Aluminiul este un metal acoperit cu o peliculă de oxid de argint mat, ale cărui proprietăți îi determină popularitatea: moliciune, ușurință, ductilitate, rezistență ridicată, rezistență la coroziune, conductivitate electrică și lipsă de toxicitate. În modern tehnologie înaltă Utilizarea aluminiului are un loc de frunte ca material structural, multifuncțional.
Cea mai mare valoare pentru industrie ca sursă de aluminiu o reprezintă materiile prime naturale - bauxită, o componentă de rocă sub formă de bauxită, alunită și nefelină.
Soiuri de minereuri care conțin alumină
Sunt cunoscute peste 200 de minerale care conțin aluminiu.
Numai roca care poate îndeplini următoarele cerințe este considerată sursă de materie primă:
- Materiile prime naturale trebuie să aibă un conținut ridicat de oxizi de aluminiu;
- Depozitul trebuie să corespundă fezabilității economice a dezvoltării sale industriale.
- Roca trebuie să conțină materie primă de aluminiu într-o formă care poate fi extrasă în forma sa pură prin metode cunoscute.
Caracteristica rocii naturale bauxite
Depozitele naturale de bauxită, nefelină, alunită, argilă și caolin pot servi drept sursă de materii prime. Bauxita este cea mai saturată cu compuși de aluminiu. Argilele și caolinii sunt cele mai comune roci cu un conținut semnificativ de alumină. Depozitele acestor minerale se găsesc pe suprafața pământului.
Bauxităîn natură există doar sub formă de compus binar de metal cu oxigen. Acest compus este extras din munte natural minereu sub formă de bauxită, constând din oxizi ai mai multor elemente chimice: aluminiu, potasiu, sodiu, magneziu, fier, titan, siliciu, fosfor.
În funcție de depozit, bauxita conține de la 28 la 80% alumină. Aceasta este principala materie primă pentru obținerea unui metal unic. Calitatea bauxitei ca materie primă din aluminiu depinde de conținutul său de alumină. Aceasta determină fizicul proprietăți bauxită:
- Mineralul are o structură cristalină ascunsă sau este în stare amorfă. Multe minerale au forme întărite de hidrogeluri de compoziție simplă sau complexă.
- Culoarea bauxitei la diferite site-uri miniere variază de la aproape alb la roșu închis. Există depozite cu o culoare neagră a mineralului.
- Densitatea mineralelor care conțin aluminiu depinde de acestea compozitia chimicași este de aproximativ 3.500 kg/m3.
- Compoziția chimică și structura bauxitei determină solidul proprietăți mineral. Cele mai puternice minerale au o duritate de 6 unități pe scara acceptată în mineralogie.
- Ca mineral natural, bauxita are o serie de impurități, cel mai adesea acestea sunt oxizi de fier, calciu, magneziu, mangan și impurități ale compușilor de titan și fosfor.
Bauxiții, caolinii și argilele conțin impurități ale altor compuși, care sunt separate în industrii separate în timpul procesării materiilor prime.
Numai în Rusia se folosesc depozite cu depozite de rocă care conțin concentrații mai mici de alumină.
Recent, alumina a început să fie obținută din nefeline, care, pe lângă alumină, conțin oxizi de metale precum potasiu, sodiu, siliciu și, nu mai puțin valoroase, piatră de alaun, alunită.
Metode de prelucrare a mineralelor care conțin aluminiu
Tehnologia de producere a aluminei pure din minereu de aluminiu nu s-a schimbat de la descoperirea acestui metal. Echipamentul său de producție este îmbunătățit, permițându-i să producă aluminiu pur. Principalele etape de producție pentru obținerea metalului pur:
- Extragerea minereului din zăcăminte dezvoltate.
- Prelucrarea primară a rocilor sterile în scopul creșterii concentrației de alumină este un proces de îmbogățire.
- Prepararea aluminei pure, reducerea electrolitică a aluminiului din oxizii săi.
Procesul de producție se încheie cu metal cu o concentrație de 99,99%.
Exploatarea și valorificarea aluminei
Alumina sau oxizii de aluminiu nu există în natură în forma lor pură. Este extras din minereurile de aluminiu prin metode hidrochimice.
Zăcăminte de minereu de aluminiu în zăcăminte de obicei explodează, oferind un loc pentru extragerea acestuia la o adâncime de aproximativ 20 de metri, de unde este selectat și lansat în procesul de prelucrare ulterioară;
- Folosind echipamente speciale (sicre, clasificatoare), minereul este zdrobit și sortat, aruncând roca sterilă (decantare). În această etapă de îmbogățire cu alumină, metodele de spălare și cernere sunt utilizate ca fiind cele mai avantajoase din punct de vedere economic.
- Minereul purificat depus la fundul instalației de concentrare este amestecat cu o masă încălzită de sodă caustică într-o autoclavă.
- Amestecul este trecut printr-un sistem de vase din oțel de înaltă rezistență. Vasele sunt echipate cu o manta de abur care mentine temperatura ceruta. Presiunea aburului este menținută la 1,5-3,5 MPa până când compușii de aluminiu sunt complet transferați din roca îmbogățită în aluminatul de sodiu într-o soluție de hidroxid de sodiu supraîncălzită.
- După răcire, lichidul trece printr-o etapă de filtrare, în urma căreia sedimentul solid este separat și se obține o soluție suprasaturată de aluminat pur. Prin adăugarea de reziduuri de hidroxid de aluminiu din ciclul anterior la soluția rezultată, descompunerea este accelerată.
- Pentru uscarea finală a hidratului de oxid de aluminiu, se utilizează o procedură de calcinare.
Producția electrolitică de aluminiu pur
Aluminiul pur este produs printr-un proces continuu care produce aluminiu calcinat intră în stadiul de reducere electrolitică.
