Бокситы, глинозем и рециклинг. Как и из чего производят алюминий

Алюминиевая промышленность

— отрасль цветной металлургии, объединяющая предприятия по выработке металлического алюминия. По масштабам производства и потребления алюминий занимает первое место среди подотраслей цветной металлургии, а среди отраслей металлургии по объёму уступает лишь производству стали. Важнейшими потребителями продукции алюминиевой промышленности являются: авиационная, электротехническая, автомобильная и ряд других отраслей машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, а также строительство, железнодорожный транспорт, химическая, пищевая промышленность.

ТОП-10 стран производителей алюминия

Сегодня ученым известно около 300 видов соединения алюминия. Главной особенностью является износостойкость и возможность переработки без потери качества. Добычей и выплавкой алюминия занимаются многие государства.

США

Производство метала в США находится под угрозой срыва из-за нерентабельности содержания технических помещений. Сегодня по всей Америке ведут работу всего семь компаний. При этом страна все еще остается в списке лидеров по производству. Таким образом, за прошлый год было выплавлено 910 тыс. т.

Саудовская Аравия

В связи с увеличением спроса на металл, правительство Саудовской Аравии рассматривает вариант развития данной отрасли способом открытия новых заводов. Большая часть изготовленного материала используется в пределах государства. Меньшая часть – уходит на реализацию в другие страны. За 2022 год было произведено 936 тыс. т. метала.

Бахрейн

Конец прошлого года показал, насколько стремительно в Бахрайне увеличивается количество выпускаемого объема металла. Планируется, что в 2022 году показатели увеличатся на 20 %. При этом за 2022 год было изготовлено 1 115 млн. т.

Норвегия

На территории государства располагаются заводы других государств, например, Германии, Дании, Бразилии и др. Показатели производства за прошлый год по статистическим данным были максимально низкими и привели к большим убыткам. Несмотря на это Норвегия остается в списке лидирующих стран, изготавливая в среднем за год 1 640 млн. т.

Австралия

Производство алюминия в Австралии постепенно увеличивается с каждым годом, занимая лидирующее место в списке производителей. По данным австралийского Министерства промышленности 2021-2021 год будет стабильно высоким по показателям. В среднем добыча будет составлять 1 680 млн. т. в год.

Объединенные Арабские Эмираты

ОАЭ за последние десятилетия значительно расширились в масштабах. При этом развиваясь внутри государства, увеличивается влияние на мировом промышленном рынке. Крупнейшая компания Emirates Global Aluminum (EGA) по производству металла за прошлый год показала хороший результат, произведя 2 940 млн. т. алюминия.

Канада

Невзирая на конфликт между профсоюза канадского алюминиевого завода Aluminerie de Becancour (ABI) и американскими акционерами в прошлом году производство металла было практически в полном объеме. К концу 2022 года планируется полноценно возобновить все сектора предприятия и увеличить результат минимум на 5 %. Так, в прошлом году завод в провинции Квебек выпустил в массы 3 200 млн. т. металла.

Индия

Группа Vedanta, компания, занимающаяся производством алюминия в Индии, планирует на четвертый квартал 2022 года начало строительства нового завода. Сегодня Индия входит в тройку мировых лидеров по обеспечению других государств металлом. За прошлый год было произведено 3 540 млн. т.

Россия

Большая часть предприятий по изготовлению алюминия в РФ расположены в Сибири. Экспортируемая часть увеличилась на 13 % по сравнению с прошлым годом. Общее количество произведенного алюминия составило 3 620 млн. т.

Китай

По итогам первого квартала 2022 года производство алюминия в Китае упало на 2 %. При этом, никак не влияя на лидирующее место в мире. На конец прошлого года по данным РУСАЛ в Китае было выпущено 35 млн. 710 тыс. т. Имея такие показатели, ни одна страна не сможет приблизиться к Китаю по количеству выпускаемого объема.

Источник

Алюминий: свойства, производство и применение

Физические свойства:

• Высокая тепло- и электропроводность.
• Стойкость к понижению температуры.
• Плотность – 2712 кг/м3.
• Температура плавления: 6580C– технический металл; 6600C– чистый металл.
• Пластичен. Из него можно получать тонкий лист и фольгу.
• Хорошо поддаётся сварке.
• Обладает хорошей светоотражающей способностью.

Химические свойства:

• Алюминий – высоко активен.
• На воздухе образует оксидную плёнку, которая в дальнейшем обеспечивает защиту от коррозии, и не даёт возможности вступать в реакцию с рядом окислителей.
• При нормальных условиях вступает в реакции с бромом и хлором.
• При повышении температуры образует соединения с азотом, йодом, кислородом, серой, фосфором, углеродом.
• Хорошо взаимодействует со щелочами.
• Образует множество сплавов с металлами.

Природные соединения алюминия

В чистом виде алюминий почти никогда не встречается (исключение могут составлять лишь особые восстановительные условия, образующиеся, к примеру, при выходе магмы из жерл вулканов). Гораздо чаще в земной коре присутствуют его соединения:

• Корунд (минеральные разновидности: рубин, сапфир, падпараджа, звёздчатый рубин, лейкосапфир, обыкновенный корунд и наждак)
• Бёмит.
• Диаспор.
• Хризоберилл (александрит).
• Гиббсит.
• Кианит.
• Каолинит.
• Мусковит.
• Алуниты.
• Анортит.
• Андалузит.
• Нефелины.
• Сподумен.
• Силлиманит.
• Криолит.
• Альбит.
• Отроклаз.
• Берилл.
• Шпинель.
• Полевые шпаты.
• Слюды.
• Бокситы.
• Глинозёмы.

В водоёмах содержание алюминия колеблется в пределах:

• От 0,001 до 10 мг/л – пресноводные бассейны рек и озёр.
• 0,01 мг/л – морская вода.

