3.2 Сырье для получения алюминия
Алюминий по распространенности в природе уступает только кислороду и кремнию. Кларк алюминия равен 8,05, что в пересчете на А1203составляет около 15%. Из-за высокой химической активности он встречается в природе только в виде химических, соединений.
Известно около 250 минералов, содержащих алюминий. Наиболее распространены в природе соединения алюминия с кислородом.
Ниже приведен состав алюминиевых минералов, имеющих промышленное значение или перспективных в будущем (табл. 3).
Важнейшими алюминиевыми рудами в настоящее время являются бокситы, а также нефелины и алуниты. В перспективе возможно использование бесщелочных алюмосиликатов (кианитов, каолинов) и некоторых промышленных отходов: высокоглиноземистых зол, шлаков, хвостов обогащения углей.
Таблица 3 – Алюминиевые минералы, имеющие промышленное значение
|
минерал |
химическая формула |
содержание алюминия (в пересчете на А1203), % |
|
корунд |
А1203 |
100,0 |
|
диаспор |
А1203·Н2О |
85,0 |
|
гидраргиллит |
А1203 ·3Н2О |
71,0 |
|
кианит |
А1203 ·SiO2 |
63,0 |
|
каолинит |
А1203 ·2SiO2 ·2Н2О |
39,5 |
|
алунит |
K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3 |
37,0 |
|
нефелин |
(Na,K)2O·А1203·2SiO2 |
32,3-35,9 |
Из алюминиевых руд, как правило, сначала выделяют глинозем - технический оксид алюминия, из которого затем получают металлический алюминий. Для производства глинозема годятся далеко не все горные породы. Возможность использования алюминий содержащих горных пород в качестве рудного сырья для получения алюминия определяется технико-экономическими соображениями с учетом применимости известных способов переработки.
Бокситы являются рудой, наиболее широко используемой алюминиевой промышленностью. За рубежом практически весь алюминий получают из бокситовых руд. В нашей стране для производства алюминия используют также нефелины и алуниты.
Химический состав бокситов изменяется в очень широких пределах, как в разных месторождениях, так и в пределах одного месторождения. Содержание А1203в бокситах колеблется от 35 до 60 %. По внешнему виду бокситы похожи на глину. Они могут иметь различные цвета и оттенки - от белого до темно-красного.
Важнейшими характеристиками, определяющими качество бокситов, являются содержание оксида алюминия и кремневый модуль, который выражается отношением содержания А1203к содержаниюSiO2. Чем выше кремневый модуль, т. е. чем больше содержание А1203и меньшеSiO2, тем выше качество боксита.
3.3 Схема производства алюминия
В свободном состоянии алюминий был выделен химическим путем в 1825. В конце 80-х годов 19 века химические методы получения алюминия были вытеснены электролитическим способом.
В 1888 г. началось промышленное производство алюминия методом электролиза глинозема, растворенного в криолитовом расплаве. Этот метод применяется повсеместно до настоящего времени.
В настоящее время алюминий занимает второе место по производству после железа.
В Советском Союзе промышленное производство алюминия началось только в 30-х годах 20 века после создания первых в стране электростанций.
Рисунок 18 – Принципиальная технологическая схема получения алюминия
Современная алюминиевая промышленность строится на основе четкого разделения глиноземных заводов и заводов по производству металлического алюминия. Это связано с тем, что электролитическое получение алюминия относится к одному из наиболее энергоемких производств, и размещение таких заводов привязывается к источникам дешевой электроэнергии гидроэлектростанций. Поэтому большинство алюминиевых заводов располагается в Сибири.
Производство же глинозема базируется в местах добычи алюминиевой руды.
Технология получения алюминия включает четыре самостоятельных производства (рис. 18):
производство глинозема;
производство криолита и фтористых солей;
производство угольных изделий;
производство электролитического алюминия.
Часть электролитического алюминия при необходимости подвергается дополнительному рафинированию.
Это типовая технологическая схема, применяемая во всем мире. Несмотря на различия внутри производств, сущность самой схемы остается неизменной.
Каждое из производств, входящих в схему, требует самостоятельного рассмотрения. В данном пособии не будет рассмотрено производство угольных изделий.