Electrolizoarele moderne sunt un dispozitiv format din următoarele părți:
- Fabricat din carcasă de oțel căptușită cu blocuri și plăci de cărbune. În timpul funcționării, pe suprafața corpului băii se formează o peliculă densă de electrolit înghețat, protejând căptușeala de distrugerea de către topirea electrolitului.
- Un strat de aluminiu topit la fundul băii, de 10–20 cm grosime, servește drept catod în această instalație.
- Curentul este furnizat topiturii de aluminiu prin blocuri de carbon și tije de oțel încorporate.
- Anozii, suspendați pe un cadru de fier folosind știfturi de oțel, sunt prevăzuți cu tije conectate la un mecanism de ridicare. Pe măsură ce arderea continuă, anodul se mișcă în jos, iar tijele sunt folosite ca element pentru alimentarea curentului.
- În ateliere, electrolizoarele sunt instalate secvenţial pe mai multe rânduri (două sau patru rânduri).
Purificare suplimentară a aluminiului prin rafinare
Dacă aluminiul extras din electrolizoare nu îndeplinește cerințele finale, acesta este supus unei epurări suplimentare prin rafinare.
În industrie, acest proces se realizează într-un electrolizor special, care conține trei straturi de lichid:
- Partea de jos – aluminiu rafinat cu adaos de aproximativ 35% cupru, servește ca anod. Cuprul este prezent pentru a face stratul de aluminiu mai greu; cuprul nu se dizolvă în aliajul anodului;
- Stratul mijlociu este un amestec de fluoruri și cloruri de bariu, calciu și aluminiu cu un punct de topire de aproximativ 730 ° C.
- Strat superior - aluminiu rafinat pur o topitură care se dizolvă în stratul anodic și se ridică în sus. Acesta servește drept catod în acest circuit. Curentul este furnizat de un electrod de grafit.
În timpul procesului de electroliză, impuritățile rămân în stratul anodic și electrolit. Randamentul de aluminiu pur este de 95–98%. Dezvoltarea zăcămintelor care conțin aluminiu ocupă un loc de frunte în economia națională, datorită proprietăților aluminiului, care în prezent ocupă locul al doilea după fier în industria modernă.
În industria modernă, minereul de aluminiu este cea mai populară materie primă. Dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei a făcut posibilă extinderea domeniului de aplicare a acesteia. Ce este minereul de aluminiu și unde este extras este descris în acest articol.
Importanța industrială a aluminiului
Aluminiul este considerat cel mai comun metal. Se situează pe locul trei în ceea ce privește numărul de depozite din scoarța terestră. Aluminiul este, de asemenea, cunoscut de toată lumea ca un element din tabelul periodic, care aparține metalelor ușoare.
Minereul de aluminiu este materia primă naturală din care se obține acest metal. Este extras în principal din bauxită, care conține oxizi de aluminiu (alumină) în cantități mari - de la 28 la 80%. Alte roci - alunita, nefelina si nefelina-apatita sunt de asemenea folosite ca materii prime pentru producerea aluminiului, dar sunt de o calitate mai slaba si contin mult mai putina alumina.
Aluminiul ocupă primul loc în metalurgia neferoasă. Faptul este că, datorită caracteristicilor sale, este folosit în multe industrii. Astfel, acest metal este utilizat în ingineria transporturilor, producția de ambalaje, construcții și pentru fabricarea diferitelor bunuri de larg consum. Aluminiul este, de asemenea, utilizat pe scară largă în inginerie electrică.
Pentru a înțelege importanța aluminiului pentru umanitate, este suficient să aruncăm o privire mai atentă asupra lucrurilor de uz casnic pe care le folosim în fiecare zi. Multe articole de uz casnic sunt fabricate din aluminiu: acestea sunt piese pentru aparate electrice (frigider, maşină de spălat etc.), vesela, echipament sportiv, suveniruri, elemente de interior. Aluminiul este adesea folosit pentru producție diferite tipuri containere și ambalaje. De exemplu, conserve sau recipiente din folie de unică folosință.
Tipuri de minereuri de aluminiu
Aluminiul se găsește în peste 250 de minerale. Dintre acestea, cele mai valoroase pentru industrie sunt bauxita, nefelina și alunita. Să le privim mai detaliat.
Minereu de bauxită
Aluminiul nu se găsește în natură în forma sa pură. Se obține în principal din minereu de aluminiu - bauxită. Este un mineral care constă în principal din hidroxizi de aluminiu, precum și oxizi de fier și siliciu. Datorită conținutului ridicat de alumină (40 până la 60%), bauxita este folosită ca materie primă pentru producția de aluminiu.
Proprietățile fizice ale minereului de aluminiu:
- minerale opace de culori roșii și gri de diferite nuanțe;
- duritatea celor mai puternice probe este de 6 pe scara mineralogică;
- Densitatea bauxitei, în funcție de compoziția chimică, variază între 2900-3500 kg/m³.
Zăcămintele de minereu de bauxită sunt concentrate în ecuatorial și zona tropicala teren. Mai multe zăcăminte antice sunt situate în Rusia.
Cum se formează minereul de aluminiu de bauxită?
Bauxita este formată din monohidrat de alumină, boehmit și diasporă, hidrargilit trihidrat și minerale asociate hidroxid și oxid de fier.
În funcție de compoziția elementelor care formează natura, se disting trei grupuri de minereuri de bauxită:
- Bauxita monohidrat – conține alumină sub formă monohidrat.
- Trihidrat - astfel de minerale constau din alumină sub formă de trihidrat.
- Mixt - acest grup include minereurile de aluminiu anterioare în combinație.
