Các mỏ quặng nhôm. Các tính chất chính của quặng nhôm dùng trong công nghiệp. Thanh lọc bổ sung nhôm bằng cách tinh chế

Mục lục [-]

Nhôm là kim loại được phủ một lớp màng oxit bạc mờ, các đặc tính của nó quyết định tính phổ biến của nó: mềm, nhẹ, dẻo, độ bền cao, chống ăn mòn, dẫn điện và không độc hại. Trong các công nghệ cao hiện đại, việc sử dụng nhôm được coi là vật liệu kết cấu, đa chức năng hàng đầu. Giá trị lớn nhất đối với ngành công nghiệp như một nguồn cung cấp nhôm là nguyên liệu thô tự nhiên - bauxit, một thành phần của đá ở dạng bauxit, alunit và nepheline.

Các loại quặng chứa alumin

Hơn 200 khoáng chất được biết có chứa nhôm. Chỉ đá như vậy mới được coi là nguồn nguyên liệu có thể đáp ứng các yêu cầu sau:

Nguyên liệu tự nhiên phải có hàm lượng nhôm oxit cao;
Việc ký quỹ phải tuân theo tính khả thi về kinh tế đối với sự phát triển công nghiệp của nó.
Đá phải chứa nguyên liệu thô nhôm ở dạng được chiết xuất ở dạng tinh khiết bằng các phương pháp đã biết.

Đặc điểm của đá tự nhiên bôxít

Trầm tích tự nhiên của bauxit, nepheline, alunites, đất sét và kaolin có thể dùng như một nguồn nguyên liệu thô. Bauxit là chất bão hòa nhất với các hợp chất nhôm. Đất sét và kaolin là những loại đá phổ biến nhất có hàm lượng alumin đáng kể. Các mỏ khoáng chất này nằm trên bề mặt trái đất. Bauxit trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất nhị phân của kim loại với oxi. Hợp chất này được lấy từ núi tự nhiên quặngở dạng bôxit, bao gồm các ôxít của một số nguyên tố hóa học: nhôm, kali, natri, magiê, sắt, titan, silic, phốt pho. Tùy thuộc vào tiền gửi, bauxit chứa từ 28 đến 80% alumin trong thành phần của chúng. Đây là nguyên liệu chính để thu được một kim loại duy nhất. Chất lượng của bôxit làm nguyên liệu thô cho nhôm phụ thuộc vào hàm lượng alumin trong đó. Điều này xác định vật lý tính chất bôxít:

Khoáng chất là một cấu trúc tinh thể tiềm ẩn hoặc ở trạng thái vô định hình. Nhiều khoáng chất có dạng đông đặc của hydrogel có thành phần đơn giản hoặc phức tạp.
Màu sắc của bôxít tại các điểm khai thác khác nhau từ gần như trắng đến đỏ sẫm. Có những cặn có màu đen của khoáng chất.
Tỷ trọng của các khoáng chất chứa nhôm phụ thuộc vào thành phần hóa học của chúng và vào khoảng 3.500 kg / m3.
Thành phần hóa học và cấu trúc của bôxit quyết định chất rắn tính chất khoáng sản. Các khoáng chất cứng nhất được phân biệt bằng độ cứng 6 đơn vị trên thang đo được thông qua trong ngành khoáng vật học.
Là một khoáng chất tự nhiên, bôxít có một số tạp chất, thường là các ôxít của sắt, canxi, magiê, mangan, tạp chất của hợp chất titan và phốt pho.

Bauxit, kaolin, đất sét có chứa tạp chất của các hợp chất khác trong thành phần của chúng, trong quá trình chế biến nguyên liệu, chúng được thải ra ngoài thành các ngành công nghiệp riêng biệt. Chỉ ở Nga, người ta mới sử dụng các mỏ có trầm tích đá, trong đó alumina có nồng độ thấp hơn mới được sử dụng. Gần đây, alumin bắt đầu được thu nhận từ các nephelin, ngoài alumin còn chứa các oxit của các kim loại như kali, natri, silic và không kém phần quý giá là đá phèn, alunit.

Phương pháp xử lý khoáng chứa nhôm

Công nghệ thu nhận alumin tinh khiết từ quặng nhôm không thay đổi kể từ khi phát hiện ra kim loại này. Thiết bị sản xuất của nó đang được cải tiến để có thể thu được nhôm nguyên chất. Các công đoạn sản xuất chính để thu được kim loại nguyên chất:

Khai thác quặng từ các mỏ đã phát triển.
Quá trình xử lý sơ cấp từ đá thải để tăng hàm lượng alumin là một quá trình được hưởng lợi.
Thu được nhôm nguyên chất, điện phân khử nhôm ra khỏi oxit của nó.

Quá trình sản xuất kết thúc với một kim loại có nồng độ 99,99%.

Khai thác và làm giàu alumin

Alumina hoặc nhôm oxit không tồn tại trong tự nhiên ở dạng nguyên chất. Nó được chiết xuất từ quặng nhôm bằng phương pháp thủy hóa. Khai thác quặng nhôm trong tiền gửi thường nổ tung, cung cấp một địa điểm khai thác ở độ sâu khoảng 20 mét, từ đó nó được chọn và đưa vào quá trình xử lý tiếp theo;

Sử dụng thiết bị đặc biệt (sàng lọc, máy phân loại), quặng được nghiền và phân loại, loại bỏ đá thải (quặng đuôi). Ở giai đoạn làm giàu alumin này, các phương pháp rửa và sàng lọc được sử dụng vì có lợi nhất về mặt kinh tế.
Quặng tinh khiết lắng xuống dưới đáy của nhà máy cô đặc được trộn với một khối lượng xút nung nóng trong một nồi hấp.
Hỗn hợp được đưa qua hệ thống các tàu thép cường độ cao. Các tàu được trang bị áo hơi giúp duy trì nhiệt độ cần thiết. Áp suất hơi nước được duy trì ở mức 1,5-3,5 MPa cho đến khi chuyển hoàn toàn các hợp chất nhôm từ đá đã làm giàu thành natri aluminat trong dung dịch natri hydroxit quá nhiệt.
Sau khi làm lạnh, chất lỏng đi qua giai đoạn lọc, kết quả là kết tủa rắn được tách ra và thu được dung dịch aluminat tinh khiết siêu bão hòa. Khi dư lượng nhôm hydroxit từ chu kỳ trước được thêm vào dung dịch tạo thành, quá trình phân hủy được tăng tốc.
Đối với quá trình làm khô cuối cùng của alumin hydrat, quy trình nung được sử dụng.

Điện phân sản xuất nhôm nguyên chất

Nhôm nguyên chất thu được bằng cách sử dụng một quá trình liên tục, nhờ đó nhôm được nung bước vào giai đoạn khử điện phân. Máy điện phân hiện đại đại diện cho một thiết bị bao gồm các bộ phận sau:

Làm bằng vỏ thép lót các khối và tấm than. Trong quá trình hoạt động, một lớp màng dày đặc của chất điện phân đông đặc được hình thành trên bề mặt của thân bồn tắm, lớp màng này bảo vệ lớp lót khỏi bị phá hủy bởi sự tan chảy của chất điện ly.
Một lớp nhôm nóng chảy ở đáy bồn tắm, dày 10–20 cm, đóng vai trò là cực âm trong thiết lập này.
Dòng điện được cung cấp để nấu chảy nhôm thông qua các khối carbon và các thanh thép nhúng.
Các cực dương, được treo trên một khung sắt với các chốt thép, được cung cấp với các thanh nối với một cơ cấu nâng. Khi nó cháy, cực dương chìm xuống và các thanh được sử dụng như một phần tử để cung cấp dòng điện.
Trong các phân xưởng, các máy điện phân được lắp đặt tuần tự thành nhiều hàng (hai hoặc bốn hàng).

Thanh lọc bổ sung nhôm bằng cách tinh chế

Nếu nhôm được chiết xuất từ các bộ điện phân không đáp ứng các yêu cầu cuối cùng, nó sẽ được làm sạch bổ sung bằng cách tinh chế. Trong công nghiệp, quá trình này được thực hiện trong một máy điện phân đặc biệt, chứa ba lớp chất lỏng:

Đáy - nhôm tái chế với việc bổ sung khoảng 35% đồng, đóng vai trò như một cực dương. Đồng có mặt để làm cho lớp nhôm nặng hơn, đồng không tan trong hợp kim cực dương, khối lượng riêng của nó nên vượt quá 3000 kg / m3.
Lớp giữa là hỗn hợp của florua và clorua của bari, canxi, nhôm với nhiệt độ nóng chảy khoảng 730 ° C.
Lớp trên - nhôm tinh chế nguyên chất một chất nóng chảy tan ở lớp anot và bốc lên. Nó đóng vai trò là cực âm trong mạch này. Dòng điện được cung cấp bởi một điện cực graphit.

Trong quá trình điện phân, các tạp chất vẫn còn ở lớp anot và chất điện phân. Hiệu suất của nhôm nguyên chất là 95–98%. Sự phát triển của các mỏ chứa nhôm được coi là hàng đầu trong nền kinh tế quốc dân, do đặc tính của nhôm, hiện đang chiếm vị trí thứ hai sau sắt trong nền công nghiệp hiện đại.

Trong nền công nghiệp hiện đại, quặng nhôm là nguyên liệu thô được yêu cầu nhiều nhất. Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ đã mở rộng phạm vi ứng dụng của nó. Quặng nhôm là gì và nó được khai thác ở đâu được mô tả trong bài viết này.

Giá trị công nghiệp của nhôm

Nhôm được coi là kim loại phổ biến nhất. Theo số lượng trầm tích trong vỏ trái đất, nó đứng thứ ba. Nhôm hay còn được mọi người biết đến là một nguyên tố trong bảng tuần hoàn, thuộc nhóm kim loại nhẹ.

Quặng nhôm là một nguyên liệu thô tự nhiên để thu được kim loại này. Nó chủ yếu được khai thác từ bauxit, có chứa ôxít nhôm (alumin) với số lượng lớn nhất - từ 28 đến 80%. Các loại đá khác - alunit, nepheline và nepheline-apatit cũng được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất nhôm, nhưng chúng có chất lượng kém hơn và chứa ít alumin hơn nhiều.

Trong luyện kim màu, nhôm chiếm vị trí đầu tiên. Thực tế là do đặc điểm của nó mà nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Vì vậy, kim loại này được sử dụng trong kỹ thuật vận tải, sản xuất bao bì, xây dựng, sản xuất các mặt hàng tiêu dùng khác nhau. Nhôm cũng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện.

Để hiểu được tầm quan trọng của nhôm đối với con người, chỉ cần xem xét kỹ hơn các vật dụng gia đình mà chúng ta sử dụng hàng ngày là đủ. Rất nhiều đồ gia dụng được làm bằng nhôm: đó là các bộ phận của thiết bị điện (tủ lạnh, máy giặt, v.v.), bát đĩa, dụng cụ thể thao, đồ lưu niệm, các yếu tố nội thất. Nhôm thường được sử dụng để sản xuất các loại thùng chứa và bao bì. Ví dụ, lon hoặc hộp đựng giấy bạc dùng một lần.

Các loại quặng nhôm

Nhôm được tìm thấy trong hơn 250 loại khoáng chất. Trong số này, giá trị nhất cho ngành công nghiệp là bôxít, nepheline và alunit. Hãy xem xét chi tiết hơn về chúng.

quặng bauxit

Nhôm không được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng nguyên chất. Nó chủ yếu thu được từ quặng nhôm - bôxit. Nó là một khoáng chất chủ yếu bao gồm các hydroxit nhôm, cũng như các oxit của sắt và silic. Do hàm lượng alumin cao (từ 40 đến 60%) nên bôxit được dùng làm nguyên liệu sản xuất nhôm.

Tính chất vật lý của quặng nhôm:

khoáng chất đục có màu đỏ và xám với nhiều sắc thái khác nhau;
độ cứng của các mẫu bền nhất là 6 trên thang đo khoáng vật học;
tỷ trọng của bôxit, tùy thuộc vào thành phần hóa học, dao động trong khoảng 2900-3500 kg / m³.

Các mỏ quặng bôxit tập trung ở các đới xích đạo và nhiệt đới của trái đất. Nhiều mỏ cổ hơn nằm trên lãnh thổ của Nga.

Quặng nhôm bôxít được hình thành như thế nào

Bauxit được hình thành từ monohydrat alumin hydrat, boehmite và diaspore, trihydrat hydrat - hydrargillit và các khoáng chất đi kèm là hydroxit và oxit sắt.

Tùy thuộc vào thành phần của các nguyên tố hình thành tự nhiên, có ba nhóm quặng bôxit:

Bô xít monohydrat - chứa alumin ở dạng một nước.
Trihydrate - những khoáng chất như vậy bao gồm alumin ở dạng ba nước.
Hỗn hợp - nhóm này bao gồm các quặng nhôm trước đó kết hợp với nhau.

Các mỏ vật liệu thô được hình thành do quá trình phong hóa của các loại đá có tính axit, kiềm và đôi khi là đá bazơ, hoặc do sự lắng đọng dần dần của một lượng lớn alumin dưới đáy biển và hồ.

Quặng alunit

Loại cặn này chứa tới 40% nhôm oxit. Quặng alunit được hình thành trong lưu vực nước và các đới ven biển trong điều kiện hoạt động mạnh của nhiệt dịch và núi lửa. Một ví dụ về các khoản tiền gửi như vậy là Hồ Zaglinskoye ở Little Caucasus.

Giống xốp. Nó chủ yếu bao gồm kaolinites và hydromicas. Các loại quặng được quan tâm trong công nghiệp là quặng có hàm lượng alunit trên 50%.

Nepheline

Nó là một loại quặng nhôm có nguồn gốc từ lửa. Nó là một loại đá kiềm toàn tinh thể. Tùy thuộc vào thành phần và tính năng công nghệ chế biến, một số loại quặng nepheline được phân biệt:

lớp một - 60–90% nepheline; nó chứa hơn 25% alumin; quá trình xử lý được thực hiện bằng cách thiêu kết;
lớp 2 - 40-60% nepheline, lượng alumin thấp hơn một chút - 22-25%; cần phải làm giàu trong quá trình chế biến;
lớp thứ ba là khoáng chất nepheline, không có giá trị công nghiệp.

Sản xuất quặng nhôm trên thế giới

Lần đầu tiên, quặng nhôm được khai thác vào nửa đầu thế kỷ 19 ở phía đông nam nước Pháp, gần thị trấn Box. Đây là nơi mà cái tên bauxite bắt nguồn. Lúc đầu, ngành công nghiệp này phát triển với tốc độ chậm. Nhưng khi nhân loại đánh giá cao loại quặng nhôm hữu ích cho sản xuất, phạm vi của nhôm đã mở rộng đáng kể. Nhiều quốc gia đã bắt đầu tìm kiếm tiền gửi trong lãnh thổ của họ. Do đó, sản lượng quặng nhôm trên thế giới bắt đầu tăng dần. Các số liệu xác nhận thực tế này. Như vậy, nếu năm 1913, khối lượng quặng khai thác trên toàn cầu là 540 nghìn tấn, thì năm 2014 là hơn 180 triệu tấn.

