Разработка месторождений алюминиевых руд в России
В нашей стране есть несколько богатых залежей алюминиевых руд, сосредоточенных на Урале, и в Ленинградской области. Но, основным способом добычи бокситов у нас, является более трудоемкий закрытый шахтный метод, которым извлекают около 80% от общей массы руд в России.
Лидеры по разработке месторождений – акционерное общество «Севуралбокситруда», АО Бакситогорский глинозем, Южно-Уральские бокситовые рудники. Однако их запасы исчерпываются. Вследствие чего России приходится импортировать около 3 млн. тонн глинозема в год.
| Месторождение | Запасы |
| Красная Шапочка (Урал) | На 19 лет добычи |
| Горностайское и Горностайско-Краснооктябрьское | На 18 лет добычи |
| Блиново-Каменское | 10 лет |
| Кургазское | 10 лет |
| Радынский карьер | 7 лет |
В общей сложности на территории страны разведано 44 месторождения различных алюминиевых руд (бокситов, нефелинов), которых по оценкам, должно хватить на 240 лет, при такой интенсивности добычи как сегодня.
Импорт глинозема обусловлен низким качеством руды в залежах, например, на месторождении Красная Шапочка добывают боксит с 50% глиноземным составом, тогда как в Италии извлекают породу с 64% оксида алюминия, а в Китае 61%.
Возобновляемые электроды Содерберга.
В электролизере Холла – Эру угольные аноды расходуются со скоростью 2,5 см/сут, так что часто требуется установка новых анодов. Чтобы исключить частое вмешательство человека в производство, был разработан процесс с использованием возобновляемого электрода Содерберга. Анод Содерберга непрерывно образуется и спекается в восстановительной камере из пасты – смеси 70% молотого кокса и 30% смоляной связки. Эта смесь набивается в прямоугольную оболочку из листовой стали, открытую с обоих концов и расположенную вертикально над ванной с расплавом внутри печи. По мере расходования анода в верхнее отверстие оболочки добавляется паста. Когда коксосмоляная смесь опускается вниз и нагревается, она спекается в твердый углеродистый брусок прежде, чем достигает рабочей зоны.
Создание глинозема
Дальнейший процесс производства алюминия подразумевает получение глинозема, кислотным, щелочным и электролитическим способом. Кислотный метод применяется в работе с высокими сортами сырья. В процессе щелочного метода происходит разложение алюминиевого раствора под действием введенной алюминиевой гидроокиси. После этого раствор выпаривают. Наиболее востребованным можно назвать щелочной метод. Известно, что алюминиевый раствор практически моментально начинают разлагаться, если ввести в него гидроокись алюминия. Этот метод состоит из двух этапов:
- подготовка боксита. Происходит дробление руды. Ее измельчают в особых мельницах. В мельницы добавляют едкую щелочь, боксит и небольшое количество извести. Получившуюся пульпу отправляют на выщелачивание
- выщелачивание боксита фактически является его химическим разложением при соприкосновении с водным раствором щелочи. В этой реакции гидраты окиси алюминия вступая в реакцию со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия, а кремнезем, содержащийся в боксите, реагируя со щелочью, поступает в раствор в виде силиката натрия. Эти соединения реагируя между собой образуют нерастворимый натриевый алюмосиликат. В этом остатке содержатся окислы железа и титана, предающие остатку красный цвет. Этот остаток называют красным шламом. Красный шлам отделяют от алюминатного раствора при помощи промывки в сгустителях. При этом красный шлам выпадает в осадок, а оставшийся алюминатный раствор подвергают фильтрованию.
Фильтрация подразумевает отправление раствора в крупные емкости с мешалками. Из этого раствора, охлажденного до 60°С, при постоянном перемешивании получают гидроокись алюминия. В эти емкости с мешалками необходимо обязательно добавить большое количество твердой гидроокиси. Самой последней стадией является обезвоживание гидроокиси алюминия. Ее осуществляют в трубчатых, постоянно вращающихся печах.
