Алюминий − один из наиболее распространенных в природе элементов:
Вследствие высокой химической активности алюминий в природе встре-
чается только в связанном виде. Число минералов, содержащих алюминий,
очень велико: по данным академика А. Е. Ферсмана, таких минералов насчи-
тывается около 250.
Ниже приведены наиболее важные из этих минералов с указанием содер-
Эти отключения, уменьшая производственные мощности, влияют на прибыльность сайта. Когда единицы были небольшими, а оборудование было рудиментарным и недорогим, такие опасности были возможны без ущерба для будущего компаний, а стоимость объектов, таких как затраты на остановку и перезапуск, оставалась ограниченной. Кроме того, рабочая сила была сезонной и нестабильной, а в Альпах рабочие часто были итальянскими иммигрантами, а перерыв в промышленной активности зимой позволил им вернуться в свои дома.
Однако неравномерность источника питания не является проблемой, характерной для периода пионеров алюминия и электричества, но остается актуальной, хотя это обычно не заметно для отечественных потребителей. поставка которых является приоритетом. Однако на современных фабриках полное прекращение производства кажется немыслимым: это поставит под угрозу будущее сайта или даже целую производственную цепочку в регионе, даже частичное закрытие, затрагивающее только несколько танков, изменяет финансовые характеристики подразделения.
жания в них Аl2O3, %:
Корунд Al2O3 100
Диаспор, бемит Al2O3·Н2О 85,0
Шпинель Al2O3·MgO 71,0
Гиббсит (гидраргиллит) Al2O3·3Н2О 65,4
Кианит, андалузит, силлиманит Al2O3·SiO2 63,0
Каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O 39,5
Серицит, мусковит К2О·3Аl2О3·6SiO2·2Н2О 38,4
Алунит К 2 S0 4 ·Аl 2 (S04) 3 ·4Аl(ОН) 3 37,0
Анортит CaO·Al 2 O 3 ·2SiO 2 36,7
Нефелин (Na,К)2O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 32,3÷35,9
Лейцит K 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2 23,5
Единственные допустимые отключения электроэнергии - это очень короткие сроки, и алюминиевым производителям пришлось адаптироваться к сильным ограничениям для распределителей энергии, особенно в периоды пикового потребления. Поскольку внутреннее предложение является приоритетом, поставщики электроэнергии могут сократить мощность на предприятиях, когда спрос становится слишком близким к поставке с предварительным уведомлением. В ходе переговоров по тарифам на электроэнергию принятие Электроинтенсивный клиент таких возможностей позволяет ему добиться существенного снижения цены, но для этого требуется совершенная координация.
Альбит Na 2 O·Al 2 O 3 ·6SiO 2 19,3
Ортоклаз К 2 О·АlО 3 ·6SiO 2 18,4
де алюмосиликаты: полевые шпаты (ортоклаз, альбит), нефелин, минералы
группы силлиманита, лейцит и др. Эти алюмосиликаты имеют первичное
происхождение и являются главной составляющей многих вулканических по-
род. Первичное происхождение имеют также химические соединения оксида
Текущие прерывания имеют разную величину для электролизных заводов, работающих на гидроэнергетике в географически сильно изменяющихся географических зонах. В Соединенных Штатах северо-западные регионы переживают исключительно сухие периоды. в конце десятилетия. Слабо населенные и снабженные мощными гидроэлектростанциями, благодаря великим рекам, таким как Колумбия, они были территорией склонности алюминиевой промышленности, поскольку крупные установки, которые были там с Новый курс: засухи привели к сокращению производства электроэнергии и, следовательно, к повышению его цены.
алюминия с оксидами других металлов (шпинели) и корунд. Прозрачные раз-
новидности корунда, окрашенные оксидами других металлов или бесцветные, являются драгоценными камнями (рубин, сапфир, лейкосапфир).
Под воздействием изменений температуры, кислых и щелочных раство-
ров, углекислоты происходит разрушение горных пород первичного происхо-
Дистрибьюторы энергии увидели, что их отпускные цены были ограничены, в то время как их покупательные цены у производителей взорвались. Банкротства были неизбежны, а сокращение власти даже затронуло внутренних потребителей. Эта исключительная конфигурация привела к закрытию электролизных установок. Это вызвало долгосрочную потерю доверия к производителям и поставщикам энергии в регионе и серьезно повлияло на конкурентоспособность алюминиевого сектора в Соединенных Штатах, что поставило под угрозу его будущее.
Если ситуация в Соединенных Штатах является экстремальной, поскольку в конечном итоге это подразумевает отвод алюминиевой промышленности, более частым случаем является нехватка электроэнергии на местном уровне с участием остановок танков. Завод расположен в Камеруне, в Эдеа, на водопаде Санага. Великая река страны находится в 60 км от ее устья.