Số lượng các nước sản xuất quặng nhôm cũng dần tăng lên. Ngày nay có khoảng 30. Nhưng trong hơn 100 năm qua, các quốc gia và khu vực dẫn đầu đã không ngừng thay đổi. Vì vậy, vào đầu thế kỷ 20, Bắc Mỹ và Tây Âu đã dẫn đầu thế giới về khai thác và sản xuất quặng nhôm. Hai khu vực này chiếm khoảng 98% sản lượng toàn cầu. Vài thập kỷ sau, về các chỉ tiêu định lượng của ngành công nghiệp nhôm, các nước Đông Âu, Mỹ Latinh và Liên Xô đã trở thành những nước đi đầu. Và trong những năm 1950 và 1960, Mỹ Latinh đã trở thành nước dẫn đầu về sản lượng. Và trong những năm 1980-1990. đã có một bước đột phá nhanh chóng trong ngành công nghiệp nhôm ở Úc và Châu Phi. Trong xu hướng toàn cầu hiện nay, các quốc gia khai thác nhôm chính là Úc, Brazil, Trung Quốc, Guinea, Jamaica, Ấn Độ, Nga, Suriname, Venezuela và Hy Lạp.

Tiền gửi quặng ở Nga

Về sản xuất quặng nhôm, Nga đứng thứ 7 trong bảng xếp hạng thế giới. Mặc dù trữ lượng quặng nhôm ở Nga cung cấp kim loại cho nước này với số lượng lớn, nhưng nó không đủ để cung cấp đầy đủ cho ngành công nghiệp này. Do đó, nhà nước buộc phải mua bauxite của các nước khác.

Tổng cộng có 50 mỏ quặng nằm trên lãnh thổ của Nga. Con số này bao gồm cả những nơi đang khai thác khoáng sản và những mỏ chưa được phát triển.

Phần lớn trữ lượng quặng nằm ở phần châu Âu của đất nước. Ở đây chúng được đặt tại các vùng Sverdlovsk, Arkhangelsk, Belgorod, thuộc Cộng hòa Komi. Tất cả các vùng này chứa 70% trữ lượng quặng đã thăm dò của cả nước.

Quặng nhôm ở Nga vẫn được khai thác trong các mỏ bô-xit cũ. Những khu vực này bao gồm cánh đồng Radynskoye ở vùng Leningrad. Ngoài ra, do sự thiếu hụt nguyên liệu thô, Nga sử dụng các loại quặng nhôm khác, những mỏ có chất lượng kém nhất là khoáng sản. Nhưng chúng vẫn thích hợp cho các mục đích công nghiệp. Vì vậy, ở Nga, quặng nepheline được khai thác với số lượng lớn, điều này cũng giúp thu được nhôm.

Bauxite là quặng chính để sản xuất nhôm. Sự hình thành cặn gắn liền với quá trình phong hóa và chuyển hóa vật chất, trong đó ngoài nhôm hydroxit còn có các nguyên tố hóa học khác. Công nghệ khai thác kim loại cung cấp một quy trình sản xuất công nghiệp có lợi nhuận kinh tế mà không tạo ra chất thải.

Bauxite là quặng chính để sản xuất nhôm

Đặc điểm của khoáng sản quặng

Tên của nguyên liệu khoáng sản để khai thác nhôm xuất phát từ tên của khu vực ở Pháp, nơi các mỏ đầu tiên được phát hiện. Bauxite bao gồm các hydroxit nhôm, vì nó có chứa các khoáng chất đất sét, oxit sắt và hydroxit là các tạp chất.

Về ngoại hình, bauxite là đá, và ít thường giống như đất sét, đá đồng nhất hoặc nhiều lớp trong kết cấu. Tùy thuộc vào hình thức xuất hiện trong vỏ trái đất mà chúng đặc hay xốp. Khoáng sản được phân loại theo cấu trúc:

mảnh vụn - cuội kết, sỏi kết, cát kết, đá phiến;
nốt sần - cây họ đậu, oolitic.

Nền đất của đá ở dạng thể vùi chứa các thành tạo ôxit sắt hoặc alumin. Quặng bauxit thường có màu nâu hoặc màu gạch, nhưng có các mỏ màu trắng, đỏ, xám, vàng.

Các khoáng chất chính để hình thành quặng là:

người hải ngoại;
hydrogoethit;
goethite;
boehmite;
gibbsite;
kaolinit;
ilmenit;
alumin hematit;
canxit;
viết phụ;
mica.

Phân biệt nền bôxit, các đảo địa chất và đại dương. Các mỏ quặng nhôm được hình thành do quá trình chuyển các sản phẩm phong hóa của đá với sự lắng đọng và trầm tích sau đó của chúng.

Bô xít công nghiệp chứa 28-60% alumin. Khi sử dụng quặng, tỷ lệ của silic sau này không được thấp hơn 2-2,5.

Bộ sưu tập: đá bauxite (25 ảnh)

Bauxite (video)

Ký gửi và khai thác nguyên liệu thô

Nguyên liệu chính để sản xuất công nghiệp nhôm ở Liên bang Nga là bôxít, quặng nepheline và sản phẩm cô đặc của chúng, tập trung ở bán đảo Kola.

Các mỏ bô-xit ở Nga có đặc điểm là chất lượng nguyên liệu thô thấp, điều kiện địa chất và khai thác khó khai thác. Có 44 mỏ được thăm dò trong tiểu bang, trong đó chỉ một phần tư được khai thác.

Việc sản xuất bauxite chính do Công ty cổ phần "Sevuralboksitruda" thực hiện. Mặc dù có trữ lượng quặng nguyên liệu nhưng nguồn cung của các doanh nghiệp chế biến không đồng đều. Trong 15 năm, thiếu hụt ni-cô-tin và bô-xit dẫn đến phải nhập khẩu alumin.

Trữ lượng bôxít trên thế giới tập trung ở 18 quốc gia nằm trong vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Vị trí của bauxit có chất lượng cao nhất được giới hạn trong các khu vực phong hóa đá aluminosilicat trong điều kiện ẩm ướt. Chính tại các khu vực này là nơi tập trung phần lớn nguồn cung cấp nguyên liệu thô toàn cầu.

Trữ lượng lớn nhất tập trung ở Guinea. Về khai thác quặng nguyên liệu thế giới, chức vô địch thuộc về Australia. Brazil có trữ lượng 6 tỷ tấn, Việt Nam - 3 tỷ tấn, trữ lượng bôxít của Ấn Độ có chất lượng cao là 2,5 tỷ tấn, Indonesia - 2 tỷ tấn. Phần lớn quặng tập trung ở ruột của các nước này.

Bô xít được khai thác bằng cách khai thác lộ thiên và hầm lò. Quy trình công nghệ chế biến nguyên liệu thô phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó và quy định cho việc thực hiện công việc theo từng giai đoạn.

Ở giai đoạn đầu tiên, dưới tác động của thuốc thử hóa học, alumin được hình thành, và ở giai đoạn thứ hai, một thành phần kim loại được chiết xuất từ nó bằng cách điện phân từ sự nóng chảy của muối florua.

Một số phương pháp được sử dụng để tạo thành alumin:

thiêu kết;
thủy hóa;
kết hợp.

Việc áp dụng các kỹ thuật phụ thuộc vào nồng độ nhôm trong quặng. Bauxite chất lượng thấp được chế biến theo một cách phức tạp. Điện tích thu được do nung kết từ sôđa đá vôi và bauxit được rửa trôi với một dung dịch. Hydroxit kim loại được hình thành do quá trình xử lý hóa học được tách ra và đem đi lọc.

Dây chuyền chế biến bauxite (video)

Ứng dụng tài nguyên khoáng sản

Việc sử dụng bôxít trong các ngành sản xuất công nghiệp là do tính linh hoạt của nguyên liệu thô về thành phần khoáng chất và tính chất vật lý của nó. Bauxite là một loại quặng mà từ đó nhôm và alumin được chiết xuất.

Việc sử dụng bôxit trong luyện kim đen làm chất trợ dung trong quá trình nấu chảy thép lò hở giúp cải thiện các đặc tính kỹ thuật của sản phẩm.

Trong sản xuất electrocorundum, các đặc tính của bôxit được sử dụng để tạo thành vật liệu chịu lửa, siêu bền (corundum tổng hợp) do quá trình nóng chảy trong lò điện với sự tham gia của antraxit làm chất khử và mạt sắt.

Bôxit khoáng có hàm lượng sắt thấp được sử dụng trong sản xuất xi măng chịu lửa, đông cứng nhanh. Ngoài nhôm, sắt, titan, gali, zirconi, crom, niobi và TR (nguyên tố đất hiếm) được khai thác từ nguyên liệu quặng.

Bauxit được sử dụng để sản xuất sơn, chất mài mòn, chất hấp thụ. Quặng có hàm lượng sắt thấp được sử dụng trong sản xuất các chế phẩm chịu lửa.

Trong ngành công nghiệp hiện đại, quặng nhôm đã trở nên phổ biến nhất. Nhôm là kim loại phổ biến nhất trong tất cả các kim loại tồn tại trên trái đất ngày nay. Ngoài ra, anh thuộc về vị trí thứ ba trong bảng xếp hạng về số lượng cặn bẩn trong ruột của Trái đất. Ngoài ra, nhôm là kim loại nhẹ nhất. Quặng nhôm là một loại đá dùng làm vật liệu để lấy kim loại. Nhôm có những đặc tính vật lý và hóa học nhất định giúp nó có thể thích ứng ứng dụng của nó cho các lĩnh vực hoạt động hoàn toàn khác nhau của con người. Vì vậy, nhôm đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như kỹ thuật, ô tô, xây dựng, trong sản xuất các thùng chứa và bao bì khác nhau, kỹ thuật điện và hàng tiêu dùng khác. Hầu hết mọi thiết bị gia dụng được sử dụng hàng ngày của một người đều chứa nhôm ở mức độ này hay cách khác.

Khai thác nhôm

Có một số lượng rất lớn các khoáng chất, trong thành phần của nó có sự hiện diện của kim loại này từng được phát hiện. Các nhà khoa học đã đưa ra kết luận rằng kim loại này có thể được khai thác từ hơn 250 loại khoáng chất. Tuy nhiên, việc khai thác kim loại hoàn toàn không mang lại lợi nhuận cho tất cả các loại quặng, do đó, trong số tất cả các loại quặng hiện có, có những loại quặng nhôm có giá trị nhất, từ đó thu được kim loại. Đó là: bôxít, nepheline, và cả alunit. Trong tất cả các loại quặng nhôm, hàm lượng nhôm tối đa được ghi nhận trong bôxít. Đó là trong chúng có khoảng 50% oxit nhôm. Theo quy luật, mỏ bô-xit nằm ngay trên bề mặt trái đất với số lượng đủ lớn. Bauxite là một loại đá không trong suốt có màu đỏ hoặc xám. Các mẫu bôxít mạnh nhất trên thang đo khoáng vật được ước tính là 6 điểm. Chúng có các mật độ khác nhau từ 2900 đến 3500 kg / m3, phụ thuộc trực tiếp vào thành phần hóa học. Quặng bauxit được phân biệt bởi thành phần hóa học phức tạp, bao gồm nhôm hydroxit, sắt và oxit silic, cũng như từ 40% đến 60% alumin, là nguyên liệu chính để sản xuất nhôm. Điều đáng nói là các vành đai xích đạo và nhiệt đới trên cạn là khu vực chính, nổi tiếng với các mỏ quặng bôxit. Sự hình thành bôxít đòi hỏi sự tham gia của một số thành phần, bao gồm alumin monohydrat, boehmite, diaspore, và các khoáng chất hydroxit sắt khác nhau cùng với oxit sắt. Sự phong hóa của các loại đá có tính axit, kiềm, và trong một số trường hợp là đá cơ bản, cũng như sự lắng xuống chậm của alumin dưới đáy các hồ chứa, dẫn đến sự hình thành quặng bôxít. Từ hai tấn nhôm alumin, người ta thu được một nửa - 1 tấn. Và để có hai tấn alumin thì cần khai thác khoảng 4,5 tấn bô xít. Nhôm cũng có thể được lấy từ nephelines và alunites. Trước đây, tùy thuộc vào cấp của chúng, có thể chứa từ 22% đến 25% alumin. Trong khi alunit kém hơn một chút so với bauxit, và 40% bao gồm nhôm oxit.

Quặng nhôm của Nga

Liên bang Nga đứng thứ 7 trong số các quốc gia trên thế giới về lượng quặng nhôm được khai thác. Điều đáng chú ý là nguyên liệu thô này được khai thác với số lượng rất lớn trên lãnh thổ của nhà nước Nga. Tuy nhiên, đất nước đang thiếu hụt đáng kể kim loại này, và không thể cung cấp với số lượng cần thiết cho nguồn cung tuyệt đối của ngành công nghiệp. Đây là lý do chính khiến Nga phải mua quặng nhôm từ các nước khác, cũng như khai thác mỏ với quặng khoáng chất lượng thấp. Có khoảng 50 tiền gửi trong bang, số lượng lớn nhất nằm ở phần Châu Âu của bang. Tuy nhiên, Radynkskoe là mỏ quặng nhôm lâu đời nhất ở Nga. Vị trí của nó là vùng Leningrad. Nó bao gồm bauxit, từ thời cổ đại đã là vật liệu chính và không thể thiếu để sản xuất nhôm sau này.

Sản xuất nhôm ở Nga

Vào đầu thế kỷ 20, ngành công nghiệp nhôm ra đời ở Nga. Đó là vào năm 1932, nhà máy sản xuất đầu tiên để sản xuất nhôm xuất hiện ở Volkhov. Và vào ngày 14 tháng 5 cùng năm, xí nghiệp lần đầu tiên có được một lô kim loại. Hàng năm, các mỏ quặng nhôm mới đã được phát triển trên lãnh thổ của bang và các công suất mới được đưa vào hoạt động, đã được mở rộng đáng kể trong Chiến tranh thế giới thứ hai. Thời kỳ sau chiến tranh của đất nước được đánh dấu bằng việc mở ra các xí nghiệp mới, hoạt động chính là sản xuất các sản phẩm chế tạo, nguyên liệu chính là hợp kim nhôm. Đồng thời, đưa vào hoạt động xí nghiệp alumin Pikalevsky. Nga nổi tiếng với sự đa dạng của các nhà máy, nhờ đó đất nước này sản xuất nhôm. Trong số này, quy mô lớn nhất không chỉ ở Nga mà trên toàn thế giới, là UC Rusal. Ông quản lý để sản xuất khoảng 3,603 triệu tấn nhôm vào năm 2015, và năm 2012 doanh nghiệp đạt 4,173 triệu tấn kim loại.



