Alumiinimalmiesiintymät. Alumiinimalmin tärkeimmät ominaisuudet teolliseen käyttöön. Alumiinin lisäpuhdistus puhdistamalla

Sisällysluettelo [-]

Alumiini on tylsällä hopeaoksidikalvolla päällystetty metalli, jonka ominaisuudet määräävät sen suosion: pehmeys, keveys, sitkeys, korkea lujuus, korroosionkestävyys, sähkönjohtavuus ja myrkyllisyyden puute. Nykyaikaisissa huipputeknologioissa alumiinin käyttö on saanut johtavan paikan rakenteellisena, monikäyttöisenä materiaalina. Teollisuuden suurin arvo alumiinin lähteenä on luonnolliset raaka-aineet - bauksiitti, kiven komponentti bauksiitin, aluniitin ja nefeliinin muodossa.

Alumiinioksidia sisältävien malmien lajikkeet

Tunnetaan yli 200 mineraalia, jotka sisältävät alumiinia. Raaka-ainelähteeksi katsotaan vain sellainen kivi, joka voi täyttää seuraavat vaatimukset:

Luonnollisissa raaka-aineissa on oltava korkea alumiinioksidipitoisuus;
Esiintymän on vastattava teollisen kehityksensä taloudellista kannattavuutta.
Kiven tulee sisältää alumiiniraaka-ainetta tunnetuin menetelmin puhtaassa muodossa uutettavassa muodossa.

Luonnollisen bauksiittikiven ominaisuus

Bauksiittien, nefeliinien, aluniittien, saven ja kaoliinien luonnonvarat voivat toimia raaka-aineen lähteenä. Bauksiitit ovat kyllästetyimpiä alumiiniyhdisteillä. Savet ja kaoliinit ovat yleisimpiä kiviä, joissa on merkittävä alumiinioksidipitoisuus. Näiden mineraalien esiintymät ovat maan pinnalla. Bauksiitti luonnossa on olemassa vain metallin binääriyhdisteen muodossa hapen kanssa. Tämä yhdiste saadaan luonnollisesta vuoresta malmit bauksiitin muodossa, joka koostuu useiden kemiallisten alkuaineiden oksideista: alumiini, kalium, natrium, magnesium, rauta, titaani, pii, fosfori. Esiintymästä riippuen bauksiitit sisältävät koostumuksessaan 28 - 80 % alumiinioksidia. Tämä on tärkein raaka-aine ainutlaatuisen metallin saamiseksi. Bauksiitin laatu alumiinin raaka-aineena riippuu sen alumiinioksidipitoisuudesta. Tämä määrittelee fyysisen ominaisuuksia bauksiitti:

Mineraali on piilevä kiderakenne tai amorfisessa tilassa. Monilla mineraaleilla on kiinteytyneitä hydrogeelejä, joiden koostumus on yksinkertainen tai monimutkainen.
Bauksiittien väri eri uuttokohdissa vaihtelee lähes valkoisista punaisiin tummiin väreihin. Siellä on esiintymiä, joiden mineraaliväri on musta.
Alumiinipitoisten mineraalien tiheys riippuu niiden kemiallisesta koostumuksesta ja on noin 3500 kg/m3.
Bauksiitin kemiallinen koostumus ja rakenne määräävät kiinteän aineen ominaisuuksia mineraali. Kovimpien mineraalien kovuus on 6 yksikköä mineralogian mittakaavassa.
Luonnollisena mineraalina bauksiitissa on useita epäpuhtauksia, useimmiten nämä ovat raudan, kalsiumin, magnesiumin, mangaanin oksideja, titaanin epäpuhtauksia ja fosforiyhdisteitä.

Bauksiitit, kaoliinit, savet sisältävät koostumuksessaan muiden yhdisteiden epäpuhtauksia, jotka vapautuvat raaka-aineiden käsittelyn aikana eri teollisuudenaloille. Vain Venäjällä käytetään esiintymiä, joissa on kiviainesta, joissa alumiinioksidipitoisuus on pienempi. Äskettäin alumiinioksidia alettiin saada nefeliineistä, jotka alumiinioksidin lisäksi sisältävät sellaisten metallien oksideja kuin kalium, natrium, pii ja, ei vähemmän arvokas, alunakivi, aluniitti.

Menetelmät alumiinia sisältävien mineraalien käsittelyyn

Teknologia puhtaan alumiinioksidin saamiseksi alumiinimalmista ei ole muuttunut tämän metallin löytämisen jälkeen. Sen tuotantolaitteistoa parannetaan, mikä mahdollistaa puhtaan alumiinin saamisen. Tärkeimmät tuotantovaiheet puhtaan metallin saamiseksi:

Malmin louhinta kehittyneistä esiintymistä.
Esikäsittely jätekivistä alumiinioksidin pitoisuuden lisäämiseksi on rikastusprosessi.
Puhtaan alumiinioksidin saaminen, alumiinin elektrolyyttinen pelkistys sen oksideista.

Valmistusprosessi päättyy metalliin, jonka pitoisuus on 99,99 %.

Alumiinioksidin uuttaminen ja rikastaminen

Alumiinioksidia tai alumiinioksideja ei ole luonnossa puhtaassa muodossaan. Se uutetaan alumiinimalmeista hydrokemiallisilla menetelmillä. Alumiinimalmin esiintymät esiintymissä yleensä räjähtää, joka tarjoaa paikan sen louhintaan noin 20 metrin syvyydessä, josta se valitaan ja käynnistetään jatkokäsittelyyn;

Erikoislaitteilla (seulat, luokittimet) malmi murskataan ja lajitellaan hävittäen jätekiviä (rikastushiekka). Tässä alumiinioksidin rikastamisen vaiheessa käytetään pesu- ja seulontamenetelmiä, jotka ovat taloudellisesti edullisinta.
Rikastuslaitoksen pohjalle laskeutunut puhdistettu malmi sekoitetaan autoklaavissa kuumennetun kaustisen soodamassan kanssa.
Seos johdetaan korkean lujan teräsastioiden järjestelmän läpi. Alukset on varustettu höyryvaipalla, joka ylläpitää vaaditun lämpötilan. Höyryn paine pidetään tasolla 1,5-3,5 MPa, kunnes alumiiniyhdisteet ovat täysin muuttuneet rikastetusta kivestä natriumaluminaatiksi tulistetun natriumhydroksidiliuoksen avulla.
Jäähdytyksen jälkeen neste käy läpi suodatusvaiheen, jonka seurauksena kiinteä sakka erottuu ja saadaan ylikyllästetty puhdas aluminaattiliuos. Kun edellisen syklin alumiinihydroksidijäännöksiä lisätään tuloksena olevaan liuokseen, hajoaminen kiihtyy.
Alumiinioksidihydraatin lopulliseen kuivaamiseen käytetään kalsinointimenetelmää.

Puhtaan alumiinin elektrolyyttinen tuotanto

Puhdasta alumiinia saadaan jatkuvalla prosessilla, jossa kalsinoitu alumiini siirtyy elektrolyyttisen pelkistyksen vaiheeseen. Nykyaikaiset elektrolysaattorit edustavat laitetta, joka koostuu seuraavista osista:

Valmistettu teräskuoresta, joka on vuorattu hiililohkoilla ja -levyillä. Käytön aikana kylvyn rungon pinnalle muodostuu tiheä kalvo jähmettynyttä elektrolyyttiä, joka suojaa vuorausta elektrolyyttisulan aiheuttamalta tuhoutumiselta.
Altaan pohjassa oleva 10–20 cm paksu sula alumiinikerros toimii katodina tässä kokoonpanossa.
Virta syötetään alumiinisulaan hiililohkojen ja upotettujen terästankojen kautta.
Anodit, jotka on ripustettu rautarunkoon terästapeilla, on varustettu nostomekanismiin yhdistetyillä tangoilla. Kun se palaa, anodi uppoaa alas ja sauvoja käytetään elementtinä virransyöttöön.
Työpajoissa elektrolysaattorit asennetaan peräkkäin useisiin riveihin (kaksi tai neljä riviä).

Alumiinin lisäpuhdistus puhdistamalla

Jos elektrolysaattoreista erotettu alumiini ei täytä lopullisia vaatimuksia, se puhdistetaan lisäpuhdistamalla. Teollisuudessa tämä prosessi suoritetaan erityisessä elektrolyysilaitteessa, joka sisältää kolme nestekerrosta:

Pohja - jalostettava alumiini lisäämällä noin 35 % kuparia, toimii anodina. Mukana on kuparia, joka tekee alumiinikerroksen raskaammaksi, kupari ei liukene anodilejeeringiin, sen tiheyden tulisi ylittää 3000 kg/m3.
Keskikerros on bariumin, kalsiumin ja alumiinin fluoridien ja kloridien seos, jonka sulamispiste on noin 730 °C.
Ylempi kerros - puhdasta jalostettua alumiinia sula, joka liukenee anodikerrokseen ja nousee ylös. Se toimii katodina tässä piirissä. Virta syötetään grafiittielektrodilla.

Elektrolyysin aikana epäpuhtaudet jäävät anodikerrokseen ja elektrolyyttiin. Puhtaan alumiinin saanto on 95–98 %. Alumiinipitoisten kerrostumien kehittäminen on kansantaloudessa johtavassa asemassa alumiinin ominaisuuksien ansiosta, sillä alumiini on tällä hetkellä toisella sijalla raudan jälkeen nykyaikaisessa teollisuudessa.

Nykyaikaisessa teollisuudessa alumiinimalmi on kysytyin raaka-aine. Tieteen ja tekniikan nopea kehitys on laajentanut sen sovellusaluetta. Mikä on alumiinimalmi ja missä sitä louhitaan, kuvataan tässä artikkelissa.

Alumiinin teollinen arvo

Alumiinia pidetään yleisimpänä metallina. Maankuoren kerrostumien lukumäärällä se on kolmannella sijalla. Alumiini tunnetaan kaikille myös kevytmetallien jaksollisena elementtinä.

Alumiinimalmi on luonnollinen raaka-aine, josta tämä metalli saadaan. Sitä louhitaan pääasiassa bauksiiteista, jotka sisältävät suurimman määrän alumiinioksideja (alumiinioksidia) - 28 - 80%. Alumiinituotannon raaka-aineina käytetään myös muita kiviä - aluniittia, nefeliiniä ja nefeliini-apatiittia, mutta ne ovat huonolaatuisempia ja sisältävät paljon vähemmän alumiinioksidia.

Ei-rautametallurgiassa alumiinilla on ensimmäinen paikka. Tosiasia on, että ominaisuuksiensa vuoksi sitä käytetään monilla teollisuudenaloilla. Joten tätä metallia käytetään kuljetustekniikassa, pakkaustuotannossa, rakentamisessa, erilaisten kulutustavaroiden valmistukseen. Alumiinia käytetään laajalti myös sähkötekniikassa.

Ymmärtääksemme alumiinin merkityksen ihmiskunnalle riittää, kun tarkastellaan lähemmin päivittäin käyttämiämme kodin esineitä. Monet taloustavarat on valmistettu alumiinista: nämä ovat sähkölaitteiden osia (jääkaappi, pesukone jne.), astioita, urheiluvälineitä, matkamuistoja, sisustuselementtejä. Alumiinia käytetään usein erilaisten säiliöiden ja pakkausten valmistukseen. Esimerkiksi tölkit tai kertakäyttöiset folioastiat.

Alumiinimalmityypit

Alumiinia löytyy yli 250 mineraalista. Näistä teollisuudelle arvokkaimmat ovat bauksiitti, nefeliini ja aluniitti. Tarkastellaanpa niitä tarkemmin.

bauksiittimalmi

Alumiinia ei esiinny luonnossa sen puhtaassa muodossa. Sitä saadaan pääasiassa alumiinimalmista - bauksiitista. Se on mineraali, joka koostuu enimmäkseen alumiinihydroksideista sekä raudan ja piin oksideista. Korkean alumiinioksidipitoisuuden (40 - 60 %) vuoksi bauksiittia käytetään raaka-aineena alumiinin valmistuksessa.

Alumiinimalmin fysikaaliset ominaisuudet:

läpinäkymätön mineraali, jonka väri on punainen ja harmaa, eri sävyjä;
kestävimpien näytteiden kovuus on 6 mineralogisella asteikolla;
bauksiittien tiheys vaihtelee kemiallisesta koostumuksesta riippuen 2900-3500 kg/m³.

Bauksiittimalmiesiintymät ovat keskittyneet maan päiväntasaajalle ja trooppiselle vyöhykkeelle. Muinaisempia esiintymiä sijaitsee Venäjän alueella.

Kuinka bauksiittialumiinimalmi muodostuu

Bauksiitit muodostuvatatista, böhmiitistä ja diasporista, trihydraattihydraatista - hydrargilliitistä ja mukana olevista mineraaleista hydroksidista ja rautaoksidista.

Luontoa muodostavien alkuaineiden koostumuksesta riippuen bauksiittimalmeja on kolme ryhmää:

Monohydraattibauksiitit - sisältävät alumiinioksidia yksivesimuodossa.
Trihydraatti - tällaiset mineraalit koostuvat alumiinioksidista kolmen veden muodossa.
Sekoitettu - tähän ryhmään kuuluvat edelliset alumiinimalmit yhdistelmänä.

Raaka-ainesaostumia muodostuu happamien, emäksisten ja joskus emäksisten kivien rapautumisesta tai suuren alumiinioksidimäärän asteittaisesta laskeutumisesta meren ja järven pohjalle.

Aluniittimalmit

Tämän tyyppiset kerrostumat sisältävät jopa 40 % alumiinioksidia. Aluniittimalmia muodostuu vesistössä ja rannikkoalueilla voimakkaan hydrotermisen ja vulkaanisen toiminnan olosuhteissa. Esimerkki tällaisista esiintymistä on Zaglinskoe-järvi Vähä-Kaukasuksella.

Rotu on huokoinen. Se koostuu pääasiassa kaoliniteista ja hydromicoista. Teollisesti kiinnostavia ovat malmit, joiden aluniittipitoisuus on yli 50 %.

Nefeliini

Se on magmaista alkuperää oleva alumiinimalmi. Se on täyskiteinen alkalinen kivi. Käsittelyn koostumuksesta ja teknologisista ominaisuuksista riippuen erotetaan useita nefeliinimalmin lajikkeita:

ensimmäinen luokka - 60–90% nefeliiniä; se sisältää yli 25 % alumiinioksidia; käsittely suoritetaan sintraamalla;
toinen luokka - 40-60% nefeliiniä, alumiinioksidin määrä on hieman pienempi - 22-25%; rikastus vaaditaan käsittelyn aikana;
Kolmas luokka on nefeliinimineraalit, joilla ei ole teollista arvoa.

