Как называется алюминиевая руда. Алюминиевая руда. От добычи до получения металла. Страны-лидеры по добыче алюминия. Промышленное значение алюминия

Алюминий - это металл, покрытый матово-серебристой оксидной плёнкой, свойства которого определяют его популярность: мягкость, лёгкость, пластичность, высокая прочность, устойчивость к коррозии, электропроводность и отсутствие токсичности. В современных высоких технологиях применению алюминия отведено ведущее место как конструкционному, многофункциональному материалу.

Наибольшую ценность для промышленности в качестве источника алюминия представляет природное сырьё - алюминиевая руда , составляющая горной породы в виде бокситов, алунитов и нефелина.

Разновидности глинозёмсодержащих руд

Известно более 200 минералов, в состав которых входит алюминий.

Сырьевым источником считают только такую горную породу, которая может соответствовать следующим требованиям:

Особенность природной горной породы боксита

Сырьевым источником могут служить природные залежи бокситов, нефелинов, алунитов, глин, и каолинов. Наиболее насыщены соединениями алюминия бокситы. Глины и каолины представляют самые распространённые породы со значительным содержанием в них глинозёма. Залежи этих минералов находятся на поверхности земли.

Алюминиевая руда в природе существует только в виде бинарного соединения металла с кислородом. Добывают это соединение из природных горных руд в виде бокситов, состоящих из окислов нескольких химических элементов: алюминия, калия, натрия, магния, железа, титана, кремния, фосфора.

В зависимости от месторождения бокситы в своём составе имеют от 28 до 80% глинозёма. Это основное сырьё для получения уникального металла. Качество бокситов как сырья алюминия зависит от содержания в нём глинозёма. Этим определяются физические свойства бокситов:

Бокситы, каолины, глины в своём составе содержат примеси других соединений, которые при переработке сырья выделяются в отдельные производства.

Только в России используют месторождения с залежами пород, в составе которых глинозём составляет более низкую концентрацию.

С недавних пор глинозём стали получать из нефелинов, которые помимо глинозёма содержат окиси таких металлов, как калий, натрий, кремний и, не менее ценный, квасцовый камень, алунит.

Способы переработки алюминий содержащих ископаемых

Технология получения чистого глинозёма из алюминиевой руды не изменилась со времён открытия этого металла. Совершенствуется его производственное оборудование, позволяющее получать чистый алюминий. Основные производственные стадии получения чистого металла:

Добыча руды из разработанных месторождений.
Первичная обработка от пустых пород с целью повышения концентрации глинозёма – процесс обогащения.
Получение чистого глинозёма, электролитическое восстановление алюминия из его окислов.

Производственный процесс завершается получением металла с концентрацией 99,99%.

Добыча и обогащение глинозёма

Глинозём или алюминиевые окислы, в чистом виде в природе не существует. Его извлекают из алюминиевых руд, используя гидрохимические методы.

Залежи алюминиевой руды в месторождениях обычно взрывают , обеспечивая площадку для её добычи на глубине примерно 20 метров, откуда её выбирают и запускают в процесс дальнейшей обработки;

Используя специальное оборудование (грохоты, классификаторы), руду дробят и сортируют, отбрасывая пустую породу (хвосты). На этом этапе обогащения глинозёма пользуются способами промывки и грохочения, как наиболее выгодными экономически.
Осевшую на дне обогатительной установки очищенную руду смешивают с разогретой массой едкого натра в автоклаве.
Смесь пропускают через систему сосудов из высокопрочной стали. Сосуды оснащены паровой рубашкой, поддерживающей необходимую температуру. Давление пара поддерживается на уровне 1,5-3,5 Мпа до полного перехода алюминиевых соединений, из обогащённой породы в алюминат натрия в перегретом растворе едкого натрия.
После охлаждения жидкость проходит стадию фильтрации в результате которой происходит отделение твёрдого осадка и получение пересыщенного чистого раствора алюмината. При добавлении в полученный раствор остатков гидроокиси алюминия от предыдущего цикла, разложение ускоряется.
Для окончательной осушки гидрата окиси алюминия применяют процедуру прокаливания.

Электролитическое производство чистого алюминия

Чистый алюминий получают, используя непрерывный процесс в результате которого прокалённый алюминий вступает в стадию электролитического восстановления .

Современные электролизёры представляют устройство, состоящее следующих частей:

Дополнительная очистка алюминия рафинированием

Если алюминий, извлечённый из электролизёров, не соответствует конечным требованиям, его подвергают дополнительной очистке рафинированием.

В промышленности этот процесс проводят в особенном электролизёре, в котором содержится три жидких слоя:

В процессе электролиза примеси остаются в анодном слое и электролите. Выход чистого алюминия составляет 95–98%. Разработке алюминий содержащих месторождений, отведено ведущее место в народном хозяйстве, благодаря свойствам алюминия, который в настоящее время занимает второе место после железа в современной промышленности.

Наибольшую ценность для промышленности в качестве источника алюминия представляет природное сырьё — алюминиевая руда , составляющая горной породы в виде бокситов, алунитов и нефелина.

Разновидности глинозёмсодержащих руд

Известно более 200 минералов, в состав которых входит алюминий.

Природное сырьё должно иметь высокое содержание окислов алюминия;
Месторождение должно соответствовать экономической целесообразности его промышленной разработки.
Горная порода должна содержать алюминиевое сырьё в форме, подлежащей извлечению в чистом виде известными способами.

