Alumiiniumaagi maardlad. Tööstuslikuks kasutamiseks mõeldud alumiiniumimaagi põhiomadused. Alumiiniumi täiendav puhastamine rafineerimise teel

Sisu [-]

Alumiinium on mati hõbeoksiidkilega kaetud metall, mille populaarsuse määravad omadused: pehmus, kergus, plastilisus, kõrge tugevus, korrosioonikindlus, elektrijuhtivus ja toksilisuse puudumine. Kaasaegsetes kõrgtehnoloogiates on alumiiniumi kasutamine struktuurse, multifunktsionaalse materjalina esikohal. Tööstuse kui alumiiniumi allika suurim väärtus on looduslikud toorained - boksiit, kivimikomponent boksiidi, aluniidi ja nefeliini kujul.

Alumiiniumoksiidi sisaldavate maakide sordid

Teada on üle 200 mineraali, mis sisaldavad alumiiniumi. Tooraineallikaks loetakse ainult kivimit, mis vastab järgmistele nõuetele:

Looduslikel toorainetel peab olema kõrge alumiiniumoksiidide sisaldus;
Maardla peab vastama selle tööstusliku arengu majanduslikule otstarbekusele.
Kivim peab sisaldama alumiiniumi toorainet sellisel kujul, mida on võimalik teadaolevate meetoditega puhtal kujul ekstraheerida.

Loodusliku kiviboksiidi tunnus

Boksiidi, nefeliini, aluniidi, savi ja kaoliini looduslikud ladestused võivad olla tooraineallikaks. Boksiit on alumiiniumiühenditega kõige küllastunud. Savid ja kaoliinid on kõige levinumad olulise alumiiniumoksiidi sisaldusega kivimid. Nende mineraalide maardlaid leidub maapinnal. Boksiit looduses eksisteerib ainult metalli ja hapniku binaarse ühendi kujul. See ühend on ekstraheeritud looduslikust mäest maagi boksiidi kujul, mis koosneb mitmete keemiliste elementide oksiididest: alumiinium, kaalium, naatrium, magneesium, raud, titaan, räni, fosfor. Sõltuvalt maardlast sisaldab boksiit 28–80% alumiiniumoksiidi. See on peamine tooraine ainulaadse metalli saamiseks. Boksiidi kvaliteet alumiiniumi toorainena sõltub selle alumiiniumoksiidi sisaldusest. See määrab füüsilise omadused boksiit:

Mineraal on varjatud kristallilise struktuuriga või amorfses olekus. Paljudel mineraalidel on lihtsa või keerulise koostisega hüdrogeelide kivistunud vormid.
Boksiidi värvus erinevates kaevanduskohtades ulatub peaaegu valgest tumepunaseni. Seal on mineraali musta värvi maardlaid.
Alumiiniumi sisaldavate mineraalide tihedus sõltub nende keemilisest koostisest ja on umbes 3500 kg/m3.
Boksiidi keemiline koostis ja struktuur määrab tahke aine omadused mineraalne. Tugevamate mineraalide kõvadus on mineraloogias aktsepteeritud skaalal 6 ühikut.
Loodusliku mineraalina on boksiidil mitmeid lisandeid, enamasti on need raua, kaltsiumi, magneesiumi, mangaani oksiidid ning titaani- ja fosforiühendite lisandid.

Boksiidid, kaoliinid ja savid sisaldavad teiste ühendite lisandeid, mis eraldatakse tooraine töötlemisel eraldi tööstusharudesse. Ainult Venemaal kasutavad nad madalama kontsentratsiooniga alumiiniumoksiidi sisaldavaid kivimimaardlaid. Hiljuti hakati alumiiniumoksiidi saama nefeliinidest, mis lisaks alumiiniumoksiidile sisaldavad metallide oksiide nagu kaalium, naatrium, räni ja mitte vähem väärtuslik maarjakivi, aluniit.

Alumiiniumi sisaldavate mineraalide töötlemise meetodid

Alumiiniumimaagist puhta alumiiniumoksiidi tootmise tehnoloogia pole pärast selle metalli avastamist muutunud. Selle tootmisseadmeid täiustatakse, võimaldades toota puhast alumiiniumi. Puhta metalli saamise peamised tootmisetapid:

Maagi kaevandamine arenenud maardlatest.
Jäätmete esmane töötlemine alumiiniumoksiidi kontsentratsiooni suurendamiseks on rikastamisprotsess.
Puhta alumiiniumoksiidi valmistamine, alumiiniumi elektrolüütiline redutseerimine selle oksiididest.

Tootmisprotsess lõpeb metalliga, mille kontsentratsioon on 99,99%.

Alumiiniumoksiidi kaevandamine ja rikastamine

Alumiiniumoksiid ega alumiiniumoksiide puhtal kujul looduses ei eksisteeri. Seda ekstraheeritakse hüdrokeemiliste meetoditega alumiiniummaakidest. Alumiiniumimaagi maardlad maardlates tavaliselt plahvatavad, mis tagab selle kaevandamise koha umbes 20 meetri sügavusel, kust see valitakse ja suunatakse edasisele töötlemisele;

Eriseadmete (sõelad, klassifikaatorid) abil maak purustatakse ja sorteeritakse, visates ära aheraine (jäätmed). Selles alumiiniumoksiidi rikastamise etapis kasutatakse pesemis- ja sõelumismeetodeid kui majanduslikult kõige soodsamaid meetodeid.
Kontsentreerimistehase põhja settinud puhastatud maak segatakse autoklaavis kuumutatud seebikivi massiga.
Segu juhitakse läbi kõrgtugevast terasest anumate süsteemi. Anumad on varustatud aurukattega, mis hoiab vajalikku temperatuuri. Aururõhku hoitakse 1,5-3,5 MPa, kuni alumiiniumiühendid on ülekuumutatud naatriumhüdroksiidi lahuses rikastatud kivimilt täielikult üle kandunud naatriumaluminaadiks.
Pärast jahutamist läbib vedelik filtreerimisetapi, mille tulemusena eraldub tahke sete ja saadakse üleküllastunud puhas aluminaadi lahus. Lisades saadud lahusele eelmise tsükli alumiiniumhüdroksiidi jääke, kiirendatakse lagunemist.
Alumiiniumoksiidhüdraadi lõplikuks kuivatamiseks kasutatakse kaltsineerimisprotseduuri.

Puhta alumiiniumi elektrolüütiline tootmine

Puhast alumiiniumi toodetakse pideva protsessiga, mille käigus saadakse kaltsineeritud alumiinium siseneb elektrolüütilise redutseerimise etappi. Kaasaegsed elektrolüsaatorid on seade, mis koosneb järgmistest osadest:

Valmistatud terasest korpusest, mis on vooderdatud kivisöeplokkide ja -plaatidega. Töötamise ajal moodustub vanni korpuse pinnale tihe külmunud elektrolüüdi kile, mis kaitseb vooderdust elektrolüüdi sulami poolt hävitamise eest.
Vanni põhjas olev 10–20 cm paksune sulaalumiiniumikiht toimib selles paigalduses katoodina.
Vool juhitakse alumiiniumsulatisse süsinikplokkide ja sisseehitatud terasvarraste kaudu.
Terastihvtide abil raudraamile riputatud anoodid on varustatud tõstemehhanismiga ühendatud varrastega. Põlemise edenedes liigub anood alla ja vardaid kasutatakse voolu andmise elemendina.
Töökodades paigaldatakse elektrolüsaatorid järjestikku mitmes reas (kaks või neli rida).

Alumiiniumi täiendav puhastamine rafineerimise teel

Kui elektrolüüsiseadmetest eraldatud alumiinium ei vasta lõppnõuetele, tehakse seda täiendavale puhastamisele rafineerimise teel. Tööstuses viiakse see protsess läbi spetsiaalses elektrolüsaatoris, mis sisaldab kolme vedelikukihti:

Alumine – rafineeritud alumiinium millele on lisatud umbes 35% vaske, toimib anoodina. Alumiiniumikihi raskemaks muutmiseks kasutatakse vaske, vask ei lahustu anoodisulamis, selle tihedus peab ületama 3000 kg/m3.
Keskmine kiht on baariumi, kaltsiumi ja alumiiniumi fluoriidide ja kloriidide segu sulamistemperatuuriga umbes 730 °C.
Ülemine kiht - puhas rafineeritud alumiinium sula, mis lahustub anoodikihis ja tõuseb ülespoole. See toimib selles vooluringis katoodina. Voolu annab grafiitelektrood.

Elektrolüüsi käigus jäävad lisandid anoodikihti ja elektrolüüti. Puhta alumiiniumi saagis on 95–98%. Alumiiniumi sisaldavate setete arendamine on rahvamajanduses juhtival kohal tänu alumiiniumi omadustele, mis on praegu kaasaegses tööstuses raua järel teisel kohal.

Kaasaegses tööstuses on alumiiniumimaak kõige populaarsem tooraine. Teaduse ja tehnoloogia kiire areng on võimaldanud selle rakendusala laiendada. Mis on alumiiniumimaak ja kus seda kaevandatakse, kirjeldatakse selles artiklis.

Alumiiniumi tööstuslik tähtsus

Alumiiniumi peetakse kõige tavalisemaks metalliks. Ta on maapõues leiduvate lademete arvu poolest kolmandal kohal. Alumiinium on kõigile tuntud ka perioodilisuse tabeli elemendina, mis kuulub kergmetallide hulka.

Alumiiniumaak on looduslik tooraine, millest seda metalli saadakse. Seda kaevandatakse peamiselt boksiidist, mis sisaldab suurimas koguses alumiiniumoksiide (alumiiniumoksiidi) - 28–80%. Alumiiniumi tootmisel kasutatakse toorainena ka teisi kivimeid - aluniiti, nefeliini ja nefeliin-apatiiti, kuid need on kehvema kvaliteediga ja sisaldavad oluliselt vähem alumiiniumoksiidi.

Alumiinium on värvilise metallurgias esikohal. Fakt on see, et selle omaduste tõttu kasutatakse seda paljudes tööstusharudes. Seega kasutatakse seda metalli transporditehnikas, pakenditootmises, ehituses ja erinevate tarbekaupade valmistamisel. Alumiiniumi kasutatakse laialdaselt ka elektrotehnikas.

Et mõista alumiiniumi tähtsust inimkonna jaoks, piisab, kui vaadata lähemalt igapäevaselt kasutatavaid majapidamisasju. Paljud majapidamistarbed on valmistatud alumiiniumist: need on elektriseadmete osad (külmik, pesumasin jne), nõud, spordivarustus, suveniirid, sisustuselemendid. Alumiiniumi kasutatakse sageli erinevat tüüpi mahutite ja pakendite tootmiseks. Näiteks purgid või ühekordsed fooliumnõud.

Alumiiniumimaakide tüübid

Alumiiniumi leidub enam kui 250 mineraalis. Nendest on tööstusele kõige väärtuslikumad boksiit, nefeliin ja aluniit. Vaatame neid üksikasjalikumalt.

Boksiidi maak

Puhtal kujul alumiiniumi looduses ei esine. Seda saadakse peamiselt alumiiniumimaagist - boksiidist. See on mineraal, mis koosneb valdavalt alumiiniumhüdroksiididest, aga ka raud- ja ränioksiididest. Tänu suurele alumiiniumoksiidi sisaldusele (40 kuni 60%) kasutatakse boksiidi toorainena alumiiniumi tootmisel.

Alumiiniumimaagi füüsikalised omadused:

erinevate toonide punase ja halli värvi läbipaistmatu mineraal;
tugevaimate proovide kõvadus on mineraloogilisel skaalal 6;
Boksiidi tihedus on sõltuvalt keemilisest koostisest vahemikus 2900-3500 kg/m³.

Boksiidimaagi leiukohad on koondunud Maa ekvatoriaal- ja troopilistesse vöönditesse. Muistsemad maardlad asuvad Venemaal.

Kuidas tekib boksiidi alumiiniumimaak?

Boksiit moodustub alumiiniumoksiidi monohüdraadist, böhmiidist ja diaspoorist, trihüdraadist hüdrargilliidist ning nendega seotud mineraalidest hüdroksiidist ja raudoksiidist.

Sõltuvalt loodust moodustavate elementide koostisest eristatakse kolme boksiidimaakide rühma:

Monohüdraatboksiit – sisaldab monohüdraadi kujul alumiiniumoksiidi.
Trihüdraat – sellised mineraalid koosnevad trihüdraadi kujul olevast alumiiniumoksiidist.
Segatud - sellesse rühma kuuluvad eelmised alumiiniumimaagid kombineeritult.

Toorainesademed tekivad happeliste, leeliseliste ja mõnikord aluseliste kivimite ilmastiku mõjul või suurte alumiiniumoksiidikoguste järkjärgulise ladestumise tagajärjel mere- ja järvesängidele.

Aluniidi maagid

Seda tüüpi hoiused sisaldavad kuni 40% alumiiniumoksiidi. Aluniidi maak tekib veebasseinides ja rannikuvööndites intensiivse hüdrotermilise ja vulkaanilise aktiivsuse tingimustes. Selliste maardlate näide on Zaglinskoje järv Väike-Kaukaasias.

Kivi on poorne. Koosneb peamiselt kaoliniitidest ja hüdromikadest. Üle 50% aluniidisisaldusega maak pakub tööstuslikku huvi.

Nefeliin

See on tardse päritoluga alumiiniumimaak. Tegemist on täiskristallilise leeliselise kivimiga. Sõltuvalt töötlemise koostisest ja tehnoloogilistest omadustest eristatakse mitut nefeliini maagi klassi:

esimene klass – 60–90% nefeliin; see sisaldab üle 25% alumiiniumoksiidi; töötlemine toimub paagutamise teel;
teine klass – 40–60% nefeliini, alumiiniumoksiidi kogus on veidi väiksem – 22–25%; töötlemise ajal on vaja rikastada;
kolmas klass on nefeliinmineraalid, millel pole tööstuslikku väärtust.

