Глава 3
Сырье и основные материалы
В предыдущей главе показано, что при производстве алюминия электролитическим способом расходуются только глинозем и углерод анода. Среда (электролит), в которой идет процесс электролиза, состоит из криолита 3NaF•A1F3, фторидов алюминия A1F3, натрия NaF, кальция CaF2, магния MgF2 и др., суммарный расход которых не превышает 50-70 кг/т алюминия. Расход же глинозема на производство 1 т алюминия составляет около 2 т, и поэтому он является основным сырьем. В чистом виде глинозема в природе нет, его получают из различных руд гидрохимическими способами. Представляет практический интерес кратко ознакомиться с состоянием сырьевой базы для производства глинозема.
3.1. Основные минералы и руды алюминия
Алюминий широко представлен в земной коре различными соединениями, которые делятся по количеству видов примерно на две равные группы [1]:
• первичные минералы, образующиеся при кристаллизации магмы. Главная роль в этой группе принадлежит алюмосиликатам - ортоклаз, альбит, лейцит и нефелин. Меньшее распространение имеют силикаты алюминия - дистен, силлиманит, андалузит, шпинели и свободный оксид алюминия - корунд;
• вторичные соединения алюминия, образующиеся под воздействием выветривания в земной коре, характеризуются более высоким содержанием оксида алюминия. Среди них широко распространены гидросиликаты алюминия, а также гидроксиды и оксигидроксиды алюминия - гиббсит, бемит и диаспор, которые являются важнейшей составной частью основных промышленных алюминиевых руд - бокситов. К этой же группе относится и алунит.
Боксит - сложная горная порода, состоящая из оксидов и гидроксидов Al, Fe, Si и Ti, а в качестве примесей присутствуют карбонаты кальция и магния, гидросиликаты (хлориты), сульфиды и сульфаты (в основном железа) и органические соединения. В природе мономинеральные бокситы чрезвычайно редки, гораздо чаще встречаются руды смешанного типа: гиббсит-бемитовые или бемит-диаспоровые.
Качество бокситов определяется содержанием в них А12О3 и SiO2, для чего используют кремниевый модуль μSi- массовое отношение содержания А12О3 к SiO2, т.е. чем выше модуль, тем лучше качество боксита. Разведанные запасы бокситов превышают 50 млрд т, что обеспечивает сырьем алюминиевую промышленность на многие годы. Основные месторождения [2] остаточного типа расположены в тропическом и субтропическом поясах земли (табл. 3.1).
Основной особенностью этих месторождений является преобладание гиббситовых рудных тел с высоким кремниевым модулем, небольшая глубина залегания, позволяющая вести их добычу открытым способом, а также возможность обогащения отмывкой, что предопределяет высокую экономичность их переработки.
Таблица 3.1 - Содержание веществ (% по массе) в основных месторождениях бокситов зарубежных стран
Страна
|
Запасы, млн т
|
А12О3
|
SiO2
|
Fe2O3
|
США
|
Более 50
|
56-59
|
5-8
|
29-31
|
Ямайка
|
600
|
46—50
|
0,4-3,5
|
17-23
|
Гвиана
|
100
|
50-61
|
3—12
|
1-2,5
|
Суринам
|
100
|
55—57
|
2-3
|
8-12
|
Бразилия
|
200
|
45-65
|
2-20
|
0,3-10
|
Гавайи
|
600
|
40—46
|
2,0
|
35-40
|
Гана
|
Более 200
|
51
|
1-1,5
|
19
|
Гвинея
|
1000
|
51
|
6
|
11
|
Индия
|
250
|
56—68
|
0,3-7
|
0,3-6
|
Австралия
|
Более 1000
|
46
|
5-6
|
Около
|
|
|
|
|
20
|
Греция
|
Более 200
|
56—59
|
3-7
|
18
|
Югославия
|
270
|
59,7
|
3,4
|
18,2
|
Залежи бокситов осадочного типа состоят из нескольких слоев, различающихся по модулю, а глиноземсодержащие соединения зачастую находятся в виде трудно перерабатываемого диаспора. Такие месторождения разрабатываются шахтным способом, и их обогащение затруднено. К сожалению, к этому типу относится большинство месторождений нашей страны [3], основная характеристика которых представлена в табл. 3.2.