Необходимое оборудование
Алюминий получают из глинозема, который в свою очередь получают из бокситов. Чтобы осуществлять добычу глинозема в природных условиях, а потом извлекать из него алюминий, необходимо различное оборудование:
- устройства для проведения раздачи глинозема
- катодная ошиновка
- система по газоочистке сухим методом
- электролизер
- краны — монтажный, линейный и технический
- оснащение, которое необходимо для литейного и анодно-монтажного цехов.
Чтобы заниматься производством алюминия понадобится не только большое количество оборудования, но и большое по площади помещение, имеющее мощную электросеть. Все потому, что электролиз протекает в особых ваннах в условиях температуры 9600С и силы тока примерно 250000 А.
Места добычи алюминия в России
В мировом рейтинге по объему добычи алюминиевой руды Россия занимает седьмое место. По всей территории разведано порядка 50 месторождений, среди которых еще есть неразработанные залежи. Самые богатые запасы руды сосредоточены в Ленинградской области и на Урале, где работает одна из самых глубоких «алюминиевых» шахт. Глубина последней достигает 1550 метров.
Несмотря на широко развитую цветную металлургию,и производство алюминия, в частности, полученного объема не хватает для обеспечения промышленности всей страны. Поэтому Россия вынуждена импортировать глинозем из других стран. Эта необходимость еще обусловлена более низким качеством руды. На одном из наиболее прибыльных месторождений на Урале извлекают боксит с 50% содержанием глинозема. В Италии же добывают породу, где содержится 64% оксидов алюминия.
Для получения 1 тонны алюминия
Порядка 80% от общей массы алюминиевой руды в России добывается закрытым способом на шахтах. Достаточно много месторождений находится в Белгородской, Архангельской, Свердловской областях, а также Республике Коми. Помимо бокситовых, добываются и нефелиновые руды. Рентабельность такого вида получения металла меньше, но все же результат отчасти компенсирует дефицит сырья страны.
Особое место в алюминиевой промышленности занимает производство металла из вторичного сырья. Такой способ существенно экономит энергетические и рудные ресурсы, и снижает уровень вреда, нанесенного окружающей среде. Здесь Россия несколько отстает от других стран, но показатели большинства отечественных предприятий ежегодно заметно улучшаются.
Свойства алюминиевой руды
Боксит представляет собой сложное соединение оксидов алюминия, железа и кремния (в виде различных кварцев), титана, а также с небольшой примесью натрия, циркония, хрома, фосфора и прочих.
Самым важным свойством в производстве алюминия является «вскрываемость» бокситов. То есть насколько просто будет отделить от него ненужные кремниевые добавки, чтобы получить исходное сырье для выплавки металла.
Сырьевым источником могут служить природные залежи бокситов, нефелинов, алунитов, глин, и каолинов. Наиболее насыщены соединениями алюминия бокситы. Глины и каолины представляют самые распространённые породы со значительным содержанием в них глинозёма. Залежи этих минералов находятся на поверхности земли.
Алюминиевая руда в природе существует только в виде бинарного соединения металла с кислородом. Добывают это соединение из природных горных руд в виде бокситов, состоящих из окислов нескольких химических элементов: алюминия, калия, натрия, магния, железа, титана, кремния, фосфора.
Основа получения алюминия – глинозем. Чтобы он образовался, руду перемалывают в мелкий порошок, и прогревают паром, отделяя большую часть кремния. И уже эта масса будет сырьем для выплавки.
Чтобы получить 1 тонну алюминия, потребуется около 4-5 тонн бокситов, с которых после обработки образуется около 2 тонн глинозема, а уже потом можно получить металл.
Электролиз Холла – Эру.
