3. Сырьё для производства алюминия

Основным сырьём в производстве алюминия является глинозём (AI₂O₃). Глинозём получают из различных руд, основными из которых является бокситы, нефелиты, алуниты, диаспоры, бемиты, гидраргилиты.

3.1 Природное сырье для производства алюминия

Руды алюминия. Вследствие высокой химической активности алюминий встречается в природе только в связанном виде: корунд Al2O3, гиббсит Al2O3 * 3Н2O, бемит Al2О3 * Н2O, кианит 3Al2O3 * 2SiO2, нефелин (Na, K)2O * Al2O3 * 2SiO2, каолинит Al2О3 * 2SiO2 * 2H2O и другие. Основными используемыми в настоящее время алюминиевыми рудами являются бокситы, а также нефелины и алуниты. Бокситы используемые для производства алюминия Алюминий в бокситах находится главным образом в виде гидроксидов алюминия (гиббсита, бемита и др.), корунда и каолинита.

Химический состав бокситов довольно сложен. Они часто содержат более 40 химических элементов. Содержание глинозема в них составляет 35--60%, кремнезема 2-20%, оксида Fe2O3 2-40%, окиси титана 0,01-10%. Важной характеристикой бокситов является отношение содержаний в них Al2O3 К SiO2 по массе -- так называемый кремневый модуль. Кремневый модуль бокситов, поступающих для получения глинозема, должен быть не ниже 2,6. Для бокситов среднего качества этот модуль составляет 5--7 при 46-48 %тном содержании Al2O3, а модуль высококачественных -- около 10 при 50 %-ном содержании Al2O3. Бокситы с более высоким содержанием Al2O3 (52%) и модулем (10-12) идут для производства электрокорунда. К числу крупных месторождений бокситов служащих сырьем для производства алюминия в нашей стране относится Тихвинское (Ленинградская область), Северо-уральское (Свердловская область), Южноуральское (Челябинская область), Тургайское и Краснооктябрьское (Кустанайская область). Нефелины служащие сырьем для производства алюминия входят в состав нефелиновых сиенитов и уртитов. Большое месторождение уртитов находится на Кольском полуострове.

Основные компоненты уртита -- нефелин и апатит 3Са3(РO4)2 * CaF2. Их подвергают флотационному обогащению с выделением нефелинового и апатитового концентратов. Апатитовый концентрат идет для приготовления фосфорных удобрений, а нефелиновый - для получения глинозема. Нефелиновый концентрат содержит, %: 20-30 Al2O3, 42-44 SiO2, 13-14 Na2O, 6-7 K2O, 3-4 Fe2O3 и 2-3 CaO. Алуниты представляют собой основной сульфат алюминия и калия (или натрия) K2SO4 * Al2(SO4)3 * 4Аl(ОН)3. Содержание Al2O3 в них невысокое (20-22%), но в, них находятся другие ценные составляющие: серный ангидрид SO3 (~20%) и щелочь Na2O * К2O (4-5 %). Таким образом, они, так же как и нефелины, представляют собой комплексное сырье. Другие сырые материалы служащие сырьем для производства алюминия. При производстве глинозема применяют щелочь NaOH, иногда известняк СаСО3, при электролизе глинозема криолит Na3AlF6 (3NaF * AlF3) и немного фтористого алюминия AlF3, а также CaF2 и MgF2.

Поступающий на электролиз глинозём должен по химическому составу удовлетворять требованиям, приведенный в таблице 2. Кроме того, он должен иметь минимальную влажность и быть негигроскопичным и находиться в виде мелких сростков кристаллов, быстро растворяющихся в электролите и не пылящих при загрузке.

Таблица 2 - Требования к глинозёму

Основой электролита являются криолит (Na₃ALF₆) и AL₂O₃. Кроме того, в электролит попадают или искусственно вносятся фториды кальция CaF_2, фторидов алюминия AlF₃, магния MgF₂, лития LiF и хлорид натрия NaCl, магния MgF₂.

Криолитовое отношение - это отношение числа молекул фтористого натрия к числу молекул фтористого алюминия:

К.О.= =3.

К.О=3 - электролит нейтральный.

К.О<3 - электролит кислый.

К.О>3 - электролит щелочной.

Криолит по внешнему виду он представляет собой порошок от бледно-розового до серовато - белого цвета с плотностью 1,1 - 1,2 г/см³. В природе встречается редко, поэтому алюминиевая промышленность работает на искусственном криолите (таблица 3).

Таблица 3 - Требования к искусственному техническому криолиту (ГОСТ 10561 - 80)