ждения. В результате такого разрушения образовались многочисленные вто-
ричные породы, которые характеризуются более высоким содержанием окси-
да алюминия. В составе этих вторичных пород алюминий находится в виде
гидроксидов (бокситы), каолинита (глины, каолины, глинистые сланцы), алу-
нита (алунитовые породы). Из алюминиевой руды, как правило, сначала получают оксид алюминия (глинозем). Далеко не все горные породы, содержащие алюминий, можно использовать для получения глинозема.
Плотина на Санаге должна была обеспечить без большой проблемы такой поток. Завод и нижняя часть бассейна Санага расположены во влажной тропической зоне Гвинейского залива, но более сухие тропические районы происходят вверх по течению. Поэтому поток Санаги подвержен сильным колебаниям между сезоном дождей и сухим сезоном.
В условиях хронической нехватки электроэнергии, связанной с нерегулярными потоками, производители алюминия могли стремиться диверсифицировать свои источники энергии. Они почти всегда предпочитали другой путь: обеспечение гидроэлектростанции путем регуляризации водотоков. В зависимости от правовой базы, их финансовых возможностей и их стратегических целей они делают это напрямую или совместно с производителями энергии. В последнем случае, привилегированном после Второй мировой войны, они берут на себя обязательство покупать в течение длительного периода времени определенное количество электроэнергии, которая принесет прибыль гидроэлектрическим инвестициям.
При оценке качества алюминиевой руды учитывают целый ряд факторов:
химический и минералогический состав руды, возможность извлечения из нее глинозема известными способами, а также условия залегания руды, удаленность месторождения от путей сообщения, наличие источников топлива, воды и многие другие. В настоящее время в качестве алюминиевых руд используют бокситы, нефелиновые и алунитовые породы, каолины, кианитовые породы. Возможным сырьем для получения глинозема также являются серициты, высокоглиноземистые золы, образующиеся при сжигании углей, металлургические шлаки, отходы обогащения углей.
В целом производство электроэнергии этими компаниями составляло 16% французского производства, но на их долю приходилось 27% национального производства гидроэлектроэнергии. Масштабы этих показателей показывают важную роль промышленников в гидроэлектрическом оборудовании. Конечно, Пешине, производитель электроэнергии, сам был с его алюминиевыми заводами, его первым клиентом. Но доля производства, приписываемая национальной сети, была большой, и она могла меняться в зависимости от экономической ситуации.
В периоды низких цен на металлы часто было более интересно продавать электроэнергию дистрибьюторам, поскольку внутреннее потребление не менялось так сильно, как промышленность. Рисунок 6: Плотина Биссорта в Мориенне, крупный проект гидроэнергетики в Пешине.
Бокситы − важнейшая алюминиевая руда. На долю бокситов приходится
основная часть мирового производства глинозема. Алюминиевая промышленность зарубежных стран практически полностью работает только на бокситах.
В нашей стране наряду с бокситами для производства глинозема в значитель-
ных количествах используются нефелиновые и алунитовые руды.
Источник: Министерство промышленности. Основные структуры регулирования потока были построены в межвоенный период и глубоко изменили ландшафты и географию энергетики в развитых странах, особенно во Франции. На рисунке 6 показана каркас плотины: долина, небольшой ледниковый пупок, на большой высоте.
Чамбонская плотина имеет большую пропускную способность в Биссорте, 51 миллион кубических метров, но падение меньше, потому что резервуар находится на дне долины. Тем не менее, они представляют собой очень важные инвестиции для фирм и составляют самую большую работу, выполненную в то время, а высокая горная плотина, такая как Биссорт, была техническим подвигом, вызвавшим энтузиазм и вопросы. долгосрочная рентабельность, поэтому они были разработаны устойчивым образом и, по сути, они остаются сегодня, более чем через 70 лет после их строительства и без существенных преобразований, существенные детали в гидроэлектрическом оборудовании французских Альп.
Бокситы являются сложной горной породой, алюминий в которых нахо-
дится в виде гидроксидов − диаспора и бемита (одноводные оксиды), гиббсита
или гидраргиллита (трехводный оксид). Наряду с гидроксидами часть алю-
миния может находиться в бокситах в виде корунда, каолинита и других минералов. Кроме того, в состав боксита в виде различных химических соединений входят железо, кремний, титан и другие элементы. Железо может находиться в бокситах в виде гематита Fе2О3, гетита 2Fе 2 0 3 .Н 2 О, сидерита FеСО 3 , пирита FeS 2 , шамозита 4FеО·Аl 2 O 3 ·3SiO 2 ·4Н 2 O и ряда других соединений. Кремний присутствует в бокситах в виде кварца, опала, халцедона (различные модифи-
Как только контроль над потоками был достигнут плотинами, алюминиевая промышленность снова была первой, кто создал сети высокого напряжения, чтобы объединить свои заводы даже на больших расстояниях. Таким образом, самый дальний может извлечь выгоду из вклада крупных плотин. Важность производителей алюминия в развитии гидроэлектричества во Франции была признана в мире энергетики. Когда алюминиевые фирмы смогли сохранить право собственности на свои энергоресурсы, они имели значительное преимущество перед своими конкурентами с точки зрения себестоимости электроэнергии и, следовательно, металла.
