Найбільшу цінність для промисловості в якості джерела алюмінію являє природна сировина - алюмінієва руда. складова гірської породи у вигляді бокситів, алунитов і нефелина.
Різновиди глінозёмсодержащіх руд
Відомо більше 200 мінералів, до складу яких входить алюміній.
Сировинним джерелом вважають тільки таку гірську породу, яка може відповідати наступним вимогам:
Особливість природного гірської породи бокситу
Алюмінієва руда в природі існує тільки у вигляді бінарного з'єднання металу з киснем. Видобувають це з'єднання з природних гірських руд у вигляді бокситів, що складаються з оксидів декількох хімічних елементів: алюмінію, калію, натрію, магнію, заліза, титану, кремнію, фосфору.
Залежно від родовища боксити в своєму складі мають від 28 до 80% глинозему. Це основна сировина для отримання унікального металу. Якість бокситів як сировини алюмінію залежить від вмісту в ньому глинозему. Цим визначаються фізичні властивості бокситів:
- Мінерал представляє приховано кристалічну структуру або перебуває в аморфному стані. Багато мінерали мають затверділі форми гидрогелей простого або комплексного складу.
- Колір бокситів в різних точках видобутку коливається від майже білого до червоних темних кольорів. Є родовища з чорної забарвленням мінералу.
- Щільність алюміній містять мінералів залежить від їх хімічного складу і становить близько 3 500 кг / м 3.
- Хімічний склад і структура бокситів визначає тверді властивості мінералу. Найміцніші мінерали відрізняються твердістю в 6 одиниць за шкалою, прийнятою в мінералогії.
- Як природне викопне боксит має ряд домішок, найчастіше це оксиди заліза, кальцію, магнію, марганцю, домішки титанових і фосфорних сполук.
Боксити, каоліни, глини в своєму складі містять домішки інших з'єднань, які при переробці сировини виділяються в окремі виробництва.
Тільки в Росії використовують родовища з покладами порід, в складі яких глинозем становить більш низьку концентрацію.
З недавніх пір глинозем стали отримувати з нефелинов, сформованими незалежно від глинозему містять окису таких металів, як калій, натрій, кремній і, не менш цінний, квасцовий камінь, алуніт.
Способи переробки алюміній містять копалин
- Видобуток руди з розроблених родовищ.
- Первинна обробка від порожніх порід з метою підвищення концентрації глинозему - процес збагачення.
- Отримання чистого глинозему, електролітичне відновлення алюмінію з його оксидів.
Виробничий процес завершується отриманням металу з концентрацією 99,99%.
Видобуток і збагачення глинозему
Глинозем або алюмінієві оксиди, в чистому вигляді в природі не існує. Його витягають з алюмінієвих руд, використовуючи гідрохімічні методи.
Поклади алюмінієвої руди в родовищах зазвичай висаджують. забезпечуючи майданчик для її видобутку на глибині приблизно 20 метрів, звідки її вибирають і запускають в процес подальшої обробки;
- Використовуючи спеціальне обладнання (грохоти, класифікатори), руду дроблять і сортують, відкидаючи пусту породу (хвости). На цьому етапі збагачення глинозему користуються способами промивання і просівання, як найбільш вигідними економічно.
- Осів на дні збагачувальної установки очищену руду змішують з розігрітій масою їдкого натру в автоклаві.
- Суміш пропускають через систему судин з високоміцної сталі. Судини оснащені паровою сорочкою, що підтримує необхідну температуру. Тиск пара підтримується на рівні 1,5-3,5 МПа до повного переходу алюмінієвих з'єднань, з збагаченої породи в алюмінат натрію в перегрітому розчині їдкого натрію.
- Після охолодження рідина проходить стадію фільтрації в результаті якої відбувається відділення твердого осаду і отримання пересичені чистого розчину алюмінату. При додаванні в отриманий розчин залишків гідроксиду алюмінію від попереднього циклу, розкладання прискорюється.
- Для остаточної осушки 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 електролізер представляють пристрій, що складається наступних частин:
- З сталевого кожуха, футерованого вугільними блоками і плитами. В процесі роботи на поверхні корпусу ванни утворюється щільна плівка з застиглого електроліту, що оберігає футеровку від руйнування розплавом електроліту.
- Шар розплавленого алюмінію на дні ванни, товщиною 10-20 см, служить катодом в цій установці.
- Струм в алюмінієвий розплав підводиться через вугільні блоки і 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 в якості елемента для підведення струму.
- У цехах електролізер встановлюють послідовно в кілька рядів (два або чотири ряди).
Додаткове очищення алюмінію рафинированием
Якщо алюміній, витягнутий з електролізерів, не відповідає кінцевим вимогам, його піддають додатковому очищенню рафинированием.
У промисловості цей процес проводять в особливому електролізері, в якому міститься три рідких шару:
- Нижній - рафініруемий алюміній з добавкою приблизно 35% міді. служить анодом. Мідь присутня для обважнення алюмінієвого шару, в анодному сплаві мідь не розчиняється, його щільність повинна перевищувати 3000 кг / м 3.
- Середній шар являє суміш фторидів і хлоридів барію, кальцію, алюмінію з температурою плавлення близько 730 о С.
- Верхній шар - чистий рафінований алюмінієвий розплав, який розчиняється в анодному шарі і піднімається вгору. Він служить в цій схемі катодом. Підведення струму здійснюється графітовим електродом.
У процесі електролізу домішки залишаються в анодному шарі і електроліті. Вихід чистого алюмінію складає 95-98%. Розробці алюміній містять родовищ, відведено провідне місце в народному господарстві, завдяки властивостям алюмінію, який в даний час займає друге місце після заліза в сучасній промисловості.
Синявська Інеса Леонідівна