Производство алюминия

Алюминий является одним из самых востребованных металлов современной индустрии. Однако для его производства необходимо пройти несколько этапов, затратить значительное количество энергетических, транспортных и сырьевых ресурсов, использовать много персонала.

Добыча бокситов

Основным видом руды для получения алюминия служат бокситы, причём они являются качественными при содержании искомого минерала в 50% и более. В природе бокситы представлены в глиноподобном виде, массой красно-коричневого кирпичного цвета. Промышленное использование определяется морфологией, составом пород, условиями залегания рудных тел месторождений.

Добычу этого полезного ископаемого осуществляют как открытым (наиболее распространённым), так и закрытым способом (применяемым при значительных глубинах залегания, порядка 500 м и ниже). Проводя при этом бурильные, взрывные работы, используя селективные методы и применяя фрезерные технологии.

Производство глинозёма

Дальнейшим этапом производства алюминия является метод Байера, с помощью которого осуществляется выпуск 90% объёма мирового глинозёма – оксида алюминия Al2O3, представляющего собой порошок белого цвета. Способ достаточно прост и экономичен, но применим лишь для бокситов, отличающихся высоким качеством и малым содержанием примесей (лучше всего для этих целей подходит кремнезём).

Дробление

Прежде всего, добытые бокситы подвергают дроблению, то есть – раздавливания, раскалыванию и ударам с целью получения материала необходимой крупности и затем уже размалываемого с помощью истирания. Это даёт возможность довести материал до раскрытия зёрен искомого компонента, чтобы в дальнейшем сырьё полностью могло отдать находящийся в нём алюминий.

Выщелачивание

После чего раздробленный оксид алюминия растворяют в концентрированной щёлочи. Для достижения максимального эффекта в раствор добавляют известь. В результате данного технологического процесса получается пульпа, содержащая в себе алюминат натрия и посторонние примеси, первоначально входящие в состав боксита – красный шлам. Балласт удаляют, а полезный состав подвергают декомпозиции.

Декомпозиция

Процесс «выкручивания» – выделения кристаллического алюмината натрия в осадок носит название декомпозиции. Достаточно сложная и длительная процедура, включающая в себя разбавление водой с последующим охлаждением раствора в трубчатых теплообменниках, подразделяется на два этапа:

• Гидролиз раствора с получением гидроокиси алюминия.
• Кристаллизация, ускоряемая с помощью затравки и перемешивания.

Электролиз

Следующим этапом производства является электролиз, выполняемый при температуре 9500C в ваннах с расплавом криолита. Пропускаемый через раствор электрический ток, величиной более 400кА, освобождает алюминий от кислорода. Жидкий металл собирается на дне ванны для дальнейшего использования или – в качестве отправляемых потребителям слитков, или – для изготовления сплавов.

Литейное производство

Использования алюминия в чистом виде затруднено в связи с недостаточной прочностью, поэтому для её увеличения используют примеси. Химические соединения этого металла, полученные в металлургических процессах, подразделяются на два вида сплавов:

• Литейные.
• Конструкционные – полученные в результате деформации, которые в дальнейшем могут подвергаться или не подвергаться термическому воздействию.

Литейные сплавы

Основными добавками (легирующими элементами) при производстве литейных алюминиевых сплавов выступают:

• Магний, марганец, медь, кремний, цинк.
• В меньшей степени используются бериллий, литий, цирконий, титан.

Высокие показатели полученного литья определяются:

• Возможностью заполнения расплавом сложных форм, что является проявлением хороших литейных свойств.
• Незначительной массой изготавливаемой продукции, вследствие малого удельного веса самого алюминия.
• Стойкостью к коррозионному воздействию.
• Повышенной механической прочностью и твердостью, по сравнению с исходным материалом.
• Податливостью к обрабатываемым воздействиям.

По получаемым качествам, алюминиевые сплавы можно классифицировать на три вида:

• Конструкционные герметичные. Обладают хорошими антикоррозийными и литейными свойствами.
• Коррозионностойкие. Устойчивы к воздействиям агрессивных химических сред и воды. Достаточно легко обрабатываются в процессе резания и легко поддаются сварке.
• Жаропрочные. Сохраняют свои свойства при повышенных температурах и механических воздействиях.

Прокат

С помощью горячей или холодной прокатки на прокатных станах, алюминию придают форму, удобную для дальнейшего использования. Это может быть фольга, листы различной толщины, шины. В дальнейшем из этих изделий могут быть изготовлены прутки, трубы, разнообразные профили, находящие широкое применение в различных отраслях экономики.

Экструзия

Экструзия – это продавливание размягчённого в результате расплава металла через формирующий профиль. Наиболее наглядно данный процесс демонстрирует обычная бытовая мясорубка. Процесс позволяет уплотнить и повысить прочность материала экструдированного профильного изделия по сравнению с исходным сырьём.

Переработка алюминия

Современные экономические условия и экологические нормы сформировали ряд требований, выполнение которых как нельзя лучше обеспечивает технология переработка отходов алюминия. Дело в том, что металл сохраняется достаточно долгое время, не подвергаясь коррозии, при необходимости – в спрессованном состоянии. Также процесс переработки не требует большого расхода электроэнергии.

Рынок вторичного алюминиевого сырья представлен отходами изделий:

• Электротехнического профиля. Как правило, этот материал содержит в себе минимальное количество примесей.
• Пищевого направления – посуды и ёмкостей.
• Профильного формата, этот материал часто возникает при разделке мебели и стройдеталей.
• Моторного – обычно силумина.
• Средств авиационного и водного транспорта – самолётов, вертолётов, лодок.

Собранный алюминиевый лом подвергается сортировке, прессованию, высушиванию, плавлению. После чего направляется потребителям.

В качестве восстановителя

В силу своих химических свойств, алюминий является сильным восстановителем, так как хорошо вступает в реакцию соединения с кислородом. Данное свойство находит применение для восстановления галогенидов и редких металлов.

