Алюмінієві руди. Від видобутку до одержання металу. Країни-лідери з видобутку алюмінію Яка з руд використовується для отримання алюмінію

У сучасній промисловості алюмінієва руда є найбільш затребуваною сировиною. Стрімкий розвиток науки та техніки дозволило розширити сфери його застосування. Що є алюмінієвою рудою і де її добувають - описано в цій статті.

Промислове значення алюмінію

Алюміній вважається найпоширенішим металом. За кількістю покладів у земній корі він посідає третє місце. Алюміній відомий всім також як елемент таблиці Менделєєва, який відноситься до легких металів.

Алюмінієва руда - це природна сировина, з якої одержують В основному її добувають з бокситів, які містять оксиди алюмінію (глинозем) у найбільшій кількості - від 28 до 80%. Інші породи - алунітові, нефелінові та нефелін-апатитові також використовуються як сировина для отримання алюмінію, але вони мають найгіршу якість і містять значно менше глинозему.

У кольоровій металургії алюміній посідає перше місце. Справа в тому, що завдяки своїм характеристикам він застосовується у багатьох галузях промисловості. Так, цей метал використовують у транспортному машинобудуванні, пакувальному виробництві, будівництві для виготовлення різних споживчих товарів. Також алюміній широко застосовується в електротехніці.

Щоб зрозуміти, яке значення має алюміній для людства, достатньо придивитися до побутових речей, які ми повсякденно використовуємо. Дуже багато побутових предметів виготовлені з алюмінію: це деталі для електроприладів (холодильника, пральної машини тощо), посуд, спортивний інвентар, сувеніри, елементи інтер'єру. Алюміній часто застосовується для виробництва різних видів тари та упаковки. Наприклад, консервних банок або одноразових ємностей із фольги.

Типи алюмінієвих руд

Алюміній міститься більш як у 250 мінералах. З них найціннішими для промисловості є боксит, нефелін та алуніт. Зупинимося на них докладніше.

Бокситна руда

У природі алюміній у чистому вигляді не зустрічається. В основному його одержують з алюмінієвої руди – бокситу. Це мінерал, який здебільшого складається з гідроксидів алюмінію, а також із оксидів заліза та кремнію. Через великий вміст глинозему (від 40 до 60%) боксити використовуються як сировина для отримання алюмінію.

Фізичні властивості алюмінієвої руди:

непрозорий мінерал червоного та сірого кольору різних відтінків;
твердість найміцніших зразків становить 6 за мінералогічною шкалою;
щільність бокситів залежно від хімічного складу коливається не більше 2900-3500 кг/м³.

Родовища бокситової руди зосереджені в екваторіальному та тропічному поясіземлі. Стародавні поклади перебувають біля Росії.

Як утворюється бокситна алюмінієва руда

Боксити утворюються з одноводного гідрату глинозему, беміту та діаспори, триводного гідрату - гідаргіліту та супутніх мінералів гідроксиду та окису заліза.

Залежно від складу природоутворюючих елементів розрізняють три групи бокситних руд:

Моногідратні боксити містять глинозем в одноводній формі.
Тригідратні – такі мінерали складаються з глинозему у триводній формі.
Змішані - ця група включає у поєднанні попередні алюмінієві руди.

Родовища сировини утворюються внаслідок вивітрювання кислих, лужних, котрий іноді основних порід чи результаті поступового осадження на морському і озерному дні великої кількості глинозему.

Алунітові руди

Цей тип покладів містить до 40% оксиду алюмінію. Алунітова руда утворюється у водному басейні та прибережних зонах в умовах інтенсивної гідротермальної та вулканічної діяльності. Приклад таких покладів – Заглинське озеро на Малому Кавказі.

Порода пориста. Переважно складається з каолінітів та гідрослюдів. Промисловий інтерес представляють руда із вмістом алуніту понад 50%.

Нефелін

Це алюмінієва руда магматичного походження. Вона є повнокристалічною лужною породою. Залежно від складу та технологічних особливостей переробки виділяють кілька сортів нефелінової руди:

перший сорт – 60-90% нефеліну; він містить понад 25% глинозему; переробка здійснюється шляхом спікання;
другий сорт - 40-60% нефеліну, кількість глинозему трохи нижче - 22-25%; під час переробки потрібне збагачення;
третій сорт - нефелінові мінерали, які не становлять жодної промислової цінності.

Світовий видобуток алюмінієвих руд

Вперше алюмінієву руду видобули у першій половині ХІХ століття на південному сході Франції, біля містечка Бокс. Звідси і походить назва бокситів. Спочатку ця розвивалася повільними темпами. Але коли людство оцінило, яка алюмінієва руда корисна для виробництва, сфери застосування алюмінію значно розширилися. Багато країн розпочали пошуки на своїх територіях родовища покладів. Таким чином, світовий видобуток алюмінієвих руд став поступово зростати. Підтвердженням цього є цифри. Так, якщо 1913 року загальносвітовий обсяг видобутої руди становив 540 тис. тонн, то 2014 року - понад 180 млн тонн.

Також поступово зростала кількість країн, які видобувають алюмінієву руду. На сьогоднішній день їх налічується близько 30. Але протягом останніх 100 років провідні країни та регіони постійно змінювалися. Так, на початку XX століття світовими лідерами з видобутку алюмінієвої руди та її виробництва були Північна Америка та Західна Європа. На ці два регіони припадало близько 98% загальносвітового видобутку. Через кілька десятків років за кількісними показниками алюмінієвої промисловості лідерами стали Латинська Америка та радянський Союз. І вже у 1950–1960-х роках лідером за розміром видобутку стала Латинська Америка. На 1980-1990-х гг. стався стрімкий прорив у алюмінієвій та Африці. У сучасній світовій тенденції основними країнами-лідерами з видобутку алюмінію є Австралія, Бразилія, Китай, Гвінея, Ямайка, Індія, Росія, Сурінам, Венесуела та Греція.

Родовища руди у Росії

За обсягом видобутку алюмінієвих руд Росія посідає сьоме місце у світовому рейтингу. Хоча родовища алюмінієвих руд у Росії забезпечують країну металом велику кількість, його недостатньо, щоб повністю забезпечити промисловість. Тому держава змушена купувати боксит у інших країнах.

Усього біля Росії розташовано 50 родовищ руди. До цього числа входять як місця, де ведеться видобуток мінералу, і ще розроблені поклади.

Більшість запасів руди перебуває у європейській частині країни. Тут вони розташовані в Свердловській, Архангельській, Білгородської області, у республіці Комі. Усі ці регіони містять 70% усіх розвіданих запасів руди країни.

Алюмінієві руди в Росії видобуваються досі у старих бокситових родовищах. До таких районів належить Радинське родовище у Ленінградській області. Також через дефіцит сировини Росія використовує інші алюмінієві руди, родовища яких відрізняються найгіршою якістю мінеральних покладів. Але вони все ж таки придатні для промислових цілей. Так, у Росії видобувають у великій кількості нефелінові руди, які також дозволяють отримати алюміній.

Зміст [-]

Алюміній - це метал, покритий матово-сріблястою оксидною плівкою, властивості якого визначають його популярність: м'якість, легкість, пластичність, висока міцність, стійкість до корозії, електропровідність та відсутність токсичності. У сучасних високих технологіях застосування алюмінію відведено провідне місце як конструкційний, багатофункціональний матеріал. Найбільшу цінність для промисловості як джерело алюмінію становить природна сировина. алюмінієва рудаскладова гірської породи у вигляді бокситів, алунітів та нефеліну

Різновиди глиноземовмісних руд

Відомо понад 200 мінералів, до складу яких входить алюміній. Сировинним джерелом вважають лише таку гірську породу, яка може відповідати таким вимогам:

Природна сировина повинна мати високий вміст оксидів алюмінію;
Родовище повинне відповідати економічній доцільності його промислової розробки.
Гірська порода повинна містити алюмінієву сировину у формі, що підлягає видобутку відомими способами.

Особливість природної гірської породи бокситу

Сировинним джерелом можуть бути природні поклади бокситів, нефелінів, алунітів, глин, і каолінів. Найбільш насичені сполуками алюмінію боксити. Глини і каоліни є найпоширенішими породами зі значним вмістом у них глинозему. Поклади цих мінералів перебувають у поверхні землі. Алюмінієва рудау природі існує лише у вигляді бінарної сполуки металу з киснем. Видобувають це з'єднання з природних гірських руду вигляді бокситів, що складаються з оксидів кількох хімічних елементів: алюмінію, калію, натрію, магнію, заліза, титану, кремнію, фосфору. Залежно від родовища боксити у складі мають від 28 до 80% глинозему. Це основна сировина для одержання унікального металу. Якість бокситів як сировини алюмінію залежить від вмісту в ньому глинозему. Цим визначаються фізичні властивостібокситів:

Мінерал представляє приховано кристалічну структуру або перебуває в аморфному стані. Багато мінералів мають затверділі форми гідрогелів простого чи комплексного складу.
Колір бокситів у різних точках видобутку коливається від майже білого до червоного. темних кольорів. Є родовища із чорним забарвленням мінералу.
Щільність алюмінієвих мінералів, що містять, залежить від їх хімічного складу і становить близько 3 500 кг/м3.
Хімічний склад та структура бокситів визначає тверді властивостімінералу. Найміцніші мінерали відрізняються твердістю 6 одиниць за шкалою, прийнятою в мінералогії.
Як природна копалина боксит має ряд домішок, найчастіше це оксиди заліза, кальцію, магнію, марганцю, домішки титанових та фосфорних сполук.

Боксити, каоліни, глини у своєму складі містять домішки інших сполук, які при переробці сировини виділяються на окремі виробництва. Тільки Росії використовують родовища з покладами порід, у складі яких глинозем становить нижчу концентрацію. З недавніх пір глинозем стали отримувати з нефелінів, які, крім глинозему, містять окиси таких металів, як калій, натрій, кремній і, не менш цінний, квасцовий камінь, алуніт.

Способи переробки алюмінієвих копалин

Технологія отримання чистого глинозему з алюмінієвої руди не змінилася з часів відкриття металу. Удосконалюється його виробниче обладнання, що дозволяє одержувати чистий алюміній. Основні виробничі стадії одержання чистого металу:

Видобуток руди з розроблених родовищ.
Первинна обробка від порожніх порід для підвищення концентрації глинозему – процес збагачення.
Отримання чистого глинозему, електролітичне відновлення алюмінію з його оксидів.