кации SiO2), каолинита, шамозита и некоторых других минералов. Основные
титановые минералы в бокситах: анатаз и рутил TiO 2 и ильменит FeO·TiO 2 . В
бокситах могут присутствовать также карбонаты кальция СаСО3 и магния
MgCO 3 , органические соединения, соединения серы, фосфора, хрома и других
элементов. Сера присутствует в бокситах в основном в виде пирита и его кол-
Это, в частности, связано с развитием Периконки, 451 км реки, спускающейся с Лабрадорского плато. В отличие от ситуации, сложившейся в межвоенный период, алюминиевая промышленность редко может иметь единицы, которые снабжают ее энергией, поскольку плотины и электростанции он был построен и владел им, как правило, приводил к уступкам. Вода рек является общественным достоянием, а ее собственность в строгом смысле - принадлежностью нации, которая уступает его использованию промышленнику на определенный срок за вознаграждение и обязательства, определенные в концессионном договоре.
лоидной разновидности − мельниковита, фосфор − в виде апатита
3Cа 3 (РO 4) 2 ·СаF 2 . В небольших количествах в бокситах часто присутствуют со-
единения редких элементов: ванадия, галлия, циркония, ниобия и др. Всего в
составе бокситов в виде различных соединений обнаружено 42 химических
элемента. Химический состав бокситов, а также их физические свойства весьма различны. В них содержится Аl 2 О 3 35÷70 %, SiO 2 − от десятых долей до 25 %, Fе 2 О 3 2÷40 %, TiO 2 − от следов до 11 %. Содержание ряда элементов в бокситах измеряется сотыми и даже тысячными долями процента, например ванадия 0,025÷0,15 %, галлия 0,001÷0,007 %.
Но после Второй мировой войны большое движение рационализации и присвоения нацией всех инфраструктур, которые казались монополистами, поразило почти все государства. Модели национализации в глобальном масштабе мало изменились, хотя промышленному лобби иногда удалось сохранить право собственности на свои объекты во время национализации. Алюминиевая группа даже получила возобновление своих уступок на очень выгодных условиях, вызвав значительные разногласия в стране. Эта динамика также вышла из-под контроля из-за все больших сумм, необходимых для строительства гидроэлектрических инфраструктур.
По внешнему виду бокситы часто похожи на глину, цвет их − от белого до темно-красного (чаще всего красный с различными оттенками). Структура бокситов может быть плотной и пористой. Плотность их от 1,2 до 3,5 г/см3 ,твердость от 2 до 7 (по шкале Мооса).
Различают каменистые, рыхлые и глинистые бокситы, которые отличают-
ся не только своими физическими свойствами, но и химическим и минерало-
Уже сейчас стоимость реализации крупных плотин во Франции в межвоенный период представляла собой максимальную возможную финансовую поддержку промышленников, несмотря на поддержку государства. Гидроэнергетическое развитие Драк, символизируемое плотиной Саутет, показывает прогрессивное разъединение промышленников, даже до национализации. Крупный дистрибьютор занимал 42%, а Хаутс Фурно де Шассе остался.
Однако в глобальном масштабе национализация и масштабы инвестиций в гидроэнергетику, особенно в периоды кризисов, привели к тому, что алюминиевая промышленность способствовала массовой закупке электроэнергии у производителей-дистрибьюторов в форме долгосрочные контракты или договорные отношения с поставщиком энергии, принимающим участие в капитале компании, владеющей алюминиевым заводом. Эти запасы электроэнергетических компаний или государств, которые их владеют, подчеркивают интерес к производитель электроэнергии, обладающий электроинтенсивным клиентом, особенно в развивающемся регионе.
гическим составом. Каменистые бокситы являются, как правило, высокожелезистыми; содержание оксида кремния в них обычно невелико. Рыхлые бокси-
ты отличаются от каменистых в основном более высоким содержанием каолинита при уменьшенном количестве гидроксида алюминия. Глинистые бокситы характеризуются высоким содержанием каолинита и низким содержанием оксидов железа.
Когда страна на юге, такая как Камерун, хочет построить оборудование для производства электроэнергии, чтобы электрифицировать страну, она не может найти платежеспособную внутреннюю клиентскую базу, достаточно большую, чтобы сделать ее проект финансово жизнеспособным. поддержать несколько крупных промышленных клиентов, которые в течение длительного времени приобретут достаточно большое количество электроэнергии, чтобы сделать инфраструктуру прибыльной, чтобы алюминиевая промышленность играла центральную роль в оборудовании некоторых стран.