В чёрной металлургии

Сталелитейное производство использует алюминий и его сплавы в качестве раскислителей, позволяющих не только избавиться от кислорода, но и исключить возможную пористость готовых изделий под воздействием пузырьков окиси углерода. Также в этой отрасли он применяется в качестве легирующих добавок и модификаторов в виде гранул, порошка и пудры.

Сплавы на основе алюминия

Существуют целые серии сплавов на основе алюминия, пользующихся огромным спросом в качестве конструкционных материалов. В основном это – соединения с магнием, марганцем, медью, легируемые в свою очередь магнием, марганцем, железом и кремнием. Алюминиевые сплавы обладают пластичностью, прочностью, технологичностью, устойчивостью к вибрационным воздействиям и коррозийной стойкостью.

Алюминий, как добавка в другие сплавы

Находит применение алюминий и в сплавах других металлов:

• магния,
• алюминиевой бронзы,
• фехраля,
• стали.

Ювелирные изделия

В последнее время серебристо-белый металл вновь, как полтора столетия назад, стал привлекать внимание ювелиров, желающих внести некоторое разнообразие в стандартный набор используемых материалов. Причём не только в качестве дешёвой бижутерии, но и основы драгоценных изделий, а также и самостоятельных изысканных изделий.

Столовые приборы

Алюминиевые столовые приборы в настоящее время не пользуются такой популярностью, как ранее, по причинам вредности для человеческого здоровья и потери своего внешнего вида в процессе эксплуатации. Хотя некоторое количество их присутствует в общепите. Также некоторая утварь, типа ложек, вилок котелков, фляжек используется в качестве армейской посуды и туристского снаряжения.

Стекловарение

В индустрии производства стекла и стеклянных изделий алюминий и его соединения находят широкое применение:

• Глинозём (окись алюминия) повышает прочность, твёрдость и стойкость к температурным и химическим воздействиям.
• Алюминиевые соли необходимы для производства особых видов стекла.

Пищевая промышленность

Помимо пищевой добавки в продуктах питания E173, алюминий входит в состав антацидных средств, предназначенных для обволакивания органов желудочно-кишечного тракта с целью их обезболивания в ряде заболеваний.

Военная промышленность

Благодаря своим свойствам: лёгкости и податливости, алюминий находит широкое применение в конструкциях разнообразного вида вооружений: от пистолетов и автоматов – до танков, ракет и самолётов. Даже такие экзотические для нашего времени изделия, как арбалеты, шпаги, рапиры, сабли не обходятся без данного минерала.

В ракетной технике

Помимо использования алюминия в качестве материала для изготовления ракет, спутников и иных космических летательных аппаратов; порошок из этого металла, а также окислитель на его основе являются важными компонентами твёрдого топлива – горючего для запуска челноков и ракет.

Алюмоэнергетика

Промежуточная роль алюминия для активизации выработки первичных энергоносителей или непосредственно тепловой и электрической энергии проявляет себя в сравнительно новой отрасли – алюмоэнергетике. Именно здесь, в процессе окисления этого уникального минерала производится:

• Водород из воды.
• Электроэнергия – за счёт воздействия кислородом воздуха в электрохимических генераторах.

Месторождения в России и мире

50 месторождений алюминиевых руд расположено на территории России. Крупнейшие из них расположены в Архангельской, Белгородской, Ленинградской и Свердловской областях, а также в республике Коми.

Мировые бокситные месторождения располагаются в 7 регионах мира:

• Африка – Гвинея и ряд стран в центре и на западе континента.
• Южная Америка – Бразилия, Венесуэла, Гайана и Суринам.
• Карибские острова – Ямайка.
• Европа – Греция и ряд регионов России.
• Азия – Индия, Китай, Турция.
• Австралия.

Мировые запасы

Доказанные запасы алюминиевых руд оцениваются в 30 млрд. тонн, ресурсные оценки Геологической службы США доводят эту цифру до 75 млрд. тонн.

Страны, добывающие алюминий

В 2022 году общемировая выплавка алюминия достигла 60 миллионов тонн, распределившись по странам следующим образом:

• Китай – 33 млн. тонн.
• Россия – 3,71 млн. тонн.
• Индия – 3,68 млн. тонн.
• Канада – 2,9 млн. тонн.
• ОАЭ – 2,6 млн. тонн.
• Австралия – 1,6 млн. тонн.
• Норвегия – 1,35 млн. тонн.
• Бахрейн – 0,995 млн. тонн.
• Саудовская Аравия – 0,916 млн. тонн.
• США – 0,89 млн. тонн.

Алюминий занимает лидирующее положение среди производимых на планете цветных металлов, уступая в общем металлургическом списке лишь стали.

Алюминиевая руда – от добычи до получения металла. Страны-лидеры по добыче алюминия

Здравствуйте, уважаемые читатели проекта Тюлягин! Сегодня мы с вами поговорим о алюминии. В статье вы узнаете для чего выплавляют и где применяется алюминий. Но, главным образом, в статье речь пойдет о сравнении разных стран по производству и выплавке алюминия. В статье вы узнаете какая страна является самым крупным производителем алюминия в мире, а также самых крупных экспортеров и импортеров алюминия в мире. Кроме это мы поговорим и про выплавку первичного алюминия в России. Здесь вы найдете уникальную статистику по выплавке алюминия в СССР и России с 1932 года. Присаживайтесь по удобнее и приятного чтения.

Для чего производят и где применяется алюминий

Алюминий — это легкий металл. Алюминий является самым распространенным металлом в мире. Благодаря своей легкости, прочности, функциональности и стойкости к коррозии, алюминий стал популярен и используется во многих конструкциях.

Если присмотреться, то практически где бы вы не находились, вы можете найти алюминий. Он используется в домах, в транспорте, в различной технике, в том числе мобильных телефонах и компьютерах, и в других предметах быта — холодильниках, микроволновках, в мебели и так далее.

