Глинозем где добывают

Алюминий — это лёгкий, устойчивый к коррозии и самый распространённый в природе металл. Он широко используется в машиностроении.

Технологический процесс производства алюминия состоит из (3) стадий: добыча алюминиевого сырья → производство глинозёма → выплавка алюминия.

Рис. (1). Схема производства алюминия

Глинозём производится из бокситов и нефелинов с добавлением известняка. Глинозёмные заводы располагаются в местах добычи алюминиевых руд.

Получение металла из глинозёма требует большого количества электроэнергии. В связи с этим предприятия по выплавке алюминия располагаются около ГЭС.

Глинозём | Как это сделано в Казахстане?

Рис. (2). Выплавка алюминия (млн т) в (2019) г.

Россия обеспечена глинозёмом чуть более чем на (30) % , поэтому импортирует сырьё из стран ближнего и дальнего зарубежья.

Глинозём в России производится в Восточной Сибири и на Урале. (2/3) глинозёма производится из бокситов на севере Свердловской области, в Республике Коми, в Архангельской области, а из нефелинов — в Кемеровской области (Ачинский глинозёмный завод).

Лидерами по производству алюминия являются заводы, расположенные в Братске, Красногорске и Саяногорске. Также алюминий выплавляют в городах Новокузнецк, Шелихов, Краснотурьинск, Каменск-Уральский, Волгоград, Кандалакша, Надвоицы, Волхов.

Источник: www.yaklass.ru

Глинозем: не только сырье для алюминия

Глиноземом называют оксид алюминия — Al2O3. Это чрезвычайно распространенное на Земле твердое вещество, уступающее по величине запасов только оксиду кремния — кремнезему. Глинозем широко используется не только для производства алюминия, но и для других целей. Чем важен глинозем для промышленности и как инвестировать в его добычу — в статье.

1 марта 2023 8 минут

В первую очередь глинозем известен как сырье для производства алюминия. Данное вещество можно получить из нескольких видов руд — бокситов, нефелинов, каолинов (белой глины), алунитов.

• Сырье для глинозема
• Производство глинозема
• От металлургии до зубных протезов
• Где применяют глинозем
• Мировой рынок глинозема
• Дефицит глинозема в России
• Как инвестировать в добычу глинозема
• Кратко

Сырье для глинозема

Цвет бокситов зависит от примесей — оксидов железа, кремния, серы, титана, хрома и других элементов. Руда может быть серого и даже почти черного цвета, но чаще всего бокситы обладают красноватым оттенком, свидетельствующим о наличии в них оксида железа.

Около 90% бокситовых руд сосредоточено в тропическом и субтропическом поясах Земли. Месторождения в пяти странах — Гвинее, Австралии, Вьетнаме, Бразилии и Китае — содержат 70% всех мировых запасов. Есть также месторождения бокситов и в Западном Казахстане и Сибири, на Урале и Кольском полуострове.

Производство глинозема

Бокситы представляют собой смесь гидратов оксида алюминия, оксидов железа и кремния и других элементов. Первым шагом к получению алюминия служит выделение оксида алюминия — глинозема.

Для его производства используют щелочные, электрохимические и кислотные способы. В промышленности основным способом получения глинозема является щелочной метод Байера. Его изобрел австрийский химик Карл Иосиф Байер в 1895–1898 годах, который изучал в России способы получения чистого глинозема для использования в текстильной промышленности. Однако метод больше всего пригодился в алюминиевой отрасли.

Вкратце метод Байера заключается в следующем: бокситовую руду дробят в шаровых мельницах, а затем соединяют с щелочным раствором и известью. Алюминаты растворяются, а присутствовавшие в руде примеси оксидов других металлов, называемые красным шламом, остаются твердыми и отделяются путем промывки. На завершающих этапах производят разложение водного раствора с осаждением гидроокиси алюминия, которую затем прокаливают для получения чистого оксида алюминия — глинозема.

Метод Байера — не единственный механизм получения глинозема в промышленности. В частности, его нельзя применять при высоком содержании в руде кремния и серы. Если соотношение между оксидом алюминия и оксидом кремния в боксите меньше 8, используют метод спекания руды с известью и содой. В результате спекания в печах получают твердый алюминат, который затем выщелачивают содовым раствором. После этого раствор алюмината натрия разлагают углекислотой и получают глинозем.