Maailmanlaajuinen alumiinimalmien tuotanto

Ensimmäistä kertaa alumiinimalmia louhittiin 1800-luvun alkupuolella Kaakkois-Ranskassa lähellä Boxin kaupunkia. Tästä tulee nimi bauksiitti. Aluksi tämä teollisuudenala kehittyi hitaasti. Mutta kun ihmiskunta ymmärsi, millainen alumiinimalmi on hyödyllinen tuotannossa, alumiinin laajuus on laajentunut merkittävästi. Monet maat ovat alkaneet etsiä talletuksia alueellaan. Siten alumiinimalmien maailmantuotanto alkoi vähitellen kasvaa. Luvut vahvistavat tämän tosiasian. Joten jos vuonna 1913 louhitun malmin maailmanlaajuinen määrä oli 540 tuhatta tonnia, vuonna 2014 se oli yli 180 miljoonaa tonnia.

Myös alumiinimalmia tuottavien maiden määrä kasvoi vähitellen. Nykyään niitä on noin 30. Mutta viimeisen 100 vuoden aikana johtavat maat ja alueet ovat muuttuneet jatkuvasti. Joten 1900-luvun alussa Pohjois-Amerikka ja Länsi-Eurooppa olivat maailman johtajia alumiinimalmin louhinnassa ja sen tuotannossa. Näiden kahden alueen osuus maailman tuotannosta oli noin 98 prosenttia. Muutama vuosikymmen myöhemmin alumiiniteollisuuden määrällisissä indikaattoreissa Itä-Euroopan, Latinalaisen Amerikan ja Neuvostoliiton maat nousivat johtajiksi. Ja jo 1950- ja 1960-luvuilla Latinalaisesta Amerikasta tuli tuotannon johtaja. Ja 1980-1990-luvuilla. Australian ja Afrikan alumiiniteollisuudessa tapahtui nopea läpimurto. Nykyisessä maailmantrendissä tärkeimmät alumiinin louhintamaat ovat Australia, Brasilia, Kiina, Guinea, Jamaika, Intia, Venäjä, Suriname, Venezuela ja Kreikka.

Malmiesiintymät Venäjällä

Alumiinimalmien tuotannossa Venäjä on maailmanlistalla seitsemäntenä. Vaikka Venäjän alumiinimalmiesiintymät tarjoavat maalle suuria määriä metallia, se ei riitä täyttämään teollisuuden toimituksia. Siksi valtion on pakko ostaa bauksiittia muista maista.

Yhteensä 50 malmiesiintymää sijaitsee Venäjän alueella. Tämä luku sisältää sekä paikat, joissa mineraalia louhitaan, että esiintymät, joita ei ole vielä kehitetty.

Suurin osa malmivarannoista sijaitsee maan Euroopan osassa. Täällä ne sijaitsevat Sverdlovskin, Arkangelin, Belgorodin alueilla, Komin tasavallassa. Kaikilla näillä alueilla on 70 % maan kaikista tutkituista malmivarannoista.

Venäjällä alumiinimalmeja louhitaan edelleen vanhoissa bauksiittiesiintymissä. Näihin alueisiin kuuluu Radynskoje-kenttä Leningradin alueella. Lisäksi Venäjällä on raaka-ainepulan vuoksi käytössä muita alumiinimalmeja, joiden esiintymät ovat huonolaatuisimpia. Mutta ne sopivat edelleen teollisiin tarkoituksiin. Joten Venäjällä louhitaan suuria määriä nefeliinimalmeja, mikä mahdollistaa myös alumiinin saamisen.

Bauksiitti on alumiinintuotannon tärkein malmi. Saostumien muodostuminen liittyy materiaalin sää- ja siirtoprosessiin, jossa alumiinihydroksidien lisäksi on muita kemiallisia alkuaineita. Metallinuuttoteknologia tarjoaa taloudellisesti kannattavan teollisen tuotantoprosessin ilman jätettä.

Bauksiitti on alumiinintuotannon tärkein malmi

Malmimineraalin ominaisuudet

Alumiinin louhinnan mineraaliraaka-aineen nimi tulee sen Ranskan alueen nimestä, jossa esiintymät ensimmäisen kerran löydettiin. Bauksiitti koostuu alumiinihydroksideista, epäpuhtauksina se sisältää savimineraaleja, rautaoksideja ja -hydroksideja.

Ulkonäöltään bauksiitti on kivistä ja harvemmin savimaista, kallio on rakenteeltaan homogeenista tai kerrostunutta. Maankuoressa esiintymismuodosta riippuen ne ovat tiheitä tai huokoisia. Mineraalit luokitellaan rakenteensa mukaan:

detrital - konglomeraatti, sorakivi, hiekkakivi, pelitiini;
kyhmyt - palkokasvit, oolitic.

Kiven pohjamassa sulkeumien muodossa sisältää rautaoksidien tai alumiinioksidin ooliottisia muodostumia. Bauksiittimalmi on yleensä väriltään ruskeaa tai tiilistä, mutta esiintyy valkoisia, punaisia, harmaita ja keltaisia sävyjä.

Tärkeimmät mineraalit malmin muodostumiseen ovat:

diasporat;
hydrogoetiitti;
goetiitti;
böömiitti;
gibbsite;
kaoliniitti;
ilmeniitti;
alumiinioksidin hematiitti;
kalsiitti;
sideriitti;
kiille.

Erottele bauksiittialusta, geosynklinaaliset ja valtameriset saaret. Alumiinimalmiesiintymät muodostuivat kivien sään aiheuttamien tuotteiden siirtymisen seurauksena niiden myöhemmän laskeuman ja sedimentaation seurauksena.

Teolliset bauksiitit sisältävät 28-60 % alumiinioksidia. Malmia käytettäessä jälkimmäisen ja piin välinen suhde ei saa olla pienempi kuin 2-2,5.

Galleria: bauksiittikivi (25 kuvaa)

Bauksiitti (video)

Raaka-aineiden talletukset ja louhinta

Venäjän federaation alumiinin teollisen tuotannon pääraaka-aineet ovat Kuolan niemimaalle keskittyneet bauksiitit, nefeliinimalmit ja niiden rikasteet.

Venäjän bauksiittiesiintymille on ominaista raaka-aineiden heikko laatu sekä vaikeat kaivos- ja geologiset louhintaolosuhteet. Osavaltiossa on 44 tutkittua esiintymää, joista vain neljäsosa on hyödynnetty.

Bauksiitin päätuotannon suorittaa JSC "Sevuralboksitruda". Malmiraaka-ainevarannoista huolimatta jalostusyritysten tarjonta on epätasaista. Nefeliineistä ja bauksiiteista on ollut pulaa 15 vuoden ajan, mikä on johtanut alumiinioksidin tuontiin.

Maailman bauksiittivarat ovat keskittyneet 18 maahan, jotka sijaitsevat trooppisilla ja subtrooppisilla vyöhykkeillä. Laadukkaimman bauksiitin sijainti rajoittuu alumiinisilikaattikivien rapautumiseen kosteissa olosuhteissa. Näillä vyöhykkeillä sijaitsee suurin osa maailmanlaajuisesta raaka-ainetarjonnasta.

Suurimmat luonnonvarat ovat keskittyneet Guineaan. Malmiraaka-aineiden louhinnassa maailmanmestaruus kuuluu Australialle. Brasilialla on 6 miljardia tonnia varantoja, Vietnamilla - 3 miljardia tonnia, Intian korkealaatuiset bauksiittivarat ovat 2,5 miljardia tonnia, Indonesialla - 2 miljardia tonnia. Suurin osa malmista on keskittynyt näiden maiden suolistoihin.

Bauksiitteja louhitaan avolouhoksella ja maanalaisella louhinnalla. Raaka-aineiden käsittelyn teknologinen prosessi riippuu sen kemiallisesta koostumuksesta ja mahdollistaa työn vaiheittaisen suorittamisen.

Ensimmäisessä vaiheessa kemiallisten reagenssien vaikutuksesta muodostuu alumiinioksidia, ja toisessa vaiheessa metallikomponentti uutetaan siitä elektrolyysillä fluoridisuolasulasta.

Alumiinioksidin muodostamiseen käytetään useita menetelmiä:

sintraus;
hydrokemiallinen;
yhdistetty.

Tekniikkojen käyttö riippuu alumiinin pitoisuudesta malmissa. Huonolaatuista bauksiittia käsitellään monimutkaisella tavalla. Kalkkikivisoodasta ja bauksiitista sintrauksen tuloksena saatu panos uutetaan liuoksella. Kemiallisen käsittelyn tuloksena muodostunut metallihydroksidi erotetaan ja suodatetaan.

Bauksiitin käsittelylinja (video)

Mineraalivarojen sovellus

Bauksiitin käyttö teollisen tuotannon eri aloilla johtuu raaka-aineen monipuolisuudesta sen mineraalikoostumuksen ja fysikaalisten ominaisuuksien suhteen. Bauksiitti on malmi, josta alumiinia ja alumiinioksidia uutetaan.

Bauksiitin käyttö rautameallurgiassa sulatteena avokeittiöteräksen sulatuksessa parantaa tuotteiden teknisiä ominaisuuksia.

Elektrokorundin valmistuksessa bauksiitin ominaisuuksia käytetään erittäin kestävän, tulenkestävän materiaalin (synteettisen korundin) muodostamiseen sähköuuneissa sulamisen tuloksena antrasiittia pelkistimenä ja rautalastuina.

Vähärautapitoista mineraalibauksiittia käytetään tulenkestävien, nopeasti kovettuvien sementtien valmistukseen. Alumiinin lisäksi malmiraaka-aineista uutetaan rautaa, titaania, galliumia, zirkoniumia, kromia, niobiumia ja TR:ää (harvinaiset maametallit).

Bauksiitteja käytetään maalien, hioma-aineiden, sorbenttien valmistukseen. Alhaisen rautapitoisuuden omaavaa malmia käytetään tulenkestävien koostumusten valmistuksessa.

Nykyaikaisessa teollisuudessa alumiinimalmi on voittanut suurimman suosion. Alumiini on yleisin metalli kaikista nykyään maan päällä olevista metalleista. Lisäksi hän kuuluu kolmannelle sijalle maapallon suolistossa olevien kerrostumien lukumäärässä. Lisäksi alumiini on kevyin metalli. Alumiinimalmi on kivi, joka toimii materiaalina, josta metalli saadaan. Alumiinilla on tiettyjä kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, jotka mahdollistavat sen soveltamisen täysin erilaisiin ihmisen toiminnan alueisiin. Siten alumiini on löytänyt laajan sovelluksensa sellaisilla aloilla kuin konepajateollisuudessa, autoteollisuudessa, rakentamisessa, erilaisten säiliöiden ja pakkausten valmistuksessa, sähkötekniikassa ja muissa kulutustavaroissa. Lähes jokainen päivittäin käyttämä kodinkone sisältää alumiinia tietyn määrän.

Alumiinin louhinta

On olemassa valtava määrä mineraaleja, joiden koostumuksesta tämän metallin läsnäolo kerran löydettiin. Tutkijat ovat tulleet siihen johtopäätökseen, että tätä metallia voidaan louhia yli 250 mineraalista. Ei kuitenkaan ole kannattavaa uuttaa metallia ehdottomasti kaikista malmeista, joten kaikkien olemassa olevien lajikkeiden joukossa on arvokkaimmat alumiinimalmit, joista metalli saadaan. Näitä ovat: bauksiitit, nefeliinit ja myös aluniitit. Kaikista alumiinimalmeista alumiinin enimmäispitoisuus on ilmoitettu bauksiiteissa. Niissä sijaitsee noin 50% alumiinioksideista. Bauksiittiesiintymiä on pääsääntöisesti riittävän suuria määriä suoraan maan pinnalle. Bauksiitti on läpinäkymätön kivi, joka on väriltään punainen tai harmaa. Minerologisen mittakaavan vahvimpien bauksiittinäytteiden arvoksi on arvioitu 6 pistettä. Niitä on eri tiheyksinä 2900 - 3500 kg/m3, mikä riippuu suoraan kemiallisesta koostumuksesta. Bauksiittimalmit erottuvat monimutkaisesta kemiallisesta koostumuksestaan, joka sisältää alumiinihydroksideja, rauta- ja piioksideja sekä 40–60 % alumiinioksidia, joka on alumiinin tuotannon pääraaka-aine. On syytä sanoa, että päiväntasaajan ja trooppiset maanpäälliset vyöhykkeet ovat pääalue, joka on kuuluisa bauksiittimalmiesiintymistä. Bauksiitin muodostuminen vaatii useiden komponenttien osallistumista, mukaan lukien alumiinioksidimonohydraatti, böhmiitti, diaspori ja erilaiset rautahydroksidimineraalit sekä rautaoksidi. Happamien, emäksisten ja joissain tapauksissa emäksisten kivien rapautuminen sekä alumiinioksidin hidas laskeutuminen säiliöiden pohjalle johtavat bauksiittimalmin muodostumiseen. Kahdesta tonnista alumiinioksidia saadaan puolet vähemmän - 1 tonni. Ja kahta tonnia alumiinioksidia varten on tarpeen uuttaa noin 4,5 tonnia bauksiittia. Alumiinia voidaan saada myös nefeliineistä ja aluniteista. Ensin mainitut voivat laadustaan riippuen sisältää 22-25 % alumiinioksidia. Vaikka aluniitit ovat hieman huonompia kuin bauksiitit, ja 40% koostuu alumiinioksidista.

Venäjän alumiinimalmit

Venäjän federaatio on luokituksen seitsemännellä rivillä kaikkien maailman maiden joukossa louhittujen alumiinimalmien määrässä. On syytä huomata, että tätä raaka-ainetta louhitaan valtavia määriä Venäjän valtion alueella. Maassa on kuitenkin huomattava pula tästä metallista, eikä se pysty tarjoamaan sitä teollisuuden ehdottoman tarjonnan edellyttämässä määrin. Tämä on ensisijainen syy, miksi Venäjän on ostettava alumiinimalmeja muista maista sekä kehitettävä esiintymiä heikkolaatuisista mineraalimalmeista. Osavaltiossa on noin 50 esiintymää, joista suurin osa sijaitsee osavaltion eurooppalaisessa osassa. Radynkskoe on kuitenkin Venäjän vanhin alumiinimalmiesiintymä. Sen sijainti on Leningradin alue. Se koostuu bauksiiteista, jotka ovat muinaisista ajoista lähtien olleet tärkein ja välttämätön materiaali, josta alumiinia myöhemmin valmistetaan.

Alumiinin tuotanto Venäjällä

1900-luvun alussa alumiiniteollisuus syntyi Venäjällä. Ensimmäinen alumiinin tuotantolaitos ilmestyi Volkhoviin vuonna 1932. Ja jo saman vuoden toukokuun 14. päivänä yritys onnistui saamaan metallierän ensimmäistä kertaa. Joka vuosi valtion alueelle kehitettiin uusia alumiinimalmiesiintymiä ja otettiin käyttöön uusia kapasiteettia, joita laajennettiin merkittävästi toisen maailmansodan aikana. Maan sodan jälkeistä aikaa leimasi uusien yritysten avaaminen, joiden päätoimiala oli valmistettujen tuotteiden valmistus, joiden päämateriaalina olivat alumiiniseokset. Samaan aikaan otettiin käyttöön Pikalevskin alumiinioksidiyritys. Venäjä on kuuluisa monista tehtaistaan, joiden ansiosta maa tuottaa alumiinia. Näistä laajin ei vain Venäjän valtiossa, vaan koko maailmassa, on UC Rusal. Hän onnistui tuottamaan noin 3,603 miljoonaa tonnia alumiinia vuonna 2015, ja vuonna 2012 yritys saavutti 4,173 miljoonaa tonnia metallia.