Виробничий процес завершується одержанням металу з концентрацією 99,99%.

Видобуток та збагачення глинозему

Глинозем або алюмінієві окисли, у чистому вигляді у природі не існує. Його витягають із алюмінієвих руд, використовуючи гідрохімічні методи. Поклади алюмінієвої руди у родовищах зазвичай підривають, Забезпечуючи майданчик для її видобутку на глибині приблизно 20 метрів, звідки її вибирають і запускають у процес подальшої обробки;

Використовуючи спеціальне обладнання(гуркіти, класифікатори), руду дроблять і сортують, відкидаючи порожню породу (хвости). На цьому етапі збагачення глинозему користуються способами промивання та гуркотіння, як найбільш вигідними економічно.
Осілу на дні збагачувальної установки очищену руду змішують з розігрітою масою їдкого натру в автоклаві.
Суміш пропускають через систему судин із високоміцної сталі. Посудини оснащені паровою сорочкою, що підтримує необхідну температуру. Тиск пари підтримується на рівні 1,5-3,5 МПа до повного переходу алюмінієвих сполук, збагаченої породи в алюміній натрію в перегрітому розчині їдкого натрію.
Після охолодження рідина проходить стадію фільтрації в результаті якої відбувається відділення твердого осаду та отримання чистого пересиченого розчину алюмінату. При додаванні в отриманий розчин залишків гідроксиду алюмінію від попереднього циклу розкладання прискорюється.
Для остаточного осушення гідрату окису алюмінію застосовують процедуру прожарювання.

Електролітичне виробництво чистого алюмінію

Чистий алюміній отримують, використовуючи безперервний процес, в результаті якого прожарений алюміній вступає в стадію електролітичного відновлення. Сучасні електролізери представляють пристрій, що складається з наступних частин:

Зі сталевого кожуха, футерованого вугільними блоками та плитами. У процесі роботи на поверхні корпусу ванни утворюється щільна плівка із застиглого електроліту, що оберігає футерування від руйнування розплавом електроліту.
Шар розплавленого алюмінію на дні ванни, завтовшки 10-20 см, служить катодом у цій установці.
Струм у алюмінієвий розплав підводиться через вугільні блоки та вбудовані сталеві стрижні.
Аноди, підвішені на залізну раму за допомогою сталевих штирів, забезпечені тягами, з'єднаними з підйомним механізмом. У міру згоряння анод опускається вниз, а стрижні застосовують як елемент для підведення струму.
У цехах електролізери встановлюють послідовно кілька рядів (два чи чотири ряду).

Додаткове очищення алюмінію рафінуванням

Якщо алюміній, витягнутий з електролізерів, не відповідає кінцевим вимогам, його піддають додатковому очищенню рафінуванням. У промисловості цей процес проводять в особливому електролізері, в якому міститься три рідкі шари:

Нижній – алюміній, що рафінується. з добавкою приблизно 35% мідіслужить анодом. Мідь є для обтяження алюмінієвого шару, в анодному сплаві мідь не розчиняється, його щільність повинна перевищувати 3000 кг/м3.
Середній шар є сумішшю фторидів і хлоридів барію, кальцію, алюмінію з температурою плавлення близько 730оС.
Верхній шар - чистий рафінований алюмінієвийрозплав, який розчиняється в анодному шарі та піднімається вгору. Він служить у цій схемі катодом. Підведення струму здійснюється графітовим електродом.

У процесі електролізу домішки залишаються в анодному шарі та електроліті. Вихід чистого алюмінію складає 95-98%. Розробці алюміній, що містять родовищ, відведено провідне місце в народному господарстві завдяки властивостям алюмінію, який в даний час займає друге місце після заліза в сучасній промисловості.

Промислове значення алюмінію

Алюмінієва руда – це природна сировина, з якої одержують цей метал. В основному його видобувають із бокситів, які містять оксиди алюмінію (глинозем) у найбільшій кількості – від 28 до 80%. Інші породи – алунітові, нефелінові та нефелін-апатитові також використовуються як сировина для отримання алюмінію, але вони мають найгіршу якість і містять значно менше глинозему.

Типи алюмінієвих руд

Бокситна руда

У природі алюміній у чистому вигляді не зустрічається. В основному його отримують із алюмінієвої руди – бокситу. Це мінерал, який здебільшого складається з гідроксидів алюмінію, а також із оксидів заліза та кремнію. Через великий вміст глинозему (від 40 до 60%) боксити використовуються як сировина для отримання алюмінію.

Фізичні властивості алюмінієвої руди:

непрозорий мінерал червоного та сірого кольору різних відтінків;
твердість найміцніших зразків становить 6 за мінералогічною шкалою;
щільність бокситів залежно від хімічного складу коливається не більше 2900-3500 кг/м³.

Родовища бокситової руди зосереджені в екваторіальному та тропічному поясі землі. Стародавні поклади перебувають біля Росії.

Як утворюється бокситна алюмінієва руда

Боксити утворюються з одноводного гідрату глинозему, беміту та діаспори, триводного гідрату – гідаргіліту та супутніх мінералів гідроксиду та окису заліза.

Залежно від складу природоутворюючих елементів розрізняють три групи бокситних руд:

Моногідратні боксити містять глинозем в одноводній формі.
Тригідратні – такі мінерали складаються з глинозему у триводній формі.
Змішані – ця група включає у поєднанні попередні алюмінієві руди.

Алунітові руди

Цей тип покладів містить до 40% оксиду алюмінію. Алунітова руда утворюється у водному басейні та прибережних зонах в умовах інтенсивної гідротермальної та вулканічної діяльності. Прикладом таких покладів є Заглинське озеро на Малому Кавказі.

Нефелін

перший сорт - 60-90% нефеліну; він містить понад 25% глинозему; переробка здійснюється шляхом спікання;
другий сорт - 40-60% нефеліну, кількість глинозему трохи нижче - 22-25%; під час переробки потрібне збагачення;
третій сорт – нефелінові мінерали, які не становлять жодної промислової цінності.

Світовий видобуток алюмінієвих руд

Вперше алюмінієву руду видобули у першій половині ХІХ століття на південному сході Франції, біля містечка Бокс. Звідси і походить назва бокситів. Спочатку ця галузь промисловості розвивалася повільними темпами. Але коли людство оцінило, яка алюмінієва руда корисна для виробництва, сфери застосування алюмінію значно розширилися. Багато країн розпочали пошуки на своїх територіях родовища покладів. Таким чином, світовий видобуток алюмінієвих руд став поступово зростати. Підтвердженням цього є цифри. Так, якщо 1913 року загальносвітовий обсяг видобутої руди становив 540 тис. тонн, то 2014 року – понад 180 млн тонн.

Також поступово зростала кількість країн, які видобувають алюмінієву руду. На сьогоднішній день їх налічується близько 30. Але протягом останніх 100 років провідні країни та регіони постійно змінювалися. Так, на початку XX століття світовими лідерами з видобутку алюмінієвої руди та її виробництва були Північна Америка та Західна Європа. На ці два регіони припадало близько 98% загальносвітового видобутку. За кілька десятків років за кількісними показниками алюмінієвої промисловості лідерами стали країни Східної Європи, Латинська Америка та Радянський Союз. І вже у 1950–1960-х роках лідером за видобутком стала Латинська Америка. А в 1980–1990-х роках. стався стрімкий прорив у алюмінієвій промисловості Австралії та Африки. У сучасній світовій тенденції основними країнами-лідерами з видобутку алюмінію є Австралія, Бразилія, Китай, Гвінея, Ямайка, Індія, Росія, Сурінам, Венесуела та Греція.

Родовища руди у Росії

За обсягом видобутку алюмінієвих руд Росія посідає сьоме місце у світовому рейтингу. Хоча родовища алюмінієвих руд у Росії забезпечують країну металом у великій кількості, його недостатньо, щоб повністю забезпечити промисловість. Тому держава змушена купувати боксит у інших країнах.

Більшість запасів руди перебуває у європейській частині країни. Тут вони розташовані у Свердловській, Архангельській, Білгородській області, в республіці Комі. Усі ці регіони містять 70% усіх розвіданих запасів руди країни.

Боксит є основною рудою для алюмінію. Утворення покладів пов'язане з процесом вивітрювання та перенесення матеріалу, в якому, крім гідрооксидів алюмінію, знаходяться й інші хімічні елементи. Технологія вилучення металу передбачає економічно вигідний процес промислового виробництвабез утворення відходів.

Боксит є основною рудою для виробництва алюмінію

Характеристика рудного мінералу

Назва мінеральної сировини для видобутку алюмінію походить від назви місцевості у Франції, де вперше було виявлено поклади. Боксит складається з гідроксиду алюмінію, як домішки в ньому знаходяться глинисті мінерали, оксиди і гідроокисли заліза.

за зовнішньому виглядубоксит є кам'янистою, а рідше – глиноподібною, породою – однорідною або шаруватою за текстурою. Залежно від форми залягання у земній корі вона буває щільною або пористою. По структурі розрізняють мінерали:

уламкові - конгломератові, гравеліти, пісковикові, пелітові;
конкреційні – бобові, оолітові.

Основна маса породи у вигляді включень містить оолітові утворення оксидів заліза або глинозему. Бокситова руда зазвичай бурого чи цегляного кольору, але трапляються поклади білого, червоного, сірого, жовтого відтінків.

Головними мінералами для утворення руди є:

діаспор;
гідрогетит;
гетит;
беміт;
гіббсит;
каолініт;
ільменіт;
алюмогематит;
кальцит;
сидерит;
слюди.

Розрізняють боксити платформні, геосинклінальні та океанічні острови. Родовища алюмінієвої руди утворилися в результаті перенесення продуктів вивітрювання гірських порід з подальшим їх відкладенням та утворенням осаду.

Промислові боксити містять 28-60% глинозему. При використанні руди співвідношення останнього до кремнію не повинно бути нижчим від 2-2,5.

