Статьи

Комплексный показатель качества боксита, перерабатываемого на глинозем (марка ГБ), зависит от технологической схемы его переработки и от содержания в нем А1₂O₃, SiO₂ и других составляющих, которые оказывают влияние на эффективность переработки. Методика определения показателя качества боксита марки ГБ будет рассмотрена ниже. Чем больше величина этого показателя, тем выше качество боксита. Для бокситов, которые используются в других отраслях промышленности, комплексный показатель качества находят из выражения: Б=[А1₂O₃]_б—2[SiO₂]_б, где [А1₂O₃]_б и [SiO₂]_б—содержание соответственно А1₂O₃ и SiO₂ в боксите, % (по массе). Некоторые отрасли промышленности предъявляют дополнительные требования к бокситам по содержанию серы, фосфора, оксидов кальция и железа.

По происхождению месторождения бокситов подразделяют на остаточные и осадочные. Бокситы остаточных месторождений образовались в результате выветривания алюмосиликатов; залежи таких месторождений расположены на материнских породах. Бокситы осадочных месторождений образовались из продуктов химического и механического выветривания алюмосиликатных пород, перенесенных реками и грунтовыми водами на новое место.

Большая часть мировых запасов бокситов сосредоточена в остаточных месторождениях. Это—основные месторождения Африки, полуострова Индостан, Центральной и Южной Америки, Австралии. Большинство месторождений Советского Союза, европейских стран, Ямайки и Китая относятся к осадочному типу.

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 более эффективным открытым способом. Наиболее важным является Североуральское месторождение бокситов в Свердловской области. Североуральскне бокситы — диаспор-бемитовые и диаспоровые; основная масса их характеризуется высоким содержанием А1₂O₃ (52—54 %) и низким содержанием кремнезема (3—5%); содержание Fе₂О₃ в этих бокситах 21—28%. Добыча бокситов ведется подземным (шахтным) способом с глубины до 700 м. Содержание оксида углерода (IV) —СОа в добываемых бокситах (2,5—3,5%) и серы (около 1 %) высокое, что снижает их качество. С понижением горизонта добычи содержание СO₂ в бокситах, а также серы возрастает. Железо находится в бокситах в виде гематита, шамозита и пирита. Основным носителем кремнезема служит шамозит; СО₂ присутствует в бокситах в виде карбонатов кальция, железа и магния, а сера —в основном—в виде иприта.

Ряд месторождений бокситов бемит-диаспорового типа открыт на Южном Урале в Челябинской области и Башкирской АССР.

Южноуральские бокситы характеризуются повышенным содержанием кремнезема и оксида углерода (IV), а также высокой твердостью. Их добывают также подземным способом. Добываемые бокситы в среднем содержат, % (по массе): А1₂O₃ 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 среднежелезнстому типу, имеют относительно высокое содержание каолинита н низкий кремневый модуль. Тургайскне бокситы добывают открытым способом. В основной массе бокситов в среднем содержится 42—44 % А1₂O₃, 9—11 % SiO₂ и 16—20 % Fе₂О₃ при кремневом модуле 4—5. Оксид углерода (IV) в бокситах распределен очень неравномерно и находится в них главным образом в виде сидерита. Наиболее высокое содержание СO₂ в боксите Краснооктябрьского месторождения —в среднем 2,6%, самое низкое в Амангельдииском месторождении—в среднем 0,2 %.

В Ленинградской области находится Тихвинское месторождение гиббсит-бемитовых бокситов. Химический состав н физические свойства тихвинских бокситов весьма разнообразны, но в целом качество их невысокое. В настоящее время запасы тихвинских бокситов в основном исчерпаны. В Архангельской области в районе Северной Онеги ведется разработка месторождения гиббсит-бемитовых бокситов. Североонежские бокситы характеризуются высоким содержанием глинозема (51—56%), небольшим содержанием оксида железа (6—9 %), но имеют низкий средний кремневый модуль — около трех. Североонежскне бокситы в отличие от бокситов других месторождении содержат относительно много хрома (0,5—0,8%.Сг20з); кремнезем (16—20%) находится в боксите в основном в виде каолинита. Бокситы добывают открытым способом.