Особенность природной горной породы боксита

Минерал представляет скрыто кристаллическую структуру или пребывает в аморфном состоянии. Многие минералы имеют затвердевшие формы гидрогелей простого или комплексного состава.
Цвет бокситов в различных точках добычи колеблется от почти белого до красных тёмных цветов. Есть месторождения с чёрной окраской минерала.
Плотность алюминий содержащих минералов зависит от их химического состава и составляет около 3 500 кг/м3.
Химический состав и структура бокситов определяет твёрдые свойства минерала. Самые прочные минералы отличаются твёрдостью в 6 единиц по шкале, принятой в минералогии.
Как природное ископаемое боксит имеет ряд примесей, чаще всего это окислы железа, кальция, магния, марганца, примеси титановых и фосфорных соединений.

Способы переработки алюминий содержащих ископаемых

Добыча руды из разработанных месторождений.
Первичная обработка от пустых пород с целью повышения концентрации глинозёма – процесс обогащения.
Получение чистого глинозёма, электролитическое восстановление алюминия из его окислов.

Производственный процесс завершается получением металла с концентрацией 99,99%.

Добыча и обогащение глинозёма

Используя специальное оборудование (грохоты, классификаторы), руду дробят и сортируют, отбрасывая пустую породу (хвосты). На этом этапе обогащения глинозёма пользуются способами промывки и грохочения, как наиболее выгодными экономически.
Осевшую на дне обогатительной установки очищенную руду смешивают с разогретой массой едкого натра в автоклаве.
Смесь пропускают через систему сосудов из высокопрочной стали. Сосуды оснащены паровой рубашкой, поддерживающей необходимую температуру. Давление пара поддерживается на уровне 1,5-3,5 Мпа до полного перехода алюминиевых соединений, из обогащённой породы в алюминат натрия в перегретом растворе едкого натрия.
После охлаждения жидкость проходит стадию фильтрации в результате которой происходит отделение твёрдого осадка и получение пересыщенного чистого раствора алюмината. При добавлении в полученный раствор остатков гидроокиси алюминия от предыдущего цикла, разложение ускоряется.
Для окончательной осушки гидрата окиси алюминия применяют процедуру прокаливания.

Электролитическое производство чистого алюминия

Современные электролизёры представляют устройство, состоящее следующих частей:

Из стального кожуха, футерованного угольными блоками и плитами. В процессе работы на поверхности корпуса ванны образуется плотная плёнка из застывшего электролита, предохраняющая футеровку от разрушения расплавом электролита.
Слой расплавленного алюминия на дне ванны, толщиной 10–20 см, служит катодом в этой установке.
Ток в алюминиевый расплав подводится через угольные блоки и встроенные стальные стержни.
Аноды, подвешенные на железную раму с помощью стальных штырей, обеспечены тягами, соединёнными с подъёмным механизмом. По мере сгорания анод опускается вниз, а стержни применяют в качестве элемента для подвода тока.
В цехах электролизёры устанавливают последовательно в несколько рядов (два или четыре ряда).

Дополнительная очистка алюминия рафинированием

В промышленности этот процесс проводят в особенном электролизёре, в котором содержится три жидких слоя:

Нижний – рафинируемый алюминий с добавкой примерно 35% меди , служит анодом. Медь присутствует для утяжеления алюминиевого слоя, в анодном сплаве медь не растворяется, его плотность должна превышать 3000 кг/м3.
Средний слой представляет смесь фторидов и хлоридов бария, кальция, алюминия с температурой плавления около 730оС.
Верхний слой – чистый рафинированный алюминиевый расплав, который растворяется в анодном слое и поднимается вверх. Он служит в этой схеме катодом. Подвод тока осуществляется графитовым электродом.

В современной промышленности алюминиевая руда является наиболее востребованным сырьем. Стремительное развитие науки и техники позволило расширить сферы его применения. Что представляет собой алюминиевая руда и где ее добывают – описано в этой статье.

Промышленное значение алюминия

Алюминий считается наиболее распространенным металлом. По количеству залежей в земной коре он занимает третье место. Алюминий известен всем также как элемент в таблице Менделеева, который относится к легким металлам.

Алюминиевая руда – это природное сырье, из которого получают этот металл. В основном его добывают из бокситов, которые содержат оксиды алюминия (глинозем) в наибольшем количестве – от 28 до 80%. Другие породы – алунитовые, нефелиновые и нефелин-апатитовые также используются в качестве сырья для получения алюминия, но они имеют худшее качество и содержат значительно меньше глинозема.

В цветной металлургии алюминий занимает первое место. Дело в том, что благодаря своим характеристикам он применяется во многих отраслях промышленности. Так, этот металл используют в транспортном машиностроении, упаковочном производстве, строительстве, для изготовления различных потребительских товаров. Также алюминий широко применяется в электротехнике.

Чтобы понять, какое значение имеет алюминий для человечества, достаточно присмотреться к бытовым вещам, которые мы повседневно используем. Очень многие бытовые предметы изготовлены из алюминия: это детали для электроприборов (холодильника, стиральной машины и т. д.), посуда, спортивный инвентарь, сувениры, элементы интерьера. Алюминий часто применяется для производства разных видов тары и упаковки. Например, консервных банок или одноразовых емкостей из фольги.

Типы алюминиевых руд

Алюминий содержится более чем в 250 минералах. Из них самыми ценными для промышленности являются боксит, нефелин и алунит. Остановимся на них более подробно.

Бокситная руда

В природе алюминий в чистом виде не встречается. В основном его получают из алюминиевой руды – боксита. Это минерал, который по большей части состоит из гидроксидов алюминия, а также из оксидов железа и кремния. Из-за большого содержания глинозема (от 40 до 60%) бокситы используются в качестве сырья для получения алюминия.