От металлургии до зубных протезов

Глинозем, полученный из бокситов, представляет собой бесцветный кристаллический порошок, химически стойкое соединение, температура плавления которого составляет 2050 градусов.

Из одной тонны глинозема получают около 500 кг алюминия. Кроме этого, расходуется 25 кг фтористых солей и 280 кг угольных электродов.

Электролиз алюминия требует гигантского количества электроэнергии — для производства тонны металла расходуют до 18 мегаватт-час энергии. Вот почему алюминиевые производства размещают вблизи генерирующих мощностей. В России в качестве последних обычно выступают гидроэлектростанции. Глинозем используют не только для выплавки металла.

Данное вещество применяют в качестве катализатора и адсорбента в химической и нефтехимической промышленности. В электротехнике глинозем служит в качестве полупроводника. Также его используют в производстве керамики, композитных и изоляционных материалов, для изготовления абразивов.

Где применяют глинозем

Широкое применение глинозем высокой чистоты (99,99%) получил в электронной промышленности. Благодаря твердости, огнеупорности, износостойкости и хорошим изоляционным свойствам он находит применение в горелках газоразрядных ламп, в качестве подложек интегральных схем, светодиодов и солнечных элементов.

Потребность в глиноземе высокой чистоты растет благодаря замене ламп накаливания светодиодными источниками света. Последние отличаются низким энергопотреблением и длительным сроком использования. Благодаря перманентному падению стоимости светодиодных ламп спрос на них продолжает расти.

Глинозем также может представлять собой очень твердый минерал — корунд. Данный материал находит применение в лазерах и в качестве опорных камней точных механизмов.

Примеси придают окраску кристаллам, делая их драгоценными камнями. Рубин — камень красного цвета — это кристалл корунда с оксидом хрома, а сапфир — кристалл обычно синих оттенков — представляет собой корунд с примесями оксидов железа и титана.

На сегодняшний день ювелирные кристаллы выращиваются искусственно. Хотя ни по виду, ни по физическим характеристикам они не уступают природным, последние все же стоят существенно выше. Искусственный сапфир находит применение в производстве пуленепробиваемых стекол, иллюминаторов самолетов, экранов смартфонов и другой цифровой техники.

Мировой рынок глинозема

На мировом рынке торгуют и бокситами, и глиноземом, и, конечно же, алюминием. Так, на мировой рынок бокситы высокого качества поставляют Гвинея, Ямайка, Индия, Суринам, Греция. Бокситы Бразилии, Австралии Венгрии и Черногории относят к сырью среднего качества.

Мировой рынок глинозема составляет около 140 млн тонн или в стоимостном выражении почти 70 млрд долларов США. На долю Китая приходится 58%. Второе и третье места среди потребителей глинозема делят в настоящее время две страны — Россия и Индия — по 7,8 млн тонн каждая.

Рейтинг производителей глинозема выглядит следующим образом: на первом месте — Китай (74 млн тонн), на втором — Австралия (22 млн тонн), третье место занимает Бразилия (11 млн тонн). Суммарный мировой экспорт глинозема составляет около 40 млн тонн, 44% этого количества составляет доля Австралии, пятая часть — Бразилии.

На рынке глинозема выделяют сегменты по чистоте и по целям использования. Например, объем рынка глинозема высокой чистоты составляет 1,7 млрд долларов. Этот сегмент растет опережающими темпами на 15–16% в год, в то время как рынок глинозема в целом довольствуется единицами процентов ежегодного роста.

Дефицит глинозема в России

По добыче бокситов Россия занимает шестое место в мире, а по разведанным запасам — седьмое. Основные залежи хорошей бокситовой руды находятся на Северном Урале, но их добыча ведется шахтным способом с глубины 100–500 и более метров. По этой причине стоимость извлечения руды получается высокой.

Свыше 40% глинозема в России производят из нефелина, залежи которого сосредоточены в основном на Кольском полуострове. Данный минерал требует для извлечения глинозема еще больших энергозатрат, чем при использовании бокситов. Около 4,7 млн тонн из требуемых российской алюминиевой промышленностью 7,8 млн тонн импортируются (60%).