Галерея: камінь боксит (25 фото)

Боксит (відео)

Родовища та видобуток сировини

Основним сировиною промислового виробництва алюмінію до є боксити, нефелінові руди та його концентрати, зосереджені Кольському півострові.

Родовища бокситів у Росії характеризуються низькою якістю сировини та складними гірничо-геологічними умовами видобутку. У межах держави знаходиться 44 розвідані родовища, серед яких експлуатується лише чверть.

Основний видобуток бокситів виробляється АТ «Севуралбокситруда». Незважаючи на запаси рудної сировини, забезпеченість переробних підприємств є нерівномірною. Протягом 15 років спостерігається дефіцит нефелінів та бокситів, що зумовлює імпорт глинозему.

Світові запаси бокситів зосереджені у 18 країнах, що перебувають у тропічній та субтропічній зонах. Місцезнаходження бокситів найвищої якості приурочене до ділянок вивітрювання алюмосилікатних гірських порід у вологих умовах. Саме у цих зонах знаходиться основна частина загальносвітового запасу сировини.

Найбільші запаси зосереджені у Гвінеї. З видобутку рудної сировини у світі першість належить Австралії. У Бразилії знаходиться 6 млрд тонн запасів, у В'єтнамі - 3 млрд тонн, запаси бокситів Індії, що відрізняються високою якістю, становлять 2,5 млрд тонн, Індонезії - 2 млрд тонн. У надрах цих країн зосереджена переважна більшість руди.

Боксити видобувають відкритим та підземним способом. Технологічний процеспереробки сировини залежить від її хімічного складу та передбачає поетапне виконання робіт.

На першій стадії під впливом хімічних реагентів утворюється глинозем, а на другій – з нього шляхом електролізу з розплаву фтористих солей витягують металевий компонент.

Для утворення глинозему використовують кілька методів:

спікання;
гідрохімічний;
комбінований.

Застосування методик залежить від концентрації алюмінію у руді. Бокс низької якості переробляють складним способом. Отриману в результаті спікання шихту з соди вапняку та бокситу вилуговують розчином. Утворену в результаті хімічної обробки гідроксид металу відокремлюють і фільтрують.

Лінія для переробки бокситів (відео)

Застосування мінерального ресурсу

Застосування бокситу у різних галузях промислового виробництва обумовлено універсальністю сировини за його мінеральним складом та фізичними властивостями. Боксити є рудою, з якої витягають алюміній та глинозем.

Використання бокситу в чорній металургії як флюс при виплавці мартенівської сталі покращує технічні характеристикипродукції.

При виготовленні електрокорунду використовуються властивості бокситу утворювати надстійкий, вогнетривкий матеріал (синтетичний корунд) в результаті плавки в електричних печах за участю антрациту як відновник і залізна тирса.

Мінерал боксит з незначним вмістом заліза застосовується при виготовленні вогнетривких цементів, що швидко твердіють. Крім алюмінію з рудної сировини витягують залізо, титан, галій, цирконій, хром, ніобій та TR (рідкоземельні елементи).

Боксити використовують для фарб, абразивів, сорбентів. Руда з невисоким вмістом заліза застосовується при виготовленні вогнетривких складів.

У сучасній промисловості найбільшу популярність здобула алюмінієва руда. Алюміній є найпоширенішим металом з усіх, що існують на сьогоднішній день, металами на землі. Крім того, йому належить третє місце у рейтингу за чисельністю покладів у надрах Землі. Також, алюміній є найлегшим металом. Алюмінієвою рудою називається гірська порода, що служить матеріалом, з якого відбувається отримання металу. Алюміній володіє певними хімічними та фізичними властивостями, які дозволяють адаптувати його застосування до різних галузей людської діяльності. Таким чином, алюміній знайшов своє широке застосування в таких галузях, як машинобудування, автомобілебудування, будівництво при виробництві різної тари та упаковки, електротехніки, інших споживчих товарів. Практично кожен побутовий прилад, який щодня використовується людиною, в тій чи іншій кількості містить алюміній.

Видобуток алюмінію

Мінералів, у складі яких було свого часу виявлено наявність даного металу, існує безліч. Вчені дійшли висновку, що цей метал можна видобувати з більш ніж 250 мінералів. Однак, абсолютно з усіх руд видобувати метал не вигідно, тому серед усього існуючого розмаїття є найбільш цінні алюмінієві руди, з яких здійснюється отримання металу. Такими є: боксити, нефеліни, і навіть алуніти. З усіх алюмінієвих руд максимальний вміст алюмінію зазначено у бокситах. Саме в них знаходиться близько 50% оксидів алюмінію. Як правило, поклади бокситів розташовуються безпосередньо на земної поверхніу достатніх кількостях. Боксити є непрозорою гірською породою, що має червоний або сірий колір. Найміцніші бокситні зразки за мінералогічною шкалою оцінюються у 6 балів. Вони бувають різної густини від 2900 до 3500 кг/м3, яка безпосередньо залежить від хімічного складу. Бокситні руди відрізняються своїм складним хімічним складом, До якого входять гідроксиди алюмінію, оксиди заліза і кремнію, а також від 40% до 60% глинозему, що є головною сировиною для отримання алюмінію. Варто сказати, що екваторіальний та тропічний земні поясиє основною місцевістю, що славиться покладами бокситної руди. Для зародження бокситів необхідна участь кількох компонентів, серед яких одноводний гідрат глинозему, беміт, діаспор, а також різні мінерали гідроксиду заліза поряд з оксидом заліза. Вивітрювання кислих, лужних, а в деяких випадках і основних порід, а також повільне осідання глинозему на дні водойм і призводить до формування бокситної руди. З двох тонн глинозему алюмінію виходить удвічі менше – 1 тонна. А для двох тонн глинозему необхідно видобути близько 4,5 тонни бокситу. Алюміній можна одержувати і з нефелінів і алунітів. Перші, залежно від свого сорту, можуть містити у своєму складі від 22 до 25% глинозему. У той час, як алуніти, трохи поступаються бокситам, і на 40% складаються з оксиду алюмінію.

Алюмінієві руди Росії

Російська Федерація розташувалася на 7-му рядку рейтингу серед усіх країн світу за кількістю алюмінієвих руд, що видобуваються. Варто зазначити, що ця сировина на території російської державивидобувається у колосальній кількості. Проте країна відчуває суттєвий дефіцит цього металу, і не в змозі надати його в обсязі, необхідному для абсолютного забезпечення промисловості. У цьому полягає пріоритетна причина, через яку Росії доводиться купувати алюмінієві руди в інших держав, а також освоювати родовища з низькою якістю мінеральних руд. У державі існує близько 50 родовищ, найбільше яких перебуває у європейській частині держави. Проте, Радинське – найбільш старе родовище алюмінієвих руд у Росії. Місцем розташування є Ленінградська область. Воно складається з бокситів, що є з далеких часів головним і незамінним матеріалом з якого і виробляють алюміній.

Виробництво алюмінію в Росії

На початку ХХ століття у Росії відбулося зародження алюмінієвої промисловості. Саме 1932 року у Волхові з'явився перший виробничий комбінат з випуску алюмінію. І вже 14 травня того ж року на підприємстві вдалося вперше одержати партію металу. Щорічно на території держави освоювалися нові родовища алюмінієвих руд і запускалися в роботу нові потужності, які істотно були розширені в період Другої світової війни. Післявоєнний час для країни було відзначено відкриттям нових підприємств, основною діяльністю яких було виробництво фабрикатів, основним матеріалом для чого були алюмінієві сплави. Тоді ж було здійснено запуск у роботу Пикалевського глиноземного підприємства. Росія славиться своєю різноманітністю заводів, завдяки роботі яких країна виготовляє алюміній. З них найбільш масштабним не лише в рамках російської держави, а й у всьому світі вважається ОК «Русал». Йому вдалося виробити в 2015 році близько 3,603 млн. тонн алюмінію, а в 2012 році підприємство досягло показника в 4,173 млн. тонн металу.



Алюміній / Aluminium (Al), 13







1,61 (шкала Полінга)


1-а: 577.5 (5.984) кДж/моль (еВ) 2-а: 1816.7 (18.828) кДж/моль (еВ)
Тверда речовина
2,6989 г/см³
660 °C, 933,5 K
2518,82 °C, 2792 K
10,75 кДж/моль
284,1 кДж/моль
24,35 24,2 Дж/(K·моль)
10,0 см³/моль
кубічна гранецентрована


(300 K) 237 Вт/(м·К)

Кодовий символ

Який вказує, що алюміній може бути повторно перероблений Алюміній- елемент 13 групи періодичної таблиці хімічних елементів (за застарілою класифікацією - елемент головної підгрупи ІІІ групи), третього періоду з атомним номером 13. Позначається символом Al (лат. Aluminium). Належить до групи легких металів. Найбільш поширений метал і третій за поширеністю хімічний елемент у земній корі (після кисню та кремнію). Проста речовина алюміній- легкий парамагнітний метал сріблясто-білого кольору, що легко піддається формуванню, литтю, механічній обробці. Алюміній має високу тепло- та електропровідність, стійкість до корозії за рахунок швидкого утворення міцних оксидних плівок, що захищають поверхню від подальшої взаємодії.

Історія

Вперше алюміній був отриманий датським фізиком Гансом Ерстедом в 1825 дією амальгами калію на хлорид алюмінію з подальшою відгоном ртуті. Назва елемента утворена від латів. alumen- галун. До відкриття промислового способу отримання алюмінію цей метал був дорожчим за золото. У 1889 р. британці, бажаючи вшанувати багатим подарунком великого російського хіміка Д. І. Менделєєва, подарували йому ваги із золота та алюмінію.

