страни в размер на 140 милиона тона годишно, 80% от производството се пада на Австралия, Гвинея, Ямайка, Бразилия, Китай и Индия. Годишното производство на алуминий в страните производители на боксит надвишава 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.

се считат за уникални Място на ражданебоксити със запаси над 500 милиона тона, големи и средни - 500 - 50, малки - по-малко от 50 милиона тона.

Бокситът е остатъчна или утаена скала, съставена от алуминиеви хидроксиди, железни оксиди и хидроксиди, глинести минерали и кварц. Според минералния състав се разграничават гибзит, бемит и диаспорови боксити. В същото време беше отбелязано, че гибситовите руди преобладават в млади находища, които не са претърпели трансформация, докато в по-старите и трансформирани те се заменят с бемитови и диаспорни.

Всички промишлени видове бокситни находища са екзогенни образувания. Те се подразделят на изветрени и седиментни отлагания. Изветрителните отлагания се разделят на остатъчни латеритни и остатъчни повторно отложени отлагания, а седиментните отлагания се разделят на платформени зони, срещащи се в теригенни образувания и геосинклинални области, свързани с карбонатни образувания. Характеристиката е дадена в раздел. 1.2.1.

Таблица 1.2.1 Основните геоложки и индустриални типове алуминиеви находища

Геоложки индустриален тип	Рудоносна образуване	рудни тела	Условия на възникване	Състав на рудите	Примери депозити	мащаб, депозити
1. Остатъчен латеритен	а) Съвременна кора изветряне на древни шисти, базалти и др.	Хоризонтална депозити площ 5-15 km2, мощност до 10-15м.	близо до повърхността на плоско възвишения - купи; блокиран желязна кираса.	Гибзит, хематит	Боке, Фриа (Гвинея)	Единствен по рода си до 3 милиарда тона
1. Остатъчен латеритен	б) Древна кора изветряне на филитни шисти и метабазити	Голям хоризонт. Срещащи се тела дължина до няколко дек. км, с капацитет няколко метра	Депозитите са покрити седиментен палеозойски скали, мезозоя Кайнозойска, мощност 450-600м.	Бьомит, гибсайт, шаозит	Висловска (KMA, Русия)	голям, 80 милиона тона
2. Остатъчен предепозиран	Млад мезозой кайнозойски пясък- глина, прилежащи към зони за развитие латеритни ядра изветряне	лещовиден, листовиден	1-3 хоризонта сред пясъчници, глини и др.	Гибсайт, бемит, хематит, каолинит, сидерит	Място на раждане Крайбрежна Гвиана Плейнс, Уейн Гов (Австралия)
3. Седиментни платформа	Теригенни, карбонатни- не теригенен, вулканогенно-теригенен континентален, червено, понякога глинеста	лещовиден, листовиден	На дълбочина 40-150 m под седиментни образувания Палеозой, мезозой	Гибзит, бемит, каолинит	Тихвинска група, Северна Онега (Русия)	малък, среден, редки-големи
4. Седиментни геосинклинален	карбонатно образуване (теригенен, континентален, плитка вода theriigenno- карбонат, рифова подформация)	лещовиден, листовиден	Между разгърнати седиментни пластове	Диаспор, бемит, рядък гибсайт, хематит, пирит	Червената шапчица и други, SUBR, Русия	Голям, среден

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

В Русия бокситните находища се разработват в бокситоносните райони на Северен Урал (СУБР) и Южен Урал (СУБР) (84% от производството) и Тихвинска област (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 от далечната чужбина.

Алуминиевата руда заема специално място в съвременната индустрия. Поради определени физични и химични свойства алуминият се използва в много отрасли на човешката дейност. Автомобилната индустрия, машиностроенето, строителството, производството на много потребителски стоки и домакински уреди вече не е възможно без използването на този вид цветни метали. Добивът на алуминий е най-сложният и трудоемък процес.

