Полезные ископаемые

Важнейшими характеристиками бокситов, определяющими их качество, являются содержание оксида алюминия и кремневый модуль, который выражается отношением содержания А!2О3 к содержанию SiO2. Чем выше кремневый модуль, тем выше качество боксита.

По минералогическому составу различают следующие типы бокситов: маловодные (корундовые), одноводные(диаспоровые и бемитовые), трехводные (гидраргиллитовые) и смешанные. Обычно в бокситах присутствуют одновременно два минерала, содержащих алюминий,

Помимо получения глинозема бокситы используют при производстве электрокорунда (марки ЭБ-1 и ЭБ-2), в мартеновском производстве (МБ), при изготовлении глиноземистого цемента (ЦБ-1 и ЦБ-2) и огнеупоров (ОБ).

Нефелинсодержащие горные породы представлены большим разнообразием типов. Основными из них являютсяуртиты и нефелиновые сиениты. СССР

Богатые месторождения уртитов имеются на Кольском полуострове (в Хибинских горах) и в Кемеровской области (Кия-Шалтырское месторождение). Кольские уртиты подвергают флотационному обогащению с получением апатитового концентрата, который используют для производства фосфорных удобрений, и нефелиновых "хвостов". После флотационной перечистки хвостов получают нефелиновый концентрат, пригодный для производства глинозема. Средний состав нефелинового концентрата следующий, %: А!203 29, SiO2 44, Fе2О3 3, Na2О + К2О 20.

Нефелиновые сиениты, запасы которых обнаружены во многих районах нашей страны (Сибирь, Кавказ, Урал и др.), представляют собой природную смесь нефелина с другими кремнийсодержащими породами. Нефелиновые сиениты поступают в металлургическую переработку без предварительного обогащения. Например, нефелиновая руда Ужурскогоместорождения (Красноярский край) в среднем содержит, %: А!203 22-23; SiO2 44-45; Fе203 10; Na20 + К2О9,5.

Вследствие относительно низкого содержания оксида алюминия в Нефелиновых рудах и концентратах их переработка на глинозем экономически оправдана только при попутном получении из них соды и поташа и использовании отходов комплексной технологии для производства цемента.

Алунитовые руды также являются комплексным сырьем, содержащим, кроме алюминия, щелочи и серный ангидрид(5О3). Их переработка на глинозем целесообразна только при комплексном использовании всех ценных составляющих (содержат не более 20—22 % А!2 О3.

Глины и каолины широко используют во многих отраслях народного хозяйства при производстве керамики, огнеупоров и других изделий. Лучшие сорта каолинов, содержащие до 40 % А!2О3, можно использовать в алюминиевой промышленности для получения алюми-ниевокремниевых сплавов и в качестве сырья для получения глинозема.

Кианиты, огромные запасы которых имеются на Кольском полуострове и в Карелии, могут быть использованы для получения сили-коалюминия.

Около 20 % общего выпуска алюминия приходится на долю вторичного сырья.

Производство глинозема, наоборот, базируется в местах добычи алюминиевых руд, что сокращает объемы перевозимых на электролитные заводы сырьевых материалов.

Технология получения металлического алюминия включает по существу четыре отдельных производства:

1) производство глинозема,

2) производство криолита  и фтористых солей,

3) производство угольных  изделий,

4) производство электролитического  алюминия.

Часть электролитического алюминия подвергают дополнительному рафинированию.

Приведенная выше схема технологии получения чистого алюминия является типовой и лежит в основе практически всей мировой алюминиевой промышленности. Со времени открытия И внедрения электролитического способа полученияалюминя его развитие шло только в направлении улучшения конструкции применяемых аппаратов, механизации и автоматизации технологических операций и их совершенствования. Сущность технологии осталась неизменной.

Наряду с электролитическим способом получения алюминия возможно применение электротермических процессов, основанных на

прямом получении алюминиевокремниевых сплавов восстановлением глиноземсодержащих природных материалов. При этом упрощается в целом технология производства алюминия и его сплавов, расширяется сырьевая база алюминиевой промышленности. Последнее обусловлено тем, что для термического процесса могут быть использованы различные природные алюмосиликаты без значительных затрат на их обогащение и предварительную подготовку. Однако получение чистого алюминия из силумина — задача далеко не простая. Поэтому термические способы в настоящее время, как правило, применяют только для получения алюминиевокремниевых сплавов.

Глинозем является исходным сырьевым материалом при получении алюминия электролизом. Он образует несколько полиморфных модификаций или форм, имеющих одинаковый химический состав, но различное кристаллическое строение, а следовательно, и различные свойства. При производстве глинозема наибольшее практическое значение имеют две его модификации: а-Аl2О3 (или корунд) и 7-А!2Оз-

Наиболее устойчивой формой глинозема является α-А12Оз. Эта модификация встречается в природе, обладает высокой химической стойкостью к кислотам и щелочам и практически негигроскопична при хранении. Модификация γ-Аl2Оз в природе не встречается. Она образуется при нагреве гидратированного Аl20з до 500—550°С. γ-Аl2Оз хорошо растворяется как в кислотах, так и в щелочах и сильно гигроскопичен. При нагреве до 1200°С γ-Аl2Оз, как и все другие модификации глинозема, превращается в α-Аl2Оз.