Физические свойства алюминиевой руды:

непрозрачный минерал красного и серого цвета различных оттенков;
твердость самых прочных образцов составляет 6 по минералогической шкале;
плотность бокситов в зависимости от химического состава колеблется в пределах 2900-3500 кг/м³.

Месторождения бокситовой руды сосредоточены в экваториальном и тропическом поясе земли. Более древние залежи находятся на территории России.

Как образовывается бокситная алюминиевая руда

Бокситы образуются из одноводного гидрата глинозема, бемита и диаспора, трехводного гидрата – гидраргиллита и сопутствующих минералов гидроокиси и окиси железа.

В зависимости от состава природообразующих элементов различают три группы бокситных руд:

Моногидратные бокситы – содержат глинозем в одноводной форме.
Тригидратные – такие минералы состоят из глинозема в трехводной форме.
Смешанные – эта группа включает в сочетании предыдущие алюминиевые руды.

Месторождения сырья образуются вследствие выветривания кислых, щелочных, а иногда и основных пород или в результате постепенного осаждения на морском и озерном дне большого количества глинозема.

Алунитовые руды

Этот тип залежей содержит до 40% оксида алюминия. Алунитовая руда образовывается в водном бассейне и прибрежных зонах в условиях интенсивной гидротермальной и вулканической деятельности. Пример таких залежей – Заглинское озеро на Малом Кавказе.

Порода пористая. Преимущественно состоит из каолинитов и гидрослюдов. Промышленный интерес представляют руда с содержанием алунита более 50%.

Нефелин

Это алюминиевая руда магматического происхождения. Она представляет собой полнокристаллическую щелочную породу. В зависимости от состава и технологических особенностей переработки выделяют несколько сортов нефелиновой руды:

первый сорт – 60–90% нефелина; он содержит более 25% глинозема; переработка осуществляется методом спекания;
второй сорт – 40–60% нефелина, количество глинозема немного ниже – 22–25%; во время переработки требуется обогащение;
третий сорт – нефелиновые минералы, которые не представляют никакой промышленной ценности.

Мировая добыча алюминиевых руд

Впервые алюминиевую руду добыли в первой половине XIX века на юго-востоке Франции, возле местечка Бокс. Отсюда и походит название бокситов. Сначала эта отрасль промышленности развивалась медленными темпами. Но когда человечество оценило, какая алюминиевая руда полезная для производства, сферы применения алюминия существенно расширились. Многие страны начали поиски на своих территориях месторождения залежей. Таким образом, мировая добыча алюминиевых руд стала постепенно возрастать. Подтверждением этого факта являются цифры. Так, если в 1913 году общемировой объем добытой руды составлял 540 тыс. тонн, то в 2014 году – более 180 млн тонн.

Также постепенно росло количество стран, добывающих алюминиевую руду. На сегодняшний день их насчитывается около 30. Но на протяжении последних 100 лет ведущие страны и регионы постоянно менялись. Так, в начале XX века мировыми лидерами по добыче алюминиевой руды и ее производстве были Северная Америка и Западная Европа. На эти два региона приходилось около 98% общемировой добычи. Через несколько десятков лет по количественным показателям алюминиевой промышленности лидерами стали страны Восточной Европы, Латинская Америка и Советский Союз. И уже в 1950–1960-х годах лидером по размеру добычи стала Латинская Америка. А в 1980–1990-х гг. произошел стремительный прорыв в алюминиевой промышленности Австралии и Африки. В современной мировой тенденции основными странами-лидерами по добыче алюминия являются Австралия, Бразилия, Китай, Гвинея, Ямайка, Индия, Россия, Суринам, Венесуэла и Греция.

Месторождения руды в России

По объему добычи алюминиевых руд Россия занимает седьмое место в мировом рейтинге. Хотя месторождения алюминиевых руд в России обеспечивают страну металлом в большом количестве, его недостаточно, чтобы полностью обеспечить промышленность. Поэтому государство вынуждено покупать боксит в других странах.

Всего на территории России расположено 50 месторождений руды. В это число входят как места, где ведется добыча минерала, так и еще не разработанные залежи.

Большая часть запасов руды находится в европейской части страны. Здесь они расположены в Свердловской, Архангельской, Белгородской области, в республике Коми. Все эти регионы содержат 70% всех разведанных запасов руды страны.

Алюминиевые руды в России добываются до сих пор в старых бокситовых месторождениях. К таким районам относится Радынское месторождение в Ленинградской области. Также из-за дефицита сырья Россия использует другие алюминиевые руды, месторождения которых отличаются худшим качеством минеральных залежей. Но они все же пригодны для промышленных целей. Так, в России добывают в большом количестве нефелиновые руды, которые также позволяют получить алюминий.

Французский город Ле-Бо-де-Прованс, расположенный на юге страны, прославился тем, что дал имя минералу бокситу. Именно там в 1821 г. горный инженер Пьер Бертье обнаружил залежи неизвестной руды. Понадобилось еще 40 лет исследований и испытаний, чтобы открыть возможности новой породы и признать ее перспективной для промышленного производства алюминия, в те года превышавшего по цене золото.

Характеристика и происхождение

Бокситы - это первичная алюминиевая руда. Практически весь алюминий, который когда-либо производился в мире, преобразован из них. Эта порода является композиционным сырьем, отличающимся сложной и неоднородной структурой.