Характеристики на алуминиевата руда

Рудата е естествено минерално образувание, което съдържа определен метал или минерал. В природата практически няма чист алуминий, поради което се добива от алуминиева руда. В земната кора съдържанието му е около 9%. Днес има около 250 разновидности на минерални съединения, включително алуминий, но не всички от тях са полезни при обработката. Следните видове руди се считат за най-ценни за алуминиевата промишленост:

боксит;
алунит;
нефелин.

бокситнай-често се използва като суровина за добив на метали, тъй като съдържа до 60% алуминиеви оксиди. Друг състав включва оксиди на силиций и желязо, кварц, магнезий, натрий и други химични елементи и съединения. В зависимост от състава бокситите имат различна плътност. Цветът на скалата е предимно червен или сив. За производството на 1 тон алуминий са необходими 4,5 тона боксит.

Алунитрудата не е много зад боксита, тъй като съдържа до 40% алуминиев оксид - основният доставчик на алуминий. Има пореста структура и има много примеси. Добивът на алуминий е печеливш само когато общото количество алунити е еквивалентно на общото количество добавки.

Това е алкална скала от магматичен произход. Според съдържанието на алуминиеви оксиди те заемат трето място. От първи клас нефелинова руда е възможно да се обработва от 25% или повече алуминиев оксид. От втори клас - до 25%, но не по-малко от 22%. Всички минерални съединения, съдържащи алуминиеви оксиди под тази стойност, нямат промишлена стойност.

Методи за добив на алуминий

Алуминият е сравнително млад метал, който за първи път е добиван преди малко повече от век. През цялото време технологията за добив на алуминий непрекъснато се подобрява, като се вземат предвид всички химични и физични свойства.

Получаването на метал е възможно само от алуминиев оксид, за образуването на който рудата се раздробява до прахообразно състояние и се нагрява с пара. По този начин е възможно да се отървете от по-голямата част от силиция и да оставите оптималната суровина за последващо топене.

Добивът на алуминиева руда се извършва по открит начин, ако дълбочината на поява е малка. Бокситите и нефелините, поради тяхната плътна структура, обикновено се изрязват с повърхностен миньор, като се използва метод на фрезоване. Алунитите принадлежат към редица насипни скали, поради което кариерен багер е оптимален за тяхното отстраняване. Последният незабавно товари скалата на самосвали за по-нататъшно транспортиране.

След извличането на първичните суровини следват няколко задължителни етапа на обработка на скалата, за да се получи алуминиев оксид:

Транспортиране до подготвителен цех, където скалата се раздробява от трошачки до фракция около 110 мм.
Подготвената суровина заедно с допълнителни компоненти се изпраща за по-нататъшна обработка.
Скалата се синтерова в пещи. Ако е необходимо, алуминиевата руда се излугва. Така се получава течен алуминатен разтвор.
Следващият етап е разграждането. В резултат на това се образува алуминатна каша, която се изпраща за отделяне и изпаряване на течността.
Почистване на излишните алкали и калциниране в пещта.

В резултат на това се получава сух алуминиев оксид, готов за производство на алуминий. Последният етап е хидролизно третиране. В допълнение към описания по-горе метод, алуминият се добива и по минния метод. Така скалата е изсечена от слоевете на земята.

Места за добив на алуминий в Русия

В световната класация по производство на алуминиева руда Русия е на седмо място. На цялата територия са проучени около 50 находища, сред които има все още неразработени находища. Най-богатите запаси от руда са съсредоточени в Ленинградска област и Урал, където работи една от най-дълбоките "алуминиеви" мини. Дълбочината на последния достига 1550 метра.

Въпреки широко развитата цветна металургия и по-специално производството на алуминий, полученият обем не е достатъчен за захранване на индустрията на цялата страна. Поради това Русия е принудена да внася алуминиев оксид от други страни. Тази необходимост се дължи и на по-ниското качество на рудата. Едно от най-печелившите находища в Урал произвежда боксит с 50% съдържание на алуминиев оксид. В Италия се добива скалата, която съдържа 64% алуминиеви оксиди.