Заключительная стадия производства алюминия включает его электролитическое восстановление из чистой окиси алюминия, полученной в процессе Байера. Этот способ извлечения алюминия основывается на том (открытом Холлом и Эру) факте, что когда глинозем растворяется в расплавленном криолите, при электролизе раствора выделяется алюминий. Типичный электролизер Холла – Эру представляет собой ванну с расплавленным криолитом 3NaF Ч AlF3 (Na3AlF6) – двойным фторидом натрия и алюминия, в котором растворено 3–5% глинозема, – плавающим на подушке из расплавленного алюминия. Стальные шины, проходящие через подину из углеродистых плит, используются для подачи напряжения на катод, а подвешенные угольные бруски, погруженные в расплавленный криолит, служат анодами. Рабочая температура процесса близка к 950° С, что значительно выше температуры плавления алюминия. Температура в электролизной ванне регулируется изменением зазора между анодами и катодным металлоприемником, на который осаждается расплавленный алюминий. Для поддержания оптимальной температуры и концентрации глинозема в современных электролизерах применяются сложные системы управления. На производство алюминия расходуется очень много электроэнергии, поэтому энергетический КПД процесса – главная проблема в алюминиевой промышленности. Электродные реакции представляют собой восстановление алюминия из его окиси и окисление углерода до его окиси и двуокиси на анодах. Одна печь дает до 2,2 т алюминия в сутки. Металл сливается раз в сутки (или реже), потом флюсуется и дегазируется в отражательной копильной печи и разливается по формам.
Альтернатива алюминиевым рудам
Развитие современного производства требует все больших объемов алюминия. Однако не всегда рентабельно разрабатывать месторождения, или импортировать глинозем из-за границы. Поэтому все чаще используется выплавка металла с использованием вторичного сырья.
Например, такие страны как США, Япония, Германия, Франция, Великобритания в основном производят вторичный алюминий, по объемам составляющий до 80% от общемировой выплавки.
Вторичный металл обходится намного дешевле, в сравнении с первичным, для получения которого тратится 20000 кВт энергии/1 тонну.
На сегодня алюминий, получаемый с различных руд, один из востребованных материалов позволяющих получать прочные и легкие изделия, не поддающиеся коррозии. Альтернатив металлу пока не найдено, и в ближайшие десятиле.
https://promdevelop.ru/alyuminievaya-ruda-ot-dobychi-do-polucheniya-metalla-strany-lidery-po-dobyche-alyuminiya/
https://kamni.guru/ukrasheniya/metally/osnovnye-svoystva-alyuminievoy-rudy-dlya-primeneniya-v-promyshlennosti.html
Страны лидеры по добыче алюминиевых руд
Jсновные месторождения алюминия сосредоточены в регионах с тропическим климатом, а большая часть 73% залежей приходятся на всего 5 стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. Из них самые богатые запасы имеет Гвинея более 5 млрд. тонн (28%от мировой доли).
Если разделить запасы и объемы по добыче, то можно получить следующую картину:
- 1-е место – Африка (Гвинея).
- 2-е место – Америка.
- 3-е место – Азия.
- 4-е место – Австралия.
- 5-е – Европа.
Пятерка лидеров стран по добыче алюминиевой руды представлена в таблице
| Страна | Объемы добычи млн. тонн |
| Китай | 86,5 |
| Австралия | 81,7 |
| Бразилия | 30,7 |
| Гвинея | 19,7 |
| Индия | 14,9 |
Также к основным добытчикам алюминиевых руд относятся: Ямайка (9,7 млн. т.), Россия (6,6), Казахстан (4,2), Гайана (1,6).
Основные области применения алюминия и его сплавов
Данный конструкционный металл имеет широкое распространение. В частности именно с его использования начали свою работу авиастроение, ракетостроение, пищевая промышленность и изготовление посуды. Благодаря своим особенностям алюминий позволяет улучшить маневренность судов за счет меньшей массы.
Конструкции из алюминия в среднем на 50% получаются легче, нежели аналогичные стальные изделия.