Nhôm / Nhôm (Al), 13







1,61 (thang điểm Pauling)


Thứ nhất: 577,5 (5,984) kJ / mol (eV) Lần 2: 1816,7 (18,828) kJ / mol (eV)
Cứng
2,6989 g / cm³
660 ° C, 933,5K
2518,82 ° C, 2792K
10,75 kJ / mol
284,1 kJ / mol
24,35 24,2 J / (K mol)
10,0 cm³ / mol
lập phương tâm


(300 K) 237 W / (m K)

ký hiệu mã

Chỉ ra rằng nhôm có thể được tái chế Nhôm- một nguyên tố thuộc nhóm 13 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học (theo cách phân loại đã lỗi thời - một nguyên tố thuộc phân nhóm chính nhóm III), thuộc chu kỳ 3, có số hiệu nguyên tử là 13. Nó được ký hiệu bằng ký hiệu Al ( vĩ độ. Nhôm). Thuộc nhóm kim loại nhẹ. Là kim loại phổ biến nhất và là nguyên tố hóa học phổ biến thứ ba trong vỏ trái đất (sau ôxy và silic). chất đơn giản nhôm- kim loại thuận từ nhẹ có màu trắng bạc, dễ đúc, đúc, gia công. Nhôm có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao, khả năng chống ăn mòn do sự hình thành nhanh chóng của các màng oxit mạnh giúp bảo vệ bề mặt khỏi bị tương tác thêm.

Lịch sử

Nhôm lần đầu tiên được nhà vật lý người Đan Mạch Hans Oersted thu được vào năm 1825 bằng tác dụng của hỗn hống kali với nhôm clorua, sau đó là chưng cất thủy ngân. Tên của phần tử có nguồn gốc từ vĩ độ. alumen- phèn chua. Trước khi phát hiện ra phương pháp công nghiệp để sản xuất nhôm, kim loại này còn đắt hơn vàng. Năm 1889, người Anh với mong muốn tôn vinh nhà hóa học vĩ đại người Nga D. I. Mendeleev bằng một món quà phong phú, đã tặng ông những chiếc cân làm bằng vàng và nhôm.

Biên nhận

Nhôm tạo thành một liên kết hóa học mạnh với oxy. So với các kim loại khác, việc thu hồi nhôm từ quặng khó khăn hơn do tính phản ứng cao và nhiệt độ nóng chảy cao của hầu hết các loại quặng của nó (chẳng hạn như bôxít). Không thể sử dụng phương pháp khử trực tiếp bằng carbon vì khả năng khử của nhôm cao hơn carbon. Quá trình khử gián tiếp có thể thu được sản phẩm trung gian Al4C3, sản phẩm này bị phân hủy ở 1900-2000 ° C với sự hình thành nhôm. Phương pháp này đang được phát triển nhưng dường như có nhiều ưu điểm hơn so với quy trình Hall-Héroult vì nó cần ít năng lượng hơn và tạo ra ít CO2 hơn. Phương pháp chuẩn bị hiện đại, quy trình Hall-Héroult, được phát triển độc lập bởi Charles Hall người Mỹ và người Pháp Paul Héroux vào năm 1886. Nó bao gồm sự hòa tan của nhôm oxit Al2O3 trong một sự nóng chảy của criolit Na3AlF6, sau đó là điện phân sử dụng các điện cực than chì hoặc than chì tiêu hao. Phương pháp thu nhận này đòi hỏi lượng điện rất lớn, và do đó chỉ được ứng dụng trong công nghiệp trong thế kỷ 20. Để sản xuất 1000 kg nhôm thô cần 1920 kg alumin, 65 kg criolit, 35 kg nhôm florua, 600 kg điện cực graphit anốt và khoảng 17 MWh điện (~ 61 GJ). Một phương pháp trong phòng thí nghiệm để sản xuất nhôm được Friedrich Wöhler đề xuất vào năm 1827 bằng cách khử nhôm clorua khan với kim loại kali (phản ứng xảy ra khi đun nóng mà không có không khí):

AlCl3 + 3K → 3KCl + Al (kiểu hiển thị (mathsf (AlCl_ (3) + 3Krightarrow 3KCl + Al)))

Tính chất vật lý

Cấu trúc vi mô nhôm trên bề mặt khắc của thỏi, tinh khiết 99,9998%, kích thước khu vực nhìn thấy được khoảng 55 × 37 mm

Kim loại màu trắng bạc, ánh sáng
mật độ - 2712 kg / m³
điểm nóng chảy đối với nhôm kỹ thuật - 658 ° C, đối với nhôm có độ tinh khiết cao - 660 ° C
nhiệt dung riêng của phản ứng tổng hợp - 390 kJ / kg
điểm sôi - 2500 ° C
nhiệt riêng của sự bay hơi - 10,53 MJ / kg
nhiệt dung riêng - 897 J / kg K
độ bền kéo của nhôm đúc - 10-12 kg / mm², có thể biến dạng - 18-25 kg / mm², hợp kim - 38-42 kg / mm²
Độ cứng Brinell - 24… 32 kgf / mm²
độ dẻo cao: kỹ thuật - 35%, sạch - 50%, được cuộn thành tấm mỏng và lá đều
Mô-đun của Young - 70 GPa
Nhôm có độ dẫn điện cao (37 106 S / m) và độ dẫn nhiệt (203,5 W / (m K)), 65% độ dẫn điện của đồng, có hệ số phản xạ ánh sáng cao.
Paramagnet yếu.
Hệ số nhiệt độ của giãn nở tuyến tính 24,58 10−6 K − 1 (20… 200 ° C).
Điện trở suất 0,0262..0,0295 Ohm mm² / m
Hệ số nhiệt độ của điện trở là 4,3 · 10−3 K − 1. Nhôm chuyển sang trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ 1,2 kelvin.

Nhôm tạo thành hợp kim với hầu hết các kim loại. Được biết đến nhiều nhất là hợp kim với đồng và magiê (duralumin) và silic (silumin).

Ở trong tự nhiên

Sự phổ biến

Về mức độ phổ biến trong vỏ trái đất, nó chiếm vị trí số 1 trong số các kim loại và vị trí thứ 3 trong số các nguyên tố, chỉ đứng sau ôxy và silic. Theo các nhà nghiên cứu, nồng độ khối lượng của nhôm trong vỏ trái đất, ước tính vào khoảng 7,45 đến 8,14%.

Hợp chất nhôm tự nhiên

Trong tự nhiên, nhôm, do có hoạt tính hóa học cao nên hầu như chỉ xảy ra ở dạng hợp chất. Một số khoáng chất nhôm có trong tự nhiên là:

Bauxit - Al2O3 H2O (với phụ gia SiO2, Fe2O3, CaCO3)
Nephelines - KNa34
Alunites - (Na, K) 2SO4 Al2 (SO4) 3 4Al (OH) 3
Alumina (hỗn hợp kaolin với cát SiO2, đá vôi CaCO3, magnesit MgCO3)
Corundum (sapphire, ruby, đá nhám) - Al2O3
Fenspat - (K, Na) 2O Al2O3 6SiO2, Ca
Kaolinit - Al2O3 2SiO2 2H2O
Beryl (ngọc lục bảo, aquamarine) - 3BeO Al2O3 6SiO2
Chrysoberyl (alexandrit) - BeAl2O4.

Tuy nhiên, trong một số điều kiện khử cụ thể (lỗ thông núi lửa), lượng vết của kim loại nhôm bản địa đã được tìm thấy. Trong các vùng nước tự nhiên, nhôm được tìm thấy dưới dạng các hợp chất hóa học ít độc hại, chẳng hạn như nhôm florua. Trước hết, loại cation hoặc anion phụ thuộc vào tính axit của môi trường nước. Nồng độ nhôm trong các vùng nước của Nga nằm trong khoảng từ 0,001 đến 10 mg / l. Trong nước biển, nồng độ của nó là 0,01 mg / l.

Đồng vị của nhôm

Nhôm tự nhiên gần như hoàn toàn bao gồm một đồng vị ổn định duy nhất, 27Al, với các vết không đáng kể của 26Al, đồng vị phóng xạ tồn tại lâu nhất với chu kỳ bán rã 720.000 năm, được tạo ra trong khí quyển bằng cách phân tách các hạt nhân argon 40Ar bởi năng lượng cao vũ trụ. tia proton.

Tính chất hóa học

Ở điều kiện thường, nhôm được bao phủ bởi một màng oxit mỏng và bền nên không phản ứng với các chất oxi hóa cổ điển: với H2O, O2, HNO3 (không đun nóng), H2SO4, nhưng phản ứng với HCl. Do đó, nhôm thực tế không bị ăn mòn và do đó được yêu cầu rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại. Tuy nhiên, khi màng oxit bị phá hủy (ví dụ, khi tiếp xúc với dung dịch muối amoni NH +, kiềm nóng, hoặc kết quả của sự hỗn hợp), nhôm đóng vai trò là kim loại có tính khử hoạt động. Có thể ngăn chặn sự hình thành màng oxit bằng cách thêm các kim loại như gali, indium hoặc thiếc vào nhôm. Trong trường hợp này, bề mặt của nhôm được làm ướt bởi eutectics nóng chảy thấp dựa trên các kim loại này. Dễ dàng phản ứng với các chất đơn giản:

với oxy để tạo thành alumin:

4Al + 3O2 → 2Al2O3 (kiểu hiển thị (mathsf (4Al + 3O_ (2) mũi tên phải 2Al_ (2) O_ (3))))

với halogen (trừ flo), tạo thành clorua, bromua hoặc nhôm iotua:

2Al + 3Hal2 → 2AlHal3 (Hal = Cl, Br, I) (kiểu hiển thị (mathsf (2Al + 3Hal_ (2) phím phải 2AlHal_ (3) (Hal = Cl, Br, I))))

phản ứng với các phi kim loại khác khi đun nóng:

với flo, tạo thành nhôm florua:

2Al + 3F2 → 2AlF3 (kiểu hiển thị (mathsf (2Al + 3F_ (2) phím mũi tên phải 2AlF_ (3))))

với lưu huỳnh, tạo thành nhôm sunfua:

2Al + 3S → Al2S3 (kiểu hiển thị (mathsf (2Al + 3Srightarrow Al_ (2) S_ (3))))

với nitơ để tạo thành nhôm nitrua:

2Al + N2 → 2AlN (kiểu hiển thị (mathsf (2Al + N_ (2) phím mũi tên phải 2AlN)))

với cacbon, tạo thành nhôm cacbua:

4Al + 3C → Al4C3 (kiểu hiển thị (mathsf (4Al + 3Crightarrow Al_ (4) C_ (3))))

Nhôm sunfua và nhôm cacbua bị thủy phân hoàn toàn: Al2S3 + 6H2O → 2Al (OH) 3 + 3H2S (displaystyle (mathsf (Al_ (2) S_ (3) + 6H_ (2) Orightarrow 2Al (OH) _ (3) + 3H_ ( 2) S))) Al4C3 + 12H2O → 4Al (OH) 3 + 3CH4 (kiểu hiển thị (mathsf (Al_ (4) C_ (3) + 12H_ (2) Orightarrow 4Al (OH) _ (3) + 3CH_ (4)) )) Với các chất phức tạp:

với nước (sau khi loại bỏ lớp màng oxit bảo vệ, ví dụ, bằng cách trộn hỗn hợp hoặc các dung dịch kiềm nóng):

2Al + 6H2O → 2Al (OH) 3 + 3H2 (kiểu hiển thị (mathsf (2Al + 6H_ (2) Orightarrow 2Al (OH) _ (3) + 3H_ (2))))

với kiềm (với sự hình thành tetrahydroxoaluminat và các alumin khác):

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2 (displaystyle (mathsf (2Al + 2NaOH + 6H_ (2) Orightarrow 2Na + 3H_ (2)))) 2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H2 (displaystyle (mathsf (2Al + 6NaOHrightarrow 2Na_ (3 ) AlO_ (3) + 3H_ (2))))

Dễ dàng hòa tan trong axit clohydric và axit sulfuric loãng:

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 (kiểu hiển thị (mathsf (2Al + 6HClrightarrow 2AlCl_ (3) + 3H_ (2)))) 2Al + 3H2SO4 → Al2 (SO4) 3 + 3H2 (kiểu hiển thị (mathsf (2Al + 3H_ (2) SO_ (4) phím mũi tên phải Al_ (2) (SO_ (4)) _ (3) + 3H_ (2))))

Khi đun nóng, nó tan trong axit - chất oxi hóa tạo thành muối nhôm hòa tan:

8Al + 15H2SO4 → 4Al2 (SO4) 3 + 3H2S + 12H2O (kiểu hiển thị (mathsf (8Al + 15H_ (2) SO_ (4) mũi tên phải 4Al_ (2) (SO_ (4)) _ (3) + 3H_ (2) S + 12H_ (2) O))) Al + 6HNO3 → Al (NO3) 3 + 3NO2 + 3H2O (kiểu hiển thị (mathsf (Al + 6HNO_ (3) mũi tên phải Al (NO_ (3)) _ (3) + 3NO_ (2) + 3H_ (2) O)))

phục hồi kim loại từ oxit của chúng (alumisoftmy):

8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe (displaystyle (mathsf (8Al + 3Fe_ (3) O_ (4) rightarrow 4Al_ (2) O_ (3) + 9Fe))) 2Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2Cr (displaystyle (mathsf (2Al + Cr_) (2) O_ (3) mũi tên phải Al_ (2) O_ (3) + 2Cr)))