Бокситовая руда – основа мирового производства алюминия

Непосредственно сам серебристый металл получают из глинозема. Это сырье представляет собой оксид алюминия (Аl2О3), получаемый с руд:

Самый распространенный источник получения исходного материала это бокситы, их и считают основной алюминиевой рудой.

Несмотря на уже более чем 130 летнюю историю открытия, понять происхождение алюминиевой руды до сих пор не удалось. Возможно, что попросту в каждом регионе сырье образовалось под воздействием определенных условий. И это создает затруднения, чтобы вывести одну универсальную теорию об образовании бокситов. Основных гипотез происхождения алюминиевого сырья три:

1. Они образовались вследствие растворения некоторых типов известняков, как остаточный продукт.
2. Боксит получился в результате выветривания древних пород с дальнейшим их переносом и отложением.
3. Руда является результатом химических процессов разложения железных, алюминиевых и титановых солей, и выпала как осадок.

Однако, алунитовые и нефелиновые руды образовывались в отличных условиях от бокситов. Первые формировались в условиях активной гидротермальной и вулканической деятельности. Вторые – при высоких температурах магмы.

Алюминиевая руда

Как результат, алуниты, в основном, имеют рассыпчатую пористую структуру. В их составе имеется до 40% различных оксидных соединений алюминия. Но, кроме собственно самой алюмниеносной руды в залежах, как правило, имеются добавки, что влияет на рентабельность их добычи. Считается выгодным разрабатывать месторождение при 50-ти процентном соотношении алунитов к добавкам.

Свойства алюминиевой руды

Боксит представляет собой сложное соединение оксидов алюминия, железа и кремния (в виде различных кварцев), титана, а также с небольшой примесью натрия, циркония, хрома, фосфора и прочих.

Медная руда: свойства, применение, добыча

Самым важным свойством в производстве алюминия является «вскрываемость» бокситов. То есть насколько просто будет отделить от него ненужные кремниевые добавки, чтобы получить исходное сырье для выплавки металла.

Основа получения алюминия – глинозем. Чтобы он образовался, руду перемалывают в мелкий порошок, и прогревают паром, отделяя большую часть кремния. И уже эта масса будет сырьем для выплавки.

Чтобы получить 1 тонну алюминия, потребуется около 4-5 тонн бокситов, с которых после обработки образуется около 2 тонн глинозема, а уже потом можно получить металл.

Методы добычи алюминия

Алюминий — сравнительно молодой металл, впервые добыть который удалось чуть более века назад. На протяжении всего времени технология добычи алюминия все время совершенствовалась, с учетом всех химических и физических свойств.

Получение металла возможно только из глинозема, для образования которого руда измельчается до состояния порошка и прогревается паром. Так удается избавиться от большей части кремния и оставить оптимальное сырье для последующей выплавки.

Добыча алюминиевой руды ведется открытым способом, если глубина залегания небольшая. Бокситы и нефелины, ввиду их плотной структуры, обычно срезают с помощью карьерного комбайна фрезерным способом. Алуниты относятся к ряду рыхлых пород, потому для ее снятия оптимален карьерный экскаватор. Последний сразу же грузит породу на самосвалы для дальнейшей транспортировки.

После добычи первичного сырья следует несколько обязательных этапов обработки породы с целью получения глинозема:

1. Транспортировка в подготовительный цех, где дробильными аппаратами порода измельчается до фракции около 110 мм.
2. Подготовленное сырье вместе с дополнительными компонентами отправляется на дальнейшую обработку.
3. В печах осуществляется спекание породы. При необходимости алюминиевая руда выщелачивается. Так получается жидкий алюминатный раствор.
4. Следующая стадия — декомпозиция. В результате образуется алюминатная пульпа, которая отправляется на сепарацию и выпаривание жидкости.
5. Очистка от лишних щелочей и печная прокалка.

В итоге получают сухой глинозем, готовый для получения алюминия. Заключительным этапом выступает гидролизная обработка. Помимо описанного выше способа, алюминий добывают и шахтным способом. Так порода вырубается из пластов земли.

Технология разработки алюминиевых залежей. Способы добычи алюминиевой руды

Способы добычи алюминиевой руды При незначительной глубине залегания алюминиеносных пород их добыча ведется открытым способом. Но, сам процесс срезания пластов руды будет зависеть от ее вида, и структуры.

• Кристаллические минералы (чаще бокситы, или нефелины), снимают фрезерным способом. Для этого используются карьерные комбайны. Зависимо от модели такая машина может вести срез пласта толщиной до 600 мм. Толща породы разрабатывается постепенно, образуя после прохода одного слоя полки.

Это делается для безопасного положения кабины оператора и ходовых механизмов, которые в случае непредвиденного обвала будут находиться на безопасном расстоянии.

• Рыхлые алюминиевоносные породы исключают использование фрезерной разработки. Так как их вязкость забивает режущую часть машины. Чаще всего такие типы пород могут срезать при помощи карьерных экскаваторов, которые тут же грузят руду на самосвалы, для дальнейшей транспортировки.

Транспортирование сырья – это отдельная часть всего процесса. Обычно обогатительные комбинаты по возможности стараются возводить неподалеку от разработок. Это позволяет использовать ленточные транспортеры для подачи руды на обогащение. Но, чаще изъятое сырье перевозят самосвалами. Следующий этап, обогащение и подготовка породы для получения глинозема.

1. Руду при помощи ленточного транспортера перемещают в цех подготовки сырья, где может использоваться насколько дробильных аппаратов, измельчающих минералы поочередно до фракции приблизительно в 110 мм.
2. Второй участок подготовительного цеха осуществляет подачу подготовленной руды, и дополнительных добавок на дальнейшую переработку.

1. Следующий этап подготовки, это спекание породы в печах.

Также на этом этапе, возможна обработка сырья выщелачиванием крепкими щелочами. Результатом становится жидкий алюминатный раствор (гидрометаллургическая обработка).

