Hliníkové rudy krajiny. Vlastnosti ťažby hliníka
Hliníková ruda si získala najväčšiu popularitu v modernom priemysle. Hliník je najbežnejším kovom zo všetkých kovov, ktoré dnes existujú na Zemi. Okrem toho jej patrí tretie miesto v rebríčku z hľadiska počtu ložísk v útrobách Zeme. Hliník je tiež najľahší kov. Hliníková ruda je hornina, ktorá slúži ako materiál, z ktorého sa získava kov. Hliník má určité chemické a fyzikálne vlastnosti, ktoré umožňujú prispôsobiť jeho využitie úplne iným oblastiam ľudskej činnosti. Hliník tak našiel svoje široké uplatnenie v takých odvetviach ako strojárstvo, automobilový priemysel, stavebníctvo, pri výrobe rôznych kontajnerov a obalov, elektrotechniky a iného spotrebného tovaru. Takmer každý domáci spotrebič, ktorý ľudia každý deň používajú, obsahuje hliník v tom či onom množstve.
Existuje obrovské množstvo minerálov, v ktorých bola kedysi objavená prítomnosť tohto kovu. Vedci dospeli k záveru, že tento kov možno extrahovať z viac ako 250 minerálov. Nie je však výhodné extrahovať kov z absolútne všetkých rúd, preto medzi všetkými existujúcimi odrodami sú najcennejšie hliníkové rudy, z ktorých sa kov získava. Sú to: bauxit, nefelín a alunit. Zo všetkých hliníkových rúd sa maximálny obsah hliníka nachádza v bauxite. Obsahujú asi 50 % oxidov hliníka. Ložiská bauxitu sa spravidla nachádzajú priamo na zemskom povrchu v dostatočnom množstve.
Bauxit je nepriehľadná hornina, ktorá má červenú alebo sivú farbu. Najsilnejšie vzorky bauxitu na mineralogickej stupnici sú hodnotené 6 bodmi. Prichádzajú v rôznych hustotách od 2900 do 3500 kg/m3, čo priamo závisí od chemického zloženia.
Bauxitové rudy sa vyznačujú zložitým chemickým zložením, ktoré zahŕňa hydroxidy hliníka, oxidy železa a kremíka, ako aj 40 % až 60 % oxidu hlinitého, ktorý je hlavnou surovinou na výrobu hliníka. Stojí za zmienku, že rovníkové a tropické zóny Zeme sú hlavnými oblasťami, ktoré sú známe ložiskami bauxitovej rudy.
Na nukleáciu bauxitu je potrebná účasť niekoľkých zložiek, vrátane monohydrátu hydrátu oxidu hlinitého, bôhmitu, diaspóry, ako aj rôznych minerálov hydroxidu železa spolu s oxidom železa. Zvetrávanie kyslých, zásaditých a v niektorých prípadoch zásaditých hornín, ako aj pomalé usadzovanie oxidu hlinitého na dne nádrží vedie k tvorbe bauxitovej rudy.
Z dvoch ton oxidu hlinitého je hliník o polovicu menej - 1 tona. A na dve tony oxidu hlinitého je potrebné vyťažiť asi 4,5 tony bauxitu. Hliník možno získať aj z nefelínov a alunitov.
Prvé, v závislosti od ich kvality, môžu obsahovať od 22 % do 25 % oxidu hlinitého. Zatiaľ čo alunity sú o niečo horšie ako bauxity a pozostávajú zo 40% oxidu hlinitého.
Hliníkové rudy Ruska
Ruská federácia je v množstve vyťaženej hliníkovej rudy na 7. mieste spomedzi všetkých krajín sveta. Stojí za zmienku, že táto surovina sa ťaží v kolosálnych množstvách na území ruského štátu. Krajina však pociťuje značný nedostatok tohto kovu a nie je schopná ho poskytnúť v množstve potrebnom na absolútne zásobovanie priemyslu. Toto je prioritný dôvod, prečo Rusko musí nakupovať hliníkové rudy z iných krajín, ako aj rozvíjať ložiská nerastných rúd nízkej kvality.
V štáte je asi 50 ložísk, z ktorých najväčší počet sa nachádza v európskej časti štátu. Radynkskoye je však najstarším ložiskom hliníkových rúd v Rusku. Jeho poloha je Leningradská oblasť. Pozostáva z bauxitu, ktorý je od pradávna hlavným a nenahraditeľným materiálom, z ktorého sa následne vyrába hliník.
názov | % obsahu | Percento celkových rezerv | Stupeň priemyselného rozvoja | |
---|---|---|---|---|
AL203 | Si02 | |||
"Červená čiapočka" Severouralsk | 53.7 | 3.7 | 3.1 | Vo vývoji |
Kalinskoje, Severouralsk | 56.0 | 2.6 | 3.6 | Vo vývoji |
Cheremuzovskoye, región Sverdlosk | 54.2 | 4.0 | 11.0 | Vo vývoji |
Novo-Kalinskoye, Severouralsk | 55.0 | 3.1 | 7.0 | Vo vývoji |
Iksinskoye, sv. Navolok | 53.5 | 17.4 | 11.4 | Vo vývoji |
Vezhayu-Vorykvinskoye. republika Komi | 49.2 | 0.1 | 11.3 | V príprave |
Vislovskoye, Belgorod | 49.1 | 7.9 | 12.1 | V zálohe |
Výroba hliníka v Rusku
Začiatkom dvadsiateho storočia došlo v Rusku k vzniku hliníkového priemyslu. V roku 1932 sa vo Volchove objavil prvý závod na výrobu hliníka. A už 14. mája toho istého roku sa firme podarilo prvýkrát prijať várku kovu. Každým rokom sa na území štátu rozvíjali nové ložiská hliníkovej rudy a uvádzali sa do prevádzky nové kapacity, ktoré boli výrazne rozšírené počas druhej svetovej vojny. Povojnové obdobie pre krajinu bolo poznačené otvorením nových podnikov, ktorých hlavnou činnosťou bola výroba priemyselného tovaru, ktorého hlavným materiálom boli hliníkové zliatiny. Zároveň bol uvedený do prevádzky závod na výrobu oxidu hlinitého Pikalevsky.