Из не эксплуатируемых, но перспективных месторождений бокситов следует отметить Висловское месторождение гиббсит-бемитового типа в Белгородской области и ряд месторождений в Коми АССР. Бокситы Внсловского месторождения содержат 49—52 % А1₂O₃, 21—24 % Fe₂O₃ н имеют кремневый модуль 5—8. В висловских бокситах значительная часть оксида алюминия находится в виде плохо растворимого в щелочных растворах шамозита, что является основной особенностью этих бокситов. Железо и кремний боксита также в основной своей части входят в состав шамозита. В Тиманском районе Коми АССР обнаружено несколько месторождений бокситов каолинит-бемитового и каолинит-гиббсит-бемитового типов. Наибольший интерес представляют высокожелезистые бокситы, содержащие 45—50 % А1₂O₃, 25—30 % Fe₂O₃ при кремневом модуле от 3 до 7.

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 Греции.

В табл. 1 приведена качественная характеристика бокситов крупных месторождений различных стран. Такие страны Европы, как ФРГ, Норвегия, Швеция и Англия, бладающие сравнительно развитой алюминиевой промышленностью, собственных месторождений бокситов почти не имеют и используют npивозное сырье (глинозем и бокситы). Соединенные Штаты значительную часть перерабатываемых бокситов ввозят из других стран; Канада, имеющая развитую алюминиевую промышленность, собственных бокситов не имеет экспортирует сырье (бокситы и глинозем) из многих стран Америки и Африки.

Таблица 1. Качественная характеристика бокситов

В нашей стране также перерабатывается некоторое количество, поступающих из зарубежных стран: Гвинеи, Югославии, Греции. Поступающий из Гвинеи гиббситовый боксит имеет следующий состав, %(по массе) Al₂O₃ 45—48; Fe₂O₃ 20—25; SiO₂ 1,5—2,5

§ 5. Нефелины, алуниты и другие виды алюминиевого сырья

Наряду с бокситами в нашей стране для производства глинозема используют нефелины и алуниты. Вовлечение в производство новых видов сырья позволило не только расширить сырьевую базу алюминиевой промышленности, но н более рационально разместить алюминиевую промышленность на территории СССР.

Руду подвергают флотационному обогащению. При этом получается апатитовый концентрат, который используют для производства фосфорных удобрений, и нефелиновые хвосты. Хвосты вновь подвергают флотации (перечистке) и получают нефелиновый концентрат—сырье для производства глинозема.

Нефелиновый концентрат представляет собой измельченный материал, в котором от 20 до 40 % фракции менее 0,085 мм. Содержание нефелина в нефелиновом концентрате достигает 95%.

По техническим условиям (МРТУ 6-12-54—80) нефелиновый концентрат должен содержать (в пересчете на сухое вещество) не менее 28,5% Аl₂O₃ и 17,5% (Na₂O+K₂O). Содержание влаги в концентрате по техническим условиям 1±0,5 %. Средний химический состав концентрата следующий, % (по массе): Аl₂O₃ 28,5;

SiO₂ 44; Fe₂O₃ 3,5; (Na₂O+K₂O) 18.

Месторождение уртитов Кия-Шалтырское обнаружено в Кемеровской области. Кия-Шалтырскне уртbты 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 % Аl₂O₃ и 12,4,% (Na₂O+K₂O в пересчете на Na₂O). 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 п больше оксида железа.

Месторождения нефелиновых сиенитов обнаружены во многих районах нашей страны: Ужурское и Татарское в Красноярском крае, Тежсарское в Армянской ССР и др. Ужурская нефелиновая руда в среднем содержит, % (по массе): Аl₂O₃ 22—23; SiO₂ 44—45; (Na₂O+K₂O) 9,5; Fe₂O₃ 10.

Наряду с глиноземом при переработке нефелиновых руд и концентратов получают соду н 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.

Различают натриевую и калиевую разновидности алунита: натриевая — с молекулярным отношением Na₂O:K₂O=(1,76ё 6):1, калиевая —Na₂O:K₂O=1:2. В промышленных месторождениях обычно находится изоморфная смесь этих двух разновидностей с преобладанием калиевой.

Наиболее изучено Загликское месторождение алупитов в Азербайджанской ССР. Алунитовая руда этого месторождения содержит до 22% Аl₂O₃, 4—5% (Na₂O+K₂O), около 20% SO₃. Содержание алунита в руде ~50%. Пустая порода состоит в основном из кварца и каолинита.