Sản xuất và thị trường

Sản lượng nhôm hàng triệu tấn Không có thông tin đáng tin cậy về việc sản xuất nhôm trước thế kỷ 19. (Đôi khi có liên quan đến Lịch sử tự nhiên của Pliny, khẳng định rằng nhôm được biết đến dưới thời hoàng đế Tiberius là dựa trên sự hiểu sai về nguồn gốc). Năm 1825, nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian Oersted đã nhận được vài miligam nhôm kim loại, và vào năm 1827, Friedrich Wöhler đã có thể cô lập các hạt nhôm, tuy nhiên, ngay lập tức chúng được bao phủ bởi một lớp nhôm oxit mỏng trong không khí. Cho đến cuối thế kỷ 19, nhôm vẫn chưa được sản xuất ở quy mô công nghiệp. Chỉ vào năm 1854, Henri Sainte-Clair Deville (nghiên cứu của ông được tài trợ bởi Napoléon III, hy vọng rằng nhôm sẽ hữu ích cho quân đội của ông) đã phát minh ra phương pháp sản xuất công nghiệp đầu tiên của nhôm, dựa trên sự chuyển vị của nhôm thành kim loại natri từ natri kép. clorua và nhôm NaCl AlCl3. Năm 1855, người ta thu được thỏi kim loại đầu tiên nặng 6 - 8 kg. Trong 36 năm áp dụng, từ 1855 đến 1890, 200 tấn nhôm kim loại đã được thu được bằng phương pháp Saint-Clair Deville. Năm 1856, ông cũng thu được nhôm bằng cách điện phân nóng chảy natri-nhôm clorua. Năm 1885, một nhà máy sản xuất nhôm được xây dựng tại thành phố Gmelingem của Đức, hoạt động theo công nghệ do Nikolai Beketov đề xuất. Công nghệ của Beketov không khác nhiều so với phương pháp Deville, nhưng nó đơn giản hơn và bao gồm sự tương tác giữa cryolite (Na3AlF6) và magiê. Trong 5 năm, nhà máy này đã sản xuất khoảng 58 tấn nhôm - hơn 1/4 sản lượng kim loại được sản xuất bằng phương pháp hóa học trên thế giới trong giai đoạn từ năm 1854 đến năm 1890. Phương pháp do Charles Hall ở Mỹ và Paul Héroux ở Pháp (1886) phát minh ra gần như đồng thời dựa trên việc sản xuất nhôm bằng cách điện phân alumin hòa tan trong cryolit nóng chảy, đã đặt nền móng cho phương pháp sản xuất nhôm hiện đại. Từ đó do kỹ thuật điện ngày càng hoàn thiện nên sản xuất nhôm ngày càng được cải thiện. Các nhà khoa học Nga K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, và A. A. Yakovkin đã có đóng góp đáng chú ý trong việc phát triển sản xuất alumin. Nhà máy nhôm đầu tiên ở Nga được xây dựng vào năm 1932. năm tại thành phố Volkhov. Công nghiệp luyện kim của Liên Xô năm 1939 sản xuất 47,7 nghìn tấn nhôm, 2,2 nghìn tấn khác phải nhập khẩu. Chiến tranh thế giới thứ hai đã kích thích mạnh mẽ việc sản xuất nhôm. Vì vậy, vào năm 1939, sản lượng toàn cầu của nó, không bao gồm Liên Xô, là 620 nghìn tấn, nhưng đến năm 1943, nó đã tăng lên 1,9 triệu tấn. Đến năm 1956, thế giới sản xuất 3,4 triệu tấn nhôm nguyên sinh, năm 1965 - 5,4 triệu tấn, năm 1980 - 16,1 triệu tấn, năm 1990 - 18 triệu tấn, năm 2007 là 38 triệu tấn nhôm nguyên sinh và năm 2008 - 39,7 triệu tấn. Các nhà lãnh đạo trong sản xuất là:

Trung Quốc Trung Quốc (năm 2007 sản xuất 12,60 triệu tấn và năm 2008 - 13,50 triệu tấn)
Nga Nga (3,96 / 4,20)
Canada Canada (3,09 / 3,10)
US US (2,55 / 2,64)
Úc Úc (1,96 / 1,96)
Brazil Brazil (1,66 / 1,66)
Ấn Độ Ấn Độ (1,22 / 1,30)
Na Uy Na Uy (1,30 / 1,10)
Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất (0,89 / 0,92)
Bahrain Bahrain (0,87 / 0,87)
Nam Phi Nam Phi (0,90 / 0,85)
Iceland Iceland (0,40 / 0,79)
Đức Đức (0,55 / 0,59)
Venezuela Venezuela (0,61 / 0,55)
Mozambique Mozambique (0,56 / 0,55)
Tajikistan Tajikistan (0,42 / 0,42)

Năm 2016, 59 triệu tấn nhôm được sản xuất trên thị trường thế giới, trữ lượng là 2,224 triệu tấn, sản lượng bình quân hàng ngày là 128,6 nghìn tấn (2013,7). Ở Nga, độc quyền sản xuất nhôm là công ty Nhôm Nga, chiếm khoảng 13% thị trường nhôm thế giới và 16% alumin. Trữ lượng bô-xit trên thế giới trên thực tế là không giới hạn, nghĩa là chúng không tương xứng với động lực của nhu cầu. Công suất hiện tại có thể sản xuất lên tới 44,3 triệu tấn nhôm nguyên sinh mỗi năm. Cũng cần lưu ý rằng trong tương lai, một số ứng dụng nhôm có thể được định hướng lại để sử dụng, ví dụ, vật liệu composite. Giá nhôm (tại các cuộc đấu giá của các sở giao dịch hàng hóa quốc tế) từ năm 2007 đến năm 2015 trung bình là 1253-3291 đô la một tấn.

Ứng dụng

Được sử dụng rộng rãi như một vật liệu cấu trúc. Ưu điểm chính của nhôm về chất lượng này là nhẹ, dễ uốn, chống ăn mòn (trong không khí, nhôm được phủ ngay một lớp màng Al2O3 bền chắc, ngăn cản quá trình oxy hóa tiếp tục), tính dẫn nhiệt cao, không có độc tính với các hợp chất của nó. Đặc biệt, những đặc tính này đã làm cho nhôm trở nên cực kỳ phổ biến trong sản xuất đồ nấu nướng, lá nhôm trong ngành công nghiệp thực phẩm và đóng gói. Ba đặc tính đầu tiên khiến nhôm trở thành nguyên liệu chính trong ngành hàng không và vũ trụ (gần đây nó đã dần được thay thế bằng vật liệu composite, chủ yếu là sợi carbon). Nhược điểm chính của nhôm làm vật liệu kết cấu là độ bền thấp, do đó, để tăng cường sức mạnh, nó thường được hợp kim hóa với một lượng nhỏ đồng và magiê (hợp kim được gọi là duralumin). Độ dẫn điện của nhôm chỉ kém 1,7 lần so với đồng, trong khi nhôm rẻ hơn khoảng 4 lần cho mỗi kg, nhưng do mật độ thấp hơn 3,3 lần, để có được điện trở tương đương, nó cần trọng lượng ít hơn khoảng 2 lần. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện để sản xuất dây dẫn, vỏ bọc của chúng, và thậm chí trong vi điện tử khi lắng đọng chất dẫn điện trên bề mặt của các tinh thể vi mạch. Độ dẫn điện thấp hơn của nhôm (3,7 107 S / m) so với đồng (5,84 107 S / m), để duy trì cùng một điện trở, được bù bằng sự gia tăng diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn bằng nhôm. Nhược điểm của nhôm làm vật liệu điện là sự hình thành một màng oxit điện môi mạnh trên bề mặt của nó, làm cho việc hàn khó khăn và do sự suy giảm của điện trở tiếp xúc, gây ra sự gia tăng nhiệt ở các kết nối điện, do đó, ảnh hưởng xấu đến độ tin cậy của tiếp xúc điện và trạng thái của cách điện. Do đó, đặc biệt, ấn bản thứ 7 của Quy tắc Lắp đặt Điện, được thông qua vào năm 2002, cấm sử dụng dây dẫn bằng nhôm có tiết diện nhỏ hơn 16 mm².

Do tính chất phức tạp, nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị nhiệt.
Nhôm và các hợp kim của nó không trở nên giòn ở nhiệt độ cực thấp. Bởi vì điều này, nó được sử dụng rộng rãi trong công nghệ đông lạnh. Tuy nhiên, có một trường hợp đã biết về việc các ống đông lạnh làm bằng hợp kim nhôm bị uốn cong do chúng bị uốn trên lõi đồng trong quá trình phát triển RN Energia.
Khả năng phản xạ cao, kết hợp với chi phí thấp và dễ lắng đọng chân không, làm cho nhôm trở thành vật liệu tối ưu để làm gương.
Trong sản xuất vật liệu xây dựng như một chất tạo khí.
Aluminizing mang lại khả năng chống ăn mòn và cáu cặn cho thép và các hợp kim khác, ví dụ, van động cơ piston, cánh tuabin, bệ dầu, thiết bị trao đổi nhiệt và cũng thay thế cho việc mạ kẽm.
Nhôm sunfua được sử dụng để sản xuất hiđro sunfua.
Nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển nhôm xốp như một vật liệu đặc biệt bền và nhẹ.

Với tư cách là người khôi phục

Là một thành phần của nhiệt rắn, hỗn hợp dùng cho nhiệt kim.
trong pháo hoa.
Nhôm được sử dụng để thu hồi các kim loại hiếm từ oxit hoặc halogenua của chúng.
Hạn chế sử dụng như một bộ bảo vệ cho bảo vệ anốt.

Hợp kim nhôm

Là một vật liệu cấu trúc, không phải nhôm nguyên chất thường được sử dụng, mà là các hợp kim khác nhau dựa trên nó. Tên của loạt hợp kim trong bài viết này được đưa ra cho Hoa Kỳ (tiêu chuẩn H35.1 ANSI) và theo GOST Russia. Ở Nga, các tiêu chuẩn chính là GOST 1583 “Hợp kim nhôm đúc. Thông số kỹ thuật ”và GOST 4784“ Nhôm và hợp kim nhôm rèn. Điểm. Ngoài ra còn có đánh dấu UNS và tiêu chuẩn quốc tế cho hợp kim nhôm và đánh dấu ISO R209 b.

Nhôm-magiê Al-Mg (sê-ri ANSI: 5xxx cho hợp kim rèn và 5xx.x cho hợp kim đúc định hình; GOST: AMg). Các hợp kim của hệ Al-Mg được đặc trưng bởi sự kết hợp của độ bền đạt yêu cầu, độ dẻo tốt, khả năng hàn rất tốt và chống ăn mòn. Ngoài ra, các hợp kim này được đặc trưng bởi khả năng chống rung động cao.

Trong các hợp kim của hệ này, có chứa tới 6% Mg, hệ eutectic của Al3Mg2 tham gia với dung dịch rắn trên cơ sở nhôm được hình thành. Được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp là các hợp kim có hàm lượng magie từ 1 đến 5%. Sự gia tăng hàm lượng Mg trong hợp kim làm tăng đáng kể độ bền của nó. Mỗi phần trăm magiê làm tăng độ bền kéo của hợp kim thêm 30 MPa và độ bền chảy 20 MPa. Trong trường hợp này, độ giãn dài tương đối giảm nhẹ và nằm trong khoảng 30 - 35%. Hợp kim có hàm lượng magiê lên đến 3% (theo khối lượng) ổn định về cấu trúc ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao ngay cả ở trạng thái gia công nguội đáng kể. Khi nồng độ magiê ở trạng thái gia công cứng tăng lên, cấu trúc của hợp kim trở nên không ổn định. Ngoài ra, sự gia tăng hàm lượng magiê trên 6% dẫn đến sự suy giảm khả năng chống ăn mòn của hợp kim. Để cải thiện các đặc tính độ bền của hệ thống Al-Mg, các hợp kim của hệ thống Al-Mg được hợp kim với crom, mangan, titan, silicon hoặc vanadi. Họ cố gắng tránh sự xâm nhập của đồng và sắt vào các hợp kim của hệ thống này, vì chúng làm giảm khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn của chúng.

Nhôm-mangan Al-Mn (dòng ANSI: 3xxx; GOST: AMts). Các hợp kim của hệ thống này có độ bền, độ dẻo và khả năng làm việc tốt, chống ăn mòn cao và khả năng hàn tốt.

Các tạp chất chính trong hợp kim của hệ Al-Mn là sắt và silic. Cả hai nguyên tố này đều làm giảm khả năng hòa tan của mangan trong nhôm. Để có được cấu trúc hạt mịn, các hợp kim của hệ thống này được hợp kim hóa với titan. Sự hiện diện của một lượng mangan đủ đảm bảo sự ổn định của cấu trúc kim loại gia công nguội ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao.

Nhôm-đồng Al-Cu (Al-Cu-Mg) (Dãy ANSI: 2xxx, 2xx.x; ĐIỂM: AM). Các đặc tính cơ học của các hợp kim của hệ thống này ở trạng thái tăng nhiệt đạt, và đôi khi vượt quá các đặc tính cơ học của thép cacbon thấp. Những hợp kim này là công nghệ cao. Tuy nhiên, chúng cũng có một nhược điểm đáng kể - khả năng chống ăn mòn thấp, dẫn đến việc phải sử dụng lớp phủ bảo vệ.

Mangan, silicon, sắt và magiê có thể được sử dụng làm quần lót. Hơn nữa, chất sau có ảnh hưởng mạnh nhất đến các đặc tính của hợp kim: hợp kim với magiê làm tăng đáng kể độ bền kéo và độ bền chảy. Việc bổ sung silicon vào hợp kim làm tăng khả năng lão hóa nhân tạo của nó. Hợp kim với sắt và niken làm tăng khả năng chịu nhiệt của hợp kim của loạt thứ hai. Quá trình làm cứng các hợp kim này sau khi làm nguội sẽ làm tăng tốc độ lão hóa nhân tạo, đồng thời tăng cường độ bền và khả năng chống ăn mòn do ứng suất.

Hợp kim của hệ Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) (dòng ANSI: 7xxx, 7xx.x). Các hợp kim của hệ thống này được đánh giá cao vì độ bền rất cao và khả năng làm việc tốt. Đại diện của hệ thống - hợp kim 7075 là hợp kim mạnh nhất trong tất cả các hợp kim nhôm. Hiệu quả của việc làm cứng cao như vậy đạt được do độ hòa tan cao của kẽm (70%) và magiê (17,4%) ở nhiệt độ cao, giảm mạnh khi làm mát.

Tuy nhiên, một nhược điểm đáng kể của các hợp kim này là khả năng chống ăn mòn do ứng suất cực thấp. Khả năng chống ăn mòn của hợp kim dưới ứng suất có thể được tăng lên bằng cách tạo hợp kim với đồng. Không thể không ghi nhận sự đều đặn được phát hiện trong những năm 60: sự hiện diện của liti trong hợp kim làm chậm quá trình tự nhiên và tăng tốc độ lão hóa nhân tạo. Ngoài ra, sự có mặt của liti làm giảm trọng lượng riêng của hợp kim và làm tăng đáng kể mô đun đàn hồi của nó. Kết quả của khám phá này là các hệ hợp kim Al-Mg-Li, Al-Cu-Li và Al-Mg-Cu-Li mới đã được phát triển.

Hợp kim nhôm-silicon (silumin) thích hợp nhất để đúc. Các trường hợp của các cơ chế khác nhau thường được đúc từ chúng.
Hợp kim phức tạp trên cơ sở nhôm: hàng không.

Nhôm làm chất phụ gia trong các hợp kim khác

Nhôm là một thành phần quan trọng của nhiều hợp kim. Ví dụ, trong đồng nhôm, các thành phần chính là đồng và nhôm. Trong các hợp kim magie, nhôm thường được dùng làm chất phụ gia nhất. Để sản xuất xoắn ốc trong lò sưởi điện, Fechral (Fe, Cr, Al) được sử dụng (cùng với các hợp kim khác). Việc bổ sung nhôm vào cái gọi là "thép cắt tự do" tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý của chúng, tạo ra sự tách rời rõ ràng của phần hoàn thiện khỏi thanh ở cuối quá trình.