Rusko je známe svojou rozmanitosťou tovární, vďaka ktorým sa v krajine vyrába hliník. Z nich je UC Rusal považovaná za najväčšiu nielen v rámci ruského štátu, ale aj na celom svete. V roku 2015 sa mu podarilo vyrobiť asi 3,603 milióna ton hliníka a v roku 2012 spoločnosť dosiahla 4,173 milióna ton kovu.
V modernom priemysle je hliníková ruda najobľúbenejšou surovinou. Rýchly rozvoj vedy a techniky umožnil rozšíriť rozsah jeho aplikácie. Čo je hliníková ruda a kde sa ťaží, je popísané v tomto článku.
Priemyselný význam hliníka
Hliník je považovaný za najbežnejší kov. Z hľadiska počtu ložísk v zemskej kôre je na treťom mieste. Hliník je každému známy aj ako prvok v periodickej tabuľke, ktorý patrí medzi ľahké kovy.
Hliníková ruda je prírodná surovina, z ktorej sa ťaží predovšetkým z bauxitu, ktorý v najväčšom množstve obsahuje oxidy hliníka (oxid hlinitý) – od 28 do 80 %. Ako suroviny na výrobu hliníka sa používajú aj ďalšie horniny - alunit, nefelín a nefelín-apatit, ktoré sú však horšej kvality a obsahujú podstatne menej oxidu hlinitého.
Hliník je na prvom mieste v metalurgii neželezných kovov. Faktom je, že vďaka svojim vlastnostiam sa používa v mnohých priemyselných odvetviach. Tento kov sa teda používa v dopravnom strojárstve, výrobe obalov, stavebníctve a na výrobu rôzneho spotrebného tovaru. Hliník má široké využitie aj v elektrotechnike.
Aby sme pochopili dôležitosť hliníka pre ľudstvo, stačí sa bližšie pozrieť na veci v domácnosti, ktoré používame každý deň. Mnoho predmetov pre domácnosť je vyrobených z hliníka: sú to diely pre elektrické spotrebiče (chladnička, práčka atď.), Riad, športové potreby, suveníry, interiérové prvky. Hliník sa často používa na výrobu rôznych typov nádob a obalov. Napríklad plechovky alebo jednorazové fóliové nádoby.
Druhy hliníkových rúd
Hliník sa nachádza vo viac ako 250 mineráloch. Z nich sú pre priemysel najcennejšie bauxit, nefelín a alunit. Pozrime sa na ne podrobnejšie.
Bauxitová ruda
Hliník sa v prírode nevyskytuje v čistej forme. Získava sa najmä z hliníkovej rudy – bauxitu. Ide o minerál, ktorý väčšinou pozostáva z hydroxidov hliníka, ako aj oxidov železa a kremíka. Pre vysoký obsah oxidu hlinitého (40 až 60 %) sa bauxit používa ako surovina na výrobu hliníka.
Fyzikálne vlastnosti hliníkovej rudy:
- nepriehľadný minerál červenej a šedej farby rôznych odtieňov;
- tvrdosť najsilnejších vzoriek je 6 na mineralogickej stupnici;
- Hustota bauxitu sa v závislosti od chemického zloženia pohybuje od 2900 do 3500 kg/m³.
Ložiská bauxitových rúd sú sústredené v rovníkových a tropických zónach Zeme. Staršie ložiská sa nachádzajú v Rusku.
Ako vzniká bauxitová hliníková ruda?
Bauxit sa tvorí z monohydrátu oxidu hlinitého, boehmitu a diaspóru, trihydrátu hydrargilitu a pridružených minerálov hydroxidu a oxidu železa.
V závislosti od zloženia prírodotvorných prvkov sa rozlišujú tri skupiny bauxitových rúd:
- Monohydrát bauxitu – obsahuje oxid hlinitý v monohydrátovej forme.
- Trihydrát - takéto minerály pozostávajú z oxidu hlinitého v trihydrátovej forme.
- Zmiešané - táto skupina zahŕňa predchádzajúce hliníkové rudy v kombinácii.
Ložiská surovín vznikajú v dôsledku zvetrávania kyslých, zásaditých a niekedy zásaditých hornín alebo v dôsledku postupného usadzovania veľkého množstva oxidu hlinitého na dne morí a jazier.
Alunitové rudy
Tento typ nánosu obsahuje až 40 % oxidu hlinitého. Alunitová ruda vzniká vo vodných nádržiach a pobrežných zónach v podmienkach intenzívnej hydrotermálnej a vulkanickej činnosti. Príkladom takýchto ložísk je jazero Zaglinskoe na Malom Kaukaze.
Hornina je pórovitá. Pozostáva predovšetkým z kaolinitov a hydromikózy. Ruda s obsahom alunitu viac ako 50 % je priemyselne zaujímavá.
Nepheline
Ide o hliníkovú rudu magmatického pôvodu. Je to plne kryštalická alkalická hornina. V závislosti od zloženia a technologických vlastností spracovania sa rozlišuje niekoľko druhov nefelínovej rudy:
- prvý stupeň - 60-90% nefelín; obsahuje viac ako 25 % oxidu hlinitého; spracovanie sa uskutočňuje spekaním;
- druhá trieda - 40-60% nefelín, množstvo oxidu hlinitého je o niečo nižšie - 22-25%; počas spracovania sa vyžaduje obohatenie;
- treťou triedou sú nefelínové minerály, ktoré nemajú žiadnu priemyselnú hodnotu.
