В каких рудах содержится алюминия
Алюминий — самый распространенный металл в земной коре. Благодаря большому сродству к кислороду он не встречается в природе в свободном состоянии. По данным акад. А. Е. Ферсмана, в природе насчитывается около 250 минералов, содержащих алюминий. Наиболее широко встречаются соединения алюминия с кислородом и кремнием. В настоящее время к алюминиевым рудам относят бокситы, нефелины, алуниты, каолины и кианиты. Бокситы являются рудой, наиболее широко используемой промышленностью. Они представляют собой горную породу, образованную гидратами окиси алюминия (основная масса), окислами и гидратами окислов железа и силикатами, кварцем, каолинитом, соединениями титана, карбонатами кальция и магния, а также в небольшом количестве соединениями натрия, кальция, циркония, хрома, фосфора, ванадия, галлия и других элементов. Химический и минералогический состав бокситов колеблется в широких пределах, в них обнаруживается более 40 химических элементов и 100 различных минералов. Качество бокситов определяется содержанием глинозема Аl2О3 и кремнезема SiО2, а также минералогической формой гидратов окиси алюминия. Чем больше содержание Аl2O3 и меньше SiО2 в бокситах, тем выше их качество.
Физические свойства бокситов очень разнообразны и непостоянны. Встречаются бокситы всевозможных цветов и оттенков— от белого до темно-красного. Наиболее часто встречаются бурые и кирпично-красные разновидности. Плотность их колеблется от 1,2 г/см3 у пористых рыхлых маложелезистых и малокремнистых бокситов до 3,5 г/см3 у сильно железистых и каменистых бокситов. Твердость бокситов варьирует от 2 до 7. Такое разнообразие цвета и физических свойств очень затрудняет I поиски бокситов. Характерным отличительным признаком бокситов наряду с внешним сходством с глиной, является их неспособность образовывать с водой пластичную массу.
Минералогическое отличие бокситов от глины заключается в том, что в глинах алюминий находится в форме каолинита (Аl2О3•2SiO2•2Н2О) и других сходных алюмосиликатов, а в бокситах — в виде гидроокисей. Различают следующие минералогические формы гидроокиси алюминия: бемит и диаспор (отвечающие химической формуле А12О3•Н2О) и гидраргиллит (Аl2О3•3Н2О). Минералогическая форма, в которой находится алюминий в боксите, очень важна для переработки бокситов. Различают следующие типы бокситов: диаспоровые, гидраргиллитовыеи смешанные.
Государственным стандартом предусмотрено десять марок бокситов: Б-В, Б-0, Б-1 и далее до Б-8. Марки различаются содержанием Аl2O3 в пересчете на сухое вещество и отношением Al2O3:SiO2 (па массе). Бокситы первых двух марок идут на производство высококачественного электрокорунда, остальных марок — на производство глинозема и огнеупоров. В боксите марки Б-1 допускается содержание 49% Аl2O3 и Al2O3/SiO2-9, в боксите марки Б-8 соответственно 28% и 4.
В России открыто несколько месторождений бокситов. Наиболее известные из них — тихвинские, уральские и тургайские бокситы. В Европе наиболее известны месторождения бокситов во Франции, Венгрии и Югославии, большие запасы бокситов есть в Индии и Индонезии, ряд африканских стран разрабатывает и экспортирует бокситы; США обладают запасами хороших бокситов, а также широко используют значительные месторождения бокситов в Суринаме и Гвиане (Южн. Америка).
Химический состав бокситов различных месторождений приведен в табл. и 2.
