Aus welchen Erzen kann Aluminium gewonnen werden? Bauxit

Aluminium ist ein mit einem matten Silberoxidfilm überzogenes Metall, dessen Eigenschaften seine Beliebtheit bestimmen: Weichheit, Leichtigkeit, Duktilität, hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit und keine Toxizität. In der modernen Hochtechnologie nimmt die Verwendung von Aluminium als strukturelles, multifunktionales Material einen führenden Platz ein.

Der größte Wert für die Industrie als Aluminiumquelle sind natürliche Rohstoffe - Bauxit, ein Gesteinsbestandteil in Form von Bauxit, Alunit und Nephelin.

Sorten tonerdehaltiger Erze

Es sind mehr als 200 Mineralien bekannt, die Aluminium enthalten.

Als Rohstoffquelle gilt nur Gestein, das folgende Anforderungen erfüllen kann:

Merkmal des Naturgesteins Bauxit

Als Rohstoffquelle können natürliche Vorkommen von Bauxit, Nephelin, Alunit, Ton und Kaolin dienen. Bauxit ist am stärksten mit Aluminiumverbindungen gesättigt. Tone und Kaoline sind die häufigsten Gesteine mit einem erheblichen Aluminiumoxidgehalt. Auf der Erdoberfläche finden sich Vorkommen dieser Mineralien.

Bauxit In der Natur kommt es nur in Form einer binären Verbindung von Metall und Sauerstoff vor. Diese Verbindung wird aus natürlichem Berg gewonnen Erz in Form von Bauxit, bestehend aus Oxiden mehrerer chemischer Elemente: Aluminium, Kalium, Natrium, Magnesium, Eisen, Titan, Silizium, Phosphor.

Je nach Lagerstätte enthält Bauxit 28 bis 80 % Aluminiumoxid. Dies ist der Hauptrohstoff für die Gewinnung eines einzigartigen Metalls. Die Qualität von Bauxit als Aluminiumrohstoff hängt von seinem Aluminiumoxidgehalt ab. Dies bestimmt das Physische Eigenschaften Bauxit:

Bauxite, Kaoline und Tone enthalten Verunreinigungen anderer Verbindungen, die bei der Verarbeitung von Rohstoffen in einzelne Industrien abgetrennt werden.

Nur in Russland werden Lagerstätten mit Gesteinsvorkommen genutzt, die geringere Konzentrationen an Aluminiumoxid enthalten.

Seit kurzem wird Aluminiumoxid aus Nephelinen gewonnen, die neben Aluminiumoxid auch Oxide von Metallen wie Kalium, Natrium, Silizium und, nicht weniger wertvoll, Alaunstein und Alunit enthalten.

Verfahren zur Verarbeitung von aluminiumhaltigen Mineralien

Die Technologie zur Herstellung von reinem Aluminiumoxid aus Aluminiumerz hat sich seit der Entdeckung dieses Metalls nicht verändert. Es wird verbessert Produktionsausrüstung, wodurch reines Aluminium gewonnen werden kann. Die wichtigsten Produktionsstufen zur Gewinnung von reinem Metall:

Gewinnung von Erz aus erschlossenen Lagerstätten.
Die primäre Verarbeitung von Abfallgestein zur Erhöhung der Aluminiumoxidkonzentration ist ein Anreicherungsprozess.
Herstellung von reinem Aluminiumoxid, elektrolytische Reduktion von Aluminium aus seinen Oxiden.

Der Produktionsprozess endet mit Metall mit einer Konzentration von 99,99 %.

Abbau und Aufbereitung von Aluminiumoxid

Tonerde bzw. Aluminiumoxide kommen in der Natur nicht in reiner Form vor. Es wird mit hydrochemischen Methoden aus Aluminiumerzen gewonnen.

Aluminiumerzvorkommen in Lagerstätten normalerweise explodieren, Bereitstellung eines Standorts für seine Gewinnung in einer Tiefe von etwa 20 Metern, von wo aus es ausgewählt und in den Prozess der Weiterverarbeitung eingeleitet wird;

Mithilfe spezieller Geräte (Siebe, Klassierer) wird das Erz zerkleinert und sortiert, wobei Abfallgestein (Rückstände) entsorgt wird. In dieser Phase der Aluminiumoxidanreicherung werden Wasch- und Screening-Methoden als wirtschaftlich vorteilhafteste Methoden eingesetzt.
Das gereinigte Erz, das sich am Boden der Konzentrationsanlage absetzt, wird in einem Autoklaven mit einer erhitzten Natronlaugemasse vermischt.
Die Mischung wird durch ein System aus hochfesten Stahlbehältern geleitet. Die Behälter sind mit einem Dampfmantel ausgestattet, der die erforderliche Temperatur aufrechterhält. Der Dampfdruck wird bei 1,5–3,5 MPa gehalten, bis die Aluminiumverbindungen in einer überhitzten Natriumhydroxidlösung vollständig vom angereicherten Gestein in Natriumaluminat übergegangen sind.
Nach dem Abkühlen durchläuft die Flüssigkeit eine Filtrationsstufe, wodurch feste Sedimente abgetrennt werden und eine übersättigte reine Aluminatlösung erhalten wird. Durch die Zugabe von Aluminiumhydroxidrückständen aus dem vorherigen Zyklus zur resultierenden Lösung wird die Zersetzung beschleunigt.
Zur Endtrocknung von Aluminiumoxidhydrat kommt ein Kalzinierungsverfahren zum Einsatz.

Elektrolytische Herstellung von Reinaluminium

Reinaluminium wird in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt, bei dem kalziniertes Aluminium entsteht tritt in die elektrolytische Reduktionsstufe ein.

Moderne Elektrolyseure sind Geräte, die aus folgenden Teilen bestehen:

Zusätzliche Reinigung von Aluminium durch Raffination

Sollte das aus den Elektrolyseuren gewonnene Aluminium nicht den endgültigen Anforderungen genügen, wird es einer zusätzlichen Reinigung durch Raffination unterzogen.