Как инвестировать в добычу глинозема

На российском фондовом рынке представлена компания РУСАЛ. Она консолидировала предприятия отрасли и владеет девятью глиноземными заводами: четыре предприятия находятся в России, и по одному — в Ирландии, Австралии, Гвинее, на Ямайке и Украине. Благодаря этому РУСАЛ полностью обеспечивал собственным импортным сырьем свои алюминиевые заводы, расположенные в России.

Компания разрабатывает технологии извлечения глинозема из каолиновой глины, что позволит снизить себестоимость производства тонны глинозема примерно в два раза. Кроме этого, потенциально выгодным может быть получение глинозема из золошлаковых отходов угольных электростанций.

Кратко

1. Глинозем (оксид алюминия) в основном используется в качестве сырья для производства алюминия. Его получают из бокситов и других минералов с помощью энергозатратных химических методов.
2. Глинозем представляет собой бесцветный кристаллический порошок, который находит применение не только в металлургии, но и в химической, электронной и других отраслях промышленности.
3. Ювелирные камни рубин и сапфир — разновидности корунда — глинозема в кристаллической форме.
4. 58% потребления и 53% производства глинозема в мире приходится на Китай.
5. Россия располагает собственными источниками сырья для производства глинозема, но их недостаточно, поэтому доля импорта составляет 60%. После прекращения поставок глинозема из Украины и Австралии российская алюминиевая отрасль переключилась на импорт из Китая.

Глинозём

—>

• Среда обитания

Глинозем – безводный оксид алюминия Al2О3 – представляет собой порошок со средними размерами сферических гранул 50– 200 мкм. Глинозем широко применяется как основной компонент электрофарфора и ультрафарфора (на основе корунда) и в качестве самостоятельного материала для изготовления высоковольтных, высокочастотных изоляторов, конденсаторов, деталей вакуум-плотных узлов (корпусов предохранителей, колб натриевых ламп, корпусов полупроводниковых вентилей, обтекателей антенн, плат для интегральных схем и др.).

Производство глинозема

Сырьем для получения глинозема служат следующие минералы и руды: алуниты, каолины, нефелины и бокситы. Получение глинозема из руд осуществляется тремя основными способами: электролитическим, кислотным и щелочным.

Самый распространенный способ производства глинозема – метод Байера, австрийского инженера, жившего и работавшего в царской России. В России помимо получения глинозема из бокситов способом Байера, также применяется технология спекания. Суть производства глинозема щелочным способом по методу Байера заключается в быстром разложении алюминиевых растворов при введении в них гидроокиси алюминия.

После чего, оставшийся раствор подвергается выпариванию при интенсивном перемешивании и может снова растворять оксид алюминия, содержащийся в бокситах.

Производство глинозема по данному методу состоит из следующих операций:

1. Подготовка бокситовой руды в специальных мельницах: дробление, измельчение, добавление едкой щелочи и извести
2. Обработка бокситов щелочью
3. Отделение от красного шлама алюминатного раствора путем промывки
4. Разложение водного раствора алюмината
5. Выделение гидроокиси алюминия
6. Кальцинация (обезвоживание) гидроокиси кремния

Применение этого способа производства глинозема позволяет получить прочное химическое соединение окиси алюминия, плавление которого осуществляется лишь при достижении температуры в 2050 градусов. Технология производства глинозема путем спекания заключается в следующем: руду спекают в печах до получения твердого алюмината, который затем выщелачивают раствором соды или водой.

Полученный раствор алюмината натрия разлагают углекислотой, в результате чего получают гидроокись алюминия.

Сухая щелочная технология получения глинозема (спекание) позволяет выделять глинозем из низкосортных бокситов, нефелинов и алунитовых руд. Сырье спекается в печах для получения твердой формы алюмината, который выщелачивается, сгущается, промывается и подвергается отделению шлама. Полученный раствор разлагают углекислотой и получают оксид алюминия и дополнительные продукты.

Физико-химические свойства глинозема

Животные Крыма
36 фактов про слонов
Животные Бразилии

Плотность характеризует степень прокалки глинозема, а угол естественного откоса и насыпная масса – способность глинозема к образованию хорошего теплоизоляционного слоя на корке электролита.