В качестве основных компонентов она включают оксиды и гидроксиды алюминия. Рудообразующими минералами также служат оксиды железа. А среди примесей наиболее часто встречаются:

кремний (представленный кварцем, каолинитом и опалом);
титан (в виде рутила);
соединения кальция и магния;
редкоземельные элементы;
слюда;
в малых количествах галлий, хром, ванадий, цирконий, ниобий, фосфор, калий, натрий и пирит.

По происхождению бокситы бывают латеритными и карстовыми (осадочными). Первые, высококачественные, образовались в климате влажных тропиков как результат глубокого химического преобразования силикатных пород (так называемой латеризации). Вторые отличаются более низким качеством, они - продукт выветривания, переноса и отложения глинистых слоев в новых местах.

Бокситы различаются по:

Физическому состоянию (каменистые, землистые, пористые, рыхлые, глинообразные).
Структуре (в виде обломков и горошин).
Текстурным особенностям (с однородным или слоистым составом).
Плотности (варьируется от 1800 до 3200 кг/м³).

Химические и физические свойства

Химические свойства бокситов имеют широкий диапазон, связанный с переменной композицией материала. Однако качество добытых минералов определяется в первую очередь соотношением содержания глинозема и кремнезема. Чем больше количество первого и меньше - второго, тем значительнее промышленная ценность. Важной химической особенностью горные инженеры считают так называемую «вскрываемость», то есть то, насколько легко удается извлекать из рудного материала оксиды алюминия.

Несмотря на то, что бокситы не имеют постоянного состава, их физические свойства сводятся к таким показателям:

1	Цвет	коричневый, оранжевый, кирпичный, розовый, красный; реже серый, желтый, белый и черный
2	Прожилки	как правило, белые, но иногда их могут окрасить примеси железа
3	Блеск	Тусклый и землистый
4	Прозрачность	Непрозрачный
5	Удельный вес	2-2,5 кг/см³
6	Твердость	1-3 по минералогической шкале Мооса (для сравнения - у алмаза 10). Из-за этой мягкости бокситы напоминают глину. Но в отличие от последней, при добавлении воды не образуют однородную пластичную массу

Интересно, что физический статус никак не связан с полезностью и ценностью бокситов. Это объясняется тем, что они перерабатывается в другой материал, свойства которого существенно отличаются от исходной породы.

Мировые запасы и добыча

Несмотря на то, что спрос на алюминий постоянно увеличивается, запасов его первичной руды достаточно для удовлетворения этой потребности в течение еще нескольких столетий, но не менее, чем на 100 лет производства.

Геологическая служба США обнародовала данные, согласно которых мировые ресурсы бокситов составляют 55-75 млрд. тонн. Причем большинство из них сосредоточено в Африке (32%). На долю Океании приходится 23%, Карибского бассейна и Южной Америки 21%, азиатского континента 18%, прочих регионов 6%.

Оптимизм вселяет и внедрение процесса утилизации алюминия, что замедлит исчерпание природных запасов первичной алюминиевой руды (а заодно сэкономит и потребление электроэнергии).

Десятка стран-лидеров по добыче бокситов, представленная все той же Геологической службой США, в 2016 г. выглядела так.

1	Австралия	82 000
2	Китай	65 000
3	Бразилия	34 500
4	Индия	25 000
5	Гвинея	19 700
6	Ямайка	8 500
7	Россия	5 400
8	Казахстан	4 600
9	Саудовская Аравия	4 000
10	Греция	1 800

Очень перспективно заявляет о себе Вьетнам, окончивший 2016 г. с показателем в 1,500 тыс. метрических тонн. А вот Малайзия, бывшая в 2015 г. третьей, резко сократила разработки бокситов из-за ожидания строгих природоохранных законов и сегодня занимает 15 место в мировом рейтинге.

Бокситы добываются, как правило, в карьерах, открытым способом. Для получения рабочей площадки слой руды взрывается на 20-сантиметровой глубине, а затем выбирается. Куски минерала измельчают и сортируют: пустая порода (так называемые «хвосты») смывается потоком промывочной воды, а фрагменты плотной руды остаются на дне обогатительной установки.

Наиболее древние залежи бокситов в России относятся к докембрийской эпохе. Они располагаются в Восточных Саянах (Боксонское месторождение). Более молодую алюминиевую руду, времен среднего и верхнего девона, находят на Северном и Южном Урале, в Архангельской, Ленинградской и Белгородской областях.

Промышленное применение

Добытые бокситы делятся соответственно их последующему коммерческому применению на металлургические, абразивные, химические, цементные, огнеупорные и т.д.

Основное их применение, на которое идет 85% мировой разработки, - служить в качестве сырья для производства глинозема (оксида алюминия).

Технологическая цепочка выглядит так: боксит нагревают с едким натром, затем фильтруют, осаждают твердый остаток и прокаливают его. Данный продукт - безводный глинозем, предпоследнее превращение в цикле получения алюминия.

После чего остается погрузить его в ванну расплавленного природного или синтетического криолита и путем электролитического восстановления выделить сам металл.

Первым в 1860 г. эту технологию открыл французский химик Анри Сент-Клер Девиль. Она заменила дорогостоящий процесс, при котором алюминий производился в вакууме из калия и натрия.

Следующая важная область использования бокситов - применение в качестве абразивов.

Если прокалить глинозем, то в результате получается синтетический корунд - очень твердый материал, имеющий коэффициент 9 по шкале Мооса. Его измельчают, разделяют и далее вводят в состав наждачной бумаги и разнообразных полировальных порошков и суспензий.

Спеченный, раздробленный в порошок и сплавленный в круглые гранулы боксит является также отличным пескоструйным абразивом. Он идеален для обработки поверхностей, а за счет сферической формы уменьшает износ пескоструйного оборудования.