Около 80% от общата маса на алуминиевата руда в Русия се добива по затворен метод в мини. Доста много находища се намират в регионите Белгород, Архангелск, Свердловск, както и в Република Коми. Освен боксит се добиват и нефелинови руди. Рентабилността на този вид производство на метал е по-малка, но все пак резултатът отчасти компенсира недостига на суровини в страната.

Особено място в алуминиевата промишленост заема производството на метал от вторични суровини. Този метод значително спестява енергия и рудни ресурси и намалява нивото на вредите, причинени на околната среда. Тук Русия донякъде изостава от други страни, но представянето на повечето местни предприятия забележимо се подобрява всяка година.

Световно производство на алуминиеви руди

През последните сто години нивото на добив на алуминиева руда се е увеличило до невероятни нива. Ако през 1913 г. световният обем на скалата е бил приблизително 550 хиляди тона, то днес тази цифра надхвърля 190 милиона тона. В момента около 30 страни се занимават с добив на алуминиева руда. Водещата позиция се заема от Гвинея (Западна Африка), където са концентрирани много находища със запаси, равни на 28% от световния дял.

По отношение на директния добив на руда Китай трябва да бъде класиран на първо място. По този начин страната на „залязващото слънце“ произвежда повече от 80 милиона тона суровини годишно. Първите пет изглеждат така:

Китай- 86 милиона тона;
Австралия- 82 милиона тона;
Бразилия- 31 милиона тона;
Гвинея- 20 милиона тона;
Индия- 15 милиона тона.

Следва Ямайка с цифра от 9,7 милиона тона и накрая Русия, чийто общ обем на производство на алуминиева руда е 6-7 милиона тона. Лидерите в алуминиевата промишленост се променят през годините.

За първи път рудата е добита във Франция, в град Бокс, поради което най-често срещаният вид руда се нарича боксит. Скоро Западна Европа и Северна Америка можеха да се похвалят с най-добро представяне. Половин век по-късно Латинска Америка става безспорен лидер. Сега Африка, Австралия, Китай и други развити страни излязоха напред.

Цветните метали са неразделна част от съвременната индустрия. Без тях развитието на много отрасли не би било възможно. Алуминият, като лек, здрав и функционален метал, се счита за основен конструктивен материал на съвремието.

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

Разновидности на алуминиеви руди

Известни са повече от 200 минерала, които съдържат алуминий.

Само такава скала се счита за източник на суровина, която отговаря на следните изисквания:

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

Характеристика на естествена скала боксит

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

В зависимост от находището, бокситите съдържат от 28 до 80% алуминиев оксид в състава си. Това е основната суровина за получаване на уникален метал. Качеството на боксита като суровина за алуминий зависи от съдържанието на алуминиев оксид в него. Това определя физическото Имотибоксит:

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

Бокситите, каолините, глините съдържат в състава си примеси от други съединения, които по време на преработката на суровините се освобождават в отделни индустрии.

Само в Русия се използват находища с находища на скали, в които алуминиевият оксид е с по-ниска концентрация.

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

Методи за обработка на минерали, съдържащи алуминий

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%.

Извличане и обогатяване на алуминиев оксид

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 взривяват, 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 методи 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 на ниво от 1,5-3,5 MPa до пълното преминаване на алуминиевите съединения от обогатената скала към 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. Когато към получения разтвор се добавят остатъци от алуминиев хидроксид от предишния цикъл, разлагането се ускорява.
За окончателното изсушаване на алуминиевия хидрат се използва процедура на калциниране.

Електролитно производство на чист алуминий

Чистият алуминий се получава чрез непрекъснат процес, при който се калцинира алуминий влиза в етапа на електролитна редукция.

Съвременните електролизатори представляват 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 втвърден електролит, който предпазва облицовката от разрушаване от стопилката на електролита.
Слой от разтопен алуминий на дъното на ваната, с дебелина 10–20 cm, служи като катод в тази настройка.
Токът се подава към алуминиевата стопилка чрез въглеродни блокове и вградени стоманени пръти.
Анодите, окачени на желязна рамка със стоманени щифтове, са снабдени с пръти, свързани с повдигащ механизъм. Докато гори, анодът потъва 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 - рафиниран 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, алуминий с точка на топене около 730°C.
Горен слой - чист рафиниран алуминийстопилка, която се разтваря в анодния слой и се издига. Той служи като катод в тази верига. Токът се подава от графитен електрод.