In der Industrie wird dieser Prozess in einem speziellen Elektrolyseur durchgeführt, der drei Flüssigkeitsschichten enthält:

Während des Elektrolyseprozesses verbleiben Verunreinigungen in der Anodenschicht und im Elektrolyten. Die Ausbeute an reinem Aluminium beträgt 95–98 %. Die Erschließung aluminiumhaltiger Lagerstätten nimmt dabei eine führende Stellung ein nationale Wirtschaft, dank der Eigenschaften von Aluminium, das in der modernen Industrie derzeit nach Eisen an zweiter Stelle steht.

Aluminiumerz nimmt in der modernen Industrie einen besonderen Platz ein. Dank bestimmter körperlicher und chemische Eigenschaften Aluminium wird in vielen Bereichen der menschlichen Tätigkeit verwendet. Automobil, Maschinenbau, Bauwesen, Herstellung vieler Konsumgüter und Haushaltsgeräte ist ohne den Einsatz dieser Art von Nichteisenmetallen nicht mehr möglich. Der Aluminiumabbau ist ein komplexer und arbeitsintensiver Prozess.

Merkmale von Aluminiumerz

Ein Erz ist eine natürliche Mineralformation, die ein bestimmtes Metall oder Mineral enthält. Da Aluminium in reiner Form in der Natur praktisch nicht vorkommt, wird es aus Aluminiumerz gewonnen. IN Erdkruste sein Gehalt beträgt etwa 9 %. Heutzutage gibt es etwa 250 Arten mineralischer Verbindungen, die Aluminium enthalten, aber nicht alle davon sind rentabel zu verarbeiten. Die folgenden Erzarten gelten als die wertvollsten für die Aluminiumindustrie:

Bauxit;
Alunit;
Nephelin.

Bauxit Es wird am häufigsten als Rohstoff für den Metallabbau verwendet, da es bis zu 60 % Aluminiumoxide enthält. Die Zusammensetzung umfasst außerdem Silizium- und Eisenoxide, Quarz, Magnesium, Natrium und andere chemische Elemente und Verbindungen. Je nach Zusammensetzung weist Bauxit unterschiedliche Dichten auf. Die Farbe des Gesteins ist überwiegend rot oder grau. Um 1 Tonne Aluminium herzustellen, werden 4,5 Tonnen Bauxit benötigt.

Alunit Das Erz liegt nicht weit hinter Bauxit, da es bis zu 40 % Aluminiumoxid enthält – den Hauptlieferanten von Aluminium. Es hat eine poröse Struktur und viele Verunreinigungen. Der Aluminiumabbau ist nur dann rentabel, wenn die Gesamtmenge an Alunit der Gesamtmenge an Zusatzstoffen entspricht.

Es handelt sich um ein alkalisches Gestein magmatischen Ursprungs. Beim Aluminiumoxidgehalt liegen sie an dritter Stelle. Ab der ersten Sorte Nephelin-Erz können 25 % oder mehr Aluminiumoxid verarbeitet werden. Ab der zweiten Klasse - bis zu 25 %, jedoch nicht weniger als 22 %. Alle mineralischen Verbindungen, die Aluminiumoxide unter diesem Wert enthalten, haben keinen industriellen Wert.

Methoden des Aluminiumabbaus

Aluminium ist ein relativ junges Metall, das erstmals vor etwas mehr als einem Jahrhundert abgebaut wurde. Im Laufe der Zeit wurde die Aluminiumabbautechnologie unter Berücksichtigung aller chemischen und physikalischen Eigenschaften ständig verbessert.

Die Herstellung von Metall ist nur aus Aluminiumoxid möglich, zu dessen Bildung das Erz zu einem Pulver zerkleinert und mit Dampf erhitzt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Großteil des Siliziums loszuwerden und den optimalen Rohstoff für die anschließende Verhüttung übrig zu lassen.

Aluminiumerz wird im Tagebau abgebaut, wenn sein Vorkommen flach ist. Bauxit und Nephelin werden aufgrund ihrer dichten Struktur üblicherweise mit einem Surface Miner im Fräsverfahren abgebaut. Alunite gehören zu den Lockergesteinen und eignen sich daher optimal für den Abtransport mit einem Steinbruchbagger. Dieser verlädt das Gestein sofort auf Muldenkipper für den Weitertransport.

Nach der Gewinnung der Primärrohstoffe folgen mehrere zwingende Schritte der Gesteinsverarbeitung zur Gewinnung von Aluminiumoxid:

Transport zur Vorbereitungswerkstatt, wo Brechgeräte das Gestein auf einen Bruchteil von etwa 110 mm zerkleinern.
Die aufbereiteten Rohstoffe werden zusammen mit weiteren Komponenten der Weiterverarbeitung zugeführt.
Das Gestein wird in Öfen gesintert. Bei Bedarf wird das Aluminiumerz ausgelaugt. Dabei entsteht eine flüssige Aluminatlösung.
Die nächste Stufe ist die Zersetzung. Dadurch entsteht ein Aluminatbrei, der der Trennung und Verdampfung der Flüssigkeit zugeführt wird.
Reinigung von überschüssigen Alkalien und Ofenkalzinierung.

Das Ergebnis ist trockenes Aluminiumoxid, bereit für die Aluminiumproduktion. Die letzte Stufe ist die Hydrolysebehandlung. Neben der oben beschriebenen Methode wird Aluminium auch im Minenverfahren abgebaut. So wird das Gestein aus den Erdschichten herausgeschnitten.

Aluminiumbergbaustandorte in Russland

In der Weltrangliste der Aluminiumerzproduktion liegt Russland auf dem siebten Platz. Im gesamten Gebiet wurden etwa 50 Lagerstätten erkundet, darunter noch unerschlossene Lagerstätten. Die reichsten Erzreserven konzentrieren sich auf Gebiet Leningrad und im Ural, wo eine der tiefsten „Aluminium“-Minen betrieben wird. Die Tiefe des Letzteren erreicht 1550 Meter.

Trotz der weit entwickelten Nichteisenmetallurgie und insbesondere der Aluminiumproduktion reicht das resultierende Volumen nicht aus, um die Industrie des gesamten Landes zu versorgen. Daher ist Russland gezwungen, Aluminiumoxid aus anderen Ländern zu importieren. Dieser Bedarf ist auch auf die geringere Erzqualität zurückzuführen. Eine der ertragreichsten Lagerstätten im Ural produziert Bauxit mit einem Aluminiumoxidgehalt von 50 %. In Italien wird ein Gestein abgebaut, das 64 % Aluminiumoxide enthält.