Alumiiniumimaakide tootmine maailmas

Alumiiniumaak kaevandati esmakordselt 19. sajandi esimesel poolel Kagu-Prantsusmaal Boxi linna lähedal. Siit pärineb nimi boksiidi. Alguses arenes see tööstus aeglaselt. Kuid kui inimkond mõistis, milline alumiiniumimaak oli tootmiseks kasulik, laienes alumiiniumi kasutusala märkimisväärselt. Paljud riigid on alustanud oma territooriumidel hoiuste otsimist. Seega hakkas alumiiniumimaakide tootmine maailmas järk-järgult suurenema. Numbrid kinnitavad seda fakti. Seega, kui 1913. aastal oli ülemaailmne kaevandatud maagi maht 540 tuhat tonni, siis 2014. aastal üle 180 miljoni tonni.

Järk-järgult suurenes ka alumiiniumimaaki kaevandavate riikide arv. Tänapäeval on neid umbes 30. Kuid viimase 100 aasta jooksul on juhtivad riigid ja piirkonnad pidevalt muutunud. Nii olid 20. sajandi alguses alumiiniumimaagi kaevandamisel ja selle tootmisel maailma liidrid Põhja-Ameerika ja Lääne-Euroopa. Need kaks piirkonda andsid umbes 98% maailma toodangust. Mitu aastakümmet hiljem tõusid alumiiniumitööstuse kvantitatiivsete näitajate osas liidriks Ida-Euroopa, Ladina-Ameerika ja Nõukogude Liidu riigid. Ja juba 1950.–1960. aastatel tõusis tootmises liidriks Ladina-Ameerika. Ja 1980.–1990. Austraalias ja Aafrikas toimus alumiiniumitööstuses kiire läbimurre. Praeguses globaalses trendis on alumiiniumi tootmise peamised juhtivad riigid Austraalia, Brasiilia, Hiina, Guinea, Jamaica, India, Venemaa, Suriname, Venezuela ja Kreeka.

Maagimaardlad Venemaal

Alumiiniumimaagi tootmise poolest on Venemaa maailma edetabelis seitsmendal kohal. Kuigi Venemaal asuvad alumiiniumimaagi leiukohad varustavad riiki suures koguses metalli, ei piisa sellest tööstuse täielikuks varustamiseks. Seetõttu on riik sunnitud ostma boksiidi teistest riikidest.

Kokku on Venemaal 50 maagimaardlat. See arv hõlmab nii maavara kaevandamise kohti kui ka seni välja arendamata maardlaid.

Suurem osa maagivarudest asub riigi Euroopa osas. Siin asuvad nad Sverdlovski, Arhangelski, Belgorodi oblastis, Komi Vabariigis. Kõik need piirkonnad sisaldavad 70% riigi kõigist tõestatud maagivarudest.

Venemaal kaevandatakse endiselt vanadest boksiidimaardlatest alumiiniumimaake. Selliste piirkondade hulka kuulub Radynskoje väli Leningradi oblastis. Samuti kasutab Venemaa toorainenappuse tõttu muid alumiiniumimaake, mille maardlad on kehvema kvaliteediga maavarad. Kuid need sobivad endiselt tööstuslikuks otstarbeks. Nii kaevandatakse Venemaal suures koguses nefeliini maake, mis võimaldavad saada ka alumiiniumi.

Boksiit on alumiiniumi tootmise peamine maak. Sademete teket seostatakse ilmastiku ja materjali ülekandumise protsessiga, mis lisaks alumiiniumhüdroksiididele sisaldab ka muid keemilisi elemente. Metalli ekstraheerimise tehnoloogia tagab kulutõhusa tööstusliku tootmisprotsessi ilma jäätmeid tekitamata.

Boksiit on alumiiniumi tootmise peamine maak

Maagi mineraali omadused

Alumiiniumi kaevandamise mineraalse tooraine nimi pärineb selle piirkonna nimest Prantsusmaal, kus maardlad esmakordselt avastati. Boksiit koosneb alumiiniumhüdroksiididest ja sisaldab lisanditena savimineraale, raudoksiide ja hüdroksiide.

Välimuselt on boksiit kivine ja harvem savitaoline, kivim on homogeenne või kihiline. Olenevalt maakoores esinemise vormist võib see olla tihe või poorne. Mineraalid liigitatakse nende struktuuri järgi:

klastiline - konglomeraat, kruus, liivakivi, peliit;
konkreetne - kaunviljad, ooliit.

Suurem osa kivimitest sisaldab inklusioonide kujul raua- või alumiiniumoksiidi ooliitseid moodustisi. Boksiidimaagi värvus on tavaliselt pruun või telliskivi, kuid leidub valget, punast, halli ja kollast varjundit.

Peamised maagi moodustamise mineraalid on:

diasporaa;
hüdrogoetiit;
goetiit;
böömiit;
gibbsiit;
kaoliniit;
ilmeniit;
alumiiniumhematiit;
kaltsiit;
sideriit;
vilgukivi.

Seal on platvorm-, geosünklinaalsete ja ookeaniliste saarte boksiite. Alumiiniumimaagi lademed tekkisid kivimite murenemisproduktide transpordi tulemusena, millele järgnes nende ladestumine ja setete teke.

Tööstuslik boksiit sisaldab 28-60% alumiiniumoksiidi. Maagi kasutamisel ei tohiks viimase ja räni suhe olla väiksem kui 2-2,5.

Galerii: boksiitkivi (25 fotot)

Boksiit (video)

Maardlad ja tooraine kaevandamine

Vene Föderatsiooni tööstusliku alumiiniumi tootmise peamised toorained on Koola poolsaarele koondunud boksiidi, nefeliini maagid ja nende kontsentraadid.

Venemaa boksiidimaardlaid iseloomustavad madala kvaliteediga tooraine ning keerulised kaevandamis- ja geoloogilised kaevandamistingimused. Osariigis on uuritud 44 maardlat, millest kaevandatakse vaid veerand.

Boksiidi põhitootmist teostab JSC Sevuralboxytruda. Vaatamata maagi tooraine varudele on töötlemisettevõtete pakkumine ebaühtlane. 15 aastat on olnud nefeliinide ja boksiidide puudus, mis toob kaasa alumiiniumoksiidi impordi.

Maailma boksiidivarud on koondunud 18 riiki, mis asuvad troopilises ja subtroopilises vööndis. Kõrgeima kvaliteediga boksiidi asukoht piirdub niisketes tingimustes alumosilikaatkivimite ilmastikutingimustega. Just nendes piirkondades asub suurem osa ülemaailmsest toorainevarust.

Suurimad varud on koondunud Guineasse. Austraalia on maagi tooraine kaevandamisel maailmas juhtival kohal. Brasiilial on varusid 6 miljardit tonni, Vietnamil - 3 miljardit tonni, India kvaliteetsed boksiidivarud ulatuvad 2,5 miljardi tonnini, Indoneesial - 2 miljardi tonnini. Suurem osa maagist on koondunud nende riikide sügavustesse.

Boksiiti kaevandatakse avatud ja maa all. Tooraine töötlemise tehnoloogiline protsess sõltub selle keemilisest koostisest ja hõlmab tööde etapiviisilist teostamist.

Esimeses etapis moodustub keemiliste reaktiivide mõjul alumiiniumoksiid ja teises ekstraheeritakse sellest metallkomponent sula fluoriidsoola elektrolüüsi teel.

Alumiiniumoksiidi moodustamiseks kasutatakse mitmeid meetodeid:

paagutamine;
hüdrokeemiline;
kombineeritud.

Meetodite rakendamine sõltub alumiiniumi kontsentratsioonist maagis. Madala kvaliteediga boksiiti töödeldakse keerulisel viisil. Paagutamise tulemusena saadud sooda, lubjakivi ja boksiidi segu leostatakse lahusega. Keemilise töötlemise tulemusena tekkinud metallhüdroksiid eraldatakse ja filtreeritakse.

Boksiidi töötlemisliin (video)

Maavara kasutamine

Boksiidi kasutamine erinevates tööstusliku tootmise harudes on tingitud tooraine mitmekülgsusest selle mineraalse koostise ja füüsikaliste omaduste poolest. Boksiit on maak, millest ekstraheeritakse alumiiniumi ja alumiiniumoksiidi.

Boksiidi kasutamine mustmetallurgias räbustina koldeterase sulatamisel parandab toote tehnilisi omadusi.

Elektrokorundi tootmisel kasutatakse boksiidi omadusi ülikindla tulekindla materjali (sünteetilise korundi) moodustamiseks elektriahjudes sulatamise tulemusena, mille käigus kasutatakse redutseerijana antratsiiti ja raudviilu.

Madala rauasisaldusega mineraalboksiiti kasutatakse tulekindlate, kiiresti kivistuvate tsementide valmistamisel. Lisaks alumiiniumile ekstraheeritakse maagi toorainest rauda, titaani, galliumi, tsirkooniumi, kroomi, nioobiumi ja TR-i (haruldased muldmetallid).

Boksiidi kasutatakse värvide, abrasiivide ja sorbentide tootmiseks. Madala rauasisaldusega maaki kasutatakse tulekindlate ühendite valmistamisel.

Kaasaegses tööstuses on enim populaarsust kogunud alumiiniumimaak. Alumiinium on tänapäeval kõige levinum metall kõigist maakeral eksisteerivatest metallidest. Lisaks hoiab see edetabelis kolmandat kohta Maa sooltes leiduvate hoiuste arvu poolest. Lisaks on alumiinium kõige kergem metall. Alumiiniumaak on kivim, mis on materjal, millest metall saadakse. Alumiiniumil on teatud keemilised ja füüsikalised omadused, mis võimaldavad kohandada selle kasutamist täiesti erinevatele inimtegevuse valdkondadele. Nii on alumiinium leidnud laialdast rakendust sellistes tööstusharudes nagu masinaehitus, autotööstus, ehitus, erinevate mahutite ja pakendite, elektriseadmete ja muude tarbekaupade valmistamisel. Peaaegu iga kodumasin, mida inimesed igapäevaselt kasutavad, sisaldab ühes või teises koguses alumiiniumi.

Alumiiniumi kaevandamine

Seal on tohutul hulgal mineraale, milles selle metalli olemasolu kunagi avastati. Teadlased on jõudnud järeldusele, et seda metalli saab eraldada enam kui 250 mineraalist. Kuid absoluutselt kõigist maakidest ei ole kasulik metalli kaevandada, seetõttu on kõigi olemasolevate sortide hulgas kõige väärtuslikumad alumiiniumimaagid, millest metall saadakse. Need on: boksiit, nefeliin ja aluniit. Kõigist alumiiniumimaakidest on maksimaalne alumiiniumisisaldus boksiidis. Need sisaldavad umbes 50% alumiiniumoksiide. Reeglina paiknevad boksiidimaardlad piisavas koguses otse maapinnal. Boksiit on punast või halli värvi läbipaistmatu kivim. Kõige tugevamaid boksiidi proove mineraloogilisel skaalal hinnatakse 6 punktiga. Neid on erineva tihedusega 2900 kuni 3500 kg/m3, mis sõltub otseselt keemilisest koostisest. Boksiidimaagid eristuvad nende keerulise keemilise koostise poolest, mis sisaldab alumiiniumhüdroksiide, raud- ja ränioksiide, aga ka 40–60% alumiiniumoksiidi, mis on alumiiniumi tootmise põhitooraine. Tasub öelda, et maakera ekvatoriaalsed ja troopilised tsoonid on peamised piirkonnad, mis on kuulsad boksiidimaagi leiukohtade poolest. Boksiidi tuumastamiseks on vajalik mitme komponendi osalus, sealhulgas monohüdraat alumiiniumoksiidhüdraat, böömiit, diaspoor, aga ka mitmesugused raudhüdroksiidi mineraalid koos raudoksiidiga. Happeliste, aluseliste ja mõnel juhul aluseliste kivimite murenemine, samuti alumiiniumoksiidi aeglane settimine reservuaaride põhjas viib boksiidimaagi moodustumiseni. Kahest tonnist alumiiniumoksiidist osutub alumiiniumi poole vähem - 1 tonn. Ja kahe tonni alumiiniumoksiidi jaoks on vaja kaevandada umbes 4,5 tonni boksiidi. Alumiiniumi saab ka nefeliinidest ja aluniitidest. Esimesed, sõltuvalt nende klassist, võivad sisaldada 22% kuni 25% alumiiniumoksiidi. Kuigi aluniidid on boksiitidest pisut madalamad ja koosnevad 40% alumiiniumoksiidist.

Venemaa alumiiniumimaagid

Venemaa Föderatsioon on kaevandatava alumiiniumimaagi hulga poolest maailma kõigi riikide seas 7. kohal. Väärib märkimist, et seda toorainet kaevandatakse Venemaa riigi territooriumil kolossaalsetes kogustes. Riigis on aga sellest metallist märkimisväärne puudus ja ta ei suuda pakkuda seda tööstuse absoluutseks varustamiseks vajalikus mahus. See on esmatähtis põhjus, miks Venemaa peab alumiiniumimaake ostma teistest riikidest, samuti arendama maardlaid madala kvaliteediga mineraalide maakidega. Osariigis on ligikaudu 50 maardlat, millest suurim hulk asub riigi Euroopa osas. Radynkskoje on aga vanim alumiiniumimaagi leiukoht Venemaal. Selle asukoht on Leningradi oblast. See koosneb boksiidist, mis on iidsetest aegadest olnud peamine ja asendamatu materjal, millest hiljem alumiiniumi toodetakse.

Alumiiniumi tootmine Venemaal

Kahekümnenda sajandi alguses toimus Venemaal alumiiniumitööstuse tekkimine. 1932. aastal ilmus Volhovi esimene alumiiniumitootmistehas. Ja juba sama aasta 14. mail õnnestus ettevõttel esimest korda saada metallipartii. Igal aastal arendati riigi territooriumil uusi alumiiniumimaagi maardlaid ja võeti kasutusele uued võimsused, mida Teise maailmasõja ajal oluliselt laiendati. Sõjajärgset perioodi iseloomustas riigi jaoks uute ettevõtete avamine, mille põhitegevuseks oli tööstuskaupade tootmine, mille põhimaterjaliks olid alumiiniumsulamid. Samal ajal pandi tööle Pikalevski alumiiniumoksiidi tehas. Venemaa on kuulus oma erinevate tehaste poolest, tänu millele toodab riik alumiiniumi. Neist UC Rusali peetakse suurimaks mitte ainult Venemaa riigis, vaid kogu maailmas. Tal õnnestus 2015. aastal toota umbes 3,603 miljonit tonni alumiiniumi ja 2012. aastal jõudis ettevõte 4,173 miljoni tonni metallini.