В зависимости от того, в какой минералогической форме гидроксиды
алюминия находятся в бокситах, они делятся на диаспоровые, бемитовые,
гиббситовые и смешанные. В смешанных бокситах одновременно присутствуют две формы гидроксида алюминия (диаспор-бемитовые, гиббсит-бемитовые
бокситы). Наибольшее влияние на качество бокситов оказывает содержание в них
Таким образом, алюминиевая промышленность играет роль стартера в электрооборудовании страны. Но с быстрым ростом внутреннего потребления конкуренция становится жесткой между потребностями фабрик, которые требуют обильной и дешевой электроэнергии и внутренних потребностей, для которых электричество может быть более дорогостоящим. Если конкуренция слишком велика, цены быстро растут, а алюминиевая промышленность задыхается в финансовом отношении. Этот очень упрощенный процесс объясняет его снижение в западноевропейских странах, таких как Франция, тогда как, наоборот, промышленность считается важной для национального богатства и поддержания долгосрочного основного потребления электроэнергии, гарантируя ресурсов, независимо от капризов экономики, то новое оборудование будет построено для удовлетворения спроса и сохранения цен, приемлемых для промышленника.
оксидов алюминия и кремния. Отношение содержания Аl2О3 в боксите к со-
держанию SiO2 (по массе) называют кремневым модулем боксита. Чем
больше величина кремневого модуля, тем выше качество боксита.
По ГОСТ 972−84 в зависимости от вида потребления бокситы
подразделяются на 7 марок:
ЭБ-1 и ЭБ-2 – Производство электрокорунда
ЦБ-1 – Производство глиноземистого цемента
ЦБ-2 – Производство цемента
ОБ – Производство огнеупоров
ГБ – Производство глинозема
МБ – Мартеновское производство стали
Комплексный показатель качества боксита, перерабатываемого на глино-
зем (марка ГБ), зависит от технологической схемы его переработки и от содержания в нем А12O3, SiO2 и других составляющих, которые оказывают влияние на эффективность переработки. Большая часть мировых запасов бокситов сосредоточена в остаточных
месторождениях. Это − основные месторождения Африки, полуострова Индостан, Центральной и Южной Америки, Австралии.
Разведанные запасы бокситов в нашей стране относительно невелики и
качество их в основном невысокое. Кроме того, часть месторождений находится в районах, трудных для освоения, и непригодна для разработки болееэффективным открытым способом.
Наиболее важным является Североуральское месторождение бокситов в
Свердловской области. Ряд месторождений бокситов бемит- диаспорового
типа открыт на Южном Урале в Челябинской области и Башкирской АССР.
Южноуральские бокситы характеризуются повышенным содержанием крем-
незема и оксида углерода (IV), а также высокой твердостью. Их добывают также подземным способом. Добываемые бокситы в среднем содержат, % (по
массе): Аl2O3 50÷53; SiO2 5÷10 и Fе2О3 21÷22. В Северном Казахстане (в районе Тургайского прогиба) известен ряд месторождений гиббситовых бокситов: Амангельдинское, Краснооктябрьское, Белинское, Аятское и др. Тургайские
бокситы в основном относятся к среднежелезистому типу, имеют относительно высокое содержание каолинита и низкий кремневый модуль. Тургайские бокситы добывают открытым способом. В основной массе бокситов в среднем содержится 42÷44 % Аl2O3, 9÷11 % SiO2 и 16÷20 % Fе2О3 при кремневом модуле 4÷5.
В Ленинградской области находится Тихвинское месторождение гиббсит-
бемитовых бокситов. Химический состав и физические свойства тихвинских
бокситов весьма разнообразны, но в целом качество их невысокое. В настоя-
щее время запасы тихвинских бокситов в основном исчерпаны. В Архангель-
ской области в районе Северной Онеги ведется разработка месторождения
гиббсит-бемитовых бокситов. Североонежские бокситы характеризуются вы-
леза (6÷9%), но имеют низкий средний кремневый модуль − около трех. Североонежские бокситы в отличие от бокситов других месторождении содержат относительно много хрома (0,5÷0,8%.Сr2O3); кремнезем (16÷20%) находится в боксите в основном в виде каолинита. Бокситы добывают открытым способом. Зарубежная алюминиевая промышленность в основном работает на высококачественных бокситах гиббситового типа. Лишь в отдельных странах
(Франция, Греция и др.) имеются заводы, работающие на бемитовых бокситах.