Depozitele de materii prime se formează din cauza intemperiilor rocilor acide, alcaline și uneori bazice sau ca urmare a depunerii treptate a unor cantități mari de alumină pe fundul mării și al lacurilor.
Minereuri de alunită
Acest tip de depozit conține până la 40% oxid de aluminiu. Minereul de alunită se formează în bazinele acvatice și zonele de coastă în condiții de activitate hidrotermală și vulcanică intensă. Un exemplu de astfel de depozite este Lacul Zaglinskoye din Caucazul Mic.
Roca este poroasă. Constă în principal din caoliniți și hidromice. Minereul cu un conținut de alunită de peste 50% este de interes industrial.
Nefelina
Acesta este un minereu de aluminiu de origine magmatică. Este o rocă alcalină complet cristalină. În funcție de compoziția și caracteristicile tehnologice ale prelucrării, se disting mai multe grade de minereu de nefelină:
- clasa I – 60–90% nefelină; conține mai mult de 25% alumină; prelucrarea se realizează prin sinterizare;
- clasa a II-a – 40–60% nefelină, cantitatea de alumină este puțin mai mică – 22–25%; îmbogățirea este necesară în timpul procesării;
- clasa a treia este mineralele nefeline, care nu reprezintă nicio valoare industrială.
Producția mondială de minereuri de aluminiu
Minereul de aluminiu a fost extras pentru prima dată în prima jumătate a secolului al XIX-lea în sud-estul Franței, lângă orașul Box. De aici provine denumirea de bauxită. La început, această industrie s-a dezvoltat într-un ritm lent. Dar când omenirea a apreciat care minereu de aluminiu era util pentru producție, domeniul de aplicare a aluminiului sa extins semnificativ. Multe țări au început să caute depozite pe teritoriile lor. Astfel, producția mondială de minereuri de aluminiu a început să crească treptat. Cifrele confirmă acest fapt. Astfel, dacă în 1913 volumul global de minereu extras era de 540 de mii de tone, atunci în 2014 era de peste 180 de milioane de tone.
Numărul de țări care extrag minereu de aluminiu a crescut, de asemenea, treptat. Astăzi sunt aproximativ 30 dintre ele Dar în ultimii 100 de ani, țările și regiunile de vârf s-au schimbat constant. Astfel, la începutul secolului al XX-lea, liderii mondiali în extracția minereului de aluminiu și producția acestuia erau America de Nordși Europa de Vest. Aceste două regiuni au reprezentat aproximativ 98% din producția globală. După câteva decenii, țările au devenit lideri în ceea ce privește indicatorii cantitativi ai industriei aluminiului. Europa de Est, America LatinăŞi Uniunea Sovietică. Și deja în anii 1950-1960, America Latină a devenit lider în ceea ce privește producția. Și în anii 1980-1990. A existat o descoperire rapidă în industria aluminiului în Australia și Africa. În tendința globală actuală, principalele țări lider în producția de aluminiu sunt Australia, Brazilia, China, Guineea, Jamaica, India, Rusia, Surinam, Venezuela și Grecia.
Zăcăminte de minereu în Rusia
În ceea ce privește producția de minereu de aluminiu, Rusia se află pe locul șapte în clasamentul mondial. Deși zăcămintele de minereu de aluminiu din Rusia oferă țării cantități mari de metal, nu este suficient pentru a furniza pe deplin industria. Prin urmare, statul este obligat să cumpere bauxită din alte țări.
În total, în Rusia există 50 de zăcăminte de minereu. Acest număr include atât locurile în care mineralul este extras, cât și zăcămintele care nu au fost încă dezvoltate.
Majoritatea rezervelor de minereu sunt situate în partea europeană a țării. Aici sunt situate în Sverdlovsk, Arhangelsk, Regiunea Belgorod, în Republica Komi. Toate aceste regiuni conțin 70% din rezervele totale de minereu dovedite ale țării.
Minereurile de aluminiu din Rusia sunt încă extrase din vechile zăcăminte de bauxită. Astfel de zone includ câmpul Radynskoye din regiunea Leningrad. De asemenea, din cauza deficitului de materii prime, Rusia folosește și alte minereuri de aluminiu, ale căror zăcăminte sunt zăcăminte minerale de mai proastă calitate. Dar sunt încă potrivite pentru scopuri industriale. Astfel, în Rusia, minereurile de nefelină sunt extrase în cantități mari, ceea ce face posibilă și obținerea de aluminiu.
Orașul francez Les Baux de Provence, situat în sudul țării, a devenit faimos pentru că și-a dat numele mineralului bauxite. Acolo, în 1821, inginerul minier Pierre Berthier a descoperit zăcăminte de minereu necunoscut. Au fost nevoie de încă 40 de ani de cercetare și testare pentru a descoperi posibilitățile noii roci și a o recunoaște ca promițătoare pentru producția industrială de aluminiu, care în acei ani a depășit prețul aurului.
Caracteristici și origine
Bauxita este minereul primar de aluminiu. Aproape tot aluminiul care a fost produs vreodată în lume este transformat din ele. Această rocă este o materie primă compozită, caracterizată printr-o structură complexă și eterogenă.
Include oxizi și hidroxizi de aluminiu ca componente principale. Oxizii de fier servesc și ca minerale formatoare de minereu. Și printre cele mai comune impurități:
- siliciu (reprezentat prin cuarț, caolinit și opal);
- titan (sub formă de rutil);
- compuși de calciu și magneziu;
- elemente de pământuri rare;
- mica;
- in cantitati mici galiu, crom, vanadiu, zirconiu, niobiu, fosfor, potasiu, sodiu si pirita.