Alumiinium (Al), 13







1,61 (Paulingi skaala)


1.: 577,5 (5,984) kJ/mol (eV) 2.: 1816,7 (18,828) kJ/mol (eV)
tahke
2,6989 g/cm³
660 °C, 933,5 K
2518,82 °C, 2792 K
10,75 kJ/mol
284,1 kJ/mol
24,35 24,2 J/(K mol)
10,0 cm³/mol
kuupkujuline näokeskne


(300 K) 237 W/(mK)

Koodi märk

See näitab, et alumiiniumi saab taaskasutada Alumiiniumist- keemiliste elementide perioodilisuse tabeli 13. rühma element (vananenud klassifikatsiooni järgi - III rühma põhialarühma element), kolmas periood, aatomnumbriga 13. Tähistatakse sümboliga Al (lat. Alumiiniumist). Kuulub kergmetallide rühma. Levinuim metall ja kolmas keemiline element maapõues (hapniku ja räni järel). Lihtne aine alumiiniumist- kerge hõbevalge värvi paramagnetiline metall, mida on lihtne vormida, valada ja töödelda. Alumiiniumil on kõrge soojus- ja elektrijuhtivus ning korrosioonikindlus tänu tugevate oksiidkilede kiirele moodustumisele, mis kaitsevad pinda edasise vastasmõju eest.

Lugu

Taani füüsik Hans Oersted sai alumiiniumi esmakordselt 1825. aastal kaaliumamalgaami toimel alumiiniumkloriidile, millele järgnes elavhõbeda destilleerimine. Elemendi nimi on tuletatud sõnast lat. alumiiniumist- maarjas. Enne alumiiniumi tootmiseks kasutatava tööstusliku meetodi avastamist oli see metall kullast kallim. 1889. aastal kinkisid britid, soovides austada suurt vene keemikut D. I. Mendelejevit rikkaliku kingitusega, talle kullast ja alumiiniumist valmistatud kaalud.

Kviitung

Alumiinium moodustab hapnikuga tugeva keemilise sideme. Võrreldes teiste metallidega on alumiiniumi taaskasutamine selle maagist raskem selle kõrge reaktsioonivõime ja enamiku maakide (nt boksiidi) kõrge sulamistemperatuuri tõttu. Otsest redutseerimist süsinikuga ei saa kasutada, kuna alumiiniumi redutseerimisvõime on suurem kui süsinikul. Kaudsel redutseerimisel on võimalik saada vaheprodukt Al4C3, mis laguneb temperatuuril 1900-2000 °C, moodustades alumiiniumi. See meetod on väljatöötamisel, kuid näib olevat tulusam kui Hall-Heroulti protsess, kuna see nõuab vähem energiat ja põhjustab vähem CO2 moodustumist. Kaasaegse tootmismeetodi, Hall-Héroult' protsessi töötasid 1886. aastal iseseisvalt välja ameeriklane Charles Hall ja prantslane Paul Héroult. See koosneb alumiiniumoksiidi Al2O3 lahustamisest sulatatud krüoliidis Na3AlF6, millele järgneb elektrolüüs, kasutades kuluvat koksi või grafiitanoodi elektroode. See tootmismeetod nõuab väga suures koguses elektrit ja seetõttu hakati seda tööstuslikult kasutama alles 20. sajandil. 1000 kg tooralumiiniumi tootmiseks on vaja 1920 kg alumiiniumoksiidi, 65 kg krüoliiti, 35 kg alumiiniumfluoriidi, 600 kg anoodgrafiitelektroode ja umbes 17 MWh elektrit (~61 GJ). Alumiiniumi tootmise laboratoorse meetodi pakkus välja Friedrich Wöhler 1827. aastal, redutseerides veevaba alumiiniumkloriidi kaaliummetalliga (reaktsioon toimub kuumutamisel ilma õhu juurdepääsuta):

AlCl3+3K→3KCl+Al(kuvastiil (mathsf (AlCl_(3)+3Krightarrow 3KCl+Al)))

Füüsikalised omadused

Alumiiniumi mikrostruktuur valuploki söövitatud pinnal, puhtus 99,9998%, nähtava sektori suurus ca 55×37 mm

Hõbevalge metall, kerge
tihedus - 2712 kg/m³
tehnilise alumiiniumi sulamistemperatuur on 658 °C, kõrge puhtusastmega alumiiniumil - 660 °C
sulamiserisoojus - 390 kJ/kg
keemistemperatuur - 2500 °C
aurustumiserisoojus - 10,53 MJ/kg
erisoojusvõimsus - 897 J/kg K
valualumiiniumi tõmbetugevus - 10-12 kg/mm², deformeeritav - 18-25 kg/mm², sulamite - 38-42 kg/mm²
Brinelli kõvadus - 24…32 kgf/mm²
kõrge elastsus: tehniline - 35%, puhas - 50%, rullitud õhukesteks lehtedeks ja ühtlaseks fooliumiks
Youngi moodul - 70 GPa
Alumiiniumil on kõrge elektrijuhtivus (37·106 S/m) ja soojusjuhtivus (203,5 W/(m·K)), mis moodustab 65% vase elektrijuhtivusest, ja sellel on kõrge valguse peegeldusvõime.
Nõrk paramagnetiline.
Lineaarpaisumise temperatuuritegur 24,58·10−6 K−1 (20…200 °C).
Eritakistus 0,0262...0,0295 Ohm mm²/m
Elektritakistuse temperatuuritegur 4,3·10−3 K−1. Alumiinium läheb ülijuhtivasse olekusse temperatuuril 1,2 kelvinit.

Alumiinium moodustab sulameid peaaegu kõigi metallidega. Tuntumad sulamid on vask ja magneesium (duralumiinium) ning räni (silumin).

Looduses olemine

Levimus

Levimuse poolest maakoores on see metallide hulgas 1. ja elementide hulgas 3. kohal, jäädes alla ainult hapnikule ja ränile. Alumiiniumi massikontsentratsioon maakoores on erinevate teadlaste hinnangul 7,45–8,14%.

Looduslikud alumiiniumiühendid

Looduses leidub alumiiniumi oma kõrge keemilise aktiivsuse tõttu peaaegu eranditult ühendite kujul. Mõned alumiiniumi looduslikud mineraalid on:

Boksiit - Al2O3 H2O (koos SiO2, Fe2O3, CaCO3 lisanditega)
Nefeliinid - KNa34
Aluniidid - (Na,K)2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3
Alumiiniumoksiid (kaoliinide segud liivaga SiO2, lubjakivi CaCO3, magnesiidi MgCO3)
Korund (safiir, rubiin, smirgel) - Al2O3
Päevakivi - (K,Na)2O Al2O3 6SiO2, Ca
Kaoliniit - Al2O3 2SiO2 2H2O
Berüül (smaragd, akvamariin) - 3BeO Al2O3 6SiO2
Krüsoberüül (aleksandriit) - BeAl2O4.

Mõnes spetsiifilises redutseerivas olukorras (vulkaani ventilatsiooniavad) on aga leitud tühine kogus looduslikku metallilist alumiiniumi. Looduslikud veed sisaldavad alumiiniumi vähetoksiliste keemiliste ühendite, näiteks alumiiniumfluoriidi kujul. Katiooni või aniooni tüüp sõltub ennekõike vesikeskkonna happesusest. Alumiiniumi kontsentratsioon Venemaa veekogudes on vahemikus 0,001 kuni 10 mg/l. Merevees on selle kontsentratsioon 0,01 mg/l.

Alumiiniumi isotoobid

Looduslik alumiinium koosneb peaaegu täielikult ühest stabiilsest isotoobist 27Al, milles on tühised jäljed 26Al-st, pikima elueaga radioaktiivsest isotoobist, mille poolestusaeg on 720 tuhat aastat ja mis tekkis atmosfääris 40 argooni tuumade lõhenemisel suure energiaga kosmilise toimega. kiirte prootonid.

Keemilised omadused

Alumiinium on tavatingimustes kaetud õhukese ja vastupidava oksiidkilega ning seetõttu ei reageeri klassikaliste oksüdeerijatega: H2O, O2, HNO3 (ilma kuumutamata), H2SO4, kuid reageerib HCl-ga. Tänu sellele ei ole alumiinium praktiliselt korrosioonile allutatud ja on seetõttu kaasaegses tööstuses laialdaselt nõutud. Kui aga oksiidkile hävib (näiteks kokkupuutel ammooniumisoolade NH+ lahustega, kuumade leelistega või amalgamatsiooni tulemusena), toimib alumiinium aktiivse redutseeriva metallina. Oksiidkile teket saate vältida, lisades alumiiniumile metalle nagu gallium, indium või tina. Sel juhul niisutatakse alumiiniumpinda nendel metallidel põhineva madala sulamistemperatuuriga eutektikaga. Reageerib kergesti lihtsate ainetega:

hapnikuga, moodustades alumiiniumoksiidi:

4Al+3O2→2Al2O3 (kuvastiil (matemaatika (4Al+3O_(2)paremnool 2Al_(2)O_(3))))

halogeenidega (va fluor), moodustades alumiiniumkloriidi, -bromiidi või -jodiidi:

2Al+3Hal2→2AlHal3(Hal=Cl,Br,I)(kuvastiil (matemaatika (2Al+3Hal_(2)nool paremale 2AlHal_(3)(Hal=Cl,Br,I)))

reageerib kuumutamisel teiste mittemetallidega:

fluoriga alumiiniumfluoriidi moodustamiseks:

2Al+3F2→2AlF3(kuvastiil (mathsf (2Al+3F_(2)paremnool 2AlF_(3))))

väävliga, moodustades alumiiniumsulfiidi:

2Al+3S→Al2S3(kuvastiil (mathsf (2Al+3Srightarrow Al_(2)S_(3))))

lämmastikuga alumiiniumnitriidi moodustamiseks:

2Al+N2→2AlN(kuvastiil (mathsf (2Al+N_(2)paremnool 2AlN)))

süsinikuga, moodustades alumiiniumkarbiidi:

4Al+3C→Al4C3(kuvastiil (mathsf (4Al+3Crightarrow Al_(4)C_(3))))

Alumiiniumsulfiid ja -karbiid on täielikult hüdrolüüsitud: Al2S3+6H2O→2Al(OH)3+3H2S (kuvastiil (matemaatika (Al_(2)S_(3)+6H_(2) paremnool 2Al(OH)_(3)+3H_(2))) ) S))) Al4C3+12H2O→4Al(OH)3+3CH4(kuvastiil (matemaatika (Al_(4)C_(3)+12H_(2)Paremnool 4Al(OH)_(3)+3CH_(4))) ) Keeruliste ainetega:

veega (pärast kaitsva oksiidkile eemaldamist, näiteks liitmise või kuuma leelise lahusega):

2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2 (kuvastiil (matemaatika (2Al+6H_(2)noole parempoolne 2Al(OH)_(3)+3H_(2))))

leelistega (tetrahüdroksoaluminaatide ja muude aluminaatide moodustumisega):

2Al+2NaOH+6H2O→2Na+3H2 (kuvastiil (matemaatika (2Al+2NaOH+6H_(2)paremnool 2Na+3H_(2)))) 2Al+6NaOH→2Na3AlO3+3H2 (kuvamisviis (matemaatika (2Al+6NaOH_paremnool) )AlO_(3)+3H_(2))))

Lahustub kergesti vesinikkloriid- ja lahjendatud väävelhapetes:

2Al+6HCl→2AlCl3+3H2 (kuvastiil (matemaatika (2Al+6HClnool paremale 2AlCl_(3)+3H_(2)))) 2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2 (kuvastiil (matemaatika (2Al+3H_(2)SO_)) (4)paremnool Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2)))

Kuumutamisel lahustub see hapetes - oksüdeerivates ainetes, mis moodustavad lahustuvaid alumiiniumisoolasid:

8Al+15H2SO4→4Al2(SO4)3+3H2S+12H2O (kuvastiil (matemaatika (8Al+15H_(2)SO_(4)paremnool 4Al_(2)(SO_(4)))_(3)+3H_(2)S+ 12H_ (2)O))) Al+6HNO3→Al(NO3)3+3NO2+3H2O (kuvastiil (matemaatika (Al+6HNO_(3)paremnool Al(NO_(3)))_(3)+3NO_(2)+ 3H_) (2)O)))

redutseerib metalle nende oksiididest (aluminotermia):

8Al+3Fe3O4→4Al2O3+9Fe(kuvastiil (mathsf (8Al+3Fe_(3)O_(4)paremnool 4Al_(2)O_(3)+9Fe))) 2Al+Cr2O3→Al2O3+2Cr(kuvastiil (mathsf (2Al+Cr_ (2)O_(3)paremnool Al_(2)O_(3)+2Cr)))