Etwa 80 % der gesamten Aluminiumerzmasse in Russland werden in geschlossenen Minen abgebaut. Eine ganze Reihe von Lagerstätten befinden sich in Belgorod, Archangelsk, Gebiete Swerdlowsk sowie die Republik Komi. Neben Bauxit werden auch Nephelinerze abgebaut. Die Rentabilität dieser Art der Metallproduktion ist geringer, das Ergebnis gleicht jedoch teilweise die Rohstoffknappheit des Landes aus.

Einen besonderen Platz in der Aluminiumindustrie nimmt die Herstellung von Metall aus recycelten Materialien ein. Diese Methode spart erheblich Energie und Erzressourcen und reduziert das Ausmaß der verursachten Schäden Umfeld. Hier liegt Russland etwas hinter anderen Ländern zurück, aber die Leistung der meisten inländischen Unternehmen verbessert sich jedes Jahr spürbar.

Weltweite Produktion von Aluminiumerzen

In den letzten hundert Jahren ist die Produktion von Aluminiumerz auf ein unglaubliches Niveau gestiegen. Betrug die weltweite Gesteinsmenge im Jahr 1913 etwa 550.000 Tonnen, sind es heute mehr als 190 Millionen Tonnen. Derzeit fördern etwa 30 Länder Aluminiumerz. Guinea nimmt die Spitzenposition ein ( Westafrika), wo viele Einlagen mit Reserven konzentriert sind, die 28 % des Weltanteils ausmachen.

Bei den direkten Erzproduktionsmengen dürfte China an erster Stelle stehen. So produziert das Land der „untergehenden Sonne“ jährlich mehr als 80 Millionen Tonnen Rohstoffe. Die Top 5 lauten wie folgt:

China- 86 Millionen Tonnen;
Australien- 82 Millionen Tonnen;
Brasilien- 31 Millionen Tonnen;
Guinea- 20 Millionen Tonnen;
Indien- 15 Millionen Tonnen.

Als nächstes folgt Jamaika mit 9,7 Millionen Tonnen und schließlich Russland, dessen gesamte Aluminiumerzproduktion 6-7 Millionen Tonnen beträgt. Die Führungspersönlichkeiten in der Aluminiumindustrie haben sich im Laufe der Jahre verändert.

Das Erz wurde erstmals in Frankreich in der Stadt Box abgebaut, weshalb die häufigste Erzart Bauxit heißt. Bald konnten sie sich einer besseren Leistung rühmen Westeuropa Und Nordamerika. Ein halbes Jahrhundert später wurde er zum unangefochtenen Anführer Lateinamerika. Jetzt haben Afrika, Australien, China und andere Industrieländer die Führung übernommen.

Nichteisenmetalle sind aus der modernen Industrie nicht mehr wegzudenken. Ohne sie wäre die Entwicklung vieler Branchen nicht möglich. Aluminium gilt als leichtes, langlebiges und funktionelles Metall als wichtiger Konstruktionswerkstoff der Gegenwart.

Der größte Wert für die Industrie als Aluminiumquelle sind natürliche Rohstoffe - Bauxit, ein Gesteinsbestandteil in Form von Bauxit, Alunit und Nephelin.

Sorten tonerdehaltiger Erze

Es sind mehr als 200 Mineralien bekannt, die Aluminium enthalten.

Als Rohstoffquelle gilt nur Gestein, das folgende Anforderungen erfüllen kann:

Natürliche Rohstoffe müssen einen hohen Gehalt an Aluminiumoxiden aufweisen;
Die Lagerstätte muss der wirtschaftlichen Machbarkeit ihrer industriellen Erschließung entsprechen.
Das Gestein muss Aluminium-Rohstoffe in einer Form enthalten, die mit bekannten Methoden in reiner Form gewonnen werden kann.

Merkmal des Naturgesteins Bauxit

Das Mineral hat eine verborgene kristalline Struktur oder liegt in einem amorphen Zustand vor. Viele Mineralien haben gehärtete Formen von Hydrogelen einfacher oder komplexer Zusammensetzung.
Die Farbe von Bauxit reicht an verschiedenen Abbaustandorten von fast weiß bis dunkelrot. Es gibt Ablagerungen mit einer schwarzen Farbe des Minerals.
Die Dichte aluminiumhaltiger Mineralien hängt von ihrer Dichte ab chemische Zusammensetzung und liegt bei etwa 3.500 kg/m3.
Die chemische Zusammensetzung und Struktur von Bauxit bestimmt den Feststoffgehalt Eigenschaften Mineral. Die stärksten Mineralien haben eine Härte von 6 Einheiten auf der in der Mineralogie akzeptierten Skala.
Als natürliches Mineral weist Bauxit eine Reihe von Verunreinigungen auf, am häufigsten handelt es sich dabei um Oxide von Eisen, Kalzium, Magnesium, Mangan sowie Verunreinigungen von Titan und Phosphorverbindungen.

Bauxite, Kaoline und Tone enthalten Verunreinigungen anderer Verbindungen, die bei der Verarbeitung von Rohstoffen in einzelne Industrien abgetrennt werden.

Nur in Russland werden Lagerstätten mit Gesteinsvorkommen genutzt, die geringere Konzentrationen an Aluminiumoxid enthalten.

Seit kurzem wird Aluminiumoxid aus Nephelinen gewonnen, die neben Aluminiumoxid auch Oxide von Metallen wie Kalium, Natrium, Silizium und, nicht weniger wertvoll, Alaunstein und Alunit enthalten.

Verfahren zur Verarbeitung von aluminiumhaltigen Mineralien

Die Technologie zur Herstellung von reinem Aluminiumoxid aus Aluminiumerz hat sich seit der Entdeckung dieses Metalls nicht verändert. Die Produktionsanlagen werden verbessert, sodass nun reines Aluminium hergestellt werden kann. Die wichtigsten Produktionsstufen zur Gewinnung von reinem Metall:

Gewinnung von Erz aus erschlossenen Lagerstätten.
Die primäre Verarbeitung von Abfallgestein zur Erhöhung der Aluminiumoxidkonzentration ist ein Anreicherungsprozess.
Herstellung von reinem Aluminiumoxid, elektrolytische Reduktion von Aluminium aus seinen Oxiden.