Крупные месторождения бокситов находятся в Австралии, на африканском
континенте (Гвинея, Гана), в странах Южной Америки (Суринам, Гайана, на
Ямайке, Бразилия). В Азии большие запасы бокситов имеются
в Индии, Индонезии, Китае, Малайзии. На европейском континенте крупные
месторождения бокситов имеются во Франции, Венгрии, Югославии и Гре-
ции. Такие страны Европы, как ФРГ, Норвегия, Швеция и Англия, обладаю-
щие сравнительно развитой алюминиевой промышленностью, собственных
месторождений бокситов почти не имеют и используют привозное сырье (глинозем и бокситы). Соединенные Штаты значительную часть перерабатывае-
мых бокситов ввозят из других стран. Канада, имеющая развитую алюминие-
вую промышленность, собственных бокситов не имеет и экспортирует сырье
(бокситы и глинозем) из многих стран Америки и Африки.
В нашей стране также перерабатывается некоторое количество бокситов,
поступающих из зарубежных стран: Гвинеи, Югославии, Греции. Поступаю-
щий из Гвинеи гиббситовый боксит имеет следующий состав, % (по массе):
Al 2 O 3 45÷48; Fe 2 O 3 20÷25; SiO 2 1,5÷2,5.
Наряду с бокситами в нашей стране для производства глинозема исполь-
зуют нефелины и алуниты. Вовлечение в производство новых видов сырья
позволило не только расширить сырьевую базу алюминиевой промышленно-
сти, но и более рационально разместить алюминиевую промышленность.
Нефелины входят в состав нефелиновых сиенитов, уртитов и других по-
род. Запасы уртитов были обнаружены на Кольском полуострове − в Хи-
бинских горах. Основными компонентами Кольских уртитов являются апатит
3Cа 3 (РО 4) 2 ·СаF 2 и нефелин (Na, K)2O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 . Содержание апатита в руде
в среднем составляет 43 %, нефелина 38 %, остальное − пироксены, сфен, ти-
таномагнетит, полевой шпат и другие минералы. В природном нефелине моле-
кулярное отношение SiO 2 к Al 2 O 3 несколько более 2; состав нефелина может
быть выражен следующей формулой (Na,К)2O·Al 2 O 3 ·(2+n) SiO 2 ,где n = 0÷0,5.
Руду подвергают флотационному обогащению. При этом получается апа-
титовый концентрат, который используют для производства фосфорных удо-
брений, и нефелиновые хвосты. Хвосты вновь подвергают флотации (пере-
чистке) и получают нефелиновый концентрат − сырье для производства гли-
Нефелиновый концентрат представляет собой измельченный материал, в
котором от 20 до 40 % фракции менее 0,085 мм. Содержание нефелина в нефе-
линовом концентрате достигает 95%.
По техническим условиям (МРТУ 6-12-54−80) нефелиновый концентрат
17,5% (Na 2 O+K 2 O). Средний химический состав концентрата следующий, %
(по массе): Аl 2 O 3 28,5; SiO 2 44; Fe 2 O 3 3,5; (Na 2 O+K 2 O) 18.
Месторождение уртитов Кия-Шалтырское обнаружено в Кемеровской об-
ласти, которое характеризуются высоким качеством и в отличие от других известных нефелиновых руд могут перерабатываться без предварительного обогащения.
По техническим условиям (ТУ 48-0113−81) нефелиновая руда этого месторождения должна содержать не менее 26,5 % Аl 2 O 3 и 12,4,% (Na 2 O+K 2 O в пересчете на Na 2 O). Руда представляет собой светло-серую, средне- и крупнозернистую породу, содержащую в среднем 85 % нефелина. По содержанию оксида алюминия кияшалтырская руда мало отличается от Кольского нефелинового концентрата, но содержит меньше щелочей и больше оксида железа.
Наряду с глиноземом при переработке нефелиновых руд и концентратов
получают соду и поташ. Кроме того, отходы глиноземного производства − белитовые шламы используют для получения цемента. Следовательно, нефелиновые руды являются комплексным сырьем, что делает переработку их экономически целесообразной, несмотря на низкое по сравнению с бокситами содержание глинозема. Алуниты входят в состав алунитовых пород, месторождения которых об наружены в Азербайджане, Казахстане, Узбекистане и на Украине. В минералогическом отношении алунит представляет собой основной сульфат алюминия и калия (или натрия) K 2 SO 4 ·А1 2 (SO 4)3·4А1(ОН) 3 .
Различают натриевую и калиевую разновидности алунита: натриевая – с молекулярным отношением Na 2 O:K 2 O=(1,76÷6):1, калиевая − Na 2 O:K 2 O=1:2. В промышленных месторождениях обычно находится изоморфная смесь этих
двух разновидностей с преобладанием калиевой.