Prin origine, bauxitele sunt lateritice și carstice (sedimentare). Primele, de înaltă calitate, s-au format în climatul tropicalelor umede ca urmare a transformării chimice profunde a rocilor silicate (așa-numita laterizare). Acestea din urmă sunt de calitate inferioară sunt un produs al intemperiilor, transferului și depunerii straturilor de argilă în locuri noi.
Bauxitele variază în:
- Starea fizică (stâncoasă, pământoasă, poroasă, afanată, asemănătoare argilosului).
- Structură (sub formă de fragmente și mazăre).
- Caracteristici texturale (cu o compoziție omogenă sau stratificată).
- Densitatea (variază de la 1800 la 3200 kg/m³).
Chimice și proprietăți fizice
Proprietățile chimice ale bauxitei au o gamă largă datorită compoziției variabile a materialului. Cu toate acestea, calitatea mineralelor extrase este determinată în primul rând de raportul dintre conținutul de alumină și silice. Cu cât este mai mare cantitatea primului și mai mică a celui de-al doilea, cu atât valoarea industrială este mai mare. Important caracteristică chimică inginerii minieri iau în considerare așa-numita „rupabilitate”, adică cât de ușor pot fi extrași oxizii de aluminiu din materialul mineral.
În ciuda faptului că bauxita nu are o compoziție constantă, proprietățile sale fizice se reduc la următorii indicatori:
| 1 | Culoare | maro, portocaliu, cărămidă, roz, roșu; mai rar gri, galben, alb și negru |
| 2 | Venele | de obicei albe, dar uneori pot fi colorate de impurități de fier |
| 3 | Strălucire | Plictisitor și pământesc |
| 4 | Transparenţă | Opac |
| 5 | Greutate specifică | 2-2,5 kg/cm³ |
| 6 | Duritate | 1-3 pe scara mineralogică Mohs (pentru comparație, un diamant are un 10). Datorită acestei moliciune, bauxita seamănă cu argila. Dar, spre deosebire de acestea din urmă, la adăugarea apei nu formează o masă plastică omogenă |
Interesant este că starea fizică nu are nimic de-a face cu utilitatea și valoarea bauxitei. Acest lucru se explică prin faptul că sunt procesate într-un alt material, ale cărui proprietăți diferă semnificativ de roca originală.
Rezervele și producția mondială
În ciuda faptului că cererea de aluminiu este în continuă creștere, rezervele de minereu primar sunt suficiente pentru a satisface această nevoie pentru încă câteva secole, dar nu mai puțin de 100 de ani de producție.
US Geological Survey a publicat date conform cărora resursele mondiale de bauxită se ridică la 55-75 de miliarde de tone. Mai mult, majoritatea sunt concentrate în Africa (32%). Oceania reprezintă 23%, Caraibe și America de Sud 21%, continentul asiatic 18%, alte regiuni 6%.
Introducerea unui proces de reciclare a aluminiului inspiră și optimism, care va încetini epuizarea rezervelor naturale de minereu primar de aluminiu (și, în același timp, va economisi consumul de energie).
Primele zece țări din minerit de bauxită, reprezentate de același US Geological Survey, arătau așa în 2016.
| 1 | Australia | 82 000 |
| 2 | China | 65 000 |
| 3 | Brazilia | 34 500 |
| 4 | India | 25 000 |
| 5 | Guineea | 19 700 |
| 6 | Jamaica | 8 500 |
| 7 | Rusia | 5 400 |
| 8 | Kazahstan | 4 600 |
| 9 | Arabia Saudită | 4 000 |
| 10 | Grecia | 1 800 |
Vietnamul se arată a fi foarte promițător, terminând anul 2016 cu o cifră de 1.500 de mii. tone metrice. Dar Malaezia, care a fost a treia în 2015, a redus drastic dezvoltarea bauxitei din cauza așteptărilor unor legi stricte de mediu și astăzi ocupă locul 15 în clasamentul mondial.
Bauxita este de obicei extrasă în cariere deschise. Pentru a obține o platformă de lucru, un strat de minereu este sablat la o adâncime de 20 de centimetri și apoi îndepărtat. Bucățile de mineral sunt zdrobite și sortate: roca reziduală (așa-numitele „deșeuri”) este spălată cu un jet de apă de spălare, iar fragmente de minereu dens rămân în partea de jos a instalației de procesare.
Cele mai vechi zăcăminte de bauxită din Rusia datează din epoca precambriană. Sunt situate în Munții Sayan de Est (câmpul Boksonskoye). Minereu de aluminiu mai tânăr, datând din Devonianul mijlociu și superior, se găsește în nordul și Uralii de Sud, în regiunile Arhangelsk, Leningrad și Belgorod.
Aplicație industrială
Bauxitele extrase sunt împărțite în funcție de utilizarea lor comercială ulterioară în metalurgice, abrazive, chimice, cimentare, refractare etc.
Principala lor utilizare, care reprezintă 85% din producția mondială, este aceea de a servi drept materie primă pentru producerea de alumină (oxid de aluminiu).
Lanțul tehnologic arată astfel: bauxita este încălzită cu sodă caustică, apoi filtrată, reziduul solid este precipitat și calcinat. Acest produs este alumina anhidră, penultima transformare din ciclul de producție a aluminiului.
După aceea, nu rămâne decât să-l scufundăm într-o baie de criolit natural sau sintetic topit și, prin reducerea electrolitică, să izolăm metalul în sine.
Primul care a descoperit această tehnologie în 1860 a fost chimistul francez Henri Saint-Clair Deville. A înlocuit un proces costisitor în care aluminiul era produs în vid din potasiu și sodiu.
Următorul domeniu important utilizarea bauxitei - utilizare ca abrazivi.
Când alumina este calcinată, rezultatul este corindon sintetic, un material foarte dur, cu un rating de 9 pe scara Mohs. Se zdrobește, se separă și apoi se adaugă în compoziție șmirghelși o varietate de pulberi și suspensii pentru lustruire.