Примеси щелочных металлов разлагают криолит-глиноземный расплав:

Паук-птицеед
34 фактов про львов
37 фактов про гепардов
Компсогнат

3K2O+2AlF3=6KF+Al2O3, AlF3 является наиболее дорогой составляющей криолита. При разложении AlF3 меняется также криолитовое отношение в ванне, что приводит в дальнейшем к изменению теплоемкости электролита и температуры его плавления; возникает необходимость постоянной корректировки состава электролита и увеличивается расход фторсолей на производство 1 т алюминия.

Вредной примесью является присутствие влаги (п.п.п.) в глиноземе; вода в расплаве диссоциирует, и Н2 выделяется на катоде вместо Al. Кроме того, Н2О взаимодействует с электролитом: 2 (nNaF*AlF3) + 3H2O = Al2O3 + 6HF + 2nNaF, получается фтористый водород (HF) – очень летучий и вредный (яд) для здоровья и окружающей среды газ.

Значение п.п.п. 0,8–1,0 % соответствует 25–30 % содержания αAl2O3 (для ТВП), что отвечает расходу фтористых солей 100 кг на 1 т А1. Значение п. п.п. около 0,4 % соответствует 60–80 % содержания α-Al2O3, что отвечает расходу фтористых солей 30–40 кг на 1 т А1. Первые цифры отвечают практике отечественных алюминиевых заводов.

Оксиды металлов с меньшим напряжением разложения, чем у Al2O3, – FeO, Fe2O3 SiO2, TiO2, V2O5 и др., которые поступают в электролит с глиноземом, во время электролиза разлагаются электрохимически с выделением на катоде металла, загрязняющего алюминий. Возможно также протекание реакций между этими оксидами и металлическим или растворенным алюминием с образованием Al2O3 – снижается выход по току. Примеси титана, ванадия, хрома и марганца значительно снижают электрическую проводимость алюминия, и поэтому они особенно нежелательны для металла, применяющегося в электротехнической промышленности.

Примесь Р2O5 присутствует в малых количествах в глиноземе, является одной из вреднейших. Фосфор понижает коррозионную стойкость алюминия и повышает его красноломкость даже при малых концентрациях. Кроме того, наличие в электролите Р2O5 улучшает смачивание расплавом угольных частиц, что приводит к плохому отделению пены, повышению электросопротивления электролита и нарушению технологии.

Содержание примесей в глиноземе почти целиком определяется чистотой исходного гидроксида, но при использовании барабанных печей отмечается ухудшение качества Аl2O3 (повышение содержания SiO2 и Fе2O3) из-за истирания и/или разрушения футеровки в области высоких температур.

При электролитическом производстве А1 важное значение имеет гранулометрический состав – дисперсность получаемого оксида алюминия.

Одна весьма сомнительная легенда рассказывает, что однажды к римскому императору Тиберию (42 г. до н. э. – 37 г. н. э.) пришел человек с металлической, небьющейся чашей. Материал чаши якобы был получен из глинозема (Al2O3) и, следовательно, должен был представлять собой алюминий. Опасаясь, что такой металл из глины может обесценить золото и серебро, Тиберий на всякий случай приказал отрубить человеку голову. Разумеется, этому рассказу трудно поверить: самородный алюминий в природе не встречается, а во времена Римской империи не могло быть технических средств, которые позволили бы извлечь алюминий из его соединений.

Дисперсность так же, как и химический состав, в первую очередь определяется дисперсностью исходного гидроксида. В меньшей степени она зависит от условий обжига при кальцинации. Во всем интервале температур обезвоживание гидроксида и кристаллизация сначала γ-Аl2O3, а затем частично α-Аl2O3 идут с сохранением размеров и формы исходного гидроксида.

При повышении температуры выше 1050 °С для печей КС (кипящего слоя) и 1200 °С – для барабанных, а также с увеличением скорости нагрева происходит разрушение псевдоморфоз и появление большего числа мелких частиц. Наблюдается также некоторое измельчение гидроксида алюминия при его дегидратации, в основном в интервале температур 200–400 °С. Это измельчение тем сильнее, чем выше скорость нагрева гидроксида.

Фазовый состав глинозема (соотношение γ-Аl2O3 и α-Аl2O3) зависит в первую очередь от температуры и продолжительности обжига. Увеличение времени обжига в зоне высоких температур, так же как и увеличение максимальной температуры кальцинации, ведет к увеличению содержания αАl2O3.