Svetová produkcia hliníkových rúd
Hliníková ruda sa prvýkrát ťažila v prvej polovici 19. storočia na juhovýchode Francúzska, neďaleko mesta Box. Odtiaľ pochádza názov bauxit. Spočiatku sa to vyvíjalo pomalým tempom. Ale keď ľudstvo ocenilo, ktorá hliníková ruda bola užitočná na výrobu, rozsah použitia hliníka sa výrazne rozšíril. Mnohé krajiny začali na svojich územiach hľadať ložiská. Svetová produkcia hliníkových rúd sa tak začala postupne zvyšovať. Čísla túto skutočnosť potvrdzujú. Ak teda v roku 1913 bol celosvetový objem vyťaženej rudy 540 tisíc ton, tak v roku 2014 to bolo viac ako 180 miliónov ton.
Postupne sa zvyšoval aj počet krajín ťažiacich hliníkovú rudu. Dnes je ich asi 30, ale za posledných 100 rokov sa vedúce krajiny a regióny neustále menili. Na začiatku 20. storočia boli teda svetovými lídrami v ťažbe hliníkovej rudy a jej výrobe Severná Amerika a západná Európa. Tieto dva regióny predstavovali približne 98 % celosvetovej produkcie. O niekoľko desaťročí neskôr sa Latinská Amerika a Sovietsky zväz stali lídrami v kvantitatívnych ukazovateľoch hliníkového priemyslu. A už v rokoch 1950-1960 sa Latinská Amerika stala lídrom vo výrobe. A v rokoch 1980-1990. nastal rýchly prielom v hliníku a Afrike. V súčasnom celosvetovom trende sú hlavnými poprednými krajinami vo výrobe hliníka Austrália, Brazília, Čína, Guinea, Jamajka, India, Rusko, Surinam, Venezuela a Grécko.
Ložiská rúd v Rusku
Pokiaľ ide o produkciu hliníkovej rudy, Rusko je na siedmom mieste vo svetovom rebríčku. Hoci ložiská hliníkovej rudy v Rusku poskytujú krajine veľké množstvo kovu, nestačí to na úplné zásobovanie priemyslu. Preto je štát nútený nakupovať bauxit z iných krajín.
Celkovo je v Rusku 50 ložísk rudy. Toto číslo zahŕňa miesta, kde sa nerast ťaží, ako aj ložiská, ktoré ešte neboli vyvinuté.
Väčšina rudných zásob sa nachádza v európskej časti krajiny. Tu sa nachádzajú v regiónoch Sverdlovsk, Archangelsk, Belgorod, v republike Komi. Všetky tieto regióny obsahujú 70 % celkových preukázaných zásob rudy v krajine.
Hliníkové rudy v Rusku sa stále ťažia zo starých ložísk bauxitu. Medzi takéto oblasti patrí pole Radynskoye v Leningradskej oblasti. Taktiež Rusko pre nedostatok surovín využíva iné hliníkové rudy, ktorých ložiská sú ložiskami nerastných surovín horšej kvality. Ale stále sú vhodné na priemyselné účely. V Rusku sa teda vo veľkom ťažia nefelínové rudy, ktoré umožňujú získať aj hliník.
Hliník je kov potiahnutý matným filmom oxidu striebra, ktorého vlastnosti určujú jeho popularitu: mäkkosť, ľahkosť, ťažnosť, vysoká pevnosť, odolnosť proti korózii, elektrická vodivosť a nedostatok toxicity. V moderných špičkových technológiách sa používaniu hliníka dáva popredné miesto ako konštrukčný, multifunkčný materiál.
Najväčšiu hodnotu pre priemysel ako zdroj hliníka predstavujú prírodné suroviny - bauxit, horninová zložka vo forme bauxitu, alunitu a nefelínu.
Odrody rúd obsahujúcich oxid hlinitý
Je známych viac ako 200 minerálov, ktoré obsahujú hliník.
Za surovinový zdroj sa považuje iba hornina, ktorá spĺňa nasledujúce požiadavky:
- Prírodné suroviny musia mať vysoký obsah oxidov hliníka;
- Ložisko musí zodpovedať ekonomickej realizovateľnosti jeho priemyselného rozvoja.
- Hornina musí obsahovať hliníkové suroviny vo forme, ktorú je možné v čistej forme ťažiť známymi metódami.
Vlastnosť prírodnej horniny bauxit
Zdrojom surovín môžu byť prírodné ložiská bauxitu, nefelínu, alunitu, ílu a kaolínu. Bauxit je najviac nasýtený zlúčeninami hliníka. Íly a kaolíny sú najbežnejšie horniny s významným obsahom oxidu hlinitého. Ložiská týchto minerálov sa nachádzajú na povrchu zeme.
Bauxit v prírode existuje len vo forme binárnej zlúčeniny kovu s kyslíkom. Táto zlúčenina sa získava z prírodnej hory ruda vo forme bauxitu, pozostávajúceho z oxidov niekoľkých chemických prvkov: hliník, draslík, sodík, horčík, železo, titán, kremík, fosfor.
V závislosti od ložiska obsahuje bauxit 28 až 80 % oxidu hlinitého. Toto je hlavná surovina na získanie jedinečného kovu. Kvalita bauxitu ako hliníkovej suroviny závisí od obsahu oxidu hlinitého. To určuje fyzické vlastnosti bauxit:
- Minerál má skrytú kryštalickú štruktúru alebo je v amorfnom stave. Mnohé minerály majú stužené formy hydrogélov jednoduchého alebo zložitého zloženia.
- Farba bauxitu na rôznych miestach ťažby sa pohybuje od takmer bielej až po tmavočervenú. Existujú ložiská s čiernou farbou minerálu.
- Hustota minerálov obsahujúcich hliník závisí od ich chemického zloženia a je asi 3 500 kg/m3.