Отримання

Алюміній утворює міцний хімічний зв'язок із киснем. У порівнянні з іншими металами, відновлення алюмінію з руди складніше у зв'язку з його високою реакційною здатністю високою температуроюплавлення більшості його руд (таких, як боксити). Пряме відновлення вуглецем застосовуватися не може, тому що відновлювальна здатність алюмінію вища, ніж у вуглецю. Можливе непряме відновлення з отриманням проміжного продукту Al4C3, який розкладається при 1900-2000 ° С з утворенням алюмінію. Цей спосіб знаходиться в розробці, але видається більш вигідним, ніж процес Холла-Еру, оскільки вимагає менших енерговитрат і призводить до утворення меншої кількості CO2. Сучасний методОтримавши, процес Холла-Еру був розроблений незалежно американцем Чарльзом Холлом і французом Полем Еру в 1886 році. Він полягає в розчиненні оксиду алюмінію Al2O3 в розплаві кріоліту Na3AlF6 з наступним електролізом з використанням коксових або графітових анодних електродів. Такий метод отримання вимагає дуже великих витрат електроенергії, і тому отримав промислове застосування лише у XX столітті. Для виробництва 1000 кг чорнового алюмінію потрібно 1920 кг глинозему, 65 кг кріоліту, 35 кг фториду алюмінію, 600 кг анодних електродів графітових і близько 17 МВт·ч електроенергії (~61 ГДж). Лабораторний спосіб отримання алюмінію запропонував Фрідріх Велер в 1827 відновленням металевим калієм безводного хлориду алюмінію (реакція протікає при нагріванні без доступу повітря):

AlCl3+3K→3KCl+Al(displaystyle (mathsf (AlCl_(3)+3Krightarrow 3KCl+Al)))

Фізичні властивості

Мікроструктура алюмінію на протруєній поверхні зливка, чистотою 99,9998%, розмір видимого сектора близько 55×37 мм

Метал сріблясто-білого кольору, легкий
щільність - 2712 кг/м³
температура плавлення у технічного алюмінію – 658 °C, у алюмінію високої чистоти – 660 °C
питома теплота плавлення – 390 кДж/кг
температура кипіння - 2500 °C
питома теплота випаровування – 10,53 МДж/кг
питома теплоємність - 897 Дж/кг·K
тимчасовий опір литого алюмінію - 10-12 кг/мм², деформованого - 18-25 кг/мм², сплавів - 38-42 кг/мм²
Твердість по Брінеллю - 24...32 кгс/мм²
висока пластичність: у технічного – 35 %, у чистого – 50 %, прокочується у тонкий лист і навіть фольгу
Модуль Юнга – 70 ГПа
Алюміній має високу електропровідність (37·106 См/м) і теплопровідність (203,5 Вт/(м·К)), 65 % від електропровідності міді, має високу світловідбивну здатність.
Слабкий парамагнетик.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення 24,58 · 10-6 К-1 (20 ... 200 ° C).
Питомий опір 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м
Температурний коефіцієнт електричного опору 4,3 · 10-3 K-1. Алюміній перетворюється на надпровідний стан при температурі 1,2 кельвіна.

Алюміній утворює метали майже з усіма металами. Найбільш відомі сплави з міддю та магнієм (дюралюміній) та кремнієм (силумін).

Знаходження у природі

Поширеність

За поширеністю в земній корі посідає 1-е місце серед металів і 3-е місце серед елементів, поступаючись лише кисню та кремнію. Масова концентрація алюмінію у земній корі, за даними різних дослідників, оцінюється від 7,45 до 8,14%.

Природні сполуки алюмінію

У природі алюміній у зв'язку з високою хімічною активністю зустрічається майже виключно у вигляді сполук. Деякі з природних мінералів алюмінію:

Боксити - Al2O3 · H2O (з домішками SiO2, Fe2O3, CaCO3)
Нефеліни - KNa34
Алуніти - (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3
Гліноземи (суміші каолінів з піском SiO2, вапняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
Корунд (сапфір, рубін, наждак) – Al2O3
Польові шпати - (K,Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca
Каолініт - Al2O3·2SiO2 · 2H2O
Берил (смарагд, аквамарин) - 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2
Хризоберил (олександрит) – BeAl2O4.

Проте, у деяких специфічних відновлювальних умовах (жерла вулканів) знайдено нікчемні кількості самородного металевого алюмінію. У природних водах алюміній міститься у вигляді малотоксичних хімічних сполук, наприклад фториду алюмінію. Вид катіону чи аніону залежить, насамперед, від кислотності водного середовища. Концентрації алюмінію у водоймищах Росії коливаються від 0,001 до 10 мг/л. У морській водійого концентрація 0,01 мг/л.

Ізотопи алюмінію

Природний алюміній складається практично повністю з єдиного стабільного ізотопу 27Al з нікчемними слідами 26Al, що найбільш довго живе. радіоактивного ізотопуз періодом напіврозпаду 720 тис. років, що утворюється в атмосфері при розщепленні ядер аргону 40Ar протонами космічних променів із високими енергіями.

Хімічні властивості

За нормальних умов алюміній покритий тонкою та міцною оксидною плівкою і тому не реагує з класичними окислювачами: H2O, O2, HNO3 (без нагрівання), H2SO4, але реагує з HCl. Завдяки цьому алюміній практично не схильний до корозії і тому широко затребуваний сучасною промисловістю. Однак при руйнуванні оксидної плівки (наприклад, при контакті з розчинами амонію солей NH+, гарячими лугами або в результаті амальгамування), алюміній виступає як активний метал-відновник. Не допустити утворення оксидної плівки можна, додаючи до алюмінію такі метали як галій, індій або олово. При цьому поверхню алюмінію змочують легкоплавкі евтектики на основі цих металів. Легко реагує із простими речовинами:

з киснем, утворюючи оксид алюмінію:

4Al+3O2→2Al2O3(displaystyle (mathsf (4Al+3O_(2)rightarrow 2Al_(2)O_(3))))

з галогенами (крім фтору), утворюючи хлорид, бромід або йодид алюмінію:

2Al+3Hal2→2AlHal3(Hal=Cl,Br,I)(displaystyle (mathsf(2Al+3Hal_(2)rightarrow

з іншими неметалами реагує при нагріванні:

з фтором, утворюючи фторид алюмінію:

2Al+3F2→2AlF3(displaystyle (mathsf (2Al+3F_(2)rightarrow 2AlF_(3))))

з сіркою, утворюючи сульфід алюмінію:

2Al+3S→Al2S3(displaystyle (mathsf (2Al+3Srightarrow Al_(2)S_(3))))

з азотом, утворюючи нітрид алюмінію:

2Al+N2→2AlN(displaystyle (mathsf (2Al+N_(2)rightarrow 2AlN)))

з вуглецем, утворюючи карбід алюмінію:

4Al+3C→Al4C3(displaystyle (mathsf (4Al+3Crightarrow Al_(4)C_(3))))

Сульфід і карбід алюмінію повністю гідролізуються: Al2S3 + 6H2O → 2Al (OH) S))) Al4C3+12H2O→4Al(OH)3+3CH4(displaystyle (mathsf (Al_(4)C_(3)+12H_(2)Orightarrow 4Al(OH)_(3)+3CH_(4)))) Зі складними речовинами:

з водою (після видалення захисної оксидної плівки, наприклад, амальгамуванням або розчинами гарячої луги):

2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2(displaystyle (mathsf (2Al+6H_(2)Orightarrow 2Al(OH)_(3)+3H_(2))))

з лугами (з утворенням тетрагідроксоалюмінатів та інших алюмінатів):

2Al+2NaOH+6H2O→2Na+3H2(displaystyle (mathsf (2Al+2NaOH+6H_(2)Orightarrow 2Na+3H_(2)))) 2Al+6NaOH →2Na3AlO3+3H2 )AlO_(3)+3H_(2))))

Легко розчиняється в соляній та розведеній сірчаній кислотах:

2Al+6HCl→2AlCl3+3H2(displaystyle (mathsf (2Al+6HClrightarrow 2AlCl_(3)+3H_(2)))) 2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2(displaystyle (mathsf (2Al+3H_(2) (4)rightarrow Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2))))

При нагріванні розчиняється в кислотах - окислювачах, що утворюють розчинні солі алюмінію:

8Al+15H2SO4→4Al2(SO4)3+3H2S+12H2O(displaystyle (mathsf (8Al+15H_(2)SO_(4)rightarrow) 4Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2)S+ 12H_(2)O))) Al+6HNO3→Al(NO3)3+3NO2+3H2O(displaystyle (mathsf (Al+6HNO_(3)rightarrow) Al(NO_(3))_(3)+3NO_(2)+ 3H_(2)O)))

відновлює метали з їх оксидів (алюмінотермія):

8Al+3Fe3O4→4Al2O3+9Fe(displaystyle (mathsf (8Al+3Fe_(3)O_(4)rightarrow 4Al_(2)O_(3)+9Fe))) Cr_(2)O_(3)rightarrow Al_(2)O_(3)+2Cr)))

Виробництво та ринок

Виробництво алюмінію в мільйонах тонн Достовірних відомостей про отримання алюмінію до ХІХ століття немає. (Звичайне іноді з посиланням на «Природну історію» Плінія твердження, що алюміній був відомий при імператорі Тіберії, засноване на неправильному тлумаченні джерела). У 1825 році, датський фізик Ганс Христиан Ерстед отримав кілька міліграмів металевого алюмінію, а в 1827 Фрідріх Велер зміг виділити крупинки алюмінію, які, проте, на повітрі негайно покривалися найтоншою плівкою оксиду алюмінію. До кінця XIXстоліття алюміній у промислових масштабах не вироблявся. Тільки в 1854 Анрі Сент-Клер Девіль (його дослідження фінансував Наполеон III, розраховуючи, що алюміній знадобиться його армії) винайшов перший спосіб промислового виробництва алюмінію, заснований на витісненні алюмінію металевим натрієм з подвійного хлориду натрію і алюмінію NaCl · AlCl. У 1855 році було отримано перший зливок металу масою 6-8 кг. За 36 років застосування, з 1855 по 1890 рік, у спосіб Сент-Клер Девіля було отримано 200 тонн металевого алюмінію. У 1856 році він отримав алюміній електролізом розплаву хлориду натрію-алюмінію. У 1885 році був побудований завод з виробництва алюмінію в німецькому місті Гмелінгем, який працює за технологією, запропонованою Миколою Бекетовим. Технологія Бекетова мало чим відрізнялася від способу Девіля, але була простішою і полягала у взаємодії між кріолітом (Na3AlF6) та магнієм. За п'ять років на цьому заводі було отримано близько 58 т алюмінію - понад чверть усього світового виробництва металу хімічним шляхом у період із 1854 по 1890 рік. Метод, винайдений майже одночасно Чарльзом Холлом у США та Полем Еру у Франції (1886 рік) і заснований на отриманні алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті, започаткував сучасний спосіб виробництва алюмінію. З того часу у зв'язку з поліпшенням електротехніки виробництво алюмінію вдосконалювалося. Помітний внесок у розвиток виробництва глинозему внесли російські вчені К. І. Байєр, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнєцов, Є. І. Жуковський, А. А. Яковкін та ін Перший алюмінієвий завод в Росії був побудований в 1932 року у місті Волхов. Металургійна промисловість СРСР 1939 року виробляла 47,7 тис. тонн алюмінію, ще 2,2 тис. тонн імпортувалося. Друга світова війна значно стимулювала виробництво алюмінію. Так, у 1939 році загальносвітове його виробництво, без урахування СРСР, становило 620 тис. т, але вже до 1943 року зросло до 1,9 млн т. До 1956 у світі вироблялося 3,4 млн т первинного алюмінію, в 1965 - 5,4 млн т, 1980 року - 16,1 млн т, 1990 року - 18 млн т. У 2007 року у світі вироблено 38 млн т первинного алюмінію, а 2008 - 39,7 млн т. Лідерами виробництва були :