1. Алюминатный раствор проходит стадию декомпозиции. На данном этапе получают алюминатную пульпу, которую в свою очередь отправляют на сепарацию, и выпаривание жидкой составляющей.
2. После чего данную массу очищают от ненужных щелочей, и направляют на прокалку в печах. В результате такой цепочки образуется сухой глинозем необходимый для получения алюминия путем гидролизной обработки.

Сложный технологический процесс требует большого количества топлива, и известняка, а также электроэнергии. Это является основным фактором расположения алюминиевых комбинатов – возле хорошей транспортной развязки, и нахождения рядом залежей необходимых ресурсов.

Однако существует и шахтный способ извлечения, когда порода из пластов вырубается по принципу добычи каменного угля. После чего руду отправляют на подобные производства по обогащению, и извлечению алюминия.

Одна из самых глубоких «алюминиевых» штолен находится на Урале в России, ее глубина достигает 1550 метров!

Как добывают руду алюминия и где ее используют?

Алюминий — это металл, покрытый матово-серебристой оксидной плёнкой, свойства которого определяют его популярность: мягкость, лёгкость, пластичность, высокая прочность, устойчивость к коррозии, электропроводность и отсутствие токсичности. В современных высоких технологиях применению алюминия отведено ведущее место как конструкционному, многофункциональному материалу.

Наибольшую ценность для промышленности в качестве источника алюминия представляет природное сырьё — алюминиевая руда, составляющая горной породы в виде бокситов, алунитов и нефелина.

Промышленные масштабы «крылатого» металла начались лишь в 20 веке. Сегодня, это один из востребованных материалов в различных отраслях от электроники до космической и авиационной промышленности.

Впервые алюминиевая руда в виде серебристого металла была получена в 1825 году в объеме всего лишь нескольких миллиграмм, и до появления массового производства этот металл был дороже золота.

Например, одна из королевских корон Швеции имела в своем составе алюминий, а Д. И. Менделеев в 1889 году получил от британцев дорогой подарок – весы из золота и алюминия.

Какое сырье необходимо для получения алюминиевой руды? Как производят один из самых необходимых в современности материалов?

Бокситовая руда – основа мирового производства алюминия

Непосредственно сам серебристый металл получают из глинозема.

Это сырье представляет собой оксид алюминия (Аl2О3), получаемый с руд:

• Бокситов;
• Алунитов;
• Нефелиновых сиенитов.

Самый распространенный источник получения исходного материала это бокситы, их и считают основной алюминиевой рудой.

Несмотря на уже более чем 130 летнюю историю открытия, понять происхождение алюминиевой руды до сих пор не удалось. Возможно, что попросту в каждом регионе сырье образовалось под воздействием определенных условий. И это создает затруднения, чтобы вывести одну универсальную теорию об образовании бокситов.

Основных гипотез происхождения алюминиевого сырья три:

1. Они образовались вследствие растворения некоторых типов известняков, как остаточный продукт.
2. Боксит получился в результате выветривания древних пород с дальнейшим их переносом и отложением.
3. Руда является результатом химических процессов разложения железных, алюминиевых и титановых солей, и выпала как осадок.

Однако, алунитовые и нефелиновые руды образовывались в отличных условиях от бокситов. Первые формировались в условиях активной гидротермальной и вулканической деятельности. Вторые — при высоких температурах магмы.

Как результат, алуниты, в основном, имеют рассыпчатую пористую структуру. В их составе имеется до 40% различных оксидных соединений алюминия. Но, кроме собственно самой алюмниеносной руды в залежах, как правило, имеются добавки, что влияет на рентабельность их добычи. Считается выгодным разрабатывать месторождение при 50-ти процентном соотношении алунитов к добавкам.

Нефелины обычно представлены кристаллическими образцами, которые кроме алюминиевого оксида содержат добавки в виде различных примесей. Зависимо от состава, такой тип руды классифицируют по типам. Самые богатые имеют в своем составе до 90% нефелинов, второсортные 40-50%, если минералы беднее этих показателей, то не считается нужным вести их разработку.

Имея представления, о происхождении полезных ископаемых, геологическая разведка может довольно точно определить места нахождения залежей алюминиевых руд. Также условия формирования, влияющие на состав и структуру минералов, определяют способы добычи. Если месторождение считается рентабельным, налаживают его разработку.

Свойства алюминиевой руды

Боксит представляет собой сложное соединение оксидов алюминия, железа и кремния (в виде различных кварцев), титана, а также с небольшой примесью натрия, циркония, хрома, фосфора и прочих.

Самым важным свойством в производстве алюминия является «вскрываемость» бокситов. То есть насколько просто будет отделить от него ненужные кремниевые добавки, чтобы получить исходное сырье для выплавки металла.

Сырьевым источником могут служить природные залежи бокситов, нефелинов, алунитов, глин, и каолинов. Наиболее насыщены соединениями алюминия бокситы. Глины и каолины представляют самые распространённые породы со значительным содержанием в них глинозёма. Залежи этих минералов находятся на поверхности земли.

Алюминиевая руда в природе существует только в виде бинарного соединения металла с кислородом. Добывают это соединение из природных горных руд в виде бокситов, состоящих из окислов нескольких химических элементов: алюминия, калия, натрия, магния, железа, титана, кремния, фосфора.

Основа получения алюминия – глинозем. Чтобы он образовался, руду перемалывают в мелкий порошок, и прогревают паром, отделяя большую часть кремния. И уже эта масса будет сырьем для выплавки.

Чтобы получить 1 тонну алюминия, потребуется около 4-5 тонн бокситов, с которых после обработки образуется около 2 тонн глинозема, а уже потом можно получить металл.

Технология разработки алюминиевых залежей. Способы добычи алюминиевой руды

При незначительной глубине залегания алюминиеносных пород их добыча ведется открытым способом. Но, сам процесс срезания пластов руды будет зависеть от ее вида, и структуры.