Минералы группы силлиманита (кианит, силлиманит, андалузит) входят
в состав ряда горных пород, месторождения которых обнаружены на Коль-
ском полуострове, в Сибири, на Урале. Наиболее крупным из них является месторождение кианитов на Кольском полуострове. Среднее содержание кианита в руде этого месторождения 30÷40%. При обогащении руды методом флотации выделен концентрат, содержащий до 60 % Аl 2 O 3 . Кианитовый концентрат − хорошее сырье для получения алюмокремниевых сплавов и высокоглиноземистых огнеупоров.
Глины и каолины − наиболее распространенные глиноземсодержащие
породы. В стране имеется ряд крупных месторождений высококачественных
глин и каолинов на Урале и в Сибири. Алюминий находится в глинах в виде
водного алюмосиликата − каолинита. Чистые глины с высоким содержанием
каолинита и соответственно небольшим содержанием примесей называются
каолинами. Качество каолинов, как алюминий содержащего сырья, определя-
ется, прежде всего, содержанием каолинита и возможностью их обогащения.
Каолины в настоящее время используют для получения кремнеалюминиевого
сплава − силикоалюминия непосредственным восстановлением; они являются также возможным сырьем для получения глинозема кислотными способами и способом спекания.
Серицит Ка 2 О·ЗАl 2 O 3 ·6SiO 2 ·2Н 2 О − водный алюмосиликат калия содер-
жит около 10 % К 2 О и свыше 39 % Аl 2 O 3 . При флотационном обогащении не-
которых медных руд получаются хвосты с высоким содержанием серицита.
Повторной флотацией хвостов удается выделить концентрат, состоящий почти
из чистого серицита. Этот концентрат может быть использован для получения
глинозема, щелочи и цемента.
Сырьем для получения глинозема могут служить каменноугольные золы,
отходы обогащения каменных углей и глиноземистые шлаки, образующие-
ся при восстановительной плавке некоторых железных руд. Содержание Аl 2 O 3
в золе от сжигания некоторых углей, а также в хвостах от обогащения углей
достигает 30÷40 %, остальное − в основном кремнезем.
КАК ПРОИЗВОДИТСЯ
АЛЮМИНИЙ
Несмотря на то, что алюминий самый распространенный металл на нашей планете, в чистом виде на Земле его не встретить. Из-за высокой химической активности атомы алюминия легко образуют соединения с другими веществами. При этом «крылатый металл» нельзя получить плавлением руды в печи, как это происходит, например, с железом. Процесс получения алюминия значительно сложнее и основан на использовании электричества огромной мощности. Поэтому алюминиевые заводы всегда строятся рядом с крупными источниками электроэнергии - чаще всего гидроэлектростанциями, не загрязняющими окружающую среду. Но обо всем по порядку.
Добыча бокситов
Производство металла делится на три основных этапа: добыча бокситов - алюминийсодержащей руды, их переработка в глинозем - оксид алюминия, и, наконец, получение чистого металла с использованием процесса электролиза - распада оксида алюминия на составные части под воздействием электрического тока. Из 4-5 тонн бокситов получается 2 тонны глинозема, из которого производят 1 тонну алюминия.
В мире существуют несколько видов алюминиевых руд, но основным сырьем для производства этого металла являются именно бокситы. Это горная порода, состоящая, в основном, из оксида алюминия с примесью других минералов. Боксит считается качественным, если он содержит более 50% оксида алюминия.
Бокситы могут сильно отличаться друг от друга. По структуре они бывают твердые и плотные либо рыхлые и рассыпчатые. По цвету - как правило, кирпично-красные, рыжеватые или коричневые из-за примеси оксида железа. При небольшом содержании железа бокситы имеют белый или серый цвет. Но иногда встречаются руды желтого, темно-зеленого цвета и даже пестрые - с голубыми, красно-фиолетовыми или черными прожилками.
Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточено в странах тропического и субтропического поясов - из них 73% приходится на пять стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. В Гвинее бокситов больше всего - 5,3 миллиарда тонн (28,4%), при этом они высокого качества, содержат минимальное количество примесей и залегают практически на поверхности.
Чаще всего добыча бокситов ведется открытым способом - специальной техникой руду «срезают» слой за слоем с поверхности земли и транспортируют для дальнейшей переработки. Однако в мире есть места, где алюминиевая руда залегает очень глубоко, и для ее добычи приходится строить шахты - одна из самых глубоких шахт в мире «Черемуховская-Глубокая» находится в России, на Урале, ее глубина -1550 метров.
Производство глинозема
Следующим этапом является производственной цепочки является переработка бокситов в глинозем - это оксид алюминия Al2O3, который представляет собой белый рассыпчатый порошок. Основным способом получения глинозема в мире является метод Байера, открытый более ста лет назад, но актуальный до сих пор - около 90% глинозема в мире производятся именно так. Этот способ весьма экономичен, но использовать его можно только при переработке высококачественных бокситов со сравнительно низким содержанием примесей - в первую очередь кремнезема.