Еще одно важное назначение бокситов - участвовать в качестве проппанта (материала, не позволяющего сомкнуться специально созданным разломам) в процессе добычи нефти способом гидроразрыва пласта. В этом случае частички обработанной бокситовой породы проявляют устойчивость к гидравлическому давлению и позволяют трещинам оставаться открытыми столь долго, сколько необходимо для выхода нефти.

Незаменимы бокситы и для создания огнеупорной продукции. Обожженный глинозем выдерживает температуру до 1780 С. Это свойство используется как для выработки кирпичей и бетона, так и создания оборудования для металлургической промышленности, специального стекла и даже огнестойкой одежды.

Заключение

Химики и технологи постоянно ищут для бокситов адекватные заменители, которые бы не уступали по своим свойствам. Исследования позволили выяснить, что для производства глиноземов могут быть использованы глинистые материалы, зола электростанций и горючие сланцы.

Однако стоимость всей технологической цепочки в разы выше. Хорошо себя проявил карбид кремния в качестве абразива и синтетический муллит в качестве огнеупора. Ученые надеются, что до времени полного исчерпания природных ресурсов бокситов равнозначная замена будет найдена.

Имеется большое количество минералов и горных пород, содержащих алюминий, однако лишь немногие из них могут быть использованы для получения металлического алюминия. Наиболее широкое распространение в качестве алюминиевого сырья получили Бокситы , причём сначала из руд извлекают полупродукт - глинозём (Al 2 0 3), а затем уже из глинозёма электролитическим путём получают металлический алюминий. В качестве А. р. применяются нефелин-сиенитовые (см. Нефелиновый сиенит), а также нефелин-апатитовые породы, служащие одновременно и источником получения фосфатов. В качестве минерального сырья для получения алюминия могут служить алунитовые породы (см. Алунит), лейцитовые лавы (минерал Лейцит), Лабрадорит ы, Анортозит ы, высокоглинозёмистые глины и каолины, кианитовые, силлиманитовые и андалузитовые сланцы.

В капиталистических и развивающихся странах практически для получения алюминия пользуются лишь бокситами. В СССР, кроме бокситов, приобрели важное практическое значение нефелин-сиенитовые и нефелин-апатитовые породы.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Алюминиевые монополии
Алюминиевые сплавы

Смотреть что такое "Алюминиевые руды" в других словарях:

Алюминиевые руды - (a. aluminium ores; н. Aluminiumerze, Aluerze; ф. minerais d aluminium; и. minerales de aluminio) природные минеральные образования, содержащие Алюминий в таких соединениях и концентрациях, при к рых их пром. использование технически… … Геологическая энциклопедия

АЛЮМИНИЕВЫЕ РУДЫ - горные породы, сырье для получения алюминия. В основном бокситы; к алюминиевым рудам относятся также нефелиновые сиениты, алунитовые, нефелин апатитовые породы и др … Большой Энциклопедический словарь

алюминиевые руды - горные породы, сырьё для получения алюминия. В основном бокситы; к алюминиевым рудам относятся также нефелиновые сиениты, алунитовые, нефелин апатитовые породы и др. * * * АЛЮМИНИЕВЫЕ РУДЫ АЛЮМИНИЕВЫЕ РУДЫ, горные породы, сырье для получения… … Энциклопедический словарь

алюминиевые руды - pуды, содержащие Al в таких соединениях и концентрациях, при которых их промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно. Наиболее распространение в качестве Al сырья получили бокситные, алунитные и… …

АЛЮМИНИЕВЫЕ РУДЫ - горн. породы, сырьё для получения алюминия. В осн. бокситы; к А. р. относятся также нефелиновые сиениты, алунитовые, нефелин апатитовые породы и др … Естествознание. Энциклопедический словарь

руды черных металлов - руды, являющиеся сырьевой базой ЧМ; включающие Fe , Mn и Cr руды (Смотри Железные руды, Марганцевые руды и Хромовые руды); Смотри также: Руды товарные руды сидеритовые руды … Энциклопедический словарь по металлургии

руды цветных металлов - руды, являющиеся сырьем ЦМ, включающие обширную группу Al , полиметаллических (содержащих Pb, Zn и другие металлы), Cu , Ni , Co , Sn , W , Mo , Ti руд. Специфическая особенность руд цветных металлов их комплексный… … Энциклопедический словарь по металлургии

руды редкоземельных металлов - природные минеральные образования, содержащие РЗМ в виде собственных минералов либо изоморфных примесей в некоторых других минералах. Изв > 70 собственных РЗ минералов и около 280 минералов, в которых РЗМ входят в качестве … Энциклопедический словарь по металлургии

руды редких металлов - природные образования, содержащие РЭ в виде самостоятельных минералов или изоморфных примесей в других рудных и жильных минералах в количествах, достаточных для их рентабильного промышленного извлечения. РЭ принято считать… … Энциклопедический словарь по металлургии

руды радиоактивных металлов - природные минеральные образования, содержащие радиоактивные металлы (U, Th и др.) в таких соединениях и концентрациях, при которых их извлечение технически возможно и экономически целесообразно. Промышленное значения… … Энциклопедический словарь по металлургии

Алюминиевая руда занимает особое место в современной промышленности. Благодаря определенным физическим и химическим свойствам алюминий используют во многих отраслях деятельности человека. Автомобилестроение, машиностроение, строительство, изготовление множества потребительских товаров и бытовых приборов уже невозможно без применения такого вида цветного металла. Добыча алюминия - сложнейший, трудоемкий процесс.