• Кристаллические минералы (чаще бокситы, или нефелины), снимают фрезерным способом. Для этого используются карьерные комбайны. Зависимо от модели такая машина может вести срез пласта толщиной до 600 мм. Толща породы разрабатывается постепенно, образуя после прохода одного слоя полки.

Это делается для безопасного положения кабины оператора и ходовых механизмов, которые в случае непредвиденного обвала будут находиться на безопасном расстоянии.

• Рыхлые алюминиевоносные породы исключают использование фрезерной разработки. Так как их вязкость забивает режущую часть машины. Чаще всего такие типы пород могут срезать при помощи карьерных экскаваторов, которые тут же грузят руду на самосвалы, для дальнейшей транспортировки.

Транспортирование сырья — это отдельная часть всего процесса. Обычно обогатительные комбинаты по возможности стараются возводить неподалеку от разработок. Это позволяет использовать ленточные транспортеры для подачи руды на обогащение. Но, чаще изъятое сырье перевозят самосвалами. Следующий этап, обогащение и подготовка породы для получения глинозема.

• Руду при помощи ленточного транспортера перемещают в цех подготовки сырья, где может использоваться насколько дробильных аппаратов, измельчающих минералы поочередно до фракции приблизительно в 110 мм.
• Второй участок подготовительного цеха осуществляет подачу подготовленной руды, и дополнительных добавок на дальнейшую переработку.
• Следующий этап подготовки, это спекание породы в печах.

Также на этом этапе, возможна обработка сырья выщелачиванием крепкими щелочами. Результатом становится жидкий алюминатный раствор (гидрометаллургическая обработка).

• Алюминатный раствор проходит стадию декомпозиции. На данном этапе получают алюминатную пульпу, которую в свою очередь отправляют на сепарацию, и выпаривание жидкой составляющей.
• После чего данную массу очищают от ненужных щелочей, и направляют на прокалку в печах. В результате такой цепочки образуется сухой глинозем необходимый для получения алюминия путем гидролизной обработки.

Сложный технологический процесс требует большого количества топлива, и известняка, а также электроэнергии. Это является основным фактором расположения алюминиевых комбинатов – возле хорошей транспортной развязки, и нахождения рядом залежей необходимых ресурсов.

Однако существует и шахтный способ извлечения, когда порода из пластов вырубается по принципу добычи каменного угля. После чего руду отправляют на подобные производства по обогащению, и извлечению алюминия.

Одна из самых глубоких «алюминиевых» штолен находится на Урале в России, ее глубина достигает 1550 метров!

Страны лидеры по добыче алюминиевых руд

Jсновные месторождения алюминия сосредоточены в регионах с тропическим климатом, а большая часть 73% залежей приходятся на всего 5 стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. Из них самые богатые запасы имеет Гвинея более 5 млрд. тонн (28%от мировой доли).

Если разделить запасы и объемы по добыче, то можно получить следующую картину:

• 1-е место – Африка (Гвинея).
• 2-е место – Америка.
• 3-е место – Азия.
• 4-е место – Австралия.
• 5-е – Европа.

Пятерка лидеров стран по добыче алюминиевой руды представлена в таблице

Также к основным добытчикам алюминиевых руд относятся: Ямайка (9,7 млн. т.), Россия (6,6), Казахстан (4,2), Гайана (1,6).

Разработка месторождений алюминиевых руд в России

В нашей стране есть несколько богатых залежей алюминиевых руд, сосредоточенных на Урале, и в Ленинградской области. Но, основным способом добычи бокситов у нас, является более трудоемкий закрытый шахтный метод, которым извлекают около 80% от общей массы руд в России.

Лидеры по разработке месторождений – акционерное общество «Севуралбокситруда», АО Бакситогорский глинозем, Южно-Уральские бокситовые рудники. Однако их запасы исчерпываются. Вследствие чего России приходится импортировать около 3 млн. тонн глинозема в год.

В общей сложности на территории страны разведано 44 месторождения различных алюминиевых руд (бокситов, нефелинов), которых по оценкам, должно хватить на 240 лет, при такой интенсивности добычи как сегодня.

Импорт глинозема обусловлен низким качеством руды в залежах, например, на месторождении Красная Шапочка добывают боксит с 50% глиноземным составом, тогда как в Италии извлекают породу с 64% оксида алюминия, а в Китае 61%.

Применение алюминиевой руды

В основном до 60% рудного сырья используется для получения алюминия. Однако богатый состав позволяет извлекать из него, и другие химические элементы: титан, хром, ванадий и прочие цветные металлы, необходимые в первую очередь в качестве легирующих добавок для улучшения качеств стали.

Как вспоминалось выше технологическая цепочка получения алюминия обязательно проходит через стадию образования глинозема, который также используют в качестве флюсов в черной металлургии.

Богатый состав элементов в алюминиевой руде используется и для производства минеральной краски. Также способом плавки производится глиноземный цемент – быстро застывающая прочная масса.

Еще один материал, получаемый из бокситов – электрокорунд. Его получают путем плавления руды в электропечах. Это очень твердое вещество, уступающее только алмазу, что делает его востребованным в качестве абразива.

Также в процессе получения чистого металла образуются отходы – красный шлам. Из него извлекают элемент – скандий, который применяется в производстве алюминиево-скандиевых сплавов, востребованных в автомобильной промышленности, ракетостроении, выпуске электроприводов, и спортивного оборудования.

Альтернатива алюминиевым рудам

Развитие современного производства требует все больших объемов алюминия. Однако не всегда рентабельно разрабатывать месторождения, или импортировать глинозем из-за границы. Поэтому все чаще используется выплавка металла с использованием вторичного сырья.

Например, такие страны как США, Япония, Германия, Франция, Великобритания в основном производят вторичный алюминий, по объемам составляющий до 80% от общемировой выплавки.

Вторичный металл обходится намного дешевле, в сравнении с первичным, для получения которого тратится 20000 кВт энергии/1 тонну.