Der Produktionsprozess endet mit Metall mit einer Konzentration von 99,99 %.

Abbau und Aufbereitung von Aluminiumoxid

Tonerde bzw. Aluminiumoxide kommen in der Natur nicht in reiner Form vor. Es wird mit hydrochemischen Methoden aus Aluminiumerzen gewonnen.

Mithilfe spezieller Geräte (Siebe, Klassierer) wird das Erz zerkleinert und sortiert, wobei Abfallgestein (Rückstände) entsorgt wird. In dieser Phase der Aluminiumoxidanreicherung werden Wasch- und Screening-Methoden als wirtschaftlich vorteilhafteste Methoden eingesetzt.
Das gereinigte Erz, das sich am Boden der Konzentrationsanlage absetzt, wird in einem Autoklaven mit einer erhitzten Natronlaugemasse vermischt.
Die Mischung wird durch ein System aus hochfesten Stahlbehältern geleitet. Die Behälter sind mit einem Dampfmantel ausgestattet, der die erforderliche Temperatur aufrechterhält. Der Dampfdruck wird bei 1,5–3,5 MPa gehalten, bis die Aluminiumverbindungen in einer überhitzten Natriumhydroxidlösung vollständig vom angereicherten Gestein in Natriumaluminat übergegangen sind.
Nach dem Abkühlen durchläuft die Flüssigkeit eine Filtrationsstufe, wodurch feste Sedimente abgetrennt werden und eine übersättigte reine Aluminatlösung erhalten wird. Durch die Zugabe von Aluminiumhydroxidrückständen aus dem vorherigen Zyklus zur resultierenden Lösung wird die Zersetzung beschleunigt.
Zur Endtrocknung von Aluminiumoxidhydrat kommt ein Kalzinierungsverfahren zum Einsatz.

Elektrolytische Herstellung von Reinaluminium

Reinaluminium wird in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt, bei dem kalziniertes Aluminium entsteht tritt in die elektrolytische Reduktionsstufe ein.

Moderne Elektrolyseure sind Geräte, die aus folgenden Teilen bestehen:

Hergestellt aus Stahlgehäuse, ausgekleidet mit Kohleblöcken und -platten. Während des Betriebs bildet sich auf der Oberfläche des Badkörpers ein dichter Film aus gefrorenem Elektrolyt, der die Auskleidung vor Zerstörung durch die Elektrolytschmelze schützt.
Als Kathode dient bei dieser Anlage eine 10–20 cm dicke Schicht geschmolzenen Aluminiums am Boden des Bades.
Die Stromzufuhr zur Aluminiumschmelze erfolgt über Kohlenstoffblöcke und eingebettete Stahlstäbe.
Die mit Stahlstiften an einem Eisenrahmen aufgehängten Anoden sind mit Stangen versehen, die mit einem Hebemechanismus verbunden sind. Mit fortschreitender Verbrennung bewegt sich die Anode nach unten und die Stäbe dienen als Element zur Stromzufuhr.
In Werkstätten werden Elektrolyseure nacheinander in mehreren Reihen (zwei oder vier Reihen) installiert.

Zusätzliche Reinigung von Aluminium durch Raffination

Sollte das aus den Elektrolyseuren gewonnene Aluminium nicht den endgültigen Anforderungen genügen, wird es einer zusätzlichen Reinigung durch Raffination unterzogen.

In der Industrie wird dieser Prozess in einem speziellen Elektrolyseur durchgeführt, der drei Flüssigkeitsschichten enthält:

Unten – veredeltes Aluminium mit einem Zusatz von ca. 35 % Kupfer, dient als Anode. Kupfer ist vorhanden, um die Aluminiumschicht schwerer zu machen; Kupfer löst sich nicht in der Anodenlegierung; seine Dichte darf 3000 kg/m3 nicht überschreiten.
Die mittlere Schicht ist eine Mischung aus Fluoriden und Chloriden von Barium, Calcium und Aluminium mit einem Schmelzpunkt von etwa 730 °C.
Obere Schicht - reines raffiniertes Aluminium eine Schmelze, die sich in der Anodenschicht auflöst und nach oben steigt. Es dient in diesem Stromkreis als Kathode. Die Stromzufuhr erfolgt über eine Graphitelektrode.

Während des Elektrolyseprozesses verbleiben Verunreinigungen in der Anodenschicht und im Elektrolyten. Die Ausbeute an reinem Aluminium beträgt 95–98 %. Die Entwicklung aluminiumhaltiger Lagerstätten nimmt dank der Eigenschaften von Aluminium, das in der modernen Industrie derzeit nach Eisen an zweiter Stelle steht, einen führenden Platz in der Volkswirtschaft ein.

In der modernen Industrie ist Aluminiumerz der beliebteste Rohstoff. Die rasante Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat es ermöglicht, den Anwendungsbereich zu erweitern. Was Aluminiumerz ist und wo es abgebaut wird, wird in diesem Artikel beschrieben.

Industrielle Bedeutung von Aluminium

Aluminium gilt als das am häufigsten vorkommende Metall. Gemessen an der Anzahl der Ablagerungen in der Erdkruste liegt es an dritter Stelle. Jeder kennt Aluminium auch als Element des Periodensystems, das zu den Leichtmetallen gehört.

Aluminiumerz ist der natürliche Rohstoff, aus dem dieses Metall gewonnen wird. Es wird hauptsächlich aus Bauxit abgebaut, das Aluminiumoxide (Tonerde) enthält die größte Zahl– von 28 bis 80 %. Andere Gesteine – Alunit, Nephelin und Nephelin-Apatit – werden ebenfalls als Rohstoffe für die Herstellung von Aluminium verwendet, sind jedoch von schlechterer Qualität und enthalten deutlich weniger Aluminiumoxid.

Aluminium steht in der Nichteisenmetallurgie an erster Stelle. Tatsache ist, dass es aufgrund seiner Eigenschaften in vielen Branchen eingesetzt wird. So wird dieses Metall in der Verkehrstechnik, der Verpackungsproduktion, im Bauwesen und zur Herstellung verschiedener Konsumgüter eingesetzt. Auch in der Elektrotechnik wird Aluminium häufig verwendet.