КНР КНР (2007 року виробив 12,60 млн т, а 2008 - 13,50 млн т)
Росія Росія (3,96/4,20)
Канада Канада (3,09/3,10)
США США (2,55/2,64)
Австралія Австралія (1,96/1,96)
Бразилія Бразилія (1,66/1,66)
Індія Індія (1,22/1,30)
Норвегія Норвегія (1,30/1,10)
ОАЕ ОАЕ (0,89/0,92)
Бахрейн Бахрейн (0,87/0,87)
ПАР ПАР (0,90/0,85)
Ісландія Ісландія (0,40/0,79)
Німеччина Німеччина (0,55/0,59)
Венесуела Венесуела (0,61/0,55)
Мозамбік Мозамбік (0,56/0,55)
Таджикистан Таджикистан (0,42/0,42)

У 2016 році було вироблено 59 млн. тонн алюмінію На світовому ринку, запас 2,224 млн. т., а середньодобове виробництво 128,6 тис. т. (2013.7). У Росії її монополістом з виробництва алюмінію є компанія «Російський алюміній», яку припадає близько 13 % світового ринку алюмінію і 16 % глинозему. Світові запаси бокситів практично безмежні, тобто непорівнянні з динамікою попиту. Існуючі потужності можуть виробляти до 44,3 млн т первинного алюмінію на рік. Слід також враховувати, що в майбутньому деякі із застосування алюмінію можуть бути переорієнтовані на використання, наприклад, композитних матеріалів. Ціни на алюміній (на торгах міжнародних сировинних бірж) з 2007 до 2015 року становили в середньому 1253-3291 доларів за тонну.

Застосування

Широко застосовується як конструкційний матеріал. Основні переваги алюмінію в цій якості - легкість, податливість штампування, корозійна стійкість (на повітрі алюміній миттєво покривається міцною плівкою Al2O3, яка перешкоджає подальшому окисленню), висока теплопровідність, неотруйність його сполук. Зокрема, ці властивості зробили алюміній надзвичайно популярним при виробництві кухонного посуду, алюмінієвої фольги у харчовій промисловості та для пакування. Перші ж три властивості зробили алюміній основною сировиною в авіаційній та авіакосмічній промисловості. Останнім часомповільно витісняється композитними матеріалами, в першу чергу вуглеволокном). Основний недолік алюмінію як конструкційного матеріалу – мала міцність, тому для зміцнення його зазвичай сплавляють з невеликою кількістю міді та магнію (сплав називається дюралюміній). Електропровідність алюмінію всього в 1,7 раза менша, ніж у міді, при цьому алюміній приблизно в 4 рази дешевше за кілограм, але, за рахунок у 3,3 рази меншої щільності, для отримання рівного опору його потрібно приблизно в 2 рази менше за вагою . Тому він широко застосовується в електротехніці для виготовлення дротів, їх екранування і навіть у мікроелектроніці при напилюванні провідників на поверхні кристалів мікросхем. Найменшу електропровідність алюмінію (3,7 107 См/м) порівняно з міддю (5,84 107 См/м), для збереження однакового електричного опору, компенсують збільшенням площі перерізу алюмінієвих провідників. Недоліком алюмінію як електротехнічного матеріалу є утворення на його поверхні міцної діелектричної оксидної плівки, що ускладнює пайку і за рахунок погіршення контактного опору викликає підвищене нагрівання в місцях електричних з'єднань, що, своєю чергою, негативно позначається на надійності електричного контакту і стан ізоляції. Тому, зокрема, 7-а редакція Правил улаштування електроустановок, прийнята у 2002 р., забороняє використовувати алюмінієві провідники перетином менше 16 мм².

Завдяки комплексу властивостей широко поширений у тепловому обладнанні.
Алюміній та його сплави не набувають крихкості при наднизьких температурах. Завдяки цьому він широко використовується у кріогенній техніці. Однак відомий випадок набуття крихкості кріогенними трубами з алюмінієвого сплаву через їх згинання на мідних кернах при розробці РН Енергія.
Високий коефіцієнт відображення у поєднанні з дешевизною та легкістю вакуумного напилення робить алюміній оптимальним матеріалом для виготовлення дзеркал.
У виробництві будівельних матеріалів як газоутворюючий агент.
Алітуванням надають корозійну та окалиностійкість сталевим та іншим сплавам, наприклад, клапанам поршневих ДВС, лопаткам турбін, нафтовим платформам, теплообмінній апаратурі, а також замінюють цинкування.
Сульфід алюмінію використовується для виробництва сірководню.
Ідуть дослідження з розробки пінистого алюмінію як особливо міцного та легкого матеріалу.

Як відновник

Як компонент терміту, сумішей для алюмотермії.
У піротехніці.
Алюміній застосовують для відновлення рідкісних металів із їх оксидів або галогенідів.
Обмежено застосовується як протектор під час анодного захисту.

Сплави на основі алюмінію

Як конструкційний матеріал зазвичай використовують не чистий алюміній, а різні сплави на його основі. Позначення серій сплавів у цій статті наведено для США (стандарт H35.1 ANSI) та згідно з ГОСТом Росії. У Росії її основні стандарти - це ГОСТ 1583 «Сплави алюмінієві ливарні. Технічні умови» та ГОСТ 4784 «Алюміній та сплави алюмінієві деформовані. Марки». Існує також UNS маркування та міжнародний стандарт алюмінієвих сплавів та їх маркування ISO R209 b.

Алюмінієво-магнієві Al-Mg (ANSI: серія 5ххх у сплавів, що деформуються, і 5xx.x у сплавів для виробів фасонного лиття; ГОСТ: АМг). Сплави системи Al-Mg характеризуються поєднанням задовільної міцності, гарної пластичності, дуже гарної зварюваності та корозійної стійкості. Крім того, ці сплави вирізняються високою вібростійкістю.

У сплавах цієї системи, що містять до 6% Mg, утворюється евтектична система з'єднання Al3Mg2 з твердим розчином на основі алюмінію. Найбільшого поширення в промисловості набули сплави із вмістом магнію від 1 до 5 %. Зростання вмісту Mg у металі значно підвищує його міцність. Кожен відсоток магнію підвищує межу міцності металу на 30 МПа, а межа плинності - на 20 МПа. При цьому відносне подовження незначно зменшується і знаходиться в межах 30-35 %. Сплави з вмістом магнію до 3 % (за масою) структурно стабільні при кімнатній та підвищеній температурі навіть у значно нагартованому стані. Зі зростанням концентрації магнію в нагартованому стані структура сплаву стає нестабільною. Крім того, збільшення вмісту магнію понад 6% призводить до погіршення корозійної стійкості металу. Для поліпшення характеристик міцності сплави системи Al-Mg легують хромом, марганцем, титаном, кремнієм або ванадієм. Попадання в сплави цієї системи міді та заліза намагаються уникати, оскільки вони знижують їхню корозійну стійкість і зварюваність.

Алюмінієво-марганцеві Al-Mn (ANSI: серія 3ххх; ГОСТ: АМц). Сплави цієї системи мають гарну міцність, пластичність і технологічність, високу корозійну стійкість і хорошу зварюваність.

Основними домішками у сплавах системи Al-Mn є залізо та кремній. Обидва ці елементи зменшують розчинність марганцю в алюмінії. Для отримання дрібнозернистої структури метали цієї системи легують титаном. Присутність достатньої кількості марганцю забезпечує стабільність структури нагартованого металу за кімнатної та підвищеної температури.

Алюмінієво-мідні Al-Cu (Al-Cu-Mg) (ANSI: серія 2ххх, 2xx.x; ГОСТ: АМ). Механічні властивості сплавів цієї системи в термозміцненому стані досягають, а іноді і перевищують механічні властивості низьковуглецевих сталей. Ці сплави є високотехнологічними. Однак у них є і суттєвий недолік - низький опір корозії, що призводить до необхідності використання захисних покриттів.

Як легуючі добавки можуть застосовуватися марганець, кремній, залізо і магній. Причому найбільше сильний впливна властивості сплаву надає останній: легування магнієм помітно підвищує межі міцності та плинності. Добавка кремнію в метал підвищує його здатність до штучного старіння. Легування залізом та нікелем підвищує жароміцність сплавів другої серії. Нагартовка цих сплавів після гарту прискорює штучне старіння, а також підвищує міцність та опір корозії під напругою.

Сплави системи Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) (ANSI: серія 7ххх, 7xx.x). Сплави цієї системи цінуються за дуже високу міцність та хорошу технологічність. Представник системи - сплав 7075 є найміцнішим із усіх алюмінієвих сплавів. Ефект настільки високого зміцнення досягається завдяки високій розчинності цинку (70%) і магнію (17,4%) при підвищених температурах, що різко зменшується при охолодженні.

Однак істотним недоліком цих сплавів є вкрай низька стійкість корозійна під напругою. Підвищити опір корозії сплавів під напругою можна легуванням міддю. Не можна не відзначити відкритої у 60-ті роки закономірності: присутність літію в сплавах уповільнює природне та прискорює штучне старіння. Крім цього, присутність літію зменшує питому вагу металу і значно підвищує його модуль пружності. Внаслідок цього відкриття були розроблені нові системи сплавів Al-Mg-Li, Al-Cu-Li та Al-Mg-Cu-Li.