Alumiini / Alumiini (Al), 13







1,61 (Pauling-asteikko)


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


(300 K) 237 W/(m K)

koodi symboli

Osoittaa, että alumiini voidaan kierrättää Alumiini- kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon 13. ryhmän elementti (vanhentuneen luokituksen mukaan - ryhmän III pääalaryhmän elementti), kolmannesta jaksosta, atominumerolla 13. Se on merkitty symbolilla Al ( lat. Alumiini). Kuuluu kevytmetallien ryhmään. Yleisin metalli ja kolmanneksi yleisin kemiallinen alkuaine maankuoressa (hapen ja piin jälkeen). yksinkertainen aine alumiini- hopeanvalkoinen kevyt paramagneettinen metalli, helposti muovattava, valettu, koneistettu. Alumiinilla on korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, korroosionkestävyys, koska muodostuu nopeasti vahvoja oksidikalvoja, jotka suojaavat pintaa lisävuorovaikutukselta.

Historia

Tanskalainen fyysikko Hans Oersted sai alumiinin ensimmäisen kerran vuonna 1825 kaliumamalgaamin vaikutuksesta alumiinikloridiin, jota seurasi elohopean tislaus. Elementin nimi on johdettu sanasta lat. alumeni-aluna. Ennen teollisen menetelmän löytämistä alumiinin valmistamiseksi tämä metalli oli kultaa kalliimpaa. Vuonna 1889 britit, jotka halusivat kunnioittaa suurta venäläistä kemistiä D. I. Mendeleevia runsaalla lahjalla, antoivat hänelle kullasta ja alumiinista tehdyt vaa'at.

Kuitti

Alumiini muodostaa vahvan kemiallisen sidoksen hapen kanssa. Muihin metalleihin verrattuna alumiinin talteenotto malmista on vaikeampaa sen korkean reaktiivisuuden ja useimpien sen malmien (kuten bauksiitin) korkean sulamispisteen vuoksi. Suorapelkistystä hiilellä ei voida käyttää, koska alumiinin pelkistysteho on suurempi kuin hiilen. Epäsuora pelkistys on mahdollista saada välituote Al4C3, joka hajoaa 1900-2000 °C:ssa alumiinin muodostuessa. Tämä menetelmä on kehitteillä, mutta näyttää edullisemmalta kuin Hall-Héroult-prosessi, koska se vaatii vähemmän energiaa ja tuottaa vähemmän CO2:ta. Modernin valmistusmenetelmän, Hall-Héroult-prosessin, kehittivät itsenäisesti amerikkalainen Charles Hall ja ranskalainen Paul Héroux vuonna 1886. Se koostuu alumiinioksidin Al2O3 liuottamisesta Na3AlF6-kryoliittisulaan ja sen jälkeen elektrolyysistä käyttämällä kuluvia koksia tai grafiittianodielektrodeja. Tämä menetelmä vaatii erittäin suuria määriä sähköä, ja siksi se tuli teolliseen käyttöön vasta 1900-luvulla. 1000 kg raakaalumiinin tuotanto vaatii 1920 kg alumiinioksidia, 65 kg kryoliittia, 35 kg alumiinifluoridia, 600 kg anodigrafiittielektrodeja ja noin 17 MWh sähköä (~61 GJ). Friedrich Wöhler ehdotti laboratoriomenetelmää alumiinin valmistamiseksi vuonna 1827 pelkistämällä vedetön alumiinikloridi kaliummetallilla (reaktio etenee kuumennettaessa ilman sisäänpääsyä):

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

Fyysiset ominaisuudet

Alumiininen mikrorakenne harkon syövytetyllä pinnalla, 99,9998 % puhdas, näkyvä sektorin koko noin 55×37 mm

Hopeanvalkoinen metalli, kevyt
tiheys - 2712 kg/m³
Teknisen alumiinin sulamispiste - 658 °C, erittäin puhtaan alumiinin - 660 °C
ominaissulamislämpö - 390 kJ/kg
kiehumispiste - 2500 °C
ominaishaihdutuslämpö - 10,53 MJ / kg
ominaislämpökapasiteetti - 897 J/kg K
valetun alumiinin vetolujuus - 10-12 kg/mm², muotoutuva - 18-25 kg/mm², metalliseosten - 38-42 kg/mm²
Brinell-kovuus - 24…32 kgf/mm²
korkea plastisuus: tekninen - 35%, puhdas - 50%, valssattu ohueksi levyksi ja tasaiseksi kalvoksi
Youngin moduuli - 70 GPa
Alumiinilla on korkea sähkönjohtavuus (37 106 S/m) ja lämmönjohtavuus (203,5 W/(m K)), 65 % kuparin sähkönjohtavuudesta, korkea valonheijastavuus.
Heikko paramagneetti.
Lineaarilaajenemisen lämpötilakerroin 24,58 10−6 K−1 (20…200 °C).
Resistiivisyys 0,0262...0,0295 Ohm mm²/m
Sähkövastuksen lämpötilakerroin on 4,3·10−3 K−1. Alumiini menee suprajohtavaan tilaan 1,2 kelvinin lämpötilassa.

Alumiini muodostaa seoksia lähes kaikkien metallien kanssa. Tunnetuimpia ovat seokset kuparin ja magnesiumin (duralumiini) ja piin (silumin) kanssa.

Luonnossa oleminen

Yleisyys

Maankuoren yleisyydessä se on metallien joukossa 1. sijalla ja alkuaineista 3. sijalla, toiseksi vain hapen ja piin jälkeen. Eri tutkijoiden mukaan alumiinin massapitoisuudeksi maankuoressa on arvioitu 7,45-8,14 %.

Luonnolliset alumiiniyhdisteet

Luonnossa alumiinia esiintyy korkean kemiallisen aktiivisuutensa vuoksi lähes yksinomaan yhdisteiden muodossa. Jotkut luonnossa esiintyvistä alumiinimineraaleista ovat:

Bauksiitit - Al2O3 H2O (SiO2:n, Fe2O3:n, CaCO3:n seoksilla)
Nefeliinit - KNa34
Aluniitit - (Na,K)2SO4Al2(SO4)34Al(OH)3
Alumiinioksidi (kaoliinien seokset hiekan SiO2, kalkkikiven CaCO3, magnesiitti MgCO3 kanssa)
Korundi (safiiri, rubiini, hioma) - Al2O3
Maasälpää - (K,Na)2O Al2O3 6SiO2, Ca
Kaoliniitti - Al2O3 2SiO2 2H2O
Beryyli (smaragdi, akvamariini) - 3BeO Al2O3 6SiO2
Krysoberyyli (aleksandriitti) - BeAl2O4.

Kuitenkin joissakin erityisissä pelkistävissä olosuhteissa (vulkaaniset tuulettimet) on löydetty pieniä määriä alkuperäistä alumiinimetallia. Luonnollisissa vesissä alumiinia löytyy vähän myrkyllisten kemiallisten yhdisteiden, kuten alumiinifluoridin, muodossa. Kationin tai anionin tyyppi riippuu ennen kaikkea vesipitoisen väliaineen happamuudesta. Alumiinipitoisuudet Venäjän vesistöissä vaihtelevat välillä 0,001-10 mg/l. Merivedessä sen pitoisuus on 0,01 mg / l.

Alumiinin isotoopit

Luonnonalumiini koostuu lähes kokonaan yhdestä stabiilista isotoopista, 27Al:sta, ja siinä on mitättömät jäännökset 26Al:sta, pisimmäisestä radioaktiivisesta isotoopista, jonka puoliintumisaika on 720 000 vuotta ja joka syntyy ilmakehässä halkeamalla 40Ar-argonytimiä korkeaenergisen kosmisen vaikutuksen seurauksena. säteen protoneja.

Kemiallisia ominaisuuksia

Normaaleissa olosuhteissa alumiini on peitetty ohuella ja vahvalla oksidikalvolla, joten se ei reagoi klassisten hapettimien kanssa: H2O:n, O2:n, HNO3:n (ilman kuumennusta), H2SO4:n kanssa, mutta reagoi HCl:n kanssa. Tästä johtuen alumiini ei käytännössä ole alttiina korroosiolle ja siksi sitä tarvitaan laajalti nykyaikaisessa teollisuudessa. Kuitenkin, kun oksidikalvo tuhoutuu (esimerkiksi joutuessaan kosketuksiin ammoniumsuolaliuosten NH +, kuumien alkalien kanssa tai sulautumisen seurauksena), alumiini toimii aktiivisena pelkistävänä metallina. On mahdollista estää oksidikalvon muodostuminen lisäämällä alumiiniin metalleja, kuten galliumia, indiumia tai tinaa. Tässä tapauksessa alumiinin pinta kostutetaan näihin metalleihin pohjautuvilla matalassa lämpötilassa sulavilla eutektioilla. Reagoi helposti yksinkertaisten aineiden kanssa:

hapen kanssa alumiinioksidin muodostamiseksi:

4Al+3O2→2Al2O3(näyttötyyli (mathsf (4Al+3O_(2)nuoli oikealle 2Al_(2)O_(3))))

halogeenien (paitsi fluorin) kanssa muodostaen kloridia, bromidia tai alumiinijodidia:

2Al+3Hal2→2AlHal3(Hal=Cl,Br,I)(näyttötyyli (mathsf (2Al+3Hal_(2)nuoli oikealle 2AlHal_(3)(Hal=Cl,Br,I)))

reagoi muiden ei-metallien kanssa kuumennettaessa:

fluorin kanssa muodostaen alumiinifluoridia:

2Al+3F2→2AlF3(näyttötyyli (mathsf (2Al+3F_(2)nuoli oikealle 2AlF_(3))))

rikin kanssa muodostaen alumiinisulfidin:

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

typen kanssa alumiininitridin muodostamiseksi:

2Al+N2→2AlN(näyttötyyli (mathsf (2Al+N_(2)nuoli oikealle 2AlN)))

hiilen kanssa, muodostaen alumiinikarbidin:

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

Alumiinisulfidi ja alumiinikarbidi hydrolysoituvat täysin: Al2S3+6H2O→2Al(OH)3+3H2S(näyttötyyli (matemat. (Al_(2)S_(3)+6H_(2)Oikea nuoli 2Al(OH)_(3)+3H_()) 2) S))) Al4C3+12H2O→4Al(OH)3+3CH4 (näyttötyyli (matemaattinen (Al_(4)C_(3)+12H_(2)nuoli oikealle 4Al(OH)_(3)+3CH_(4))) )) Monimutkaisilla aineilla:

vedellä (suojaavan oksidikalvon poistamisen jälkeen, esim. yhdistämällä tai kuumilla alkaliliuoksilla):

2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2(näyttötyyli (matemaattinen (2Al+6H_(2)oikea nuoli 2Al(OH)_(3)+3H_(2))))

alkalien kanssa (jossa muodostuu tetrahydroksoaluminaatteja ja muita aluminaatteja):

2Al+2NaOH+6H2O→2Na+3H2(näyttötyyli (matemat.f (2Al+2NaOH+6H_(2)oikeanuoli 2Na+3H_(2)))) 2Al+6NaOH→2Na3AlO3+3H2(näyttötyyli (matemat.f (2Al+6NaOH(3) )AlO_(3)+3H_(2))))

Liukenee helposti suolahappoon ja laimeaan rikkihappoon:

2Al+6HCl→2AlCl3+3H2(näyttötyyli (matemat.f (2Al+6HClnuoli oikealle 2AlCl_(3)+3H_(2)))) 2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2(näyttötyyli (matemat.f (2Al+3H_(2)SO_) (4)nuoli oikealle Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2)))

Kuumennettaessa se liukenee happoihin - hapettimiin, jotka muodostavat liukoisia alumiinisuoloja:

8Al+15H2SO4→4Al2(SO4)3+3H2S+12H2O(näyttötyyli (matemaattinen (8Al+15H_(2)SO_(4)nuoli oikealle 4Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2)S+ 12H_ (2)O))) Al+6HNO3→Al(NO3)3+3NO2+3H2O(näyttötyyli (matemat.f (Al+6HNO_(3)nuoli oikealle Al(NO_(3)))_(3)+3NO_(2)+ 3H_ (2)O)))

palauttaa metallit niiden oksideista (aluminotermia):

8Al+3Fe3O4→4Al2O3+9Fe(näyttötyyli (mathsf (8Al+3Fe_(3)O_(4)nuoli oikealle 4Al_(2)O_(3)+9Fe))) 2Al+Cr2O3→Al2O3+2Cr(näyttötyyli (mathsf (2Al+Cr) (2)O_(3)nuoli oikealle Al_(2)O_(3)+2Cr)))

Tuotanto ja markkinat

Alumiinin tuotanto miljoonina tonneina Alumiinin tuotannosta ennen 1800-lukua ei ole luotettavaa tietoa. (Toisinaan Pliniusin luonnonhistoriaan viitaten väite, että alumiini tunnettiin keisari Tiberiuksen aikana, perustuu lähteen väärintulkintaan). Vuonna 1825 tanskalainen fyysikko Hans Christian Oersted sai useita milligrammoja metallista alumiinia, ja vuonna 1827 Friedrich Wöhler pystyi eristämään alumiinirakeita, jotka kuitenkin heti peittyivät ohuella alumiinioksidikalvolla ilmassa. 1800-luvun loppuun asti alumiinia ei tuotettu teollisessa mittakaavassa. Vasta vuonna 1854 Henri Sainte-Clair Deville (hänen tutkimuksen rahoitti Napoleon III toivoen, että alumiini olisi hyödyllinen hänen armeijalleen) keksi ensimmäisen menetelmän alumiinin teolliseen tuotantoon, joka perustuu alumiinin korvaamiseen natriummetallilla kaksoisnatriumista. kloridi ja alumiini NaCl AlCl3. Vuonna 1855 saatiin ensimmäinen metalliharkko, joka painoi 6-8 kg. 36 käyttövuoden ajan, vuosina 1855-1890, saatiin 200 tonnia alumiinimetallia Saint-Clair Deville -menetelmällä. Vuonna 1856 hän sai myös alumiinia elektrolyysillä natrium-alumiinikloridisulasta. Vuonna 1885 Saksan Gmelingemin kaupunkiin rakennettiin alumiinin tuotantolaitos, joka toimii Nikolai Beketovin ehdottaman tekniikan mukaisesti. Beketovin tekniikka ei juurikaan eronnut Devillen menetelmästä, mutta se oli yksinkertaisempi ja koostui kryoliitin (Na3AlF6) ja magnesiumin vuorovaikutuksesta. Viiden vuoden aikana tämä tehdas tuotti noin 58 tonnia alumiinia - yli neljänneksen maailman metallituotannosta kemiallisin keinoin vuosina 1854-1890. Yhdysvalloissa Charles Hallin ja ranskalaisen Paul Héroux'n (1886) lähes samanaikaisesti keksimä menetelmä, joka perustuu alumiinin valmistukseen sulaan kryoliittiin liuotetun alumiinioksidin elektrolyysillä, loi perustan nykyaikaiselle alumiinin valmistusmenetelmälle. Sen jälkeen alumiinin tuotanto on parantunut sähkötekniikan parantamisen ansiosta. Venäläiset tiedemiehet K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky ja A. A. Yakovkin antoivat merkittävän panoksen alumiinioksidituotannon kehittämiseen.Venäjän ensimmäinen alumiinitehdas rakennettiin vuonna 1932 Volhovin kaupunkiin. Neuvostoliiton metallurginen teollisuus tuotti vuonna 1939 47,7 tuhatta tonnia alumiinia, ja vielä 2,2 tuhatta tonnia tuotiin. Toinen maailmansota vauhditti suuresti alumiinin tuotantoa. Joten vuonna 1939 sen maailmanlaajuinen tuotanto, Neuvostoliittoa lukuun ottamatta, oli 620 tuhatta tonnia, mutta vuoteen 1943 mennessä se oli kasvanut 1,9 miljoonaan tonniin. Vuoteen 1956 mennessä maailmassa tuotettiin primäärialumiinia 3,4 miljoonaa tonnia, vuonna 1965 - 5,4 miljoonaa tonnia, vuonna 1980 - 16,1 miljoonaa tonnia, vuonna 1990 - 18 miljoonaa tonnia. Vuonna 2007 38 miljoonaa tonnia primäärialumiinia ja vuonna 2007 - 39,4 miljoonaa tonnia. tonnia. Tuotannon johtajia olivat:

Kiina Kiina (vuonna 2007 se tuotti 12,60 miljoonaa tonnia ja vuonna 2008 - 13,50 miljoonaa tonnia)
Venäjä Venäjä (3,96/4,20)
Kanada Kanada (3.09/3.10)
Yhdysvallat, Yhdysvallat (2,55/2,64)
Australia Australia (1,96/1,96)
Brasilia Brasilia (1,66/1,66)
Intia Intia (1,22/1,30)
Norja Norja (1,30/1,10)
UAE UAE (0,89/0,92)
Bahrain Bahrain (0,87/0,87)
Etelä-Afrikka Etelä-Afrikka (0,90/0,85)
Islanti Islanti (0,40/0,79)
Saksa Saksa (0,55/0,59)
Venezuela Venezuela (0,61/0,55)
Mosambik Mosambik (0,56/0,55)
Tadžikistan Tadžikistan (0,42/0,42)

Vuonna 2016 alumiinia tuotettiin maailmanmarkkinoilla 59 miljoonaa tonnia, reservi on 2,224 miljoonaa tonnia ja keskimääräinen päivittäinen tuotanto on 128,6 tuhatta tonnia (2013,7). Venäjällä alumiinin tuotannon monopoli on Russian Aluminium -yhtiö, jonka osuus maailman alumiinimarkkinoista on noin 13 % ja alumiinioksidista 16 %. Maailman bauksiittivarat ovat käytännössä rajattomat, toisin sanoen ne eivät ole suhteessa kysynnän dynamiikkaan. Nykyinen kapasiteetti voi tuottaa jopa 44,3 miljoonaa tonnia primäärialumiinia vuodessa. On myös otettava huomioon, että osa alumiinisovelluksista saattaa tulevaisuudessa suuntautua uudelleen esimerkiksi komposiittimateriaalien käyttöön. Alumiinin hinnat (kansainvälisten hyödykepörssien huutokaupoissa) vuosina 2007-2015 olivat keskimäärin 1253-3291 dollaria tonnilta.

Sovellus

Laajalti käytetty rakennemateriaalina. Alumiinin tärkeimmät edut tässä kapasiteetissa ovat keveys, leimaamisen sitkeys, korroosionkestävyys (ilmassa alumiini peittyy välittömästi vahvalla Al2O3-kalvolla, mikä estää sen hapettumisen edelleen), korkea lämmönjohtavuus, sen yhdisteiden myrkyttömyys. Erityisesti nämä ominaisuudet ovat tehneet alumiinista erittäin suositun keittoastioiden valmistuksessa, elintarviketeollisuuden alumiinifoliossa ja pakkauksissa. Kolme ensimmäistä ominaisuutta tekivät alumiinista pääraaka-aineen ilmailu- ja avaruusteollisuudessa (äskettäin se on hiljalleen korvattu komposiittimateriaaleilla, pääasiassa hiilikuidulla). Alumiinin suurin haitta rakennemateriaalina on sen alhainen lujuus, joten sen vahvistamiseksi se yleensä seostetaan pienellä määrällä kuparia ja magnesiumia (seosta kutsutaan duralumiiniksi). Alumiinin sähkönjohtavuus on vain 1,7 kertaa pienempi kuin kuparin, kun taas alumiini on noin 4 kertaa halvempi kilogrammaa kohden, mutta 3,3 kertaa pienemmän tiheyden vuoksi se tarvitsee noin 2 kertaa vähemmän painoa yhtä suuren vastuksen saavuttamiseksi. Siksi sitä käytetään laajalti sähkötekniikassa johtojen valmistuksessa, niiden suojauksessa ja jopa mikroelektroniikassa, kun johtimia kerrostetaan mikrosirukiteiden pinnalle. Alumiinin alhaisempi sähkönjohtavuus (3,7 107 S/m) verrattuna kupariin (5,84 107 S/m) saman sähkövastuksen ylläpitämiseksi kompensoituu alumiinijohtimien poikkileikkausalan kasvulla. Alumiinin haittana sähkömateriaalina on vahvan dielektrisen oksidikalvon muodostuminen sen pinnalle, mikä vaikeuttaa juottamista ja aiheuttaa kosketusvastuksen heikkenemisen vuoksi lisääntynyttä kuumenemista sähköliitännöissä, mikä puolestaan vaikuttaa haitallisesti sähkökosketuksen luotettavuus ja eristyksen tila. Siksi erityisesti vuonna 2002 hyväksytty sähköasennussääntöjen 7. painos kieltää alumiinijohtimien käytön, joiden poikkileikkaus on alle 16 mm².

Ominaisuuksien monimutkaisuuden vuoksi sitä käytetään laajalti lämpölaitteissa.
Alumiini ja sen seokset eivät haurastu erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Tästä syystä sitä käytetään laajalti kryogeenisessä tekniikassa. On kuitenkin tunnettu tapaus, jossa alumiiniseoksesta valmistetut kryogeeniset putket ovat saaneet haurautta, koska ne ovat taipuneet kupariytimiin RN Energian kehittämisen aikana.
Korkea heijastavuus yhdistettynä alhaisiin kustannuksiin ja tyhjiöpinnoituksen helppouteen tekee alumiinista optimaalisen materiaalin peilien valmistukseen.
Rakennusmateriaalien tuotannossa kaasua muodostavana aineena.
Aluminointi antaa korroosion- ja hilseilykestävyyden teräkselle ja muille metalliseoksille, kuten mäntämoottorien venttiileille, turbiinien siipille, öljylauttaille, lämmönvaihtolaitteille ja korvaa myös galvanoinnin.
Alumiinisulfidia käytetään rikkivedyn valmistukseen.
Vaahdotetun alumiinin kehittämiseksi erityisen vahvaksi ja kevyeksi materiaaliksi on meneillään tutkimus.

Restauraattorina

Termiitin komponenttina, seokset alumiinilämpöä varten.
pyrotekniikassa.
Alumiinia käytetään harvinaisten metallien talteenottoon niiden oksideista tai halogenideista.
Rajoitettu käyttö anodisen suojan suojana.

Alumiinipohjaiset seokset

Rakennemateriaalina ei yleensä käytetä puhdasta alumiinia, vaan erilaisia siihen perustuvia seoksia. Tämän artikkelin metalliseossarjan nimitys on annettu USA:lle (standardi H35.1 ANSI) ja Venäjän GOST:n mukaan. Venäjällä päästandardit ovat GOST 1583 "Valettuja alumiiniseoksia. Tekniset tiedot" ja GOST 4784 "Alumiini ja muokatut alumiiniseokset. Merkit. Myös alumiiniseoksille ja niiden merkinnöille on olemassa UNS-merkintä ja kansainvälinen standardi ISO R209 b.

Alumiini-magnesium Al-Mg (ANSI: 5xxx-sarja muokatuille seoksille ja 5xx.x seoksille muotoilluille valuille; GOST: AMg). Al-Mg-järjestelmän seoksille on ominaista tyydyttävä lujuus, hyvä sitkeys, erittäin hyvä hitsattavuus ja korroosionkestävyys. Lisäksi näille seoksille on ominaista korkea tärinänkestävyys.

Tämän järjestelmän seoksissa, jotka sisältävät enintään 6 % Mg:ta, muodostuu eutektinen Al3Mg2-järjestelmä, joka liittyy alumiinipohjaiseen kiinteään liuokseen. Teollisuudessa yleisimmin käytettyjä seoksia, joiden magnesiumpitoisuus on 1-5%. Mg-pitoisuuden kasvu lejeeringissä lisää merkittävästi sen lujuutta. Jokainen magnesiumprosentti lisää lejeeringin vetolujuutta 30 MPa:lla ja myötörajaa 20 MPa:lla. Tässä tapauksessa suhteellinen venymä pienenee hieman ja on alueella 30-35 %. Seokset, joiden magnesiumpitoisuus on enintään 3 % (massasta), ovat rakenteellisesti stabiileja huoneen- ja korotetuissa lämpötiloissa jopa merkittävästi kylmätyöstetyssä tilassa. Kun magnesiumpitoisuus kovetetussa tilassa kasvaa, seoksen rakenne muuttuu epävakaaksi. Lisäksi magnesiumpitoisuuden nousu yli 6 % johtaa lejeeringin korroosionkestävyyden heikkenemiseen. Al-Mg-järjestelmän lujuusominaisuuksien parantamiseksi metalliseokset seostetaan kromilla, mangaanilla, titaanilla, piillä tai vanadiinilla. He yrittävät välttää kuparin ja raudan pääsyn tämän järjestelmän seoksiin, koska ne vähentävät niiden korroosionkestävyyttä ja hitsattavuutta.

Alumiini-mangaani Al-Mn (ANSI: 3xxx-sarja; GOST: AMts). Tämän järjestelmän seoksilla on hyvä lujuus, sitkeys ja työstettävyys, korkea korroosionkestävyys ja hyvä hitsattavuus.

Al-Mn-järjestelmän metalliseosten pääepäpuhtaudet ovat rauta ja pii. Molemmat näistä alkuaineista vähentävät mangaanin liukoisuutta alumiiniin. Hienorakeisen rakenteen saamiseksi tämän järjestelmän seokset seostetaan titaanilla. Riittävä mangaanimäärä varmistaa kylmämuokatun metallirakenteen stabiilisuuden huoneen- ja korotetuissa lämpötiloissa.

Alumiini-kupari Al-Cu (Al-Cu-Mg) (ANSI: 2xxx-sarja, 2xx.x; GOST: AM). Tämän järjestelmän metalliseosten mekaaniset ominaisuudet lämpölujitetussa tilassa saavuttavat ja joskus jopa ylittävät vähähiilisten terästen mekaaniset ominaisuudet. Nämä seokset ovat huipputeknologiaa. Niillä on kuitenkin myös merkittävä haittapuoli - alhainen korroosionkestävyys, mikä johtaa tarpeeseen käyttää suojapinnoitteita.

Seostusaineina voidaan käyttää mangaania, piitä, rautaa ja magnesiumia. Lisäksi jälkimmäisellä on voimakkain vaikutus lejeeringin ominaisuuksiin: seostus magnesiumin kanssa lisää merkittävästi vetolujuutta ja myötörajaa. Piin lisääminen seokseen lisää sen kykyä keinotekoiseen vanhenemiseen. Seostaminen raudalla ja nikkelillä lisää toisen sarjan metalliseosten lämmönkestävyyttä. Näiden metalliseosten työkarkaisu karkaisun jälkeen nopeuttaa keinotekoista ikääntymistä ja lisää myös lujuutta ja kestävyyttä jännityskorroosiota vastaan.

Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) -järjestelmän seokset (ANSI: 7xxx, 7xx.x-sarja). Tämän järjestelmän lejeeringit arvostetaan niiden erittäin suuren lujuuden ja hyvän työstettävyyden vuoksi. Järjestelmän edustaja - metalliseos 7075 on vahvin kaikista alumiiniseoksista. Tällaisen korkean kovettumisen vaikutus saavutetaan sinkin (70 %) ja magnesiumin (17,4 %) korkean liukoisuuden ansiosta korkeissa lämpötiloissa, mikä laskee jyrkästi jäähtyessään.

Näiden metalliseosten merkittävä haitta on kuitenkin erittäin alhainen jännityskorroosionkestävyys. Jännityksellä olevien metalliseosten korroosionkestävyyttä voidaan lisätä seostamalla kuparilla. On mahdotonta olla huomaamatta 60-luvulla havaittua säännönmukaisuutta: litiumin esiintyminen metalliseoksissa hidastaa luonnollista ja nopeuttaa keinotekoista ikääntymistä. Lisäksi litiumin läsnäolo vähentää lejeeringin ominaispainoa ja lisää merkittävästi sen kimmokerrointa. Tämän löydön tuloksena on kehitetty uusia Al-Mg-Li-, Al-Cu-Li- ja Al-Mg-Cu-Li-lejeerinkijärjestelmiä.

Alumiini-piiseokset (siluminit) soveltuvat parhaiten valuun. Niistä valetaan usein erilaisten mekanismien koteloita.
Monimutkaiset alumiinipohjaiset seokset: ilmailu.

Alumiini lisäaineena muissa seoksissa

Alumiini on tärkeä komponentti monissa metalliseoksissa. Esimerkiksi alumiinipronsseissa pääkomponentit ovat kupari ja alumiini. Magnesiumseoksissa alumiinia käytetään useimmiten lisäaineena. Sähkölämmittimien spiraalien valmistukseen käytetään Fechralia (Fe, Cr, Al) (muiden seosten kanssa). Alumiinin lisääminen niin kutsuttuihin "vapaaleikkausteräksiin" helpottaa niiden prosessointia ja antaa valmiin osan selvän katkeamisen tangosta prosessin lopussa.

Korut

Kun alumiini oli erittäin kallista, siitä valmistettiin erilaisia koruja. Joten Napoleon III tilasi alumiininapit, ja vuonna 1889 Mendeleev sai vaa'at kullasta ja alumiinista tehdyillä kulhoilla. Alumiinista valmistettujen korujen muoti katosi heti, kun niiden tuotantoon ilmestyi uusia tekniikoita, jotka alensivat kustannuksia moninkertaisesti. Nyt alumiinia käytetään joskus korujen valmistuksessa. Japanissa alumiinia käytetään perinteisten korujen valmistuksessa korvaten hopeaa.

