Алюміній - це метал, покритий матово-сріблястою оксидною плівкою, властивості якого визначають його популярність: м'якість, легкість, пластичність, висока міцність, стійкість до корозії, електропровідність та відсутність токсичності. У сучасних високих технологіяхзастосування алюмінію відведено провідне місце як конструкційному, багатофункціональному матеріалу.
Найбільшу цінність для промисловості як джерело алюмінію становить природна сировина. алюмінієва рудаскладова гірської породи у вигляді бокситів, алунітів та нефеліну
Різновиди глиноземовмісних руд
Відомо понад 200 мінералів, до складу яких входить алюміній.
Сировинним джерелом вважають лише таку гірську породу, яка може відповідати таким вимогам:
- Природна сировина повинна мати високий вміст оксидів алюмінію;
- Родовище повинне відповідати економічній доцільності його промислової розробки.
- Гірська порода повинна містити алюмінієву сировину у формі, що підлягає видобутку відомими способами.
Особливість природної гірської породи бокситу
Сировинним джерелом можуть бути природні поклади бокситів, нефелінів, алунітів, глин, і каолінів. Найбільш насичені сполуками алюмінію боксити. Глини і каоліни є найпоширенішими породами зі значним вмістом у них глинозему. Поклади цих мінералів перебувають у поверхні землі.
Алюмінієва рудау природі існує лише у вигляді бінарної сполуки металу з киснем. Видобувають це з'єднання з природних гірських руду вигляді бокситів, що складаються з оксидів кількох хімічних елементів: алюмінію, калію, натрію, магнію, заліза, титану, кремнію, фосфору.
Залежно від родовища боксити у складі мають від 28 до 80% глинозему. Це основна сировина для одержання унікального металу. Якість бокситів як сировини алюмінію залежить від вмісту в ньому глинозему. Цим визначаються фізичні властивостібокситів:
- Мінерал представляє приховано кристалічну структуру або перебуває в аморфному стані. Багато мінералів мають затверділі форми гідрогелів простого чи комплексного складу.
- Колір бокситів у різних точках видобутку коливається майже від білого до червоних темних кольорів. Є родовища із чорним забарвленням мінералу.
- Щільність алюміній мінералів, що містять, залежить від їх хімічного складуі становить близько 3500 кг/м3.
- Хімічний склад та структура бокситів визначає тверді властивостімінералу. Найміцніші мінерали відрізняються твердістю 6 одиниць за шкалою, прийнятою в мінералогії.
- Як природна копалина боксит має ряд домішок, найчастіше це оксиди заліза, кальцію, магнію, марганцю, домішки титанових та фосфорних сполук.
Боксити, каоліни, глини у своєму складі містять домішки інших сполук, які при переробці сировини виділяються на окремі виробництва.
Тільки Росії використовують родовища з покладами порід, у складі яких глинозем становить нижчу концентрацію.
З недавніх пір глинозем стали отримувати з нефелінів, які, крім глинозему, містять окиси таких металів, як калій, натрій, кремній і, не менш цінний, квасцовий камінь, алуніт.
Способи переробки алюмінієвих копалин
Технологія отримання чистого глинозему з алюмінієвої руди не змінилася з часів відкриття металу. Удосконалюється його виробниче обладнання, що дозволяє одержувати чистий алюміній. Основні виробничі стадії одержання чистого металу:
- Видобуток руди з розроблених родовищ.
- Первинна обробка від порожніх порід для підвищення концентрації глинозему – процес збагачення.
- Отримання чистого глинозему, електролітичне відновлення алюмінію з його оксидів.
Виробничий процес завершується одержанням металу з концентрацією 99,99%.
Видобуток та збагачення глинозему
Глинозем або алюмінієві окисли, у чистому вигляді у природі не існує. Його витягають із алюмінієвих руд, використовуючи гідрохімічні методи.
Поклади алюмінієвої руди у родовищах зазвичай підривають, Забезпечуючи майданчик для її видобутку на глибині приблизно 20 метрів, звідки її вибирають і запускають у процес подальшої обробки;
- Використовуючи спеціальне обладнання (гуркоту, класифікатори), руду дроблять і сортують, відкидаючи порожню породу (хвости). На цьому етапі збагачення глинозему користуються способами промивання та гуркотіння, як найбільш вигідними економічно.
- Осілу на дні збагачувальної установки очищену руду змішують з розігрітою масою їдкого натру в автоклаві.
- Суміш пропускають через систему судин із високоміцної сталі. Посудини оснащені паровою сорочкою, що підтримує необхідну температуру. Тиск пари підтримується на рівні 1,5-3,5 МПа до повного переходу алюмінієвих сполук, збагаченої породи в алюміній натрію в перегрітому розчині їдкого натрію.
- Після охолодження рідина проходить стадію фільтрації в результаті якої відбувається відділення твердого осаду та отримання чистого пересиченого розчину алюмінату. При додаванні в отриманий розчин залишків гідроксиду алюмінію від попереднього циклу розкладання прискорюється.
- Для остаточного осушення гідрату окису алюмінію застосовують процедуру прожарювання.
Електролітичне виробництво чистого алюмінію
Чистий алюміній отримують, використовуючи безперервний процес, в результаті якого прожарений алюміній вступає в стадію електролітичного відновлення.