Алюмінієво-кремнієві сплави (силуміни) найкраще підходять для лиття. З них часто відливають корпуси різних механізмів.
Комплексні метали на основі алюмінію: авіаль.

Алюміній як добавка до інших сплавів

Алюміній є важливим компонентом багатьох сплавів. Наприклад, в алюмінієвих бронзах основні компоненти - мідь та алюміній. У магнієвих сплавах як добавка найчастіше використовується алюміній. Для виготовлення спіралей в електронагрівальних приладах використовують поряд з іншими сплавами фехраль (Fe, Cr, Al). Додавання алюмінію в так звані «автоматні сталі» полегшує їхню обробку, даючи чітке обламування готової деталі з прутка в кінці процесу.

Ювелірні вироби

Коли алюміній був дуже дорогий, із нього робили різноманітні ювелірні вироби. Так, Наполеон III замовив алюмінієві гудзики, а Менделєєву в 1889 р. було подаровано ваги з чашами із золота та алюмінію. Мода на ювелірні вироби з алюмінію одразу пройшла, коли з'явилися нові технології його отримання, що значно знизили собівартість. Нині алюміній іноді використовують у виробництві біжутерії. У Японії алюміній використовують у виробництві традиційних прикрас, замінюючи срібло.

Столові прилади

За наказом Наполеона III були виготовлені алюмінієві столові прилади, які подавалися на урочистих обідах йому та найпочеснішим гостям. Інші гості при цьому користувалися приладами із золота та срібла. Потім столові прилади з алюмінію набули широкого поширення, згодом використання алюмінієвого кухонного начиння суттєво знизилося, але і в даний час їх все ще можна побачити лише в деяких закладах громадського харчування – незважаючи на заяви деяких фахівців про шкідливість алюмінію для здоров'я людини. Крім того, такі прилади з часом втрачають привабливий вигляд через подряпини і форму через м'якість алюмінію. З алюмінію роблять посуд для армії: ложки, казанки, фляжки.

Скловаріння

У скловаренні використовуються фторид, фосфат та оксид алюмінію.

Харчова промисловість

Алюміній зареєстрований як харчової добавкиЕ173.

Військова промисловість

Дешевизна та вага металу зумовили широке застосування у виробництві ручного стрілецької зброї, зокрема автоматів та пістолетів.

Алюміній та його з'єднання в ракетній техніці

Алюміній і його з'єднання використовуються як високоефективне ракетне паливо в двокомпонентних ракетних паливах і як паливо компонента в твердих ракетних паливах. Наступні сполуки алюмінію становлять найбільший практичний інтерес як ракетне пальне:

Порошковий алюміній як пальне у твердих ракетних паливах. Застосовується також у вигляді порошку та суспензій у вуглеводнях.
Гідрид алюмінію.
Боранат алюмінію.
Триметилалюміній.
Триетилалюміній.
Трипропілалюміній.

Триетилалюміній (зазвичай у суміші з триетилбором) використовується також для хімічного запалювання (як пускове пальне) в ракетних двигунах, так як він займається самозайманням в газоподібному кисні. Ракетні палива на основі гідриду алюмінію, в залежності від окислювача, мають такі характеристики:

Алюмоенергетика

Алюмоенергетика використовує алюміній як вторинний універсальний енергоносій. Його застосування в цій якості:

Окислення алюмінію у воді для виробництва водню та теплової енергії.
Окислення алюмінію киснем повітря для електроенергії в повітряно-алюмінієвих електрохімічних генераторах.

Алюміній у світовій культурі

У романі М. Г. Чернишевського "Що робити?" (1862-1863) один із головних героїв описує в листі свій сон - бачення майбутнього, в якому люди живуть, відпочивають і працюють у багатоповерхових будинках зі скла та алюмінію; з алюмінію виконані підлоги, стелі та меблі (за часів Н. Г. Чернишевського алюміній ще тільки починали відкривати).
Алюмінієві огірки – це образ та назва пісні Віктора Цоя 1987 року.

Токсичність

Незважаючи на широку поширеність у природі, жодна жива істота не використовує алюміній у метаболізмі – це мертвий метал. Відрізняється незначною токсичною дією, але багато розчинних у воді неорганічних сполук алюмінію зберігаються в розчиненому стані тривалий час і можуть шкідливо впливати на людину і теплокровних тварин через питну воду. Найбільш отруйні хлориди, нітрати, ацетати, сульфати та ін.

ацетат алюмінію – 0,2-0,4;
гідроксид алюмінію – 3,7-7,3;
алюмінієві галун - 2,9.

В першу чергу діє на нервову систему(Накопичується в нервовій тканині, призводячи до важких розладів функції ЦНС). Однак властивість нейротоксичності алюмінію стали вивчати з середини 1960-х років, оскільки накопиченню металу в організмі людини перешкоджає його виведення. У звичайних умовах із сечею може виділятися до 15 мг елемента на добу. Відповідно, найбільший негативний ефект спостерігається у людей з порушеною функцією виділення нирок. Норматив вмісту алюмінію у воді господарсько-питного використання у Росії становить 0,2 мг/л. При цьому дана ГДК може бути збільшена до 0,5 мг/л головним державним санітарним лікарем відповідної території для конкретної системи водопостачання. За деякими біологічними дослідженнями, надходження алюмінію в організм людини було вважати фактором у розвитку хвороби Альцгеймера, але ці дослідження були пізніше розкритиковані, і висновок про зв'язок одного з іншим спростовувався. Сполуки алюмінію також можуть стимулювати рак молочної залози при застосуванні антиперспірантів на основі хлориду алюмінію. Але наукових даних, що підтверджують це менше, ніж протилежні.

Див. також

Анодування
Оксидування
Алюміній. Тринадцятий елемент
Міжнародний інститут алюмінію

Примітки

Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bievre, Manfred Groning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. – 2013. – Vol. 85, no. 5. – P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
Хімічна енциклопедія У 5 т. / Редкол.: Кнунянц І. Л. (Гл. ред.). - М: Радянська енциклопедія, 1988. – Т. 1. – С. 116. – 623 с. - 100 000 екз.
Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
aluminium. Online Etymology Dictionary. Etymonline.com. Перевірено 3 травня 2010 року.
Фіалков, Ю.Дев'ятий знак. - М.: Детгіз, 1963. - С. 133.
Урок №49. Алюміній.
Аluminum Recycling and Processing for Energy Conservation and Sustainability. – ASM International, 2007. – P. 198. – ISBN 0-87170-859-0.
Коротка хімічна енциклопедія Т. 1 (А-Е). - М: Радянська енциклопедія. 1961.
Короновський Н. Ст, Якушова А. Ф.Основи геології.
Олійников Б. В. та ін. Алюміній - новий мінерал класу самородних елементів // Записки ВМО. – 1984, ч. CXIII, вип. 2, с. 210-215. .
J.P. Riley і Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
Основи водневої енергетики/За ред. В. А. Мошникова та Є. І. Терукова .. – СПб.: Вид-во СПбГЕТУ «Леті», 2010. – 288 с. - ISBN 978-5-7629-1096-5.
Лідін Р. А., Молочко В. А., Андрєєва Л. Л.Реакції неорганічних речовин: довідник/Под ред. Р. А. Лідіна. - 2-ге вид., перераб. та дод. – М.: Дрофа, 2007. – С. 16. – 637 с. - ISBN 978-5-358-01303-2.
Енциклопедія: коштовності, ювелірні вироби, ювелірні камені. Дорогоцінні метали. Дорогоцінний алюміній.
"Срібло" з глини.
MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2009 року.
C34 Сучасний стансвітового та вітчизняного виробництва та споживання алюмінію
У світі зростають запаси алюмінію.
Виробництво первинного алюмінію у світі та у Росії.
Historical price graph for Aluminium. Перевірено 8 червня 2015 року.
Kitco - Base Metals - Industrial metals - Copper, Aluminum, Nickel, Zinc, Lead - Charts, Prices, Graphs, Quotes, Cu, Ni, Zn, Al, Pb.
Вплив легуючих елементів на властивості алюмінієвих сплавів.
Байков Д. І. та ін.Алюмінієві сплави, що зварюються. – Л.: Судпромгіз, 1959. – 236 с.
Факти про алюміній.
Штурмова гвинтівка Heckler-Koch HK416 (Німеччина) | Економічні новини.
Tara Perfection D.O.O. - Safety you can depend on.
Сарнер С.Хімія ракетних палив = Propellant Chemistry/Пер. з англ. Є. П. Голубкова, В. К. Старкова, В. Н. Шеманіна; за ред. В. А. Іллінського. - М: Мир, 1969. - С. 111. - 488 с.
Жук А. З., Клейменов Б. Ст, Фортов Ст Є., Шейндлін А. Є.Електромобіль на алюмінієвому пальному. – М: Наука, 2012. – 171 с. - ISBN 978-5-02-037984-8.
Алюмінієві огірки
Shcherbatykh I., Carpenter D. O.(Май 2007). Роль металів в етіології Alzheimer's disease // J. Alzheimers Dis. 11(2): 191-205.
Rondeau V., Commenges D., Jacqmin-Gadda H., Dartigues J. F.(July 2000). Relation between aluminum concentrations in drinking water and Alzheimer's disease: 8-year follow-up study // Am. J. Epidemiol. 152 (1): 59-66.
Rondeau V.(2002). A review of epidemiologic studies on aluminum and silica in relation to Alzheimer's disease and associated disorders // Rev. Environ. Health 17 (2): 107-121.
Martyn C. N., Coggon D. N., Inskip H., Lacey R. F., Young W. F.(Май 1997). Алюмінієві концентрації в воді питної та ризику Alzheimer's disease // Epidemiology 8 (3): 281-286.
Graves A. B., Rosner D., Echeverria D., Mortimer J. A., Larson E. B.(September 1998). Відомі експресії до solvents і aluminium і вірогідного ризику Alzheimer's disease // Occup. Environ. Med. 55 (9): 627-633.
Antiperspirants/Deodorants and Breast Cancer.
aluminum chloride hexahydrate.