Таблица. Примерный химический состав отечественных бокситов, %
| Бокситы , | Аl2О3 | SiO2 | Fe2O3 | Н2О |
| Северо-Уральские . . . | 51—57 | 2,5—8,5 | 20—22 | 10—18 |
| Южно-Уральские . . . | 48—60 | 5—12 | 18—20 | 10—16 |
| Енисейские | 32—46 | 6—10 | 25—35 | 20—28 |
| Северо-Казахстанские | 40—50 | 5—15 | 10—12 | 20—25 |
Таблица 2. Примерный химический состав бокситов некоторых месторождений Мира, %
| Страна | Аl2O3 | SiO2 | Fe2O3 | Н2О |
| Франция (департ. Вар) | 51—58 | 3-6 | 18—25 | 10—12 |
| США (штат Арканзас) | 56—59 | 5—8 | 2—6 | 29—31 |
| Индия (штаты Бихар, | ||||
| Орисса, Мадрас и др.) | 56—68 | 0,3—7 | 0,3—6 | 29—30 |
| Индонезия (о. Монтан, | ||||
| Банка, Батан) …. | 53—55 | 4 | 9—13 | Нет данных |
| Венгрия . . | 48—63 | 2—14 | 20—30 | 14—18 |
| Югославия . … | 48—60 | 2—4 | 18—20 | 18—24 |
Нефелины — химическая формула (Na, К)2О•Аl2О3•2SiO2 — являются частью горной породы, называемой уртитом. богатые месторождения которой находятся на Кольском полуострове. Кроме того, нефелин входит в состав апатито-нефелиновой породы, имеющейся в большом количестве в Хибинском горном массиве.
Во время флотации апатита нефелин остается в хвостах. При переработке нефелина на глинозем в качестве побочных продуктов получают соду и поташ. Примерный химический состав нефелинового концентрата: 30% Аl2O3; 43% SiO2; 20% Na2O + K2O; 3% СаО; 3% Fe2O3.
Вредным для производства глинозема в нефелине является железо в любой минералогической форме.
На Урале, Кавказе и в Сибири находятся залежи нефелиновых сиенитов, представляющих собой смесь нефелина с другими кремнесодержащими минералами.
Несмотря на небольшое содержание Аl2О3, комплексная переработка нефелина на глинозем с извлечением щелочей и использованием отходов для получения цемента целесообразна. Алуниты — основной сульфат алюминия и калия [K2SО4• Al2(SО4)3•4Al(ОН)3], в состав которого может входить и натрий. Крупные месторождения алунитовой породы залегают в Азербайджанской, Казахской и Узбекской. Алунитовая порода содержит около 20—21% Аl2О3; 41—42% Si02; 4-5% F2О3; 4,5-5% • Na2О+K2О; 22— 23% SО3; 6—7% H2О. Так как в алунитах наряду с окисью алюминия содержится значительное количество сульфатов и щелочи, то при переработке этой руды необходимо предусматривать комплексное использование всех полезных составляющих. Крупные месторождения алунитов за рубежом имеются в Италии, Австралии и КНР.
Каолины и глины
Химический состав каолина и глин примерно соответствует формуле Аl2О3• SiО2•2H2О.
Каолин содержит также примеси кремнезема, окислов кальция, магния и железа. Огнеупорные глины, содержащие мало примесей, называются каолинами. Они широко распространены в природе. Лучшие сорта каолинов пригодны для выплавки кремнеалюминиевых сплавов.
В России очень много месторождений каолинов и глин. Лучшие сорта каолинов содержат 36—39% Аl2О3.
К и а н и т ы (Аl2О3• SiО2) являются составной частью кианитовой породы, огромные запасы которой находятся на Кольском полуострове и в Северной Карелии. Кианиты не используются пока для производства окиси алюминия, но являются очень хорошей рудой для прямой выплавки кремнеалюминиевых сплавов.
Статья на тему Руды алюминия
Современный способ его получения был разработан только в 1886 году, а до этого он был очень редким. Промышленные масштабы «крылатого» металла начались лишь в 20 веке. Сегодня, это один из востребованных материалов в различных отраслях от электроники до космической и авиационной промышленности.
Впервые алюминиевая руда в виде серебристого металла была получена в 1825 году в объеме всего лишь нескольких миллиграмм, и до появления массового производства этот металл был дороже золота. Например, одна из королевских корон Швеции имела в своем составе алюминий, а Д. И. Менделеев в 1889 году получил от британцев дорогой подарок – весы из золота и алюминия.