Метод Байера основан на следующем: кристаллическая гидроокись алюминия, входящая в состав боксита, хорошо растворяется при высокой температуре в растворе едкого натра (каустической щёлочи, NaOH) высокой концентрации, а при понижении температуры и концентрации раствора вновь кристаллизуется. Посторонние, входящие в состав боксита (так называемый балласт), не переходят при этом в растворимую форму или перекристаллизовываются и выпадают в осадок до того, как производится кристаллизация гидроокиси алюминия. Поэтому после растворения гидроокиси алюминия балласт легко может быть отделен - он называется красный шлам.
Крупные частицы гидроксида алюминия легко отделяются от раствора фильтрованием, их промывают водой, высушивают и кальцинируют - то есть нагревают для удаления воды. Так получают глинозем.
У глинозема нет срока годности, но хранить его непросто, так как при малейшей он возможности активно впитывает влагу - поэтому производители предпочитают как можно быстрее отправлять его на алюминиевое производство. Сначала глинозем складывают в штабели весом до 30 тысяч тонн - получается своеобразный слоеный пирог высотой до 10-12 метров. Потом пирог «нарезают» и грузят для отправки в железнодорожные вагоны - в среднем, в один вагон от 60 до 75 тонн (зависит от вида самого вагона).
Существует еще один, гораздо менее распространенный способ получения глинозема - метод спекания. Его суть заключается в получения твердых материалов из порошкообразных при повышенной температуре. Бокситы спекают с содой и известняком - они связывают кремнезем в нерастворимые в воде силикаты, которые легко отделить от глинозема. Этот способ требует больших затрат, чем способ Байера, но в то же время дает возможность перерабатывать бокситы с высоким содержанием вредных примесей кремнезема.
Криолит
Глинозем выступает непосредственным источником металла в процессе производства алюминия. Но для создания среды, в которой этот процесс будет происходить, необходим еще один компонент - криолит.
Это редкий минерал из группы природных фторидов состава Na3AlF6. Обычно он образует бесцветные, белые или дымчато-серые кристаллические скопления со стеклянным блеском, иногда - почти черные или красновато-коричневые. Криолит хрупкий и легко плавится.
Природных месторождений этого минерала крайне мало, поэтому в промышленности используется искусственный криолит. В современной металлургии его получают взаимодействием плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия и содой.
Производство алюминия
Итак, мы добыли боксит, получили из него глинозем, запаслись криолитом. Все готово для последней стадии - электролизу алюминия. Электролизный цех является сердцем алюминиевого завода и не похож на цеха других металлургических предприятий, производящих, например, чугун или сталь. Он состоит из нескольких прямоугольных корпусов, протяженность которых зачастую превышает 1 км. Внутри рядами установлены сотни электролизных ванн, последовательно подключенных массивными проводами к электричеству. Постоянное напряжение на электродах каждой ванны находится в диапазоне всего 4-6 вольт, в то время как сила тока составляет 300 кА, 400 кА и более. Именно электрический ток является здесь главной производственной силой - людей в этом цехе крайне мало, все процессы механизированы.
В каждой ванне происходит процесс электролиза алюминия. Емкость ванны заполняется расплавленным криолитом, который создает электролитическую (токопроводящую) среду при температуре 950°С. Роль катода выполняет дно ванны, а анода - погружаемые в криолит угольные блоки длиной около 1,5 метров и шириной 0,5 метра, со стороны они выглядят как впечатляющих размеров молот.
Каждые полчаса при помощи автоматической системы подачи глинозема в ванну загружается новая порция сырья. Под воздействием электрического тока связь между алюминием и кислородом разрывается - алюминий осаждается на дне ванны, образуя слой в 10-15 см, а кислород соединяется с углеродом, входящим в состав анодных блоков, и образует углекислый газ.
Примерно раз в 2-4 суток алюминий извлекают из ванны при помощи вакуумных ковшей. В застывшей на поверхности ванны корке электролита пробивают отверстие, в которое опускают трубу. Жидкий алюминий по ней засасывается в ковш, из которого предварительно откачан воздух. В среднем, из одной ванны откачивается около 1 тонны металла, а в один ковш вмещается около 4 тонн расплавленного алюминия. Далее этот ковш отправляется в литейное производство.
При производстве каждой тонны алюминия выделяется 280 000 м3 газов. Поэтому каждый электролизер независимо от его конструкции оснащен системой газосбора, которая улавливает выделяющиеся при электролизе газы и направляет их в систему газоочистки. Современные «сухие» системы газоочистки для улавливания вредных фтористых соединений используют ни что иное, а глинозем. Поэтому перед тем как использоваться для производства алюминия, глинозем на самом деле сначала участвует в очистке газов, которые образовались в процессе производства металла ранее. Вот такой замкнутый цикл.