Um die Bedeutung von Aluminium für die Menschheit zu verstehen, werfen Sie einen genaueren Blick darauf Haushaltsgegenstände die wir jeden Tag nutzen. Viele Haushaltsgegenstände bestehen aus Aluminium: Dies sind Teile für Elektrogeräte (Kühlschrank, Waschmaschine usw.), Geschirr, Sportgeräte, Souvenirs, Innenelemente. Zur Herstellung wird häufig Aluminium verwendet verschiedene Typen Behälter und Verpackungen. Zum Beispiel Dosen oder Einweg-Folienbehälter.

Arten von Aluminiumerzen

Aluminium kommt in mehr als 250 Mineralien vor. Von diesen sind Bauxit, Nephelin und Alunit die wertvollsten für die Industrie. Schauen wir sie uns genauer an.

Bauxiterz

Aluminium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor. Es wird hauptsächlich aus Aluminiumerz – Bauxit – gewonnen. Es ist ein Mineral, das hauptsächlich aus Aluminiumhydroxiden sowie Eisen- und Siliziumoxiden besteht. Aufgrund des hohen Aluminiumoxidgehalts (40 bis 60 %) wird Bauxit als Rohstoff für die Herstellung von Aluminium verwendet.

Physikalische Eigenschaften von Aluminiumerz:

undurchsichtiges Mineral aus Rot und grau verschiedene Farbtöne;
die Härte der stärksten Proben beträgt 6 auf der mineralogischen Skala;
Die Dichte von Bauxit liegt je nach chemischer Zusammensetzung zwischen 2900 und 3500 kg/m³.

Bauxit-Erzvorkommen konzentrieren sich auf die Äquatorialregion und tropische Zone Land. Weitere antike Vorkommen befinden sich in Russland.

Wie entsteht Bauxit-Aluminium-Erz?

Bauxit entsteht aus Aluminiumoxid-Monohydrat, Böhmit und Diaspor, Hydrargillit-Trihydrat und den damit verbundenen Mineralien Hydroxid und Eisenoxid.

Je nach Zusammensetzung der naturbildenden Elemente werden drei Gruppen von Bauxiterzen unterschieden:

Monohydrat-Bauxit – enthält Aluminiumoxid in Monohydratform.
Trihydrat – solche Mineralien bestehen aus Aluminiumoxid in Trihydratform.
Gemischt – diese Gruppe umfasst die bisherigen Aluminiumerze in Kombination.

Rohstoffvorkommen entstehen durch die Verwitterung von sauren, alkalischen und teilweise basischen Gesteinen oder durch die allmähliche Ablagerung großer Mengen Tonerde auf dem Meeres- und Seeboden.

Alunit-Erze

Diese Art von Abscheidung enthält bis zu 40 % Aluminiumoxid. Alunit-Erz entsteht in Wasserbecken und Küstengebieten unter Bedingungen intensiver hydrothermaler und vulkanischer Aktivität. Ein Beispiel für solche Vorkommen ist der Zaglinskoye-See im Kleinen Kaukasus.

Das Gestein ist porös. Besteht hauptsächlich aus Kaoliniten und Hydromica. Von industriellem Interesse sind Erze mit einem Alunitgehalt von mehr als 50 %.

Nepheline

Dabei handelt es sich um ein Aluminiumerz magmatischen Ursprungs. Es ist ein vollständig kristallines alkalisches Gestein. Abhängig von der Zusammensetzung und den technologischen Merkmalen der Verarbeitung werden verschiedene Qualitäten von Nephelin-Erz unterschieden:

erste Klasse – 60–90 % Nephelin; es enthält mehr als 25 % Aluminiumoxid; die Verarbeitung erfolgt durch Sintern;
zweite Sorte – 40–60 % Nephelin, die Menge an Aluminiumoxid ist etwas geringer – 22–25 %; während der Verarbeitung ist eine Anreicherung erforderlich;
Die dritte Klasse sind Nephelinmineralien, die keinen industriellen Wert haben.

Weltweite Produktion von Aluminiumerzen

Aluminiumerz wurde erstmals in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts im Südosten Frankreichs in der Nähe der Stadt Box abgebaut. Daher kommt auch der Name Bauxit. Die Entwicklung dieser Branche verlief zunächst langsam. Doch als die Menschheit erkannte, welches Aluminiumerz für die Produktion nützlich war, erweiterte sich der Anwendungsbereich von Aluminium erheblich. Viele Länder haben begonnen, auf ihrem Territorium nach Vorkommen zu suchen. So begann die weltweite Produktion von Aluminiumerzen allmählich zu steigen. Die Zahlen bestätigen diese Tatsache. Betrug das weltweit geförderte Erzvolumen im Jahr 1913 also 540.000 Tonnen, so waren es im Jahr 2014 bereits mehr als 180 Millionen Tonnen.

Auch die Zahl der Länder, die Aluminiumerz abbauen, nahm allmählich zu. Heute gibt es etwa 30 davon, aber in den letzten 100 Jahren haben sich die führenden Länder und Regionen ständig verändert. So waren zu Beginn des 20. Jahrhunderts Nordamerika und Westeuropa weltweit führend bei der Gewinnung von Aluminiumerz und seiner Produktion. Auf diese beiden Regionen entfielen etwa 98 % der weltweiten Produktion. Einige Jahrzehnte später wurden in Bezug auf quantitative Indikatoren der Aluminiumindustrie die Länder Osteuropas, Lateinamerikas und die Sowjetunion. Und bereits in den 1950er und 1960er Jahren wurde Lateinamerika zum Produktionsführer. Und in den 1980–1990er Jahren. In Australien und Afrika kam es zu einem schnellen Durchbruch in der Aluminiumindustrie. Im aktuellen globalen Trend sind Australien, Brasilien, China, Guinea, Jamaika, Indien, Russland, Suriname, Venezuela und Griechenland die wichtigsten führenden Länder in der Aluminiumproduktion.

Erzvorkommen in Russland

Bezogen auf die Aluminiumerzproduktion belegt Russland im Weltranking den siebten Platz. Obwohl Aluminiumerzvorkommen in Russland das Land mit großen Metallmengen versorgen, reichen diese nicht aus, um die Industrie vollständig zu versorgen. Daher ist der Staat gezwungen, Bauxit aus anderen Ländern zu kaufen.