Какое сырье необходимо для получения алюминиевой руды? Как производят один из самых необходимых в современности материалов?
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.
Алюминиевая рудаКак 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.
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.
Медная руда: свойства, применение, добыча
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.
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.
Технология разработки алюминиевых залежей. Способы добычи алюминиевой руды
Способы добычи алюминиевой рудыПри незначительной глубине залегания алюминиеносных пород их добыча ведется открытым способом. Но, сам процесс срезания пластов руды будет зависеть от ее вида, и структуры.
- Кристаллические минералы (чаще бокситы, или нефелины), снимают фрезерным способом. Для этого используются карьерные комбайны. Зависимо от модели такая машина может вести срез пласта толщиной до 600 мм. Толща породы разрабатывается постепенно, образуя после прохода одного слоя полки.
Это делается для безопасного положения кабины оператора и ходовых механизмов, которые в случае непредвиденного обвала будут находиться на безопасном расстоянии.
- Рыхлые алюминиевоносные породы исключают использование фрезерной разработки. Так как их вязкость забивает режущую часть машины. Чаще всего такие типы пород могут срезать при помощи карьерных экскаваторов, которые тут же грузят руду на самосвалы, для дальнейшей транспортировки.
Транспортирование сырья — это отдельная часть всего процесса. Обычно обогатительные комбинаты по возможности стараются возводить неподалеку от разработок. Это позволяет использовать ленточные транспортеры для подачи руды на обогащение. Но, чаще изъятое сырье перевозят самосвалами.
Следующий этап, обогащение и подготовка породы для получения глинозема.
- Руду при помощи ленточного транспортера перемещают в цех подготовки сырья, где может использоваться насколько дробильных аппаратов, измельчающих минералы поочередно до фракции приблизительно в 110 мм.
- Второй участок подготовительного цеха осуществляет подачу подготовленной руды, и дополнительных добавок на дальнейшую переработку.
- Следующий этап подготовки, это спекание породы в печах.
Также на этом этапе, возможна обработка сырья выщелачиванием крепкими щелочами. Результатом становится жидкий алюминатный раствор (гидрометаллургическая обработка).
- Алюминатный раствор проходит стадию декомпозиции. На данном этапе получают алюминатную пульпу, которую в свою очередь отправляют на сепарацию, и выпаривание жидкой составляющей.
- После чего данную массу очищают от ненужных щелочей, и направляют на прокалку в печах. В результате такой цепочки образуется сухой глинозем необходимый для получения алюминия путем гидролизной обработки.
Сложный технологический процесс требует большого количества топлива, и известняка, а также электроэнергии. Это является основным фактором расположения алюминиевых комбинатов – возле хорошей транспортной развязки, и нахождения рядом залежей необходимых ресурсов.
Все о железной руде
Однако существует и шахтный способ извлечения, когда порода из пластов вырубается по принципу добычи каменного угля. После чего руду отправляют на подобные производства по обогащению, и извлечению алюминия.
Одна из самых глубоких «алюминиевых» штолен находится на Урале в России, ее глубина достигает 1550 метров!
Страны лидеры по добыче алюминиевых руд
Основные 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).
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.
Иностранные инвестиции в промышленности 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%.
Применение алюминиевой руды
В основном до 60% рудного сырья используется для получения алюминия. Однако богатый состав позволяет извлекать из него, и другие химические элементы: титан, хром, ванадий и прочие цветные металлы, необходимые в первую очередь в качестве легирующих добавок для улучшения качеств стали.
Как вспоминалось выше технологическая цепочка получения алюминия обязательно проходит через стадию образования глинозема, который также используют в качестве флюсов в черной металлургии.
Как распределяются расходы на поддержку промышленности?
Богатый состав элементов в алюминиевой руде используется и для производства минеральной краски. Также способом плавки производится глиноземный цемент – быстро застывающая прочная масса.