Ruokailuvälineet

Napoleon III:n tilauksesta valmistettiin alumiiniset ruokailuvälineet, jotka tarjoiltiin gaalaillallisilla hänelle ja kunniallisimmille vieraille. Muut vieraat käyttivät samaan aikaan kultaa ja hopeaa valmistettuja laitteita. Sitten alumiiniset ruokailuvälineet yleistyivät, ajan myötä alumiinisten keittiövälineiden käyttö väheni merkittävästi, mutta vieläkin niitä voi nähdä vain joissakin ravintoloissa - huolimatta joidenkin asiantuntijoiden lausunnoista alumiinin haitallisuudesta ihmisten terveydelle. Lisäksi tällaiset laitteet menettävät lopulta houkuttelevan ulkonäkönsä naarmujen vuoksi ja muotonsa alumiinin pehmeyden vuoksi. Armeijan välineet on valmistettu alumiinista: lusikat, keilarit, pullot.

Lasinvalmistus

Lasin valmistuksessa käytetään fluoria, fosfaattia ja alumiinioksidia.

Ruokateollisuus

Alumiini on rekisteröity elintarvikelisäaineeksi E173.

sotateollisuus

Metallin halpa ja paino johtivat laajaan käyttöön pienaseiden, erityisesti konekiväärien ja pistoolien valmistuksessa.

Alumiini ja sen yhdisteet rakettiteollisuudessa

Alumiinia ja sen yhdisteitä käytetään korkean suorituskyvyn ponneaineena bipropellenteissä ja ponneaineena kiinteissä ponneaineissa. Seuraavat alumiiniyhdisteet ovat eniten käytännön kiinnostavia rakettipolttoaineina:

Jauhemainen alumiini polttoaineena kiinteissä rakettien ponneaineissa. Sitä käytetään myös jauheen ja suspensioiden muodossa hiilivetyissä.
alumiinihydridi.
alumiiniboraani.
Trimetyylialumiini.
Trietyylialumiinia.
Tripropyylialumiinia.

Trietyylialumiinia (yleensä sekoitettuna trietyylibooriin) käytetään myös kemialliseen sytytykseen (käynnistyspolttoaineena) rakettimoottoreissa, koska se syttyy itsestään happikaasussa. Alumiinihydridiponneaineilla on hapettimesta riippuen seuraavat ominaisuudet:

Alumiinienergia

Alumiinienergia käyttää alumiinia yleismaailmallisena sekundaarienergian kantajana. Sen sovellukset tässä ominaisuudessa ovat:

Alumiinin hapetus vedessä vedyn ja lämpöenergian tuottamiseksi.
Alumiinin hapetus ilmakehän hapella sähkön tuottamiseksi ilma-alumiini sähkökemiallisissa generaattoreissa.

Alumiini maailman kulttuurissa

N. G. Chernyshevskyn romaanissa "Mitä tehdä?" (1862-1863) yksi päähenkilöistä kuvailee unelmaansa kirjeessä - visio tulevaisuudesta, jossa ihmiset elävät, rentoutuvat ja työskentelevät lasista ja alumiinista tehdyissä monikerroksisissa rakennuksissa; lattiat, katot ja huonekalut on valmistettu alumiinista (N. G. Chernyshevskyn aikaan alumiinia alettiin juuri löytää).
Aluminium Cucumbers on Viktor Tsoin vuoden 1987 kappaleen kuva ja nimi.

Myrkyllisyys

Huolimatta laajasta levinneisyydestään luonnossa, yksikään elävä olento ei käytä alumiinia aineenvaihdunnassa - se on kuollut metalli. Sillä on lievä myrkyllinen vaikutus, mutta monet vesiliukoiset epäorgaaniset alumiiniyhdisteet pysyvät liuenneena pitkään ja voivat vaikuttaa haitallisesti ihmisiin ja lämminverisiin eläimiin juomaveden kautta. Myrkyllisimpiä ovat kloridit, nitraatit, asetaatit, sulfaatit jne. Ihmisille seuraavilla alumiiniyhdisteiden annoksilla (mg/kg ruumiinpainoa) on myrkyllinen vaikutus nieltynä:

alumiiniasetaatti - 0,2-0,4;
alumiinihydroksidi - 3,7-7,3;
alumiinialuna - 2,9.

Ensinnäkin se vaikuttaa hermostoon (kertyy hermokudokseen, mikä johtaa vakaviin keskushermoston toimintahäiriöihin). Alumiinin neurotoksisia ominaisuuksia on kuitenkin tutkittu 1960-luvun puolivälistä lähtien, koska metallin kertymistä ihmiskehoon estää sen erittymismekanismi. Normaaliolosuhteissa jopa 15 mg alkuainetta päivässä voi erittyä virtsaan. Näin ollen suurin negatiivinen vaikutus havaitaan ihmisillä, joilla on heikentynyt munuaisten erittymistoiminto. Venäjällä juomaveden alumiinipitoisuuden standardi on 0,2 mg/l. Samalla valtion ylilääkäri voi nostaa tämän MPC:n arvoon 0,5 mg/l kyseisellä alueella tietyn vesihuoltojärjestelmän osalta. Joidenkin biologisten tutkimusten mukaan alumiinin saantia ihmiskehossa pidettiin Alzheimerin taudin kehittymiseen vaikuttavana tekijänä, mutta näitä tutkimuksia kritisoitiin myöhemmin ja johtopäätös toisen yhteydestä kumottiin. Alumiiniyhdisteet voivat myös stimuloida rintasyöpää, kun käytetään alumiinikloridi-antiperspirantteja. Mutta tämän tueksi on vähemmän tieteellistä näyttöä kuin päinvastoin.

Katso myös

Anodisointi
Hapetus
Alumiini. kolmastoista elementti
Kansainvälinen alumiiniinstituutti

Huomautuksia

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. Alkuaineiden atomipainot 2011 (IUPAC Technical Report) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Vol. 85, nro. 5. - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
Kemiallinen tietosanakirja. 5 osana / Toim.: Knunyants I. L. (Päätoim.). - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja, 1988. - T. 1. - S. 116. - 623 s. - 100 000 kappaletta.
Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
alumiini. Online-etymologinen sanakirja. etymonline.com. Haettu 3. toukokuuta 2010.
Fialkov, Yu. Yhdeksäs merkki. - M.: Detgiz, 1963. - S. 133.
Oppitunti numero 49
Alumiinin kierrätys ja käsittely energian säästämiseksi ja kestäväksi. - ASM International, 2007. - s. 198. - ISBN 0-87170-859-0.
Lyhyt kemiallinen tietosanakirja. T. 1 (A-E). - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. 1961.
Koronovsky N. V., Yakushova A. F. Geologian perusteet.
Oleinikov B. V. et al. Alumiini on uusi mineraali luontaisten alkuaineiden luokkaan // Zapiski VMO. - 1984, osa CXIII, no. 2, s. 210-215. .
J.P. Riley ja Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
Vetyenergian perusteet / Toim. V. A. Moshnikov ja E. I. Terukova .. - Pietari: Pietarin sähköteknisen yliopiston "Leti" kustantamo, 2010. - 288 s. - ISBN 978-5-7629-1096-5.
Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Epäorgaanisten aineiden reaktiot: käsikirja / Toim. R. A. Lidina. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - M.: Bustard, 2007. - S. 16. - 637 s. - ISBN 978-5-358-01303-2.
Tietosanakirja: korut, korut, korukivet. Arvometallit. Arvokasta alumiinia.
"Hopea" savesta.
MINERAALIHYÖDYKKEIDEN TIIVISTELMÄT 2009.
C34 Alumiinin maailmanlaajuisen ja kotimaisen tuotannon ja kulutuksen nykytila
Alumiinivarat kasvavat maailmassa.
Primaarialumiinin tuotanto maailmassa ja Venäjällä.
Alumiinin historiallinen hintakaavio. Haettu 8. kesäkuuta 2015.
Kitco - Perusmetallit - Teollisuusmetallit - Kupari, alumiini, nikkeli, sinkki, lyijy - Kaaviot, hinnat, kaaviot, lainaukset, Cu, Ni, Zn, Al, Pb.
Seosalkuaineiden vaikutus alumiiniseosten ominaisuuksiin.
Baykov D. I. ja muut. Hitsattavat alumiiniseokset. - L.: Sudpromgiz, 1959. - 236 s.
Faktaa alumiinista.
Rynnäkkökivääri Heckler-Koch HK416 (Saksa) | Talousuutisia.
Tara Perfection D.O.O. - Turvallisuus, johon voit luottaa.
Sarner S. Rakettipolttoaineiden kemia \u003d Ponneainekemia / Per. englannista. E.P. Golubkova, V.K. Starkov, V.N. Shemanina; toim. V. A. Iljinski. - M.: Mir, 1969. - S. 111. - 488 s.
Zhuk A. Z., Kleimenov B. V., Fortov V. E., Sheindlin A. E. Sähköauto alumiinipolttoaineella. - M: Nauka, 2012. - 171 s. - ISBN 978-5-02-037984-8.
alumiiniset kurkut
Shcherbatykh I., puuseppä D.O.(toukokuu 2007). Metallien rooli Alzheimerin taudin etiologiassa // J. Alzheimers Dis. 11(2): 191-205.
Rondeau V., Commenges D., Jacqmin-Gadda H., Dartigues J. F.(heinäkuu 2000). Juomaveden alumiinipitoisuuksien ja Alzheimerin taudin välinen suhde: 8 vuoden seurantatutkimus // Am. J. epidemiol. 152(1): 59-66.
Rondeau V.(2002). Katsaus alumiinia ja piidioksidia koskeviin epidemiologisiin tutkimuksiin liittyen Alzheimerin tautiin ja siihen liittyviin sairauksiin // Rev. Ympäristö. Terveys 17(2): 107-121.
Martyn C. N., Coggon D. N., Inskip H., Lacey R. F., Young W. F.(toukokuu 1997). Juomaveden alumiinipitoisuudet ja Alzheimerin taudin riski // Epidemiology 8 (3): 281-286.
Graves A. B., Rosner D., Echeverria D., Mortimer J. A., Larson E. B.(syyskuu 1998). Työperäinen altistuminen liuottimille ja alumiinille ja arvioitu Alzheimerin taudin riski // Occup. Ympäristö. Med. 55(9): 627-633.
Antiperspirantit/deodorantit ja rintasyöpä.
alumiinikloridiheksahydraatti.

Linkit

Alumiini // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron: 86 osana (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari, 1890-1907.
Alumiini Webelementeissä
Alumiini suositussa kemiallisten elementtien kirjastossa
Alumiini kerrostumissa
Alumiinin historia, tuotanto ja käyttötarkoitukset
Alekseev A. I., Valov M. Yu., Yuzvyak Z. Vesijärjestelmien laadun kriteerit: Oppikirja. - Pietari: KHIMIZDAT, 2002. ISBN 5-93808-043-6
GN 2.1.5.1315-03 Kemikaalien suurimmat sallitut pitoisuudet (MPC) juoma- ja kotitalousveden vesistöjen vesissä.
GOST R 55375-2012. Ensisijainen alumiini ja siihen perustuvat seokset. Postimerkit
Dokumentti "Alumiini"

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

Alumiini- yksi tärkeimmistä rakennemateriaaleista. Kevyytensä, mekaanisen lujuutensa, korkean sähkönjohtavuutensa, korkean korroosionkestävyytensä ansiosta se on löytänyt laajan sovelluksen lento-, auto-, sähköteollisuudessa, muilla modernin tekniikan aloilla ja jokapäiväisessä elämässä. Maailman tuotannossa ja kulutuksessa se on metallien joukossa toisella sijalla raudan jälkeen.

Alumiinin valmistuksen raaka-aine on alumiinioksidi, jota saadaan bauksiitista, nefeliinimalmeista ja muista korkean alumiinioksidipitoisista kivistä. Main bauksiitti, joka tuottaa 98 % maailman alumiinioksidin tuotannosta, on bauksiittia. Venäjä on ainoa maa maailmassa, jossa käytetään niin heikkolaatuisia alumiiniraaka-aineita kuin nefeliinimalmeja.

Maailman 29 maan bauksiittivarannot ylittävät 40 miljardia tonnia, joista 95 % on keskittynyt trooppiselle vyöhykkeelle, josta yli 50 % Guineaan, 40 % Australiaan, Venezuelaan, Brasiliaan, Intiaan, Vietnamiin ja Jamaikalle. Bauksiitteja louhitaan 24 maassa 140 miljoonaa tonnia vuodessa, 80% tuotannosta osuu Australiaan, Guineaan, Jamaikalle, Brasiliaan, Kiinaan ja Intiaan. Alumiinioksidin vuosituotanto bauksiittia valmistavissa maissa on ylittänyt 52 miljoonaa tonnia ja primäärialumiinin sulatus 24,5 miljoonaa tonnia.Viime vuosina alumiinin tuotanto on kasvanut yli 10-kertaiseksi.

pidetään ainutlaatuisina Syntymäpaikka bauksiitit, joiden varannot ovat yli 500 miljoonaa tonnia, suuret ja keskisuuret - 500 - 50, pienet - alle 50 miljoonaa tonnia.

Bauksiitti on jäännös- tai sedimenttikivi, joka koostuu alumiinihydroksideista, rautaoksideista ja -hydroksideista, savimineraaleista ja kvartsista. Mineraalikoostumuksen mukaan erotetaan gibbsiitti-, böhmiitti- ja diasporibauksiitit. Samalla todettiin, että nuorissa esiintymissä, jotka eivät ole muuttuneet, gibbsiittimalmit ovat vallitsevia, kun taas vanhemmissa ja muuntuneissa ne korvataan böhmiitillä ja diasporilla.

Kaikki teolliset bauksiittiesiintymät ovat eksogeenisiä muodostumia. Ne on jaettu rapautuneisiin ja sedimentteihin. Sääkertymät jaetaan jäännöslateriittisiin ja jäännöskerrostumiin, ja sedimenttiesiintymät on jaettu terrigeenisissä muodostumissa esiintyviin tasoalueisiin ja karbonaattimuodostelmiin liittyviin geosynkliinisiin alueisiin. Ominaisuus on annettu -välilehti. 1.2.1.