Сучасні електролізери представляють пристрій, що складається з наступних частин:
- Зі сталевого кожуха, футерованого вугільними блоками та плитами. У процесі роботи на поверхні корпусу ванни утворюється щільна плівка із застиглого електроліту, що оберігає футерування від руйнування розплавом електроліту.
- Шар розплавленого алюмінію на дні ванни, завтовшки 10-20 см, служить катодом у цій установці.
- Струм у алюмінієвий розплав підводиться через вугільні блоки та вбудовані сталеві стрижні.
- Аноди, підвішені на залізну раму за допомогою сталевих штирів, забезпечені тягами, з'єднаними з підйомним механізмом. У міру згоряння анод опускається вниз, а стрижні застосовують як елемент для підведення струму.
- У цехах електролізери встановлюють послідовно кілька рядів (два чи чотири ряду).
Додаткове очищення алюмінію рафінуванням
Якщо алюміній, витягнутий з електролізерів, не відповідає кінцевим вимогам, його піддають додатковому очищенню рафінуванням.
У промисловості цей процес проводять в особливому електролізері, в якому міститься три рідкі шари:
- Нижній – алюміній, що рафінується. з добавкою приблизно 35% мідіслужить анодом. Мідь є для обтяження алюмінієвого шару, в анодному сплаві мідь не розчиняється, його щільність повинна перевищувати 3000 кг/м3.
- Середній шар є сумішшю фторидів і хлоридів барію, кальцію, алюмінію з температурою плавлення близько 730оС.
- Верхній шар – чистий рафінований алюмінієвийрозплав, який розчиняється в анодному шарі та піднімається вгору. Він служить у цій схемі катодом. Підведення струму здійснюється графітовим електродом.
У процесі електролізу домішки залишаються в анодному шарі та електроліті. Вихід чистого алюмінію складає 95-98%. Розробці алюміній, що містять родовищ, відведено провідне місце в народному господарстві завдяки властивостям алюмінію, який в даний час займає друге місце після заліза в сучасній промисловості.
У сучасній промисловості алюмінієва руда є найбільш затребуваною сировиною. Стрімкий розвиток науки та техніки дозволило розширити сфери його застосування. Що є алюмінієвою рудою і де її добувають – описано в цій статті.
Промислове значення алюмінію
Алюміній вважається найпоширенішим металом. За кількістю покладів у земній корі він посідає третє місце. Алюміній відомий всім також як елемент таблиці Менделєєва, який відноситься до легких металів.
Алюмінієва руда – це природна сировина, з якої одержують цей метал. В основному його видобувають із бокситів, які містять оксиди алюмінію (глинозем) у найбільшій кількості – від 28 до 80%. Інші породи – алунітові, нефелінові та нефелін-апатитові також використовуються як сировина для отримання алюмінію, але вони мають найгіршу якість і містять значно менше глинозему.
У кольоровій металургії алюміній посідає перше місце. Справа в тому, що завдяки своїм характеристикам він застосовується у багатьох галузях промисловості. Так, цей метал використовують у транспортному машинобудуванні, пакувальному виробництві, будівництві для виготовлення різних споживчих товарів. Також алюміній широко застосовується в електротехніці.
Щоб зрозуміти, яке значення має алюміній для людства, достатньо придивитися до побутових речей, які ми повсякденно використовуємо. Дуже багато побутових предметів виготовлені з алюмінію: це деталі для електроприладів (холодильника, пральної машинитощо), посуд, спортивний інвентар, сувеніри, елементи інтер'єру. Алюміній часто застосовується для виробництва різних видівтари та упаковки. Наприклад, консервних банок або одноразових ємностей із фольги.
Типи алюмінієвих руд
Алюміній міститься більш як у 250 мінералах. З них найціннішими для промисловості є боксит, нефелін та алуніт. Зупинимося на них докладніше.
Бокситна руда
У природі алюміній у чистому вигляді не зустрічається. В основному його одержують з алюмінієвої руди – бокситу. Це мінерал, який здебільшого складається з гідроксидів алюмінію, а також із оксидів заліза та кремнію. Через великий вміст глинозему (від 40 до 60%) боксити використовуються як сировина для отримання алюмінію.
Фізичні властивості алюмінієвої руди:
- непрозорий мінерал червоного та сірого кольору різних відтінків;
- твердість найміцніших зразків становить 6 за мінералогічною шкалою;
- щільність бокситів залежно від хімічного складу коливається не більше 2900-3500 кг/м³.
Родовища бокситової руди зосереджені в екваторіальному та тропічному поясіземлі. Стародавні поклади перебувають біля Росії.
Як утворюється бокситна алюмінієва руда
Боксити утворюються з одноводного гідрату глинозему, беміту та діаспори, триводного гідрату – гідаргіліту та супутніх мінералів гідроксиду та окису заліза.
Залежно від складу природоутворюючих елементів розрізняють три групи бокситних руд:
- Моногідратні боксити містять глинозем в одноводній формі.
- Тригідратні – такі мінерали складаються з глинозему у триводній формі.
- Змішані – ця група включає у поєднанні попередні алюмінієві руди.