Tootmine ja turg

Alumiiniumi tootmine miljonites tonnides Alumiiniumi tootmise kohta enne 19. sajandit pole usaldusväärset teavet. (Väide, mida mõnikord leitakse viitega Pliniuse loodusloole, et alumiinium oli tuntud keiser Tiberiuse ajal, põhineb allika ebaõigel tõlgendusel). 1825. aastal sai Taani füüsik Hans Christian Oersted mitu milligrammi alumiiniummetalli ja 1827. aastal suutis Friedrich Wöhler eraldada alumiiniumi terad, mis aga kattusid kohe õhuga õhukese alumiiniumoksiidi kilega. Kuni 19. sajandi lõpuni ei toodetud alumiiniumi tööstuslikus mastaabis. Alles 1854. aastal leiutas Henri Saint-Clair Deville (tema uurimistööd rahastas Napoleon III, lootes, et alumiinium on tema armeele kasulik) esimese alumiiniumi tööstusliku tootmise meetodi, mis põhineb alumiiniumi väljatõrjumisel metallilise naatriumiga topeltnaatriumist. kloriid ja alumiinium NaCl AlCl3. 1855. aastal saadi esimene metallist valuplokk kaaluga 6-8 kg. 36 kasutusaasta jooksul, aastatel 1855–1890, toodeti Saint-Clair Deville'i meetodil 200 tonni alumiiniummetalli. 1856. aastal sai ta alumiiniumi ka sulatatud naatriumalumiiniumkloriidi elektrolüüsi teel. 1885. aastal ehitati Saksamaal Gmelingemi linna Nikolai Beketovi pakutud tehnoloogia abil alumiiniumitootmistehas. Beketovi tehnoloogia ei erinenud palju Deville'i meetodist, kuid see oli lihtsam ja hõlmas krüoliidi (Na3AlF6) ja magneesiumi vastasmõju. Viie aasta jooksul tootis see tehas umbes 58 tonni alumiiniumi - rohkem kui veerand metalli kogutoodangust keemilisel teel aastatel 1854–1890. Meetod, mille leiutasid peaaegu üheaegselt USA-s Charles Hall ja Prantsusmaal Paul Héroux (1886) ning mis põhineb alumiiniumi tootmisel sulas krüoliidis lahustatud alumiiniumoksiidi elektrolüüsil, pani aluse kaasaegsele alumiiniumi tootmismeetodile. Sellest ajast alates on alumiiniumi tootmine elektrotehnika täiustamise tõttu paranenud. Märkimisväärse panuse alumiiniumoksiidi tootmise arendamisse andsid Venemaa teadlased K. I. Bayer, D. A. Penjakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Žukovski, A. A. Jakovkin jt. Esimene alumiiniumisulatus Venemaal ehitati 1932. aastal Volhovi linnas. NSV Liidu metallurgiatööstus tootis 1939. aastal 47,7 tuhat tonni alumiiniumi, veel 2,2 tuhat tonni imporditi. Teine maailmasõda stimuleeris oluliselt alumiiniumi tootmist. Nii oli selle ülemaailmne toodang 1939. aastal NSVL-i arvestamata 620 tuhat tonni, kuid 1943. aastaks oli see kasvanud 1,9 miljoni tonnini. 1956. aastaks toodeti maailmas 3,4 miljonit tonni primaaralumiiniumi, 1965. aastal - 5,4 miljonit tonni, 1980. aastal - 16,1 miljonit tonni, 1990 - 18 miljonit tonni 2007. aastal toodeti maailmas 38 miljonit tonni primaaralumiiniumi ja 2008. a. - 39,7 miljonit tonni Tootmisliidrid olid:

Hiina Hiina (toodeti 2007. aastal 12,60 miljonit tonni ja 2008. aastal 13,50 miljonit tonni)
Venemaa Venemaa (3,96/4,20)
Kanada Kanada (3.09/3.10)
USA USA (2,55/2,64)
Austraalia Austraalia (1,96/1,96)
Brasiilia Brasiilia (1,66/1,66)
India India (1,22/1,30)
Norra Norra (1,30/1,10)
AÜE AÜE (0,89/0,92)
Bahrein Bahrein (0,87/0,87)
Lõuna-Aafrika Lõuna-Aafrika Vabariik (0,90/0,85)
Island Island (0,40/0,79)
Saksamaa Saksamaa (0,55/0,59)
Venezuela Venezuela (0,61/0,55)
Mosambiik Mosambiik (0,56/0,55)
Tadžikistan Tadžikistan (0,42/0,42)

2016. aastal toodeti maailmaturul alumiiniumi 59 miljonit tonni, laovaru on 2,224 miljonit tonni ja keskmine päevatoodang on 128,6 tuhat tonni (2013,7). Venemaal on alumiiniumi tootmise monopolist Venemaa alumiiniumiettevõte, mis moodustab umbes 13% ülemaailmsest alumiiniumiturust ja 16% alumiiniumoksiidist. Maailma boksiidivarud on praktiliselt piiramatud, see tähendab, et need ei ole vastavuses nõudluse dünaamikaga. Olemasolevad rajatised suudavad toota kuni 44,3 miljonit tonni esmast alumiiniumi aastas. Arvestada tuleb ka sellega, et tulevikus võidakse osa alumiiniumi rakendusi ümber orienteerida näiteks komposiitmaterjalide kasutamisele. Alumiiniumi hinnad (rahvusvahelistel kaubabörsidel) olid aastatel 2007–2015 keskmiselt 1253–3291 dollarit tonni kohta.

Rakendus

Kasutatakse laialdaselt ehitusmaterjalina. Alumiiniumi peamised eelised selles kvaliteedis on kergus, stantsitavus, korrosioonikindlus (õhus kaetakse alumiinium koheselt vastupidava Al2O3 kilega, mis takistab selle edasist oksüdeerumist), kõrge soojusjuhtivus ja selle ühendite mittetoksilisus. Eelkõige on need omadused muutnud alumiiniumi äärmiselt populaarseks kööginõude, toiduainetööstuses alumiiniumfooliumi tootmisel ja pakendamiseks. Esimesed kolm omadust on muutnud alumiiniumist lennunduse ja kosmosetööstuse peamise tooraine (hiljuti on see aeglaselt asendatud komposiitmaterjalidega, peamiselt süsinikkiuga). Alumiiniumi kui konstruktsioonimaterjali peamiseks puuduseks on selle madal tugevus, mistõttu selle tugevdamiseks legeeritakse tavaliselt väikese koguse vase ja magneesiumiga (sulamit nimetatakse duralumiiniumiks). Alumiiniumi elektrijuhtivus on vaid 1,7 korda väiksem kui vasel, samas kui alumiinium on ligikaudu 4 korda odavam kilogrammi kohta, kuid tänu oma 3,3 korda väiksemale tihedusele vajab see võrdse takistuse saavutamiseks ligikaudu 2 korda vähem kaalu. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt elektrotehnikas juhtmete tootmiseks, nende varjestamiseks ja isegi mikroelektroonikas juhtide sadestamisel mikroskeemide kristallide pinnale. Alumiiniumi madalam elektrijuhtivus (3,7·107 S/m) võrreldes vasega (5,84·107 S/m) kompenseeritakse sama elektritakistuse säilitamiseks alumiiniumjuhtmete ristlõikepindala suurendamisega. . Alumiiniumi kui elektrimaterjali puuduseks on tugeva dielektrilise oksiidkile tekkimine selle pinnale, mis raskendab jootmist ning kontakttakistuse halvenemise tõttu põhjustab elektriühenduste suurenenud kuumenemist, mis omakorda mõjutab negatiivselt. elektrikontakti töökindlus ja isolatsiooni seisukord. Seetõttu keelab 2002. aastal vastu võetud elektripaigaldise eeskirjade 7. väljaanne kasutada alumiiniumjuhtmeid, mille ristlõige on alla 16 mm².

Oma omaduste kompleksi tõttu kasutatakse seda laialdaselt kütteseadmetes.
Alumiinium ja selle sulamid ei muutu ülimadalatel temperatuuridel rabedaks. Tänu sellele kasutatakse seda krüogeentehnoloogias laialdaselt. Siiski on teada juhtum, kus alumiiniumisulamist valmistatud krüogeensed torud muutuvad energia kanderakettide väljatöötamise käigus vasksüdamikele paindudes rabedaks.
Suur peegeldusvõime koos madala hinna ja vaakum-sadestamise lihtsusega muudab alumiiniumi peeglite valmistamiseks optimaalseks materjaliks.
Ehitusmaterjalide tootmisel gaasimoodustajana.
Alumiinium annab korrosiooni- ja katlakivikindluse terasele ja muudele sulamitele, näiteks kolb-sisepõlemismootorite klappidele, turbiinide labadele, õliplatvormidele, soojusvahetusseadmetele ning asendab ka galvaniseerimist.
Alumiiniumsulfiidi kasutatakse vesiniksulfiidi tootmiseks.
Käimas on uuringud vahustatud alumiiniumi väljatöötamiseks eriti tugeva ja kerge materjalina.

Redutseerijana

Termiidi komponendina, segud aluminotermiaks.
Pürotehnikas.
Alumiiniumi kasutatakse haruldaste metallide eraldamiseks nende oksiididest või halogeniididest.
Piiratud kasutus anoodkaitse kaitsjana.

Alumiiniumsulamid

Tavaliselt ei kasutata konstruktsioonimaterjalina puhast alumiiniumi, vaid sellel põhinevaid erinevaid sulameid. Selle artikli sulamisarja tähistus on antud USA jaoks (standard H35.1 ANSI) ja vastavalt Venemaa GOST-ile. Venemaal on peamised standardid GOST 1583 “Valatud alumiiniumisulamid. Tehnilised tingimused" ja GOST 4784 "Alumiinium ja deformeeritavad alumiiniumisulamid. Margid." Samuti on olemas UNS-märgistus ja rahvusvaheline standard alumiiniumisulamitele ja nende märgistusele ISO R209 b.

Alumiinium-magneesium Al-Mg (ANSI: seeria 5xxx sepistatud sulamitele ja 5xx.x sulamitele vormitud valandite jaoks; GOST: AMg). Al-Mg süsteemi sulameid iseloomustab rahuldava tugevuse, hea plastilisuse, väga hea keevitatavuse ja korrosioonikindluse kombinatsioon. Lisaks iseloomustab neid sulameid kõrge vibratsioonikindlus.

Selle süsteemi sulamites, mis sisaldavad kuni 6% Mg, moodustub Al3Mg2 ühendi eutektiline süsteem alumiiniumipõhise tahke lahusega. Tööstuses kasutatakse kõige laialdasemalt sulameid, mis sisaldavad magneesiumi 1–5%. Mg sisalduse suurenemine sulamis suurendab oluliselt selle tugevust. Iga magneesiumiprotsent suurendab sulami tõmbetugevust 30 MPa ja voolavuspiiri 20 MPa. Sel juhul suhteline pikenemine veidi väheneb ja jääb vahemikku 30-35%. Sulamid magneesiumisisaldusega kuni 3% (massi järgi) on struktuurselt stabiilsed toa- ja kõrgendatud temperatuuridel isegi oluliselt karastatud olekus. Magneesiumi kontsentratsiooni suurenemisega külmtöödeldud olekus muutub sulami struktuur ebastabiilseks. Lisaks põhjustab magneesiumisisalduse suurenemine üle 6% sulami korrosioonikindluse halvenemise. Tugevusomaduste parandamiseks legeeritakse Al-Mg süsteemi sulamid kroomi, mangaani, titaani, räni või vanaadiumiga. Nad püüavad vältida vase ja raua lisamist selle süsteemi sulamitesse, kuna need vähendavad nende korrosioonikindlust ja keevitatavust.

Alumiinium-mangaan Al-Mn (ANSI: seeria 3xxx; GOST: AMts). Selle süsteemi sulamitel on hea tugevus, plastilisus ja valmistatavus, kõrge korrosioonikindlus ja hea keevitatavus.

Al-Mn süsteemi sulamite peamised lisandid on raud ja räni. Mõlemad elemendid vähendavad mangaani lahustuvust alumiiniumis. Peeneteralise struktuuri saamiseks legeeritakse selle süsteemi sulamid titaaniga. Piisava koguse mangaani olemasolu tagab külmtöödeldud metalli struktuuri stabiilsuse toa- ja kõrgendatud temperatuuridel.

Alumiinium-vask Al-Cu (Al-Cu-Mg) (ANSI: seeria 2xxx, 2xx.x; GOST: AM). Selle süsteemi sulamite mehaanilised omadused kuumusega tugevdatud olekus ulatuvad ja mõnikord ületavad madala süsinikusisaldusega terase mehaanilisi omadusi. Need sulamid on kõrgtehnoloogilised. Kuid neil on ka märkimisväärne puudus - madal korrosioonikindlus, mis tingib vajaduse kasutada kaitsekatteid.

Legeerivate lisanditena võib kasutada mangaani, räni, rauda ja magneesiumi. Veelgi enam, viimane mõjutab kõige tugevamalt sulami omadusi: magneesiumiga legeerimine suurendab oluliselt tugevuse ja saagise piire. Räni lisamine sulamile suurendab selle võimet kunstlikult vanandada. Raua ja nikliga legeerimine suurendab teise seeria sulamite kuumakindlust. Nende sulamite külmkarastamine pärast kustutamist kiirendab kunstlikku vananemist ning suurendab ka tugevust ja vastupidavust pingekorrosioonile.

Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) süsteemisulamid (ANSI: 7xxx, 7xx.x seeria). Selle süsteemi sulamid on hinnatud nende väga suure tugevuse ja hea valmistatavuse poolest. Süsteemi esindaja - sulam 7075 on kõigist alumiiniumisulamitest tugevaim. Sellise suure kõvenemise efekt saavutatakse tänu tsingi (70%) ja magneesiumi (17,4%) kõrgele lahustuvusele kõrgendatud temperatuuridel, mis jahutamisel järsult väheneb.

Nende sulamite oluline puudus on aga nende äärmiselt madal pingekorrosioonikindlus. Pingesulamite korrosioonikindlust saab suurendada vasega legeerimisega. 60ndatel avastatud mustrit on võimatu märkimata jätta: liitiumi olemasolu sulamites aeglustab loomulikku vananemist ja kiirendab kunstlikku vananemist. Lisaks vähendab liitiumi olemasolu sulami erikaalu ja suurendab oluliselt selle elastsusmoodulit. Selle avastuse tulemusena töötati välja uued sulamisüsteemid Al-Mg-Li, Al-Cu-Li ja Al-Mg-Cu-Li.

Valamiseks sobivad kõige paremini alumiinium-räni sulamid (silumiinid). Tihti valatakse neist välja erinevate mehhanismide korpused.
Alumiiniumil põhinevad komplekssulamid: aviaal.

Alumiinium muude sulamite lisandina

Alumiinium on paljude sulamite oluline komponent. Näiteks alumiiniumpronksides on põhikomponendid vask ja alumiinium. Magneesiumisulamites kasutatakse alumiiniumi kõige sagedamini lisandina. Elektrikütteseadmete spiraalide valmistamiseks kasutatakse fekraali (Fe, Cr, Al) (koos teiste sulamitega). Alumiiniumi lisamine nn vabalõikelistele terastele hõlbustab nende töötlemist, andes protsessi lõpus valmis detaili varda küljest selgeks murdumise.