Taulukko 1.2.1 Tärkeimmät geologiset ja teolliset alumiiniesiintymien tyypit

Geologinen teollinen tyyppi	Malmipitoinen muodostus	malmikappaleita	Esiintymisolosuhteet	Malmien koostumus	Esimerkkejä talletukset	Vaaka, talletukset
1. Jäännös lateriittista	a) Nykyaikainen kuori sää päällä muinainen liuske, basaltit jne.	Vaakasuora talletukset alue 5-15 km2, teho 10-15 m asti.	lähellä pintaa tasaisella ylängöt - kulhot; tukossa rautakiirassi.	Gibbsiitti, hematiitti	Boke, Fria (Guinea)	Ainutlaatuinen 3 asti miljardia tonnia
1. Jäännös lateriittista	b) Vanha kuori sää päällä fyliittiliuskeet ja metabasiitteja	Suuri horisontti. Tapahtuvia ruumiita pituus jopa useita joulukuu km, joiden kapasiteetti on useita metrejä	Talletukset on katettu kerrostunut Paleotsoiset kivet, mesozoic Cenozoic, valta 450-600 m.	Boehmite, gibbsite, shaoziitti	Wisłowska (KMA, Venäjä)	suuri, 80 miljoonaa tonnia
2. Jäännös talletettu uudelleen	Nuori mesozoic Cenozoic hiekka- savi, vieressä kehitysalueille lateriittiytimet sääolosuhteet	linssimainen, arkkimainen	1-3 horisonttia hiekkakivet, savet jne.	Gibbsite, boehmite, hematiitti, kaoliniitti, siderite	Syntymäpaikka Guayanan rannikko Plains, Wayne Gov (Australia)
3. Sedimentti alusta	Terrigeeninen, karbonaattinen ei terrigeeninen, vulkanogeeninen-terrigeeninen mannermainen, punainen, joskus savimaista	linssimainen, arkkimainen	40-150 metrin syvyydessä sedimentin alla muodostelmia Paleozoic, mesozoic	Gibbsiitti, böhmiitti, kaoliniitti	Tikhvin ryhmä, Pohjois Onega (Venäjä)	pieni, keskipitkä, harvinainen-suuri
4. Sedimentti geosynklinaalinen	karbonaatin muodostumista (terrigeeninen, mannermainen, matala vesi theriigenno- karbonaatti, riutan alamuodostelma)	linssimainen, arkkimainen	Joukossa käyttöön sedimenttikerrokset	Diaspor, boehmite, harvinainen gibbsite, hematiitti, rikkikiisu	Punahilkka ja muut, SUBR, Venäjä	Iso, keskikokoinen

Lateriittiesiintymät (90 % maailman varoista) ovat tärkein teollinen merkitys.

Venäjällä bauksiittiesiintymiä kehitetään Pohjois-Uralin (SUBR) ja Etelä-Uralin (SUBR) bauksiittipitoisille alueille (84 % tuotannosta) ja Tihvinin alueelle (16 %). Kotimaisen metallurgian tarpeisiin tarvittavien raaka-aineiden puutteen vuoksi Venäjä tuo vuosittain noin 50 % (3,7 miljoonaa tonnia) alumiinioksidista Ukrainasta, Kazakstanista ja kaukaa ulkomailta.

Alumiinimalmilla on erityinen paikka nykyaikaisessa teollisuudessa. Tiettyjen fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien vuoksi alumiinia käytetään monilla ihmisen toiminnan aloilla. Autoteollisuus, koneenrakennus, rakentaminen, monien kulutustavaroiden ja kodinkoneiden valmistus ei ole enää mahdollista ilman tämän tyyppisen värimetallin käyttöä. Alumiinin louhinta on monimutkaisin ja työvoimavaltaisin prosessi.

Alumiinimalmin ominaisuudet

Malmi on luonnollinen mineraalimuodostelma, joka sisältää tietyn metallin tai mineraalin. Luonnossa ei käytännössä ole puhdasta alumiinia, joten se louhitaan alumiinimalmista. Maankuoressa sen pitoisuus on noin 9%. Nykyään mineraaliyhdisteitä, mukaan lukien alumiini, on noin 250 lajiketta, mutta kaikki eivät ole hyödyllisiä jalostuksessa. Seuraavia malmityyppejä pidetään alumiiniteollisuuden arvokkaimpina:

bauksiitti;
aluniitti;
nefeliini.

bauksiitti käytetään useimmiten raaka-aineena metallin louhintaan, koska se sisältää jopa 60 % alumiinioksideja. Toinen koostumus sisältää piin ja raudan oksideja, kvartsia, magnesiumia, natriumia ja muita kemiallisia alkuaineita ja yhdisteitä. Koostumuksesta riippuen bauksiiteilla on erilaisia tiheyksiä. Kiven väri on pääosin punainen tai harmaa. Yhden tonnin alumiinin valmistukseen tarvitaan 4,5 tonnia bauksiittia.

Aluniitti Malmi ei ole kaukana bauksiittista, sillä se sisältää jopa 40 % alumiinioksidia - alumiinin päätoimittajaa. Sen rakenne on huokoinen ja siinä on paljon epäpuhtauksia. Alumiinin louhinta on kannattavaa vain, kun aluniittien kokonaismäärä on yhtä suuri kuin lisäaineiden kokonaismäärä.

Se on magmaista alkuperää olevaa emäksistä kiviä. Alumiinioksidipitoisuuden mukaan ne ovat kolmannella sijalla. Ensimmäisestä nefeliinimalmista lähtien on mahdollista käsitellä 25 % tai enemmän alumiinioksidia. Toisesta luokasta - jopa 25%, mutta vähintään 22%. Kaikilla tätä arvoa pienempiä alumiinioksideja sisältävillä mineraaliyhdisteillä ei ole teollista arvoa.

Alumiinin louhintamenetelmät

Alumiini on suhteellisen nuori metalli, jota louhittiin ensimmäisen kerran hieman yli sata vuotta sitten. Koko ajan alumiinin louhintatekniikkaa on parannettu jatkuvasti ottaen huomioon kaikki kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet.

Metallin saaminen on mahdollista vain alumiinioksidista, jonka muodostamiseksi malmi murskataan jauhemaiseen tilaan ja kuumennetaan höyryllä. Tällä tavalla on mahdollista päästä eroon suurimmasta osasta piistä ja jättää optimaalinen raaka-aine myöhempään sulatukseen.

Alumiinimalmin louhinta suoritetaan avoimella tavalla, jos esiintymissyvyys on pieni. Bauksiitit ja nefeliinit leikataan tiheän rakenteensa vuoksi yleensä pintakaivoskoneella jyrsintämenetelmällä. Aluniitit kuuluvat useisiin irtonaisiin kiviin, joten louhoskaivinkone on optimaalinen sen poistamiseen. Jälkimmäinen lastaa kiven välittömästi kippiautoihin jatkokuljetusta varten.

Ensisijaisten raaka-aineiden louhinnan jälkeen seuraa useita pakollisia kiviaineksen käsittelyvaiheita alumiinioksidin saamiseksi:

Kuljetus esityöpajaan, jossa kivi murskataan murskaimilla noin 110 mm murskaan.
Valmistettu raaka-aine yhdessä lisäkomponenttien kanssa lähetetään jatkokäsittelyyn.
Kivi sintrataan uuneissa. Tarvittaessa alumiinimalmia liuotetaan. Näin saadaan nestemäinen aluminaattiliuos.
Seuraava vaihe on hajoaminen. Tämän seurauksena muodostuu aluminaattimassa, joka lähetetään nesteen erotukseen ja haihduttamiseen.
Ylimääräisten alkalien puhdistus ja uunikalsinointi.

Tuloksena saadaan kuivaa alumiinioksidia, joka on valmis alumiinin tuotantoon. Viimeinen vaihe on hydrolyysikäsittely. Edellä kuvatun menetelmän lisäksi alumiinia louhitaan myös kaivosmenetelmällä. Joten kallio leikataan pois maan kerroksista.

Alumiinin louhintapaikat Venäjällä

Alumiinimalmin tuotannon maailmanlistalla Venäjä on seitsemänneksi. Alueelta on tutkittu noin 50 esiintymää, joiden joukossa on vielä kehittymättömiä esiintymiä. Rikkaimmat malmivarat ovat keskittyneet Leningradin alueelle ja Uralille, missä toimii yksi syvimmistä "alumiinikaivoksista". Jälkimmäisen syvyys on 1550 metriä.

Huolimatta laajasti kehittyneestä ei-rautametallien metallurgiasta ja erityisesti alumiinin tuotannosta, saatu määrä ei riitä toimittamaan koko maan teollisuutta. Siksi Venäjä joutuu tuomaan alumiinioksidia muista maista. Tämä tarve johtuu myös malmin huonommasta laadusta. Yksi Uralin kannattavimmista esiintymistä tuottaa bauksiittia, jonka alumiinioksidipitoisuus on 50 %. Italiassa louhitaan kiveä, joka sisältää 64 % alumiinioksideja.

Noin 80 % Venäjän alumiinimalmin kokonaismassasta louhitaan suljetulla menetelmällä kaivoksissa. Melko paljon esiintymiä sijaitsee Belgorodin, Arkangelin, Sverdlovskin alueilla sekä Komin tasavallassa. Bauksiitin lisäksi louhitaan myös nefeliinimalmeja. Tämän tyyppisen metallituotannon kannattavuus on heikompi, mutta silti tulos kompensoi osittain maan raaka-ainepulaa.

Alumiiniteollisuudessa erityinen paikka on metallin valmistuksessa uusioraaka-aineista. Tämä menetelmä säästää merkittävästi energiaa ja malmivaroja sekä vähentää ympäristölle aiheutuvia haittoja. Tässä Venäjä on jonkin verran muita maita jäljessä, mutta useimpien kotimaisten yritysten suorituskyky paranee selvästi joka vuosi.

Maailmanlaajuinen alumiinimalmien tuotanto

Viimeisen sadan vuoden aikana alumiinimalmin louhintataso on noussut uskomattomille tasoille. Jos vuonna 1913 maailmanlaajuinen kiven määrä oli noin 550 tuhatta tonnia, niin nykyään tämä luku ylittää 190 miljoonaa tonnia. Noin 30 maata harjoittaa nyt alumiinimalmin louhintaa. Johtava asema on Guinealla (Länsi-Afrikka), jossa monet talletukset ovat keskittyneet 28 %:n varannoilla maailman osuudesta.

Suoran malmin louhinnan osalta Kiinan pitäisi olla ensimmäisellä sijalla. Siten "laskevan auringon" maa tuottaa yli 80 miljoonaa tonnia raaka-aineita vuodessa. Viisi parasta näyttää tältä:

Kiina- 86 miljoonaa tonnia;
Australia- 82 miljoonaa tonnia;
Brasilia- 31 miljoonaa tonnia;
Guinea- 20 miljoonaa tonnia;
Intia- 15 miljoonaa tonnia.

Jamaika seuraa 9,7 miljoonan tonnin luvulla ja lopuksi Venäjä, jonka alumiinimalmin kokonaistuotantomäärä on 6-7 miljoonaa tonnia. Alumiiniteollisuuden johtajat ovat muuttuneet vuosien saatossa.

Ensimmäistä kertaa malmi louhittiin Ranskassa Boxin kaupungissa, minkä vuoksi yleisintä malmityyppiä kutsutaan bauksiittiksi. Pian Länsi-Eurooppa ja Pohjois-Amerikka voisivat ylpeillä parhaalla suorituskyvyllä. Puoli vuosisataa myöhemmin Latinalaisesta Amerikasta tuli kiistaton johtaja. Nyt Afrikka, Australia, Kiina ja muut kehittyneet maat ovat tulleet esiin.

Ei-rautametallit ovat olennainen osa nykyaikaista teollisuutta. Ilman niitä monien toimialojen kehitys ei olisi ollut mahdollista. Alumiinia pidetään kevyenä, vahvana ja toimivana metallina nykyajan keskeisenä rakennemateriaalina.

Teollisuuden suurin arvo alumiinin lähteenä on luonnolliset raaka-aineet - bauksiitti, kiven komponentti bauksiitin, aluniitin ja nefeliinin muodossa.

Alumiinioksidia sisältävien malmien lajikkeet

Tunnetaan yli 200 mineraalia, jotka sisältävät alumiinia.

Raaka-ainelähteeksi katsotaan vain sellainen kivi, joka voi täyttää seuraavat vaatimukset:

Luonnollisissa raaka-aineissa on oltava korkea alumiinioksidipitoisuus;
Esiintymän on vastattava teollisen kehityksensä taloudellista kannattavuutta.
Kiven tulee sisältää alumiiniraaka-ainetta tunnetuin menetelmin puhtaassa muodossa uutettavassa muodossa.

Luonnollisen bauksiittikiven ominaisuus

Bauksiitti luonnossa on olemassa vain metallin binääriyhdisteen muodossa hapen kanssa. Tämä yhdiste saadaan luonnollisesta vuoresta malmit bauksiitin muodossa, joka koostuu useiden kemiallisten alkuaineiden oksideista: alumiini, kalium, natrium, magnesium, rauta, titaani, pii, fosfori.

Esiintymästä riippuen bauksiitit sisältävät koostumuksessaan 28 - 80 % alumiinioksidia. Tämä on tärkein raaka-aine ainutlaatuisen metallin saamiseksi. Bauksiitin laatu alumiinin raaka-aineena riippuu sen alumiinioksidipitoisuudesta. Tämä määrittelee fyysisen ominaisuuksia bauksiitti:

Mineraali on piilevä kiderakenne tai amorfisessa tilassa. Monilla mineraaleilla on kiinteytyneitä hydrogeelejä, joiden koostumus on yksinkertainen tai monimutkainen.
Bauksiittien väri eri uuttokohdissa vaihtelee lähes valkoisista punaisiin tummiin väreihin. Siellä on esiintymiä, joiden mineraaliväri on musta.
Alumiinipitoisten mineraalien tiheys riippuu niiden kemiallisesta koostumuksesta ja on noin 3500 kg/m3.
Bauksiitin kemiallinen koostumus ja rakenne määräävät kiinteän aineen ominaisuuksia mineraali. Kovimpien mineraalien kovuus on 6 yksikköä mineralogian mittakaavassa.
Luonnollisena mineraalina bauksiitissa on useita epäpuhtauksia, useimmiten nämä ovat raudan, kalsiumin, magnesiumin, mangaanin oksideja, titaanin epäpuhtauksia ja fosforiyhdisteitä.

Bauksiitit, kaoliinit, savet sisältävät koostumuksessaan muiden yhdisteiden epäpuhtauksia, jotka vapautuvat raaka-aineiden käsittelyn aikana eri teollisuudenaloille.

Vain Venäjällä käytetään esiintymiä, joissa on kiviainesta, joissa alumiinioksidipitoisuus on pienempi.

Äskettäin alumiinioksidia alettiin saada nefeliineistä, jotka alumiinioksidin lisäksi sisältävät sellaisten metallien oksideja kuin kalium, natrium, pii ja, ei vähemmän arvokas, alunakivi, aluniitti.

Menetelmät alumiinia sisältävien mineraalien käsittelyyn

Malmin louhinta kehittyneistä esiintymistä.
Esikäsittely jätekivistä alumiinioksidin pitoisuuden lisäämiseksi on rikastusprosessi.
Puhtaan alumiinioksidin saaminen, alumiinin elektrolyyttinen pelkistys sen oksideista.

Valmistusprosessi päättyy metalliin, jonka pitoisuus on 99,99 %.

Alumiinioksidin uuttaminen ja rikastaminen

Alumiinioksidia tai alumiinioksideja ei ole luonnossa puhtaassa muodossaan. Se uutetaan alumiinimalmeista hydrokemiallisilla menetelmillä.