Родовища сировини утворюються внаслідок вивітрювання кислих, лужних, котрий іноді основних порід чи результаті поступового осадження на морському і озерному дні великої кількості глинозему.
Алунітові руди
Цей тип покладів містить до 40% оксиду алюмінію. Алунітова руда утворюється у водному басейні та прибережних зонах в умовах інтенсивної гідротермальної та вулканічної діяльності. Прикладом таких покладів є Заглинське озеро на Малому Кавказі.
Порода пориста. Переважно складається з каолінітів та гідрослюдів. Промисловий інтерес представляють руда із вмістом алуніту понад 50%.
Нефелін
Це алюмінієва руда магматичного походження. Вона є повнокристалічною лужною породою. Залежно від складу та технологічних особливостей переробки виділяють кілька сортів нефелінової руди:
- перший сорт - 60-90% нефеліну; він містить понад 25% глинозему; переробка здійснюється шляхом спікання;
- другий сорт - 40-60% нефеліну, кількість глинозему трохи нижче - 22-25%; під час переробки потрібне збагачення;
- третій сорт – нефелінові мінерали, які не становлять жодної промислової цінності.
Світовий видобуток алюмінієвих руд
Вперше алюмінієву руду видобули у першій половині ХІХ століття на південному сході Франції, біля містечка Бокс. Звідси і походить назва бокситів. Спочатку ця галузь промисловості розвивалася повільними темпами. Але коли людство оцінило, яка алюмінієва руда корисна для виробництва, сфери застосування алюмінію значно розширилися. Багато країн розпочали пошуки на своїх територіях родовища покладів. Таким чином, світовий видобуток алюмінієвих руд став поступово зростати. Підтвердженням цього є цифри. Так, якщо 1913 року загальносвітовий обсяг видобутої руди становив 540 тис. тонн, то 2014 року – понад 180 млн тонн.
Також поступово зростала кількість країн, які видобувають алюмінієву руду. На сьогоднішній день їх налічується близько 30. Але протягом останніх 100 років провідні країни та регіони постійно змінювалися. Так, на початку XX століття світовими лідерами з видобутку алюмінієвої руди та її виробництва були Північна Америката Західна Європа. На ці два регіони припадало близько 98% загальносвітового видобутку. За кілька десятків років за кількісними показниками алюмінієвої промисловості лідерами стали країни Східної Європи, Латинська Америкаі Радянський Союз. І вже у 1950–1960-х роках лідером за видобутком стала Латинська Америка. А в 1980–1990-х роках. стався стрімкий прорив у алюмінієвій промисловості Австралії та Африки. У сучасній світовій тенденції основними країнами-лідерами з видобутку алюмінію є Австралія, Бразилія, Китай, Гвінея, Ямайка, Індія, Росія, Сурінам, Венесуела та Греція.
Родовища руди у Росії
За обсягом видобутку алюмінієвих руд Росія посідає сьоме місце у світовому рейтингу. Хоча родовища алюмінієвих руд у Росії забезпечують країну металом у великій кількості, його недостатньо, щоб повністю забезпечити промисловість. Тому держава змушена купувати боксит у інших країнах.
Усього біля Росії розташовано 50 родовищ руди. До цього числа входять як місця, де ведеться видобуток мінералу, і ще розроблені поклади.
Більшість запасів руди перебуває у європейській частині країни. Тут вони розташовані в Свердловській, Архангельській, Білгородської області, у республіці Комі. Усі ці регіони містять 70% усіх розвіданих запасів руди країни.
Алюмінієві руди в Росії видобуваються досі у старих бокситових родовищах. До таких районів належить Радинське родовище у Ленінградській області. Також через дефіцит сировини Росія використовує інші алюмінієві руди, родовища яких відрізняються найгіршою якістю мінеральних покладів. Але вони все ж таки придатні для промислових цілей. Так, у Росії видобувають у великій кількості нефелінові руди, які також дозволяють отримати алюміній.
Французьке місто Ле-Бо-де-Прованс, розташоване на півдні країни, прославилося тим, що дав ім'я мінералу бокситу. Саме там 1821 р. гірський інженер П'єр Бертьє виявив поклади невідомої руди. Знадобилося ще 40 років досліджень та випробувань, щоб відкрити можливості нової породи та визнати її перспективною для промислового виробництва алюмінію, який у ті роки перевищував за ціною золото.
Характеристика та походження
Боксити – це первинна алюмінієва руда. Практично весь алюміній, який колись вироблявся у світі, перетворений із них. Ця порода є композиційною сировиною, що відрізняється складною та неоднорідною структурою.
Як основні компоненти вона включають оксиди та гідроксиди алюмінію. Рудоутворюючими мінералами також є оксиди заліза. А серед домішок найчастіше зустрічаються:
- кремній (представлений кварцем, каолінітом та опалом);
- титан (у вигляді рутила);
- сполуки кальцію та магнію;
- рідкісноземельні елементи;
- слюда;
- у малих кількостях галій, хром, ванадій, цирконій, ніобій, фосфор, калій, натрій та пірит.
За походженням боксити бувають латеритними та карстовими (осадовими). Перші високоякісні утворилися в кліматі вологих тропіків як результат глибокого хімічного перетворення силікатних порід (так званої латеризації). Другі відрізняються нижчою якістю, вони – продукт вивітрювання, перенесення та відкладення глинистих шарів у нових місцях.