Посилання

Алюміній // Енциклопедичний словник Брокгауза та Єфрона: у 86 т. (82 т. та 4 дод.). – СПб., 1890-1907.
Алюміній на Webelements
Алюміній в Популярній бібліотеці хімічних елементів
Алюміній у родовищах
Історія, виробництво та способи використання алюмінію
Алексєєв А. І., Валов М. Ю., Юзвяк З.Критерії якості водних систем: Навчальний посібник. - СПб: ХІМІЗДАТ, 2002. ISBN 5-93808-043-6
ГН 2.1.5.1315-03 Гранично-допустимі концентрації (ГДК) хімічних речовину воді водних об'єктів господарсько-питного та культурно-побутового водокористування.
ГОСТ Р 55375-2012. Алюміній первинний та сплави на його основі. Марки
Документальний фільм "Алюміній"

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

І деякі інші елементи. Однак далеко не всі з цих елементів в даний час витягуються з алюмінієвих руд та використовують для потреб народного господарства.

Найбільш повно використовують апатито-нефелінову породу, з якої отримують добрива, глинозем, соду, поташ та деякі інші продукти; відвалів майже немає.

При переробці бокситів за способом Байєра або спіканням у відвалі ще залишається багато червоного шламу, раціональне використання якого заслуговує на велику увагу.

Раніше йшлося про те, що для отримання 1 т алюмінію необхідно витратити багато електроенергії, що становить п'яту частину собівартості алюмінію. У табл. 55 наведено калькуляцію собівартості 1 т алюмінію. З даних, наведених у таблиці, слід, що найважливішими складовими собівартості є сировину й основні матеріали, причому частку глинозему падає майже половина всіх витрат. Отже, зниження собівартості алюмінію має в першу чергу йти у напрямку зменшення витрат на виробництво глинозему.

Теоретично на 1т алюмінію необхідно витратити 1,89 т глинозему. Перевищення цієї величини за фактичного витраті є наслідком втрат головним чином розпилення. Ці втрати можна зменшити на 0,5-0,6% шляхом автоматизації завантаження глинозему у ванни. Зниження собівартостіглинозему можна досягти скороченням втрат на всіх стадіях його виробництва, особливо у відвальному шламі, при транспортуванні алюмінатних розчинів та , а також під час кальцинації глинозему; за рахунок економії, отриманої від кращого використання відпрацьованої пари (з самовипарників) та повного використання тепла газів, що відходять. Це особливо важливо для автоклавного способу, витрати на пару, в якому значні.

Впровадження безперервного вилуговування та викручування на; передових глиноземних заводах дозволило автоматизувати багато операцій, що сприяло зниженню витрати пари, електроенергії, підвищенню продуктивності праці та зниженню собівартості алюмінію. Однак у цьому напрямі можна зробити ще багато. Не відмовляючись від подальших пошуків високосортних бокситів, перехід на які різко скоротить вартість глинозему, слід шукати шляхи комплексного використання залізистих бокситів та червоних шламів у чорній металургії. Як приклад може бути комплексне використання апатито-нефелінових порід.

Витрати на фтористі солі становлять 8%. Знизити їх можна шляхом ретельного відведення газів від електролітних ванн уловлювання з них фтористих з'єднань. Анодні гази, що відсмоктуються з ванни, містять до 40мг/м 3 фтору, близько 100мг/м 3 смоли та 90мг/м 3 пилу (AlF 3 , Al 2 O 3 , Na 3 AlF 6). Ці гази не можна викидати в атмосферу,оскільки вони містять цінні, крім того, вони отруйні. Їх необхідно очищати від цінного пилу, а також знешкоджувати, щоб уникнути отруєння атмосфери цеху та прилеглих до заводу районів. З метою очищення гази промивають слабкими розчинами соди в баштових газоочисниках (скрубери).

При досконалої організації процесів очищення та знешкодження створюється можливість повернути виробництво частина фтористих солей (до 50%) і тим самим знизити собівартість алюмінію на 3-5%.

Значне зниження собівартості алюмінію може бути досягнуто за рахунок застосування більш дешевих джерел електроенергії та швидкого повсюдного впровадження більш економічних напівпровідникових перетворювачів струму (особливо кремнієвих), а також за рахунок скорочення витрати електроенергії безпосередньо на . Останнє може бути досягнуто шляхом конструювання досконаліших ванн з меншою втратою напруги у всіх або в окремих їх елементах, а також шляхом підбору електропровідних електролітів (опір кріоліту занадто велике і величезна кількість електроенергії переходить в надлишкове тепло, яке поки неможливо раціонально використовувати). І невипадково, що ванни з обпаленими анодами починають знаходити дедалі більше застосування, оскільки витрата електроенергії цих ваннах значно нижче.

Велику роль зниженні витрати електроенергії грає обслуговуючий персонал електролізних цехів. Підтримка нормальної міжполюсної відстані, вміст у чистоті електричних контактів у різних місцях ванни, зниження кількості та тривалості анодних ефектів, підтримання нормальної температуриелектроліту, уважне спостереження за складом електроліту дають можливість значно знизити витрати електроенергії.

Передові бригади електролізних цехів алюмінієвих заводів вивчивши теоретичні основи процесу та особливості ванн, які вони обслуговують, ретельно спостерігаючи за ходом процесу, мають можливість збільшити кількість одержуваного металу на одиницю витрачається електроенергії при відмінному його якості і, отже, підвищити ефективність виробництва алюмінію.

Найважливішим фактором зниження собівартості та підвищення продуктивності праці є механізація трудомістких процесів у електролізних цехах алюмінієвих заводів. У цій галузі на вітчизняних алюмінієвих заводах за останні десятиліття досягнуто значних успіхів: механізовано вилучення алюмінію з ванн; впроваджено продуктивні та зручні механізми для пробивання кірки електроліту та вилучення та забивання штирів. Однак потрібно і можнабільшою мірою механізувати та автоматизувати процеси на алюмінієвих заводах. Цьому сприяє подальше збільшення потужності електролізерів, перехід від періодичних до безперервних процесів.

У Останніми рокамикомплексне використання алюмінієвих руд покращилося у зв'язку з тим, що деякі алюмінієві заводи розпочали вилучення з відходів оксидів ванадію та металевого галію.

Було відкрито 1875 р. спектральним методом. За чотири роки, раніше Д. І. Менделєєв з великою точністю передбачив його основні властивості (назвав екаалюмінієм). має сріблясто-білий колір і низьку температуруплавлення (+30 ° С). Невеликий шматочок галію може бути розплавлений на долоні. Поряд із цим температура кипіння галію досить висока (2230 ° С), тому його використовують для високотемпературних термометрів. Такі термометри з кварцовими трубками можна застосувати до 1300° С. За твердістю галій близький до свинцю. Щільність твердого галію 5,9 г/см 3 рідкого 6,09 г/см 3 .

Галій розсіяний у природі, багаті їм невідомі. Він зустрічається в сотих і тисячних частках відсотка в алюмінієвих рудах, цинкових обманках та золі деяких вугілля. Смоли газових заводів іноді містять до 0,75% галію.

По отруйності галій значно перевершує і тому всі роботи з його витягу слід проводити, дотримуючись ретельну гігієну.

У сухому повітрі при нормальних температурах галій майже не окислюється: при нагріванні він енергійно з'єднується з киснем, утворюючи білий оксид Ga 2 Про 3 . Поруч із оксидом галію за певних умов утворюються та інші його (GaO і Ga 2 Про). Гідроокис галію Ga(OH) 3 амфотерну і тому легко розчинний у кислотах і лугах, з якими утворює галати, близькі за властивостями до алюмінатів. У зв'язку з цим при отриманні глинозему з алюмінієвих руд галій разом з алюмінієм переходить в розчини потім супроводжує йому у всіх наступних операціях. Деяка підвищена концентрація галію спостерігається в анодному сплаві при електролітичному рафінуванні алюмінію, в оборотних алюмінатних розчинах при виробництві глинозему за способом Байєра та в маткових розчинах, що залишаються після неповної карбонізації алюмінатних розчинів.

Тому, не порушуючи схеми переділів, у глиноземних та рафінувальних цехах алюмінієвих заводів, можна організувати вилучення галію. Оборотні алюмінієві розчини для вилучення галію можна періодично карбонізувати у два прийоми. Спочатку при повільній карбонізації беруть в облогу приблизно 90% алюмінію і відфільтровують розчин, який потім карбонізують повторно для того, щоб осадити у вигляді гідроксид галій і залишився ще в розчині . Отриманий таким шляхом осад може містити до 1,0% Ga 2 Про 3 .

Значну частину алюмінію можна осадити з алюмінієвого маточного розчину оборотного у вигляді фтористих солей. Для цього алюмінатний розчин, що містить галій, домішують плавикову кислоту. При рН<2,5 из раствора осаждается значительная часть алюминия в виде фторида и криолита (Na 3 AlF 6). Галлий и часть алюминия остаются в растворе.

При нейтралізації кислого розчину содою до рН = 6 осідають галій і .

Подальшого відділення алюмінію від галію можна достич, обробляючи алюмінієво-галієві гідратні опади в автоклаві вапняним молоком, що містить невелику кількість їдкого натру; при цьому галій переходить в розчин,а основна частина алюмінію залишається в осаді. Потім галій осаджують із розчину вуглекислим газом. Отриманий осад містить до 25% Ga 2 Про 3 .Цей осад розчиняють у їдкому натрі при каустичному відношенні 1,7 і обробляють Na 2 S для очищення важких металів, особливо свинцю. Очищений і освітлений розчин піддають електролізу при 60-75° С, напрузі 3-5 і постійному перемішуванні електроліту. Катоди та аноди повинні бути зроблені з нержавіючої сталі.

Відомі та інші способи концентрації окису галію з алюмінієвих розчинів. Так, з електролітичного рафінування алюмінію, що залишається після тришарового методу анодного сплаву, що містить 0,1-0,3% галію, останній може бути виділений шляхом обробки сплаву гарячим розчином лугу. При цьому і галій переходять в розчин, а залишаються в осаді.

Для отримання чистих сполук галію використовують здатність хлориду галію розчинятися в ефірі.