Еще один материал, получаемый из бокситов – электрокорунд. Его получают путем плавления руды в электропечах. Это очень твердое вещество, уступающее только алмазу, что делает его востребованным в качестве абразива.
Также в процессе получения чистого металла образуются отходы – красный шлам. Из него извлекают элемент – скандий, который применяется в производстве алюминиево-скандиевых сплавов, востребованных в автомобильной промышленности, ракетостроении, выпуске электроприводов, и спортивного оборудования.
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.
Импортозамещение — фактор экономической безопасности страны
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 десятилетия объемы добычи руды, и выплавки будут только расти.
Алюминий является одним из самых популярных и востребованных металлов. В какой только отрасли его не добавляют к составу тех или иных предметов. Начиная от приборостроения и заканчивая авиацией. Свойства этого легкого, гибкого и неподатливого для коррозии металла пришлись по вкусу весьма многим отраслям производства.
Сам алюминий (довольно активный металл) в чистом виде в природе практически не встречается и его добывают из глинозема, химическая формула которого – Al2O3. А вот прямым путем к получению глинозема является, в свою очередь, алюминиевая руда.
Различия по насыщенности
В основе своей достойными упоминания являются лишь три вида руд, с которыми нужно работать, если вы занимаетесь добычей алюминия. Да, данный химический элемент очень и очень распространен, и его можно найти также в других соединениях (их насчитывают около двух с половиной сотен). Однако, наиболее рентабельной, в силу весьма высокой концентрации, добыча будет именно из бокситов, алунитов и нефелинов.
Нефелины являются щелочным образованием, появившимся вследствие высокой температуры магмы. Из одной единицы данной руды выйдет до 25% глинозема, как основного сырья. Однако, эта руда алюминия считается наиболее бедной для добытчиков. Все соединения, содержащие в себе глинозем в еще меньших количествах, чем имеют нефелины – заведомо признаны нерентабельными.
Алуниты образовались при вулканической, а также гидротермальной активностях. Они в себе содержат до 40% такого необходимого глинозема, являясь «золотой серединой» в нашей троице руд.
И первое место, с рекордным содержанием оксида алюминия в виде пятидесяти процентов и более, получают бокситы! Они по праву считаются основным источником глинозема. Однако, касаемо их происхождения ученые до сих пор не могут прийти к единственно верному решению.
То ли они перекочевали с изначального места происхождения и отложились после того, как выветрились древние породы, то ли получились осадком после того, как растворились некоторые известняки, или же вообще стали итогом распада солей железа, алюминия и титана, выпав осадком. В общем, происхождение все еще неизвестно. Но то, что бокситы – самые доходные, это уже точно.
Способы добывания алюминия
Добывают необходимые руды двумя способами.
В плане открытого способа добычи в месторождениях алюминия заветного Al2O3, три основных руды делятся на две группы.
Бокситы и нефелины, как структуры с более высокой плотностью, срезаются фрезерным методом с помощью карьерного комбайна. Конечно, все зависит от производителя и модели машины, но, в среднем, она способна снимать до 60 сантиметров породы за раз. После полного прохода одного слоя делается так называемая полка. Такой метод способствует безопасному нахождению на своем месте оператора комбайна. В случае обвала и ходовая часть, и кабина с оператором будут находиться в безопасности.
Во второй группе находятся алуниты, которые, в силу рыхлости, добывают карьерные экскаваторы с последующей выгрузкой на самосвалы.
Радикально другим способом является пробивание шахты. Здесь принцип добычи идет таким же, как и в угольном промысле. Кстати, самой глубокой шахтой алюминия в России является та, что расположена на Урале. Глубина шахты составляет 1550м.!
Обработка полученной руды
Далее, вне зависимости от выбранного способа добычи, полученные полезные ископаемые отправляются в цеха для переработки, где специальные дробильные аппараты разобьют минералы на фракции, размером примерно под 110 миллиметров.