Отдельно стоит упомянуть способность металла проводить ток. Такая особенность позволила сделать его главным конкурентом меди. Он активно применяется при производстве микросхем и в целом в области микроэлектроники.
Наиболее популярными сферами использования можно назвать:
- Авиастроение: насосы, двигатели, корпуса и прочие элементы;
- Ракетостроение: как горючий компонент для ракетного топлива;
- Судостроение: корпуса и палубные надстройки;
- Электроника: провода, кабели, выпрямители;
- Оборонное производство: автоматы, танки, самолеты, различные установки;
- Строительство: лестницы, рамы, отделка;
- Область ЖД: цистерны для нефтепродуктов, детали, рамы для вагонов;
- Автомобилестроение: бампера, радиаторы;
- Быт: фольга, посуда, зеркала, мелкие приборы;
Широкое распространение объясняется преимуществами металла, однако есть у него и существенный недостаток – это невысокая прочность. Чтобы минимизировать его, в металл добавляется медь и магний.
Как вы уже поняли, основное свое применение получили алюминий и его соединения в электротехнике (и просто технике), быту, промышленности, машиностроении, авиации. Теперь же мы поговорим о применении металла алюминия в строительстве.
О применении алюминия и его сплавах расскажет это видео:
Бокситовая руда – основа мирового производства алюминия
Непосредственно сам серебристый металл получают из глинозема.
Это сырье представляет собой оксид алюминия (Аl2О3), получаемый с руд:
- Бокситов;
- Алунитов;
- Нефелиновых сиенитов.
Самый распространенный источник получения исходного материала это бокситы, их и считают основной алюминиевой рудой.
Несмотря на уже более чем 130 летнюю историю открытия, понять происхождение алюминиевой руды до сих пор не удалось. Возможно, что попросту в каждом регионе сырье образовалось под воздействием определенных условий. И это создает затруднения, чтобы вывести одну универсальную теорию об образовании бокситов.
Основных гипотез происхождения алюминиевого сырья три:
- Они образовались вследствие растворения некоторых типов известняков, как остаточный продукт.
- Боксит получился в результате выветривания древних пород с дальнейшим их переносом и отложением.
- Руда является результатом химических процессов разложения железных, алюминиевых и титановых солей, и выпала как осадок.
Однако, алунитовые и нефелиновые руды образовывались в отличных условиях от бокситов. Первые формировались в условиях активной гидротермальной и вулканической деятельности. Вторые — при высоких температурах магмы.
Как результат, алуниты, в основном, имеют рассыпчатую пористую структуру. В их составе имеется до 40% различных оксидных соединений алюминия. Но, кроме собственно самой алюмниеносной руды в залежах, как правило, имеются добавки, что влияет на рентабельность их добычи. Считается выгодным разрабатывать месторождение при 50-ти процентном соотношении алунитов к добавкам.
Нефелины обычно представлены кристаллическими образцами, которые кроме алюминиевого оксида содержат добавки в виде различных примесей. Зависимо от состава, такой тип руды классифицируют по типам. Самые богатые имеют в своем составе до 90% нефелинов, второсортные 40-50%, если минералы беднее этих показателей, то не считается нужным вести их разработку.
Имея представления, о происхождении полезных ископаемых, геологическая разведка может довольно точно определить места нахождения залежей алюминиевых руд. Также условия формирования, влияющие на состав и структуру минералов, определяют способы добычи. Если месторождение считается рентабельным, налаживают его разработку.
Алюминиевая промышленность
Алюминий это металл, который изготавливают из бокситов. Метод получения алюминия при помощи электричества был разработан в 1886 году и применяется до сих пор.
Процесс изготовления алюминия
Первый этап — добыча бокситов
Производство алюминия начинается с добычи бокситов. Это горная порода, в которая содержится наибольшее количество алюминиевых руд.
Второй этап — производство глинозема
Бокситы дробят, отчищают от примесей и в результате получают чистый глинозем.