- Chemické zloženie a štruktúra bauxitu určuje pevné látky vlastnosti minerál. Najsilnejšie minerály majú tvrdosť 6 jednotiek na stupnici akceptovanej v mineralógii.
- Ako prírodný minerál má bauxit množstvo nečistôt, najčastejšie sú to oxidy železa, vápnika, horčíka, mangánu a nečistoty zlúčenín titánu a fosforu.
Bauxity, kaolíny a íly obsahujú nečistoty iných zlúčenín, ktoré sa pri spracovaní surovín separujú do samostatných priemyselných odvetví.
Len v Rusku používajú ložiská s ložiskami hornín, ktoré obsahujú nižšie koncentrácie oxidu hlinitého.
V poslednej dobe sa oxid hlinitý začal získavať z nefelínov, ktoré okrem oxidu hlinitého obsahujú oxidy kovov ako draslík, sodík, kremík a nemenej cenný kamencový kameň, alunit.
Spôsoby spracovania minerálov obsahujúcich hliník
Technológia výroby čistého oxidu hlinitého z hliníkovej rudy sa od objavenia tohto kovu nezmenila. Jeho výrobné zariadenie sa zdokonaľuje, čo mu umožňuje vyrábať čistý hliník. Hlavné výrobné fázy získavania čistého kovu:
- Ťažba rudy z rozvinutých ložísk.
- Primárne spracovanie odpadových hornín na zvýšenie koncentrácie oxidu hlinitého je proces obohacovania.
- Príprava čistého oxidu hlinitého, elektrolytická redukcia hliníka z jeho oxidov.
Výrobný proces končí kovom s koncentráciou 99,99 %.
Ťažba a ťažba oxidu hlinitého
Oxid hlinitý alebo oxidy hliníka v prírode neexistujú v čistej forme. Extrahuje sa z hliníkových rúd hydrochemickými metódami.
Ložiská hliníkovej rudy v ložiskách zvyčajne vybuchnú, poskytnutie miesta na jeho ťažbu v hĺbke približne 20 metrov, odkiaľ sa vyberie a spustí do procesu ďalšieho spracovania;
- Pomocou špeciálnych zariadení (triediče, triediče) sa ruda drví a triedi, pričom sa likviduje odpadová hornina (hlušina). V tomto štádiu obohacovania oxidom hlinitým sa ako ekonomicky najvýhodnejšie používajú metódy premývania a triedenia.
- Vyčistená ruda usadená na dne koncentračného zariadenia sa v autokláve zmieša so zahriatou hmotou lúhu sodného.
- Zmes prechádza cez sústavu nádob z vysokopevnostnej ocele. Nádoby sú vybavené parným plášťom, ktorý udržuje požadovanú teplotu. Tlak pary sa udržiava na 1,5 až 3,5 MPa, kým sa zlúčeniny hliníka úplne neprenesú z obohatenej horniny na hlinitan sodný v prehriatom roztoku hydroxidu sodného.
- Po ochladení prechádza kvapalina filtračným stupňom, v dôsledku ktorého sa oddelí pevný sediment a získa sa presýtený čistý roztok hlinitanu. Pridaním zvyškov hydroxidu hlinitého z predchádzajúceho cyklu do výsledného roztoku sa rozklad urýchli.
- Na konečné sušenie hydrátu oxidu hlinitého sa používa postup kalcinácie.
Elektrolytická výroba čistého hliníka
Čistý hliník sa vyrába pomocou kontinuálneho procesu, ktorý produkuje kalcinovaný hliník vstupuje do štádia elektrolytickej redukcie.
Moderné elektrolyzéry sú zariadenia pozostávajúce z nasledujúcich častí:
- Vyrobené z oceľového plášťa obloženého uhoľnými blokmi a doskami. Počas prevádzky sa na povrchu telesa kúpeľa vytvorí hustý film zmrazeného elektrolytu, ktorý chráni obloženie pred zničením taveninou elektrolytu.
- Vrstva roztaveného hliníka na dne kúpeľa s hrúbkou 10–20 cm slúži v tomto zariadení ako katóda.
- Prúd je privádzaný do taveniny hliníka cez uhlíkové bloky a zapustené oceľové tyče.
- Anódy, zavesené na železnom ráme pomocou oceľových čapov, sú vybavené tyčami spojenými so zdvíhacím mechanizmom. Ako horenie pokračuje, anóda sa pohybuje nadol a tyče sa používajú ako prvok na napájanie prúdu.
- V dielňach sú elektrolyzéry inštalované postupne v niekoľkých radoch (dva alebo štyri rady).
Dodatočné čistenie hliníka rafináciou
Ak hliník extrahovaný z elektrolyzérov nespĺňa konečné požiadavky, podrobí sa dodatočnému čisteniu rafináciou.
V priemysle sa tento proces vykonáva v špeciálnom elektrolyzéri, ktorý obsahuje tri vrstvy kvapaliny:
- Spodná časť – rafinovaný hliník s prídavkom približne 35 % medi, slúži ako anóda. Meď je prítomná, aby bola hliníková vrstva ťažšia; meď sa v anódovej zliatine nerozpúšťa;
- Stredná vrstva je zmesou fluoridov a chloridov bária, vápnika a hliníka s teplotou topenia asi 730 °C.
- Horná vrstva - čistý rafinovaný hliník tavenina, ktorá sa rozpúšťa v anódovej vrstve a stúpa nahor. V tomto obvode slúži ako katóda. Prúd je dodávaný grafitovou elektródou.
Počas procesu elektrolýzy zostávajú nečistoty v anódovej vrstve a elektrolyte. Výťažok čistého hliníka je 95-98%. Rozvoj ložísk s obsahom hliníka má popredné miesto v národnom hospodárstve, a to vďaka vlastnostiam hliníka, ktorý je v súčasnosti v modernom priemysle na druhom mieste po železe.