Боксити розрізняються за:
- Фізичного стану (кам'янисті, землисті, пористі, пухкі, глиноподібні).
- Структурі (у вигляді уламків та горошин).
- Текстурним особливостям (з однорідним чи шаруватим складом).
- Щільності (варіюється від 1800 до 3200 кг/м3).
Хімічні та фізичні властивості
Хімічні властивості бокситів мають широкий діапазон, пов'язаний із змінною композицією матеріалу. Проте якість видобутих мінералів визначається насамперед співвідношенням вмісту глинозему та кремнезему. Чим більша кількість першого і менше - другого, тим значніша промислова цінність. Важливий хімічною особливістюгірські інженери вважають так звану «розкриття», тобто те, наскільки легко вдається витягувати з рудного матеріалу оксиди алюмінію.
Незважаючи на те, що боксити не мають постійного складу, їх фізичні властивості зводяться до таких показників:
| 1 | Колір | коричневий, оранжевий, цегляний, рожевий, червоний; рідше сірий, жовтий, білий та чорний |
| 2 | Прожилки | як правило, білі, але іноді їх можуть пофарбувати домішки заліза |
| 3 | Блиск | Тьмяний і землістий |
| 4 | Прозорість | Непрозорий |
| 5 | Питома вага | 2-2,5 кг/см³ |
| 6 | Твердість | 1-3 за мінералогічною шкалою Мооса (для порівняння - у алмазу 10). Через цю м'якість боксити нагадують глину. Але на відміну від останньої, при додаванні води не утворюють однорідну пластичну масу |
Цікаво, що фізичний статус ніяк не пов'язаний із корисністю та цінністю бокситів. Це тим, що вони переробляється в інший матеріал, властивості якого істотно відрізняються від вихідної породи.
Світові запаси та видобуток
Незважаючи на те, що попит на алюміній постійно збільшується, запасів його первинної руди достатньо для задоволення цієї потреби ще протягом кількох століть, але не менше, ніж на 100 років виробництва.
Геологічна служба США оприлюднила дані, за якими світові ресурси бокситів становлять 55-75 млрд. тонн. Причому більшість із них зосереджено Африці (32%). На частку Океанії припадає 23%, Карибського басейну та Південної Америки 21%, азіатського континенту – 18%, інших регіонів – 6%.
Оптимізм вселяє і використання процесу утилізації алюмінію, що уповільнить вичерпання природних запасів первинної алюмінієвої руди (а заразом заощадить і споживання електроенергії).
Десятка країн-лідерів з видобутку бокситів, представлена тим самим Геологічною службою США, у 2016 р. виглядала так.
| 1 | Австралія | 82 000 |
| 2 | Китай | 65 000 |
| 3 | Бразилія | 34 500 |
| 4 | Індія | 25 000 |
| 5 | Гвінея | 19 700 |
| 6 | Ямайка | 8 500 |
| 7 | Росія | 5 400 |
| 8 | Казахстан | 4 600 |
| 9 | Саудівська Аравія | 4 000 |
| 10 | Греція | 1 800 |
Дуже перспективно заявляє про себе В'єтнам, який закінчив 2016 з показником в 1,500 тис. метричних тонн. А ось Малайзія, яка була у 2015 р. третьою, різко скоротила розробки бокситів через очікування суворих природоохоронних законів і сьогодні посідає 15 місце у світовому рейтингу.
Боксити видобуваються, як правило, у кар'єрах відкритим способом. Для отримання робочого майданчика шар руди вибухає на 20-сантиметровій глибині, а потім вибирається. Шматки мінералу подрібнюють і сортують: порожня порода (так звані «хвости») змивається потоком води, що промиває, а фрагменти щільної руди залишаються на дні збагачувальної установки.
Найбільш давні поклади бокситів у Росії відносяться до докембрійської доби. Вони розташовані у Східних Саянах (Боксонське родовище). Молодшу алюмінієву руду, часів середнього та верхнього девону, знаходять на Північному та Південному Уралі, в Архангельській, Ленінградській та Білгородській областях.
Промислове застосування
Видобуті боксити діляться відповідно до їх подальшого комерційного застосування на металургійні, абразивні, хімічні, цементні, вогнетривкі і т.д.
Основне їх застосування, на яке йде 85% світової розробки - служити як сировина для виробництва глинозему (оксиду алюмінію).
Технологічний ланцюжок виглядає так: боксит нагрівають з їдким натром, потім фільтрують, беруть в облогу твердий залишок і прожарюють його. Цей продукт - безводний глинозем, передостаннє перетворення у циклі отримання алюмінію.
Після чого залишається занурити його у ванну розплавленого природного або синтетичного кріоліту та шляхом електролітичного відновлення виділити сам метал.
Першим 1860 р. цю технологію відкрив французький хімік Анрі Сент-Клер Девіль. Вона замінила дорогий процес, при якому алюміній вироблявся у вакуумі з калію та натрію.
Наступна важлива областьвикористання бокситів - застосування як абразивів.
Якщо прожарити глинозем, то результаті виходить синтетичний корунд - дуже твердий матеріал, має коефіцієнт 9 за шкалою Мооса. Його подрібнюють, поділяють і далі вводять до складу наждакового паперута різноманітних полірувальних порошків та суспензій.