Sinterizată, pulverizată și topită în granule rotunde, bauxita este, de asemenea, un abraziv excelent pentru sablare. Este ideal pentru tratarea suprafetelor, iar datorita formei sale sferice reduce uzura echipamentelor de sablare.
Un alt scop important al bauxitei este acela de a participa ca agent de susținere (un material care previne închiderea defectelor create special) în procesul de producere a uleiului prin fracturare hidraulică. În acest caz, particulele de rocă de bauxită tratate rezistă presiunii hidraulice și permit fisurilor să rămână deschise atât timp cât este necesar pentru ca uleiul să scape.
Bauxita este, de asemenea, indispensabilă pentru crearea de produse rezistente la foc. Alumina arsă poate rezista la temperaturi de până la 1780 C. Această proprietate este utilizată atât pentru producția de cărămizi și beton, cât și pentru realizarea de echipamente pentru industria metalurgică, sticlă specială și chiar îmbrăcăminte rezistentă la foc.
Concluzie
Chimiștii și tehnologii caută în mod constant înlocuitori adecvați pentru bauxită, care să nu fie inferioare în proprietățile lor. Cercetările au arătat că materialele de argilă, cenușa centralei electrice și șisturile bituminoase pot fi folosite pentru a produce alumină.
Cu toate acestea, costul întregului lanț tehnologic este de multe ori mai mare. Carbura de siliciu a funcționat bine ca mulit abraziv și sintetic ca refractar. Oamenii de știință speră că înainte de momentul epuizării complete resurse naturale bauxita va fi găsit un înlocuitor echivalent.
În industria modernă, minereul de aluminiu este cea mai populară materie primă. Dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei a făcut posibilă extinderea domeniului de aplicare a acesteia. Ce este minereul de aluminiu și unde este extras este descris în acest articol.
Importanța industrială a aluminiului
Aluminiul este considerat cel mai comun metal. Se situează pe locul trei în ceea ce privește numărul de depozite din scoarța terestră. Aluminiul este, de asemenea, cunoscut de toată lumea ca un element din tabelul periodic, care aparține metalelor ușoare.
Minereul de aluminiu este o materie primă naturală din care este extras în principal din bauxită, care conține oxizi de aluminiu (alumină) în cea mai mare cantitate - de la 28 la 80%. Alte roci - alunita, nefelina si nefelina-apatita sunt de asemenea folosite ca materii prime pentru producerea aluminiului, dar sunt de o calitate mai slaba si contin mult mai putina alumina.
Aluminiul ocupă primul loc în metalurgia neferoasă. Faptul este că, datorită caracteristicilor sale, este folosit în multe industrii. Astfel, acest metal este utilizat în ingineria transporturilor, producția de ambalaje, construcții și pentru fabricarea diferitelor bunuri de larg consum. Aluminiul este, de asemenea, utilizat pe scară largă în inginerie electrică.
Pentru a înțelege importanța aluminiului pentru umanitate, este suficient să aruncăm o privire mai atentă asupra lucrurilor de uz casnic pe care le folosim în fiecare zi. Multe articole de uz casnic sunt realizate din aluminiu: acestea sunt piese pentru aparate electrice (frigider, mașină de spălat, etc.), vase, echipamente sportive, suveniruri, elemente de interior. Aluminiul este adesea folosit pentru producerea diferitelor tipuri de containere și ambalaje. De exemplu, conserve sau recipiente din folie de unică folosință.
Tipuri de minereuri de aluminiu
Aluminiul se găsește în peste 250 de minerale. Dintre acestea, cele mai valoroase pentru industrie sunt bauxita, nefelina și alunita. Să le privim mai detaliat.
Minereu de bauxită
Aluminiul nu se găsește în natură în forma sa pură. Se obține în principal din minereu de aluminiu - bauxită. Este un mineral care constă în principal din hidroxizi de aluminiu, precum și oxizi de fier și siliciu. Datorită conținutului ridicat de alumină (40 până la 60%), bauxita este folosită ca materie primă pentru producția de aluminiu.
Proprietățile fizice ale minereului de aluminiu:
- minerale opace de culori roșii și gri de diferite nuanțe;
- duritatea celor mai puternice probe este de 6 pe scara mineralogică;
- Densitatea bauxitei, în funcție de compoziția chimică, variază între 2900-3500 kg/m³.
Zăcămintele de minereu de bauxită sunt concentrate în zonele ecuatoriale și tropicale ale pământului. Mai multe zăcăminte antice sunt situate în Rusia.
Cum se formează minereul de aluminiu de bauxită?
Bauxita este formată din monohidrat de alumină, boehmit și diasporă, hidrargilit trihidrat și minerale asociate hidroxid și oxid de fier.
În funcție de compoziția elementelor care formează natura, se disting trei grupuri de minereuri de bauxită:
- Bauxita monohidrat - contine alumina sub forma monohidrat.
- Trihidrat - astfel de minerale constau din alumină sub formă de trihidrat.
- Mixt - acest grup include minereurile de aluminiu anterioare în combinație.
Depozitele de materii prime se formează din cauza intemperiilor rocilor acide, alcaline și uneori bazice sau ca urmare a depunerii treptate a unor cantități mari de alumină pe fundul mării și al lacurilor.
Minereuri de alunită
Acest tip de depozit conține până la 40% oxid de aluminiu. Minereul de alunită se formează în bazinele acvatice și zonele de coastă în condiții de activitate hidrotermală și vulcanică intensă. Un exemplu de astfel de depozite este Lacul Zaglinskoe din Caucazul Mic.
Roca este poroasă. Constă în principal din caoliniți și hidromice. Minereul cu un conținut de alunită de peste 50% este de interes industrial.
