3.Сырые материалы

Основным современным способом производства алюминия является электролитический способ, состоящий из двух ста­дий. Первая — получение глинозема (А1₂О₃) из рудного сырья и вторая — получение жидкого алюминия из глинозема путем электролиза.

Руды алюминия. Вследствие высокой химической активнос­ти алюминий встречается в природе только в связанном ви­де: корунд А1_гО₃, гиббсит А1₂О₃ • ЗН₂О, бемит А1₂О₃ • Н₂О, кианит ЗА1₂О₃ • 2SiO₂, нефелин (Na, K)₂O • • А1₂О₃ • 2SiO₂, каолинит А1₂О₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О и другие. Основными используемыми в настоящее время алюминиевыми рудами являются бокситы, а также нефелины и алуниты.

Бокситы. Алюминий в бокситах находится главным образом в виде гидрооксидов алюминия (гиббсита, бемита и др.), ко­рунда и каолинита. Химический состав бокситов довольно сложен. Они часто содержат более 40 химических элементов. Содержание глинозема в них составляет 35—60 %, кремнезема 2-20%, оксида Fe₂O₃ 2-40%, окиси титана 0,01-10%. Важ­ной характеристикой бокситов является отношение содержаний в них А1₂О₃ к SiO₂ по массе — так называемый кремневый модуль.

Кремневый модуль бокситов, поступающих для получения глинозема, должен быть не ниже 2,6. Для бокситов среднего качества этот модуль составляет 5—7 при 46—48 процентном со­держании А1₂О₃, а модуль высококачественных — около 10 при 50 %-ном содержании А1₂О₃. Бокситы с более высоким содержанием А1₂О₃ (52%) и модулем (10-12) идут для производства электрокорунда.

К числу крупных месторождений бокситов в нашей стране относится Тихвинское (Ленинградская область), Северо­уральское (Свердловская область), Южноуральское (Челябин­ская область), Тургайское и Краснооктябрьское (Кустанай-ская область).

Нефелины входят в состав нефелиновых сиенитов и урти-тов. Большое месторождение уртитов находится на Кольском полуострове. Основные компоненты уртрита – нефелин и апатит 3Ca₃(PO₄)CaF₂. Они подвергаются флотационному обогащению с выделением нефелинового и апатитового концентратов. Апатитовый концентрат идет для приготовления фосфорных удобрений, а нефелиновый – для получения глинозема. Нефелиновый концентрат содержит в процентном отношении 20–30 А1₂О₃, 42 –44 SiO₂, 13 –14 Na₂O, 6 –7 K₂O, 3 –4 Fe₂O₃ и 2 –3 CaO.

Алуниты представляют собой основной сульфат алюминия и калия (или натрия) K₂SO₄Al₂(SO₄)₃4Al(OH)₃. Содержание А1₂О₃ в них невысокое (20–22%), но в них находятся другие ценные составляющие: серный ангидрид SO₃ (20%) и щелочь Na₂O K₂O (4 – 5%). Таким образом, они, так же как и нефелины, представляют собой комплексное сырье.

Другие сырые материалы. При производстве глинозема применяется щелочь NaOH, иногда известняк CaCO₃, при электролизе глинозема криолит Na₃AlF₆ (3NaFAlF₃) и немного фтористого алюминия AlF₃, а также CaF₂ и MgF₂.

Производство криолита. Криолит в естественном виде встречается очень редко и его производят искусственно из концентрата плавикового шпата (CaF₂). Процесс осуществляется в две стадии, первая – получение плавиковой кислоты HF. Тонкоизмельченный CaF₂ смешивается с серной кислотой в трубчатых вращающихся печах при 200C. В печи протекает реакция: CaF₂ + H₂SO₄ = 2HF + CaSO₄. Поскольку в плавиковом шпате содержится в качестве примеси SiO₂, образуется также немного летучей кремнефтористой кислоты H₂SiF₆. Газообразные HF и H₂SiF₆ после их очистки от примесей поглощаются в вертикальных башнях водой, в результате получается раствор плавиковой кислоты с кремнефтористой. Он очищается от H₂SiF₆ путем добавления небольшого количества соды: H₂SiF₆ + NaCO₃ = Na₂SiF₆ + H₂O + CO₂. Кремнефтористый натрий выпадает в осадок и получается очищенная плавиковая кислота. Вторая стадия – получение криолита. В раствор плавиковой кислоты добавляется Al(OH)₃ и сода и проводится так называемый процесс варки криолита, в течение которого протекают следующие реакции:

6HF + Al(OH)₃ = H₃AlF₆ + 3H₂O,

2 H₃AlF₆ + 3 NaCO₃ = 2 Na₃AlF₆ + 3CO₂ + 3H₂O.

Криолит выпадает в осадок, его отфильтровывают и просушивают при температуре 130 –150C.

Фтористый алюминий получается схожим путем, добавляя к плавиковой кислоте до полной ее нейтрализации гидрооксид алюминия: 3HF + Al(OH)₃ = AlF₃ + 3H₂O.