Спечений, роздроблений у порошок і сплавлений у круглі гранули боксит є також чудовим піскоструминним абразивом. Він ідеальний для обробки поверхонь, а за рахунок сферичної форми зменшує знос піскоструминного обладнання.
Ще одне важливе призначення бокситів - брати участь як проппант (матеріал, що не дозволяє зімкнутися спеціально створеним розломам) у процесі видобутку нафти способом гідророзриву пласта. В цьому випадку частинки обробленої бокситової породи виявляють стійкість до гідравлічного тиску і дозволяють тріщинам залишатися відкритими настільки довго, скільки необхідно для виходу нафти.
Незамінні боксити для створення вогнетривкої продукції. Обпалений глинозем витримує температуру до 1780 С. Ця властивість використовується як для вироблення цегли та бетону, так і створення обладнання для металургійної промисловості, спеціального скла та навіть вогнестійкого одягу.
Висновок
Хіміки та технологи постійно шукають для бокситів адекватні замінники, які б не поступалися своїми властивостями. Дослідження дозволили з'ясувати, що для виробництва глиноземів можуть бути використані глинисті матеріали, зола електростанцій та горючі сланці.
Однак вартість всього технологічного ланцюжка в рази вища. Добре себе виявив карбід кремнію як абразив і синтетичний мулліт як вогнетрив. Вчені сподіваються, що до часу повного вичерпання природних ресурсівбокситів рівнозначну заміну буде знайдено.
У сучасній промисловості алюмінієва руда є найбільш затребуваною сировиною. Стрімкий розвиток науки та техніки дозволило розширити сфери його застосування. Що є алюмінієвою рудою і де її добувають - описано в цій статті.
Промислове значення алюмінію
Алюміній вважається найпоширенішим металом. За кількістю покладів у земній корі він посідає третє місце. Алюміній відомий всім також як елемент таблиці Менделєєва, який відноситься до легких металів.
Алюмінієва руда - це природна сировина, з якої одержують В основному її добувають з бокситів, які містять оксиди алюмінію (глинозем) у найбільшій кількості - від 28 до 80%. Інші породи - алунітові, нефелінові та нефелін-апатитові також використовуються як сировина для отримання алюмінію, але вони мають найгіршу якість і містять значно менше глинозему.
У кольоровій металургії алюміній посідає перше місце. Справа в тому, що завдяки своїм характеристикам він застосовується у багатьох галузях промисловості. Так, цей метал використовують у транспортному машинобудуванні, пакувальному виробництві, будівництві для виготовлення різних споживчих товарів. Також алюміній широко застосовується в електротехніці.
Щоб зрозуміти, яке значення має алюміній для людства, достатньо придивитися до побутових речей, які ми повсякденно використовуємо. Дуже багато побутових предметів виготовлені з алюмінію: це деталі для електроприладів (холодильника, пральної машини тощо), посуд, спортивний інвентар, сувеніри, елементи інтер'єру. Алюміній часто застосовується для виробництва різних видів тари та упаковки. Наприклад, консервних банок чи одноразових ємностей із фольги.
Типи алюмінієвих руд
Алюміній міститься більш як у 250 мінералах. З них найціннішими для промисловості є боксит, нефелін та алуніт. Зупинимося на них докладніше.
Бокситна руда
У природі алюміній у чистому вигляді не зустрічається. В основному його одержують з алюмінієвої руди – бокситу. Це мінерал, який здебільшого складається з гідроксидів алюмінію, а також із оксидів заліза та кремнію. Через великий вміст глинозему (від 40 до 60%) боксити використовуються як сировина для отримання алюмінію.
Фізичні властивості алюмінієвої руди:
- непрозорий мінерал червоного та сірого кольору різних відтінків;
- твердість найміцніших зразків становить 6 за мінералогічною шкалою;
- щільність бокситів залежно від хімічного складу коливається не більше 2900-3500 кг/м³.
Родовища бокситової руди зосереджені в екваторіальному та тропічному поясі землі. Стародавні поклади перебувають біля Росії.
Як утворюється бокситна алюмінієва руда
Боксити утворюються з одноводного гідрату глинозему, беміту та діаспори, триводного гідрату - гідаргіліту та супутніх мінералів гідроксиду та окису заліза.
Залежно від складу природоутворюючих елементів розрізняють три групи бокситних руд:
- Моногідратні боксити містять глинозем в одноводній формі.
- Тригідратні – такі мінерали складаються з глинозему у триводній формі.
- Змішані - ця група включає у поєднанні попередні алюмінієві руди.
Родовища сировини утворюються внаслідок вивітрювання кислих, лужних, котрий іноді основних порід чи результаті поступового осадження на морському і озерному дні великої кількості глинозему.
Алунітові руди
Цей тип покладів містить до 40% оксиду алюмінію. Алунітова руда утворюється у водному басейні та прибережних зонах в умовах інтенсивної гідротермальної та вулканічної діяльності. Приклад таких покладів – Заглинське озеро на Малому Кавказі.
Порода пориста. Переважно складається з каолінітів та гідрослюдів. Промисловий інтерес представляють руда із вмістом алуніту понад 50%.