Alumiinimalmin esiintymät esiintymissä yleensä räjähtää, joka tarjoaa paikan sen louhintaan noin 20 metrin syvyydessä, josta se valitaan ja käynnistetään jatkokäsittelyyn;

Erikoislaitteilla (seulat, luokittimet) malmi murskataan ja lajitellaan hävittäen jätekiviä (rikastushiekka). Tässä alumiinioksidin rikastamisen vaiheessa käytetään pesu- ja seulontamenetelmiä, jotka ovat taloudellisesti edullisinta.
Rikastuslaitoksen pohjalle laskeutunut puhdistettu malmi sekoitetaan autoklaavissa kuumennetun kaustisen soodamassan kanssa.
Seos johdetaan korkean lujan teräsastioiden järjestelmän läpi. Alukset on varustettu höyryvaipalla, joka ylläpitää vaaditun lämpötilan. Höyryn paine pidetään tasolla 1,5-3,5 MPa, kunnes alumiiniyhdisteet ovat täysin muuttuneet rikastetusta kivestä natriumaluminaatiksi tulistetun natriumhydroksidiliuoksen avulla.
Jäähdytyksen jälkeen neste käy läpi suodatusvaiheen, jonka seurauksena kiinteä sakka erottuu ja saadaan ylikyllästetty puhdas aluminaattiliuos. Kun edellisen syklin alumiinihydroksidijäännöksiä lisätään tuloksena olevaan liuokseen, hajoaminen kiihtyy.
Alumiinioksidihydraatin lopulliseen kuivaamiseen käytetään kalsinointimenetelmää.

Puhtaan alumiinin elektrolyyttinen tuotanto

Puhdasta alumiinia saadaan jatkuvalla prosessilla, jossa kalsinoitu alumiini siirtyy elektrolyyttisen pelkistyksen vaiheeseen.

Nykyaikaiset elektrolysaattorit edustavat laitetta, joka koostuu seuraavista osista:

Valmistettu teräskuoresta, joka on vuorattu hiililohkoilla ja -levyillä. Käytön aikana kylvyn rungon pinnalle muodostuu tiheä kalvo jähmettynyttä elektrolyyttiä, joka suojaa vuorausta elektrolyyttisulan aiheuttamalta tuhoutumiselta.
Altaan pohjassa oleva 10–20 cm paksu sula alumiinikerros toimii katodina tässä kokoonpanossa.
Virta syötetään alumiinisulaan hiililohkojen ja upotettujen terästankojen kautta.
Anodit, jotka on ripustettu rautarunkoon terästapeilla, on varustettu nostomekanismiin yhdistetyillä tangoilla. Kun se palaa, anodi uppoaa alas ja sauvoja käytetään elementtinä virransyöttöön.
Työpajoissa elektrolysaattorit asennetaan peräkkäin useisiin riveihin (kaksi tai neljä riviä).

Alumiinin lisäpuhdistus puhdistamalla

Jos elektrolysaattoreista erotettu alumiini ei täytä lopullisia vaatimuksia, se puhdistetaan lisäpuhdistamalla.

Teollisuudessa tämä prosessi suoritetaan erityisessä elektrolyysilaitteessa, joka sisältää kolme nestekerrosta:

Pohja - jalostettava alumiini lisäämällä noin 35 % kuparia, toimii anodina. Mukana on kuparia, joka tekee alumiinikerroksen raskaammaksi, kupari ei liukene anodilejeeringiin, sen tiheyden tulisi ylittää 3000 kg/m3.
Keskikerros on bariumin, kalsiumin ja alumiinin fluoridien ja kloridien seos, jonka sulamispiste on noin 730 °C.
Ylempi kerros - puhdasta jalostettua alumiinia sula, joka liukenee anodikerrokseen ja nousee ylös. Se toimii katodina tässä piirissä. Virta syötetään grafiittielektrodilla.

Alumiinin teollinen arvo

Alumiinia pidetään yleisimpänä metallina. Maankuoren kerrostumien lukumäärällä se on kolmannella sijalla. Alumiini tunnetaan kaikille myös kevytmetallien jaksollisena elementtinä.

Alumiinimalmityypit

Alumiinia löytyy yli 250 mineraalista. Näistä teollisuudelle arvokkaimmat ovat bauksiitti, nefeliini ja aluniitti. Tarkastellaanpa niitä tarkemmin.

bauksiittimalmi

Alumiinimalmin fysikaaliset ominaisuudet:

läpinäkymätön mineraali, jonka väri on punainen ja harmaa, eri sävyjä;
kestävimpien näytteiden kovuus on 6 mineralogisella asteikolla;
bauksiittien tiheys vaihtelee kemiallisesta koostumuksesta riippuen 2900-3500 kg/m³.

Bauksiittimalmiesiintymät ovat keskittyneet maan päiväntasaajalle ja trooppiselle vyöhykkeelle. Muinaisempia esiintymiä sijaitsee Venäjän alueella.

Kuinka bauksiittialumiinimalmi muodostuu

Bauksiitit muodostuvatatista, böhmiitistä ja diasporista, trihydraattihydraatista - hydrargilliitistä ja mukana olevista mineraaleista hydroksidista ja rautaoksidista.

Luontoa muodostavien alkuaineiden koostumuksesta riippuen bauksiittimalmeja on kolme ryhmää:

Monohydraattibauksiitit - sisältävät alumiinioksidia yksivesimuodossa.
Trihydraatti - tällaiset mineraalit koostuvat alumiinioksidista kolmen veden muodossa.
Sekoitettu - tähän ryhmään kuuluvat edelliset alumiinimalmit yhdistelmänä.

Raaka-ainesaostumia muodostuu happamien, emäksisten ja joskus emäksisten kivien rapautumisesta tai suuren alumiinioksidimäärän asteittaisesta laskeutumisesta meren ja järven pohjalle.

Aluniittimalmit

Rotu on huokoinen. Se koostuu pääasiassa kaoliniteista ja hydromicoista. Teollisesti kiinnostavia ovat malmit, joiden aluniittipitoisuus on yli 50 %.

Nefeliini

Se on magmaista alkuperää oleva alumiinimalmi. Se on täyskiteinen alkalinen kivi. Käsittelyn koostumuksesta ja teknologisista ominaisuuksista riippuen erotetaan useita nefeliinimalmin lajikkeita:

ensimmäinen luokka - 60–90% nefeliiniä; se sisältää yli 25 % alumiinioksidia; käsittely suoritetaan sintraamalla;
toinen luokka - 40-60% nefeliiniä, alumiinioksidin määrä on hieman pienempi - 22-25%; rikastus vaaditaan käsittelyn aikana;
Kolmas luokka on nefeliinimineraalit, joilla ei ole teollista arvoa.

Maailmanlaajuinen alumiinimalmien tuotanto

Malmiesiintymät Venäjällä

Yhteensä 50 malmiesiintymää sijaitsee Venäjän alueella. Tämä luku sisältää sekä paikat, joissa mineraalia louhitaan, että esiintymät, joita ei ole vielä kehitetty.

Maan eteläosassa sijaitseva ranskalainen Les Baux-de-Provence -kaupunki tuli tunnetuksi antamalla nimen bauksiitille. Siellä kaivosinsinööri Pierre Berthier löysi siellä vuonna 1821 tuntemattomia malmiesiintymiä. Kesti vielä 40 vuotta tutkimusta ja testausta löytääkseen uuden rodun mahdollisuudet ja tunnustetaan se lupaavaksi alumiinin teollisessa tuotannossa, joka noina vuosina ylitti kullan hinnan.

Ominaisuudet ja alkuperä

Bauksiitti on primaarinen alumiinimalmi. Käytännössä kaikki maailman koskaan valmistama alumiini on muunnettu niistä. Tämä kivi on komposiittiraaka-aine, jolla on monimutkainen ja heterogeeninen rakenne.

Pääkomponentteina se sisältää alumiinioksideja ja -hydroksideja. Rautaoksidit toimivat myös malmia muodostavina mineraaleina. Ja useimmiten löydettyjen epäpuhtauksien joukossa:

pii (edustaa kvartsia, kaoliniittia ja opaalia);
titaani (rutiilina);
kalsium- ja magnesiumyhdisteet;
harvinaisten maametallien elementit;
kiille;
pieninä määrinä galliumia, kromia, vanadiinia, zirkoniumia, niobiumia, fosforia, kaliumia, natriumia ja pyriittiä.

Alkuperänsä mukaan bauksiitit ovat lateriittisia ja karstia (sedimenttisiä). Ensimmäiset, korkealaatuiset, muodostuivat kostean tropiikin ilmastossa silikaattikivien syvän kemiallisen muutoksen (ns. laterisaation) seurauksena. Jälkimmäiset ovat huonolaatuisempia, ne ovat sään, siirtymisen ja savikerrosten uusiin paikkoihin laskeutumisen tuotteita.

Bauksiitit vaihtelevat:

Fyysinen kunto (kivinen, maanläheinen, huokoinen, löysä, savimainen).
Rakenne (fragmenttien ja herneiden muodossa).
Tekstuuriominaisuudet (homogeeninen tai kerroksittainen koostumus).
Tiheys (vaihtelee 1800 - 3200 kg/m³).

Kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Bauksiittien kemialliset ominaisuudet liittyvät laajasti materiaalin vaihtelevaan koostumukseen. Louhittujen mineraalien laatu määräytyy kuitenkin ensisijaisesti alumiinioksidin ja piidioksidin pitoisuuden suhteen. Mitä suurempi määrä ensimmäistä ja vähemmän toista, sitä suurempi on teollinen arvo. Kaivosinsinöörit pitävät tärkeänä kemiallisena ominaisuutena ns. "avaamista" eli sitä, kuinka helppoa alumiinioksidien erottaminen malmimateriaalista on.

Huolimatta siitä, että bauksiiteilla ei ole jatkuvaa koostumusta, niiden fysikaaliset ominaisuudet vähenevät seuraaviin indikaattoreihin:

1	Väri	ruskea, oranssi, tiili, vaaleanpunainen, punainen; harvemmin harmaa, keltainen, valkoinen ja musta
2	suonet	yleensä valkoisia, mutta joskus ne voivat tahrata rautaepäpuhtauksia
3	Paistaa	Tylsää ja maanläheistä
4	Läpinäkyvyys	Läpinäkymätön
5	Tietty painovoima	2-2,5 kg/cm³
6	Kovuus	1-3 Mohsin mineralogisella asteikolla (vertailun vuoksi, timantilla on 10). Tämän pehmeyden vuoksi bauksiitti muistuttaa savea. Mutta toisin kuin jälkimmäinen, kun vettä lisätään, ne eivät muodosta homogeenista muovimassaa.

Mielenkiintoista on, että fyysisellä tilalla ei ole mitään tekemistä bauksiitin hyödyllisyyden ja arvon kanssa. Tämä johtuu siitä, että ne jalostetaan toiseksi materiaaliksi, jonka ominaisuudet eroavat merkittävästi alkuperäisestä kivestä.

Maailman varastot ja tuotanto

Huolimatta siitä, että alumiinin kysyntä kasvaa jatkuvasti, sen primäärimalmivarat riittävät täyttämään tämän tarpeen vielä useiden vuosisatojen, mutta vähintään 100 vuoden tuotannon ajaksi.

US Geological Survey julkaisi tiedon, jonka mukaan maailman bauksiittivarat ovat 55-75 miljardia tonnia. Lisäksi suurin osa heistä on keskittynyt Afrikkaan (32 %). Oseanian osuus on 23 %, Karibian ja Etelä-Amerikan 21 %, Aasian mantereen 18 % ja muiden alueiden 6 %.

Alumiinin hyödyntämisprosessin käyttöönotto herättää myös optimismia, mikä hidastaa primaarialumiinimalmin luonnonvarantojen ehtymistä (ja samalla säästää sähkönkulutusta).

Kymmenen suurinta bauksiittilouhintamaata, joita edustaa sama US Geological Survey, näytti tältä vuonna 2016.

1	Australia	82 000
2	Kiina	65 000
3	Brasilia	34 500
4	Intia	25 000
5	Guinea	19 700
6	Jamaika	8 500
7	Venäjä	5 400
8	Kazakstan	4 600
9	Saudi-Arabia	4 000
10	Kreikka	1 800

Vietnam on erittäin lupaava, vuoden 2016 lopussa 1 500 tuhatta tonnia. Mutta Malesia, joka oli kolmas vuonna 2015, on vähentänyt jyrkästi bauksiitin kehitystä tiukkojen ympäristölakien odotusten vuoksi ja on tänään 15. sijalla maailmanlistalla.

Bauksiitteja louhitaan pääsääntöisesti avolouhoksissa. Työtason saamiseksi malmikerros räjäytetään 20 cm:n syvyyteen ja valitaan sitten. Mineraalin palaset murskataan ja lajitellaan: jätekivi (ns. "jätteet") huuhtoutuu pois pesuveden virtauksen vaikutuksesta ja tiivistyslaitoksen pohjalle jää tiheitä malmin sirpaleita.

Venäjän vanhimmat bauksiittiesiintymät juontavat juurensa prekambriajalta. Ne sijaitsevat Itä-Sayansissa (Boksonin esiintymä). Nuorempaa alumiinimalmia, Keski- ja Ylä-Devonista, löytyy Pohjois- ja Etelä-Uralilta, Arkangelin, Leningradin ja Belgorodin alueilta.

Teollinen sovellus

Louhitut bauksiitit jaetaan myöhemmän kaupallisen käytön mukaan metallurgisiin, hioma-aineisiin, kemiallisiin, sementteihin, tulenkesteisiin jne.

Niiden pääasiallinen käyttö, joka muodostaa 85 % maailman kehityksestä, on toimia raaka-aineena alumiinioksidin (alumiinioksidin) valmistuksessa.

Teknologinen ketju näyttää tältä: bauksiittia kuumennetaan kaustisella soodalla, sitten suodatetaan, kiinteä jäännös saostetaan ja se kalsinoidaan. Tämä tuote on vedetöntä alumiinioksidia, joka on toiseksi viimeinen muunnos alumiinin tuotantosyklissä.

Sen jälkeen jää vielä upottaa se sulan luonnollisen tai synteettisen kryoliitin kylpyyn ja eristää itse metalli elektrolyyttisen pelkistyksen avulla.

Ensimmäinen, joka löysi tämän tekniikan vuonna 1860, oli ranskalainen kemisti Henri Saint-Clair Deville. Se korvasi kalliin prosessin, jossa alumiinia valmistettiin tyhjiössä kaliumista ja natriumista.

Bauksiitin seuraava tärkeä käyttökohde on hioma-aineena.

Jos alumiinioksidia kalsinoidaan, tuloksena on synteettinen korundi, erittäin kova materiaali, jonka kerroin on 9 Mohsin asteikolla. Se murskataan, erotetaan ja lisätään edelleen hiekkapaperin ja erilaisten kiillotusjauheiden ja suspensioiden koostumukseen.

Sintrattu, jauhettu ja pyöreiksi rakeiksi sulatettu bauksiitti on myös erinomainen hiekkapuhallushioma. Se sopii erinomaisesti pintakäsittelyyn ja vähentää pallomaisen muotonsa ansiosta hiekkapuhalluslaitteiden kulumista.