V modernom priemysle je hliníková ruda najobľúbenejšou surovinou. Rýchly rozvoj vedy a techniky umožnil rozšíriť rozsah jeho aplikácie. Čo je hliníková ruda a kde sa ťaží, je popísané v tomto článku.
Priemyselný význam hliníka
Hliník je považovaný za najbežnejší kov. Z hľadiska počtu ložísk v zemskej kôre je na treťom mieste. Hliník je každému známy aj ako prvok v periodickej tabuľke, ktorý patrí medzi ľahké kovy.
Hliníková ruda je prírodná surovina, z ktorej sa tento kov získava. Ťaží sa najmä z bauxitu, ktorý v najväčšom množstve obsahuje oxidy hliníka (oxid hlinitý) – od 28 do 80 %. Ako suroviny na výrobu hliníka sa používajú aj ďalšie horniny - alunit, nefelín a nefelín-apatit, ktoré sú však horšej kvality a obsahujú podstatne menej oxidu hlinitého.
Hliník je na prvom mieste v metalurgii neželezných kovov. Faktom je, že vďaka svojim vlastnostiam sa používa v mnohých priemyselných odvetviach. Tento kov sa teda používa v dopravnom strojárstve, výrobe obalov, stavebníctve a na výrobu rôzneho spotrebného tovaru. Hliník má široké využitie aj v elektrotechnike.
Aby sme pochopili dôležitosť hliníka pre ľudstvo, stačí sa bližšie pozrieť na veci v domácnosti, ktoré používame každý deň. Mnoho predmetov pre domácnosť je vyrobených z hliníka: sú to diely pre elektrické spotrebiče (chladnička, práčka atď.), Riad, športové potreby, suveníry, interiérové prvky. Hliník sa často používa na výrobu rôznych typov nádob a obalov. Napríklad plechovky alebo jednorazové fóliové nádoby.
Druhy hliníkových rúd
Hliník sa nachádza vo viac ako 250 mineráloch. Z nich sú pre priemysel najcennejšie bauxit, nefelín a alunit. Pozrime sa na ne podrobnejšie.
Bauxitová ruda
Hliník sa v prírode nevyskytuje v čistej forme. Získava sa najmä z hliníkovej rudy – bauxitu. Ide o minerál, ktorý väčšinou pozostáva z hydroxidov hliníka, ako aj oxidov železa a kremíka. Pre vysoký obsah oxidu hlinitého (40 až 60 %) sa bauxit používa ako surovina na výrobu hliníka.
Fyzikálne vlastnosti hliníkovej rudy:
- nepriehľadný minerál červenej a šedej farby rôznych odtieňov;
- tvrdosť najsilnejších vzoriek je 6 na mineralogickej stupnici;
- Hustota bauxitu sa v závislosti od chemického zloženia pohybuje od 2900 do 3500 kg/m³.
Ložiská bauxitových rúd sú sústredené v rovníkových a tropických zónach Zeme. Staršie ložiská sa nachádzajú v Rusku.
Ako vzniká bauxitová hliníková ruda?
Bauxit sa tvorí z monohydrátu oxidu hlinitého, boehmitu a diaspóru, trihydrátu hydrargilitu a pridružených minerálov hydroxidu a oxidu železa.
V závislosti od zloženia prírodotvorných prvkov sa rozlišujú tri skupiny bauxitových rúd:
- Monohydrát bauxitu – obsahuje oxid hlinitý v monohydrátovej forme.
- Trihydrát - takéto minerály pozostávajú z oxidu hlinitého v trihydrátovej forme.
- Zmiešané - táto skupina zahŕňa predchádzajúce hliníkové rudy v kombinácii.
Ložiská surovín vznikajú v dôsledku zvetrávania kyslých, zásaditých a niekedy zásaditých hornín alebo v dôsledku postupného usadzovania veľkého množstva oxidu hlinitého na dne morí a jazier.
Alunitové rudy
Tento typ nánosu obsahuje až 40 % oxidu hlinitého. Alunitová ruda vzniká vo vodných nádržiach a pobrežných zónach v podmienkach intenzívnej hydrotermálnej a vulkanickej činnosti. Príkladom takýchto ložísk je jazero Zaglinskoye na Malom Kaukaze.
Hornina je pórovitá. Pozostáva predovšetkým z kaolinitov a hydromikózy. Ruda s obsahom alunitu viac ako 50 % je priemyselne zaujímavá.
Nepheline
Ide o hliníkovú rudu magmatického pôvodu. Je to plne kryštalická alkalická hornina. V závislosti od zloženia a technologických vlastností spracovania sa rozlišuje niekoľko druhov nefelínovej rudy:
- prvý stupeň – 60–90 % nefelínu; obsahuje viac ako 25 % oxidu hlinitého; spracovanie sa uskutočňuje spekaním;
- druhý stupeň – 40–60 % nefelín, množstvo oxidu hlinitého je o niečo nižšie – 22–25 %; počas spracovania sa vyžaduje obohatenie;
- treťou triedou sú nefelínové minerály, ktoré nemajú žiadnu priemyselnú hodnotu.
Svetová produkcia hliníkových rúd
Hliníková ruda sa prvýkrát ťažila v prvej polovici 19. storočia na juhovýchode Francúzska, neďaleko mesta Box. Odtiaľ pochádza názov bauxit. Spočiatku sa toto odvetvie rozvíjalo pomalým tempom. Ale keď ľudstvo ocenilo, ktorá hliníková ruda bola užitočná na výrobu, rozsah použitia hliníka sa výrazne rozšíril. Mnohé krajiny začali na svojich územiach hľadať ložiská. Svetová produkcia hliníkových rúd sa tak začala postupne zvyšovať. Čísla túto skutočnosť potvrdzujú. Ak teda v roku 1913 bol celosvetový objem vyťaženej rudy 540 tisíc ton, tak v roku 2014 to bolo viac ako 180 miliónov ton.