Нефелін
Це алюмінієва руда магматичного походження. Вона є повнокристалічною лужною породою. Залежно від складу та технологічних особливостей переробки виділяють кілька сортів нефелінової руди:
- перший сорт – 60-90% нефеліну; він містить понад 25% глинозему; переробка здійснюється шляхом спікання;
- другий сорт - 40-60% нефеліну, кількість глинозему трохи нижче - 22-25%; під час переробки потрібне збагачення;
- третій сорт - нефелінові мінерали, які не становлять жодної промислової цінності.
Світовий видобуток алюмінієвих руд
Вперше алюмінієву руду видобули у першій половині ХІХ століття на південному сході Франції, біля містечка Бокс. Звідси і походить назва бокситів. Спочатку ця розвивалася повільними темпами. Але коли людство оцінило, яка алюмінієва руда корисна для виробництва, сфери застосування алюмінію значно розширилися. Багато країн розпочали пошуки на своїх територіях родовища покладів. Таким чином, світовий видобуток алюмінієвих руд став поступово зростати. Підтвердженням цього є цифри. Так, якщо 1913 року загальносвітовий обсяг видобутої руди становив 540 тис. тонн, то 2014 року - понад 180 млн тонн.
Також поступово зростала кількість країн, які видобувають алюмінієву руду. На сьогоднішній день їх налічується близько 30. Але протягом останніх 100 років провідні країни та регіони постійно змінювалися. Так, на початку XX століття світовими лідерами з видобутку алюмінієвої руди та її виробництва були Північна Америка та Західна Європа. На ці два регіони припадало близько 98% загальносвітового видобутку. За кілька десятків років за кількісними показниками алюмінієвої промисловості лідерами стали Латинська Америка та Радянський Союз. І вже у 1950–1960-х роках лідером за розміром видобутку стала Латинська Америка. На 1980-1990-х гг. стався стрімкий прорив у алюмінієвій та Африці. У сучасній світовій тенденції основними країнами-лідерами з видобутку алюмінію є Австралія, Бразилія, Китай, Гвінея, Ямайка, Індія, Росія, Сурінам, Венесуела та Греція.
Родовища руди у Росії
За обсягом видобутку алюмінієвих руд Росія посідає сьоме місце у світовому рейтингу. Хоча родовища алюмінієвих руд у Росії забезпечують країну металом у великій кількості, його недостатньо, щоб повністю забезпечити промисловість. Тому держава змушена купувати боксит у інших країнах.
Усього біля Росії розташовано 50 родовищ руди. До цього числа входять як місця, де ведеться видобуток мінералу, і ще розроблені поклади.
Більшість запасів руди перебуває у європейській частині країни. Тут вони розташовані у Свердловській, Архангельській, Білгородській області, в республіці Комі. Усі ці регіони містять 70% усіх розвіданих запасів руди країни.
Алюмінієві руди в Росії видобуваються досі у старих бокситових родовищах. До таких районів належить Радинське родовище у Ленінградській області. Також через дефіцит сировини Росія використовує інші алюмінієві руди, родовища яких відрізняються найгіршою якістю мінеральних покладів. Але вони все ж таки придатні для промислових цілей. Так, у Росії видобувають у великій кількості нефелінові руди, які також дозволяють отримати алюміній.
Алюміній - це метал, покритий матово-сріблястою оксидною плівкою, властивості якого визначають його популярність: м'якість, легкість, пластичність, висока міцність, стійкість до корозії, електропровідність та відсутність токсичності. У сучасних високих технологіях застосування алюмінію відведено провідне місце як конструкційний, багатофункціональний матеріал.
Найбільшу цінність для промисловості як джерело алюмінію представляє природна сировина. алюмінієва рудаскладова гірської породи у вигляді бокситів, алунітів та нефеліну
Різновиди глиноземовмісних руд
Відомо понад 200 мінералів, до складу яких входить алюміній.
Сировинним джерелом вважають лише таку гірську породу, яка може відповідати таким вимогам:
Особливість природної гірської породи бокситу
Сировинним джерелом можуть бути природні поклади бокситів, нефелінів, алунітів, глин, і каолінів. Найбільш насичені сполуками алюмінію боксити. Глини і каоліни є найпоширенішими породами зі значним вмістом у них глинозему. Поклади цих мінералів перебувають у поверхні землі.
Алюмінієва рудау природі існує лише у вигляді бінарної сполуки металу з киснем. Видобувають це з'єднання з природних гірських руду вигляді бокситів, що складаються з оксидів кількох хімічних елементів: алюмінію, калію, натрію, магнію, заліза, титану, кремнію, фосфору.
Залежно від родовища боксити у складі мають від 28 до 80% глинозему. Це основна сировина для одержання унікального металу. Якість бокситів як сировини алюмінію залежить від вмісту в ньому глинозему. Цим визначаються фізичні властивостібокситів:
Боксити, каоліни, глини у своєму складі містять домішки інших сполук, які при переробці сировини виділяються на окремі виробництва.
Тільки Росії використовують родовища з покладами порід, у складі яких глинозем становить нижчу концентрацію.
З недавніх пір глинозем стали отримувати з нефелінів, які, крім глинозему, містять окиси таких металів, як калій, натрій, кремній і, не менш цінний, квасцовий камінь, алуніт.