Insgesamt gibt es in Russland 50 Erzvorkommen. Diese Zahl umfasst sowohl Orte, an denen das Mineral abgebaut wird, als auch Lagerstätten, die noch nicht erschlossen sind.

Die meisten Erzreserven befinden sich im europäischen Teil des Landes. Hier befinden sie sich in Swerdlowsk, Archangelsk, Region Belgorod, in der Republik Komi. Alle diese Regionen enthalten 70 % der gesamten nachgewiesenen Erzreserven des Landes.

Aluminiumerze In Russland werden sie noch immer in alten Bauxitvorkommen abgebaut. Zu diesen Gebieten gehört das Radynskoje-Feld in der Region Leningrad. Aufgrund der Rohstoffknappheit nutzt Russland auch andere Aluminiumerze, deren Vorkommen minderwertige Mineralvorkommen sind. Für industrielle Zwecke sind sie aber weiterhin geeignet. So werden in Russland Nephelinerze in großen Mengen abgebaut, die auch die Gewinnung von Aluminium ermöglichen.

Die französische Stadt Les Baux de Provence im Süden des Landes wurde berühmt, weil sie dem Mineral Bauxit ihren Namen gab. Dort entdeckte der Bergbauingenieur Pierre Berthier im Jahr 1821 Vorkommen unbekannter Erze. Es dauerte weitere 40 Jahre der Forschung und Erprobung, um die Möglichkeiten des neuen Gesteins zu entdecken und es als vielversprechend für die industrielle Produktion von Aluminium zu erkennen, die in diesen Jahren den Goldpreis überstieg.

Eigenschaften und Herkunft

Bauxit ist das primäre Aluminiumerz. Fast das gesamte Aluminium, das jemals auf der Welt produziert wurde, wird aus ihnen verarbeitet. Dieses Gestein ist ein zusammengesetzter Rohstoff, der sich durch eine komplexe und heterogene Struktur auszeichnet.

Als Hauptbestandteile sind Aluminiumoxide und -hydroxide enthalten. Eisenoxide dienen auch als erzbildende Mineralien. Und zu den häufigsten Verunreinigungen:

Silizium (dargestellt durch Quarz, Kaolinit und Opal);
Titan (in Form von Rutil);
Calcium- und Magnesiumverbindungen;
seltene Erdvorkommen;
Glimmer;
in geringen Mengen Gallium, Chrom, Vanadium, Zirkonium, Niob, Phosphor, Kalium, Natrium und Pyrit.

Bauxite sind ihrem Ursprung nach lateritisch und karst (sedimentär). Die ersten, qualitativ hochwertigen, entstanden im Klima der feuchten Tropen durch tiefgreifende chemische Umwandlung von Silikatgesteinen (die sogenannte Laterisierung). Letztere sind von geringerer Qualität; sie sind ein Produkt der Verwitterung, Übertragung und Ablagerung von Tonschichten an neuen Orten.

Bauxite variieren in:

Körperlicher Zustand (felsig, erdig, porös, locker, tonartig).
Struktur (in Form von Fragmenten und Erbsen).
Strukturmerkmale (mit homogener oder geschichteter Zusammensetzung).
Dichte (variiert von 1800 bis 3200 kg/m³).

Chemische und physikalische Eigenschaften

Die chemischen Eigenschaften von Bauxit sind aufgrund der variablen Zusammensetzung des Materials sehr unterschiedlich. Die Qualität der geförderten Mineralien wird jedoch in erster Linie durch das Verhältnis von Aluminiumoxid- und Kieselsäuregehalt bestimmt. Je größer die Menge des ersten und je geringer die Menge des zweiten, desto größer ist der industrielle Wert. Als wichtiges chemisches Merkmal betrachten Bergbauingenieure die sogenannte „Brechbarkeit“, also wie leicht sich Aluminiumoxide aus dem Erzmaterial extrahieren lassen.

Obwohl Bauxit keine konstante Zusammensetzung hat, lassen sich seine physikalischen Eigenschaften auf die folgenden Indikatoren beschränken:

1	Farbe	Braun, Orange, Ziegelstein, Rosa, Rot; seltener grau, gelb, weiß und schwarz
2	Venen	normalerweise weiß, aber manchmal können sie durch Eisenverunreinigungen gefärbt sein
3	Scheinen	Langweilig und erdig
4	Transparenz	Undurchsichtig
5	Spezifisches Gewicht	2-2,5 kg/cm³
6	Härte	1-3 auf der mineralogischen Mohs-Skala (zum Vergleich: Ein Diamant hat eine 10). Aufgrund dieser Weichheit ähnelt Bauxit Ton. Im Gegensatz zu letzteren bilden sie jedoch bei Zugabe von Wasser keine homogene plastische Masse

Interessanterweise hat der physische Zustand nichts mit der Nützlichkeit und dem Wert von Bauxit zu tun. Dies erklärt sich dadurch, dass sie zu einem anderen Material verarbeitet werden, dessen Eigenschaften sich deutlich vom ursprünglichen Gestein unterscheiden.

Weltreserven und Produktion

Trotz der Tatsache, dass die Nachfrage nach Aluminium ständig steigt, reichen die Reserven seines Primärerzes aus, um diesen Bedarf für mehrere Jahrhunderte, mindestens jedoch für 100 Produktionsjahre, zu decken.

Der US Geological Survey hat Daten veröffentlicht, denen zufolge die weltweiten Bauxitressourcen 55-75 Milliarden Tonnen betragen. Darüber hinaus konzentrieren sich die meisten von ihnen auf Afrika (32 %). Auf Ozeanien entfallen 23 % Karibik Und Südamerika 21 %, asiatischer Kontinent 18 %, andere Regionen 6 %.

Optimistisch weckt auch die Einführung eines Aluminiumrecyclingverfahrens, das die Erschöpfung der natürlichen Reserven an Primäraluminiumerzen verlangsamen (und gleichzeitig den Energieverbrauch senken) wird.

Die Top-Ten-Länder im Bauxitabbau, vertreten durch denselben US Geological Survey, sahen 2016 so aus.

