» » Исходное алюминиевое сырье. Бокситы
03.12.2015

По распространенности в природе алюминий занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.
Вследствие своей высокой химической активности алюминий в природе встречается только в связанном виде (т. е. самородного металла не бывает). Алюминий — металл, обладающий амфотерными свойствами, т. е. он может реагировать с кислотами, образуя соответствующие соли, и со щелочами, образуя алюминаты. Это существенно расширяет возможности извлечения алюминия из руд различного состава. По данным академика А.Е. Ферсмана, число минералов, содержащих алюминий, насчитывает около 250 разновидностей. Они делятся на две примерно равные по количеству видов группы. К первой относятся первичные минералы, образующиеся при кристаллизации магмы и ее производных. Среди них главная роль принадлежит алюмосиликатам, типичными представителями которых являются следующие минералы — ортоклаз, альбит, лейцит и нефелин. Значительно меньше имеют распространение силикаты алюминия — силлиманит, андалузит, дистен. Относительно редкими являются шпинели и свободный оксид алюминия — корунд.
Под воздействием процессов выветривания в земной коре образуются различные вторичные соединения алюминия. Среди них широко распространены минералы гидросиликатов алюминия — каолинит и его разновидности, а также различные гидрослюды, хлориты, цеолиты. Также широко распространены различные гидроксиды и оксиды алюминия, которые являются важнейшей составляющей частью основных алюминиевых руд — бокситов. К ним относятся минералы — гиббсит, бемит, диаспор. К этой же группе относится алунит.
Наиболее важные минералы, из которых можно получать глинозем, приведены в табл. 1.1.
Таким образом, алюминийсодержащие руды в зависимости от составляющих их минералов подразделяются на бокситовое сырье (диаспор, бемит, гиббсит), нефелины, алуниты и алюмосиликатное бесщелочное сырье (каолины, кианиты, каменноугольные золы).
Исходное алюминиевое сырье. Бокситы

Важнейшей алюминиевой рудой в глиноземном производстве России и в мировой практике являются бокситы. Бокситы как сырье впервые были обнаружены во Франции в 1821 г. около города Бо, откуда и возникло их название. Боксит — это сложная горная порода, состоящая из оксидов и гидроксидов алюминия, железа, кремния и титана.
В качестве примесей в них присутствуют карбонаты кальция и магния, гидросиликаты, сульфиды и органические соединения. Основными глиноземсодержащими минералами бокситов являются гиббсит (гидраргиллит), бемит и диаспор. Однако мономинеральные бокситовые руды в природе встречаются редко, гораздо чаще встречаются руды смешанного типа — гиббсит-бемитовые или диаспор-бемитовые. По внешнему виду бокситы напоминают глину, хотя от нее отличаются существенно, т. к. в их основе находятся гидроксиды алюминия.
В пересчете на А12O3 в боксите содержится А12O3 от 30 до 80 %, Fе2O3 — до 50 %, SiO2 — до 20 %, ТiO2 — 10 %.
Выделяют два генетических типа месторождений бокситов:
• остаточно-хемогенный;
• осадочно-хемогенный.
Остаточные месторождения образуются из различных алюмосиликатных пород в процессе их выветривания. Основные мировые залежи бокситов являются остаточно-хемогенными.
Осадочные месторождения образуются в результате накопления продуктов химического и механического выветривания, в котлованах различного происхождения. К этому типу бокситов относят большинство месторождений бокситов в России.
Остаточные бокситы легко подвергаются обогащению промывкой. Залежи бокситов осадочного типа более сложные. Они часто состоят из одного или нескольких слоев, отличающихся по качеству.
Часть бокситов в них может быть замещена бокситовыми или обычными глинами. Такие бокситы более трудно поддаются механическому обогащению.
Производство глинозема во всем мире осуществляется преимущественно из высококачественных бокситов гиббситового или гиббситбемитового типа, которые перерабатываются по способу Байера.
Качество боксита и способ его дальнейшей переработки определяется следующей характеристикой (кремневый модуль):
μSi = Al2O3(%)/SiO2(%).

