1 Характеристика сырья и готового продукта

Важнейшей алюминиевой рудой в глиноземном производстве России и в мировой практике являются бокситы. Бокситы как сырье впервые были обнаружены во Франции в 1821 г. около города Бо, откуда и возникло их название. Боксит – это сложная горная порода, состоящая из оксидов и гидроксидов алюминия, железа, кремния и титана. В качестве примесей в них присутствуют карбонаты кальция, гидросиликаты, сульфиды и органические соединения.

Основными глинозем содержащими минералами бокситов являются гиббсит (гидраргиллит), бемит и диаспор. Однако мономинеральные бокситовые руды в природе встречаются редко, гораздо чаще встречаются руды смешанного типа – гиббсит-бемитовые или диаспор-бемитовые. По внешнему виду бокситы напоминают глину, хотя от нее отличаются существенно, т.к. в их основе находятся гидроксиды алюминия. В пересчете на Al₂O₃ в боксите содержится Al₂O₃ от 30 до 80 %, Fe₂O₃ – от 0 до 50 %, SiO₂ – от 0 до 20 %, TiO₂ – от 0 до 10 %. Выделяют два генетических типа месторождений боксита:

• остаточно-хемогенный

• осадочно-хемогенный

Остаточные образуются из различных алюмосиликатных пород в процессе их выветривания. Они легко подвергаются обогащению промывкой. Основные мировые залежи бокситов являются остаточно-хемогенными.

Осадочные месторождения образуются в результате накопления продуктов химического и механического выветривания, в котлованах различного происхождения. К этому типу бокситов относят большинство месторождений бокситов в России. Залежи бокситов осадочного типа более сложные. Они часто состоят из одного или нескольких слоев, отличающихся по качеству. Часть бокситов в них может быть замещена бокситовыми или обычными глинами. Такие бокситы более трудно поддаются механическому обогащению. Производство глинозема во всем мире осуществляется преимущественно из высококачественных бокситов гиббситового или гиббсит-бемитового типа, которые перерабатываются по способу Байера. Качество боксита и способ его дальнейшей переработки определяется следующей характеристикой (кремневый модуль): M_Si = Al₂O₃/SiO₂

Если μ_Si ≥ 8, то данный боксит перерабатывается по способу Байера. Если μ_Si < 8, то по способу спекания. В нашей стране запасы высококачественных бокситов ограничены, они находятся на Урале и относятся к наиболее трудно вскрываемым бокситам диаспорового и диаспор-бемитового типа. Эти бокситы добываются на Североуральском бокситовом руднике (СУБР) с глубины около 1000 метрови добывались на Южно-Уральском бокситовом руднике (ЮУБР) с глубины от 500 метров. Руды этих месторождений представлены следующими минералами: диаспор, бемит, каолинит, шамозит, гематит, кальцит, сидерит, пирит, мельниковит, рутил, анатаз, хлориты. Боксит – масса непластичная, может быть плотной с землистым изломом, может быть пористой с ячеистым изломом, удельный вес колеблется от 1,2 до 3,5 г/см³, твердость – от 2 до 7, цвет – от белого до кирпичного. В бокситах содержится в различных сочетаниях до 100 элементов таблицы Менделеева. Количество минералов также приближается к 100. С технологической точки зрения все минералы боксита можно разделить на три группы:

• Алюминий содержащие минералы – гиббсит, бемит, диаспор.

• Минералы, затрудняющие или нарушающие технологию получения глинозема. Это кремнеземсодержащие минералы, разнообразные силикаты и алюмосиликаты, карбонаты, сульфиды, органические вещества.

• Балластные соединения, которые в процессе технологической обработки не претерпевают изменения и удаляются из технологического цикла в виде шлама. К ним относятся различные оксиды железа и титансодержащие соединения. Следует заметить, что это деление условно, так как оно не учитывает всех качеств минералов, а также то обстоятельство, что в различных производственных условиях поведение минералов может быть прямо противоположным. Так, например, минерал кальцит, являющийся вредной примесью в процессе Байера, превращается в полезный компонент в способе спекания.

Глинозем – это технический оксид алюминия Al₂O₃ – белый кристаллический порошок, состоящий из модификаций α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃. Нерастворим в воде; содержит небольшое количество примесей: SiO₂, Fe₂O₃, TiO₂, V₂O₅, Сr₂O₃, MnO, ZnO, P₂O₅, Na₂O, K₂O, H₂O – в сумме не более 0,95-1,88 %. Состоит из двух разновидностей (модификаций) окисла: (альфа-глинозем) и (гамма-глинозем). Альфа-окись алюминия - наиболее устойчивая форма, встречается в природе в виде минерала корунда. Он имеет прочную структуру, большую твердость и химическую стойкость: температура плавления корунда (20546)С. Гамма-глинозем получается при обезвоживании гидроокиси алюминия, хорошо взаимодействует с растворами щелочей и кислот, обладает высокой гигроскопичностью. Даже нагретый до 1000С гамма глинозем удерживает около 1% воды, и лишь продолжительная выдержка при 1200С полностью его обезвоживает. Гамма-глинозем при этом превращается в корунд.

Спеченный глинозем - это современный материал высокого качества, нашедший применение в изготовлении особо термостойких изделий. Наряду с ним в промышленности применяются глинозем табулярный и реактивный, которые отличаются технологией изготовления и рядом характеристик. Глинозем спеченный, он же кальцинированный - это оксид алюминия, повергшийся дополнительной температурной обработке - кальцинаций. При кальцинации глинозем нагревают до высоких температур, но, не позволяя кристаллам оксида алюминия отправиться. За счет подобной дополнительной температурной обработки глинозем получает ряд ценных и полезных свойств. От плавленого глинозема этот вид материала отличается тем, что имеет в своей структуре микропоры, и поэтому намного лучше формируется и связывается. Спеченный вид искусственного глинозема обладает следующими отличительными свойствами:

• Электроизоляция

• Повышенная огнеупорность

• Улучшенная механическая прочность

• Повышенная стойкость к износу и истиранию

• Способность придания точных размеров и форм готовым изделиям.

Кальцинированный глинозем используется при производстве следующих изделий:

• Свечи зажигания

• Фарфоровые изделия

• Керамические фильтры

• Износостойкая керамика

• Высоковольтные изоляторы

• Санитарно-технические изделия

• Керамические изделия для электроники

• Изделия технической и инженерной керамики

• Керамическая плитка и т.д.

Кальцинированный глинозем может выпускаться в различных фракциях, в зависимости от степени измельчения и размеров кристаллов. Различные сорта этого материала выполняют различные функции в составе огнеупорных материалов и придают им дополнительные свойства. Наиболее важные из них:

• Увеличение ресурса и общего срока службы изделий за счет увеличения содержания оксида алюминия

• Высокая плотность частиц за счет их небольшого размера и как результат повышение механической прочности и устойчивости к истиранию и износу

• Высокая огнеупорность и стойкость к термическим ударам за счет взаимодействия материала со связующими элементами как глиноземистый цемент или глина.

• Может изготавливаться и применяться как в свободном, неформованном виде, так и в виде связанных, монолитных изделий.

Кальцинированный глинозем нашел применение в следующих отраслях: производство корунда, огнеупорная, стекольная, химическая промышленность, производство бытовой, электротехнической, технической и износостойкой керамики.