Третий этап — электролиз алюминия
На алюминиевом заводе глинозем засыпают в ванны со специальном веществом, нагретым почти до 1000 градусов. И после этого через него пропускают электрический ток, в результате металл оказывается на дне ванны. (Вот из-за этого этапа нам нужно очень очень много электроэнергии)
Четвертый этап — производство первичного алюминия
Первичный алюминий отливается в слитки и отправляется потребителям, а также используется для производства сплавов.
Пятый этап — производство алюминиевых сплавов.
Алюминиевые сплавы служат для отливки изделий. Иногда добавляют в этому различные добавки (кремний, медь и магний). Из таких сплавов производят автомобильные детали, авиационные двигатели, колесные диски.
Шестой этап — переработка алюминия
В отличии от железа алюминий не подвержен коррозии, поэтому использовать металл можно переплавлять и использовать бесконечное число раз.
Переплавка алюминия требует меньше энергии и не использует дополнительные ресурсы.
Алюминиевая банка - это самый перерабатываемый продукт. Примерно через 6 недель после использования они вновь оказываются на полках магазиновЕжегодно производится более 220 млрд банок для напитков, в Европе 90% из них перерабатываются. Но переработать можно что угодно – и корпуса автомобилей, и использованную фольгу для запекания, и раму велосипеда.
Факторы размещения алюминиевой промышленности
1) Энергетический
Для производства алюминиевой промышленности необходимо большой количество энергии, поэтому заводы по изготовлению алюминия располагаются вблизи крупных электростанций.
2) Водный
В процессе производства алюминия требуется большое количество водных ресурсов.
3) Сырьевой
Заводы располагаются вблизи добыча бокситов.
Эти факторы могут комбинироваться между собой так, что иногда преобладает один или два фактора.
Бокситовая руда – основа мирового производства алюминия
Непосредственно сам серебристый металл получают из глинозема.
Это сырье представляет собой оксид алюминия (Аl2О3), получаемый с руд:
- Бокситов;
- Алунитов;
- Нефелиновых сиенитов.
Самый распространенный источник получения исходного материала это бокситы, их и считают основной алюминиевой рудой.
Несмотря на уже более чем 130 летнюю историю открытия, понять происхождение алюминиевой руды до сих пор не удалось. Возможно, что попросту в каждом регионе сырье образовалось под воздействием определенных условий. И это создает затруднения, чтобы вывести одну универсальную теорию об образовании бокситов.
Основных гипотез происхождения алюминиевого сырья три:
- Они образовались вследствие растворения некоторых типов известняков, как остаточный продукт.
- Боксит получился в результате выветривания древних пород с дальнейшим их переносом и отложением.
- Руда является результатом химических процессов разложения железных, алюминиевых и титановых солей, и выпала как осадок.
Однако, алунитовые и нефелиновые руды образовывались в отличных условиях от бокситов. Первые формировались в условиях активной гидротермальной и вулканической деятельности. Вторые — при высоких температурах магмы.
Как результат, алуниты, в основном, имеют рассыпчатую пористую структуру. В их составе имеется до 40% различных оксидных соединений алюминия. Но, кроме собственно самой алюмниеносной руды в залежах, как правило, имеются добавки, что влияет на рентабельность их добычи. Считается выгодным разрабатывать месторождение при 50-ти процентном соотношении алунитов к добавкам.
Нефелины обычно представлены кристаллическими образцами, которые кроме алюминиевого оксида содержат добавки в виде различных примесей. Зависимо от состава, такой тип руды классифицируют по типам. Самые богатые имеют в своем составе до 90% нефелинов, второсортные 40-50%, если минералы беднее этих показателей, то не считается нужным вести их разработку.
Имея представления, о происхождении полезных ископаемых, геологическая разведка может довольно точно определить места нахождения залежей алюминиевых руд. Также условия формирования, влияющие на состав и структуру минералов, определяют способы добычи. Если месторождение считается рентабельным, налаживают его разработку.
