Алюміній по поширеності в природі поступається тільки кисню і кремнію. Кларк алюмінію дорівнює 8,05, що в перерахунку на AliO3 становить 15%. Отже, природні ресурси алюмінію теоретично невичерпні. Через високу хімічної активності він зустрічається в природі тільки у вигляді хімічних сполук. відомо
250 мінералів, що містять алюміній. Найбільш поширені в природі сполуки алюмінію з киснем.
Найважливішими алюмінієвими рудами в даний час є боксити, що містять алюміній в формі гідратованого оксиду алюмінію Al2O3 • H2O, а також нефеліни і алуніти. У перспективі можливе використання бесщелочного алюмосиликатов (кіаніту, глин, каолінів) і деяких промислових відходів - високоглиноземистих зол, шлаків і хвостів від збагачення вугілля.
З алюмінієвих руд, як правило, спочатку виділяють глинозем - технічний оксид алюмінію, з якого потім отримують металевий алюміній. Для виробництва глинозему годяться далеко не всі гірські породи. Можливість використання алюминийсодержащих гірських порід в якості рудної сировини для отримання алюмінію визначається техніко-економічними міркуваннями з урахуванням застосовності відомих способів переробки.
Боксити є рудою, найбільш широко використовуваної в алюмінієвій промисловості. За кордоном практично весь алюміній отримують з бокситових руд. У нашій країні для виробництва алюмінію використовують також нефеліни і алуніти.
Бокситом називається гірська порода, що складається головним чином з гідратованих оксидів алюмінію, заліза, кремнію, титану та деяких інших елементів. Алюміній в боксити може бути присутнім у формі мінералів діаспора або беміт (Al2O3 • H2O) або гідраргілліта (Al2O3 • ЗН20).
В боксити можуть також бути присутнім карбонати кальцію і магнію, сполуки сірки, фосфору, хрому, а також в невеликих кількостях сполуки рідкісних елементів: ванадію, галію, цирконію, ніобію та ін. Всього в складі бокситових руд виявлено 42 елемента.
За зовнішнім виглядом боксити схожі на глину. Вони можуть мати різні кольори і відтінки - від білого до темно-червоного. Щільність бокситів в залежності від їх пористості коливається від 1200 до 3500 кг / м2.
За мінералогічному складу розрізняють наступні типи бокситів: маловодні (корундові), одноводного (діаспоровие і бемітовие), трехводние (гідраргіллітовие) і змішані. Зазвичай в боксити присутні одночасно два мінерали, що містять оксид алюмінію.
Електролітичне отримання алюмінію
Вихідним продуктом для виробництва алюмінію електролітичним шляхом є чистий глинозем, отриманий з бокситів, що містять А1203 «65%.
Найбільш поширеним способом отримання глинозему є спікання бокситу при високих температурах з содою і вапняком.
Одержуваний при цьому продукт, що містить алюмінат натрію, після вилуговування водою у вигляді алюмінатного розчину розкладають вуглекислотою з виділенням алюмінію. Прожарюючи останній, отримують глинозем, придатний для електролізу.
Процес отримання алюмінію в електролізної ванні зводиться до наступного. Постійний електричний струм, проходячи через електроліт - розплавлений кріоліт (3NaF-AlF3 або Na3AlFe) і розчинений у ньому глинозем А1203, поддержізает їх в розплавленому стані і одночасно електролітично розкладає глинозем. Утворений при цьому алюміній збирається на подине ванни, що служить катодом. Таким чином, у ванні є два рідких шару-шар алюмінію і шар електроліту, в який частково опущений анод.
В процесі роботи на бічних стінках ванни за рахунок електроліту утворюється гарнісажу. На відкритій поверхні ванни електроліт утворює тверду кірку, на яку з бункерів подається глинозем. У міру необхідності кірку розбивають і глинозем надходить в електроліт. «Від згоряння» (витрата) анода відбувається за рахунок виділення на ньому кисню, окисляє вуглець до СО і С02.
Алюміній витягують з ванни за допомогою сифона або вакуум-ковша через отвір, пробиває в кірці електроліту.
Кожух ванни прямокутної форми з листового металу кріплять до фундаменту анкерними болтами. Дно ванни і її бічні стіни футеруют шамотною цеглою. На шамотну футеровку дна наносять шар вуглецевої маси, на яку встановлюють пресовані попередньо обпалені вугільні подові блоки.
Електричний струм подається до вуглецевої подовим блокам (катодам) за допомогою сталевих стрижнів. Для забезпечення надійного контакту зазори між блоками і сталевими стрижнями заливають чавуном. Шви між блоками заповнюють нагрітої до 70-80 ° С вуглецевої масою. Бічні стіни ванни впритул до шамотної кладці футеруются вуглецевими плитами. Глибина ванни від поду до верху футерування стін становить 0,4-0,5 м.
Безперервний самообжігающіміся анод є прямокутним кожух з алюмінієвих листів, куди періодично завантажують гарячу анодний масу, що складається з прожареного при температурі 1300 ° С без доступу повітря нафтового або пекового коксика (сухий залишок після перегонки нафти або кам'яновугільної смоли) і пеку (продукт перегонки кам'яновугільної смоли з температурою розм'якшення 45-60 ° с).
Завантажується анодна маса в своїй верхній частині знаходиться в тістоподібному стані і в міру опускання вниз за рахунок тепла, що виділяється ванній, перетворюється на суцільний твердий моноліт.
Для запобігання від розпору завантажується анодної масою алюмінієвий кожух укладений в металевий каркас, по якому анод рухається вниз, як по напрямних. Електричний струм до анода підводиться за допомогою алюмінієвих шин через гнучкі шини і сталеві штирі, що забиваються в тіло анода.
Штирі забивають в чотири ряди по 16-25 шт. в кожному ряду. У міру опускання анода їх переставляють від низу до верху. Для підйому і опускання анода є спеціальний пристрій, що складається з механізму підйому, встановленого на нерухомій рамі, тросів, до яких прикріплений каркас анода, і ушков, закріплених на каркасі і службовців для захоплення забитих в тіло анода штирів. На рамі, що спирається на колони печі, змонтовані бункера, з яких глинозем надходить в піч, і металеві для штор дверцята, що закривають ванну з усіх боків.
Для очищення Алюмінію від неметалевих домішок і газів, а також від натрію, магнію і кальцію його продувають хлором при температурі в 700 ° С в електричних печах і відстоюють.
Чистота Алюмінію після такої очистки становить від 99,5 до 99,85%.
Алюмінії більш високого ступеня чистоти отримують електролітичним способом, зонної плавкою і дистиляцією.