На сегодня алюминий, получаемый с различных руд, один из востребованных материалов позволяющих получать прочные и легкие изделия, не поддающиеся коррозии. Альтернатив металлу пока не найдено, и в ближайшие десятиле.

Источники:

Страны лидеры по добыче алюминиевых руд

Основные месторождения алюминия сосредоточены в регионах с тропическим климатом, а большая часть 73% залежей приходятся на всего 5 стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. Из них самые богатые запасы имеет Гвинея более 5 млрд. тонн (28%от мировой доли).

Если разделить запасы и объемы по добыче, то можно получить следующую картину:

• 1-е место – Африка (Гвинея).
• 2-е место – Америка.
• 3-е место – Азия.
• 4-е место – Австралия.
• 5-е – Европа.

Пятерка лидеров стран по добыче алюминиевой руды представлена в таблице

Также к основным добытчикам алюминиевых руд относятся: Ямайка (9,7 млн. т.), Россия (6,6), Казахстан (4,2), Гайана (1,6).

Рейтинг стран мира по производству и выплавке алюминия на 2021 год

Лидером с 2002 года по выплавке алюминия в мире вот уже много лет, начиная с 2002 года является Китай. Сегодня Китай выплавляет более половины от мирового производства алюминия в мире. По итогам 2022 года Китай выплавил 36 000 тысяч тонн, тогда как во всем мире было произведено 64 000 тысячи тонн алюминия. Следом за Китаем идут Индия и Россия, они выплавляют примерно равное количество алюминия в год — 3700 и 3600 тысяч тонн соответственно.

Долгое время лидером по производству алюминия в мире были США, вплоть до 2000 года. Сегодня они лишь в конце первой десятки с производством первичного алюминия на уровне около 1100 тысяч тонн. Полный список стран по выплавке первичного алюминия вы можете найти ниже в таблице. В качестве основного источника статистики использовались данные USGS (Геологическая служба США).

Динамика производства алюминия по годам в СССР и России с 1932 года

Выше я прилагаю график с уникальной статистикой по выплавке алюминия в СССР и России с 1932 года. Именно в 1932 году произошло становление производства алюминия в стране. До этих пор алюминий лишь импортировался. Импорт алюминия был высок и в годы ВОВ, в тот период собственных мощностей еще не хватало, и алюминий активно ввозился из зарубежных стран, в том числе из США, Великобритании и Канады. Однако производство алюминия активно росло в послевоенные годы. К концу 1980-х годов выплавка первичного алюминия в СССР достигла 3.5 млн тонн. Как и другие отрасли промышленности после распада СССР добыча цветных металлов в России снижалась. Это происходило в плоть до 1995 года. Затем выплавка первичного алюминия стала расти и уже к 2004 годы Россия превысила рекордную выплавку СССР. Несмотря на это достижение, в последние годы выплавка алюминия в России стала снижаться, достигнув своего пика в 2008 году на уровне 4.19 млн тонн, выплавка по итогам 2022 года составила всего лишь 3.6 млн тонн.

Разработка месторождений алюминиевых руд в России

В нашей стране есть несколько богатых залежей алюминиевых руд, сосредоточенных на Урале, и в Ленинградской области. Но, основным способом добычи бокситов у нас, является более трудоемкий закрытый шахтный метод, которым извлекают около 80% от общей массы руд в России.

Иностранные инвестиции в промышленности России

Лидеры по разработке месторождений – акционерное общество «Севуралбокситруда», АО Бакситогорский глинозем, Южно-Уральские бокситовые рудники. Однако их запасы исчерпываются. Вследствие чего России приходится импортировать около 3 млн. тонн глинозема в год.

В общей сложности на территории страны разведано 44 месторождения различных алюминиевых руд (бокситов, нефелинов), которых по оценкам, должно хватить на 240 лет, при такой интенсивности добычи как сегодня.

Импорт глинозема обусловлен низким качеством руды в залежах, например, на месторождении Красная Шапочка добывают боксит с 50% глиноземным составом, тогда как в Италии извлекают породу с 64% оксида алюминия, а в Китае 61%.

Примечания

1. Социология	Продолжительность жизни · Качество жизни · Человеческий потенциал · Общее счастье · Зарплата (средняя) · Неравенство доходов · Умышленные убийства · Самоубийства · Возраст сексуального согласия · Совершеннолетие · Заключённые · Благотворительность · Потребление: алкоголя (пива) · сигарет · кофе · автомобилей
   Образование	Образование · Грамотность · Среднее образование · Чтение · Математика и естествознание · Компьютерная грамотность
   Информационные технологии	Индекс развития ИКТ · Список стран по числу используемых мобильных телефонов · Список стран по числу пользователей Интернета · Список стран по числу пользователей широкополосного Интернета · Список стран по числу компьютеров на 1000 человек
   Бизнес Экономика	Лёгкость ведения бизнеса · Инновации · Количество патентов · Производство и добыча: нефти · газа · угля · урана · электроэнергии · автомобилей · железной руды · стали · чугуна · бокситов · меди · алюминия · цинка · марганца · висмута · цемента · целлюлозы · бумаги и картона · пшеницы · ржи · риса · ячменя · гречихи · кукурузы · картофеля · молока · рыбы · вина · яблок · Потребление: нефти · Транспорт: железные дороги · автодороги · трубопроводы · внутренние водные пути · морские перевозки · аэропорты · метро
   Макроэкономика	Глобальная конкурентоспособность · ВВП (номинал): на человека · ВВП (ППС): на человека, прогноз · Бюджет · Внешний долг · Золотовалютные резервы · Золотой запас · Запасы нефти · Запасы газа · Запасы угля · Запасы урана · Баланс текущих операций · Торговый баланс · Экспорт · Импорт · Экономическая сложность
   Политика, Армия, Космонавтика	Великие державы · Экономическая свобода · Свобода слова · Демократия · Недееспособность государств · Миролюбие · Вооруженные силы · Военный бюджет · «Ядерный клуб» · «Космический клуб» · Спутники · Космонавты · Полиция · Врачи
   Экология	Экологическая эффективность · Эмиссия СО2 · Эмиссия СО2 на человека

Страны лидеры по экспорту и импорту алюминия

Как я уже писал алюминий сегодня применяется в многих отраслях промышленности, в связи с этим развита не только его выплавка, но и торговля. Страны по всему миру активно экспортируют и импортирует алюминий для своих собственных нужд.