Особенности алюминиевой руды
Руда — это природное минеральное образование, в составе которого содержится определенный металл или минерал. В чистом виде алюминия в природе практически нет, потому добывают его из алюминиевой руды. В земной коре ее содержание составляет около 9%. Сегодня насчитывается порядка 250 разновидностей минеральных соединений, включающих алюминий, но не все из них выгодны в обработке. Наиболее ценными для алюминиевой промышленности считаются следующие типы руды:
- бокситная;
- алунитовая;
- нефелиновая.
Бокситная чаще всего используется как сырье для добычи металла, ведь именно она содержит до 60% оксидов алюминия. Еще состав включает оксиды кремния и железа, кварц, магний, натрий и другие химические элементы и соединения. В зависимости от состава, бокситы имеют разную плотность. Цвет горной породы преимущественно красный или серый. Для производства 1 тонны алюминия необходимо 4,5 тонны боксита.
Алунитовая руда не сильно отстает от бокситной, так как содержит до 40% глинозема — основного поставщика алюминия. Отличается пористой структурой и имеет немало примесей. Добыча алюминия рентабельна только тогда, когда общее количество алунитов равноценно совокупности добавок.
Нефелины — это щелочная порода магматического происхождения. По содержанию оксидов алюминия они занимают третье место. Из первого сорта нефелиновой руды можно переработать от 25% и более глинозема. Из второго сорта — до 25%, но не менее 22%. Все минеральные соединения, включающие оксиды алюминия меньше этого значения, не имеют промышленной ценности.
Характеристика рудного минерала
Название минерального сырья для добычи алюминия происходит от названия местности во Франции, где впервые были обнаружены залежи. Боксит состоит из гидроокислов алюминия, в качестве примесей в нем находятся глинистые минералы, окислы и гидроокислы железа.
По внешнему виду боксит является каменистой, а реже — глиноподобной, породой — однородной или слоистой по текстуре. В зависимости от формы залегания в земной коре она бывают плотной или пористой. По структуре различают минералы:
- обломочные — конгломератовые, гравелиты, песчаниковые, пелитовые;
- конкреционные — бобовые, оолитовые.
Основная масса породы в виде включений содержит оолитовые образования окислов железа или глинозема. Бокситовая руда обычно бурого или кирпичного цвета, но встречаются залежи белого, красного, серого, желтого оттенков.
Главными минералами для образования руды являются:
- диаспор;
- гидрогетит;
- гетит;
- бемит;
- гиббсит;
- каолинит;
- ильменит;
- алюмогематит;
- кальцит;
- сидерит;
- слюды.
Различают бокситы платформенные, геосинклинальные и океанических островов. Месторождения алюминиевой руды образовались в результате переноса продуктов выветривания горных пород с последующим их отложением и образованием осадка.
Промышленные бокситы содержат 28-60% глинозема. При использовании руды соотношение последнего к кремнию не должно быть ниже 2-2,5.
Месторождения и добыча сырья
Основным сырьем промышленного производства алюминия в РФ являются бокситы, нефелиновые руды и их концентраты, сосредоточенные на Кольском полуострове.
Месторождения бокситов в России характеризуются низким качеством сырья и сложными горно-геологическими условиями добычи. В пределах государства находится 44 разведанных месторождения, среди которых эксплуатируется только четверть.
Основная добыча бокситов производится АО «Севуралбокситруда». Несмотря на запасы рудного сырья, обеспеченность перерабатывающих предприятий неравномерна. В течение 15 лет наблюдается дефицит нефелинов и бокситов, что обусловливает импорт глинозема.
Мировые запасы бокситов сосредоточены в 18 странах, находящихся в тропической и субтропической зонах. Местонахождение бокситов высшего качества приурочено к участкам выветривания алюмосиликатных горных пород во влажных условиях. Именно в этих зонах находится основная часть общемирового запаса сырья.