Postupne sa zvyšoval aj počet krajín ťažiacich hliníkovú rudu. Dnes je ich asi 30, ale za posledných 100 rokov sa vedúce krajiny a regióny neustále menili. Na začiatku 20. storočia boli teda svetovými lídrami v ťažbe hliníkovej rudy a jej výrobe Severná Amerika a západná Európa. Tieto dva regióny predstavovali približne 98 % celosvetovej produkcie. O niekoľko desaťročí neskôr sa z hľadiska kvantitatívnych ukazovateľov hliníkárskeho priemyslu stali lídrami krajiny východnej Európy, Latinskej Ameriky a Sovietskeho zväzu. A už v 50. – 60. rokoch sa Latinská Amerika stala lídrom vo výrobe. A v rokoch 1980-1990. V Austrálii a Afrike nastal rýchly prelom v hliníkovom priemysle. V súčasnom celosvetovom trende sú hlavnými poprednými krajinami vo výrobe hliníka Austrália, Brazília, Čína, Guinea, Jamajka, India, Rusko, Surinam, Venezuela a Grécko.
Ložiská rúd v Rusku
Pokiaľ ide o produkciu hliníkovej rudy, Rusko je na siedmom mieste vo svetovom rebríčku. Hoci ložiská hliníkovej rudy v Rusku poskytujú krajine veľké množstvo kovu, nestačí to na úplné zásobovanie priemyslu. Preto je štát nútený nakupovať bauxit z iných krajín.
Celkovo je v Rusku 50 ložísk rudy. Toto číslo zahŕňa miesta, kde sa nerast ťaží, ako aj ložiská, ktoré ešte neboli vyvinuté.
Väčšina rudných zásob sa nachádza v európskej časti krajiny. Tu sa nachádzajú v regiónoch Sverdlovsk, Archangelsk, Belgorod, v republike Komi. Všetky tieto regióny obsahujú 70 % celkových preukázaných zásob rudy v krajine.
Hliníkové rudy v Rusku sa stále ťažia zo starých ložísk bauxitu. Medzi takéto oblasti patrí pole Radynskoye v Leningradskej oblasti. Taktiež Rusko pre nedostatok surovín využíva iné hliníkové rudy, ktorých ložiská sú ložiskami nerastných surovín horšej kvality. Ale stále sú vhodné na priemyselné účely. V Rusku sa teda vo veľkom ťažia nefelínové rudy, ktoré umožňujú získať aj hliník.
Francúzske mesto Les Baux de Provence ležiace na juhu krajiny sa preslávilo pomenovaním minerálu bauxit. Práve tam v roku 1821 banský inžinier Pierre Berthier objavil ložiská neznámej rudy. Trvalo ďalších 40 rokov výskumu a testovania, kým sme objavili možnosti novej horniny a uznali ju za perspektívnu pre priemyselnú výrobu hliníka, ktorý v tých rokoch prevyšoval cenu zlata.
Charakteristika a pôvod
Bauxit je primárna hliníková ruda. Prerába sa z nich takmer všetok hliník, ktorý sa kedy na svete vyrobil. Táto hornina je zložená surovina, ktorá sa vyznačuje zložitou a heterogénnou štruktúrou.
Jeho hlavnými zložkami sú oxidy a hydroxidy hliníka. Oxidy železa slúžia aj ako rudotvorné minerály. A medzi najčastejšie nečistoty:
- kremík (reprezentovaný kremeňom, kaolinitom a opálom);
- titán (vo forme rutilu);
- zlúčeniny vápnika a horčíka;
- prvky vzácnych zemín;
- sľuda;
- v malých množstvách gálium, chróm, vanád, zirkónium, niób, fosfor, draslík, sodík a pyrit.
Pôvodom sú bauxity lateritické a krasové (sedimentárne). Prvé, kvalitné, vznikli v klíme vlhkých trópov v dôsledku hĺbkovej chemickej premeny silikátových hornín (tzv. laterizácia). Tie sú menej kvalitné, sú produktom zvetrávania, prenosu a ukladania ílovitých vrstiev na nových miestach.
Bauxity sa líšia v:
- Fyzický stav (skalnatý, zemitý, pórovitý, sypký, hlinený).
- Štruktúra (vo forme úlomkov a hrášku).
- Textúrne prvky (s homogénnym alebo vrstveným zložením).
- Hustota (od 1800 do 3200 kg/m³).
Chemické a fyzikálne vlastnosti
Chemické vlastnosti bauxitu majú široký rozsah spojený s premenlivým zložením materiálu. O kvalite ťažených minerálov však rozhoduje predovšetkým pomer obsahu oxidu hlinitého a oxidu kremičitého. Čím väčšie je množstvo prvého a čím menšie množstvo druhého, tým väčšia je priemyselná hodnota. Banskí inžinieri považujú takzvanú „lámavosť“ za dôležitú chemickú vlastnosť, teda to, ako ľahko možno oxidy hliníka extrahovať z rudného materiálu.
Napriek tomu, že bauxit nemá konštantné zloženie, jeho fyzikálne vlastnosti sa zmenšujú na tieto ukazovatele:
1 | Farba | hnedá, oranžová, tehlová, ružová, červená; menej často sivá, žltá, biela a čierna |
2 | Žily | zvyčajne biele, ale niekedy môžu byť zafarbené nečistotami železa |
3 | Lesknite sa | Nudné a zemité |
4 | Transparentnosť | Nepriehľadné |
5 | Špecifická hmotnosť | 2-2,5 kg/cm³ |
6 | Tvrdosť | 1-3 na Mohsovej mineralogickej stupnici (pre porovnanie, diamant má 10). Vďaka tejto mäkkosti sa bauxit podobá hline. Na rozdiel od nich však pri pridávaní vody netvoria homogénnu plastickú hmotu |
Je zaujímavé, že fyzický stav nemá nič spoločné s užitočnosťou a hodnotou bauxitu. Vysvetľuje sa to tým, že sú spracované na iný materiál, ktorého vlastnosti sa výrazne líšia od pôvodnej horniny.