Технический глинозем, используемый при электролитическом получении алюминия, представляет собой белый кристаллический порошок, состоящий в основном из смеси α- и γ-модификаций. Его выпускают нескольких марок с различным целевым назначением. Для электролиза алюминия используют марки глинозема Г-00, Г-0, Г-1 и далее до Г-4. Наиболее вредными примесями в нем являются SiO2, Fе2О3 и TiO2. Кроме того, в глиноземе регламентируется предельное содержание Na2О, К2О и Р2О5.

`При оценке качества  технического глинозема большое  внимание уделяют его влажности (гигроскопичности), насыпной плотности, гранулометрическому составу и  углу естественного откоса, образующемуся при насыпании мелкого материала на плоскую поверхность. От этих свойств зависит поведение глинозема при его транспортировке, загрузке в электролизеры и в самом процессе электролиза.

В зависимости от состава и физико-химических свойств перерабатываемого рудного сырья глинозем получают несколькими способами. Из большого разнообразия возможных способов его получения можно выделить три группы процессов: щелочные, кислотные и кислотно-щелочные. В настоящее время практически весь глинозем получают щелочными методами, которые в свою очередь подразделяются на гидрохимические (способ Байера), термические (спекания) и комбинированными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.4. Алюминий и  сплавы на его основе

 

 

Алюминий обладает высокой пластичностью, но низкой прочностью. Прокатанный и отожженный алюминий характеризуется следующими механическими свойствами: σв = ( 8 – 10 ) кгс/мм2; δ = (35 –40) %; НВ (25 – 30). Благодаря высокой пластичности он легко обрабатывается давлением как в горячем состоянии так и в холодном, но обработка резанием затруднена. Алюминий хорошо сваривается всеми видами сварки.

Применяется алюминий для элементов конструкций и деталей не несущих нагрузки, трубопроводы, кабели, электропровода, конденсаторы, корпуса часов, фольга, а также пищевой и химической промышленности. Качество  алюминия определяется степенью чистоты и, поэтому признаку, он подразделяется    на три группы (ГОСТ 11069 – 74):

I    - особой чистоты,    содержание примесей не более 0, 001 %;

II  - высокой чистоты,содержание примесей не более (0,05 – 0,005)%;

III – технический содержание примесей составляет (0,15–1,0) %.

В качестве примесей в алюминии присутствуют Fe, Ci, Cu, Zn, Ti. Основные марки алюминия,   его процентное содержание и примерное назначение приведены в таблице 22.

Однако ввиду недостаточной прочности технического алюминия из него не изготавливают детали машин. Для этой цели широко используют сплавы на основе алюминия.

Алюминиевые сплавы получают путем легирования А1 - Си, Mg, Mn, Si, Zn и, в соответствии с основнымикомпанентами (основой), они получили названия: силумины ( А1 - Si), дуралюмины ( А1 - Си - Мп ), магналии (А1 - Мп ). В зависимости от технологических свойств и состава подразделяются на литейные и деформируемые (основные).

 

 

Таблица 22. Марки алюминия и его примерное назначение (ГОСТ 11069-74)

 

 

Марка	Группа	Содержание А1, %	Примерное назначение
А 999	I	99,999	Электрические конденсаторы
А 995 А 99 А 97 А 95	II	99,995 99,99 99,97 99,95
А 85 А8 А7 А6 А5 А0	III	99,85 99,80 99,70	Проводники электрического тока, фольга
		99,60 99,50 99,00	Котельные изделия, листы, трубы, посуда, для получения сплавов

 

 

 

Литейные сплавы применяются для получения заготовок изделий литьем.

Деформируемые сплавы применяются для изготовления листа, проволоки, ленты, а также различных заготовок ковкой, штамповкой и прессованием.

Алюминиевые сплавы делятся также на не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой (ТО).

Условное обозначение алюминиевых сплавов приведено в таблице 23.

Литейные алюминиевые сплавы подразделяются на пять групп в зависимости от основы:

I - (А1 - Si);   II - (Al - Si - Си );   III - (Al - Си );   IV -(Al- Mg); V - (Al - прочие компоненты).

 

 

Таблица 23. Условное обозначение алюминиевых сплавов

Сплав	ГОСТ	Обозначение
		условное	смысловое
Литейный	1583-93	АЛ 2 АЛ 13	Буквами  АЛ   -   сплав алюминиевый литейный. Цифрыуказывают номер сплава
Деформируемый	4784 - 74	АМг2 АМц2 АКЧ Д10 В 95	Буквами АМг (Al + Mg); АМц (А1 +Мп); АК - ковкий; Д - дуралюмин; В – высокопрочный. Цифры    указывают   номер сплава

 

 

 

Таблица 24. Механические свойства и назначение алюминиевых литейных сплавов (ГОСТ 1583 - 93)

Марка	σв кгс/мм	δ, %	Твердость, НВ	Примерное назначение
АЛ 2	15	4	50	Малонагруженные, сложные тонкостенные детали, не подвергающиеся действию морской воды
АЛ 4	15	2	50	Детали средней нагруженности
АЛЗ	21	1	75	Крупные и средние детали средней нагруженности, работающие в в атмосферных условиях и морской воде
АЛ 7	22	3	70	Детали повышенной нагруженности
АЛ 8	30	10	80	Детали работающие в условиях значительных ударных нагрузок