Trang sức

Khi nhôm rất đắt, nhiều loại đồ trang sức đã được làm từ nó. Vì vậy, Napoléon III đã đặt hàng những chiếc nút bằng nhôm, và vào năm 1889, Mendeleev đã được giới thiệu những chiếc cân với bát làm bằng vàng và nhôm. Thời trang trang sức bằng nhôm ngay lập tức biến mất khi công nghệ mới sản xuất nó xuất hiện, giúp giảm giá thành xuống nhiều lần. Bây giờ nhôm đôi khi được sử dụng trong sản xuất đồ trang sức. Ở Nhật Bản, nhôm được sử dụng trong sản xuất đồ trang sức truyền thống, thay thế cho bạc.

Dao kéo

Theo lệnh của Napoléon III, dao kéo bằng nhôm đã được chế tạo, được phục vụ trong các bữa tiệc tối cho ông và những vị khách danh dự nhất. Những người khách khác đồng thời sử dụng các thiết bị làm bằng vàng và bạc. Sau đó, dao kéo bằng nhôm trở nên phổ biến, theo thời gian, việc sử dụng các vật dụng nhà bếp bằng nhôm giảm đi đáng kể, nhưng thậm chí bây giờ chúng vẫn chỉ được nhìn thấy ở một số cơ sở cung cấp dịch vụ ăn uống - bất chấp tuyên bố của một số chuyên gia về tác hại của nhôm đối với sức khỏe con người. Ngoài ra, những thiết bị như vậy cuối cùng mất đi vẻ ngoài hấp dẫn do trầy xước và hình dạng của chúng do độ mềm của nhôm. Đồ dùng cho bộ đội được làm bằng nhôm: thìa, nơ, bình.

Chế tạo thủy tinh

Florua, photphat và nhôm oxit được sử dụng trong sản xuất thủy tinh.

ngành công nghiệp thực phẩm

Nhôm được đăng ký làm phụ gia thực phẩm E173.

ngành quân sự

Giá rẻ và trọng lượng của kim loại đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi trong sản xuất vũ khí nhỏ, đặc biệt là súng máy và súng lục.

Nhôm và các hợp chất của nó trong tên lửa

Nhôm và các hợp chất của nó được sử dụng làm chất đẩy hiệu suất cao trong thuốc phóng lưỡng nhân và làm chất đẩy trong thuốc phóng rắn. Các hợp chất nhôm sau đây được quan tâm thực tế nhiều nhất làm nhiên liệu cho tên lửa:

Nhôm dạng bột làm nhiên liệu trong thuốc phóng tên lửa rắn. Nó cũng được sử dụng ở dạng bột và huyền phù trong hydrocacbon.
nhôm hiđrua.
borane nhôm.
Trimetylamin.
Nhôm trietyl.
Nhôm ba lá.

Nhôm trietyl (thường trộn với trietylboron) cũng được sử dụng để đánh lửa hóa học (làm nhiên liệu khởi động) trong động cơ tên lửa, vì nó tự bốc cháy trong khí oxy. Các chất đẩy nhôm hyđrua, tùy thuộc vào chất ôxy hóa, có các đặc điểm sau:

Năng lượng nhôm

Năng lượng nhôm sử dụng nhôm như một chất mang năng lượng thứ cấp phổ quát. Các ứng dụng của nó trong khả năng này là:

Quá trình oxy hóa nhôm trong nước để tạo ra hydro và nhiệt năng.
Oxi hóa nhôm bằng oxi trong khí quyển để sản xuất điện trong máy phát điện hóa nhôm không khí.

Nhôm trong văn hóa thế giới

Trong cuốn tiểu thuyết của N. G. Chernyshevsky “Làm gì?” (1862-1863) một trong những nhân vật chính mô tả giấc mơ của mình trong một bức thư - một viễn cảnh về tương lai, trong đó mọi người sống, thư giãn và làm việc trong các tòa nhà nhiều tầng bằng kính và nhôm; sàn nhà, trần nhà và đồ nội thất được làm bằng nhôm (vào thời N. G. Chernyshevsky, nhôm mới bắt đầu được phát hiện).
Dưa chuột nhôm là hình ảnh và tiêu đề của bài hát năm 1987 của Viktor Tsoi.

Độc tính

Mặc dù phân bố rộng rãi trong tự nhiên, không một sinh vật nào sử dụng nhôm trong quá trình trao đổi chất - nó là một kim loại chết. Nó có một tác dụng độc nhẹ, nhưng nhiều hợp chất nhôm vô cơ hòa tan trong nước vẫn ở trạng thái hòa tan trong một thời gian dài và có thể gây hại cho người và động vật máu nóng thông qua nước uống. Độc nhất là clorua, nitrat, axetat, sunfat,… Đối với người, liều lượng hợp chất nhôm (mg / kg thể trọng) sau đây có tác dụng gây độc khi ăn phải:

nhôm axetat - 0,2-0,4;
nhôm hydroxit - 3,7-7,3;
phèn nhôm - 2,9.

Trước hết, nó tác động lên hệ thần kinh (tích tụ trong mô thần kinh, dẫn đến rối loạn nghiêm trọng chức năng hệ thần kinh trung ương). Tuy nhiên, đặc tính gây độc thần kinh của nhôm bắt đầu được nghiên cứu từ giữa những năm 1960, do sự tích tụ của kim loại này trong cơ thể người bị cản trở bởi cơ chế bài tiết của nó. Trong điều kiện bình thường, tối đa 15 mg một nguyên tố mỗi ngày có thể được bài tiết qua nước tiểu. Theo đó, tác động tiêu cực lớn nhất được quan sát thấy ở những người bị suy giảm chức năng bài tiết của thận. Tiêu chuẩn về hàm lượng nhôm trong nước uống ở Nga là 0,2 mg / l. Đồng thời, MPC này có thể được tăng lên 0,5 mg / l bởi bác sĩ vệ sinh của tiểu bang đối với lãnh thổ liên quan đối với một hệ thống cấp nước cụ thể. Theo một số nghiên cứu sinh học, việc hấp thụ nhôm vào cơ thể con người được coi là một yếu tố trong sự phát triển của bệnh Alzheimer, nhưng những nghiên cứu này sau đó đã bị chỉ trích và kết luận về mối liên hệ của cái này với cái kia đã bị bác bỏ. Các hợp chất nhôm cũng có thể kích thích ung thư vú khi sử dụng chất chống mồ hôi clorua nhôm. Nhưng có ít bằng chứng khoa học chứng minh điều này hơn là ngược lại.

Xem thêm

Anodizing
Quá trình oxy hóa
Nhôm. phần tử thứ mười ba
Viện nhôm quốc tế

Ghi chú

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. Khối lượng nguyên tử của các nguyên tố 2011 (Báo cáo kỹ thuật IUPAC) // Hóa học ứng dụng và tinh khiết. - 2013. - Tập. 85, không. 5. - P. 1047-1078. - DOI: 10.1351 / PAC-REP-13-03-02.
Từ điển bách khoa hóa học. Trong 5 tập / Ed: Knunyants I. L. (Chief ed.). - M.: Từ điển Bách khoa Liên Xô, 1988. - T. 1. - S. 116. - 623 tr. - 100.000 bản.
Harry H. Chất kết dính: Nguyên tố Lexikon der chemischen. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
nhôm. Từ điển Từ nguyên Trực tuyến. etymonline.com. Truy cập ngày 3 tháng 5 năm 2010.
Fialkov, Yu. Dấu hiệu thứ chín. - M.: Detgiz, 1963. - S. 133.
Bài số 49
Tái chế và xử lý nhôm để tiết kiệm và bền vững năng lượng. - ASM International, 2007. - Tr. 198. - ISBN 0-87170-859-0.
Từ điển bách khoa hóa học ngắn gọn. T. 1 (A-E). - M.: Bách khoa toàn thư Liên Xô. Năm 1961.
Koronovsky N. V., Yakushova A. F. Cơ bản về Địa chất.
Oleinikov B. V. và các cộng sự. Nhôm là một khoáng chất mới thuộc nhóm các nguyên tố bản địa // Zapiski VMO. - 1984, phần CXIII, số. 2, tr. 210-215. .
J.P. Riley và Skirrow G. Hóa học Hải dương học V. 1, 1965.
Các nguyên tắc cơ bản về năng lượng hydro / Ed. V. A. Moshnikov và E. I. Terukova .. - St.Petersburg: Nhà xuất bản Đại học Kỹ thuật điện St. Petersburg "Leti", 2010. - 288 tr. - ISBN 978-5-7629-1096-5.
Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Phản ứng của các chất vô cơ: a handbook / Ed. R. A. Lidina. - Lần xuất bản thứ 2, sửa đổi. và bổ sung - M.: Bustard, 2007. - S. 16. - 637 tr. - ISBN 978-5-358-01303-2.
Từ điển bách khoa: đồ trang sức, đồ trang sức, đá trang sức. Kim loại quý. Nhôm quý.
"Bạc" từ đất sét.
TÓM TẮT HÀNG HÓA KHOÁNG SẢN 2009.
C34 Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ nhôm toàn cầu và trong nước
Trữ lượng nhôm ngày càng lớn trên thế giới.
Sản xuất nhôm nguyên sinh trên thế giới và ở Nga.
Biểu đồ giá nhôm trong lịch sử. Truy cập ngày 8 tháng 6 năm 2015.
Kitco - Kim loại cơ bản - Kim loại công nghiệp - Đồng, Nhôm, Niken, Kẽm, Chì - Biểu đồ, Giá, Đồ thị, Báo giá, Cu, Ni, Zn, Al, Pb.
Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính chất của hợp kim nhôm.
Baykov D. I. và những người khác. Hợp kim nhôm hàn. - L.: Sudpromgiz, 1959. - 236 tr.
Sự thật về nhôm.
Súng trường tấn công Heckler-Koch HK416 (Đức) | Tin tức kinh tế.
Sự hoàn hảo của Tara D.O.O. - Sự an toàn mà bạn có thể tin tưởng.
Sarner S. Hóa học nhiên liệu tên lửa \ u003d Hóa chất đẩy / Per. từ tiếng Anh. E. P. Golubkova, V. K. Starkov, V. N. Shemanina; ed. V. A. Ilyinsky. - M.: Mir, 1969. - S. 111. - 488 tr.
Zhuk A. Z., Kleimenov B. V., Fortov V. E., Sheindlin A. E. Xe điện chạy bằng nhiên liệu nhôm. - M: Nauka, 2012. - 171 tr. - ISBN 978-5-02-037984-8.
dưa chuột nhôm
Shcherbatykh I., Thợ mộc D.O.(Tháng 5 năm 2007). Vai trò của kim loại trong căn nguyên của bệnh Alzheimer // J. Alzheimers Dis. 11 (2): 191-205.
Rondeau V., Commenges D., Jacqmin-Gadda H., Dartigues J. F.(Tháng 7 năm 2000). Mối quan hệ giữa nồng độ nhôm trong nước uống và bệnh Alzheimer: một nghiên cứu theo dõi 8 năm // Am. J. Dịch tễ học. 152 (1): 59-66.
Rondeau V.(Năm 2002). Đánh giá các nghiên cứu dịch tễ học về nhôm và silica liên quan đến bệnh Alzheimer và các rối loạn liên quan // Rev. Môi trường. Máu 17 (2): 107-121.
Martyn C. N., Coggon D. N., Inskip H., Lacey R. F., Young W. F.(Tháng 5 năm 1997). Nồng độ nhôm trong nước uống và nguy cơ mắc bệnh Alzheimer // Dịch tễ học 8 (3): 281-286.
Graves A. B., Rosner D., Echeverria D., Mortimer J. A., Larson E. B.(Tháng 9 năm 1998). Tiếp xúc nghề nghiệp với dung môi và nhôm và ước tính nguy cơ mắc bệnh Alzheimer // Nghề nghiệp. Môi trường. Med. 55 (9): 627-633.
Chất chống mồ hôi / Chất khử mùi và Ung thư vú.
nhôm clorua hexahydrat.

Liên kết

Aluminium // Từ điển bách khoa của Brockhaus và Efron: gồm 86 tập (82 tập và 4 tập bổ sung). - Xanh Pê-téc-bua, 1890-1907.
Nhôm trên Webelements
Nhôm tại Thư viện phổ biến về các nguyên tố hóa học
Nhôm trong tiền gửi
Lịch sử, sản xuất và sử dụng nhôm
Alekseev A. I., Valov M. Yu., Yuzvyak Z. Tiêu chí chất lượng của hệ thống nước: SGK. - St.Petersburg: KHIMIZDAT, 2002. ISBN 5-93808-043-6
GN 2.1.5.1315-03 Nồng độ tối đa cho phép (MPC) của hóa chất trong nước của các thủy vực dùng cho nước uống và nước sinh hoạt.
ĐIST R 55375-2012. Nhôm chính và các hợp kim dựa trên nó. Tem
Phim tài liệu "Nhôm"

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

Nhôm- một trong những vật liệu cấu trúc quan trọng nhất. Do nhẹ, độ bền cơ học, độ dẫn điện cao, chống ăn mòn cao, nó đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hàng không, ô tô, điện, các ngành khác của công nghệ hiện đại và trong cuộc sống hàng ngày. Về sản xuất và tiêu thụ trên thế giới, nó đứng thứ hai trong các kim loại sau sắt.

Nguyên liệu để sản xuất nhôm là alumin, được lấy từ bauxit, quặng nepheline và các loại đá có hàm lượng alumin cao khác. Chủ yếu bauxit, cung cấp 98% sản lượng alumin trên thế giới, là bauxit. Nga là quốc gia duy nhất trên thế giới sử dụng nguyên liệu nhôm chất lượng thấp như quặng nepheline.

Tổng trữ lượng bô-xit ở 29 quốc gia trên thế giới vượt quá 40 tỷ tấn, 95% trong số đó tập trung ở vùng nhiệt đới, bao gồm hơn 50% ở Guinea, 40% ở Australia, Venezuela, Brazil, Ấn Độ, Việt Nam và Jamaica. Bauxites được khai thác ở 24 quốc gia với số lượng 140 triệu tấn mỗi năm, 80% sản lượng rơi vào Australia, Guinea, Jamaica, Brazil, Trung Quốc và Ấn Độ. Sản lượng alumin hàng năm ở các nước sản xuất bôxít vượt 52 triệu tấn và luyện nhôm sơ cấp - 24,5 triệu tấn. Trong những năm gần đây, sản lượng nhôm đã tăng hơn 10 lần.

được coi là duy nhất Nơi sinh bôxit có trữ lượng trên 500 triệu tấn, lớn và vừa - 500 - 50, nhỏ - dưới 50 triệu tấn.

Bauxite là một loại đá còn sót lại hoặc trầm tích bao gồm các hydroxit nhôm, oxit sắt và hydroxit, khoáng sét và thạch anh. Theo thành phần khoáng chất, gibbsite, boehmite và diaspore bauxite được phân biệt. Đồng thời, lưu ý rằng trong các mỏ non chưa trải qua quá trình biến đổi, quặng gibbsite chiếm ưu thế, trong khi ở những mỏ già hơn và đã biến đổi, chúng được thay thế bằng boehmite và diaspore.