Svetové zásoby a produkcia
Napriek tomu, že dopyt po hliníku sa neustále zvyšuje, zásoby jeho primárnej rudy postačujú na uspokojenie tejto potreby na niekoľko ďalších storočí, najmenej však 100 rokov výroby.
Americká geologická služba USGS zverejnila údaje, podľa ktorých svetové zásoby bauxitu dosahujú 55-75 miliárd ton. Väčšina z nich je navyše sústredená v Afrike (32 %). Oceánia predstavuje 23 %, Karibik a Južná Amerika 21 %, ázijský kontinent 18 % a ostatné regióny 6 %.
Optimizmus vzbudzuje aj zavedenie procesu recyklácie hliníka, ktorý spomalí vyčerpávanie prírodných zásob primárnej hliníkovej rudy (a zároveň ušetrí spotrebu energie).
Takto vyzerala v roku 2016 desiatka krajín v ťažbe bauxitu, zastúpená rovnakým US Geological Survey.
1 | Austrália | 82 000 |
2 | Čína | 65 000 |
3 | Brazília | 34 500 |
4 | India | 25 000 |
5 | Guinea | 19 700 |
6 | Jamajka | 8 500 |
7 | Rusko | 5 400 |
8 | Kazachstan | 4 600 |
9 | Saudská Arábia | 4 000 |
10 | Grécko | 1 800 |
Vietnam sa ukazuje ako veľmi sľubný a končí rok 2016 s ukazovateľom 1 500 tisíc metrických ton. Malajzia, ktorá bola v roku 2015 tretia, však výrazne obmedzila rozvoj bauxitu v dôsledku očakávaní prísnych environmentálnych zákonov a dnes je na 15. mieste vo svetovom rebríčku.
Bauxit sa zvyčajne ťaží v povrchových jamách. Na získanie pracovnej plošiny sa vrstva rudy odpáli v hĺbke 20 centimetrov a potom sa odstráni. Kusy nerastu sa drvia a triedia: odpadová hornina (tzv. „hlušina“) sa odplavuje prúdom premývacej vody a na dne spracovateľského závodu zostávajú úlomky hutnej rudy.
Najstaršie ložiská bauxitu v Rusku pochádzajú z prekambrickej éry. Nachádzajú sa vo východných Sajanoch (pole Boksonskoye). Mladšia hliníková ruda, pochádzajúca zo stredného a vrchného devónu, sa nachádza na severnom a južnom Urale, v oblastiach Archangeľsk, Leningrad a Belgorod.
Priemyselná aplikácia
Ťažené bauxity sa delia podľa ich následného komerčného využitia na metalurgické, abrazívne, chemické, cementárske, žiaruvzdorné a pod.
Ich hlavné využitie, ktoré tvorí 85 % svetovej produkcie, má slúžiť ako surovina na výrobu oxidu hlinitého (oxid hlinitý).
Technologický reťazec vyzerá takto: bauxit sa zahrieva s lúhom sodným, potom sa filtruje, pevný zvyšok sa vyzráža a kalcinuje. Tento produkt je bezvodý oxid hlinitý, predposledná transformácia v cykle výroby hliníka.
Potom už zostáva len ponoriť do kúpeľa roztaveného prírodného alebo syntetického kryolitu a pomocou elektrolytickej redukcie izolovať samotný kov.
Prvým, kto objavil túto technológiu v roku 1860, bol francúzsky chemik Henri Saint-Clair Deville. Nahradil drahý proces, pri ktorom sa hliník vyrábal vo vákuu z draslíka a sodíka.
Ďalšou dôležitou oblasťou použitia bauxitu je použitie ako abrazíva.
Keď sa oxid hlinitý kalcinuje, výsledkom je syntetický korund, veľmi tvrdý materiál s hodnotením 9 na Mohsovej stupnici. Drví sa, oddeľuje a potom sa pridáva do brúsneho papiera a rôznych leštiacich práškov a suspenzií.
Spekaný, práškový a tavený do okrúhlych granúl, bauxit je tiež vynikajúcim brusivom na pieskovanie. Je ideálny na povrchovú úpravu a vďaka svojmu guľovitému tvaru znižuje opotrebovanie pieskovacieho zariadenia.
Ďalším dôležitým účelom bauxitu je podieľať sa ako propant (materiál, ktorý zabraňuje uzavretiu špeciálne vytvorených porúch) v procese výroby ropy pomocou hydraulického štiepenia. V tomto prípade upravené častice bauxitovej horniny odolávajú hydraulickému tlaku a umožňujú, aby trhliny zostali otvorené tak dlho, ako je potrebné na únik oleja.
Bauxit je tiež nevyhnutný na výrobu ohňovzdorných výrobkov. Pálený oxid hlinitý odolá teplotám až do 1780 C. Táto vlastnosť sa využíva ako na výrobu tehál a betónu, tak aj na tvorbu zariadení pre hutnícky priemysel, špeciálneho skla a dokonca aj ohňovzdorných odevov.
Záver
Chemici a technológovia neustále hľadajú adekvátne náhrady za bauxit, ktoré by svojimi vlastnosťami neboli horšie. Výskum odhalil, že ílovité materiály, elektrárenský popol a ropná bridlica možno použiť na výrobu oxidu hlinitého.
Náklady na celý technologický reťazec sú však mnohonásobne vyššie. Karbid kremíka sa dobre osvedčil ako brúsivo a syntetický mullit ako žiaruvzdorný materiál. Vedci dúfajú, že kým sa prírodné zdroje bauxitu úplne vyčerpajú, nájde sa ekvivalentná náhrada.