Особенности алюминиевой руды

Руда - это природное минеральное образование, в составе которого содержится определенный металл или минерал. В чистом виде алюминия в природе практически нет, потому добывают его из алюминиевой руды. В земной коре ее содержание составляет около 9%. Сегодня насчитывается порядка 250 разновидностей минеральных соединений, включающих алюминий, но не все из них выгодны в обработке. Наиболее ценными для алюминиевой промышленности считаются следующие типы руды:

бокситная;
алунитовая;
нефелиновая.

Бокситная чаще всего используется как сырье для добычи металла, ведь именно она содержит до 60% оксидов алюминия. Еще состав включает оксиды кремния и железа, кварц, магний, натрий и другие химические элементы и соединения. В зависимости от состава, бокситы имеют разную плотность. Цвет горной породы преимущественно красный или серый. Для производства 1 тонны алюминия необходимо 4,5 тонны боксита.

Алунитовая руда не сильно отстает от бокситной, так как содержит до 40% глинозема - основного поставщика алюминия. Отличается пористой структурой и имеет немало примесей. Добыча алюминия рентабельна только тогда, когда общее количество алунитов равноценно совокупности добавок.

Это щелочная порода магматического происхождения. По содержанию оксидов алюминия они занимают третье место. Из первого сорта нефелиновой руды можно переработать от 25% и более глинозема. Из второго сорта - до 25%, но не менее 22%. Все минеральные соединения, включающие оксиды алюминия меньше этого значения, не имеют промышленной ценности.

Методы добычи алюминия

Алюминий - сравнительно молодой металл, впервые добыть который удалось чуть более века назад. На протяжении всего времени технология добычи алюминия все время совершенствовалась, с учетом всех химических и физических свойств.

Получение металла возможно только из глинозема, для образования которого руда измельчается до состояния порошка и прогревается паром. Так удается избавиться от большей части кремния и оставить оптимальное сырье для последующей выплавки.

Добыча алюминиевой руды ведется открытым способом, если глубина залегания небольшая. Бокситы и нефелины, ввиду их плотной структуры, обычно срезают с помощью карьерного комбайна фрезерным способом. Алуниты относятся к ряду рыхлых пород, потому для ее снятия оптимален карьерный экскаватор. Последний сразу же грузит породу на самосвалы для дальнейшей транспортировки.

После добычи первичного сырья следует несколько обязательных этапов обработки породы с целью получения глинозема:

Транспортировка в подготовительный цех, где дробильными аппаратами порода измельчается до фракции около 110 мм.
Подготовленное сырье вместе с дополнительными компонентами отправляется на дальнейшую обработку.
В печах осуществляется спекание породы. При необходимости алюминиевая руда выщелачивается. Так получается жидкий алюминатный раствор.
Следующая стадия - декомпозиция. В результате образуется алюминатная пульпа, которая отправляется на сепарацию и выпаривание жидкости.
Очистка от лишних щелочей и печная прокалка.

В итоге получают сухой глинозем, готовый для получения алюминия. Заключительным этапом выступает гидролизная обработка. Помимо описанного выше способа, алюминий добывают и шахтным способом. Так порода вырубается из пластов земли.

Места добычи алюминия в России

В мировом рейтинге по объему добычи алюминиевой руды Россия занимает седьмое место. По всей территории разведано порядка 50 месторождений, среди которых еще есть неразработанные залежи. Самые богатые запасы руды сосредоточены в Ленинградской области и на Урале, где работает одна из самых глубоких «алюминиевых» шахт. Глубина последней достигает 1550 метров.

Несмотря на широко развитую цветную металлургию,и производство алюминия, в частности, полученного объема не хватает для обеспечения промышленности всей страны. Поэтому Россия вынуждена импортировать глинозем из других стран. Эта необходимость еще обусловлена более низким качеством руды. На одном из наиболее прибыльных месторождений на Урале извлекают боксит с 50% содержанием глинозема. В Италии же добывают породу, где содержится 64% оксидов алюминия.

Порядка 80% от общей массы алюминиевой руды в России добывается закрытым способом на шахтах. Достаточно много месторождений находится в Белгородской, Архангельской, Свердловской областях, а также Республике Коми. Помимо бокситовых, добываются и нефелиновые руды. Рентабельность такого вида получения металла меньше, но все же результат отчасти компенсирует дефицит сырья страны.

Особое место в алюминиевой промышленности занимает производство металла из вторичного сырья. Такой способ существенно экономит энергетические и рудные ресурсы, и снижает уровень вреда, нанесенного окружающей среде. Здесь Россия несколько отстает от других стран, но показатели большинства отечественных предприятий ежегодно заметно улучшаются.

Мировая добыча алюминиевых руд

За последние сто лет уровень добычи алюминиевой руды возрос до невероятных значений. Если в 1913 году общемировой объем породы составлял приблизительно 550 тыс. тонн, то на сегодня этот показатель превышает 190 млн тонн. Около 30 стран сейчас занимаются добычей алюминиевой руды. Лидирующую позицию занимает Гвинея (Западная Африка), где сосредоточено множество месторождений с запасами, равными 28% от мировой доли.

По объемам непосредственно добычи руды на первое место следует поставить Китай. Так, страна «заходящего солнца» за год добывает более 80 млн тонн сырья. Пятерка лучших выглядит следующим образом:

Китай - 86 млн т;
Австралия - 82 млн т;
Бразилия - 31 млн т;
Гвинея - 20 млн т;
Индия - 15 млн т.