Ehted

Kui alumiinium oli väga kallis, valmistati sellest mitmesuguseid ehteid. Nii tellis Napoleon III alumiiniumnööbid ja 1889. aastal kingiti Mendelejevile kullast ja alumiiniumist valmistatud kaussidega kaalud. Alumiiniumist ehete mood läks kohe mööda, kui ilmusid uued tehnoloogiad selle valmistamiseks, vähendades kulusid mitu korda. Tänapäeval kasutatakse alumiiniumi mõnikord ka ehete valmistamisel. Jaapanis kasutatakse alumiiniumi traditsiooniliste ehete valmistamisel, asendades hõbeda.

Söögiriistad

Napoleon III tellimusel valmistati alumiiniumist söögiriistad, mida serveeriti pidulikel õhtusöökidel temale ja auväärseimatele külalistele. Teised külalised kasutasid kullast ja hõbedast riistu. Siis levisid alumiiniumist söögiriistad, aja jooksul alumiiniumist köögiriistade kasutamine vähenes märgatavalt, kuid praegugi võib neid näha vaid mõnes toitlustusasutuses – hoolimata mõne asjatundja väidetest alumiiniumi kahjulikkuse kohta inimese tervisele. Lisaks kaotavad sellised seadmed aja jooksul oma atraktiivse välimuse kriimustuste tõttu ja kuju alumiiniumi pehmuse tõttu. Armee tarvikud on valmistatud alumiiniumist: lusikad, potid, kolvid.

Klaasi valmistamine

Klaasi valmistamisel kasutatakse fluoriidi, fosfaati ja alumiiniumoksiidi.

Toidutööstus

Alumiinium on registreeritud toidu lisaainena E173.

Sõjatööstus

Metalli odavus ja kaal tõid kaasa selle laialdase kasutamise väikerelvade, eriti kuulipildujate ja püstolite tootmisel.

Alumiinium ja selle ühendid raketitehnoloogias

Alumiiniumi ja selle ühendeid kasutatakse väga tõhusa raketikütusena kahe raketikütusega raketikütustes ja põleva komponendina tahkete raketikütuste puhul. Järgmised alumiiniumiühendid pakuvad raketikütusena suurimat praktilist huvi:

Alumiiniumpulber kütusena tahkete raketikütustes. Seda kasutatakse ka pulbri ja süsivesinike suspensioonide kujul.
Alumiiniumhüdriid.
Alumiiniumboranaat.
Trimetüülalumiinium.
Trietüülalumiinium.
Tripropüülalumiinium.

Trietüülalumiiniumi (tavaliselt segatuna trietüülbooriga) kasutatakse ka rakettmootorite keemiliseks süütamiseks (käivituskütusena), kuna see süttib spontaanselt hapnikugaasis. Alumiiniumhüdriidil põhinevatel raketikütustel on olenevalt oksüdeerijast järgmised omadused:

Alumiiniumi energia

Alumiiniumienergia kasutab alumiiniumi universaalse sekundaarse energiakandjana. Selle kasutusalad selles funktsioonis:

Alumiiniumi oksüdeerimine vees vesiniku ja soojusenergia tootmiseks.
Alumiiniumi oksüdeerimine õhuhapnikuga elektri tootmiseks õhk-alumiinium elektrokeemilistes generaatorites.

Alumiinium maailma kultuuris

N. G. Tšernõševski romaanis "Mida teha?" (1862-1863) üks peategelasi kirjeldab kirjas oma unistust - tulevikunägemust, milles inimesed elavad, puhkavad ja töötavad mitmekorruselistes klaasist ja alumiiniumist hoonetes; Põrandad, laed ja mööbel on alumiiniumist (N.G. Tšernõševski ajal hakati alumiiniumi alles avastama).
Alumiiniumkurgid on Viktor Tsoi 1987. aasta laulu pilt ja pealkiri.

Toksilisus

Vaatamata selle laialdasele esinemisele looduses, ei kasuta ükski elusolend alumiiniumi ainevahetuses – see on surnud metall. Sellel on kerge toksiline toime, kuid paljud vees lahustuvad anorgaanilised alumiiniumiühendid püsivad kaua lahustunud olekus ning võivad joogivee kaudu avaldada kahjulikku mõju inimestele ja soojaverelistele loomadele. Kõige mürgisemad on kloriidid, nitraadid, atsetaadid, sulfaadid jne. Inimesele on allaneelamisel toksiline toime alumiiniumühendite järgmistes annustes (mg/kg kehamassi kohta):

alumiiniumatsetaat - 0,2-0,4;
alumiiniumhüdroksiid - 3,7-7,3;
alumiinium maarjas - 2,9.

Mõjutab peamiselt närvisüsteemi (akumuleerub närvikoesse, põhjustades kesknärvisüsteemi tõsiseid häireid). Alumiiniumi neurotoksilisust on aga uuritud alates 1960. aastate keskpaigast, kuna metalli kuhjumist inimkehasse takistab selle eliminatsioonimehhanism. Normaalsetes tingimustes võib uriiniga erituda kuni 15 mg elementi päevas. Sellest lähtuvalt täheldatakse suurimat negatiivset mõju neerude eritusfunktsiooni kahjustusega inimestel. Venemaal on joogivee alumiiniumisisalduse norm 0,2 mg/l. Sel juhul võib riigi peasanitaararst konkreetse veevarustussüsteemi vastava territooriumi jaoks seda MPC-d suurendada 0,5 mg/l-ni. Mõned bioloogilised uuringud on seostanud alumiiniumi tarbimist Alzheimeri tõve arengu tegurina, kuid neid uuringuid kritiseeriti hiljem ja seos nende kahe vahel lükati ümber. Alumiiniumkloriidi higistamisvastaste ainete kasutamisel võivad alumiiniumiühendid stimuleerida rinnavähki. Kuid selle toetuseks on vähem teaduslikke tõendeid kui vastupidi.

Vaata ka

Anodeerimine
Oksüdatsioon
Alumiiniumist. Kolmeteistkümnes element
Rahvusvaheline Alumiiniumiinstituut

Märkmed

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, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Elementide aatommassid 2011 (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Vol. 85, nr. 5. - Lk 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
Keemia entsüklopeedia. 5 köites / Toimetuskolleegium: Knunyants I. L. (peatoimetaja). - M.: Nõukogude entsüklopeedia, 1988. - T. 1. - Lk 116. - 623 lk. - 100 000 eksemplari.
Harry H. Binder: Lexikon der Chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
alumiiniumist Interneti-etümoloogiasõnastik. etymonline.com. Vaadatud 3. mail 2010.
Fialkov, Yu.Üheksas märk. - M.: Detgiz, 1963. - Lk 133.
Tund nr 49. Alumiinium.
Alumiiniumi ringlussevõtt ja töötlemine energiasäästu ja jätkusuutlikkuse tagamiseks. - ASM International, 2007. - Lk 198. - ISBN 0-87170-859-0.
Lühike keemiaentsüklopeedia. T. 1 (A-E). - M.: Nõukogude entsüklopeedia. 1961. aasta.
Koronovski N.V., Jakušova A.F. Geoloogia alused.
Oleynikov B.V. jt Alumiinium on looduslike elementide klassi uus mineraal //WMO märkused. - 1984, CXIII osa, väljaanne. 2, lk. 210-215. .
J.P. Riley ja Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
Vesinikuenergia alused / Toim. V. A. Mošnikova ja E. I. Terukova.. - Peterburi: Peterburi Riikliku Elektrotehnikaülikooli kirjastus "Leti", 2010. - 288 lk. - ISBN 978-5-7629-1096-5.
Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Anorgaaniliste ainete reaktsioonid: teatmeteos / Toim. R. A. Lidina. - 2. väljaanne, muudetud. ja täiendav - M.: Bustard, 2007. - Lk 16. - 637 lk. - ISBN 978-5-358-01303-2.
Entsüklopeedia: ehted, ehted, ehtekivid. Väärismetallid. Väärtuslik alumiinium.
"Hõbe" savist.
MINERAALLISTE KAUBADE KOKKUVÕTE 2009. A.
C34 Alumiiniumi ülemaailmse ja kodumaise tootmise ja tarbimise hetkeseis
Alumiiniumivarud kogu maailmas kasvavad.
Primaaralumiiniumi tootmine maailmas ja Venemaal.
Alumiiniumi ajalooline hinnagraafik. Vaadatud 8. juunil 2015.
Kitco – Mitteväärismetallid – Tööstuslikud metallid – Vask, alumiinium, nikkel, tsink, plii – graafikud, hinnad, graafikud, noteeringud, Cu, Ni, Zn, Al, Pb.
Legeerivate elementide mõju alumiiniumisulamite omadustele.
Baykov D.I. et al. Keevitavad alumiiniumisulamid. - L.: Sudpromgiz, 1959. - 236 lk.
Faktid alumiiniumi kohta.
Heckler-Koch HK416 ründerelv (Saksamaa) | Majandusuudised.
Tara Perfection D.O.O. - Ohutus, millele võite loota.
Sarner S. Raketikütuste keemia = Propellant Chemistry / Transl. inglise keelest E. P. Golubkova, V. K. Starkova, V. N. Šemanina; toimetanud V. A. Iljinski. - M.: Mir, 1969. - Lk 111. - 488 lk.
Zhuk A. Z., Kleymenov B. V., Fortov V. E., Sheindlin A. E. Alumiiniumkütusel töötav elektriauto. - M: Nauka, 2012. - 171 lk. - ISBN 978-5-02-037984-8.
Alumiiniumist kurgid
Štšerbatõh I., Puusepp D.O.(mai 2007). Metallide roll Alzheimeri tõve etioloogias // J. Alzheimers Dis. 11 (2): 191-205.
Rondeau V., Commenges D., Jacqmin-Gadda H., Dartigues J. F.(juuli 2000). Joogivees oleva alumiiniumi kontsentratsiooni ja Alzheimeri tõve vaheline seos: 8-aastane järeluuring // Am. J. Epidemiol. 152(1):59-66.
Rondeau V.(2002). Alumiiniumi ja ränidioksiidi epidemioloogiliste uuringute ülevaade seoses Alzheimeri tõve ja sellega seotud häiretega // Rev. Keskkond. Tervis 17(2):107-121.
Martyn C. N., Coggon D. N., Inskip H., Lacey R. F., Young W. F.(mai 1997). Alumiiniumi kontsentratsioon joogivees ja Alzheimeri tõve risk // Epidemiology 8 (3): 281-286.
Graves A. B., Rosner D., Echeverria D., Mortimer J. A., Larson E. B.(september 1998). Tööalane kokkupuude lahustite ja alumiiniumiga ning hinnanguline Alzheimeri tõve risk // Occup. Keskkond. Med. 55 (9): 627-633.
Antiperspirandid/deodorandid ja rinnavähk.
alumiiniumkloriid heksahüdraat.

Lingid

Alumiinium // Brockhausi ja Efroni entsüklopeediline sõnaraamat: 86 köites (82 köidet ja 4 täiendavat köidet). - Peterburi, 1890-1907.
Alumiinium Webelementsis
Alumiinium populaarses keemiliste elementide raamatukogus
Alumiinium ladestustes
Alumiiniumi ajalugu, tootmine ja kasutusalad
Aleksejev A. I., Valov M. Yu., Yuzvyak Z. Veesüsteemide kvaliteedikriteeriumid: Õpik. - Peterburi: KHIMIZDAT, 2002. ISBN 5-93808-043-6
GN 2.1.5.1315-03 Kemikaalide suurimad lubatud kontsentratsioonid (MAC) olme-, joogi- ja tarbevee veekogude vees.
GOST R 55375-2012. Esmane alumiinium ja sellel põhinevad sulamid. Margid
Dokumentaalfilm "Alumiinium"

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

Alumiiniumist- üks olulisemaid konstruktsioonimaterjale. Kerguse, mehaanilise tugevuse, kõrge elektrijuhtivuse ja kõrge korrosioonikindluse tõttu on see leidnud laialdast rakendust lennunduses, autotööstuses, elektritööstuses, teistes kaasaegse tehnoloogia harudes ja igapäevaelus. Maailma tootmise ja tarbimise poolest on ta metallide seas raua järel teisel kohal.

Alumiiniumi tootmise tooraineks on alumiiniumoksiid, mida saadakse boksiidist, nefeliini maakidest ja muudest kõrge alumiiniumoksiidi sisaldusega kivimitest. Peamine boksiit, mis annab 98% maailma alumiiniumoksiidi toodangust, on boksiit. Venemaa on ainus riik maailmas, kus kasutatakse nii madala kvaliteediga alumiiniumi toorainet nagu nefeliinimaagid.

Boksiidi koguvarud 29 maailma riigis ületavad 40 miljardit tonni, millest 95% on koondunud troopilisse vööndisse, sealhulgas üle 50% Guineasse, 40% Austraaliasse, Venezuelasse, Brasiiliasse, Indiasse, Vietnamisse ja Jamaicale. Boksiidi kaevandatakse 24 riigis 140 miljonit tonni aastas, 80% toodangust toimub Austraalias, Guineas, Jamaical, Brasiilias, Hiinas ja Indias. Alumiiniumoksiidi aastane toodang boksiidi kaevandavates riikides ületas 52 miljonit tonni ja primaaralumiiniumi sulatamine - 24,5 miljonit tonni.Viimastel aastatel on alumiiniumi tootmine kasvanud enam kui 10 korda.

Neid peetakse ainulaadseteks Sünnikoht boksiit varudega üle 500 miljoni tonni, suured ja keskmised - 500 - 50, väikesed - alla 50 miljoni tonni.

Boksiit on jääk- või settekivim, mis koosneb alumiiniumhüdroksiididest, raudoksiididest ja -hüdroksiididest, savimineraalidest ja kvartsist. Mineraalse koostise järgi liigitatakse boksiidid gibsiidiks, böömiitiks ja diaspoorseks. Märgiti, et noortes transformeerimata maardlates domineerivad gibbsiidi maagid, vanemates ja transformeerunud maardlates aga asendatakse need böömiidi ja diaspoorsete maakidega.

Kõik tööstuslikud boksiidimaardlad on eksogeensed moodustised. Need jagunevad ilmastiku- ja seteteks. Ilmastikumõjuga ladestused jagunevad lateriitseteks jääk- ja residuaalseteks ladestusteks ning settelised ladestused nendeks, mis esinevad platvormialade terrigeensetes kihistutes ja on seotud geosünklinaalsete alade karbonaatsete kihistudega. Omadused on toodud laud 1.2.1.