Наиболее высококачественные отечественные бокситы добываются на Урале в Северо- и Южно-Уральских бокситовых рудниках (СУБР и ЮУБР) и перерабатываются в глиноземных цехах Уральского и Богословского алюминиевых заводов. Они добываются в сложных горно-геологических условиях на глубине до 1 км и относятся к трудновскрываемому диаспоровому типу. В этой связи себестоимость их добычи и переработки значительно выше, чем на многих зарубежных заводах.
Тургайские (Северный Казахстан) каолинит-гиббситовые бокситы, имеющие низкий кремниевый модуль и высокое содержание сидерита FeCO3, являются основной сырьевой базой Павлодарского алюминиевого завода.
В Архангельской области ведется открытая разработка Северо-Онежских гиббсит-бемитовых бокситов с низким модулем и большим содержанием хрома, что исключает их переработку на глинозем по наиболее экономичному способу Байера.
Наиболее перспективными считаются Висловское (г. Белгород) и Средне-Тиманское (Республика Коми) месторождения бокситовых руд, которые могут быть относительно легко переработаны. В настоящее время активно ведутся работы по освоению месторождения бокситов в Республике Коми.
Таблица 3.2 Содержание веществ (% по массе) в основных месторождениях бокситов СНГ
Месторождение
|
А12О3
|
Fe2O3
|
SiO2
|
μSi
|
Северо-Уральское (СУБР)
|
48—54
|
21-23
|
2—8
|
6-22
|
Южно-Уральское (ЮУБР)
|
50-53
|
21-22
|
5-10
|
5-11
|
Тургайское
|
42-44
|
16-20
|
9-11
|
4—5
|
Северо-Онежское
|
51-54
|
6-9
|
17-19
|
2,5-3
|
Висловское
|
48-52
|
Нет свед.
|
7-9
|
5-8
|
Средне-Тиманское
|
45-50
|
5
|
5-12
|
4—7
|
Нефелиновые руды, содержащие в качестве основной составляющей нефелин (Na, K)2O*А12О3 *2SiO2, имеют большое значение для отечественной промышленности и перерабатываются на Пикалевском (ПОГ), Бокситогорском (БГЗ) и Ачинском (АГК) глиноземных заводах.
При переработке нефелиновых руд и концентратов наряду с глиноземом получают поташ и соду, а из отходов глиноземного производства - цемент. Таким образом, нефелиновое сырье представляет собой комплексный продукт, но его переработка осуществляется по сложным технологическим схемам, внедрение которых требует значительных капитальных вложений.
Добыча бокситов, производство глинозема и алюминия являются последовательными стадиями единого технологического процесса, но объем добычи бокситов, производство глинозема и алюминия по регионам не совпадают, о чем свидетельствуют данные за 1996 г., приведенные в табл. 3.3 [4].
Алюминиевая промышленность России, производящая около 3 млн т алюминия в год и занимающая второе место в мире после США, не располагает достаточными ресурсами высококачественных бокситов и мощностей по их переработке. В настоящее время пять глиноземных заводов России обеспечивают около 40 % потребности отечественных алюминиевых заводов (табл. 3.4), поэтому часть глинозема приходится завозить из-за рубежа [4].
Таблица 3.3 - Добыча бокситов и производство глинозема
Регион
|
Производство, %
|
|
боксита
|
глинозема
|
алюминия
|
|
Европа
|
6,7
|
24,2
|
34,9
|
|
Азия
|
14,2
|
6,2
|
8,6
|
|
Африка
|
13,2
|
1,5
|
5,4
|
|
Америка
|
27,7
|
36,3
|
42,3
|
|
Океания
|
38,2
|
31,8
|
8,8
|
|
Таблица 3.4 - Показатели производства глинозема в России в 1996 г.
|
Предприятие
|
Мощность.
тыс. т
|
Выпуск,
тыс. т
|
Используемая
мощность,%
|
Всего
|
2858,2
|
2147,9
|
75,2
|
В том числе:
|
|
|
|
БАЗ
|
930
|
865,5
|
91,3
|
УАЗ
|
575
|
569
|
99,0
|
АГК
|
900
|
411,9
|
45,8
|
ПОГ
|
267,7
|
196,4
|
73,4
|
БГЗ
|
185,5
|
105,1
|
56,7
|
|
