Из какой руды выплавляют алюминий

Понятие, структура и факторы размещения алюминиевой промышленности

Одной из отраслей цветной металлургии является алюминиевая промышленность. Она включает в себя целый комплекс предприятий по изготовлению алюминия. Алюминиевые изделия занимают первое место по производству и потреблению во всем мире. Основными потребителями данной продукции являются машиностроение, транспорт, строительство, химическая, пищевая и металлообрабатывающая промышленность.

Определение 1

Алюминиевая промышленность – это подотрасль цветной металлургии, которая занимается добычей алюминиевого сырья и производством глинозема (окиси алюминия), а также кристаллического кремния, металлического алюминия и других видов продукции.

Сдай на права пока
учишься в ВУЗе
Вся теория в удобном приложении. Выбери инструктора и начни заниматься!

Алюминиевым сырьем являются высококачественные кварциты для производства фтористых солей и концентраты плавикого шпата (флюорита). Также для производства глинозема с целью последующего получения из него алюминия применяются бокситы. При изготовлении алюминиевых изделий тратится значительное количество электроэнергии, поэтому алюминиевая промышленность считается одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Предприятия данной сферы размещаются в районе мощных источников дешевой электроэнергии.

Как добывают алюминий или что скрывает Русал

В структуру алюминиевой промышленности входят следующие производства:

1. добыча алюминиевых руд;
2. производство глинозема из руд или их концентратов;
3. изготовление электродов и анодной массы;
4. создание фтористых солей;
5. выплавка металлического алюминия;
6. получение полуфабрикатов из алюминия.

Замечание 1

На размещение предприятий алюминиевой промышленности влияют несколько факторов, но основными являются сырьевой и топливно-энергетический фактор.

«Алюминиевая промышленность»
Готовые курсовые работы и рефераты
Решение учебных вопросов в 2 клика
Помощь в написании учебной работы

Главным видом сырья, который используется для производства алюминия, являются бокситы. В них содержится до 60% глинозема. Основные месторождения качественных бокситов расположены в семи регионах:

• Центральная и Западная Африка;
• Бразилия;
• Карибы (Ямайка);
• Страны Океании и юга Азии;
• Средиземноморский регион;
• Китай;
• Россия (Урал).

Замечание 2

Производство металлического алюминия – это очень энергоемкий процесс. Поэтому при выборе места расположения производственных предприятий ключевым фактором является наличие источников электроэнергии. Обычно заводы строятся рядом с ГЭС. Именно поэтому можно отметить разделение на регионы, в которых происходит добыча сырья, и где происходит непосредственно создание готового продукта.

Мировая алюминиевая промышленность

Продукция из алюминия находится на первом месте по производству и потреблению в мире.

Одна из наиболее динамично развивающих отраслей в мире является именно производство алюминия. Еще в XIX веке был предложен и практически применен метод получения алюминия из глинозема. В этот период алюминий был очень дорогим металлом.

В настоящее время мировой спрос на алюминий постоянно растет. Он необходим транспортной и строительной индустрии. Также этот металл заменяет тяжеловесную сталь при производстве легковых и грузовых автомобилей, а также велосипедов.

Алюминий применяется для изготовления деталей фюзеляжа самолетов, корпусов автотранспорта и поездов, систем кондиционирования, морских судов, космических кораблей и т.д. он незаменим при производстве телекоммуникационных систем и линий электропередач, телевизионных и спутниковых «тарелок».

Широкое распространение алюминий получил и в химической и металлургической промышленности. Он используется для изготовления упаковочных материалов, банок, баллончиков и аэрозолей. Мировые корпорации по производству мобильных средств связи применяют алюминий при изготовлении своей продукции: Samsung, Sony, Lenovo, HTC, и iPhone.

Мировые лидеры — производители алюминия представляют собой вертикально-интегрированные холдинги. В их структуру входят не только месторождения бокситов, но и заводы по производству глинозема. Вертикальная интеграция способствует отсутствию зависимости деятельности от внешних факторов (колебания цен на мировом рынке, обеспечение сырьем и т.д.). Это позволяет не нарушать непрерывность производственного процесса. При этом головные офисы таких холдингов располагаются в крупных городах мира, а добыча и производство в развивающихся странах с дешевыми ресурсами (труд, полезные ископаемые, электроэнергия и пр.).

Мировая алюминиевая промышленность представлена двумя группами компаний:

• Upstream-производители (разведка и добыча) – российская компания РУСАЛ, американская компания Alcoa, австралийско-британский концерн RioTinto, норвежская Hydro в Западной Европе, китайские компании – Chalco, Hongqiao, Xinfa, EastHope;
• Downstream-производители (производство и сбыт) — американские Novelis и Aleris, британская Rexam, европейские Constellium и SAPA.