Индустриална стойност на алуминия

Видове алуминиеви руди

бокситна руда

Физични свойства на алуминиевата руда:

непрозрачен минерал от червен и сив цвят с различни нюанси;
твърдостта на най-издръжливите проби е 6 по минералогичната скала;
плътността на бокситите, в зависимост от химичния състав, варира от 2900-3500 kg/m³.

Как се образува бокситната алуминиева руда

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

Монохидратни боксити - съдържат двуалуминиев оксид в едноводна форма.
Трихидрат - такива минерали се състоят от алуминиев оксид в триводна форма.
Смесени - тази група включва предишните алуминиеви руди в комбинация.

Алунитни руди

Нефелин

първи клас - 60–90% нефелин; съдържа повече от 25% алуминиев оксид; обработката се извършва чрез синтероване;
вторият 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

Рудни находища в Русия

Френският град Ле Бо дьо Прованс, разположен в южната част на страната, стана известен с това, че даде името на минерала боксит. Именно там през 1821 г. минният инженер Пиер Бертие открива находища на непозната руда. Отне още 40 години изследвания и тестове, за да се открият възможностите на нова порода и да се признае като обещаваща за промишленото производство на алуминий, което в онези години надвишаваше цената на златото.

Характеристики и произход

Бокситът е първична алуминиева руда. На практика целият алуминий, който светът някога е произвеждал, е преобразуван от тях. Тази скала е композитна суровина със сложна и разнородна структура.

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

силиций (представен от кварц, каолинит и опал);
титан (като 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:

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

Химични и физични свойства

Химичните свойства на бокситите имат широк диапазон, свързан с променливия състав на материала. Качеството на добитите минерали обаче се определя основно от съотношението на съдържанието на алуминиев оксид и силициев диоксид. Колкото по-голямо е количеството на първото и по-малко на второто, толкова по-голяма е индустриалната стойност. Минните инженери смятат така нареченото „отваряне“ за важна химическа характеристика, тоест колко лесно е да се извлекат алуминиеви оксиди от рудния материал.

Въпреки факта, че бокситите нямат постоянен състав, техните физични свойства се свеждат до следните показатели:

1	Цвят	кафяво, оранжево, тухла, розово, червено; по-рядко сиво, жълто, бяло и черно
2	вени	обикновено бели, но понякога могат да бъдат оцветени с примеси от желязо
3	Блясък	Скучно и земно
4	Прозрачност	Непрозрачен
5	Специфично тегло	2-2,5 kg/cm³
6	твърдост	1-3 по минералогичната скала на Моос (за сравнение диамантът има 10). Поради тази мекота бокситът прилича на глина. Но за разлика от последните, когато се добави вода, те не образуват хомогенна пластична маса.

Интересното е, че физическото състояние няма нищо общо с полезността и стойността на боксита. Това се дължи на 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%, Азиатският континент 18%, а другите региони 6%.

Оптимизъм вдъхва и внедряването на процеса на оползотворяване на алуминий, което ще забави изчерпването на природните запаси от първична алуминиева руда (и в същото време ще спести потребление на електроенергия).

Десетте най-големи държави в добива на боксит, представени от същата Геоложка служба на САЩ, изглеждаха така през 2016 г.

1	Австралия	82 000
2	Китай	65 000
3	Бразилия	34 500
4	Индия	25 000
5	Гвинея	19 700
6	Ямайка	8 500
7	Русия	5 400
8	Казахстан	4 600
9	Саудитска Арабия	4 000
10	Гърция	1 800

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

Бокситите се добиват, като правило, в открити мини. За да се получи работна платформа, рудният слой се взривява на дълбочина 20 cm и след това се избира. Парчетата от минерала се раздробяват и сортират: отпадъчните скали (така наречените „отпадъци“) се отмиват от потока на промивната вода и плътните рудни фрагменти остават на дъното на обогатителната фабрика.