Самые крупные запасы сосредоточены в Гвинее. По добыче рудного сырья в мире первенство принадлежит Австралии. В Бразилии находится 6 млрд тонн запасов, во Вьетнаме — 3 млрд тонн, запасы бокситов Индии, отличающиеся высоким качеством, составляют 2,5 млрд тонн, Индонезии — 2 млрд тонн. В недрах этих стран сосредоточена основная масса руды.
Бокситы добывают открытым и подземным способом. Технологический процесс переработки сырья зависит от его химического состава и предусматривает поэтапное выполнение работ.
На первой стадии под воздействием химических реагентов образуется глинозем, а на второй — из него путем электролиза из расплава фтористых солей извлекают металлический компонент.
Для образования глинозема используют несколько методов:
- спекание;
- гидрохимический;
- комбинированный.
Применение методик зависит от концентрации алюминия в руде. Боксит низкого качества перерабатывают сложным способом. Полученную в результате спекания шихту из соды известняка и боксита выщелачивают раствором. Образованную в результате химической обработки гидроокись металла отделяют и подвергают фильтрации.
Применение минерального ресурса
Применение боксита в разных отраслях промышленного производства обусловлено универсальностью сырья по его минеральному составу и физическим свойствам. Бокситы являются рудой, из которой извлекают алюминий и глинозем.
Использование боксита в черной металлургии в качестве флюса при выплавке мартеновской стали улучшает технические характеристики продукции.
При изготовлении электрокорунда используются свойства боксита образовывать сверхстойкий, огнеупорный материал (синтетический корунд) в результате плавки в электрических печах с участием антрацита в качестве восстановителя и железных опилок.
Минерал боксит с незначительным содержанием железа применяется при изготовлении огнеупорных, быстротвердеющих цементов. Кроме алюминия из рудного сырья извлекают железо, титан, галлий, цирконий, хром, ниобий и TR (редкоземельные элементы).
Бокситы используют для производства красок, абразивов, сорбентов. Руда с невысоким содержанием железа применяется при изготовлении огнеупорных составов.
Методы добычи алюминия
Алюминий — сравнительно молодой металл, впервые добыть который удалось чуть более века назад. На протяжении всего времени технология добычи алюминия все время совершенствовалась, с учетом всех химических и физических свойств.
Добыча алюминиевой руды ведется открытым способом, если глубина залегания небольшая. Бокситы и нефелины, ввиду их плотной структуры, обычно срезают с помощью карьерного комбайна фрезерным способом. Алуниты относятся к ряду рыхлых пород, потому для ее снятия оптимален карьерный экскаватор. Последний сразу же грузит породу на самосвалы для дальнейшей транспортировки.
После добычи первичного сырья следует несколько обязательных этапов обработки породы с целью получения глинозема:
- Транспортировка в подготовительный цех, где дробильными аппаратами порода измельчается до фракции около 110 мм.
- Подготовленное сырье вместе с дополнительными компонентами отправляется на дальнейшую обработку.
- В печах осуществляется спекание породы. При необходимости алюминиевая руда выщелачивается. Так получается жидкий алюминатный раствор.
- Следующая стадия — декомпозиция. В результате образуется алюминатная пульпа, которая отправляется на сепарацию и выпаривание жидкости.
- Очистка от лишних щелочей и печная прокалка.
В итоге получают сухой глинозем, готовый для получения алюминия. Заключительным этапом выступает гидролизная обработка. Помимо описанного выше способа, алюминий добывают и шахтным способом. Так порода вырубается из пластов земли.
Загрязнение окружающей среды
Предприятия цветной металлургии являются источниками выбросов различных загрязняющих веществ в окружающую среду. Усиливает загрязнение то, что применяются устаревших технологий и почти нет очистного оборудования на заводах отрасли.
Как цветная промышленность влияет на окружающую среду?
1) При производстве металла в атмосферу выделяются различные парниковые газы.