После следует Ямайка с показателем в 9,7 млн тонн и, наконец, Россия, общий объем добычи алюминиевой руды которой составляет 6–7 млн тонн. Лидеры в алюминиевой промышленности на протяжении многих лет все время менялись.

Впервые руда была добыта во Франции, в местечке Бокс, благодаря чему самый распространенный тип руды называется бокситом. Вскоре лучшими показателями могли похвастать Западная Европа и Северная Америка. Через полвека неоспоримым лидером стала Латинская Америка. Сейчас же вперед выбились Африка, Австралия, Китай и другие развитые страны.

Цветные металлы являются неотъемлемой частью современной промышленности. Без них не было бы возможным развитие множества отраслей. Алюминий, как легкий, прочный и функциональный металл, считается ключевым конструкционным материалом нынешнего времени.

И некоторые другие элементы. Однако далеко не все из этих элементов в настоящее время извлекаются из алюминиевых руд и используют для нужд народного хозяйства.

Наиболее полно используют апатито-нефелиновую породу, из которой получают удобрения, глинозем, соду, поташ, и некоторые другие продукты; отвалов почти нет.

При переработке бокситов по способу Байера или спеканием в отвале еще остается много красного шлама, рациональное использование которого заслуживает большого внимания.

Ранее говорилось о том, что для получения 1 т алюминия необходимо затратить много электроэнергии, составляющей пятую часть себестоимости алюминия. В табл. 55 приведена калькуляция себестоимости 1 т алюминия. Из данных, приведенных в таблице, следует, что важнейшими составляющими себестоимости являются сырье и основные материалы, причем на долю глинозема падает почти половина всех расходов. Следовательно, снижение себестоимости алюминия должно в первую очередь идти в направлении уменьшения расходов на производство глинозема.

Теоретически на 1т алюминия необходимо затратить 1,89 т глинозема. Превышение этой величины при фактическом расходе является следствием потерь главным образом от распыления. Эти потери можно уменьшить на 0,5-0,6% путем автоматизации загрузки глинозема в ванны. Снижение себестоимости глинозема можно достичь сокращением потерь на всех стадиях его производства, особенно в отвальном шламе, при транспортировке алюминатных растворов и , а также во время кальцинации глинозема; за счет экономии, полученной от лучшего использования отработанного пара (из самоиспарителей) и полного использования тепла отходящих газов. Это особенно важно для автоклавного способа, расходы на пар в котором значительны.

Внедрение непрерывного выщелачивания и выкручивания на; передовых глиноземных заводах позволило автоматизировать многие операции, что способствовало снижению расхода пара, электроэнергии, повышению производительности труда и снижению себестоимости алюминия. Однако в этом направлении можно сделать еще многое. Не отказываясь от дальнейших поисков высокосортных бокситов, переход на которые резко сократит стоимость глинозема, следует искать пути комплексного использования железистых бокситов и красных шламов в черной металлургии. В качестве примера может служить комплексное использование апатито-нефелиновых пород.

Расходы на фтористые соли составляют 8%. Снизить их можно путем тщательного отвода газов от электролитных ванн улавливания из них фтористых соединений. Анодные газы, отсасываемые из ванны, содержат до 40мг/м 3 фтора, около 100мг/м 3 смолы и 90мг/м 3 пыли (AlF 3 , Al 2 O 3 , Na 3 AlF 6). Эти газы нельзя выбрасывать в атмосферу, так как они содержат ценные , кроме того, они ядовиты. Их необходимо очищать от ценной пыли, а также обезвреживать во избежание отравления атмосферы цеха и близлежащих к заводу районов. В целях очистки газы промывают слабыми растворами соды в башенных газоочистителях (скрубберах).

При совершенной организации процессов очистки и обезвреживания создается возможность вернуть в производство часть фтористых солей (до 50%) и тем самым снизить себестоимость алюминия на 3-5%.

Значительное снижение себестоимости алюминия может быть достигнуто за счет применения более дешевых источников электроэнергии и быстрого повсеместного внедрения более экономичных полупроводниковых преобразователей тока(особенно, кремниевых), а также за счет сокращения расхода электроэнергии непосредственно на . Последнее может быть достигнуто путем конструирования более совершенных ванн с меньшей потерей напряжения во всех или в отдельных их элементах, а также путем подбора более электропроводных электролитов (сопротивление криолита слишком велико и огромное количество электроэнергии переходит в избыточное тепло, которое пока невозможно рационально использовать). И не случайно, что ванны с обожженными анодами начинают находить все большее и большее применение, так как расход электроэнергии на этих ваннах значительно ниже.

Большую роль в снижении расхода электроэнергии играет обслуживающий персонал электролизных цехов. Поддержание нормального межполюсного расстояния, содержание в чистоте электрических контактов в различных местах ванны, снижение количества и продолжительности анодных эффектов, поддержание нормальной температуры электролита, внимательное наблюдение за составом электролита дают возможность значительно снизить расход электроэнергии.

Передовые бригады электролизных цехов алюминиевых заводов изучив теоретические основы процесса и особенности обслуживаемых ими ванн, тщательно наблюдая за ходом процесса, имеют возможность увеличить количество получаемого металла на единицу расходуемой электроэнергии при отличном его качестве и, следовательно, повысить эффективность производства алюминия.

Важнейшим фактором снижения себестоимости и повышения производительности труда является механизация трудоемких процессов в электролизных цехах алюминиевых заводов. В этой области на отечественных алюминиевых заводах за последние десятилетия достигнуты значительные успехи: механизировано извлечение алюминия из ванн; внедрены производительные и удобные механизмы для пробивки корки электролита и извлечения и забивки штырей. Однако нужно и можно в большей степени механизировать и автоматизировать процессы на алюминиевых заводах. Этому способствует дальнейшее увеличение мощности электролизеров, переход от периодических процессов к непрерывным.