Tất cả các dạng mỏ bô-xit công nghiệp đều là thành tạo ngoại sinh. Chúng được chia nhỏ thành trầm tích phong hóa và trầm tích. Trầm tích phong hóa được chia thành trầm tích đá ong và trầm tích tái phân tích còn lại, và trầm tích được chia thành các khu vực nền tảng xảy ra trong các thành tạo lục nguyên và các khu vực địa danh liên kết với các thành tạo cacbonat. Đặc tính được đưa ra trong chuyển hướng. 1.2.1.

Bảng 1.2.1 Các dạng mỏ nhôm địa chất và công nghiệp chính

Địa chất học công nghiệp thể loại	Mang quặng sự hình thành	thân quặng	Điều kiện xuất hiện	Thành phần của quặng	Các ví dụ tiền gửi	Tỉ lệ, tiền gửi
1. Dư đá ong	a) Vỏ cây hiện đại thời tiết trên đá phiến sét cổ đại, bazan, v.v.	Nằm ngang tiền gửi khu vực 5-15 km2, điện lên đến 10-15 m.	gần bề mặt trên phẳng vùng cao - bát; bị chặn sắt cuirass.	Gibbsite, hematit	Boke, Fria (Guinea)	Độc nhất cho đến 3 tỷ tấn
1. Dư đá ong	b) Vỏ cây cổ thụ thời tiết trên đá phiến phyllite và siêu thị	Đường chân trời rộng lớn. Cơ quan xuất hiện chiều dài lên đến một số Tháng mười hai. km, với công suất vài mét	Các khoản tiền gửi được bảo hiểm trầm tích Đá Paleozoi, trung sinh Kainozoi, sức mạnh 450-600 m.	Boehmite, gibbsite, shaozite	Wisłowska (KMA, Nga)	lớn, 80 triệu tấn
2. dư gửi lại	Mesozoi trẻ Cát Kainozoi- đất sét, liền kề đến các khu vực phát triển lõi đá ong phong hóa	dạng thấu kính, giống tờ	1-3 chân trời trong số đá cát, đất sét, v.v.	Gibbsite, boehmite, hematit, kaolinit, viết phụ	Nơi sinh Bờ biển Guiana Bình nguyên, Wayne Gov (Châu Úc)
3. Trầm tích nền tảng	Terrigenous, cacbonat- không phải lục nguyên, núi lửa-lục nguyên lục địa, đỏ, đôi khi mù mịt	dạng thấu kính, giống tờ	Ở độ sâu 40-150 m dưới trầm tích sự hình thành Paleozoi, Mesozoi	Gibbsite, boehmite, kaolinit	Nhóm Tikhvin, Bắc Onega (Nga)	nhỏ, Trung bình, hiếm-lớn
4. Trầm tích geosynclinal	sự hình thành cacbonat (lục nguyên, lục địa, nước nông theriigenno- cacbonat, biến dạng rạn san hô)	dạng thấu kính, giống tờ	Giữa triển khai địa tầng trầm tích	Diaspor, boehmite, hiếm-gibbsite, hematit, pyrit	Cô bé quàng khăn đỏ và những người khác, SUBR, Nga	Lớn, vừa

Các mỏ đá ong (90% trữ lượng thế giới) có tầm quan trọng công nghiệp chính.

Ở Nga, các mỏ bôxít đang được phát triển ở các vùng chứa bôxít Bắc Ural (SUBR) và Nam Ural (SUBR) (84% sản lượng) và vùng Tikhvin (16%). Do thiếu nguyên liệu để đáp ứng nhu cầu luyện kim trong nước, hàng năm Nga nhập khẩu khoảng 50% (3,7 triệu tấn) alumin từ Ukraine, Kazakhstan và các nước xa xôi ở nước ngoài.

Quặng nhôm chiếm một vị trí đặc biệt trong nền công nghiệp hiện đại. Do những tính chất vật lý và hóa học nhất định, nhôm được sử dụng trong nhiều ngành hoạt động của con người. Việc sản xuất ô tô, cơ khí, xây dựng, sản xuất nhiều mặt hàng tiêu dùng và thiết bị gia dụng sẽ không còn khả thi nếu không sử dụng loại kim loại màu này. Khai thác nhôm là quá trình phức tạp nhất, sử dụng nhiều lao động.

Đặc điểm của quặng nhôm

Quặng là một dạng khoáng chất tự nhiên, có chứa một kim loại hoặc khoáng chất nhất định. Thực tế không có nhôm nguyên chất trong tự nhiên, do đó nó được khai thác từ quặng nhôm. Trong vỏ trái đất, hàm lượng của nó là khoảng 9%. Ngày nay, có khoảng 250 loại hợp chất khoáng, bao gồm nhôm, nhưng không phải tất cả chúng đều có lợi trong quá trình chế biến. Các loại quặng sau đây được coi là có giá trị nhất đối với ngành công nghiệp nhôm:

bôxít;
alunit;
cháu trai.

bauxit thường được sử dụng làm nguyên liệu để khai thác kim loại, vì nó chứa tới 60% nhôm oxit. Một thành phần khác bao gồm các oxit silic và sắt, thạch anh, magiê, natri và các nguyên tố và hợp chất hóa học khác. Tùy thuộc vào thành phần, bôxít có tỷ trọng khác nhau. Màu sắc của đá chủ yếu là đỏ hoặc xám. Cần 4,5 tấn bôxít để sản xuất 1 tấn nhôm.

Alunite quặng không thua xa bauxit, vì nó chứa tới 40% alumin - nguồn cung cấp nhôm chính. Nó có cấu trúc xốp và có nhiều tạp chất. Khai thác nhôm chỉ mang lại lợi nhuận khi tổng lượng alunites tương đương với tổng lượng chất phụ gia.

Nó là một loại đá kiềm có nguồn gốc từ lửa. Theo hàm lượng nhôm oxit đứng thứ ba. Từ quặng pirit bậc 1 có thể chế biến được từ 25% alumin trở lên. Từ lớp thứ hai - lên đến 25%, nhưng không dưới 22%. Tất cả các hợp chất khoáng chứa ôxít nhôm nhỏ hơn giá trị này không có giá trị công nghiệp.

Phương pháp khai thác nhôm

Nhôm là một kim loại tương đối trẻ, lần đầu tiên được khai thác cách đây hơn một thế kỷ. Trong suốt thời gian, công nghệ khai thác nhôm không ngừng được cải tiến, có tính đến tất cả các tính chất hóa học và vật lý.

Chỉ có thể thu được kim loại từ alumin, để tạo ra quặng được nghiền thành bột và đun nóng bằng hơi nước. Bằng cách này, có thể loại bỏ phần lớn silicon và để lại nguyên liệu thô tối ưu cho quá trình nấu chảy tiếp theo.

Việc khai thác quặng nhôm được thực hiện theo phương thức mở, nếu độ sâu xuất hiện nhỏ. Bauxite và nepheline, do cấu trúc dày đặc của chúng, thường được cắt bằng máy khai thác bề mặt bằng phương pháp phay. Alunites thuộc về một số loại đá rời, do đó máy xúc khai thác đá là tối ưu để loại bỏ nó. Sau đó ngay lập tức chất đá lên xe ben để vận chuyển tiếp.

Sau khi khai thác các nguyên liệu thô sơ cấp, một số công đoạn xử lý đá bắt buộc phải tuân theo để thu được alumin:

Vận chuyển đến phân xưởng chuẩn bị, nơi đá được nghiền nhỏ bằng máy nghiền thành một phần nhỏ khoảng 110 mm.
Nguyên liệu thô đã chuẩn bị, cùng với các thành phần bổ sung, sẽ được gửi đi để xử lý thêm.
Đá được thiêu kết trong các lò nung. Nếu cần thiết, quặng nhôm được rửa trôi. Đây là cách thu được dung dịch aluminat lỏng.
Giai đoạn tiếp theo là phân hủy. Kết quả là, bột giấy aluminat được hình thành, được đưa đến quá trình tách và làm bay hơi chất lỏng.
Làm sạch kiềm dư và nung lò.

Kết quả là thu được alumin khô, sẵn sàng cho quá trình sản xuất nhôm. Bước cuối cùng là xử lý thủy phân. Ngoài phương pháp được mô tả ở trên, nhôm còn được khai thác bằng phương pháp mỏ. Vì vậy, đá bị cắt ra khỏi các lớp của trái đất.

Nơi khai thác nhôm ở Nga

Trong bảng xếp hạng thế giới về sản xuất quặng nhôm, Nga đứng thứ bảy. Khoảng 50 mỏ đã được thăm dò trên toàn lãnh thổ, trong số đó vẫn còn những mỏ chưa phát triển. Trữ lượng quặng phong phú nhất tập trung ở Vùng Leningrad và Urals, nơi một trong những mỏ "nhôm" sâu nhất đang hoạt động. Độ sâu sau này đạt 1550 mét.

Mặc dù luyện kim màu phát triển rộng rãi và đặc biệt là sản xuất nhôm nhưng khối lượng thu được không đủ cung cấp cho ngành công nghiệp của cả nước. Do đó, Nga buộc phải nhập khẩu alumin từ các nước khác. Nhu cầu này cũng do chất lượng quặng thấp hơn. Một trong những mỏ có lợi nhuận cao nhất ở Urals sản xuất bauxite với hàm lượng alumin 50%. Ở Ý, đá được khai thác, có chứa 64% nhôm oxit.

Khoảng 80% tổng khối lượng quặng nhôm ở Nga được khai thác theo phương pháp khép kín trong các mỏ. Khá nhiều tiền gửi nằm ở các vùng Belgorod, Arkhangelsk, Sverdlovsk, cũng như Cộng hòa Komi. Ngoài bô xít, quặng nepheline cũng được khai thác. Lợi nhuận của loại hình sản xuất kim loại này tuy ít hơn, nhưng vẫn là kết quả bù đắp phần nào cho sự thiếu hụt nguyên liệu trong nước.

Một vị trí đặc biệt trong ngành công nghiệp nhôm là do sản xuất kim loại từ nguyên liệu thô thứ cấp. Phương pháp này giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng và tài nguyên quặng, đồng thời giảm mức độ gây hại cho môi trường. Ở đây, Nga có phần đi sau các nước khác, nhưng hiệu quả hoạt động của hầu hết các doanh nghiệp trong nước đang được cải thiện đáng kể hàng năm.

Sản xuất quặng nhôm trên thế giới

Trong hàng trăm năm qua, trình độ khai thác quặng nhôm đã tăng lên mức khó tin. Nếu năm 1913, khối lượng đá toàn cầu xấp xỉ 550 nghìn tấn thì ngày nay con số này đã vượt quá 190 triệu tấn. Khoảng 30 quốc gia hiện đang tham gia vào việc khai thác quặng nhôm. Vị trí dẫn đầu thuộc về Guinea (Tây Phi), nơi tập trung nhiều mỏ với trữ lượng chiếm 28% thị phần thế giới.

Về khai thác quặng trực tiếp, Trung Quốc nên được xếp hạng đầu tiên. Như vậy, đất nước “mặt trời lặn” sản xuất hơn 80 triệu tấn nguyên liệu mỗi năm. Năm hàng đầu trông như thế này:

Trung Quốc- 86 triệu tấn;
Châu Úc- 82 triệu tấn;
Brazil- 31 triệu tấn;
Guinea- 20 triệu tấn;
Ấn Độ- 15 triệu tấn.

Tiếp theo là Jamaica với con số 9,7 triệu tấn và cuối cùng là Nga, tổng sản lượng quặng nhôm sản xuất trong đó là 6-7 triệu tấn. Các nhà lãnh đạo trong ngành công nghiệp nhôm đã thay đổi trong những năm qua.

Lần đầu tiên, loại quặng này được khai thác ở Pháp, tại thị trấn Box, do đó loại quặng phổ biến nhất được gọi là bauxite. Chẳng bao lâu nữa, Tây Âu và Bắc Mỹ có thể tự hào về hiệu suất tốt nhất. Nửa thế kỷ sau, Mỹ Latinh trở thành quốc gia dẫn đầu không thể tranh cãi. Bây giờ Châu Phi, Úc, Trung Quốc và các nước phát triển khác đã tiến lên phía trước.

Kim loại màu là một phần không thể thiếu của nền công nghiệp hiện đại. Nếu không có chúng, sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp sẽ không thể thực hiện được. Nhôm, là một kim loại nhẹ, mạnh mẽ và chức năng, được coi là vật liệu cấu trúc quan trọng của thời điểm hiện tại.

Giá trị lớn nhất đối với ngành công nghiệp như một nguồn cung cấp nhôm là nguyên liệu thô tự nhiên - bauxit, một thành phần của đá ở dạng bauxit, alunit và nepheline.

Các loại quặng chứa alumin

Hơn 200 khoáng chất được biết có chứa nhôm.

Chỉ đá như vậy mới được coi là nguồn nguyên liệu có thể đáp ứng các yêu cầu sau:

Nguyên liệu tự nhiên phải có hàm lượng nhôm oxit cao;
Việc ký quỹ phải tuân theo tính khả thi về kinh tế đối với sự phát triển công nghiệp của nó.
Đá phải chứa nguyên liệu thô nhôm ở dạng được chiết xuất ở dạng tinh khiết bằng các phương pháp đã biết.

Đặc điểm của đá tự nhiên bôxít

Bauxit trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất nhị phân của kim loại với oxi. Hợp chất này được lấy từ núi tự nhiên quặngở dạng bôxit, bao gồm các ôxít của một số nguyên tố hóa học: nhôm, kali, natri, magiê, sắt, titan, silic, phốt pho.

Tùy thuộc vào tiền gửi, bauxit chứa từ 28 đến 80% alumin trong thành phần của chúng. Đây là nguyên liệu chính để thu được một kim loại duy nhất. Chất lượng của bôxit làm nguyên liệu thô cho nhôm phụ thuộc vào hàm lượng alumin trong đó. Điều này xác định vật lý tính chất bôxít:

Khoáng chất là một cấu trúc tinh thể tiềm ẩn hoặc ở trạng thái vô định hình. Nhiều khoáng chất có dạng đông đặc của hydrogel có thành phần đơn giản hoặc phức tạp.
Màu sắc của bôxít tại các điểm khai thác khác nhau từ gần như trắng đến đỏ sẫm. Có những cặn có màu đen của khoáng chất.
Tỷ trọng của các khoáng chất chứa nhôm phụ thuộc vào thành phần hóa học của chúng và vào khoảng 3.500 kg / m3.
Thành phần hóa học và cấu trúc của bôxit quyết định chất rắn tính chất khoáng sản. Các khoáng chất cứng nhất được phân biệt bằng độ cứng 6 đơn vị trên thang đo được thông qua trong ngành khoáng vật học.
Là một khoáng chất tự nhiên, bôxít có một số tạp chất, thường là các ôxít của sắt, canxi, magiê, mangan, tạp chất của hợp chất titan và phốt pho.

Chỉ ở Nga, người ta mới sử dụng các mỏ có trầm tích đá, trong đó alumina có nồng độ thấp hơn mới được sử dụng.