Nefelina
Acesta este un minereu de aluminiu de origine magmatică. Este o rocă alcalină complet cristalină. În funcție de compoziția și caracteristicile tehnologice ale prelucrării, se disting mai multe grade de minereu de nefelină:
- clasa I - 60-90% nefelina; conține mai mult de 25% alumină; prelucrarea se realizează prin sinterizare;
- clasa a doua - 40-60% nefelină, cantitatea de alumină este puțin mai mică - 22-25%; îmbogățirea este necesară în timpul procesării;
- clasa a treia este mineralele nefeline, care nu au valoare industrială.
Producția mondială de minereuri de aluminiu
Minereul de aluminiu a fost extras pentru prima dată în prima jumătate a secolului al XIX-lea în sud-estul Franței, lângă orașul Box. De aici provine denumirea de bauxită. La început s-a dezvoltat într-un ritm lent. Dar când omenirea a apreciat care minereu de aluminiu era util pentru producție, domeniul de aplicare a aluminiului sa extins semnificativ. Multe țări au început să caute depozite pe teritoriile lor. Astfel, producția mondială de minereuri de aluminiu a început să crească treptat. Cifrele confirmă acest fapt. Astfel, dacă în 1913 volumul global de minereu extras era de 540 de mii de tone, atunci în 2014 era de peste 180 de milioane de tone.
Numărul de țări care extrag minereu de aluminiu a crescut, de asemenea, treptat. Astăzi sunt aproximativ 30 dintre ele Dar în ultimii 100 de ani, țările și regiunile de vârf s-au schimbat constant. Astfel, la începutul secolului XX, liderii mondiali în extracția minereului de aluminiu și producția acestuia erau America de Nord și Europa de Vest. Aceste două regiuni au reprezentat aproximativ 98% din producția globală. Câteva decenii mai târziu, America Latină și Uniunea Sovietică au devenit lideri în indicatorii cantitativi ai industriei aluminiului. Și deja în anii 1950-1960, America Latină a devenit lider în ceea ce privește producția. Și în anii 1980-1990. a avut loc o descoperire rapidă în aluminiu și Africa. În tendința globală actuală, principalele țări lider în producția de aluminiu sunt Australia, Brazilia, China, Guineea, Jamaica, India, Rusia, Surinam, Venezuela și Grecia.
Zăcăminte de minereu în Rusia
În ceea ce privește producția de minereu de aluminiu, Rusia se află pe locul șapte în clasamentul mondial. Deși zăcămintele de minereu de aluminiu din Rusia oferă țării cantități mari de metal, nu este suficient pentru a furniza pe deplin industria. Prin urmare, statul este obligat să cumpere bauxită din alte țări.
În total, în Rusia există 50 de zăcăminte de minereu. Acest număr include atât locurile în care mineralul este extras, cât și zăcămintele care nu au fost încă dezvoltate.
Majoritatea rezervelor de minereu sunt situate în partea europeană a țării. Aici sunt situate în regiunile Sverdlovsk, Arhangelsk, Belgorod, în Republica Komi. Toate aceste regiuni conțin 70% din rezervele totale de minereu dovedite ale țării.
Minereurile de aluminiu din Rusia sunt încă extrase din vechile zăcăminte de bauxită. Astfel de zone includ câmpul Radynskoye din regiunea Leningrad. De asemenea, din cauza deficitului de materii prime, Rusia folosește și alte minereuri de aluminiu, ale căror zăcăminte sunt zăcăminte minerale de mai proastă calitate. Dar sunt încă potrivite pentru scopuri industriale. Astfel, în Rusia, minereurile de nefelină sunt extrase în cantități mari, ceea ce face posibilă și obținerea de aluminiu.
Aluminiul este un metal acoperit cu o peliculă de oxid de argint mat, ale cărui proprietăți îi determină popularitatea: moliciune, ușurință, ductilitate, rezistență ridicată, rezistență la coroziune, conductivitate electrică și lipsă de toxicitate. În tehnologiile moderne de înaltă, utilizarea aluminiului are un loc de frunte ca material structural, multifuncțional.
Cea mai mare valoare pentru industrie ca sursă de aluminiu o reprezintă materiile prime naturale - bauxită, o componentă de rocă sub formă de bauxită, alunită și nefelină.
Soiuri de minereuri care conțin alumină
Sunt cunoscute peste 200 de minerale care conțin aluminiu.
Numai roca care poate îndeplini următoarele cerințe este considerată sursă de materie primă:
Caracteristica rocii naturale bauxite
Depozitele naturale de bauxită, nefelină, alunită, argilă și caolin pot servi drept sursă de materii prime. Bauxita este cea mai saturată cu compuși de aluminiu. Argilele și caolinii sunt cele mai comune roci cu un conținut semnificativ de alumină. Depozitele acestor minerale se găsesc pe suprafața pământului.
Bauxităîn natură există doar sub formă de compus binar de metal cu oxigen. Acest compus este extras din munte natural minereu sub formă de bauxită, constând din oxizi ai mai multor elemente chimice: aluminiu, potasiu, sodiu, magneziu, fier, titan, siliciu, fosfor.
În funcție de depozit, bauxita conține de la 28 la 80% alumină. Aceasta este principala materie primă pentru obținerea unui metal unic. Calitatea bauxitei ca materie primă din aluminiu depinde de conținutul său de alumină. Aceasta determină fizicul proprietăți bauxită:
Bauxiții, caolinii și argilele conțin impurități ale altor compuși, care sunt separate în industrii separate în timpul procesării materiilor prime.
Numai în Rusia se folosesc depozite cu depozite de rocă care conțin concentrații mai mici de alumină.