В последние годы комплексное использование алюминиевых руд улучшилось в связи с тем, что некоторые алюминиевые заводы приступили к извлечению из отходов окислов ванадия и металлического галлия.

Был открыт в 1875 г. спектральным методом. За четыре года, до этого Д. И. Менделеев с большой точностью предсказал его основные свойства (назвав экаалюминием). имеет серебристо-белый цвет и низкую температуру плавления (+30° С). Небольшой кусочек галлия может быть расплавлен на ладони. Наряду с этим температура кипения галлия довольно высока (2230°С), поэтому его используют для высокотемпературных термометров. Такие термометры с кварцевыми трубками применимы до 1300° С. По твердости галлий близок к свинцу. Плотность твердого галлия 5,9 г/см 3 , жидкого 6,09 г/см 3 .

Галлий рассеян в природе, богатые им неизвестны. Он встречается в сотых и тысячных долях процента в алюминиевых рудах, цинковых обманках и золе некоторых углей. Смолы газовых заводов иногда содержат до 0 ,75% галлия.

По ядовитости галлий значительно превосходит и , поэтому все работы по его извлечению следует проводить, соблюдая тщательную гигиену.

В сухом воздухе при обычных температурах галлий почти не окисляется: при нагревании он энергично соединяется с кислородом, образуя белый окисел Ga 2 О 3 . Наряду с этим окислом галлия при определенных условиях образуются и другие его (GaO и Ga 2 О). Гидроокись галлия Ga(OH) 3 амфотерна и поэтому легко растворима в кислотах и щелочах, с которыми образует галлаты, близкие по свойствам к алюминатам. В связи с этим при получении глинозема из алюминиевых руд галлий вместе с алюминием переходит в растворы в затем сопутствует ему во всех последующих операциях. Некоторая повышенная концентрация галлия наблюдается в анодном сплаве при электролитическом рафинировании алюминия, в оборотных алюминатных растворах при производстве глинозема по способу Байера и в маточных растворах, остающихся после неполной карбонизации алюминатных растворов.

Поэтому, не нарушая схемы переделов, в глиноземных и рафинировочных цехах алюминиевых заводов, можно организовать извлечение галлия. Оборотные алюминатные растворы для извлечения галлия можно периодически карбонизировать в два приема. Вначале при медленной карбонизации осаждают примерно 90% алюминия и отфильтровывают раствор, который затем карбонизируют повторно для того, чтобы осадить в виде гидроокисей галлий и оставшийся еще в растворе . Полученный таким путем осадок может содержать до 1,0% Ga 2 О 3 .

Значительную часть алюминия можно осадить из алюминатного маточного оборотного раствора в виде фтористых солей. Для этого в алюминатный раствор, содержащий галлий, примешивают плавиковую кислоту. При рН<2,5 из раствора осаждается значительная часть алюминия в виде фторида и криолита (Na 3 AlF 6). Галлий и часть алюминия остаются в растворе.

При нейтрализации кислого раствора содой до рН = 6, осаждаются галлий и .

Дальнейшего отделения алюминия от галлия можно дос тичь, обрабатывая алюминиево-галлиевые гидратные осадки в автоклаве известковым молоком, содержащим небольшое количество едкого натра; при этом галлий переходит в раствор, а основная часть алюминия остается в осадке. Затем галлий осаждают из раствора углекислым газом. Полученный осадок содержит до 25% Ga 2 О 3 .Этот осадок растворяют в едком натре при каустическом отношении 1,7 и обрабатывают Na 2 Sдля очистки от тяжелых металлов, особенно от свинца. Очищенный и осветленный раствор подвергают электролизу при 60-75° С, напряжении 3-5 В и постоянном перемешивании электролита. Катоды и аноды должны быть сделаны из нержавеющей стали.

Известны и другие способы концентрации окиси галлия из алюминатных растворов. Так, из остающегося после электролитического рафинирования алюминия по трехслойному методу анодного сплава, содержащего 0,1-0,3% галлия, последний может быть выделен путем обработки сплава горячим раствором щелочи. При этом и галлий переходят в раствор, а и остаются в осадке.

Для получения чистых соединений галлия используют способность хлорида галлия растворяться в эфире.

Если в алюминиевых рудах присутствует , он будет постоянно накапливаться в алюминатных растворах и при содержании более 0,5 г/л V 2 O 5 выпадать с гидратом алюминия при карбонизации в осадок и загрязнять алюминий. Для очистки от ванадия маточные растворы упаривают до плотности 1,33 г/см 3 и охлаждают до 30° С, при этом выпадает шлам, содержащий более 5% V 2 O 5 , наряду с содой и другими щелочными соединениями фосфора и мышьяка, из которых он может быть выделен сначала сложной гидрохимической переработкой, а затем электролизом водного раствора.

Расплавление алюминия из-за его большой теплоемкости и скрытой теплоты плавления (392Дж/г) требует больших расходов энергии. Поэтому заслуживает распространения опыт электролизных заводов, начавших получение ленты и катанки непосредственно из жидкого алюминия (без разливки в слитки). Кроме того, большой экономический эффект может дать получение из жидкого алюминия в литейных цехах электролизных заводов различных сплавов массового потребления, а

Галлий история открытия элемента Об элементе с атомным номером 31 большинство читателей помнят только, что это один из трех элементов,...