СЫРЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основным современным способом производства алюминия является электролитический способ, состоящий из двух ста­дий. Первая - эти получение глинозема (А1₂0₃) из рудного сырья и вторая— получение жидкого алюминия из глинозема путем электролиза.

Руды алюминия. Вследствие высокой химической активнос­ти алюминий встречается в природе только в связанном ви­де: корунд А1₂0₃, гиббсит А1₂О_э • ЗН₂0, бемит А1₂О_э • Н₂0, кианит ЗА1₂0₃ • 2Si0₂, нефелин (Na, K)₂0 • • А1₂0₃ ■ 2Si0₂, каолинит А1₂О_э • 2Si0₂ * 2H₂0 и другие. Основными используемыми в настоящее время алюминиевыми рудами являются бокситы, а также нефелины и алуниты.

Бокситы. Алюминий в бокситах находится главным образом в виде гидроксидов алюминия (гиббсита, бемита и др.), ко­рунда и каолинита. Химический состав бокситов довольно сложен. Они часто содержат более 40 химических элементов. Содержание глинозема в них составляет 35—60%, кремнезема 2-20%, оксида Fe₂0₃ 2-40%, окиси титана 0,01-10%. Важ­ной характеристикой бокситов является отношение содержа­ний в них А1₂0₃ к Si0₂ по массе — так называемый кремневый модуль.

Кремневый модуль бокситов, поступающих для получения глинозема, должен быть не ниже 2,6. Для бокситов среднего качества этот модуль составляет 5—7 при 46-48 %_тном со­держании А1₂0₃, а модуль высококачественных — около 10 при 50 %-ном содержании А1₂0₃. Бокситы с более высоким содержанием А1₂О_э (52%) и модулем (10-12) идут для производства электрокорунда.

К числу крупных месторождений бокситов в нашей стране относится Тихвинское (Ленинградская область), Северо­уральское (Свердловская область), Южноуральское (Челябин­ская область), Тургайское и Краснооктябрьское (Кустанай-ская область).

Нефелины входят в состав нефелиновых сиенитов и урти-тов. Большое месторождение уртитов находится на Кольском

полуострове. Основные компоненты уртита — нефелин и апа тит ЗСа₃(Р0₄)₂ • CaF₂. Их подвергают флотационному обога­щению с выделением нефелинового и апатитового концентра­тов. Апатитовый концентрат идет для приготовления фосфор­ных удобрений, а нефелиновый - для получения глинозема. Нефелиновый концентрат содержит, %: 20-30 А1₂0₃, 42-44 Si0₂, 13-14 Na_zO, 6-7 K₂0, 3-4 Fe₂0₃ и 2-3 CaO.

Алуниты представляют собой основной сульфат алюминия и калия (или натрия) K₂SO„ • Al₂(S0₄)₃ • 4А1(ОН)₃. Содержа­ние Al₂0₃ в них невысокое (20-22%), но в, них находятся другие ценные составляющие: серный ангидрид S0₃ (~20%) и щелочь Na₂0 • К₂0 (4-5 %). Таким образом, они, так же как и нефелины, представляют собой комплексное сырье.

Другие сырые материалы. При производстве глинозема применяют щелочь NaOH, иногда известняк СаСО_э, при элект­ролизе глинозема криолит Na₃AlF₆ (3NaF • A1F₃) и немного фтористого алюминия A1F₃, а также CaF₂ и MgF₂.

Производство криолита. Криолит в естественном виде в природе встречается очень редко и его производят искусст­венно из концентрата плавикового шпата (CaF₂). Процесс осуществляют в две стадии, первая — это получение плави­ковой кислоты HF. Тонкоизмельченный CaF₂ смешивают с сер­ной кислотой в трубчатых вращающихся печах при 200 °С. В печи протекает реакция: CaF₂+H₂S0₄=2HF+CaSO„. Поскольку в плавиковом шпате содержится в качестве примеси Si0₂, об­разуется также немного летучей кремнефтористой кислоты H₂SiF₆. Газообразные HF и H₂SiF₆ после их очистки от при­месей поглощаются в вертикальных башнях водой, в резуль­тате получают раствор плавиковой кислоты с кремнефторис­той. Его очищают от H₂SiF₆, добавляя немного соды: H₂SiF₆+Na₂C0₃=Na₂SiF₆+H₂O+CO₂. Кремнефтористый натрий вы­падает в осадок и получается очищенная плавиковая кисло­та. Вторая стадия — получение криолита. В раствор плави­ковой кислоты добавляют А1(ОН)₃ и соду и проводят так на­зываемый процесс варки криолита, в течение которого про­текают следующие реакции:

6HF + А1(ОН)₃ = H₃A1F₆ + ЗН₂0

2H₃A1F₆ + 3Na₂C0₃ = 2Na₃AlF₆ + 3C0₂ + 3H₂0.

Криолит выпадает в осадок, его отфильтровывают и про­сушивают при температуре 130—150 °С.

Фтористый алюминий получают схожим способом, добавляя к плавиковой кислоте до полной ее нейтрализации гидроксид алюминия: 3HF + Al(OH)₃ = AlF₃ + ЗН₂0.