Най-древните находища на боксит в Русия датират от докамбрия. Те се намират в Източните саяни (находище Боксон). По-младата алуминиева руда от средния и горния девон се намира в Северен и Южен Урал, в Архангелска, Ленинградска и Белгородска области.

Индустриално приложение

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

Основната им употреба, която представлява 85% от световното развитие, 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, утаява се твърд остатък и се калцинира. Този продукт е безводен алуминиев оксид, предпоследната трансформация в производствения цикъл на алуминий.

След това остава 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 употреба на боксита е като абразив.

Ако алуминиевият оксид се калцинира, резултатът е синтетичен корунд, много твърд материал с коефициент 9 по скалата на Моос. Той се раздробява, отделя и допълнително се въвежда в състава на 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 повърхностна обработка и поради своята сферична форма намалява износването на пясъкоструйното оборудване.

Друго важно предназначение на боксита е да участва като пропант (материал, който не позволява затварянето на специално създадени разломи) в процеса на добив на нефт чрез хидравлично разбиване. В този случай обработените бокситни скални частици са устойчиви на хидравлично налягане и позволяват пукнатините да останат отворени толкова дълго, колкото е необходимо за освобождаване на масло.

Бокситите също са незаменими за създаването 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 адекватни заместители на боксита, които да не са по-ниски по свойства. Проучванията позволиха да се установи, 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 работи добре като абразив, а синтетичният мулит като огнеупорен материал. Учените се надяват, че преди природните ресурси на боксит да бъдат напълно изчерпани, ще бъде намерен еквивалентен заместител.

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-нефелиновата скала, от която се получават торове, алуминиев оксид, сода, поташ и някои други продукти; почти няма свалки.

Когато бокситът се преработва по метода на Байер или чрез синтероване, в депата все още остава много червена кал, чието рационално използване заслужава голямо внимание.

По-рано беше казано, че за да се получи 1 тон алуминий, е необходимо да се изразходва много електроенергия, което е една пета от цената на алуминия. В табл. 55 показва изчислението на себестойността на 1 тон алуминий. От данните, дадени 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 цената на алуминия трябва да върви предимно в посока на 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 действителния дебит е следствие от загуби главно 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 калциниране на алуминиев оксид; поради спестяванията, получени от по-доброто използване на отработената пара (от собствените изпарители) и пълното използване на отпадната топлина. Това е особено важно за процеса на автоклав, където разходите за пара са значителни.

Въвеждане на непрекъснато излужване и центрофугиране; усъвършенстваните рафинерии за алуминиев оксид направиха възможно автоматизирането на много операции, което помогна да се намали потреблението на пара и електричество, да се увеличи производителността на труда и да се намалят разходите за алуминий. В тази посока обаче може да се направи много повече. Без да се изоставят по-нататъшните търсения на висококачествени боксити, преходът към които ще намали драстично цената на алуминиевия оксид, трябва да се търсят начини за използване на железни боксити и червена кал в желязната и стоманодобивната промишленост. Пример за това е комплексното използване на апатит-нефелиновите скали.

Цената на флуорните соли е 8%. Те могат да бъдат намалени чрез внимателно отстраняване на газовете от електролитните вани, за да се уловят флуоридните 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, както и неутрализирани, за да се избегне отравяне на атмосферата на цеха и прилежащите към завода зони. За да се очистят газовете, те се промиват със слаби содови разтвори в кулови газоочистители (скрубери).

С перфектната организация на процесите на пречистване и неутрализация е възможно да се върне част от флуоридните 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 широко въвеждане на по-икономични полупроводникови преобразуватели на ток (особено силиций), както и чрез намаляване на консумацията на електроенергия директно към. Последното може да се постигне чрез проектиране на по-модерни вани с по-малко загуби на напрежение във всички или в отделните им елементи, както и чрез избор на по-електропроводими електролити (съпротивлението на криолита е твърде високо и огромно количество електричество се превръща в излишна топлина , които все още не могат да бъдат използвани рационално). Неслучайно ваните с изпечени аноди започват да намират все по-широко приложение, тъй като консумацията на енергия при тези вани е много по-ниска.