Для процесса электролиза алюминия требуется огромное количество электроэнергии, поэтому важно использовать возобновляемые и не загрязняющие окружающую среду источники этой энергии. Чаще всего для этого используются гидроэлектростанции - они обладают достаточной мощностью и не имеют выбросов в атмосферу. Например, в России 95% алюминиевого мощностей обеспечены гидрогенерацией. Однако есть в места в мире, где угольная генерация пока доминирует - в частности, в Китае на нее приходится 93% производства алюминия. В результате для производства 1 тонны алюминия с использованием гидрогенерации в атмосферу выделяется чуть более 4 тонн углекислого газа, а при использовании угольной генерации - в пять раз больше - 21,6 тонны.
Литейное производство
Расплавленный алюминий в ковшах доставляется в литейный цех алюминиевого завода. На этой стадии металл все еще содержит небольшое количество примесей железа, кремния, меди и других элементов. Но даже доли процента, приходящиеся на примеси, могут изменить свойства алюминия, поэтому здесь их удаляют методом переплавки в специальной печи при температуре 800°С. Полученный чистый алюминий разливают в специальные формы, в которых металл приобретает свою твердую форму.
Самые маленькие слитки алюминия называются чушками, они имеют вес 6 до 22,5 кг. Получив алюминий в чушках, потребители вновь расплавляют его и придают тот состав и форму, которые требуются для их целей.
Самые большие слитки - 30-тонные параллелепипеды длиной 11,5 метров. Их изготавливают в специальных формах, уходящих в землю на примерно 13 метров. Горячий алюминий заливается в нее в течение двух часов - слиток «растет» в форме как сосулька, только в обратном направлении. Одновременно его охлаждают водой и к моменту завершения выливки он уже готов к дальнейшей транспортировке. Прямоугольные слитки называются слябами (от англ. slabs) - они используются для проката в тонкие листы и производства алюминиевой фольги, банок для напитков или, к примеру, автомобильных кузовов.
Алюминий в форме цилиндрических слитков достигает в длину 7 метров - их используют для экструзии, то есть выдавливание через отверстие необходимой формы. Именно так производится большая часть алюминиевых изделий.
В литейном цехе алюминию придают не только разные формы, но и состав. Дело в том, что в чистом виде этот металл используется гораздо реже, чем в виде сплавов.
Сплавы производятся путем введения в алюминий различных металлов (так называемых легирующих добавок) - одни повышает его твердость, другие плотность, третьи приводят к изменению его теплопроводности и т.д. В качестве добавок используются бор, железо, кремний, магний, марганец, медь, никель, свинец, титан, хром, цинк, цирконий, литий, скандий, серебро и др. Кроме этих элементов, в алюминиевых сплавах могут присутствовать еще около десятка легирующих добавок, таких как стронций, фосфор и другие, что значительно увеличивает возможное число сплавов. На сегодняшний день в промышленности используется свыше 100 марок алюминиевых сплавов.
Новые технологии
Производители алюминия постоянно совершенствуют свои технологии, дабы научиться производить металл наилучшего качества с наименьшими затратами и минимальным воздействием на экологию. Уже сконструированы и работают электролизеры, мощность силы тока у который по 400 и 500кА, модернизируются электролизеры прошлых поколений.
Одна из передовых мировых разработок - производство металла с использованием инертного анода. Эта уникальная революционная технология позволит алюминщикам отказаться от использования угольных анодов. Инертный анод, упрощенно говоря, вечен, но что самое важное - при его использовании в атмосферу выделяется не углекислый газ, а чистейший кислород. Причем 1 электролизная ванна сможет вырабатывать столько же кислорода, сколько 70 га леса. Пока эта технология секретна и проходит промышленные испытания, но кто знает - может быть, в будущем она сделает из алюминиевой промышленности еще одни легкие нашей планеты.
Переработка
Алюминий обладает полезным свойством - не терять своих свойств в процессе использования, поэтому изделия из него могут подвергаться переплавке и вторичной переработке в уже новые изделия. Это позволяет сохранить ту колоссальную энергию, затраченную на производство алюминия впервые.
По расчетам Международного алюминиевого института с 1880 года в мире произведен почти 1 млрд тонн алюминия и три четверти всего этого объема до сих пор используется. Около 35% в зданиях и сооружениях, 30% - в электрических кабелях и оборудовании и 30% - в транспорте.
По всему миру собирают отходы алюминия - в быту это, в основном, алюминиевые банки из-под напитков. Подсчитано, что 1 кг собранных и сданных в переработку банок позволяет сэкономить 8 кг боксита, 4 кг различных фторидов и 14 кВт/ч электроэнергии. Кроме этого, это позволяет существенно сократить экологический урон от все разрастающихся свалок. Развитие экологической ответственности делает все более популярной идею раздельного сбора мусора во всем мире.