Следующим этапом идет получение дополнительных хим. добавок и транспортировка к дальнейшему этапу, которым является спекание породы в печах.
Пройдя декомпозицию и получив на выходе из нее алюминатную пульпу, мы отправим пульпу на разделение и осушение ее от жидкости.
На финальном этапе то, что получилось, подвергается очистке от щелочей и снова отправляется в печи. В этот раз – на прокалку. Финалом всех действий станет тот самый сухой глинозем, который нужен для получения алюминия через гидролиз.
Пусть пробивание шахты и считается более тяжелым способом, но оно несет меньший вред окружающей среде, чем открытый способ. Если вы за экологию – вы знаете, что выбрать.
Добыча алюминия в мире
В данном пункте можно сказать, что показатели по взаимодействиям с алюминием во всем мире разделяются на два списка. В первом списке окажутся страны, которые владеют наибольшими природными запасами алюминия, но, возможно, не все из этих богатств успевают обрабатывать. А во втором списке как раз находятся мировые лидеры по непосредственной добыче алюминиевой руды.
Итак, в плане природных (хоть и не везде, пока что, реализованных) богатств ситуация обстоит так:
- Гвинея
- Бразилия
- Ямайка
- Австралия
- Индия
Эти страны, можно сказать, обладают подавляющим большинством Al2O3 в мире. На их долю приходится 73 процента в сумме. Остальные запасы разбросаны по всему земному шару не в таких щедрых количествах. Гвинея, что расположена в Африке, в глобальном смысле – крупнейшее месторождение алюминиевых руд в мире. Она «отхватила» 28%, что даже больше четверти от общемировых залежей данного полезного ископаемого.
А вот так обстоят дела с процессами добычи алюминиевой руды:
- Китай – на первом месте и добывает 86,5 млн. тонн;
- Австралия – страна диковинных животных со своими 81,7млн. тонн на втором месте;
- Бразилия – 30,7 млн. тонн;
- Гвинея, будучи лидером по запасам, в плане добычи лишь на четвертом месте – 19,7 млн. тонн;
- Индия – 14,9 млн. тонн.
Также к данному списку можно добавить Ямайку, способную добыть 9,7 млн. тонн и Россию, с ее показателем в 6,6 млн. тонн.
Алюминий в России
Касаемо добычи алюминия в России, похвастаться определенными показателями могут лишь Ленинградская область и, конечно же, Урал, как истинная кладовая полезных ископаемых. Основной способ добычи – шахтный. Им добывают четыре пятых всей руды страны. В общей сложности, на территории Федерации имеется более четырех десятков месторождений нефелинов и бокситов, ресурса которых точно хватит даже нашим праправнукам.
Однако, Россия также занимается и ввозом глинозема из других стран. Все потому, что местные вещества (к примеру, месторождение Красная Шапочка в Свердловской области) содержат в себе лишь половину глинозема. Тогда как китайские или итальянские породы насыщенны Al2O3 на шестьдесят и более процентов.
Оглядываясь на некоторые сложности с добычей алюминия в России, имеет смысл задуматься о производстве вторичного алюминия, как это сделали Великобритания, Германия, США, Франция и Япония.
Применение алюминия
Как мы уже оговаривали в начале статьи, спектр применения алюминия и его соединений крайне широк. Даже на этапах извлечения из породы он крайне полезен. В самой руде, например, находятся в малом количестве и другие металлы, вроде ванадия, титана и хрома, полезные для процессов легировании стали. На этапе глинозема тоже есть польза, ведь глинозем используется в черной металлургии в роли флюса.
Сам металл используют в производстве теплового оборудования, криогенной технике, участвует в создании ряда сплавов в металлургии, присутствует в стекольной промышленности, ракетной технике, авиации и даже в пищевой промышленности, как добавка Е173.
Так что, наверняка ясно только одно. В течение еще многих лет потребность человечества в алюминии, как и в его соединениях, не угаснет. Что, соответственно, говорит исключительно о росте объемов его добычи.