Мировую алюминиевую промышленность контролируют 6 ведущих предприятий. Это свыше 40% производства всего алюминия в мире.

Развитие российской алюминиевой промышленности

Сегодня алюминиевая промышленность в России является самым развитым сектором экономики. РФ занимает второе место в мире по производству алюминия. Ежегодно изготавливается свыше 3 млн. тонн алюминия, большая часть которого экспортируется.

Алюминий активно используется в строительной отрасли благодаря наличию уникальных свойств:

• высокая прочность при малой плотности;
• устойчивость к природным воздействиям;
• долговечность;
• большие сроки эксплуатации между необходимыми ремонтными работами.

Также алюминий требуют транспорт, электротехника, машиностроение, потребительские товары. Спрос на алюминиевый прокат для производства тары и упаковки, листовой прокат и профильную продукцию растет с каждым годом. В связи с этим происходит распределение произведенного алюминия на внутренний и международный рынок для удовлетворения потребностей всех потенциальных и реальных потребителей.

Но российская алюминиевая промышленность испытывает и ряд проблем в своей развитии:

1. незавершенность процесса объединения предприятий в вертикально-интегрированные корпорации;
2. нехватка собственного сырья (компании вынуждены импортировать глинозем);
3. низкий уровень применения вторичных ресурсов в производстве отечественных алюминиевых сплавов и изделий;
4. необходимость преобразования научно-исследовательской деятельности,
5. повышение уровня экологической безопасности

Для решения указанных проблем необходимо проанализировать сложившуюся экономическую ситуацию в отрасли, оценить состояние политики снабжения и сбыта, провести реструктуризацию бизнес-процессов.

Замечание 3

В целях повышения эффективности развития алюминиевой промышленность следует изучить положительный опыт зарубежных предприятий-производителей алюминия.

Источник: spravochnick.ru

Основные свойства алюминиевой руды для применения в промышленности

Алюминий — это металл, покрытый матово-серебристой оксидной плёнкой, свойства которого определяют его популярность: мягкость, лёгкость, пластичность, высокая прочность, устойчивость к коррозии, электропроводность и отсутствие токсичности. В современных высоких технологиях применению алюминия отведено ведущее место как конструкционному, многофункциональному материалу.

Наибольшую ценность для промышленности в качестве источника алюминия представляет природное сырьё — алюминиевая руда, составляющая горной породы в виде бокситов, алунитов и нефелина.

Разновидности глинозёмсодержащих руд

Известно более 200 минералов, в состав которых входит алюминий.

Сырьевым источником считают только такую горную породу, которая может соответствовать следующим требованиям:

Особенность природной горной породы боксита

Алюминиевая руда в природе существует только в виде бинарного соединения металла с кислородом. Добывают это соединение из природных горных руд в виде бокситов, состоящих из окислов нескольких химических элементов: алюминия, калия, натрия, магния, железа, титана, кремния, фосфора.

В зависимости от месторождения бокситы в своём составе имеют от 28 до 80% глинозёма. Это основное сырьё для получения уникального металла. Качество бокситов как сырья алюминия зависит от содержания в нём глинозёма. Этим определяются физические свойства бокситов:

• Минерал представляет скрыто кристаллическую структуру или пребывает в аморфном состоянии. Многие минералы имеют затвердевшие формы гидрогелей простого или комплексного состава.
• Цвет бокситов в различных точках добычи колеблется от почти белого до красных тёмных цветов. Есть месторождения с чёрной окраской минерала.
• Плотность алюминий содержащих минералов зависит от их химического состава и составляет около 3 500 кг/м 3 .
• Химический состав и структура бокситов определяет твёрдые свойства минерала. Самые прочные минералы отличаются твёрдостью в 6 единиц по шкале, принятой в минералогии.
• Как природное ископаемое боксит имеет ряд примесей, чаще всего это окислы железа, кальция, магния, марганца, примеси титановых и фосфорных соединений.

Бокситы, каолины, глины в своём составе содержат примеси других соединений, которые при переработке сырья выделяются в отдельные производства.

Только в России используют месторождения с залежами пород, в составе которых глинозём составляет более низкую концентрацию.

С недавних пор глинозём стали получать из нефелинов, которые помимо глинозёма содержат окиси таких металлов, как калий, натрий, кремний и, не менее ценный, квасцовый камень, алунит.

Способы переработки алюминий содержащих ископаемых

Технология получения чистого глинозёма из алюминиевой руды не изменилась со времён открытия этого металла. Совершенствуется его производственное оборудование, позволяющее получать чистый алюминий. Основные производственные стадии получения чистого металла:

• Добыча руды из разработанных месторождений.
• Первичная обработка от пустых пород с целью повышения концентрации глинозёма – процесс обогащения.
• Получение чистого глинозёма, электролитическое восстановление алюминия из его окислов.