Gần đây, alumin bắt đầu được thu nhận từ các nephelin, ngoài alumin còn chứa các oxit của các kim loại như kali, natri, silic và không kém phần quý giá là đá phèn, alunit.

Phương pháp xử lý khoáng chứa nhôm

Khai thác quặng từ các mỏ đã phát triển.
Quá trình xử lý sơ cấp từ đá thải để tăng hàm lượng alumin là một quá trình được hưởng lợi.
Thu được nhôm nguyên chất, điện phân khử nhôm ra khỏi oxit của nó.

Quá trình sản xuất kết thúc với một kim loại có nồng độ 99,99%.

Khai thác và làm giàu alumin

Alumina hoặc nhôm oxit không tồn tại trong tự nhiên ở dạng nguyên chất. Nó được chiết xuất từ quặng nhôm bằng phương pháp thủy hóa.

Khai thác quặng nhôm trong tiền gửi thường nổ tung, cung cấp một địa điểm khai thác ở độ sâu khoảng 20 mét, từ đó nó được chọn và đưa vào quá trình xử lý tiếp theo;

Sử dụng thiết bị đặc biệt (sàng lọc, máy phân loại), quặng được nghiền và phân loại, loại bỏ đá thải (quặng đuôi). Ở giai đoạn làm giàu alumin này, các phương pháp rửa và sàng lọc được sử dụng vì có lợi nhất về mặt kinh tế.
Quặng tinh khiết lắng xuống dưới đáy của nhà máy cô đặc được trộn với một khối lượng xút nung nóng trong một nồi hấp.
Hỗn hợp được đưa qua hệ thống các tàu thép cường độ cao. Các tàu được trang bị áo hơi giúp duy trì nhiệt độ cần thiết. Áp suất hơi nước được duy trì ở mức 1,5-3,5 MPa cho đến khi chuyển hoàn toàn các hợp chất nhôm từ đá đã làm giàu thành natri aluminat trong dung dịch natri hydroxit quá nhiệt.
Sau khi làm lạnh, chất lỏng đi qua giai đoạn lọc, kết quả là kết tủa rắn được tách ra và thu được dung dịch aluminat tinh khiết siêu bão hòa. Khi dư lượng nhôm hydroxit từ chu kỳ trước được thêm vào dung dịch tạo thành, quá trình phân hủy được tăng tốc.
Đối với quá trình làm khô cuối cùng của alumin hydrat, quy trình nung được sử dụng.

Điện phân sản xuất nhôm nguyên chất

Nhôm nguyên chất thu được bằng cách sử dụng một quá trình liên tục, nhờ đó nhôm được nung bước vào giai đoạn khử điện phân.

Máy điện phân hiện đại đại diện cho một thiết bị bao gồm các bộ phận sau:

Làm bằng vỏ thép lót các khối và tấm than. Trong quá trình hoạt động, một lớp màng dày đặc của chất điện phân đông đặc được hình thành trên bề mặt của thân bồn tắm, lớp màng này bảo vệ lớp lót khỏi bị phá hủy bởi sự tan chảy của chất điện ly.
Một lớp nhôm nóng chảy ở đáy bồn tắm, dày 10–20 cm, đóng vai trò là cực âm trong thiết lập này.
Dòng điện được cung cấp để nấu chảy nhôm thông qua các khối carbon và các thanh thép nhúng.
Các cực dương, được treo trên một khung sắt với các chốt thép, được cung cấp với các thanh nối với một cơ cấu nâng. Khi nó cháy, cực dương chìm xuống và các thanh được sử dụng như một phần tử để cung cấp dòng điện.
Trong các phân xưởng, các máy điện phân được lắp đặt tuần tự thành nhiều hàng (hai hoặc bốn hàng).

Thanh lọc bổ sung nhôm bằng cách tinh chế

Nếu nhôm được chiết xuất từ các bộ điện phân không đáp ứng các yêu cầu cuối cùng, nó sẽ được làm sạch bổ sung bằng cách tinh chế.

Trong công nghiệp, quá trình này được thực hiện trong một máy điện phân đặc biệt, chứa ba lớp chất lỏng:

Đáy - nhôm tái chế với việc bổ sung khoảng 35% đồng, đóng vai trò như một cực dương. Đồng có mặt để làm cho lớp nhôm nặng hơn, đồng không tan trong hợp kim cực dương, khối lượng riêng của nó nên vượt quá 3000 kg / m3.
Lớp giữa là hỗn hợp của florua và clorua của bari, canxi, nhôm với nhiệt độ nóng chảy khoảng 730 ° C.
Lớp trên - nhôm tinh chế nguyên chất một chất nóng chảy tan ở lớp anot và bốc lên. Nó đóng vai trò là cực âm trong mạch này. Dòng điện được cung cấp bởi một điện cực graphit.

Giá trị công nghiệp của nhôm

Các loại quặng nhôm

quặng bauxit

Tính chất vật lý của quặng nhôm:

khoáng chất đục có màu đỏ và xám với nhiều sắc thái khác nhau;
độ cứng của các mẫu bền nhất là 6 trên thang đo khoáng vật học;
tỷ trọng của bôxit, tùy thuộc vào thành phần hóa học, dao động trong khoảng 2900-3500 kg / m³.

Các mỏ quặng bôxit tập trung ở các đới xích đạo và nhiệt đới của trái đất. Nhiều mỏ cổ hơn nằm trên lãnh thổ của Nga.

Quặng nhôm bôxít được hình thành như thế nào

Bauxit được hình thành từ monohydrat alumin hydrat, boehmite và diaspore, trihydrat hydrat - hydrargillit và các khoáng chất đi kèm là hydroxit và oxit sắt.

Tùy thuộc vào thành phần của các nguyên tố hình thành tự nhiên, có ba nhóm quặng bôxit:

Bô xít monohydrat - chứa alumin ở dạng một nước.
Trihydrate - những khoáng chất như vậy bao gồm alumin ở dạng ba nước.
Hỗn hợp - nhóm này bao gồm các quặng nhôm trước đó kết hợp với nhau.

Quặng alunit

Giống xốp. Nó chủ yếu bao gồm kaolinites và hydromicas. Các loại quặng được quan tâm trong công nghiệp là quặng có hàm lượng alunit trên 50%.

Nepheline

lớp một - 60–90% nepheline; nó chứa hơn 25% alumin; quá trình xử lý được thực hiện bằng cách thiêu kết;
lớp 2 - 40-60% nepheline, lượng alumin thấp hơn một chút - 22-25%; cần phải làm giàu trong quá trình chế biến;
lớp thứ ba là khoáng chất nepheline, không có giá trị công nghiệp.

Sản xuất quặng nhôm trên thế giới

Tiền gửi quặng ở Nga

Tổng cộng có 50 mỏ quặng nằm trên lãnh thổ của Nga. Con số này bao gồm cả những nơi đang khai thác khoáng sản và những mỏ chưa được phát triển.

Thành phố Les Baux-de-Provence của Pháp, nằm ở phía nam của đất nước, trở nên nổi tiếng nhờ cái tên bauxit khoáng sản. Tại đó, vào năm 1821, kỹ sư khai thác mỏ Pierre Berthier đã phát hiện ra các mỏ quặng chưa được biết đến. Phải mất thêm 40 năm nghiên cứu và thử nghiệm để phát hiện ra khả năng của một giống mới và công nhận nó có triển vọng cho sản xuất công nghiệp nhôm, trong những năm đó, giá vàng đã vượt quá giá.

Đặc điểm và nguồn gốc

Bauxite là một loại quặng nhôm nguyên sinh. Hầu như tất cả nhôm trên thế giới từng sản xuất đều được chuyển đổi từ chúng. Đá này là một vật liệu thô hỗn hợp có cấu trúc phức tạp và không đồng nhất.

Là thành phần chính, nó bao gồm nhôm oxit và hydroxit. Ôxít sắt cũng đóng vai trò là khoáng chất tạo quặng. Và trong số các tạp chất thường được tìm thấy nhất:

silic (đại diện là thạch anh, kaolinit và opal);
titan (như rutil);
hợp chất canxi và magiê;
nguyên tố đất hiếm;
mica;
với một lượng nhỏ gali, crom, vanadi, zirconium, niobi, phốt pho, kali, natri và pyrit.

Theo nguồn gốc, bôxít là đá ong và karst (trầm tích). Những viên đá đầu tiên, chất lượng cao, được hình thành trong khí hậu của vùng nhiệt đới ẩm là kết quả của quá trình biến đổi hóa học sâu sắc của đá silicat (cái gọi là đá ong hóa). Loại thứ hai có chất lượng thấp hơn, chúng là sản phẩm của quá trình phong hóa, chuyển dịch và lắng đọng của các lớp đất sét ở nơi mới.

Bauxit khác nhau ở:

Tình trạng vật lý (đá, đất, xốp, rời, giống đất sét).
Cấu trúc (ở dạng mảnh và hạt đậu).
Các tính năng kết cấu (với một thành phần đồng nhất hoặc nhiều lớp).
Mật độ (thay đổi từ 1800 đến 3200 kg / m³).

Tính chất hóa học và vật lý

Các tính chất hóa học của bôxit có phạm vi rộng liên quan đến thành phần biến đổi của vật liệu. Tuy nhiên, chất lượng của khoáng sản khai thác được quyết định chủ yếu bởi tỷ lệ giữa hàm lượng alumin và silica. Số lượng của cái thứ nhất và ít hơn cái thứ hai càng nhiều thì giá trị công nghiệp càng lớn. Các kỹ sư khai thác coi cái gọi là "lỗ mở" là một tính năng hóa học quan trọng, đó là việc chiết xuất các oxit nhôm từ nguyên liệu quặng dễ dàng như thế nào.

Mặc dù thực tế là bôxít không có thành phần không đổi, các tính chất vật lý của chúng bị giảm xuống các chỉ số sau:

1	Màu sắc	nâu, cam, gạch, hồng, đỏ; ít thường xuyên hơn màu xám, vàng, trắng và đen
2	tĩnh mạch	thường có màu trắng, nhưng đôi khi chúng có thể bị vấy bẩn bởi các tạp chất sắt
3	Chiếu sáng	Buồn tẻ và đất
4	Minh bạch	Mờ mịt
5	Trọng lượng riêng	2-2,5 kg / cm³
6	Độ cứng	1-3 trên thang đo khoáng vật học Mohs (để so sánh, kim cương có 10). Bởi vì tính mềm này, bô-xít giống như đất sét. Nhưng không giống như loại sau, khi thêm nước vào, chúng không tạo thành một khối dẻo đồng nhất.

Điều thú vị là tình trạng vật chất không liên quan gì đến tính hữu dụng và giá trị của bauxite. Điều này là do thực tế là chúng được chế biến thành một vật liệu khác, các đặc tính của chúng khác biệt đáng kể so với đá gốc.

Dự trữ và sản xuất thế giới

Mặc dù thực tế là nhu cầu về nhôm không ngừng tăng lên, trữ lượng quặng nguyên sinh của nó đủ để đáp ứng nhu cầu này trong vài thế kỷ nữa, nhưng không dưới 100 năm sản xuất.

Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ đã công bố số liệu theo đó tài nguyên bô-xit trên thế giới lên tới 55-75 tỷ tấn. Hơn nữa, hầu hết chúng tập trung ở Châu Phi (32%). Châu Đại Dương chiếm 23%, Caribê và Nam Mỹ 21%, lục địa Châu Á 18% và các khu vực khác 6%.

Việc thực hiện quy trình sử dụng nhôm cũng tạo cảm hứng lạc quan, điều này sẽ làm chậm quá trình cạn kiệt nguồn dự trữ tự nhiên của quặng nhôm nguyên sinh (đồng thời tiết kiệm điện năng tiêu thụ).

Mười quốc gia khai thác bauxite hàng đầu, được đại diện bởi Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, trông giống như thế này vào năm 2016.

1	Châu Úc	82 000
2	Trung Quốc	65 000
3	Brazil	34 500
4	Ấn Độ	25 000
5	Guinea	19 700
6	Jamaica	8 500
7	Nga	5 400
8	Kazakhstan	4 600
9	Ả Rập Saudi	4 000
10	Hy Lạp	1 800

Việt Nam rất có triển vọng, kết thúc năm 2016 với 1.500 nghìn tấn. Nhưng Malaysia, đứng thứ ba trong năm 2015, đã giảm mạnh việc phát triển bauxite do kỳ vọng vào luật môi trường nghiêm ngặt và ngày nay đứng thứ 15 trong bảng xếp hạng thế giới.

Bô xít được khai thác theo quy luật trong các mỏ lộ thiên. Để có được một nền tảng làm việc, lớp quặng được cho nổ ở độ sâu 20 cm, sau đó được chọn lọc. Các mảnh khoáng sản được nghiền nhỏ và phân loại: đá thải (được gọi là "chất thải") bị cuốn trôi theo dòng nước rửa, và các mảnh quặng dày đặc vẫn ở dưới đáy của nhà máy tập trung.

Các mỏ bôxít cổ xưa nhất ở Nga có từ thời Tiềncambrian. Chúng nằm ở East Sayans (tiền gửi Bokson). Quặng nhôm trẻ hơn, từ kỷ Devon giữa và thượng, được tìm thấy ở Bắc và Nam Ural, trong các vùng Arkhangelsk, Leningrad và Belgorod.

Ứng dụng công nghiệp

Bô xít khai thác được chia theo mục đích sử dụng thương mại sau này thành luyện kim, mài mòn, hóa chất, xi măng, vật liệu chịu lửa, v.v.

Công dụng chính của chúng, chiếm 85% sự phát triển của thế giới, là dùng để làm nguyên liệu sản xuất alumin (alumin).

Dây chuyền công nghệ có dạng như sau: bôxit được đun nóng với xút, sau đó được lọc, cặn rắn được kết tủa và đem nung. Sản phẩm này là alumin khan, biến đổi cuối cùng trong chu trình sản xuất nhôm.

Sau đó, nó vẫn được ngâm trong một bể chứa cryolit tự nhiên hoặc tổng hợp nóng chảy và bằng phương pháp khử điện phân, cô lập chính kim loại đó.

Người đầu tiên phát hiện ra công nghệ này vào năm 1860 là nhà hóa học người Pháp Henri Saint-Clair Deville. Nó thay thế một quy trình tốn kém trong đó nhôm được sản xuất trong chân không từ kali và natri.

Công dụng quan trọng tiếp theo của bôxit là làm chất mài mòn.

Nếu alumin được nung, kết quả là corundum tổng hợp, một vật liệu rất cứng với hệ số 9 trên thang Mohs. Nó được nghiền nát, tách ra và tiếp tục đưa vào thành phần của giấy nhám, các loại bột đánh bóng và chất treo khác nhau.

Bô xít cũng là một chất mài mòn phun cát tuyệt vời. Nó lý tưởng cho việc xử lý bề mặt và do hình cầu của nó, giúp giảm mài mòn thiết bị phun cát.