Как видно, содержание Аl₂O₃ в алунитовой руде низкое, но в ней имеются и другие ценные составляющие: серный ангидрид
SO₃ и щелочь Na₂O+K₂O.

Минералы группы силлиманита (кианит, силлиманит, андалузит) входят в состав ряда горных пород, месторождения которых обнаружены на Кольском полуострове, в Карельской АССР, в Сибири, на Урале. Наиболее крупным из них является Кейвское месторождение кианитов на Кольском полуострове. Среднее содержание кианита в руде этого месторождения 30—40%. При обогащении руды методом флотации выделен концентрат, содержащий до 60 % Аl₂O₃. Кианитовый концентрат — хорошее сырье для получения алюмокремниевых сплавов и высокоглиноземистых огнеупоров.

Сырьем для получения глинозема могут служить каменноугольные золы, отходы обогащения каменных углей и глиноземистые шлаки, образующиеся при восстановительной плавке некоторых железных руд. Содержание Аl₂O₃ в золе от сжигания некоторых углей, а также в хвостах от обогащения углей достигает
30—40 %, остальное—в основном кремнезем.

§ 6. Сода кальцинированная и каустическая, кали едкое, поташ

В зависимости от вида исходного сырья н выбранной схемы его переработки для производства глинозема требуется больший или меньший расход соды кальцинированной н каустической, известняка и других материалов.

В соответствии c ГОСТ 5100—73 сода кальцинированная (синтетическая) выпускается двух сортов.

Ниже приведены нормы для соды кальцинированной технической (по ГОСТ 5100—73):

Примечание. Содержание углекислого натрия, хлоридов, солен железа, сульфатов и нерастворимого остатка дано в пересчете на прокаленное вещество.

Потери массы при прокаливании при 270—300 °С должны быть для соды сорта 1 не более 0,8, для соды сорта 2 не более 1,5.

Алюминиевая промышленность нашей страны в основном работает на кальцинированной соде собственного производства, получаемой при комплексной переработке нефелиновых руд и концентратов. В отличие от синтетической кальцинированная сода из нефелинового сырья содержит значительные количества поташа К₂СО₃ и сульфата калия и обладает большей насыпной массой (не ниже 0,8). Ниже приведены нормы для этой соды
(по ГОСТ 10689—75):

Примечание. Содержание углекислого натрия, солей калия, железа, нерастворимого остатка дано в пересчете на сухое вещество.

Таблица 2. Содержание NaOH, Na₂CO₃, NaCI и Na₂SO₄ в натре едком техническом (по ГОСТ 2263—79)

Примечания: 1. Содержание примесей в жидком едком натре дано в пересчете на 100 %-ный продукт. 2. В условном обозначении марок буквы означают: первая—вид едкого натра (Т—твердый, Р—раствор), вторая—способ получения едкого натра (Р—ртутный, Х—химический, Д—диафрагменный).

Таблица 3. Содержание едких щелочей, углекислого калия, хлоридов, сульфатов и натрия в гидроксиде калия техническом (по ГОСТ 9285—78)

Примечание. Содержание примесей в жидком гидрокснде калия дано в пересчете на 100 %-ный продукт. Качество технического едкого натра должно удовлетворять требованиям ГОСТ 2263—79. В табл. 2 приведено содержание NaOH, Na₂CO₃, NaCl и Na₂SO₃ в едком натре различных марок.

При комплексной переработке алунитов в качестве исходных материалов могут использоваться кали едкое и поташ.

Едкое кали хорошо растворимо в воде: при 20 °С 53%, при 100 °С 64%. Качество кали едкого должно удовлетворять требованиям ГОСТ 9285—78 (табл. 3).

Примечание. Содержание углекислого калия и примесей дано в пересчете на прокаленное вещество.

Потери массы при прокаливании при 500°С для кальцинированного поташа всех сортов не должны превышать 5%, для полутораводного поташа 18,5% (сорт 1) и 20% (сорта 2 и 3).

Используемый в производстве глинозема известняк должен удовлетворять требованиям ТУ 48-540—73:

П р и м е ч а н и е. Содержание оксидов кальци