КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Лекция № 4
Комплексное использование
алюминиевого сырья
Цветная металлургия имеет
два главных вида продукции:
это выпуск первичного и
выпуск вторичного металла.
Первый производится из руд,
добываемых горной
промышленностью, а второй за
счет переплавки лома цветных
металлов. Причем роль
вторичного металла все время
увеличивается по мере
накопления запасов
использованных изделий.
Боярко Г.Ю., 2000
Годовая величина выплавки в мире алюминия составляет около
12–15 млн. т первичного алюминия и 6–7 млн. т вторичного
металла.
Ввиду сложной технологии производства разные стадии
размещены в разных странах и весьма часто не совпадают с
добычей сырья, а ориентируются на дешевую электроэнергию.
Первая стадия производства алюминия – добыча бокситов
(bauxite) – ориентируется на богатые месторождения в
Австралии, Гвинее, на Ямайке.
Вторая стадия – производство глинозема (окиси алюминия) –
ориентируется, как правило, на источники топлива и известняка.
Третья стадия – электролиз окиси алюминия – ориентируется
на источники дешевой энергии.
Дешевизна электроэнергии – главный фактор размещения алюминиевой
промышленности, и поэтому последняя процветает в таких странах, как США и
Россия, с их большими ресурсами дешевого угля и газа, с наличием больших ГЭС, и
прекратила существование в Японии, где энергия дорогая.
Боярко Г.Ю., 2000
Направления использования нефелинового шлама.
Разработаны высокоэкономичные способы
извлечения
ценных
сопутствующих
компонентов нефелинового сырья - Ga и Rb.
При
(содовое
последующей
переработке
выщелачивание
для
шлака
производства
алюминия) Sc полностью, a La примерно на
90% остаются в белитовом шламе, который
является ценным сырьем для получения РЗМ.
Извлечение AL2O3 из руд различных типов
составляет 80-95%, при содержании его в
концентрате 28-45%.
К
вредным
примесям
в
концентратах
относятся: SiO2, S, CO2, Fe2O3, P2O5, Na2O+K2O,
сульфиды, органические вещества, пентаксид
фосфора, соединения хрома.
При обогащении руд комплексного состава
могут
быть
получены
титановые
и
железорудные концентраты.
Вредные примеси в алюминии – железо,
кремний, медь, цинк, титан.
Минеральное сырье/Под ред.В.П. Орлова, 1999
2) кислотный способ.
При
этом
алюминиевую
руду
обрабатывают кислотой (H2S04, НСl, HN03) с
получением раствора алюминиевой соли.
В раствор также переходит железо.
Алюминиевую соль очищают от железа и
затем выделяют из нее глинозем, например,
прокаливанием при температуре не ниже
1200° С.
3) Щелочные способы извлечения
глинозема
получили
наибольшее
распространение
для
переработки
бокситов с повышенным содержанием
кремнезема.
В
результате
обработки
руды
щелочью (NaOH или Na2C03) образуется
растворимый в воде алюминат натрия,
который отделяют от нерастворимых
соединений железа, кремния и титана и
затем разлагают с выделением в осадок
гидроокиси алюминия.
Последнюю отделяют от оборотного
щелочного раствора и прокаливают для
получения безводного глинозема.
Одним из лучших щелочных методов
является cпособ Байера Им обычно
перерабатывают высокосортные бокситы
с низким содержанием кремнезема (2—
3%).
Сущность способа состоит в том, что
алюминиевые
растворы
быстро
разлагаются
при
введении
в
них
гидроокиси алюминия, а оставшийся от
разложения
раствор
после
его
выпаривания в условиях интенсивного
перемешивания при 169-170оС может
вновь
растворять
глинозем,
содержащийся в бокситах.
Продуктом
является
пульпа,
состоящая из алюминатного раствора и
шлама (осадка, в который выпадают все
остальные примеси боксита).
Получаемый красный
шлам
(окраску
ему
придают частицы Fe2O3)
идет в отвал. Количество
отвального
шлама
составляет 1 – 2, 5 т на 1 т
товарного глинозема.
Большинство ценных компонентов,
содержащихся в рудах, переходит в
красный шлам или накапливается в
оборотных водах.
Концентрация ценных компонентов
в
красном
шламе
достаточна
для
получения из него соединений:
- Fe,
- Ti,
- Zr,
- V (в виде феррованадия),
- Ga,
- Nb,
- La,
- Th,
- U.
-
-
Вовлечение
в
переработку
красных
шламов позволяет получать:
- чугун,
- глиноземистый шлак,
- глинозем,
- цемент и др.
- Кроме того, красные шламы могут
использоваться в :
- производстве красок,
- для десульфуризации газов (извлечении
SO2),
- гидрогенизации углей (как катализатор),
- прокладке дорог (как наполнитель для
асфальтобетона),
- пр-ве стройматериалов и др.
За рубежом бокситы - основной источник
получения Ga.
Переработка вторичного сырья и отходов производства является экономически выгодной. Получаемыми
при этом вторичными сплавами удовлетворяется
около 25% общей потребности в алюминии.
Одна из схем комплексной переработки
красных шламов уральского
алюминиевого завода (по Б.З. Кудинову,
А.И. Бычину и др.)