Tabel 1.2.1 Alumiiniumimaardlate peamised geoloogilised ja tööstuslikud tüübid

Geoloogiline tööstuslik tüüp	Maagi kandvad moodustamine	Maagikehad	Esinemistingimused	Maagi koostis	Näited hoiused	Kaal, hoiused
1. Jääk lateriitne	a) Kaasaegne maakoor ilmastikuolud peal iidsed kiltkivid, basaltid jne.	Horisontaalne hoiused ala 5-15 km2, võimsus kuni 10-15 m.	Pinnalähedane tasapinnal kõrgustikud - bovalahh; blokeeritud raudküirass.	Gibbsiit, hematiit	Boke, Fria (Guinea)	Ainulaadne kuni 3 miljardit tonni
1. Jääk lateriitne	b) Iidne koor ilmastikuolud peal fülliitkildad ja metabasiidid	Suur silmapiir. Katvad kehad pikkus kuni mitu dets. km, mahutavus mitu m.	Hoiused on blokeeritud setteline Paleosoikumi kivimid, mesosoikum, Tsenosoikum, paksus 450-600 m.	Boehmite, gibbsite, shaoziit	Vislovskoe (KMA, Venemaa)	suur, 80 miljonit tonni
2. Jääk ümber ajatatud	Noor mesosoikum- Tsenosoikumi liiv- savine, külgnev arenduspiirkondadesse lateriitsed koorikud ilmastikuolud	läätsekujuline, lehe moodi	1-3 horisondi hulgas liivakivid, savid jne.	Gibbsite, boehmite, hematiit, kaoliniit, sideriit	Sünnikoht Guajaana rannik Plains, Wayne'i kuberner (Austraalia)
3. Sete platvorm	Terrigeeniline, karbonaatne noterogeenne, vulkaaniline-terrigeenne kontinentaalne, punane, mõnikord savine	läätsekujuline, lehe moodi	40-150 m sügavusel sette all koosseisud Paleosoikum, mesosoikum	Gibbsiit, böömiit, kaoliniit	Tikhvini rühm, Severo-Onežski (Venemaa)	väikesed, keskmine, haruldane-suur
4. Sette geosünklinaalne	karbonaadi moodustumine (terrigeenne, kontinentaalne, madalaveeline päritolu karbonaat, rifi alammoodustis)	läätsekujuline, lehe moodi	hulgas nihestatud settekihid	Diasporaa, böhmit, haruldane gibbsite, hematiit, püriit	Punamütsike ja jne, SUBR, Venemaa	Suur, keskmine

Lateriidimaardlad on suure tööstusliku tähtsusega (90% maailma varudest).

Venemaal arendatakse boksiidimaardlaid Põhja-Uurali (SUBR) ja Lõuna-Uurali (YUBR) boksiidi kandvates piirkondades (84% toodangust) ning Tihvini piirkonnas (16%). Kodumaise metallurgia vajaduste rahuldamiseks vajaliku tooraine puudumise tõttu impordib Venemaa igal aastal umbes 50% (3,7 miljonit tonni) alumiiniumoksiidi Ukrainast, Kasahstanist ja mitte-SRÜ riikidest.

Alumiiniumaak on kaasaegses tööstuses erilisel kohal. Teatud füüsikaliste ja keemiliste omaduste tõttu kasutatakse alumiiniumi paljudes inimtegevuse sektorites. Autotööstus, masinaehitus, ehitus ning paljude tarbekaupade ja kodumasinate tootmine ei ole enam võimalikud ilma seda tüüpi värviliste metallide kasutamiseta. Alumiiniumi kaevandamine on keeruline ja töömahukas protsess.

Alumiiniumimaagi omadused

Maak on looduslik mineraalne moodustis, mis sisaldab teatud metalli või mineraali. Alumiiniumi puhtal kujul looduses praktiliselt ei leidu, seega ekstraheeritakse seda alumiiniumimaagist. Maakoores on selle sisaldus umbes 9%. Tänapäeval on alumiiniumi sisaldavaid mineraalühendeid umbes 250 sorti, kuid mitte kõigi nende töötlemine pole tulus. Alumiiniumitööstuse jaoks peetakse kõige väärtuslikumaks järgmisi maagi liike:

boksiit;
aluniit;
nefeliin

Boksiit Kõige sagedamini kasutatakse seda metallikaevandamise toorainena, kuna see sisaldab kuni 60% alumiiniumoksiide. Kompositsioon sisaldab ka räni- ja raudoksiide, kvartsi, magneesiumi, naatriumi ja muid keemilisi elemente ja ühendeid. Sõltuvalt nende koostisest on boksiidil erinev tihedus. Kivimi värvus on valdavalt punane või hall. 1 tonni alumiiniumi tootmiseks on vaja 4,5 tonni boksiidi.

Alunite maak ei jää palju alla boksiidi, kuna see sisaldab kuni 40% alumiiniumoksiidi - peamist alumiiniumi tarnijat. Sellel on poorne struktuur ja palju lisandeid. Alumiiniumi kaevandamine on tulus ainult siis, kui aluniidi koguhulk võrdub lisandite koguhulgaga.

See on tardse päritoluga leeliseline kivim. Need on alumiiniumoksiidi sisalduse poolest kolmandal kohal. Alates esimese klassi nefeliinimaagist saab töödelda 25% või rohkem alumiiniumoksiidi. Alates teisest klassist - kuni 25%, kuid mitte vähem kui 22%. Kõik mineraalsed ühendid, mis sisaldavad alumiiniumoksiide alla selle väärtuse, ei oma tööstuslikku väärtust.

Alumiiniumi kaevandamise meetodid

Alumiinium on suhteliselt noor metall, mida kaevandati esmakordselt veidi üle sajandi tagasi. Läbi aegade on alumiiniumi kaevandamise tehnoloogiat pidevalt täiustatud, võttes arvesse kõiki keemilisi ja füüsikalisi omadusi.

Metalli tootmine on võimalik ainult alumiiniumoksiidist, mille moodustamiseks maak purustatakse pulbriliseks ja kuumutatakse auruga. Nii on võimalik vabaneda suuremast osast ränist ja jätta optimaalne tooraine järgnevaks sulatamiseks.

Alumiiniumimaaki kaevandatakse avakaevude meetodil, kui selle esinemine on madal. Boksiit ja nefeliin lõigatakse nende tiheda struktuuri tõttu tavaliselt pinnakaevandaja abil freesmeetodil. Aluniidid on lahtise kivimi tüüp, mistõttu on selle eemaldamiseks optimaalne karjääriekskavaator. Viimane laadib kivi kohe edasiseks transportimiseks kallurautodele.

Pärast esmase tooraine ekstraheerimist järgneb alumiiniumoksiidi saamiseks mitu kohustuslikku kivimi töötlemise etappi:

Transport ettevalmistustöökotta, kus purustusseadmed purustavad kivimi umbes 110 mm.
Valmistatud tooraine koos lisakomponentidega saadetakse edasiseks töötlemiseks.
Kivim paagutatakse ahjudes. Vajadusel leostatakse alumiiniumimaak. See annab vedela aluminaadilahuse.
Järgmine etapp on lagunemine. Selle tulemusena moodustub aluminaatmass, mis saadetakse vedeliku eraldamiseks ja aurustamiseks.
Puhastamine liigsetest leelistest ja ahjukaltsineerimine.

Tulemuseks on kuiv alumiiniumoksiid, valmis alumiiniumi tootmiseks. Viimane etapp on hüdrolüüsitöötlus. Lisaks ülalkirjeldatud meetodile kaevandatakse alumiiniumi ka kaevandusmeetodil. Nii lõigatakse kivi maa kihtidest välja.

Alumiiniumi kaevanduskohad Venemaal

Maailma edetabelis alumiiniumimaagi tootmise poolest on Venemaa seitsmendal kohal. Kogu territooriumil on uuritud umbes 50 maardlat, mille hulgas on veel välja ehitamata maardlaid. Rikkaimad maagivarud on koondunud Leningradi oblastisse ja Uuralitesse, kus tegutseb üks sügavamaid “alumiiniumi” kaevandusi. Viimase sügavus ulatub 1550 meetrini.

Vaatamata laialdaselt arenenud värvilise metallurgiale ja eriti alumiiniumi tootmisele, ei piisa sellest saadavast mahust kogu riigi tööstuse varustamiseks. Seetõttu on Venemaa sunnitud alumiiniumoksiidi importima teistest riikidest. See vajadus on tingitud ka maagi madalamast kvaliteedist. Üks Uurali tulusamaid maardlaid toodab 50% alumiiniumoksiidi sisaldusega boksiidi. Itaalias kaevandatakse kivi, mis sisaldab 64% alumiiniumoksiide.

Ligikaudu 80% kogu alumiiniumimaagi massist Venemaal kaevandatakse suletud kaevandustes. Üsna palju maardlaid asub Belgorodi, Arhangelski, Sverdlovski oblastis, aga ka Komi Vabariigis. Lisaks boksiidile kaevandatakse ka nefeliini maake. Seda tüüpi metallitootmise kasumlikkus on väiksem, kuid siiski kompenseerib tulemus osaliselt riigi toorainepuuduse.

Alumiiniumitööstuses on eriline koht taaskasutatud materjalidest metalli tootmisel. See meetod säästab oluliselt energiat ja maagiressursse ning vähendab keskkonnale tekitatavat kahju. Siin jääb Venemaa teistest riikidest mõnevõrra maha, kuid enamiku kodumaiste ettevõtete tulemused paranevad igal aastal märgatavalt.

Alumiiniumimaakide tootmine maailmas

Viimase saja aasta jooksul on alumiiniumimaagi tootmise tase tõusnud uskumatule tasemele. Kui 1913. aastal oli kivimi globaalne maht ligikaudu 550 tuhat tonni, siis praegu ületab see näitaja 190 miljonit tonni. Praegu kaevandab alumiiniumimaaki umbes 30 riiki. Juhtpositsioonil on Guinea (Lääne-Aafrika), kus paljud hoiused on koondunud reservidega, mis moodustavad 28% maailma aktsiatest.

Otseste maagi tootmismahtude osas peaks esikohal olema Hiina. Seega toodab “loojuva päikese” riik aastas üle 80 miljoni tonni toorainet. Esiviisik on järgmine:

Hiina- 86 miljonit tonni;
Austraalia- 82 miljonit tonni;
Brasiilia- 31 miljonit tonni;
Guinea- 20 miljonit tonni;
India- 15 miljonit tonni.

Edasi tuleb Jamaica 9,7 miljoni tonniga ja lõpuks Venemaa, mille alumiiniumimaagi kogutoodang on 6-7 miljonit tonni. Alumiiniumitööstuse juhid on aastate jooksul muutunud.

Maaki kaevandati esmakordselt Prantsusmaal, Boxi linnas, mille tõttu nimetatakse kõige levinumat maagi tüüpi boksiidiks. Varsti võivad paremate näitajatega kiidelda Lääne-Euroopa ja Põhja-Ameerika. Pool sajandit hiljem sai Ladina-Ameerikast vaieldamatu liider. Nüüd on juhtpositsiooni võtnud Aafrika, Austraalia, Hiina ja teised arenenud riigid.

Värvilised metallid on kaasaegse tööstuse lahutamatu osa. Ilma nendeta poleks paljude tööstusharude areng võimalik. Alumiiniumi kui kerget, vastupidavat ja funktsionaalset metalli peetakse tänapäeval võtmetähtsusega ehitusmaterjaliks.

Tööstuse kui alumiiniumi allika suurim väärtus on looduslikud toorained - boksiit, kivimikomponent boksiidi, aluniidi ja nefeliini kujul.

Alumiiniumoksiidi sisaldavate maakide sordid

Teada on üle 200 mineraali, mis sisaldavad alumiiniumi.

Tooraineallikaks loetakse ainult kivimit, mis vastab järgmistele nõuetele:

Looduslikel toorainetel peab olema kõrge alumiiniumoksiidide sisaldus;
Maardla peab vastama selle tööstusliku arengu majanduslikule otstarbekusele.
Kivim peab sisaldama alumiiniumi toorainet sellisel kujul, mida on võimalik teadaolevate meetoditega puhtal kujul ekstraheerida.

Loodusliku kiviboksiidi tunnus

Boksiit looduses eksisteerib ainult metalli ja hapniku binaarse ühendi kujul. See ühend on ekstraheeritud looduslikust mäest maagi boksiidi kujul, mis koosneb mitmete keemiliste elementide oksiididest: alumiinium, kaalium, naatrium, magneesium, raud, titaan, räni, fosfor.

Sõltuvalt maardlast sisaldab boksiit 28–80% alumiiniumoksiidi. See on peamine tooraine ainulaadse metalli saamiseks. Boksiidi kvaliteet alumiiniumi toorainena sõltub selle alumiiniumoksiidi sisaldusest. See määrab füüsilise omadused boksiit:

Mineraal on varjatud kristallilise struktuuriga või amorfses olekus. Paljudel mineraalidel on lihtsa või keerulise koostisega hüdrogeelide kivistunud vormid.
Boksiidi värvus erinevates kaevanduskohtades ulatub peaaegu valgest tumepunaseni. Seal on mineraali musta värvi maardlaid.
Alumiiniumi sisaldavate mineraalide tihedus sõltub nende keemilisest koostisest ja on umbes 3500 kg/m3.
Boksiidi keemiline koostis ja struktuur määrab tahke aine omadused mineraalne. Tugevamate mineraalide kõvadus on mineraloogias aktsepteeritud skaalal 6 ühikut.
Loodusliku mineraalina on boksiidil mitmeid lisandeid, enamasti on need raua, kaltsiumi, magneesiumi, mangaani oksiidid ning titaani- ja fosforiühendite lisandid.

Boksiidid, kaoliinid ja savid sisaldavad teiste ühendite lisandeid, mis eraldatakse tooraine töötlemisel eraldi tööstusharudesse.

Ainult Venemaal kasutavad nad madalama kontsentratsiooniga alumiiniumoksiidi sisaldavaid kivimimaardlaid.

Hiljuti hakati alumiiniumoksiidi saama nefeliinidest, mis lisaks alumiiniumoksiidile sisaldavad metallide oksiide nagu kaalium, naatrium, räni ja mitte vähem väärtuslik maarjakivi, aluniit.