Производственный процесс завершается получением металла с концентрацией 99,99%.

Добыча и обогащение глинозёма

Глинозём или алюминиевые окислы, в чистом виде в природе не существует. Его извлекают из алюминиевых руд, используя гидрохимические методы.

Залежи алюминиевой руды в месторождениях обычно взрывают, обеспечивая площадку для её добычи на глубине примерно 20 метров, откуда её выбирают и запускают в процесс дальнейшей обработки;

• Используя специальное оборудование (грохоты, классификаторы), руду дробят и сортируют, отбрасывая пустую породу (хвосты). На этом этапе обогащения глинозёма пользуются способами промывки и грохочения, как наиболее выгодными экономически.
• Осевшую на дне обогатительной установки очищенную руду смешивают с разогретой массой едкого натра в автоклаве.
• Смесь пропускают через систему сосудов из высокопрочной стали. Сосуды оснащены паровой рубашкой, поддерживающей необходимую температуру. Давление пара поддерживается на уровне 1,5-3,5 Мпа до полного перехода алюминиевых соединений, из обогащённой породы в алюминат натрия в перегретом растворе едкого натрия.
• После охлаждения жидкость проходит стадию фильтрации в результате которой происходит отделение твёрдого осадка и получение пересыщенного чистого раствора алюмината. При добавлении в полученный раствор остатков гидроокиси алюминия от предыдущего цикла, разложение ускоряется.
• Для окончательной осушки гидрата окиси алюминия применяют процедуру прокаливания.

Электролитическое производство чистого алюминия

Чистый алюминий получают, используя непрерывный процесс в результате которого прокалённый алюминий вступает в стадию электролитического восстановления.

Современные электролизёры представляют устройство, состоящее следующих частей:

• Из стального кожуха, футерованного угольными блоками и плитами. В процессе работы на поверхности корпуса ванны образуется плотная плёнка из застывшего электролита, предохраняющая футеровку от разрушения расплавом электролита.
• Слой расплавленного алюминия на дне ванны, толщиной 10–20 см, служит катодом в этой установке.
• Ток в алюминиевый расплав подводится через угольные блоки и встроенные стальные стержни.
• Аноды, подвешенные на железную раму с помощью стальных штырей, обеспечены тягами, соединёнными с подъёмным механизмом. По мере сгорания анод опускается вниз, а стержни применяют в качестве элемента для подвода тока.
• В цехах электролизёры устанавливают последовательно в несколько рядов (два или четыре ряда).

Дополнительная очистка алюминия рафинированием

Если алюминий, извлечённый из электролизёров, не соответствует конечным требованиям, его подвергают дополнительной очистке рафинированием.

В промышленности этот процесс проводят в особенном электролизёре, в котором содержится три жидких слоя:

• Нижний – рафинируемый алюминий с добавкой примерно 35% меди, служит анодом. Медь присутствует для утяжеления алюминиевого слоя, в анодном сплаве медь не растворяется, его плотность должна превышать 3000 кг/м 3 .
• Средний слой представляет смесь фторидов и хлоридов бария, кальция, алюминия с температурой плавления около 730 о С.
• Верхний слой – чистый рафинированный алюминиевый расплав, который растворяется в анодном слое и поднимается вверх. Он служит в этой схеме катодом. Подвод тока осуществляется графитовым электродом.

В процессе электролиза примеси остаются в анодном слое и электролите. Выход чистого алюминия составляет 95–98%. Разработке алюминий содержащих месторождений, отведено ведущее место в народном хозяйстве, благодаря свойствам алюминия, который в настоящее время занимает второе место после железа в современной промышленности.

Источник: kamni.guru

Особенности добычи алюминия

Алюминиевая руда занимает особое место в современной промышленности. Благодаря определенным физическим и химическим свойствам алюминий используют во многих отраслях деятельности человека. Автомобилестроение, машиностроение, строительство, изготовление множества потребительских товаров и бытовых приборов уже невозможно без применения такого вида цветного металла. Добыча алюминия — сложнейший, трудоемкий процесс.

Особенности алюминиевой руды

• бокситная,
• алунитовая,
• нефелиновая.

Бокситная чаще всего используется как сырье для добычи металла, ведь именно она содержит до 60% оксидов алюминия. Еще состав включает оксиды кремния и железа, кварц, магний, натрий и другие химические элементы и соединения. В зависимости от состава, бокситы имеют разную плотность. Цвет горной породы преимущественно красный или серый. Для производства 1 тонны алюминия необходимо 4,5 тонны боксита.

Алунитовая руда не сильно отстает от бокситной, так как содержит до 40% глинозема — основного поставщика алюминия. Отличается пористой структурой и имеет немало примесей. Добыча алюминия рентабельна только тогда, когда общее количество алунитов равноценно совокупности добавок.