В ГОСТе нет требований по содержанию α-Аl2O3 (см. табл. 10.1), в то же время обязательно указывается величина п.п.п. Как показали исследования, значение п. п.п. ≤ 1 % соответствует содержанию α-Аl2O3 ≥ 25 % для барабанных печей и 5–10 % для печей кипящего слоя (КС).

Фазовый состав глинозема определяет скорость его растворения в электролите. Модификация γ-Аl2O3 лучше растворяется в криолит-глиноземном расплаве, чем α-Аl2O3. При криолитовом отношении (К.О.) = 3,0 скорость растворения γАl2O3 выше, чем у α-Аl2O3, в 1,2 раза, а при К.О. = 2,4 эта скорость выше уже в 2 раза.
В России на большинстве отечественных глиноземных заводов глинозем по химическому составу отвечает современным требованиям. По физическим характеристикам его можно отнести к глинозему мучнистого типа. Американские заводы получают и применяют песочный глинозем. Европейские и японские заводы применяют мучнистый, частично песочный и недообожженный глинозем.

Теплота образования глинозема

Безводная окись алюми­ния – весьма прочное соединение. Теплота образования ее зна­чительно выше теплот образования основных примесей, входя­щих в состав алюминиевых руд. Это обстоятельство позволяет выделять окись алюминия из руд как таковую (в виде корун­да) или же в форме шлаков, восстанавливая углеродом приме­си до элементарного (металлического) состояния. Сама же окись алюминия в этих условиях восстанавливается до метал­ла лишь, в ничтожной степени.

Основные модификации оксида алюминия

В природе можно встретить только тригональную α-модификацию оксида алюминия в виде минерала корунда и его редких драгоценных разновидностей (рубин, сапфир и т. д.). Она является единственной термодинамически стабильной формой Al2O3. При термообработке гидроксидов алюминия около 400 °С получают кубическую γ-форму. При 1100–1200 °С с γ-модификацией происходит необратимое превращение в α-Al2O3, однако скорость этого процесса невелика, и для завершения фазового перехода необходимо либо наличие минерализаторов, либо повышение температуры обработки до 1400–1450 °С.

Известны также следующие кристаллические модификации оксида алюминия: кубическая η-фаза, моноклинная θ-фаза, гексагональная χ-фаза, орторомбическая κ-фаза. Спорным остаётся существование δ-фазы, которая может быть тетрагональной или орторомбической.

Вещество, иногда описываемое как β-Al2O3, на самом деле представляет собой не чистый оксид алюминия, а ряд алюминатов щелочных и щёлочноземельных металлов со следующими общими формулами: MeO•6Al2O3 и Me2O•11Al2O3, где МеО – это оксиды кальция, бария, стронция и т. д., а Ме2О – оксиды натрия, калия, лития и других щелочных металлов. При 1600–1700 °С β-модификация разлагается на α-Al2O3 и оксид соответствующего металла, который выделяется в виде пара.

Применение

Глинозем неметаллургический ГОСТ 30559-98 представляет собой кристаллический порошок оксида алюминия различных модификаций, применяемый для производства:

• электроизоляционных, электро- и радиокерамических изделий, специальных видов керамики, электрофарфора,
• огнеупорных, шлифовальных и абразивных материалов;
• высокоглиноземистых цементов в качестве катализаторов и др.

Оксид алюминия (Al2O3), как минерал, называется корунд. Крупные прозрачные кристаллы корунда используются как драгоценные камни. Из-за примесей корунд бывает окрашен в разные цвета: красный корунд (содержащий примеси хрома) называется рубином, синий, традиционно – сапфиром.

Согласно принятым в ювелирном деле правилам, сапфиром называют кристаллический α-оксид алюминия любой окраски, кроме красной. В настоящее время кристаллы ювелирного корунда выращивают искусственно, но природные камни всё равно ценятся выше, хотя по виду не отличаются. Также корунд применяется как огнеупорный материал. Остальные кристаллические формы используются, как правило, в качестве катализаторов, адсорбентов, инертных наполнителей в физических исследованиях и химической промышленности.

Керамика на основе оксида алюминия обладает высокой твёрдостью, огнеупорностью и антифрикционными свойствами, а также является хорошим изолятором. Она используется в горелках газоразрядных ламп, подложек интегральных схем, в запорных элементах керамических трубопроводных кранов, в зубных протезах и т. д.

Видео

Источник: animals-mf.ru