Способи переробки алюмінієвих копалин
Технологія отримання чистого глинозему з алюмінієвої руди не змінилася з часів відкриття металу. Удосконалюється його виробниче обладнання, що дозволяє одержувати чистий алюміній. Основні виробничі стадії одержання чистого металу:
- Видобуток руди з розроблених родовищ.
- Первинна обробка від порожніх порід для підвищення концентрації глинозему – процес збагачення.
- Отримання чистого глинозему, електролітичне відновлення алюмінію з його оксидів.
Виробничий процес завершується одержанням металу з концентрацією 99,99%.
Видобуток та збагачення глинозему
Глинозем або алюмінієві окисли, у чистому вигляді у природі не існує. Його витягають із алюмінієвих руд, використовуючи гідрохімічні методи.
Поклади алюмінієвої руди у родовищах зазвичай підривають, Забезпечуючи майданчик для її видобутку на глибині приблизно 20 метрів, звідки її вибирають і запускають у процес подальшої обробки;
- Використовуючи спеціальне обладнання (гуркоту, класифікатори), руду дроблять і сортують, відкидаючи порожню породу (хвости). На цьому етапі збагачення глинозему користуються способами промивання та гуркотіння, як найбільш вигідними економічно.
- Осілу на дні збагачувальної установки очищену руду змішують з розігрітою масою їдкого натру в автоклаві.
- Суміш пропускають через систему судин із високоміцної сталі. Посудини оснащені паровою сорочкою, що підтримує необхідну температуру. Тиск пари підтримується на рівні 1,5-3,5 МПа до повного переходу алюмінієвих сполук, збагаченої породи в алюміній натрію в перегрітому розчині їдкого натрію.
- Після охолодження рідина проходить стадію фільтрації в результаті якої відбувається відділення твердого осаду та отримання чистого пересиченого розчину алюмінату. При додаванні в отриманий розчин залишків гідроксиду алюмінію від попереднього циклу розкладання прискорюється.
- Для остаточного осушення гідрату окису алюмінію застосовують процедуру прожарювання.
Електролітичне виробництво чистого алюмінію
Чистий алюміній отримують, використовуючи безперервний процес, в результаті якого прожарений алюміній вступає в стадію електролітичного відновлення.
Сучасні електролізери представляють пристрій, що складається з наступних частин:
Додаткове очищення алюмінію рафінуванням
Якщо алюміній, витягнутий з електролізерів, не відповідає кінцевим вимогам, його піддають додатковому очищенню рафінуванням.
У промисловості цей процес проводять в особливому електролізері, в якому міститься три рідкі шари:
У процесі електролізу домішки залишаються в анодному шарі та електроліті. Вихід чистого алюмінію складає 95-98%. Розробці алюміній, що містять родовищ, відведено провідне місце в народному господарстві завдяки властивостям алюмінію, який в даний час займає друге місце після заліза в сучасній промисловості.
Алюміній є одним із найпопулярніших і затребуваних металів. У якій галузі його не додають до складу тих чи інших предметів. Починаючи від приладобудування та закінчуючи авіацією. Властивості цього легкого, гнучкого і неподатливого для корозії металу припали до смаку багатьом галузям виробництва.
Сам алюміній (досить активний метал) у чистому вигляді в природі практично не зустрічається і його видобувають із глинозему, хімічна формула якого – Al2O3. А ось прямим шляхом отримання глинозему є, у свою чергу, алюмінієва руда.
Відмінності щодо насиченості
В основі своєї гідної згадки є лише три види руд, з якими потрібно працювати, якщо ви займаєтеся видобутком алюмінію. Так, цей хімічний елементдуже поширений, і його можна знайти також в інших сполуках (їх налічують близько двох з половиною сотень). Однак, найбільш рентабельною, з огляду на високу концентрацію, видобуток буде саме з бокситів, алунітів і нефелінів.
Нефелін є лужним утворенням, що з'явилося внаслідок високої температури магми. З однієї одиниці цієї руди вийде до 25% глинозему, як основної сировини. Однак, ця руда алюмінію вважається найбіднішою для здобувачів. Всі сполуки, що містять у собі глинозем у менших кількостях, ніж мають нефеліни – свідомо визнані нерентабельними.
Алуніти утворилися при вулканічній, а також гідротермальній активності. Вони містять до 40% такого необхідного глинозему, будучи «золотою серединою» в нашій трійці руд.
І перше місце з рекордним вмістом оксиду алюмінію у вигляді п'ятдесяти відсотків і більше отримують боксити! Вони по праву вважаються основним джерелом глинозему. Однак, щодо їх походження вчені досі не можуть дійти єдино правильного рішення.
Чи то вони перекочували з початкового місця походження і відклалися після того, як вивітрилися стародавні породи, чи то вийшли осадом після того, як розчинилися деякі вапняки, або взагалі стали результатом розпаду солей заліза, алюмінію і титану, випав осадом. Загалом походження все ще невідоме. Але те, що боксити – найприбутковіші, це вже точно.
Способи добування алюмінію
Видобувають необхідні руди двома способами.
У плані відкритого способу видобутку в родовищах алюмінію заповітного Al 2 O 3 три основних руди діляться на дві групи.
