3.1. Основные минералы и руды алюминия.

Алюминий широко представлен в земной коре различными соединениями, которые делятся по количеству видов примерно на две группы:

• первичные минералы, образующие при кристаллизации магмы. Главная роль в этой группе принадлежит алюмосиликатам – ортоклаз, альбит, лейцит и нефелин.

• вторичные соединения алюминия, образующиеся под воздействием выветривания в земной коре, характеризуются более высоким содержанием оксида алюминия. Среди них широко распространены гидросиликаты алюминия, а также гидроксиды и оксигидроксиды алюминия – гиббсит, бемит и диаспор, которые являются важнейшей составной частью основных промышленных алюминиевых руд – бокситов. К этой же группе относится и алунит.

Боксит – сложная горная порода, состоящая из оксидов и гидроксидов Al, Fe, Si и Ti, а в качестве присутствуют карбонаты кальция и магния, гидросиликаты (хлориты), сульфиды и сульфаты (в основном железа) и органические соединения. Качество бокситов определяется содержанием в них Al₂O₃ и SiO₂, для чего используют кремневый модуль µ_Si – массовое отношение содержания Al₂O₃ и SiO₂, т.е. чем выше модуль, тем лучше качество боксита. Разведанные запасы бокситов превышают 50 млрд т, что обеспечивает сырьем алюминиевую промышленность на многие годы.

Нефелиновые руды, содержащие в качестве основной составляющей нефелин (Na, K)₂O∙Al₂O₃∙2SiO₂, имеют большое значение для отечественной промышленности. При переработки нефелиновых руд и концентратов наряду с глиноземом получают поташ и соду, а из отходов глиноземного производства цемент. Таким образом, нефелиновое сырье представляет собой комплексный продукт, но его переработка осуществляется по сложным технологическим схемам, внедрение которых требует больших капитальных вложений.

3.2. Глинозем.

Глинозем, используемый для производства алюминия, должен быстро растворяться в электролите, содержать минимально возможное количество оксидов железа, кремния и других более электроположительных элементов, чем алюминий, элементов, так как, выделяясь на катоде вместе с алюминием, они ухудшают его качество. Нежелательно присутствие в алюминии щелочных и щелочно-земельных металлов, поскольку они, вступая во взаимодействие с AlF₃, разлагают и изменяют состав для электролита, что вызывает необходимость его корректировки. Кроме того, оксид калия, проникая в угольную футеровку, снижает срок службы ванны.

У безводного оксида алюминия, каким является глинозем, известны и хорошо изучены две разновидности. Первая из них – α-Al₂O₃, или корунд, - единственная форма безводного алюминия, встречаются в естественных условиях. Все виды гидратов оксидов алюминия при нагревании до 1200 ^◦С превращаются в альфа-глинозем. Вторая полиморфная разновидность безводного алюминия, открытая в 1925 году, γ- Al₂O₃ (гамма-глинозем) в природе не встречается. При нагревании выше 900 ^◦С он начинает превращаться в α-Al₂O₃, и при температуре 1200 ^◦С этот процесс завершается. Гамма-глинозем гигроскопичен, поэтому его содержание в техническом глиноземе лимитируется.

Большое значение имеет удельная поверхность глинозема, которая увеличивается с уменьшением содержания α-Al₂O₃. Снижение этого показателя приводит к ухудшению улавливания фтора при сухой очистке отходящих анодных газов.

Таблица 1.

Требования, предъявляемые к глинозему (ГОСТ 30558-98)

Марка	Массовая доля примесей, %, не более
	SiO2	Fe2O3	Тяжелые примеси	ZnO	P2O5	Na2O+K2O	п.п.п.
Г-000 Г-00 Г-0 Г-1 Г-2	0,02 0,02 0,03 0,05 0,08	0,01 0,03 0,05 0,04 0,05	0,01 0,01 0,02 0,02 0,02	0,01 0,01 0,02 0,03 0,03	0,001 0,002 0,002 0,002 0,002	0,3 0,4 0,5 0,4 0,5	0,6 1,2 1,2 1,2 1,2