1	Australien	82 000
2	China	65 000
3	Brasilien	34 500
4	Indien	25 000
5	Guinea	19 700
6	Jamaika	8 500
7	Russland	5 400
8	Kasachstan	4 600
9	Saudi-Arabien	4 000
10	Griechenland	1 800

Vietnam zeigt sich sehr vielversprechend und schloss das Jahr 2016 mit einem Indikator von 1.500.000 Tonnen ab. Doch Malaysia, das 2015 noch auf dem dritten Platz lag, hat die Bauxitförderung aufgrund der Erwartung strenger Umweltgesetze stark reduziert und liegt heute auf Platz 15 der Weltrangliste.

Bauxit wird üblicherweise im Tagebau abgebaut. Um eine Arbeitsplattform zu erhalten, wird eine Erzschicht in einer Tiefe von 20 Zentimetern gesprengt und anschließend abgetragen. Teile des Minerals werden zerkleinert und sortiert: Abfallgestein (die sogenannten „Tailings“) werden mit einem Waschwasserstrahl weggespült, und Fragmente von dichtem Erz verbleiben am Boden der Verarbeitungsanlage.

Die ältesten Bauxitvorkommen in Russland stammen aus der präkambrischen Zeit. Sie liegen im östlichen Sajan-Gebirge (Boksonskoje-Feld). Jüngeres Aluminiumerz aus dem Mittel- und Oberdevon kommt im nördlichen und oberen Devon vor Südlicher Ural, in den Regionen Archangelsk, Leningrad und Belgorod.

Industrielle Anwendung

Abgebaute Bauxite werden entsprechend ihrer späteren kommerziellen Verwendung in metallurgische, abrasive, chemische, zementäre, feuerfeste usw. unterteilt.

Ihre Hauptverwendung, die 85 % der Weltproduktion ausmacht, ist die Verwendung als Rohstoff für die Herstellung von Aluminiumoxid (Aluminiumoxid).

Die technologische Kette sieht folgendermaßen aus: Bauxit wird mit Natronlauge erhitzt, dann filtriert, der feste Rückstand wird ausgefällt und kalziniert. Dieses Produkt- wasserfreies Aluminiumoxid, die vorletzte Umwandlung im Aluminiumproduktionszyklus.

Anschließend muss es nur noch in ein Bad aus geschmolzenem natürlichem oder synthetischem Kryolith getaucht und das Metall selbst durch elektrolytische Reduktion isoliert werden.

Der erste, der diese Technologie im Jahr 1860 entdeckte, war der französische Chemiker Henri Saint-Clair Deville. Es ersetzte ein teures Verfahren, bei dem Aluminium im Vakuum aus Kalium und Natrium hergestellt wurde.

Der nächste wichtige Einsatzbereich von Bauxit sind Schleifmittel.

Beim Kalzinieren von Aluminiumoxid entsteht synthetischer Korund, ein sehr hartes Material mit der Bewertung 9 auf der Mohs-Skala. Es wird zerkleinert, getrennt und dann zu Schleifpapier und verschiedenen Polierpulvern und -suspensionen gegeben.

Gesintert, pulverisiert und zu runden Körnchen verschmolzen, eignet sich Bauxit auch hervorragend als Sandstrahlmittel. Es ist ideal für die Oberflächenbehandlung und reduziert aufgrund seiner Kugelform den Verschleiß von Sandstrahlgeräten.

Ein weiterer wichtiger Zweck von Bauxit besteht darin, als Stützmittel (ein Material, das das Schließen speziell geschaffener Verwerfungen verhindert) am Prozess der Ölförderung mittels hydraulischer Frakturierung teilzunehmen. In diesem Fall widerstehen die behandelten Bauxitgesteinspartikel dem hydraulischen Druck und ermöglichen, dass die Risse so lange offen bleiben, bis das Öl austreten kann.

Auch für die Herstellung feuerfester Produkte ist Bauxit unverzichtbar. Gebranntes Aluminiumoxid hält Temperaturen bis zu 1780 °C stand. Diese Eigenschaft wird sowohl für die Herstellung von Ziegeln und Beton als auch für die Herstellung von Geräten für die metallurgische Industrie, Spezialglas und sogar feuerfester Kleidung genutzt.

Abschluss

Chemiker und Technologen sind ständig auf der Suche nach geeigneten Ersatzstoffen für Bauxit, die in ihren Eigenschaften nicht minderwertig sind. Untersuchungen haben ergeben, dass Tonmaterialien, Kraftwerksasche und Ölschiefer zur Herstellung von Aluminiumoxid verwendet werden können.

Allerdings sind die Kosten der gesamten Technologiekette um ein Vielfaches höher. Siliziumkarbid hat sich als Schleifmittel und synthetisches Mullit als feuerfestes Material bewährt. Wissenschaftler hoffen, dass dies noch vor der völligen Erschöpfung der Fall ist natürliche Ressourcen Für Bauxit wird ein gleichwertiger Ersatz gefunden.

Bauxit ist das Haupterz für die Aluminiumproduktion. Die Bildung von Ablagerungen ist mit dem Prozess der Verwitterung und Übertragung von Material verbunden, das neben Aluminiumhydroxiden auch andere chemische Elemente enthält. Die Metallgewinnungstechnologie ermöglicht einen kostengünstigen industriellen Produktionsprozess ohne Abfallerzeugung.

Eigenschaften des Erzminerals

Der Name des mineralischen Rohstoffs für den Aluminiumabbau leitet sich vom Namen des Gebiets in Frankreich ab, in dem die Vorkommen erstmals entdeckt wurden. Bauxit besteht aus Aluminiumhydroxiden und enthält als Verunreinigungen Tonmineralien, Eisenoxide und Hydroxide.

Von Aussehen Bauxit ist ein steiniges und seltener tonartiges Gestein mit gleichmäßiger oder geschichteter Textur. Je nach Vorkommensform in der Erdkruste kann diese dicht oder porös sein. Mineralien werden nach ihrer Struktur klassifiziert:

klastisch – Konglomerat, Kies, Sandstein, Pelit;
konkretionär - Hülsenfrüchte, oolithisch.

Der Großteil des Gesteins enthält in Form von Einschlüssen oolithische Formationen aus Eisen- oder Aluminiumoxiden. Bauxiterz hat normalerweise eine braune oder ziegelfarbene Farbe, es gibt aber auch Vorkommen in Weiß-, Rot-, Grau- und Gelbtönen.

