Металлургия и основы металлургического производства: Курс лекций, страница 18

                        Месторождения бокситов в РФ расположены в Тихвин­ском районе Ленинградской области и на Урале. Нефелины имеются в больших количествах на Кольском полуострове, в Кемеровской области, в составе апатито-нефелиновой породы в Хибинском горном массиве, в смеси с другими минералами на Урале, в Красно­ярском крае. Содержание глинозема в нефелинах значительно меньше, чем в бокситах. В зависимости от состава нефелины могут или непосредственно направляться на переработку, или после предварительного обогащения. В ряде случаев нефелины перерабатывают комплексно с извлечением редкоземельных металлов с использованием отходов для получения цемента.

Каолины и глины — наиболее распространенные породы, имеющие в составе алюминий. Лучшие сорта каолинов содер­жат глинозем в количестве 36—39% и могут служить сырьем для извлечения глинозема. Кианиты или силлиманитовые руды в больших количествах находятся на Кольском полуострове и в Сибири. В результате обогащения кианитов получается сили­кат алюминия Al2O3×SiO2, который служит для получения кремнеалюминиевых сплавов электротермическим путем.

Существует несколько схем получения алюминия и его сплавов. Наиболее распространенной о настоящее время явля­ется получение металлического алюминия путем электролиза глинозема, растворенного в криолите с последующим рафинированием металла.

Производство глинозема

Существует несколько способов получения глинозема, в том числе электротермические способы, кислотные и щелочные. Два первых способа имеют ряд существенных недостатков, поэтому преобладающими в настоящее время являются щелочные спо­собы получения глинозема, причем наибольшее распростране­ние имеет способ Байера. К. И. Байер – австрийский химик, ра­ботал в России в 90-х годах прошлого века, где разработал способ получения глинозема из бокситов для нужд текстиль­ной промышленности. В дальнейшем этот способ получения глинозема был широко использован в алюминиевой промыш­ленности. В способ внесен ряд усовершенствовании, многие из которых сделали советские ученые.

Сущность способа Байера заключается в том, что путем вы-щелачивания глинозем из бокситов переводится в раствор алю­мината натрия по реакции

Al2O3×nH2O + NaOH = NaAlO2 + (n + 1)×H2O.

В дальнейшем после отделений примесей алюминатный рас­твор после добавления к нему затравки гидроксида алюминия разлагается с выделением в осадок кристаллического гидроксида алюминия, Гидроксид алюминия прокаливают при высо­кой температуре (кальцинируют) и в результате получают без­водный глинозем. Кремнезем, содержащийся в боксите, реаги­рует со щелочью и переходит в раствор в виде силиката натрия, который, взаимодействуя с алюминатом натрия, образует нерастворимый алюмосиликат натрия. Таким образом, раствор очищается от кремнезема, но при этом связываются и теряются глинозем и едкий натрий. Каждый процент SiO2 связывает 6,65 кг Na2O и 8,5 кг Al2O3 на 1 т боксита, поэтому по способу Байера целесообразно перерабатывать бокситы, в которых отношение Al2O3 к SiO2 не меньше 6 (содержание SiO2 в боксите 3-5%). Боксит, поступающий с рудника, подвергают дроблению, измельчению на мельницах сухого или мокрого помола. В процессе мокрого помола происходит не только измельчение, но и начальная стадия выщелачивания. С этой целью в шаровые мельницы вместе с бокситом подают едкий натрий и оборотный раствор. Иногда добавляют 3-4% извести, которая действует каталитически на процесс выщелачивания и связывает SiO2. Сырая пульпа направляется на выщелачивание.

Реакции выщелачивания:

AlOOH + NaOH = NaAlO2 + H2O

Или  Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + H2O

                        Кремнезем взаимодействует с едким натрием и переходит в раствор:

SiO2+ 2NaOH = Na2SiO3 + 2H2O

                        При взаимодействии в растворе с алюминатом натрия силикат натрия образует нерастворимый натриевый алюмосиликат:

2NaAlO2 + Na2SiO3 + 4H2O = Na2О× Al2O3×SiO2×2H2O + 4NaOH