Toinen bauksiitin tärkeä tarkoitus on osallistua tukiaineena (materiaalina, joka ei salli erityisesti syntyneiden vikojen sulkeutumista) öljyntuotannon prosessiin hydraulisella murtamisella. Tässä tapauksessa käsitellyt bauksiittikivihiukkaset kestävät hydraulista painetta ja antavat rakojen pysyä auki niin kauan kuin on tarpeen öljyn vapautumiseksi.

Bauksiitit ovat myös välttämättömiä tulenkestävien tuotteiden luomisessa. Poltettu alumiinioksidi kestää lämpötiloja jopa 1780 C. Tätä ominaisuutta käytetään sekä tiilien ja betonin valmistukseen että metallurgisen teollisuuden laitteiden, erikoislasien ja jopa tulenkestävän vaatetuksen luomiseen.

Johtopäätös

Kemistit ja teknikot etsivät jatkuvasti bauksiitille sopivia korvikkeita, jotka eivät olisi ominaisuuksiltaan huonompia. Tutkimukset ovat mahdollistaneet sen, että savimateriaaleja, voimalaitosten tuhkaa ja öljyliuskea voidaan käyttää alumiinioksidin valmistukseen.

Koko teknologisen ketjun hinta on kuitenkin monta kertaa korkeampi. Piikarbidi toimi hyvin hankaavana aineena ja synteettinen mulliitti tulenkestävänä aineena. Tiedemiehet toivovat, että ennen kuin bauksiitin luonnonvarat loppuvat kokonaan, vastaava korvaaja löydetään.

Ja joitain muita elementtejä. Kaikkia näitä alkuaineita ei kuitenkaan tällä hetkellä louhia alumiinimalmeista ja käytetä kansantalouden tarpeisiin.

Apatiitti-nefeliinikiveä käytetään eniten, josta saadaan lannoitteita, alumiinioksidia, soodaa, potaskaa ja joitain muita tuotteita; kaatopaikkoja ei juuri ole.

Kun bauksiittia käsitellään Bayer-prosessilla tai sintraamalla, kaatopaikalle jää vielä paljon punamutaa, jonka järkevä käyttö ansaitsee paljon huomiota.

Aikaisemmin sanottiin, että yhden tonnin alumiinin saamiseksi on käytettävä paljon sähköä, mikä on viidennes alumiinin hinnasta. Taulukossa. 55 esittää laskelman 1 tonnin alumiinista. Taulukon tiedoista seuraa, että tärkeimmät kustannustekijät ovat raaka-aineet ja perusmateriaalit, joista alumiinioksidin osuus on lähes puolet. Siksi alumiinin kustannusten alenemisen tulisi ensisijaisesti mennä alumiinioksidin tuotannon kustannusten alentamisen suuntaan.

Teoriassa 1,89 tonnia alumiinioksidia on käytettävä 1 tonniin alumiinia. Tämän arvon ylittäminen todellisella virtausnopeudella on seurausta pääasiassa sumutuksen aiheuttamista häviöistä. Näitä häviöitä voidaan vähentää 0,5-0,6 % automatisoimalla alumiinioksidin lataaminen kylpyihin. Kustannusten vähentäminenalumiinioksidi voidaan saavuttaa vähentämällä häviöitä sen kaikissa tuotannon vaiheissa, erityisesti jätelieteessä, aluminaattiliuosten kuljetuksen aikana sekä alumiinioksidin kalsinoinnin aikana; johtuen säästöistä, jotka saadaan paremmasta poistohöyryn käytöstä (itsehaihduttajista) ja hukkalämmön täysimääräisestä käytöstä. Tämä on erityisen tärkeää autoklaaviprosessissa, jossa höyrykustannukset ovat merkittäviä.

Jatkuvan liuottamisen ja linkouksen käyttöönotto; edistyneet alumiinioksidin jalostamot mahdollistivat monien toimintojen automatisoinnin, mikä auttoi vähentämään höyryn ja sähkön kulutusta, lisäämään työn tuottavuutta ja alentamaan alumiinin kustannuksia. Tähän suuntaan voidaan kuitenkin tehdä paljon enemmän. Luopumatta korkealaatuisten bauksiittien lisähakuista, joihin siirtyminen alentaa merkittävästi alumiinioksidin kustannuksia, on etsittävä tapoja käyttää rautapitoisia bauksiitteja ja punaliejua rauta- ja terästeollisuudessa. Esimerkkinä on apatiitti-nefeliinikivien monimutkainen käyttö.

Fluorisuolojen hinta on 8 %. Niitä voidaan vähentää poistamalla kaasut varovasti elektrolyyttihauteista fluoriyhdisteiden talteenottamiseksi. Kylvystä imetyt anodikaasut sisältävät jopa 40 mg/m 3 fluoria, noin 100 mg/m 3 hartsia ja 90 mg/m 3 pölyä (AlF 3 , Al203, Na3AlF6). Näitä kaasuja ei saa päästää ilmakehään,koska ne sisältävät arvokasta, ovat lisäksi myrkyllisiä. Ne on puhdistettava arvokkaasta pölystä sekä neutraloitava työpajan ilmapiirin ja laitoksen viereisten alueiden myrkyttämisen välttämiseksi. Kaasujen puhdistamiseksi ne pestään heikoilla soodaliuoksilla tornikaasupesureissa (pesureissa).

Puhdistus- ja neutralointiprosessien täydellisellä organisoinnilla on mahdollista palauttaa osa fluoridisuoloista (jopa 50 %) tuotantoon ja siten alentaa alumiinin kustannuksia 3-5 %.

Alumiinin kustannuksia voidaan merkittävästi alentaa käyttämällä halvempia sähkönlähteitä ja ottamalla nopeasti käyttöön edullisemmat puolijohdevirtamuuntimet (erityisesti pii), sekä vähentämällä sähkön kulutusta suoraan. Jälkimmäinen voidaan saavuttaa suunnittelemalla kehittyneempiä kylpyjä, joissa on pienempi jännitehäviö kaikissa tai yksittäisissä elementeissä, sekä valitsemalla enemmän sähköä johtavia elektrolyyttejä (kryoliitin vastus on liian korkea ja valtava määrä sähköä muuttuu ylimääräiseksi lämmöksi , jota ei voida vielä järkevästi käyttää). Ei ole sattumaa, että paistetuilla anodilla varustetut kylvyt alkavat löytää yhä enemmän käyttöä, koska näiden kylpyjen energiankulutus on paljon pienempi.

Elektrolyysiliikkeen huoltohenkilöillä on tärkeä rooli virrankulutuksen vähentämisessä. Normaalin napojen välisen etäisyyden ylläpitäminen, sähkökontaktien puhtaana pitäminen kylvyn eri paikoissa, anodiefektien lukumäärän ja keston vähentäminen, normaalin elektrolyytin lämpötilan ylläpitäminen ja elektrolyytin koostumuksen huolellinen seuranta mahdollistavat virrankulutuksen merkittävän pienentämisen.

Edistyneet alumiinitehtaiden elektrolyysiliikkeet, jotka ovat tutkineet prosessin teoreettisia perusteita ja tarjoamiensa kylpyjen ominaisuuksia, seuranneet tarkasti prosessin etenemistä, saavat mahdollisuuden lisätä tuotetun metallin määrää kulutettua sähköyksikköä kohti. erinomaisella laadullaan ja siten lisää alumiinituotannon tehokkuutta.

Kustannusten alentamisessa ja työn tuottavuuden lisäämisessä tärkein tekijä on työvaltaisten prosessien koneistaminen alumiinisulattojen elektrolyysipajoissa. Tällä alalla on saavutettu merkittävää edistystä kotimaisissa alumiinitehtaissa viime vuosikymmeninä: alumiinin uuttaminen kylvyistä on koneistettu; tuottavia ja käteviä mekanismeja elektrolyyttikuoren lävistykseen sekä tappien poistamiseen ja käyttämiseen on otettu käyttöön. Se on kuitenkin välttämätöntä ja mahdollistamekanisoida ja automatisoida enemmän alumiinisulattojen prosesseja. Tätä helpottaa elektrolyysilaitteiden tehon lisäys, siirtyminen jaksollisista prosesseista jatkuviin.

Viime vuosina alumiinimalmien integroitu käyttö on parantunut, koska jotkin alumiinitehtaat ovat alkaneet erottaa jätteistä vanadiinia ja metallisia galliumoksideja.

Se löydettiin vuonna 1875 spektrimenetelmällä. Neljä vuotta ennen sitä D. I. Mendelejev ennusti sen tärkeimmät ominaisuudet suurella tarkkuudella (nimesi sen eka-alumiiniksi). sillä on hopeanvalkoinen väri ja alhainen sulamispiste (+30°C). Pieni pala galliumia voi sulaa kämmenessäsi. Tämän lisäksi galliumin kiehumispiste on melko korkea (2230 ° C), joten sitä käytetään korkean lämpötilan lämpömittareihin. Tällaiset kvartsiputkilla varustetut lämpömittarit soveltuvat 1300 °C:seen asti. Kovuuden suhteen gallium on lähellä lyijyä. Kiinteän galliumin tiheys on 5,9 g/cm 3, nestemäisen 6,09 g/cm 3 .

Gallium on hajallaan luonnossa, rikkaat ovat heille tuntemattomia. Sitä löytyy prosentin sadasosina ja tuhannesosina alumiinimalmeista, sinkkiseoksesta ja osassa kivihiilen tuhkasta. Kaasutehtaan tervat sisältävät joskus jopa 0,75 % galliumia.

Myrkyllisyyden suhteen gallium on paljon parempi kuin, ja siksi kaikki sen uuttamiseen liittyvät työt on suoritettava huolellista hygieniaa noudattaen.

Kuivassa ilmassa tavallisissa lämpötiloissa gallium ei melkein hapetu: kuumennettaessa se yhdistyy voimakkaasti hapen kanssa muodostaen valkoista Ga 2 O 3 -oksidia. Tämän galliumoksidin ohella tietyissä olosuhteissa muodostuu myös muita galliumoksideja (GaO ja Ga 2 O). Galliumhydroksidi Ga(OH) 3 on amfoteerinen ja siksi liukenee helposti happoihin ja emäksiin, joiden kanssa se muodostaa ominaisuuksiltaan samanlaisia gallaatteja kuin aluminaatit. Tältä osin, kun alumiinioksidia saadaan alumiinimalmeista, gallium siirtyy yhdessä alumiinin kanssa liuoksiksi ja seuraa sitä kaikissa myöhemmissä toiminnoissa. Tietty kohonnut galliumpitoisuus havaitaan anodiseoksessa alumiinin elektrolyyttisen raffinoinnin aikana, kiertävissä aluminaattiliuoksissa alumiinioksidin valmistuksen aikana Bayer-menetelmällä ja emäliuoksessa, joka jää jäljelle aluminaattiliuosten epätäydellisen hiiltymisen jälkeen.

Siksi, rikkomatta uudelleenjakojärjestelmää, on mahdollista järjestää galliumin louhinta alumiinitehtaiden alumiinioksidi- ja jalostuspajoissa. Kierrätetyt aluminaattiliuokset galliumin uuttamiseen voidaan ajoittain hiiltää kahdessa vaiheessa. Ensin noin 90 % alumiinista saostetaan hitaalla hiiltymisellä ja liuos suodatetaan pois, joka sitten hiiltyy uudelleen galliumhydroksidien saostamiseksi ja edelleen liuoksessa. Näin saatu sakka voi sisältää jopa 1,0 % Ga203:a.

Merkittävä osa alumiinista voidaan saostaa aluminaattiemäkiertoliuoksesta fluoridisuoloina. Tätä varten fluorivetyhappoa sekoitetaan galliumia sisältävään aluminaattiliuokseen. pH:ssa<2,5 из раствора осаждается значительная часть алюминия в виде фторида и криолита (Na 3 AlF 6). Галлий и часть алюминия остаются в растворе.

Kun hapan liuos neutraloidaan soodalla pH = 6:een, gallium ja saostuvat.

Alumiinin erottaminen galliumista voidaan tehdä edelleentych, alumiini-galliumhydratoituneiden sakkojen käsittely autoklaavissa kalkkimaidolla, joka sisältää pienen määrän kaustista soodaa; kun gallium liukenee,ja suurin osa alumiinista jää sedimenttiin. Gallium saostetaan sitten liuoksesta hiilidioksidilla. Saatu sakka sisältää jopa 25 % Ga 2 O 3. Tämä sakka liuotetaan natriumhydroksidiin emäksisessä suhteessa 1,7 ja käsitellään Na 2S:lla raskasmetallien, erityisesti lyijyn, poistamiseksi. Puhdistettu ja kirkastettu liuos altistetaan elektrolyysille 60-75°C:ssa, jännitteellä 3-5 V ja elektrolyytin jatkuvalla sekoituksella. Katodien ja anodien on oltava ruostumatonta terästä.

On olemassa muita menetelmiä galliumoksidin konsentroimiseksi aluminaattiliuoksista. Täten kolmikerrosmenetelmän mukaisen alumiinin elektrolyyttisen raffinoinnin jälkeen jäljelle jääneestä 0,1-0,3 % galliumia sisältävästä anodiseoksesta viimeksi mainittu voidaan eristää käsittelemällä seos kuumalla alkaliliuoksella. Tässä tapauksessa gallium menee myös liuokseen ja jää saostumaan.

Puhtaiden galliumyhdisteiden saamiseksi käytetään galliumkloridin kykyä liueta eetteriin.

Jos sitä on alumiinimalmeissa, se kerääntyy jatkuvasti aluminaattiliuoksiin ja yli 0,5 g / l V 2 O 5 -pitoisuudessa saostuu alumiinihydraatilla karbonoinnin aikana alumiinin saostamiseksi ja saastuttamiseksi. Vanadiinin poistamiseksi emäliuokset haihdutetaan tiheyteen 1,33 g/cm 3 ja jäähdytetään 30 °C:seen, kun taas yli 5 % V 2 O 5:tä sisältävä liete putoaa sekä sooda ja muut alkaliset fosfori- ja fosforiyhdisteet. arseenia, josta se voidaan eristää ensin monimutkaisella hydrokemiallisella käsittelyllä ja sitten vesiliuoksen elektrolyysillä.

Alumiinin sulaminen korkean lämpökapasiteetin ja piilevän sulamislämmön (392 J/g) vuoksi vaatii suuria energiamääriä. Siksi kokemus elektrolyysilaitoksista, jotka ovat alkaneet tuottaa nauhoja ja valssilankoja suoraan nestemäisestä alumiinista (ilman valua harkoiksi), ansaitsevat levityksen. Lisäksi nestemäisellä alumiinilla voidaan saavuttaa suuri taloudellinen vaikutus eri metalliseosten elektrolyysilaitosten valimoissa massakäyttöön, ja

Gallium - elementin löytämisen historia Elementistä, jonka atominumero on 31, useimmat lukijat muistavat vain, että se on yksi kolmesta elementistä ...