Нефелины — это щелочная порода магматического происхождения. По содержанию оксидов алюминия они занимают третье место. Из первого сорта нефелиновой руды можно переработать от 25% и более глинозема. Из второго сорта — до 25%, но не менее 22%. Все минеральные соединения, включающие оксиды алюминия меньше этого значения, не имеют промышленной ценности.

К прочтению: От чего зависит цвет побежалости

Методы добычи алюминия

Алюминий — сравнительно молодой металл, впервые добыть который удалось чуть более века назад. На протяжении всего времени технология добычи алюминия все время совершенствовалась, с учетом всех химических и физических свойств.

Получение металла возможно только из глинозема, для образования которого руда измельчается до состояния порошка и прогревается паром. Так удается избавиться от большей части кремния и оставить оптимальное сырье для последующей выплавки.

Добыча алюминиевой руды ведется открытым способом, если глубина залегания небольшая. Бокситы и нефелины, ввиду их плотной структуры, обычно срезают с помощью карьерного комбайна фрезерным способом. Алуниты относятся к ряду рыхлых пород, потому для ее снятия оптимален карьерный экскаватор. Последний сразу же грузит породу на самосвалы для дальнейшей транспортировки.

После добычи первичного сырья следует несколько обязательных этапов обработки породы с целью получения глинозема:

1. Транспортировка в подготовительный цех, где дробильными аппаратами порода измельчается до фракции около 110 мм.
2. Подготовленное сырье вместе с дополнительными компонентами отправляется на дальнейшую обработку.
3. В печах осуществляется спекание породы. При необходимости алюминиевая руда выщелачивается. Так получается жидкий алюминатный раствор.
4. Следующая стадия — декомпозиция. В результате образуется алюминатная пульпа, которая отправляется на сепарацию и выпаривание жидкости.
5. Очистка от лишних щелочей и печная прокалка.

В итоге получают сухой глинозем, готовый для получения алюминия. Заключительным этапом выступает гидролизная обработка. Помимо описанного выше способа, алюминий добывают и шахтным способом. Так порода вырубается из пластов земли.

Места добычи алюминия в России

В мировом рейтинге по объему добычи алюминиевой руды Россия занимает седьмое место. По всей территории разведано порядка 50 месторождений, среди которых еще есть неразработанные залежи. Самые богатые запасы руды сосредоточены в Ленинградской области и на Урале, где работает одна из самых глубоких «алюминиевых» шахт. Глубина последней достигает 1550 метров.

К прочтению: Самостоятельное плавление меди

Порядка 80% от общей массы алюминиевой руды в России добывается закрытым способом на шахтах. Достаточно много месторождений находится в Белгородской, Архангельской, Свердловской областях, а также Республике Коми. Помимо бокситовых, добываются и нефелиновые руды. Рентабельность такого вида получения металла меньше, но все же результат отчасти компенсирует дефицит сырья страны.

Особое место в алюминиевой промышленности занимает производство металла из вторичного сырья. Такой способ существенно экономит энергетические и рудные ресурсы, и снижает уровень вреда, нанесенного окружающей среде. Здесь Россия несколько отстает от других стран, но показатели большинства отечественных предприятий ежегодно заметно улучшаются.

Мировая добыча алюминиевых руд

За последние сто лет уровень добычи алюминиевой руды возрос до невероятных значений. Если в 1913 году общемировой объем породы составлял приблизительно 550 тыс. тонн, то на сегодня этот показатель превышает 190 млн тонн. Около 30 стран сейчас занимаются добычей алюминиевой руды. Лидирующую позицию занимает Гвинея (Западная Африка), где сосредоточено множество месторождений с запасами, равными 28% от мировой доли.

По объемам непосредственно добычи руды на первое место следует поставить Китай. Так, страна «заходящего солнца» за год добывает более 80 млн тонн сырья. Пятерка лучших выглядит следующим образом:

К прочтению: Где принимают олово как цветной металл?

После следует Ямайка с показателем в 9,7 млн тонн и, наконец, Россия, общий объем добычи алюминиевой руды которой составляет 6–7 млн тонн. Лидеры в алюминиевой промышленности на протяжении многих лет все время менялись.

Впервые руда была добыта во Франции, в местечке Бокс, благодаря чему самый распространенный тип руды называется бокситом. Вскоре лучшими показателями могли похвастать Западная Европа и Северная Америка. Через полвека неоспоримым лидером стала Латинская Америка. Сейчас же вперед выбились Африка, Австралия, Китай и другие развитые страны.

Цветные металлы являются неотъемлемой частью современной промышленности. Без них не было бы возможным развитие множества отраслей. Алюминий, как легкий, прочный и функциональный металл, считается ключевым конструкционным материалом нынешнего времени.

Источник: xn—-ntbhhmr6g.xn--p1ai