Якщо в алюмінієвих рудах присутній, він постійно накопичуватиметься в алюмінієвих розчинах і при вмісті більше 0,5 г/л V 2 O 5 випадати з гідратом алюмінію при карбонізації в осад і забруднювати алюміній. Для очищення від ванадію маткові розчини упарюють до щільності 1,33 г/см 3 і охолоджують до 30° С, при цьому випадає шлам, що містить більше 5% V 2 O 5 , поряд з содою та іншими лужними сполуками фосфору та миш'яку, з яких він може бути виділений спочатку складною гідрохімічною переробкою, а потім електроліз водного розчину.

Розплавлення алюмінію через його велику теплоємність і приховану теплоту плавлення (392Дж/г) вимагає великих витрат енергії. Тому заслуговує на поширення досвід електролізних заводів, що почали отримання стрічки і катанки безпосередньо з рідкого алюмінію (без розливу в зливки). Крім того, великий економічний ефект може дати отримання з рідкого алюмінію в ливарних цехах електролізних заводів різних сплавів масового споживання,

Галій історія відкриття елемента Про елемент з атомним номером 31 більшість читачів пам'ятають тільки, що це один із трьох елементів, що...

Боксит є основною рудою для алюмінію. Утворення покладів пов'язане з процесом вивітрювання та перенесення матеріалу, в якому, крім гідрооксидів алюмінію, знаходяться й інші хімічні елементи. p align="justify"> Технологія вилучення металу передбачає економічно вигідний процес промислового виробництва без утворення відходів.

Характеристика рудного мінералу

На вигляд боксит є кам'янистою, а рідше — глиноподібною, породою — однорідною або шаруватою за текстурою. Залежно від форми залягання у земній корі вона буває щільною або пористою. По структурі розрізняють мінерали:

уламкові - конгломератові, гравеліти, пісковикові, пелітові;
конкреційні – бобові, оолітові.

Головними мінералами для утворення руди є:

діаспор;
гідрогетит;
гетит;
беміт;
гіббсит;
каолініт;
ільменіт;
алюмогематит;
кальцит;
сидерит;
слюди.

Розрізняють боксити платформні, геосинклінальні та океанічні острови. Родовища алюмінієвої руди утворилися в результаті перенесення продуктів вивітрювання гірських порід з подальшим їх відкладенням та утворенням осаду.

Родовища та видобуток сировини

Боксити видобувають відкритим та підземним способом. Технологічний процес переробки сировини залежить від її хімічного складу та передбачає поетапне виконання робіт.

На першій стадії під впливом хімічних реагентів утворюється глинозем, а на другій з нього шляхом електролізу з розплаву фтористих солей витягують металевий компонент.

Для утворення глинозему використовують кілька методів:

спікання;
гідрохімічний;
комбінований.

Застосування мінерального ресурсу

Використання бокситу у чорній металургії як флюс при виплавці мартенівської сталі покращує технічні характеристики продукції.

Алюміній є одним із найпопулярніших і затребуваних металів. У якій галузі його не додають до складу тих чи інших предметів. Починаючи від приладобудування та закінчуючи авіацією. Властивості цього легкого, гнучкого і неподатливого для корозії металу припали до смаку багатьом галузям виробництва.

Сам алюміній (досить активний метал) у чистому вигляді в природі практично не зустрічається і його видобувають із глинозему, хімічна формула якого – Al2O3. А ось прямим шляхом отримання глинозему є, у свою чергу, алюмінієва руда.

Відмінності щодо насиченості

В основі своєї гідної згадки є лише три види руд, з якими потрібно працювати, якщо ви займаєтеся видобутком алюмінію. Так, даний хімічний елемент дуже поширений, і його можна знайти також в інших сполуках (їх налічують близько двох з половиною сотень). Однак, найбільш рентабельною, з огляду на високу концентрацію, видобуток буде саме з бокситів, алунітів і нефелінів.

Нефелін є лужним утворенням, що з'явилося внаслідок високої температури магми. З однієї одиниці цієї руди вийде до 25% глинозему, як основної сировини. Однак, ця руда алюмінію вважається найбіднішою для здобувачів. Всі сполуки, що містять у собі глинозем у менших кількостях, ніж мають нефеліни – свідомо визнані нерентабельними.

Алуніти утворилися при вулканічній, а також гідротермальній активності. Вони містять до 40% такого необхідного глинозему, будучи «золотою серединою» в нашій трійці руд.

І перше місце з рекордним вмістом оксиду алюмінію у вигляді п'ятдесяти відсотків і більше отримують боксити! Вони по праву вважаються основним джерелом глинозему. Однак, щодо їх походження вчені досі не можуть дійти єдино правильного рішення.

Чи то вони перекочували з початкового місця походження і відклалися після того, як вивітрилися стародавні породи, чи то вийшли осадом після того, як розчинилися деякі вапняки, або взагалі стали результатом розпаду солей заліза, алюмінію і титану, випав осадом. Загалом походження все ще невідоме. Але те, що боксити – найприбутковіші, це вже точно.

Способи добування алюмінію

Видобувають необхідні руди двома способами.

У плані відкритого способу видобутку в родовищах алюмінію заповітного Al 2 O 3 три основних руди діляться на дві групи.

Боксити та нефеліни, як структури з більш високою густиною, зрізуються фрезерним методом за допомогою кар'єрного комбайна. Звичайно, все залежить від виробника та моделі машини, але, в середньому, вона здатна знімати до 60 сантиметрів породи за один раз. Після повного проходу одного шару робиться так звана полиця. Такий метод сприяє безпечному знаходженню на своєму місці оператора комбайна. У разі обвалу і ходова частина, і кабіна з оператором будуть у безпеці.

У другій групі знаходяться алуніти, які, в силу пухкості, видобувають кар'єрні екскаватори з подальшим вивантаженням на самоскиди.

Радикально в інший спосіб є пробивання шахти. Тут принцип видобутку йде так само, як і у вугільному промислі. До речі, найглибшою шахтою алюмінію в Росії є та, що розташована на Уралі. Глибина шахти складає 1550м.

Обробка одержаної руди

Далі, незалежно від вибраного способу видобутку, отримані корисні копалини відправляються в цехи для переробки, де спеціальні дробильні апарати розіб'ють мінерали на фракції розміром приблизно під 110 міліметрів.

Наступним етапом йде отримання додаткових хім. добавок та транспортування до подальшого етапу, яким є спікання породи у печах.

Пройшовши декомпозицію та отримавши на виході з неї алюмінієву пульпу, ми відправимо пульпу на поділ та осушення її від рідини.

На фінальному етапі те, що вийшло, піддається очищенню від лугів і знову вирушає до печі. Цього разу – на загартування. Фіналом всіх процесів стане той самий сухий глинозем, який необхідний для отримання алюмінію через гідроліз.

Нехай пробивання шахти і вважається більш важким способом, але воно несе меншу шкоду довкіллю, ніж відкритий спосіб. Якщо ви за екологію, ви знаєте, що вибрати.

Видобуток алюмінію у світі

У цьому пункті можна сказати, що показники взаємодії з алюмінієм у всьому світі поділяються на два списки. У першому списку будуть країни, які володіють найбільшими природними запасами алюмінію, але, можливо, не всі з цих багатств встигають обробляти. А у другому списку якраз знаходяться світові лідери з безпосереднього видобутку алюмінієвої руди.

Отже, у плані природних (хоч і не скрізь, поки що, реалізованих) багатств ситуація така:

Гвінея
Бразилія
Ямайка
Австралія
Індія

Ці країни, можна сказати, мають переважну більшість Al 2 O 3 у світі. На їхню частку припадає 73 відсотки у сумі. Решта запасів розкидана по всій земній кулі не в таких щедрих кількостях. Гвінея, розташована в Африці, у глобальному сенсі – найбільше родовище алюмінієвих руд у світі. Вона «відхопила» 28%, що навіть понад чверть від загальносвітових покладів цієї корисної копалини.

А ось так справи з процесами видобутку алюмінієвої руди:

Китай – на першому місці та видобуває 86,5 млн. тонн;
Австралія – країна дивовижних тварин із своїми 81,7млн. тонн на другому місці;
Бразилія – 30,7 млн. тонн;
Гвінея, будучи лідером із запасів, у плані видобутку лише на четвертому місці – 19,7 млн. тонн;
Індія – 14,9 млн тонн.

Також до цього списку можна додати Ямайку, здатну видобути 9,7 млн. тонн та Росію, з її показником 6,6 млн. тонн.

Алюміній в Росії

Щодо видобутку алюмінію в Росії, похвалитися певними показниками можуть лише Ленінградська область і, звичайно ж, Урал, як справжня комора корисних копалин. Основний спосіб видобутку – шахтний. Їм добувають чотири п'яті всієї руди країни. Загалом, на території Федерації є понад чотири десятки родовищ нефелінів і бокситів, ресурсу яких вистачить навіть нашим праправнукам.

Однак Росія також займається і ввезенням глинозему з інших країн. Все тому, що місцеві речовини (наприклад, родовище Червона Шапочка в Свердловській області) містять лише половину глинозему. Тоді як китайські чи італійські породи насичені Al 2 O 3 на шістдесят і більше відсотків.

Оглядаючись деякі складнощі з видобутком алюмінію у Росії, має сенс задуматися про виробництві вторинного алюмінію, як це зробили Великобританія, Німеччина, США, Франція та Японія.

Застосування алюмінію

Як ми вже наголошували на початку статті, спектр застосування алюмінію та його сполук вкрай широкий. Навіть на етапах вилучення з породи він дуже корисний. У самій руді, наприклад, знаходяться в малій кількості та інші метали, на кшталт ванадію, титану та хрому, корисні для процесів легування сталі. На етапі глинозему теж є користь, адже глинозем використовується у чорній металургії у ролі флюсу.

Сам метал використовують у виробництві теплового обладнання, кріогенної техніки, бере участь у створенні ряду сплавів у металургії, присутній у скляній промисловості, ракетній техніці, авіації і навіть у харчовій промисловості, як добавка Е173.

Так що, напевно, зрозуміло тільки одне. Протягом багатьох років потреба людства в алюмінії, як і його сполуках, не згасне. Що, відповідно, каже виключно про зростання обсягів його видобутку.