Боксити та нефеліни, як структури з більш високою густиною, зрізуються фрезерним методом за допомогою кар'єрного комбайна. Звичайно, все залежить від виробника та моделі машини, але, в середньому, вона здатна знімати до 60 сантиметрів породи за один раз. Після повного проходу одного шару робиться так звана полиця. Такий метод сприяє безпечному знаходженню на своєму місці оператора комбайна. У разі обвалу і ходова частина, і кабіна з оператором будуть у безпеці.
У другій групі знаходяться алуніти, які, в силу пухкості, видобувають кар'єрні екскаватори з подальшим вивантаженням на самоскиди.
Радикально в інший спосіб є пробивання шахти. Тут принцип видобутку йде так само, як і у вугільному промислі. До речі, найглибшою шахтою алюмінію в Росії є та, що розташована на Уралі. Глибина шахти складає 1550м.
Обробка одержаної руди
Далі, незалежно від вибраного способу видобутку, отримані корисні копалини відправляються в цехи для переробки, де спеціальні дробильні апарати розіб'ють мінерали на фракції розміром приблизно під 110 міліметрів.
Наступним етапом йде отримання додаткових хім. добавок та транспортування до подальшого етапу, яким є спікання породи у печах.
Пройшовши декомпозицію та отримавши на виході з неї алюмінієву пульпу, ми відправимо пульпу на поділ та осушення її від рідини.
На фінальному етапі те, що вийшло, піддається очищенню від лугів і знову вирушає до печі. Цього разу – на загартування. Фіналом всіх процесів стане той самий сухий глинозем, який необхідний для отримання алюмінію через гідроліз.
Нехай пробивання шахти і вважається більш важким способом, але воно несе меншу шкоду навколишньому середовищічим відкритий спосіб. Якщо ви за екологію, ви знаєте, що вибрати.
Видобуток алюмінію у світі
У цьому пункті можна сказати, що показники взаємодії з алюмінієм у всьому світі поділяються на два списки. У першому списку будуть країни, які володіють найбільшими природними запасами алюмінію, але, можливо, не всі з цих багатств встигають обробляти. А у другому списку якраз знаходяться світові лідери з безпосереднього видобутку алюмінієвої руди.
Отже, у плані природних (хоч і не скрізь, поки що, реалізованих) багатств ситуація така:
- Гвінея
- Бразилія
- Ямайка
- Австралія
- Індія
Ці країни, можна сказати, мають переважну більшість Al 2 O 3 у світі. На їхню частку припадає 73 відсотки у сумі. Інші запаси розкидані по всьому земній куліне в таких щедрих кількостях. Гвінея, що розташована в Африці, у глобальному розумінні найбільше родовищеалюмінієвих руд у світі. Вона «відхопила» 28%, що навіть понад чверть від загальносвітових покладів цієї корисної копалини.
А ось так справи з процесами видобутку алюмінієвої руди:
- Китай – на першому місці та видобуває 86,5 млн. тонн;
- Австралія – країна дивовижних тварин із своїми 81,7млн. тонн на другому місці;
- Бразилія – 30,7 млн. тонн;
- Гвінея, будучи лідером із запасів, у плані видобутку лише на четвертому місці – 19,7 млн. тонн;
- Індія – 14,9 млн тонн.
Також до цього списку можна додати Ямайку, здатну видобути 9,7 млн. тонн та Росію, з її показником 6,6 млн. тонн.
Алюміній в Росії
Щодо видобутку алюмінію в Росії, похвалитися певними показниками можуть лише Ленінградська областьі, звичайно ж, Урал, як справжня комора корисних копалин. Основний спосіб видобутку – шахтний. Їм добувають чотири п'яті всієї руди країни. Загалом, на території Федерації є понад чотири десятки родовищ нефелінів і бокситів, ресурсу яких вистачить навіть нашим праправнукам.
Однак Росія також займається і ввезенням глинозему з інших країн. Все тому, що місцеві речовини (наприклад, родовище Червона Шапочка в Свердловській області) містять у собі лише половину глинозему. Тоді як китайські чи італійські породи насичені Al 2 O 3 на шістдесят і більше відсотків.
Оглядаючись деякі складнощі з видобутком алюмінію у Росії, має сенс задуматися про виробництві вторинного алюмінію, як це зробили Великобританія, Німеччина, США, Франція та Японія.
Застосування алюмінію
Як ми вже наголошували на початку статті, спектр застосування алюмінію та його сполук вкрай широкий. Навіть на етапах вилучення з породи він дуже корисний. У самій руді, наприклад, перебувають у малій кількості та інші метали, на кшталт ванадію, титану та хрому, корисні для процесів легування сталі. На етапі глинозему теж є користь, адже глинозем використовується у чорній металургії у ролі флюсу.
Сам метал використовують у виробництві теплового обладнання, кріогенної техніки, бере участь у створенні ряду сплавів у металургії, присутній у скляній промисловості, ракетній техніці, авіації і навіть у харчовій промисловості, як добавка Е173.
Отже, зрозуміло тільки одне. Протягом багатьох років потреба людства в алюмінії, як і його сполуках, не згасне. Що, відповідно, каже виключно про зростання обсягів його видобутку.