Alumiiniumi sisaldavate mineraalide töötlemise meetodid

Maagi kaevandamine arenenud maardlatest.
Jäätmete esmane töötlemine alumiiniumoksiidi kontsentratsiooni suurendamiseks on rikastamisprotsess.
Puhta alumiiniumoksiidi valmistamine, alumiiniumi elektrolüütiline redutseerimine selle oksiididest.

Tootmisprotsess lõpeb metalliga, mille kontsentratsioon on 99,99%.

Alumiiniumoksiidi kaevandamine ja rikastamine

Alumiiniumoksiid ega alumiiniumoksiide puhtal kujul looduses ei eksisteeri. Seda ekstraheeritakse hüdrokeemiliste meetoditega alumiiniummaakidest.

Alumiiniumimaagi maardlad maardlates tavaliselt plahvatavad, mis tagab selle kaevandamise koha umbes 20 meetri sügavusel, kust see valitakse ja suunatakse edasisele töötlemisele;

Eriseadmete (sõelad, klassifikaatorid) abil maak purustatakse ja sorteeritakse, visates ära aheraine (jäätmed). Selles alumiiniumoksiidi rikastamise etapis kasutatakse pesemis- ja sõelumismeetodeid kui majanduslikult kõige soodsamaid meetodeid.
Kontsentreerimistehase põhja settinud puhastatud maak segatakse autoklaavis kuumutatud seebikivi massiga.
Segu juhitakse läbi kõrgtugevast terasest anumate süsteemi. Anumad on varustatud aurukattega, mis hoiab vajalikku temperatuuri. Aururõhku hoitakse 1,5-3,5 MPa, kuni alumiiniumiühendid on ülekuumutatud naatriumhüdroksiidi lahuses rikastatud kivimilt täielikult üle kandunud naatriumaluminaadiks.
Pärast jahutamist läbib vedelik filtreerimisetapi, mille tulemusena eraldub tahke sete ja saadakse üleküllastunud puhas aluminaadi lahus. Lisades saadud lahusele eelmise tsükli alumiiniumhüdroksiidi jääke, kiirendatakse lagunemist.
Alumiiniumoksiidhüdraadi lõplikuks kuivatamiseks kasutatakse kaltsineerimisprotseduuri.

Puhta alumiiniumi elektrolüütiline tootmine

Puhast alumiiniumi toodetakse pideva protsessiga, mille käigus saadakse kaltsineeritud alumiinium siseneb elektrolüütilise redutseerimise etappi.

Kaasaegsed elektrolüsaatorid on seade, mis koosneb järgmistest osadest:

Valmistatud terasest korpusest, mis on vooderdatud kivisöeplokkide ja -plaatidega. Töötamise ajal moodustub vanni korpuse pinnale tihe külmunud elektrolüüdi kile, mis kaitseb vooderdust elektrolüüdi sulami poolt hävitamise eest.
Vanni põhjas olev 10–20 cm paksune sulaalumiiniumikiht toimib selles paigalduses katoodina.
Vool juhitakse alumiiniumsulatisse süsinikplokkide ja sisseehitatud terasvarraste kaudu.
Terastihvtide abil raudraamile riputatud anoodid on varustatud tõstemehhanismiga ühendatud varrastega. Põlemise edenedes liigub anood alla ja vardaid kasutatakse voolu andmise elemendina.
Töökodades paigaldatakse elektrolüsaatorid järjestikku mitmes reas (kaks või neli rida).

Alumiiniumi täiendav puhastamine rafineerimise teel

Kui elektrolüüsiseadmetest eraldatud alumiinium ei vasta lõppnõuetele, tehakse seda täiendavale puhastamisele rafineerimise teel.

Tööstuses viiakse see protsess läbi spetsiaalses elektrolüsaatoris, mis sisaldab kolme vedelikukihti:

Alumine – rafineeritud alumiinium millele on lisatud umbes 35% vaske, toimib anoodina. Alumiiniumikihi raskemaks muutmiseks kasutatakse vaske, vask ei lahustu anoodisulamis, selle tihedus peab ületama 3000 kg/m3.
Keskmine kiht on baariumi, kaltsiumi ja alumiiniumi fluoriidide ja kloriidide segu sulamistemperatuuriga umbes 730 °C.
Ülemine kiht - puhas rafineeritud alumiinium sula, mis lahustub anoodikihis ja tõuseb ülespoole. See toimib selles vooluringis katoodina. Voolu annab grafiitelektrood.

Alumiiniumi tööstuslik tähtsus

Alumiiniumimaakide tüübid

Alumiiniumi leidub enam kui 250 mineraalis. Nendest on tööstusele kõige väärtuslikumad boksiit, nefeliin ja aluniit. Vaatame neid üksikasjalikumalt.

Boksiidi maak

Alumiiniumimaagi füüsikalised omadused:

erinevate toonide punase ja halli värvi läbipaistmatu mineraal;
tugevaimate proovide kõvadus on mineraloogilisel skaalal 6;
Boksiidi tihedus on sõltuvalt keemilisest koostisest vahemikus 2900-3500 kg/m³.

Boksiidimaagi leiukohad on koondunud Maa ekvatoriaal- ja troopilistesse vöönditesse. Muistsemad maardlad asuvad Venemaal.

Kuidas tekib boksiidi alumiiniumimaak?

Boksiit moodustub alumiiniumoksiidi monohüdraadist, böhmiidist ja diaspoorist, trihüdraadist hüdrargilliidist ning nendega seotud mineraalidest hüdroksiidist ja raudoksiidist.

Sõltuvalt loodust moodustavate elementide koostisest eristatakse kolme boksiidimaakide rühma:

Monohüdraatboksiit – sisaldab monohüdraadi kujul alumiiniumoksiidi.
Trihüdraat – sellised mineraalid koosnevad trihüdraadi kujul olevast alumiiniumoksiidist.
Segatud - sellesse rühma kuuluvad eelmised alumiiniumimaagid kombineeritult.

Aluniidi maagid

Kivi on poorne. Koosneb peamiselt kaoliniitidest ja hüdromikadest. Üle 50% aluniidisisaldusega maak pakub tööstuslikku huvi.

Nefeliin

esimene klass – 60–90% nefeliin; see sisaldab üle 25% alumiiniumoksiidi; töötlemine toimub paagutamise teel;
teine klass – 40–60% nefeliini, alumiiniumoksiidi kogus on veidi väiksem – 22–25%; töötlemise ajal on vaja rikastada;
kolmas klass on nefeliinmineraalid, millel pole tööstuslikku väärtust.

Alumiiniumimaakide tootmine maailmas

Maagimaardlad Venemaal

Kokku on Venemaal 50 maagimaardlat. See arv hõlmab nii maavara kaevandamise kohti kui ka seni välja arendamata maardlaid.

Riigi lõunaosas asuv Prantsusmaa linn Les Baux de Provence sai kuulsaks mineraalboksiidile oma nime andmisega. Seal avastas mäeinsener Pierre Berthier 1821. aastal tundmatu maagi maardlad. Kulus veel 40 aastat uurimist ja katsetamist, et avastada uue kivimi võimalused ja tunnistada see paljulubavaks alumiiniumi tööstuslikuks tootmiseks, mis neil aastatel ületas kulla hinna.

Omadused ja päritolu

Boksiit on esmane alumiiniumimaak. Peaaegu kogu maailmas toodetud alumiinium on neist valmistatud. See kivim on komposiittooraine, mida iseloomustab keeruline ja heterogeenne struktuur.

See sisaldab põhikomponentidena alumiiniumoksiide ja -hüdroksiide. Raudoksiidid toimivad ka maagi moodustavate mineraalidena. Ja kõige levinumate lisandite hulgas:

räni (esindatud kvarts, kaoliniit ja opaal);
titaan (rutiili kujul);
kaltsiumi- ja magneesiumiühendid;
haruldaste muldmetallide elemendid;
vilgukivi;
väikestes kogustes galliumi, kroomi, vanaadiumi, tsirkooniumi, nioobiumi, fosforit, kaaliumi, naatriumi ja püriiti.

Päritolu järgi on boksiidid lateriitsed ja karstilised (settekujulised). Esimesed, kvaliteetsed, tekkisid niiske troopika kliimas silikaatkivimite sügava keemilise transformatsiooni (nn lateriseerumise) tulemusena. Viimased on madalama kvaliteediga, need on ilmastikumõjude, savikihtide ülekandumise ja uutesse kohtadesse ladestumise produkt.

Boksiidid erinevad:

Füüsiline seisund (kivine, mullane, poorne, lahtine, savitaoline).
Struktuur (fragmentide ja herneste kujul).
Tekstuurilised omadused (homogeense või kihilise koostisega).
Tihedus (muutub 1800–3200 kg/m³).

Keemilised ja füüsikalised omadused

Boksiidi keemilised omadused on materjali muutuva koostisega seotud laias valikus. Kaevandatavate mineraalide kvaliteedi määrab aga eelkõige alumiiniumoksiidi ja ränidioksiidi sisalduse suhe. Mida suurem on esimese kogus ja mida väiksem on teise kogus, seda suurem on tööstuslik väärtus. Kaevandusinsenerid peavad oluliseks keemiliseks omaduseks nn purunematust ehk seda, kui kergesti saab maagi materjalist alumiiniumoksiide eraldada.

Hoolimata asjaolust, et boksiidil pole püsivat koostist, taanduvad selle füüsikalised omadused järgmistele näitajatele:

1	Värv	pruun, oranž, telliskivi, roosa, punane; harvem hall, kollane, valge ja must
2	Veenid	tavaliselt valged, kuid mõnikord võivad neid värvida raualisandid
3	Sära	Tuim ja mullane
4	Läbipaistvus	Läbipaistmatu
5	Erikaal	2-2,5 kg/cm³
6	Kõvadus	1-3 Mohsi mineraloogilisel skaalal (võrdluseks, teemandil on 10). Selle pehmuse tõttu meenutab boksiit savi. Kuid erinevalt viimastest ei moodusta need vee lisamisel homogeenset plastilist massi

Huvitaval kombel pole füüsilisel seisundil midagi pistmist boksiidi kasulikkuse ja väärtusega. Seda seletatakse asjaoluga, et neid töödeldakse teiseks materjaliks, mille omadused erinevad oluliselt algsest kivimist.

Maailma varud ja tootmine

Hoolimata asjaolust, et nõudlus alumiiniumi järele kasvab pidevalt, on selle esmase maagi varud piisavad, et seda vajadust rahuldada veel mitmeks sajandiks, kuid mitte vähem kui 100 tootmisaastaks.

USA geoloogiateenistus on avaldanud andmed, mille kohaselt ulatuvad maailma boksiidivarud 55-75 miljardi tonnini. Pealegi on enamik neist koondunud Aafrikasse (32%). Okeaania moodustab 23%, Kariibi mere piirkond ja Lõuna-Ameerika 21%, Aasia mandriosa 18% ja muud piirkonnad 6%.

Optimismi sisendab ka alumiiniumi ringlussevõtu protsessi kasutuselevõtt, mis pidurdab primaaralumiiniumimaagi looduslike varude ammendumist (ja samal ajal säästab energiatarbimist).

Boksiidi kaevandamise esikümme, mida esindas sama USA geoloogiateenistus, nägi 2016. aastal välja selline.

1	Austraalia	82 000
2	Hiina	65 000
3	Brasiilia	34 500
4	India	25 000
5	Guinea	19 700
6	Jamaica	8 500
7	Venemaa	5 400
8	Kasahstan	4 600
9	Saudi Araabia	4 000
10	Kreeka	1 800

Vietnam näitab end väga paljutõotavana, lõpetades 2016. aasta näitajaga 1500 tuhat tonni. Kuid Malaisia, mis oli 2015. aastal kolmas, on rangete keskkonnaseaduste ootuste tõttu järsult vähendanud boksiidi arengut ja on täna maailma edetabelis 15. kohal.

Boksiiti kaevandatakse tavaliselt avatud kaevandustes. Tööplatvormi saamiseks puhutakse maagikiht 20 sentimeetri sügavuselt läbi ja seejärel eemaldatakse. Mineraali tükid purustatakse ja sorteeritakse: aheraine (nn aheraine) uhutakse pesuvee vooluga minema ja töötlemistehase põhja jäävad tiheda maagi killud.

Kõige iidsemad boksiidimaardlad Venemaal pärinevad eelkambriumi ajast. Need asuvad Ida-Sajaani mägedes (Boksonskoje väljal). Nooremat alumiiniumimaaki, mis pärineb Kesk- ja Ülem-Devonist, leidub Põhja- ja Lõuna-Uuralis, Arhangelski, Leningradi ja Belgorodi oblastis.

Tööstuslik rakendus

Kaevandatud boksiidid jaotatakse nende hilisema kaubandusliku kasutuse järgi metallurgilisteks, abrasiivseteks, keemilisteks, tsemendiks, tulekindlateks jne.

Nende peamine kasutusala, mis moodustab 85% maailma toodangust, on alumiiniumoksiidi (alumiiniumoksiidi) tootmise tooraine.

Tehnoloogiline ahel näeb välja selline: boksiiti kuumutatakse seebikiviga, seejärel filtreeritakse, tahke jääk sadestatakse ja kaltsineeritakse. See toode on veevaba alumiiniumoksiid, eelviimane muundus alumiiniumi tootmistsüklis.

Siis jääb üle vaid kasta see sulatatud loodusliku või sünteetilise krüoliidi vanni ja elektrolüütilise redutseerimise teel isoleerida metall ise.

Esimesena avastas selle tehnoloogia 1860. aastal prantsuse keemik Henri Saint-Clair Deville. See asendas kalli protsessi, mille käigus alumiinium toodeti vaakumis kaaliumist ja naatriumist.

Järgmine oluline boksiidi kasutamise valdkond on abrasiivid.

Kui alumiiniumoksiidi kaltsineerida, on tulemuseks sünteetiline korund, väga kõva materjal, mille hind on 9 Mohsi skaalal. See purustatakse, eraldatakse ja lisatakse seejärel liivapaberile ning erinevatele poleerimispulbritele ja suspensioonidele.

Paagutatud, pulbristatud ja ümmargusteks graanuliteks sulatatud boksiit on ka suurepärane liivapritsi abrasiiv. See sobib ideaalselt pinnatöötluseks ning tänu oma sfäärilisele kujule vähendab liivapritsiseadmete kulumist.