Die wichtigsten Mineralien für die Erzbildung sind:

Diaspora;
Hydrogoethit;
Goethit;
Böhmit;
Gibbsit;
Kaolinit;
Ilmenit;
Aluminohämatit;
Calcit;
Siderit;
Glimmer.

Es gibt Bauxite von Plattform-, Geosynklinal- und Ozeaninseln. Aluminiumerzvorkommen entstanden durch die Übertragung von Verwitterungsprodukten von Gesteinen, gefolgt von deren Ablagerung und Sedimentbildung.

Industriebauxit enthält 28–60 % Aluminiumoxid. Bei der Verwendung von Erz sollte das Verhältnis von letzterem zu Silizium nicht unter 2-2,5 liegen.

Lagerstätten und Gewinnung von Rohstoffen

Die wichtigsten Rohstoffe für die industrielle Aluminiumproduktion in der Russischen Föderation sind Bauxit, Nephelinerze und deren Konzentrate, die auf der Kola-Halbinsel konzentriert sind.

Bauxitvorkommen in Russland zeichnen sich durch minderwertige Rohstoffe und schwierige Bergbau- und geologische Abbaubedingungen aus. Im Bundesstaat gibt es 44 erkundete Lagerstätten, von denen nur ein Viertel ausgebeutet wird.

Die Hauptproduktion von Bauxit erfolgt durch JSC Sevuralboxytruda. Trotz der Reserven an Erzrohstoffen ist die Versorgung der Verarbeitungsbetriebe ungleichmäßig. Seit 15 Jahren herrscht ein Mangel an Nephelinen und Bauxiten, was zum Import von Aluminiumoxid führt.

Die weltweiten Bauxitreserven konzentrieren sich auf 18 Länder in tropischen und tropischen Gebieten subtropische Zonen. Der Standort von Bauxit höchster Qualität ist auf Verwitterungsgebiete von Alumosilikatgesteinen unter feuchten Bedingungen beschränkt. In diesen Gebieten befindet sich der Großteil der weltweiten Rohstoffversorgung.

Die größten Reserven konzentrieren sich auf Guinea. Australien ist weltweit führend bei der Gewinnung von Erzrohstoffen. Brasilien verfügt über 6 Milliarden Tonnen Reserven, Vietnam über 3 Milliarden Tonnen, Indiens hochwertige Bauxitreserven belaufen sich auf 2,5 Milliarden Tonnen und Indonesien über 2 Milliarden Tonnen. Der Großteil des Erzes konzentriert sich in den Tiefen dieser Länder.

Bauxit wird im Tage- und Untertagebau abgebaut. Der technologische Prozess der Rohstoffverarbeitung hängt von seiner chemischen Zusammensetzung ab und erfordert eine schrittweise Ausführung der Arbeiten.

Im ersten Schritt entsteht unter dem Einfluss chemischer Reagenzien Aluminiumoxid, im zweiten Schritt wird daraus durch Elektrolyse aus einem geschmolzenen Fluoridsalz die Metallkomponente extrahiert.

Zur Herstellung von Aluminiumoxid werden mehrere Methoden verwendet:

Sintern;
hydrochemisch;
kombiniert.

Die Anwendung der Methoden hängt von der Aluminiumkonzentration im Erz ab. Minderwertiges Bauxit wird aufwendig verarbeitet. Das beim Sintern entstehende Gemisch aus Soda, Kalkstein und Bauxit wird mit einer Lösung ausgelaugt. Das durch die chemische Behandlung entstehende Metallhydroxid wird abgetrennt und einer Filtration unterzogen.

Anwendung mineralischer Ressourcen

Der Einsatz von Bauxit in verschiedenen Industriezweigen ist auf die Vielseitigkeit des Rohstoffs in seiner mineralischen Zusammensetzung zurückzuführen physikalische Eigenschaften. Bauxit ist ein Erz, aus dem Aluminium und Tonerde gewonnen werden.

Die Verwendung von Bauxit in der Eisenmetallurgie als Flussmittel beim Schmelzen von Herdstahl verbessert sich technische Eigenschaften Produkte.

Bei der Herstellung von Elektrokorund werden die Eigenschaften von Bauxit genutzt, um durch Schmelzen in Elektroöfen unter Beteiligung von Anthrazit als Reduktionsmittel und Eisenspänen ein superbeständiges, feuerbeständiges Material (synthetischer Korund) zu bilden.

Das eisenarme Mineral Bauxit wird zur Herstellung feuerbeständiger, schnell erhärtender Zemente verwendet. Aus Erzrohstoffen werden neben Aluminium auch Eisen, Titan, Gallium, Zirkonium, Chrom, Niob und TR (seltene Erdelemente) gewonnen.

Bauxit wird zur Herstellung von Farben, Schleifmitteln und Sorptionsmitteln verwendet. Zur Herstellung feuerfester Massen wird Erz mit niedrigem Eisengehalt verwendet.

Verfügbar große Menge Mineralien und Gesteine, die Aluminium enthalten, aber nur wenige davon können zur Gewinnung von Aluminiummetall verwendet werden. Bauxit ist der am häufigsten verwendete Aluminiumrohstoff. , Darüber hinaus wird aus den Erzen zunächst ein Zwischenprodukt – Aluminiumoxid (Al 2 0 3) – gewonnen und anschließend aus dem Aluminiumoxid auf elektrolytischem Wege metallisches Aluminium gewonnen. Als A. r. Nephelin-Syenit werden verwendet (siehe Nephelin-Syenit) , sowie Nephelin-Apatit-Gesteine, die gleichzeitig als Phosphatquelle dienen. Alunitgesteine können als mineralische Rohstoffe zur Herstellung von Aluminium dienen (siehe Alunit) , Leuzit-Laven (Mineral Leuzit), Labradorite, Anorthosite , Tone und Kaoline mit hohem Aluminiumoxidgehalt, Kyanit-, Sillimanit- und Andalusit-Schiefer.

In kapitalistischen und Entwicklungsländern wird zur Herstellung von Aluminium praktisch nur Bauxit verwendet. In der UdSSR gewannen sie neben Bauxit an Bedeutung praktische Bedeutung Nephelin-Syenit- und Nephelin-Apatit-Gesteine.

Groß Sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .

Aluminiummonopole
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