Обслужващият персонал на цеховете за електролиза играе важна роля за намаляване на консумацията на енергия. Поддържането на нормално междуполюсно разстояние, поддържането на чисти електрически контакти в различни места на ваната, намаляването на броя и продължителността на анодните ефекти, поддържането на нормална температура на електролита и внимателното наблюдение на състава на електролита позволяват значително намаляване на консумацията на енергия.

Усъвършенстваните екипи от електролизни цехове на алуминиеви заводи, след като са проучили теоретичните основи на процеса и характеристиките на баните, които обслужват, внимателно следят хода на процеса, имат възможност да увеличат количеството метал, получено на единица консумирана електроенергия с отличното си качество и следователно повишава 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. През последните десетилетия в местните алуминиеви заводи е постигнат значителен напредък в тази област: извличането на алуминий от бани е механизирано; въведени са продуктивни и удобни механизми за пробиване на електролитната кора и извличане и забиване на щифтовете. Въпреки това е необходимо и възможнов по-голяма степен да се механизират и автоматизират процесите в алуминиеви заводи. Това се улеснява от по-нататъшното увеличаване на мощността на електролизерите, прехода от периодични процеси към непрекъснати.

През последните години интегрираното използване на алуминиеви руди се подобри поради факта, че някои алуминиеви заводи започнаха да извличат ванадий и метални галиеви оксиди от отпадъците.

Открит е през 1875 г. по спектралния метод. Четири години преди това Д. И. Менделеев прогнозира основните му свойства с голяма точност (кръщавайки го ека-алуминий). има сребристо-бял цвят и ниска точка на топене (+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 близо до оловото. Плътността на твърдия галий е 5,9 g/cm3, течния 6,09 g/cm3.

Галият е разпръснат в природата, богатите са непознати за тях. Намира се в стотни и хилядни от процента в алуминиеви руди, цинкова смес и малко въглищна пепел. Катраните от газовите заводи понякога съдържат до 0,75% галий.

По отношение на токсичността галият е много по-добър и следователно всички работи по неговото извличане трябва да се извършват, като се спазва 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, подобни по свойства на алуминатите. В тази връзка, когато се получава алуминиев оксид от алуминиеви руди, галият, заедно с алуминия, преминава в разтвори и след това го придружава във всички последващи операции. Наблюдава се известна повишена концентрация на галий в анодната сплав по време на електролитно рафиниране на алуминий, в циркулиращи алуминатни разтвори по време на производството на алуминиев оксид по метода на Байер и в матерни луги, останали 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 двуалуминиев оксид и рафиниране на алуминиеви заводи. Рециклираните алуминатни разтвори за извличане на галий могат да бъдат периодично карбонизирани в две стъпки. Първо, около 90% от алуминия се утаява чрез бавна карбонизация и разтворът се филтрира, който след това се карбонизира отново, за да се утаи под формата на галиев хидроксид и да остане в разтвора. Така получената утайка може да съдържа до 1.0% Ga2O3.

Значителна част от алуминия може да се утаи от циркулиращия матерен разтвор на алуминат 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 рН = 6, галият и се утаяват.

Може да се направи допълнително отделяне на алуминий от галийtych, третиране на алуминиево-галиеви хидратирани утайки в автоклав с варно мляко, съдържащо малко количество сода каустик; докато 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 натриев хидроксид при съотношение 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°C, напрежение 3-5 V и постоянно разбъркване на електролита. Катодите и анодите трябва да бъдат направени от неръждаема стомана.

Има и други методи за концентриране на галиев оксид от алуминатни разтвори. И така, 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 също 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 при съдържание над 0,5 g / l V 2 O 5 ще се утаи с алуминиев хидрат по време на карбонизацията, за да утаи и 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, докато 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 големи количества енергия. Следователно опитът на електролизните инсталации, които са започнали 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 течен алуминий в леярни на електролизни инсталации на различни сплави за масово потребление и

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