На долю предприятий цветной металлургии приходится пятая часть выбросов в атмосферу и более половины выбросов диоксида серы.
Диоксид серы можно применять для получения серной кислоты. На некоторых заводах уже используют эту технологию. Однако на большей части предприятий он просто выбрасывается в атмосферу, что приводит к потеплению климата и выпадению кислотных дождей.
2) Загрязнение сточных вод отработанной водой. Необходим внедрение новых технологий с замкнутым циклом использования воды.
3) Образование терриконов (огромных насыпей) пустой породы.
4) Токсичные отходы с предприятий
Производство алюминия технической чистоты
Алюминий технической чистоты (более 99%) промышленно получают в результате двух последовательных процессов. В результате первого получают оксид алюминия (процесс Байера), а на следующем этапе проводят процесс электролитической редукции (электролиз методом Холла-Эру), благодаря которому получают чистый алюминий. Для снижения расходов, связанных с транспортировкой бокситовой руды, большинство перерабатывающих предприятий строят недалеко от шахт.
Процесс Байера
Первый этап после добычи руды заключается в ее мытье с помощью воды. Таким образом удаляют большую часть загрязнений, которые просто растворяются в воде. Затем, в обработанное водой сырье добавляют CaO, т.е. оксид кальция. После этого его измельчают с помощью специальных трубных мельниц до момента получения зерен с очень малым диаметром, т.е. меньше 300 мкм
Соответствующее измельчение сырья чрезвычайно важно, так как оно обеспечивает большую площадь поверхности зерен, что, в свою очередь, влияет на эффективность протекания процесса экстракции
Следующий этап производства оксида алюминия заключается в растворении зерен при помощи водного раствора каустической соды. В Группе PCC гидроксид натрия производится методом мембранного электролиза. Полученный таким образом продукт характеризуется очень высоким качеством и чистотой, отвечая при этом требованиям последнего издания Европейской фармакопеи. Смесь, содержащая молотые зерна и гидроксид натрия, хранится в течение нескольких часов в специальных реакторах, называемых автоклавами. Во время протекающего процесса осаждения в реакторах поддерживаются высокое давление и повышенная температура. Таким образом, получают алюминат натрия, который затем очищают при помощи разных фильтров.
На следующем этапе очищенный раствор алюмината натрия подвергается разложению. В результате образуется натровый щелок (т.е. водный раствор каустической соды) и кристаллы гидроокиси алюминия высокой степени чистоты. Полученный в результате кристаллизации осадок отфильтровывают и промывают водой. А оставшийся натровый щелок нагревают и возвращают в процесс для повторного использования.
Последним этапом производства чистого оксида алюминия является кальцинация. Она заключается в нагревании гидроксида алюминия при температуре выше 1000oC, в результате чего происходит его разложение на Al2O3, который получают в виде чистого белого порошка. Так подготовленный оксид алюминия транспортируют в печи для получения металлического алюминия в процессе электролитической редукции.
Электролиз оксида алюминия
Следующим этапом получения чистого алюминия является проведение процесса электролиза методом Холла-Эру. В первую очередь, полученный в процессе Байера Al2O3 расплавляют с криолитом и таким образом приготовленный раствор подвергают процессу электролиза при температуре не выше 900oC. Полученный таким образом жидкий алюминий отделяют от электролита и удаляют из электролитических ванн с помощью т.н. вакуумных сифонов. Затем сырье попадает в литейное устройство, откуда на дальнейшем этапе его вкладывают в раскаленные печи, в которых происходит процесс переработки. Он заключается в очистке алюминия с целью достижения максимальной чистоты. В промышленных условиях алюминий может быть очищен двумя методами. Первый из них заключается в растопке алюминия и пропускании через него хлора, благодаря чему примеси связываются с хлором, образуя хлориды, которые затем удаляют из процесса. Второй метод заключается в электролитической редукции расплавленного с медью алюминия. Полученный таким образом конечный продукт характеризуется очень высокой чистотой.
