Сировина і основні матеріали
У попередньому розділі показано, що при виробництві алюмінію електролітичним способом витрачаються тільки глинозем і вуглець анода. Середовище (електроліт), в якій йде процес електролізу, складається з кріоліту 3NaF * A1F3. фторидів алюмінію A1F3. натрію NaF, кальцію CaF2. магнію MgF2 і ін. сумарний витрата яких не перевищує 50-70 кг / т алюмінію. Витрата ж глинозему на виробництво 1 т алюмінію складає близько 2 т, і в зв'язку з цим він є основною сировиною.
У чистому вигляді глинозему в природі немає, його отримують з різних руд гідрохімічними способами. Представляє практичний інтерес коротко знайомитися зі станом світової бази для виробництва глинозему.
Алюміній широко представлений в земній корі різними з'єдн ?? еніямі, які діляться за кількістю видів приблизно мул дві рівні групи:
Боксит - складна гірська порода, що складається з оксидів і гідроксидів Al, Fe, Si і Ti, а в якості домішок присутні карбонати кальцію і магнію, гідросилікати (хлорити), сульфіди і сульфати (в основному жел ?? еза) і органічні з'єдн ?? ення. У природі мономін ?? еральние боксити надзвичайно рідкісні, набагато частіше зустрічаються руди змішаного типу: гиббсит-бемітовие або беміт-діаспоровие.
Основною особливістю цих родовищ є переважання гіббситових рудних тіл з високим кремнієвим модулем, невелика глибина залягання, що дозволяє вести їх видобуток відкритим способом, а також можливість збагачення відмиванням, що зумовлює високу економічність їх переробки.
Поклади бокситів осадового типу складаються з декількох шарів, що розрізняються по модулю, а гліноземсодержащіе з'єдн ?? ення часто знаходяться в вигляді важко переробляється діаспора. Такі родовища розробляються шахтним способом, і їх збагачення утруднено. На жаль, до цього типу належить більшість родовищ нашої країни.
Найбільш високоякісні вітчизняні боксити домивати на Уралі в Північно і Південно-Уральських бокситових рудниках (СУБР і ЮУБР) і переробляються в глиноземних цехах Уральського і Богословського алюмінієвих заводів. Οʜᴎ видобуваються в складних гірничо-геологічних умовах на глибин ?? е до 1 км і відносяться до трудновскриваемому діаспоровому типу. У зв'язку з цим собівартість їх видобутку та переробки значно вище, ніж на багатьох зарубіжних заводах.
Найбільш перспективними вважаються Вісловское (ᴦ. Білгород) та Середньо-Тіманський (Республіка Комі) родовища бокситових руд, які бувають відносно легко перероблені. Сьогодні активно ведуться роботи по освоєнню родовища бокситів в Республіці Комі.
Нефелінові руди, що містять в якості основної складової нефелин (Na, К) 2 О‣‣‣А12 О3 ‣‣‣2SiO2. мають велике значення для вітчизняної промисловості і переробляються на пікальовських (ПОГ), Боксітогорск (БГЗ), Ачинском (АГК) глиноземних заводах.
При переробці нефелінових руд і концентратів поряд з глиноземом отримують поташ і соду, а з відходів глиноземного виробництва - цемент. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, нефелінового сировина являє собою комплексний продукт, але його переробка здійснюється по складних технологічних схем впровадження яких вимагає значних капітальних вкладень.
Алюмінієва промисловість Росії, яка виробляється близько 3 млн т алюмінію на рік і займає друге місце в світі після США, не має достатніх ресурсів високоякісних бокситів і потужностей з їх переробки. Сьогодні п'ять глиноземних заводів Росії забезпечують близько 40% потреби вітчизняних алюмінієвих заводів, в зв'язку з цим частину глинозему доводиться завозити з-за кордону.
Глинозем, використовуваний для виробництва алюмінію, повинен швидко розчинятися в електроліті, містити мінімальну кількість оксидів жел ?? еза, кремнію та інших більш електропозитивних, ніж алюміній, елементів, так як, виділяючись на катоді разом з алюмінієм, вони погіршують його якість. Небажано присутність в глиноземі оксидів лужних і лужно-земельних металів, оскільки вони, вступають у взаємодію з A1F3. розкладають і змінюють склад електроліта͵ що викликає вкрай важливо сть його коригування. Разом з тим, оксид калію, проникаючи в вугільну футеровку, знижує термін служби ванни.
При наявності оксиду натрію Na2 O в глиноземі відбувається реакція
Зі збільшенням вмісту оксиду натрію зростає витрата фториду алюмінію.
При утриманні соди в глиноземі більше 0,33% починає і напрацьовуватиметься зайва кількість електроліта͵ який припадає виливати з ванни, що тягне за собою збільшення собівартості алюмінію.
Вкрай небажано присутність вологи в глиноземі, так як при взаємодії води з кріоліту і фторидом алюмінію утворюється фтористий водень HF:
що призводить до додаткової витрати фторидів. Як випливає з цих реакцій, з кожних 18 г води, що потрапили в електроліт, утворюється 56 г HF.
У безводного оксиду алюмінію, яким є глинозем, відомі і добре вивчені два різновиди. Перша з них - а-А12 О3. або корунд, - єдина форма безводного оксиду алюмінію, яка трапляється в природних умовах. Всі види гідратів оксиду алюмінію при нагріванні до 1200 ° С перетворюються в а-А12 О3.
Фізико-хімічні властивості глинозему залежать від вихідної сировини і технології його отримання. Велике значення має питома поверхня глинозему, яка збільшується зі зменшенням вмісту а-А12 О3. Зниження цього показника призводить до погіршення уловлювання фтору сухого бруду відходять анодних газів.
За кордоном використовують спрощену класифікацію глинозему за фізичними властивостями, згідно з якою він розділ ?? ен на три групи: пилоподібний (європейський, або борошнистий), піщаний (або американський) і недопрокаленний (або проміжний), розроблений спеціально для використання в установках сухого очищення газів .
Більшість заводів США, Канади, Західної Європи використовують піщаний глинозем, а вітчизняний ближче до недопрокаленному. Фізичні властивості глинозему впливають на такі показники електролізу, як витрата електроенергії, глинозему, анода і фторидів, запиленість атмосфери в робочій зоні, якість уловлювання фтору при сухій газочістке тощо.