Так крупнейшим экспортером алюминия в мире на начало 2022 года является Канада. В долларовом эквиваленте Канада экспортировала алюминия на сумму более 5.3 млрд долларов. Также в пятерку крупнейших экспортеров алюминия в мире входят Нидерланды, ОАЭ, Россия и Индия. Полный список стран по экспорту алюминия вы можете увидеть в таблице ниже.

Применение алюминиевой руды

В основном до 60% рудного сырья используется для получения алюминия. Однако богатый состав позволяет извлекать из него, и другие химические элементы: титан, хром, ванадий и прочие цветные металлы, необходимые в первую очередь в качестве легирующих добавок для улучшения качеств стали.

Как вспоминалось выше технологическая цепочка получения алюминия обязательно проходит через стадию образования глинозема, который также используют в качестве флюсов в черной металлургии.

Как распределяются расходы на поддержку промышленности?

Богатый состав элементов в алюминиевой руде используется и для производства минеральной краски. Также способом плавки производится глиноземный цемент – быстро застывающая прочная масса.

Еще один материал, получаемый из бокситов – электрокорунд. Его получают путем плавления руды в электропечах. Это очень твердое вещество, уступающее только алмазу, что делает его востребованным в качестве абразива.

Также в процессе получения чистого металла образуются отходы – красный шлам. Из него извлекают элемент – скандий, который применяется в производстве алюминиево-скандиевых сплавов, востребованных в автомобильной промышленности, ракетостроении, выпуске электроприводов, и спортивного оборудования.

Алюминий и его роль в промышленности

Алюминий это один из элементов в таблице Менделеева, он относится к легким металлам. Является наиболее распространенным металлом, а как химический элемент по содержанию в земной коре занимает третье место.

Получить алюминий можно из алюминиевых руд, в первую очередь из бокситов, содержащих от 28 до 80% оксидов алюминия. Нефелиновые сиениты, алунитовые, нефелин-апатитовые породы, также являются сырьем для получения алюминия, но они имеют меньшее процентное содержание оксидов алюминия, чем бокситы, и являются сырьем худшего качества.

Если рассматривать объемы производства цветных металлов в современной экономике, то алюминий занимает первое место. Это связано в первую очередь с тем, что он находит широкое применение в жизни людей, затрагивая достаточно широкий спектр отраслей, таких как транспортное машиностроение, строительство, упаковочное производство, производство потребительских товаров. Алюминий также используют для изготовления кабелей или других изделий, которые используются в электротехнике.

Физико-химические свойства алюминия, позволяют его использовать для изготовления специальных резервуаров, в которых можно хранить и транспортировать жидкие газы, такие как метан, кислород, водород, а так же азотную кислоту, чистую воду. Алюминий широко используется как конструкционный материал ядерных реакторов. При производстве стали алюминий также имеет большое значение, выступая в роли раскислителя.

В нашей повседневной жизни мы достаточно часто сталкиваемся с предметами, для изготовления которых использовался алюминий, например из него изготавливают детали электроприборов для холодильников, стиральных машин. Достаточно часто в быту можно встретить посуду из алюминия, мебель, различный спортивный инвентарь. Алюминий используется также для производства различных видов упаковок, банок для консервов или же одноразовых емкостей, изготовленных из фольги.

На такое широкое применение алюминия в жизни влияют его преимущества в свойствах перед другими конструкционными металлами:

— в первую очередь можно выделить то, что алюминий имеет достаточно небольшой удельный вес;

— во вторых, к его преимуществам перед другими металлами можно отнести высокую коррозионную стойкость;

— алюминий легко поддается обработке, обладает способностью к стопроцентной вторичной переработке, а экономия энергии при этом составляет 95%;

— кроме этого металл обладает высокой электропроводностью и огнестойкостью;

— алюминий устойчив к низким температурам, при которых его прочность, пластичность и вязкость значительно выше.

Альтернатива алюминиевым рудам

Развитие современного производства требует все больших объемов алюминия. Однако не всегда рентабельно разрабатывать месторождения, или импортировать глинозем из-за границы. Поэтому все чаще используется выплавка металла с использованием вторичного сырья.

Импортозамещение – фактор экономической безопасности страны

Например, такие страны как США, Япония, Германия, Франция, Великобритания в основном производят вторичный алюминий, по объемам составляющий до 80% от общемировой выплавки.

Вторичный металл обходится намного дешевле, в сравнении с первичным, для получения которого тратится 20000 кВт энергии/1 тонну.

На сегодня алюминий, получаемый с различных руд, один из востребованных материалов позволяющих получать прочные и легкие изделия, не поддающиеся коррозии. Альтернатив металлу пока не найдено, и в ближайшие десятилетия объемы добычи руды, и выплавки будут только расти.

Основные запасы разведанных бокситов и крупнейшие производители алюминия.

Алюминий — лёгкий металл, который способен справляться почти со всеми металлами. Он также важный металл для авиации, машино-, судо-, вагоностроения. Вторая мировая война стала отправной точкой развития данной отрасли.
Главное сырьё для получения алюминия — бокситы, которые сосредоточены в 18 странах. Преимущественно это страны с жарким и влажным климатом. Но кроме бокситов имеются также заменители, которые на данный момент менее рентабельны. Это, например, алунит, анортозит, угольные отходы и горючие сланцы и другое сырьё.