Возможные направления
использования белитового шлама:

известкование кислых почв, грануляция
удобрений;
гидрохимическая переработка: белая сажа,
синтетические цеолиты;
стройиндустрия: наполнители, огнеупорные,
теплоизоляционные, жаропрочные материалы,
специальные связующие, огне- и гидрозащитные
покрытия, закладочные твердеющие смеси,
материалы высокотемпературного синтеза
(обжиговый кирпич, стекло, строительная
керамика), материалы гидротермального синтеза
(силикатный кирпич, асбоцементные изделия),
бетоны, цементы.



Для получения алюминия высокой
чистоты (марок А995—А95) первичный
алюминий технической чистоты
электролитически рафинируют.
Это позволяет снизить в алюминии
содержание металлических и
газообразных примесей и тем самым
значительно повысить его
электропроводность, пластичность,
отражательную способность и
коррозионную стойкость.





Получение алюминия из его окиси
Электролиз окиси алюминия
Электролиз хлорида алюминия
Восстановление хлорида алюминия
марганцем (Toth — метод)
Получение рафинированного алюминия
наибольшие перспективы для развития
глиноземного производства имеют Австралия,
Китай, Венесуэла, Бразилия, Ямайка
ПЕРВЫЕ ДЕСЯТЬ СТРАН ПО РАЗМЕРАМ
ПРОИЗВОДСТВА ПЕРВИЧНОГО
АЛЮМИНИЯ В 2006 г.
Максаковский, 2008
Основные направления
повышения комплексности
использования сырья
При электролитическом производстве
алюминия основное внимание должно быть
обращено на снижение механических потерь
глинозема в процессе доставки его от заводапоставщиков (около 1%) и при погрузочноразгрузочных операциях (около 2%),
улавливание и утилизацию газообразных и
твердых фторсодержащих отходов.
Комплексное использование минерального сырья. Учебное пособие / Сост. С.Ж. Кенбеилова, А.Ж. Таскарина
Основные направления
повышения комплексности
использования сырья
Уменьшение механических потерь глинозема
достигается
применением
специализированных вагонов-цистерн для
его перевозки, автоматизацией приемных
складов
на
заводах-потребителях,
уплотнением узлов раздачи расходных
силосов в корпусах электролиза и внедрением
вакуумных пылеуборочных машин.
Комплексное использование минерального сырья. Учебное пособие / Сост. С.Ж. Кенбеилова, А.Ж. Таскарина
На алюминиевых заводах на 1 т получаемого металла
выделяется с технологическими газами в среднем 18
кг общего фтора, 12 кг сернистого ангидрида и 85
кг пыли, состоящей в основном из глинозема и
смолистых веществ.
Очистку технологических газов на большинстве
заводов осуществляют мокрым способом в
двухступенчатых установках обеспечивающие
улавливание фтористого водорода на 99,5%,
сернистого ангидрида – на 95% и пыли – на 85%.
Разрабатывается более эффективный «сухой» способ
сорбционной очистки газов от фтора глиноземом,
обеспечивающий улавливание 98-99% фтора и пыли.
Комплексное использование минерального сырья. Учебное пособие / Сост. С.Ж. Кенбеилова, А.Ж. Таскарина
Для дальнейшего повышения степени использования сырья,
серной кислоты и гидрата окиси алюминия намечено
применить смесители специальной конструкции,
замкнутый водооборот и т. д.
Предусматривается также начать использование
фторангидритных отходов в производстве строительного
гипса и в цементной промышленности.
Комплекс мероприятий по совершенствованию и
внедрению технологии очистки газов, переработки твердых
отходов и регенерации фтористых соединений позволит
сократить вредные выбросы в атмосферу и дополнительно
возвратить в процесс около 8 кг фтора на 1 т алюминия.
Комплексное использование минерального сырья. Учебное пособие / Сост. С.Ж. Кенбеилова, А.Ж. Таскарина
Применение алюминия
 Сочетание физических, механических и
химических свойств алюминия определяет его
широкое применение практически во всех
областях техники, особенно в виде его сплавов с
другими металлами.
 В электротехнике алюминий успешно заменяет
медь, особенно в производстве массивных
проводников.
 Сверхчистый алюминий употребляют в
производстве электрических конденсаторов и
выпрямителей.
• Как конструкционный материал в ядерных
реакторах.
• В оборудовании и аппаратах пищевой
промышленности.
• Для отделки зданий, архитектурных,
транспортных и спортивных сооружений.
• В металлургии(помимо сплавов на его основе) —
одна из самых распространённых легирующих
добавок в сплавах на основе Cu, Mg, Ti, Ni, Zn и
Fe.