Recent, alumina a început să fie obținută din nefeline, care, pe lângă alumină, conțin oxizi de metale precum potasiu, sodiu, siliciu și, nu mai puțin valoroase, piatră de alaun, alunită.
Metode de prelucrare a mineralelor care conțin aluminiu
Tehnologia de producere a aluminei pure din minereu de aluminiu nu s-a schimbat de la descoperirea acestui metal. Echipamentul său de producție este îmbunătățit, permițându-i să producă aluminiu pur. Principalele etape de producție pentru obținerea metalului pur:
- Extragerea minereului din zăcăminte dezvoltate.
- Prelucrarea primară a rocilor sterile în scopul creșterii concentrației de alumină este un proces de îmbogățire.
- Prepararea aluminei pure, reducerea electrolitică a aluminiului din oxizii săi.
Procesul de producție se încheie cu metal cu o concentrație de 99,99%.
Exploatarea și valorificarea aluminei
Alumina sau oxizii de aluminiu nu există în natură în forma lor pură. Este extras din minereurile de aluminiu prin metode hidrochimice.
Zăcăminte de minereu de aluminiu în zăcăminte de obicei explodează, oferind un loc pentru extragerea acestuia la o adâncime de aproximativ 20 de metri, de unde este selectat și lansat în procesul de prelucrare ulterioară;
- Folosind echipamente speciale (sicre, clasificatoare), minereul este zdrobit și sortat, aruncând roca sterilă (decantare). În această etapă de îmbogățire cu alumină, metodele de spălare și cernere sunt utilizate ca fiind cele mai avantajoase din punct de vedere economic.
- Minereul purificat depus la fundul instalației de concentrare este amestecat cu o masă încălzită de sodă caustică într-o autoclavă.
- Amestecul este trecut printr-un sistem de vase din oțel de înaltă rezistență. Vasele sunt echipate cu o manta de abur care mentine temperatura ceruta. Presiunea aburului este menținută la 1,5-3,5 MPa până când compușii de aluminiu sunt complet transferați din roca îmbogățită în aluminatul de sodiu într-o soluție de hidroxid de sodiu supraîncălzită.
- După răcire, lichidul trece printr-o etapă de filtrare, în urma căreia sedimentul solid este separat și se obține o soluție suprasaturată de aluminat pur. Prin adăugarea de reziduuri de hidroxid de aluminiu din ciclul anterior la soluția rezultată, descompunerea este accelerată.
- Pentru uscarea finală a hidratului de oxid de aluminiu, se utilizează o procedură de calcinare.
Producția electrolitică de aluminiu pur
Aluminiul pur este produs printr-un proces continuu care produce aluminiu calcinat intră în stadiul de reducere electrolitică.
Electrolizoarele moderne sunt un dispozitiv format din următoarele părți:
Purificare suplimentară a aluminiului prin rafinare
Dacă aluminiul extras din electrolizoare nu îndeplinește cerințele finale, acesta este supus unei epurări suplimentare prin rafinare.
În industrie, acest proces se realizează într-un electrolizor special, care conține trei straturi de lichid:
În timpul procesului de electroliză, impuritățile rămân în stratul anodic și electrolit. Randamentul de aluminiu pur este de 95–98%. Dezvoltarea zăcămintelor care conțin aluminiu ocupă un loc de frunte în economia națională, datorită proprietăților aluminiului, care în prezent ocupă locul al doilea după fier în industria modernă.
Aluminiul este unul dintre cele mai populare și căutate metale. În fiecare industrie nu se adaugă la compoziția anumitor articole. Începând de la fabricarea instrumentelor până la aviație. Proprietățile acestui metal ușor, flexibil și rezistent la coroziune au atras multe industrii.
Aluminiul în sine (un metal destul de activ) nu se găsește practic niciodată în natură în forma sa pură și este extras din alumină, a cărei formulă chimică este Al 2 O 3. Dar calea directă pentru obținerea aluminei este, la rândul său, minereul de aluminiu.
Diferențele de saturație
Practic, există doar trei tipuri de minereuri care merită menționate cu care trebuie să lucrați dacă extrageți aluminiu. Da, dat element chimic foarte, foarte comun și poate fi găsit și în alți compuși (sunt aproximativ două sute și jumătate). Totuși, datorită concentrației foarte mari, cea mai profitabilă extracție va fi din bauxită, alunită și nefelină.
Nefelinele sunt o formațiune alcalină care a apărut datorită temperaturii ridicate a magmei. O unitate din acest minereu va produce până la 25% alumină ca materie primă principală. Cu toate acestea, acest minereu de aluminiu este considerat cel mai sărac pentru mineri. Toți compușii care conțin alumină în cantități chiar mai mici decât nefelinele sunt în mod evident recunoscuți ca neprofitabili.
Alunitele s-au format în timpul activităților vulcanice și hidrotermale. Conțin până la 40% din alumina esențială, fiind „mijlocul de aur” din trinitatea noastră de minereuri.
Iar primul loc, cu un conținut record de oxid de aluminiu de cincizeci la sută sau mai mult, merge la bauxită! Ele sunt considerate pe bună dreptate sursa principală de alumină. Cu toate acestea, în ceea ce privește originea lor, oamenii de știință încă nu pot ajunge la singura decizie corectă.
Fie au migrat din locul lor inițial de origine și s-au depus după intemperii rocilor antice, fie s-au dovedit a fi sedimente după dizolvarea unor calcare, fie au devenit, în general, rezultatul descompunerii sărurilor de fier, aluminiu și titan, căzând ca sediment. În general, originea este încă necunoscută. Dar faptul că bauxita este cea mai profitabilă este deja cert.
Metode de extragere a aluminiului
Minereurile necesare sunt extrase în două moduri.