Hliník je kov potiahnutý matným filmom oxidu striebra, ktorého vlastnosti určujú jeho popularitu: mäkkosť, ľahkosť, ťažnosť, vysoká pevnosť, odolnosť proti korózii, elektrická vodivosť a nedostatok toxicity. V moderných špičkových technológiách sa používaniu hliníka dáva popredné miesto ako konštrukčný, multifunkčný materiál.
Najväčšiu hodnotu pre priemysel ako zdroj hliníka predstavujú prírodné suroviny - bauxit, horninová zložka vo forme bauxitu, alunitu a nefelínu.
Odrody rúd obsahujúcich oxid hlinitý
Je známych viac ako 200 minerálov, ktoré obsahujú hliník.
Za surovinový zdroj sa považuje iba hornina, ktorá spĺňa nasledujúce požiadavky:
Vlastnosť prírodnej horniny bauxit
Zdrojom surovín môžu byť prírodné ložiská bauxitu, nefelínu, alunitu, ílu a kaolínu. Bauxit je najviac nasýtený zlúčeninami hliníka. Íly a kaolíny sú najbežnejšie horniny s významným obsahom oxidu hlinitého. Ložiská týchto minerálov sa nachádzajú na povrchu zeme.
Bauxit v prírode existuje len vo forme binárnej zlúčeniny kovu s kyslíkom. Táto zlúčenina sa získava z prírodnej hory ruda vo forme bauxitu, pozostávajúceho z oxidov niekoľkých chemických prvkov: hliník, draslík, sodík, horčík, železo, titán, kremík, fosfor.
V závislosti od ložiska obsahuje bauxit 28 až 80 % oxidu hlinitého. Toto je hlavná surovina na získanie jedinečného kovu. Kvalita bauxitu ako hliníkovej suroviny závisí od obsahu oxidu hlinitého. To určuje fyzické vlastnosti bauxit:
Bauxity, kaolíny a íly obsahujú nečistoty iných zlúčenín, ktoré sa pri spracovaní surovín separujú do samostatných priemyselných odvetví.
Len v Rusku používajú ložiská s ložiskami hornín, ktoré obsahujú nižšie koncentrácie oxidu hlinitého.
V poslednej dobe sa oxid hlinitý začal získavať z nefelínov, ktoré okrem oxidu hlinitého obsahujú oxidy kovov ako draslík, sodík, kremík a nemenej cenný kamencový kameň, alunit.
Spôsoby spracovania minerálov obsahujúcich hliník
Technológia výroby čistého oxidu hlinitého z hliníkovej rudy sa od objavenia tohto kovu nezmenila. Jeho výrobné zariadenie sa zdokonaľuje, čo mu umožňuje vyrábať čistý hliník. Hlavné výrobné fázy získavania čistého kovu:
- Ťažba rudy z rozvinutých ložísk.
- Primárne spracovanie odpadových hornín na zvýšenie koncentrácie oxidu hlinitého je proces obohacovania.
- Príprava čistého oxidu hlinitého, elektrolytická redukcia hliníka z jeho oxidov.
Výrobný proces končí kovom s koncentráciou 99,99 %.
Ťažba a ťažba oxidu hlinitého
Oxid hlinitý alebo oxidy hliníka v prírode neexistujú v čistej forme. Extrahuje sa z hliníkových rúd hydrochemickými metódami.
Ložiská hliníkovej rudy v ložiskách zvyčajne vybuchnú, poskytnutie miesta na jeho ťažbu v hĺbke približne 20 metrov, odkiaľ sa vyberie a spustí do procesu ďalšieho spracovania;
- Pomocou špeciálnych zariadení (triediče, triediče) sa ruda drví a triedi, pričom sa likviduje odpadová hornina (hlušina). V tomto štádiu obohacovania oxidom hlinitým sa ako ekonomicky najvýhodnejšie používajú metódy premývania a triedenia.
- Vyčistená ruda usadená na dne koncentračného zariadenia sa v autokláve zmieša so zahriatou hmotou lúhu sodného.
- Zmes prechádza cez sústavu nádob z vysokopevnostnej ocele. Nádoby sú vybavené parným plášťom, ktorý udržuje požadovanú teplotu. Tlak pary sa udržiava na 1,5 až 3,5 MPa, kým sa zlúčeniny hliníka úplne neprenesú z obohatenej horniny na hlinitan sodný v prehriatom roztoku hydroxidu sodného.
- Po ochladení prechádza kvapalina filtračným stupňom, v dôsledku ktorého sa oddelí pevný sediment a získa sa presýtený čistý roztok hlinitanu. Pridaním zvyškov hydroxidu hlinitého z predchádzajúceho cyklu do výsledného roztoku sa rozklad urýchli.
- Na konečné sušenie hydrátu oxidu hlinitého sa používa postup kalcinácie.
Elektrolytická výroba čistého hliníka
Čistý hliník sa vyrába pomocou kontinuálneho procesu, ktorý produkuje kalcinovaný hliník vstupuje do štádia elektrolytickej redukcie.
Moderné elektrolyzéry sú zariadenia pozostávajúce z nasledujúcich častí:
Dodatočné čistenie hliníka rafináciou
Ak hliník extrahovaný z elektrolyzérov nespĺňa konečné požiadavky, podrobí sa dodatočnému čisteniu rafináciou.
V priemysle sa tento proces vykonáva v špeciálnom elektrolyzéri, ktorý obsahuje tri vrstvy kvapaliny:
Počas procesu elektrolýzy zostávajú nečistoty v anódovej vrstve a elektrolyte. Výťažok čistého hliníka je 95-98%. Rozvoj ložísk s obsahom hliníka má popredné miesto v národnom hospodárstve, a to vďaka vlastnostiam hliníka, ktorý je v súčasnosti v modernom priemysle na druhom mieste po železe.