Một mục đích quan trọng khác của bôxít là tham gia như một chất hỗ trợ (một loại vật liệu không cho phép đóng các đứt gãy được tạo ra đặc biệt) trong quá trình sản xuất dầu bằng phương pháp nứt vỡ thủy lực. Trong trường hợp này, các hạt đá bauxit đã qua xử lý có khả năng chống lại áp suất thủy lực và cho phép các vết nứt vẫn mở trong thời gian cần thiết để giải phóng dầu.

Bauxit cũng không thể thiếu để tạo ra các sản phẩm chịu lửa. Alumina nung có thể chịu được nhiệt độ lên đến 1780 C. Tính chất này được sử dụng cho cả sản xuất gạch và bê tông, và để tạo ra các thiết bị cho ngành công nghiệp luyện kim, thủy tinh đặc biệt và thậm chí cả quần áo chống cháy.

Phần kết luận

Các nhà hóa học và công nghệ không ngừng tìm kiếm các chất thay thế thích hợp cho bôxít, vốn không thua kém về tính chất của chúng. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng vật liệu đất sét, tro từ các nhà máy điện và đá phiến dầu có thể được sử dụng để sản xuất alumin.

Tuy nhiên, giá thành của toàn bộ dây chuyền công nghệ cao hơn nhiều lần. Cacbua silic hoạt động tốt như một chất mài mòn và mullite tổng hợp như một vật liệu chịu lửa. Các nhà khoa học hy vọng rằng trước khi nguồn tài nguyên tự nhiên của bô-xit cạn kiệt hoàn toàn, người ta sẽ tìm thấy một sự thay thế tương đương.

Và một số yếu tố khác. Tuy nhiên, hiện nay không phải tất cả các nguyên tố này đều được khai thác từ quặng nhôm và được sử dụng cho nhu cầu của nền kinh tế quốc dân.

Đá Apatit-nepheline được sử dụng đầy đủ nhất, từ đó thu được phân bón, alumin, soda, kali và một số sản phẩm khác; hầu như không có bãi thải.

Khi bauxite được xử lý bằng quy trình Bayer hoặc bằng phương pháp thiêu kết, vẫn còn rất nhiều bùn đỏ trong bãi thải, việc sử dụng hợp lý chúng đáng được quan tâm.

Trước đó người ta nói rằng để có được 1 tấn nhôm, người ta phải tiêu tốn rất nhiều điện năng, bằng 1/5 giá thành của nhôm. Trong bảng. 55 cho thấy việc tính giá thành của 1 tấn nhôm. Từ dữ liệu được đưa ra trong bảng, có thể thấy rằng thành phần chi phí quan trọng nhất là nguyên liệu và vật liệu cơ bản, trong đó alumin chiếm gần một nửa tổng chi phí. Do đó, việc giảm giá thành của nhôm chủ yếu nên đi theo hướng giảm giá thành sản xuất alumin.

Về mặt lý thuyết, cứ 1 tấn nhôm thì phải bỏ ra 1,89 tấn alumin. Vượt quá giá trị này ở tốc độ dòng chảy thực tế là hệ quả của tổn thất chủ yếu do nguyên tử hóa. Những tổn thất này có thể được giảm 0,5-0,6% bằng cách tự động nạp alumin vào bể. Giảm chi phíalumin có thể đạt được bằng cách giảm tổn thất ở tất cả các giai đoạn sản xuất của nó, đặc biệt là trong bùn thải, trong quá trình vận chuyển các dung dịch alumin và cũng như trong quá trình nung alumin; do tiết kiệm được từ việc sử dụng tốt hơn hơi thải (từ các thiết bị tự bay hơi) và sử dụng toàn bộ nhiệt của khói lò. Điều này đặc biệt quan trọng đối với quá trình hấp tiệt trùng, nơi chi phí hơi nước là đáng kể.

Giới thiệu về quá trình lọc và quay liên tục; các nhà máy tinh luyện alumin tiên tiến có thể tự động hóa nhiều hoạt động, giúp giảm tiêu thụ hơi nước và điện năng, tăng năng suất lao động và giảm giá thành nhôm. Tuy nhiên, nhiều hơn nữa có thể được thực hiện theo hướng này. Nếu không từ bỏ các cuộc tìm kiếm tiếp tục tìm kiếm bauxit cao cấp, việc chuyển đổi sang lĩnh vực này sẽ làm giảm đáng kể giá thành của alumin, người ta nên tìm cách sử dụng bôxit sắt và bùn đỏ trong ngành công nghiệp gang thép. Một ví dụ là việc sử dụng phức tạp các loại đá apatit-nepheline.

Giá thành của muối florua là 8%. Chúng có thể được khử bằng cách loại bỏ cẩn thận các khí khỏi bể điện phân để thu giữ các hợp chất florua từ chúng. Khí anốt hút từ bể chứa tới 40 mg / m 3 flo, khoảng 100 mg / m 3 nhựa và 90 mg / m 3 bụi (AlF 3 , Al 2 O 3, Na 3 AlF 6). Các khí này không được thải vào khí quyển,vì chúng có giá trị, ngoài ra, chúng còn độc. Chúng phải được làm sạch bụi có giá trị, cũng như trung hòa để tránh làm nhiễm độc bầu không khí của xưởng và các khu vực lân cận với nhà máy. Để làm sạch khí, chúng được rửa bằng dung dịch soda yếu trong thiết bị làm sạch khí tháp (máy lọc khí).

Với sự tổ chức hoàn hảo của các quá trình tinh chế và trung hòa, có thể trả lại một phần muối florua (lên đến 50%) cho quá trình sản xuất và do đó giảm giá thành của nhôm từ 3-5%.

Có thể giảm đáng kể chi phí nhôm thông qua việc sử dụng các nguồn điện rẻ hơn và nhanh chóng giới thiệu rộng rãi các bộ chuyển đổi dòng điện bán dẫn tiết kiệm hơn (đặc biệt là silicon), cũng như bằng cách giảm mức tiêu thụ điện trực tiếp. Điều thứ hai có thể đạt được bằng cách thiết kế các bồn tắm tiên tiến hơn với ít tổn thất điện áp hơn trong tất cả hoặc trong các phần tử riêng lẻ của chúng, cũng như bằng cách chọn nhiều chất điện phân dẫn điện hơn (điện trở của cryolite quá cao và một lượng lớn điện được chuyển thành nhiệt thừa , mà vẫn chưa thể được sử dụng hợp lý). Không phải ngẫu nhiên mà các bồn tắm có cực dương nướng ngày càng được tìm thấy nhiều hơn, vì mức tiêu thụ năng lượng của các bồn tắm này thấp hơn nhiều.

Nhân viên phục vụ của các cửa hàng điện phân đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tiêu thụ điện năng. Duy trì khoảng cách giữa các cực bình thường, giữ sạch các tiếp điểm điện ở các vị trí khác nhau của bồn tắm, giảm số lượng và thời gian tác động của cực dương, duy trì nhiệt độ bình thường của chất điện phân và theo dõi cẩn thận thành phần của chất điện phân giúp giảm đáng kể điện năng tiêu thụ.

Các nhóm tiên tiến của cửa hàng điện phân của các nhà máy nhôm, đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quy trình và các tính năng của bồn tắm mà họ phục vụ, theo dõi cẩn thận tiến trình của quy trình, có cơ hội tăng lượng kim loại sản xuất trên một đơn vị điện năng tiêu thụ. với chất lượng tuyệt vời và do đó, tăng hiệu quả sản xuất nhôm.

Yếu tố quan trọng nhất để giảm chi phí và tăng năng suất lao động là việc cơ giới hóa các quy trình sử dụng nhiều lao động trong các xưởng điện phân của các nhà máy nhôm. Trong lĩnh vực này, các nhà máy nhôm trong nước đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong những thập kỷ qua: việc khai thác nhôm từ các bồn tắm đã được cơ giới hóa; Các cơ chế năng suất và tiện lợi để đục lớp vỏ chất điện phân và chiết xuất và dẫn động các chốt đã được giới thiệu. Tuy nhiên, điều đó là cần thiết và có thểđể cơ khí hóa và tự động hóa các quy trình trong lò luyện nhôm ở mức độ lớn hơn. Điều này được thúc đẩy bởi sự gia tăng hơn nữa công suất của các bộ điện phân, sự chuyển đổi từ các quy trình tuần hoàn sang quy trình liên tục.

Trong những năm gần đây, việc sử dụng tổng hợp quặng nhôm đã được cải thiện do thực tế là một số nhà máy nhôm đã bắt đầu chiết xuất vanadi và ôxít gali kim loại từ chất thải.

Nó được phát hiện vào năm 1875 bằng phương pháp quang phổ. Bốn năm trước đó, D. I. Mendeleev đã dự đoán các tính chất chính của nó với độ chính xác cao (đặt tên cho nó là eka-nhôm). có màu trắng bạc và nhiệt độ nóng chảy thấp (+ 30 ° C). Một miếng gali nhỏ có thể được nấu chảy trong lòng bàn tay của bạn. Cùng với đó, nhiệt độ sôi của gali khá cao (2230 ° C) nên được dùng cho các nhiệt kế có nhiệt độ cao. Những nhiệt kế có ống thạch anh như vậy có thể áp dụng lên đến 1300 ° C. Về độ cứng, gali gần với chì. Khối lượng riêng của gali rắn là 5,9 g / cm 3, chất lỏng 6,09 g / cm 3.

Gali nằm rải rác trong tự nhiên, những người giàu có thì chưa được biết đến. Nó được tìm thấy ở phần trăm và phần nghìn tỷ lệ phần trăm trong quặng nhôm, kẽm và một số tro than. Các vòi của Gasworks đôi khi chứa tới 0,75% gali.

Về độc tính, gali vượt trội hơn nhiều so với và do đó, tất cả các công việc chiết xuất nó phải được tiến hành, tuân thủ vệ sinh cẩn thận.

Trong không khí khô ở nhiệt độ thường, gali hầu như không bị oxi hóa: khi đun nóng, nó kết hợp mạnh với oxi, tạo thành oxit màu trắng Ga 2 O 3. Cùng với oxit gali này, các oxit gali khác (GaO và Ga 2 O) cũng được hình thành trong những điều kiện nhất định. Gali hydroxit Ga (OH) 3 là chất lưỡng tính và do đó dễ hòa tan trong axit và kiềm, mà nó tạo thành các gallate có tính chất tương tự như aluminat. Về vấn đề này, khi thu được alumin từ quặng nhôm, gali cùng với nhôm sẽ chuyển thành dung dịch và sau đó đi kèm với nó trong tất cả các hoạt động tiếp theo. Nồng độ gali tăng lên nhất định được quan sát thấy trong hợp kim anot trong quá trình điện phân tinh chế nhôm, trong các dung dịch aluminat tuần hoàn trong quá trình sản xuất alumin theo phương pháp Bayer, và trong rượu mẹ còn lại sau khi cacbon hóa hoàn toàn dung dịch aluminat.

Do đó, nếu không vi phạm kế hoạch phân phối lại, có thể tổ chức khai thác gali trong các cửa hàng alumin và tinh luyện của các nhà máy nhôm. Các dung dịch aluminat tái chế để chiết xuất gali có thể được cacbon hóa định kỳ theo hai bước. Đầu tiên, khoảng 90% nhôm được kết tủa bằng cách cacbon hóa chậm và dung dịch được lọc bỏ, sau đó lại được cacbon hóa để kết tủa gali hydroxit và vẫn còn trong dung dịch. Do đó kết tủa thu được có thể chứa tối đa 1,0% Ga 2 O 3.

Một phần đáng kể nhôm có thể được kết tủa từ dung dịch tuần hoàn mẹ aluminat dưới dạng muối florua. Để làm điều này, axit flohydric được trộn vào dung dịch aluminat có chứa gali. Ở pH<2,5 из раствора осаждается значительная часть алюминия в виде фторида и криолита (Na 3 AlF 6). Галлий и часть алюминия остаются в растворе.

Khi một dung dịch axit được trung hòa với soda đến pH = 6, gali và được kết tủa.

Có thể thực hiện thêm việc tách nhôm khỏi gality, xử lý kết tủa ngậm nước nhôm-gali trong nồi hấp với sữa vôi có chứa một lượng nhỏ xút; trong khi gali đi vào dung dịch,và hầu hết nhôm vẫn còn trong lớp trầm tích. Gali sau đó được kết tủa từ dung dịch với carbon dioxide. Kết tủa thu được chứa tối đa 25% Ga 2 O 3. Hòa tan kết tủa này trong dung dịch natri hiđroxit với tỉ lệ 1,7 xút và được xử lý bằng Na 2 S để loại bỏ các kim loại nặng, đặc biệt là chì. Dung dịch tinh khiết và làm trong được điện phân ở 60-75 ° C, điện áp 3-5 V và khuấy liên tục chất điện phân. Cực âm và cực dương phải làm bằng thép không gỉ.

Có các phương pháp xác định nồng độ gali oxit từ các dung dịch aluminat. Như vậy, từ hợp kim anot chứa 0,1-0,3% gali còn lại sau quá trình điện phân tinh luyện nhôm theo phương pháp ba lớp, sau này có thể phân lập bằng cách xử lý hợp kim bằng dung dịch kiềm nóng. Trong trường hợp này, gali cũng đi vào dung dịch và vẫn ở dạng kết tủa.

Để thu được các hợp chất của gali tinh khiết, người ta dùng khả năng hòa tan của gali clorua trong ete.

Nếu nó có trong quặng nhôm, nó sẽ liên tục tích tụ trong dung dịch aluminat và ở hàm lượng lớn hơn 0,5 g / l V 2 O 5, kết tủa với nhôm hydrat trong quá trình cacbon hóa để kết tủa và gây ô nhiễm nhôm. Để loại bỏ vanadi, rượu mẹ được làm bay hơi đến tỷ trọng 1,33 g / cm 3 và làm lạnh đến 30 ° C, trong khi bùn chứa hơn 5% V 2 O 5 rơi ra ngoài, cùng với soda và các hợp chất kiềm khác của phốt pho và asen, trong đó nó có thể được phân lập trước tiên bằng quá trình thủy hóa phức tạp và sau đó bằng cách điện phân dung dịch nước.

Sự nóng chảy của nhôm do nhiệt dung cao và nhiệt tiềm ẩn của phản ứng tổng hợp (392 J / g) đòi hỏi một lượng lớn năng lượng. Vì vậy, kinh nghiệm của các nhà máy điện phân đã bắt đầu sản xuất dây thép dạng dải và dây điện trực tiếp từ nhôm lỏng (không đúc thành thỏi) đáng được phổ biến. Ngoài ra, một hiệu quả kinh tế lớn có thể thu được từ nhôm lỏng trong các xưởng đúc của các nhà máy điện phân từ các hợp kim khác nhau để tiêu dùng hàng loạt, và

Gali lịch sử phát hiện ra nguyên tố Về nguyên tố có số hiệu nguyên tử 31, hầu hết độc giả chỉ nhớ rằng nó là một trong ba nguyên tố ...