În ceea ce privește metoda deschisă de extragere a prețuitului Al 2 O 3 în zăcăminte de aluminiu, cele trei minereuri principale sunt împărțite în două grupe.
Bauxita și nefelina, ca structuri cu densitate mai mare, sunt tăiate prin măcinare cu ajutorul unui miner de suprafață. Desigur, totul depinde de producător și de modelul mașinii, dar, în medie, este capabil să îndepărteze până la 60 de centimetri de rocă la un moment dat. După trecerea completă a unui strat, este creat un așa-numit raft. Această metodă asigură că operatorul combinei rămâne în siguranță în poziția sa. În caz de prăbușire, atât șasiul, cât și cabina operatorului vor fi în siguranță.
Al doilea grup conține alunite, care, datorită friabilității lor, sunt extrase de excavatoarele de carieră și apoi descărcate pe basculante.
O metodă radical diferită este de a lovi un arbore. Aici principiul exploatării miniere este același ca și în exploatarea cărbunelui. Apropo, cea mai adâncă mină de aluminiu din Rusia este cea situată în Urali. Adâncimea minei este de 1550m!
Prelucrarea minereului rezultat
În continuare, indiferent de metoda de extracție aleasă, mineralele rezultate sunt trimise la ateliere de prelucrare, unde dispozitive speciale de zdrobire sparg mineralele în fracții de aproximativ 110 milimetri.
Următorul pas este obținerea de substanțe chimice suplimentare. aditivi și transport la etapa ulterioară, care este sinterizarea rocii în cuptoare.
După ce a trecut prin descompunere și a primit o pastă de aluminat la ieșire, vom trimite pulpa pentru a fi separată și drenată din lichid.
În etapa finală, ceea ce se obține este curățat de alcalii și trimis înapoi la cuptor. De data aceasta - pentru calcinare. Finalul tuturor acțiunilor va fi aceeași alumină uscată care este necesară pentru a obține aluminiu prin hidroliză.
Chiar dacă spargerea unui ax este considerată o metodă mai dificilă, provoacă mai puține daune mediu, Cum metoda deschisa. Dacă ești pentru mediu, știi ce să alegi.
Exploatarea aluminiului în lume
În acest moment putem spune că indicatorii pentru interacțiunile cu aluminiul din întreaga lume sunt împărțiți în două liste. Prima listă va include țările care dețin cele mai mari rezerve naturale de aluminiu, dar poate că nu toate aceste bogății au timp de procesat. Și a doua listă conține liderii mondiali în extracția directă a minereului de aluminiu.
Deci, în ceea ce privește bogăția naturală (deși nu este realizată peste tot, încă) situația este așa:
- Guineea
- Brazilia
- Jamaica
- Australia
- India
Se poate spune că aceste țări dețin marea majoritate a Al 2 O 3 din lume. Ele reprezintă 73 la sută în total. Restul de provizii sunt împrăștiate peste tot spre glob nu în cantităţi atât de generoase. Guineea, care este situată în Africa, într-un sens global - cel mai mare depozit minereurile de aluminiu din lume. A „captat” 28%, ceea ce reprezintă chiar mai mult de un sfert din zăcămintele globale ale acestui mineral.
Și așa stau lucrurile cu procesele de extragere a minereului de aluminiu:
- China este pe primul loc și produce 86,5 milioane de tone;
- Australia este o țară a animalelor ciudate, cu cei 81,7 milioane. tone pe locul doi;
- Brazilia – 30,7 milioane de tone;
- Guineea, fiind lider în rezerve, se află abia pe locul patru ca producție - 19,7 milioane de tone;
- India – 14,9 milioane de tone.
Mai puteți adăuga la această listă Jamaica, capabilă să producă 9,7 milioane de tone, și Rusia, cu cifra sa de 6,6 milioane de tone.
Aluminiu în Rusia
În ceea ce privește producția de aluminiu în Rusia, numai Regiunea Leningradși, desigur, Uralii, ca un adevărat depozit de minerale. Principala metodă de extracție este mineritul. Ei extrag patru cincimi din minereul total al țării. În total, pe teritoriul Federației există peste patru duzini de zăcăminte de nefelină și bauxită, ale căror resurse vor fi cu siguranță suficiente chiar și pentru stră-strănepoții noștri.
Cu toate acestea, Rusia importă și alumină din alte țări. Acest lucru se datorează faptului că substanțele locale (de exemplu, capacul roșu se depun în Regiunea Sverdlovsk) conțin doar jumătate de alumină. În timp ce rocile chinezești sau italiene sunt saturate cu Al 2 O 3 cu șaizeci la sută sau mai mult.
Privind unele dintre dificultățile cu mineritul de aluminiu din Rusia, este logic să ne gândim la producția de aluminiu secundar, așa cum au făcut Marea Britanie, Germania, SUA, Franța și Japonia.
Aplicarea aluminiului
După cum am menționat deja la începutul articolului, gama de aplicații ale aluminiului și compușilor săi este extrem de largă. Chiar și în stadiile de extracție din rocă, este extrem de util. Minereul în sine, de exemplu, conține cantități mici de alte metale, precum vanadiu, titan și crom, utile pentru procesele de aliere a oțelului. Există, de asemenea, un beneficiu în stadiul de alumină, deoarece alumina este utilizată în metalurgia feroasă ca flux.
Metalul în sine este utilizat în producția de echipamente termice, tehnologie criogenică, participă la crearea unui număr de aliaje în metalurgie și este prezent în industria sticlei, rachete, aviație și chiar în industria alimentară ca aditiv E173.
Deci, un singur lucru este sigur. Pentru încă mulți ani, nevoia umanității de aluminiu, precum și compușii săi, nu va dispărea. Ceea ce, în consecință, vorbește exclusiv despre o creștere a volumelor sale de producție.