• Если μSi≥8, то данный боксит перерабатывается по способу Байера.
• Если μSi≤8, то по способу спекания.
Качество боксита также определяется содержанием карбонатов (СO2), наличием соединений серы, цинка, органических и других соединений.
В нашей стране запасы высококачественных бокситов ограничены, они находятся на Урале и относятся к наиболее трудно вскрываемым бокситам диаспорового и диаспор-бемитового типа. Эти бокситы добываются на Североуральском бокситовом руднике (СУБР) с глубины около 1000 метров и добывались на Южно-Уральском бокситовом руднике (ЮУБР) с глубины от 500 метров. Руды этих месторождений представлены следующими минералами: диаспор, бемит, каолинит, шамозит, гематит, кальцит, сидерит, пирит, мельниковит, рутил, анатаз, хлориты.
Бокситы средне-тиманской группы СТБР (республика Коми) имеют среднее качество и относятся к бемит-шамозит-гематитовому типу.
В табл. 1.2 приведен химический состав бокситов СТБР и СУБР.
Исходное алюминиевое сырье. Бокситы

Боксит — масса непластичная, может быть плотной с землистым изломом, может быть пористой с ячеистым изломом, плотность колеблется от 1,2 до 3,5 г/см3, твердость — от 2 до 7, цвет — от белого до кирпичного.
Текстурные и структурные особенности бокситов различны и в зависимости от крепости и прочности цемента выделяются: каменистые, рыхлые и глинистые бокситы. Наиболее типичной и распространенной является бобовая структура бокситов. Существует несколько ее разновидностей, которые определяются количественным соотношением объема бобовин и цементирующей их массы. Они соответствуют различным этапам формирования бокситов как горной породы. Вещественный и химический состав бобовин и цементирующей массы различен.
Исходное алюминиевое сырье. Бокситы

1. Каменистые бокситы (полнобобовые) представляют собой крепкие породы бобовой структуры. Общая окраска: темно-красная, буровато-красная, кирпичная. Бобовины значительно темнее цемента, их количество колеблется в больших пределах.
Изредка встречаются бокситы, почти лишенные цемента и полностью состоящие из бобовин. Полнобобовой называют структуру, образующуюся при тесном соприкосновении бобовин, когда почти вся масса вещества заключена в бобовинах.
Эта структура характерна для наиболее высокоглиноземистых или высокожелезистых бокситов, содержащих незначительное количество алюмосиликатов; содержание оксида кремния в них обычно невелико. Форма бобовин — овальная, реже — круглая. Кроме собственных бобовин наблюдается значительное количество их обломков неправильной или слабоокатанной формы. Размер бобовин и обломков колеблется от 1—2 мм до 10—15 мм. Цемент каменистых бокситов имеет более светлую окраску, но обычно преобладают красные и бурые тона.
2. Рыхлые бокситы (неполнобобовая структура) отличаются от каменистых бокситов меньшей прочностью цемента. Для них характерны более светлые розово-красные, кирпично-красные, палевые и желто-бурые цвета и редко бобовая структура. Количество бобовин по отношению к общей массе боксита составляет 5—20 % и размер их колеблется от 1—2 мм до 6 мм. Бобовины рыхлые, частично выщелоченные с округлой или овальной формой. Так же как и в каменистых разновидностях, встречаются обломки бобовин и посторонние включения. Цемент светлее бобовин. Он кирпично-красный или розовый с землистым изломом. Бокситы такой структуры обычно среднего качества, содержат много алюмосиликатов, входящих в основном в состав цемента.
3. Глинистые бокситы (редкобобовые) мало отличаются от бокситовых глин по внешнему виду, менее вязкие и сухие. Имеют редкобобовую структуру, количество бобовин не превышает 15 % от массы. Размер их до 3 мм. Бобовины и цементирующая масса резко отличаются по химическому и минералогическому составу. Глинистые бокситы характеризуются высоким содержанием каолинита и низким содержанием оксидов железа.
В табл. 1.3 представлены основные области применения бокситов.
Исходное алюминиевое сырье. Бокситы

Кроме ограничений по кремнию, существует по ГОСТам ограничение содержания в боксите серы и СО2. Для производства глинозема по способу Байера и спекания содержание серы не должно превышать 1 %. Содержание СО2 в бокситах, переработанных по способу Байера, не должно превышать 1,5 %. В спекательных бокситах ограничения по СО2 нет.
Исходное алюминиевое сырье. Бокситы
Исходное алюминиевое сырье. Бокситы