Boksiidi teine oluline eesmärk on osaleda tugiainena (materjal, mis takistab spetsiaalselt tekkinud rikete sulgumist) hüdraulilist purustamist kasutavas õlitootmise protsessis. Sellisel juhul peavad töödeldud boksiitkivimi osakesed hüdraulilist survet vastu ja lasevad pragudel avatuks jääda nii kaua, kuni õli välja pääseb.

Boksiit on asendamatu ka tulekindlate toodete loomiseks. Põletatud alumiiniumoksiid talub temperatuuri kuni 1780 C. Seda omadust kasutatakse nii telliste ja betooni tootmiseks kui ka metallurgiatööstuse seadmete, spetsiaalse klaasi ja isegi tulekindlate riiete loomisel.

Järeldus

Keemikud ja tehnoloogid otsivad pidevalt boksiidile sobivaid asendajaid, mis ei jääks oma omadustelt alla. Uuringud on näidanud, et alumiiniumoksiidi tootmiseks saab kasutada savimaterjale, elektrijaama tuhka ja põlevkivi.

Kogu tehnoloogilise ahela maksumus on aga kordades suurem. Ränikarbiid on hästi toiminud abrasiivse ja sünteetilise mulliidina tulekindla ainena. Teadlased loodavad, et enne boksiidi loodusvarade täielikku ammendumist leitakse samaväärne asendus.

Ja mõned muud elemendid. Kõiki neid elemente ei kaevandata aga praegu alumiiniummaakidest ega kasutata rahvamajanduse vajadusteks.

Kõige enam kasutatakse apatiit-nefeliinkivimit, millest saadakse väetisi, alumiiniumoksiidi, soodat, kaaliumkloriidi ja mõningaid muid tooteid; prügimägesid peaaegu polegi.

Boksiidi töötlemisel Bayeri meetodil või paagutamisel jääb puistangusse siiski palju punast muda, mille ratsionaalne kasutamine väärib suurt tähelepanu.

Varem räägiti, et 1 tonni alumiiniumi tootmiseks on vaja kulutada palju elektrit, mis on viiendik alumiiniumi maksumusest. Tabelis 55 näitab 1 tonni alumiiniumi kuluarvestust. Tabelis toodud andmetest järeldub, et kõige olulisemad kulukomponendid on tooraine ja põhimaterjalid, kusjuures alumiiniumoksiid moodustab peaaegu poole kõikidest kuludest. Seetõttu peaks alumiiniumi omahinna vähendamine minema eelkõige alumiiniumoksiidi tootmise kulude vähendamise suunas.

Teoreetiliselt peab 1 tonni alumiiniumi kohta kuluma 1,89 tonni alumiiniumoksiidi. Selle väärtuse ületamine tegeliku tarbimise juures on peamiselt pihustamisest tingitud kadude tagajärg. Neid kadusid saab vähendada 0,5-0,6% võrra, automatiseerides alumiiniumoksiidi laadimist vannidesse. Kulude vähendaminealumiiniumoksiidi saab saavutada, vähendades kadusid selle tootmise kõikidel etappidel, eriti jääkmudas, aluminaadilahuste transportimisel ja samuti alumiiniumoksiidi kaltsineerimisel; tänu säästule, mis saadakse heitgaasi (iseaurustitest) paremast auru kasutamisest ja heitgaasi soojuse täielikust kasutamisest. See on eriti oluline autoklaavimeetodi puhul, kus aurukulud on märkimisväärsed.

Pideva leostumise ja pealekeeramise juurutamine; täiustatud alumiiniumoksiidi rafineerimistehased võimaldasid automatiseerida paljusid toiminguid, mis aitas vähendada auru- ja elektritarbimist, tõsta tööviljakust ja vähendada alumiiniumi maksumust. Selles suunas saab aga palju rohkem ära teha. Loobumata edasistest kõrgekvaliteediliste boksiidide otsingutest, millele üleminek vähendab järsult alumiiniumoksiidi hinda, tuleks otsida võimalusi raudboksiidide ja punase muda igakülgseks kasutamiseks mustmetallurgias. Näiteks on apatiit-nefeliinkivimite kompleksne kasutamine.

Fluoriidisoolade maksumus on 8%. Neid saab vähendada, eemaldades hoolikalt elektrolüüdivannidest gaasid ja püüdes neist kinni fluoriidiühendid. Vannist väljaimetud anoodgaasid sisaldavad kuni 40 mg/m 3 fluori, umbes 100 mg/m 3 vaiku ja 90 mg/m 3 tolmu (AlF 3 , Al2O3, Na3AlF6). Neid gaase ei tohi atmosfääri lasta,kuna need sisaldavad väärtuslikke, lisaks on nad mürgised. Need tuleb puhastada väärtuslikust tolmust ja ka kahjutuks teha, et vältida töökoja atmosfääri ja tehasega külgnevate alade mürgitamist. Puhastamise eesmärgil pestakse gaase nõrkade sooda lahustega tornigaasipuhastites (skraberites).

Puhastus- ja neutraliseerimisprotsesside täiusliku korraldamisega on võimalik osa fluoriidsooladest (kuni 50%) tootmisse tagasi tuua ja seeläbi vähendada alumiiniumi maksumust 3-5%.

Alumiiniumi maksumust on võimalik oluliselt vähendada nii odavamate elektriallikate kasutamise ja säästlikumate pooljuhtvoolumuundurite (eriti räni) kiire laialdase kasutuselevõtuga, kui ka otsese energiatarbimise vähendamisega. Viimast on võimalik saavutada nii arenenumate vannide projekteerimisega, mille pingekadu on kõigis või üksikutes nende elementides väiksem, kui ka valida rohkem elektrit juhtivaid elektrolüüte (krüoliidi takistus on liiga kõrge ja tohutul hulgal elektrit muutub liigseks soojuseks, mida ei saa veel ratsionaalselt kasutada). Ja pole juhus, et küpsetatud anoodidega vannid hakkavad üha enam kasutust leidma, kuna nende vannide energiatarve on palju väiksem.

Elektrolüüsitöökodade hoolduspersonal on energiatarbimise vähendamisel suur roll. Normaalse polaarsete kauguste hoidmine, elektrikontaktide puhtana hoidmine erinevates kohtades vannis, anoodiefektide arvu ja kestuse vähendamine, normaalse elektrolüüdi temperatuuri hoidmine ning elektrolüüdi koostise hoolikas jälgimine võimaldavad oluliselt vähendada energiatarbimist.

Alumiiniumisulatustehaste elektrolüüsitöökodade edasijõudnud meeskonnad, kes on uurinud protsessi teoreetilisi aluseid ja nende poolt teenindatavate vannide omadusi, jälgides hoolikalt protsessi kulgu, saavad võimaluse suurendada toodetava metalli kogust tarbitud elektriühiku kohta. suurepärane kvaliteet ja seetõttu suurendavad alumiiniumi tootmise efektiivsust.

Kulude vähendamisel ja tööviljakuse tõstmisel on olulisim tegur töömahukate protsesside mehhaniseerimine alumiiniumisulatustehaste elektrolüüsitsehhides. Selles valdkonnas on viimastel aastakümnetel kodumaistes alumiiniumisulatustes tehtud olulisi edusamme: alumiiniumi ekstraheerimine vannidest on mehhaniseeritud; Kasutusele on võetud tõhusad ja mugavad mehhanismid elektrolüüdikooriku mulgutamiseks ning tihvtide eemaldamiseks ja sisselöömiseks. Siiski on see vajalik ja võimaliksuuremal määral mehhaniseerida ja automatiseerida protsesse alumiiniumisulatustehastes. Seda soodustab elektrolüsaatorite võimsuse edasine kasv ja üleminek perioodilistelt protsessidelt pidevatele.

Viimastel aastatel on alumiiniumimaakide integreeritud kasutamine paranenud, kuna mõned alumiiniumisulatustehased on hakanud jäätmetest eraldama vanaadiumoksiide ja galliummetalli.

See avastati 1875. aastal spektraalmeetodil. Neli aastat varem ennustas D.I.Mendelejev selle põhiomadusi suure täpsusega (nimetades seda eka-alumiiniumiks). on hõbevalge värvusega ja madala sulamistemperatuuriga (+30°C). Väikese galliumitüki saab peopessa sulatada. Lisaks on galliumi keemistemperatuur üsna kõrge (2230 °C), mistõttu kasutatakse seda kõrge temperatuuriga termomeetrite jaoks. Sellised kvartstorudega termomeetrid on kasutatavad kuni 1300° C. Galliumi kõvadus on pliilähedane. Tahke galliumi tihedus on 5,9 g/cm3, vedela galliumi tihedus 6,09 g/cm3.

Gallium on looduses hajutatud, rikkad on teadmata. Seda leidub sajandik- ja tuhandikes protsentides alumiiniummaakides, tsingi segus ja mõne söe tuhas. Gaasitehase vaigud sisaldavad mõnikord kuni 0,75% galliumi.

Gallium on oluliselt mürgisem kui ja seetõttu tuleks kogu selle ekstraheerimisega seotud tööd teha hoolikalt hügieeni järgides.

Kuivas õhus tavatemperatuuril gallium peaaegu ei oksüdeeru: kuumutamisel ühineb see jõuliselt hapnikuga, moodustades valge oksiidi Ga 2 O 3. Koos selle galliumoksiidiga tekivad teatud tingimustel ka teised galliumoksiidid (GaO ja Ga 2 O). Galliumhüdroksiid Ga(OH) 3 on amfoteerne ja seetõttu lahustub kergesti hapetes ja leelistes, millega moodustub gallaadid, mis on omadustelt sarnased aluminaatidega. Sellega seoses läheb gallium alumiiniumi maakidest alumiiniumoksiidi tootmisel koos alumiiniumiga lahustesse ja saadab seda seejärel kõigis järgnevates toimingutes. Mõnda suurenenud galliumi kontsentratsiooni täheldatakse anoodisulamis alumiiniumi elektrolüütilise rafineerimise ajal, tsirkuleerivates aluminaadilahustes alumiiniumoksiidi tootmisel Bayeri meetodil ja emalahustes, mis jäävad alles pärast aluminaadilahuste mittetäielikku karboniseerimist.

Seetõttu on ümberjaotusskeemi häirimata võimalik korraldada galliumi kaevandamist alumiiniumisulatustehaste alumiiniumoksiidi ja rafineerimistehastes. Galliumi ekstraheerimiseks mõeldud ringlussevõetud aluminaadi lahuseid saab perioodiliselt karboniseerida kahes etapis. Esiteks sadestatakse aeglasel karboniseerimisel ligikaudu 90% alumiiniumist ja lahus filtreeritakse, mis seejärel karboniseeritakse uuesti, et sadestada gallium ja jääb lahusesse hüdroksiidide kujul. Sel viisil saadud sade võib sisaldada kuni 1,0% Ga 2 O 3 .

Märkimisväärne osa alumiiniumist võib sadestuda aluminaadi emalahusest fluoriidsoolade kujul. Selleks segatakse vesinikfluoriidhape galliumi sisaldavasse aluminaadi lahusesse. pH juures<2,5 из раствора осаждается значительная часть алюминия в виде фторида и криолита (Na 3 AlF 6). Галлий и часть алюминия остаются в растворе.

Kui happeline lahus neutraliseeritakse soodaga kuni pH = 6, siis gallium ja .

Võib saavutada alumiiniumi edasise eraldamise galliumistkuumutada alumiinium-galliumhüdraadi setete töötlemisel autoklaavis lubjapiimaga, mis sisaldab väikest kogust naatriumhüdroksiidi; sel juhul läheb gallium lahusesse,ja suurem osa alumiiniumist jääb settesse. Seejärel sadestatakse gallium lahusest süsinikdioksiidiga. Saadud sade sisaldab kuni 25% Ga 2 O 3. See sade lahustatakse naatriumhüdroksiidis vahekorras 1,7 ja töödeldakse Na 2 S-ga, et eemaldada raskmetallid, eriti plii. Puhastatud ja selitatud lahust elektrolüüsitakse temperatuuril 60-75 °C, pingel 3-5 V ja elektrolüüdi pidevat segamist. Katoodid ja anoodid peavad olema valmistatud roostevabast terasest.

Tuntud on ka teisi meetodeid galliumoksiidi kontsentreerimiseks aluminaadi lahustest. Seega saab alumiiniumi kolmekihilisel meetodil elektrolüütilise rafineerimise järel allesjäänud 0,1-0,3% galliumi sisaldavast anoodisulamist eraldada viimase sulami töötlemisel kuuma leeliselahusega. Sel juhul läheb gallium lahusesse ja jääb settesse.

Puhaste galliumiühendite saamiseks kasutatakse galliumkloriidi võimet lahustuda eetris.

Kui seda esineb alumiiniumimaakides, koguneb see pidevalt aluminaadi lahustesse ja sisaldusega üle 0,5 g/l V 2 O 5 sadestub karboniseerumise käigus alumiiniumhüdraadiga ja saastab alumiiniumi. Vanaadiumi eemaldamiseks aurustatakse emalahused tiheduseni 1,33 g/cm 3 ja jahutatakse temperatuurini 30 °C ning välja langeb üle 5% V 2 O 5 sisaldav muda koos sooda ja muude leeliseliste fosfori- ja ühenditega. arseen, millest saab seda eraldada esmalt kompleksse hüdrokeemilise töötlemise ja seejärel vesilahuse elektrolüüsi teel.

Alumiiniumi sulatamine selle suure soojusmahtuvuse ja varjatud sulamissoojuse (392 J/g) tõttu nõuab suurt energiakulu. Seetõttu väärib levitamist elektrolüüsitehaste kogemus, mis alustasid ribade ja valtstraadi tootmist otse vedelast alumiiniumist (ilma valuplokkideks valamiseta). Lisaks saab suure majandusliku efekti saavutada mitmesuguste massitarbimiseks mõeldud sulamite tootmine vedelast alumiiniumist elektrolüüsitehaste valukodades ja

Galliumi elemendi avastamise ajalugu Elemendi aatomnumbriga 31 kohta mäletab enamik lugejaid vaid, et see on üks kolmest elemendist...