Глинозем

Глинозем представляет собой распространенную природную форму оксида алюминия Al2O3. Глинозем алюминия в чистом виде встречается в виде минерала корунда, ярко выражен в составе бокситов – горных глинистых пород, а также алунитов, нефелинов и каолинов.

Производство глинозема

Для получения технических видов глинозема, применяемых в промышленности, используются различные технологии и типы сырья. Из добытой и обогащенной руды выделяют чистый глинозем, подходящий для получения алюминия электролитическим способом. Производство глинозема из руд промышленного значения осуществляется несколькими методами в зависимости от характеристик и состава алюминиевых руд.

Распространенной промышленной технологией получения глинозема является щелочной гидрохимический метод Байера.

Оксид алюминия при использовании такого методам добывается из бокситов высших сортов путем разложения алюминатного раствора при взаимодействии с гидроокисью алюминия. В результате из полученного раствора осаждается конечный продукт, который после промывки, фильтрования, кальцинации и прокаливания превращается в безводный глинозем.

Сухая щелочная технология получения глинозема (спекание) позволяет выделять глинозем из низкосортных бокситов, нефелинов и алунитовых руд. Сырье спекается в печах для получения твердой формы алюмината, который выщелачивается, сгущается, промывается и подвергается отделению шлама. Полученный раствор разлагают углекислотой и получают оксид алюминия и дополнительные продукты.

Свойства и применение глинозема

Глинозем используется для производства ряда абразивных, огнеупорных, износостойких материалов, применяется в качестве адсорбентов, электроизолирующих материалов, катализаторов, инертных наполнителей в исследовательских работах и химической промышленности.

Химические и электропроводные свойства глинозема:

  • амфотерный солеобразующий оксид;
  • бесцветные нерастворимые в кислотах и воде кристаллы;
  • растворим только в горячих растворах, расплавах щелочей;
  • температура плавления вещества: 2044 °C;
  • полупроводник n-типа;
  • электрическая прочность материала: 10 кВ/мм;
  • диэлектрическая проницаемость в диапазоне 9,5-10.

Николаевский глиноземный завод

Николаевский глиноземный завод (НГЗ) — это один из крупнейших заводов цветной металлургии в Европе. Находится в Николаеве (Украина). Находится в собственности объединенной компании «Российский алюминий» и является вторым по величине глиноземным активом РУСАЛа. Приватизация завода считается одной самых дорогих продаж за время деятельности Фонда государственного имущества Украины.

История

В 1970 году Министерством цветной металлургии СССР было принято решение о выборе района в Николаеве для разработки технико-экономическое обоснование строительства глиноземного завода и причалов для приема бокситовиз Гвинеи. После экспертизы и согласования ТЭО 21 июля 1972 года Министерство цветной металлургии утвердило ТЭО строительства комплекса «глиноземный завод-порт» под Николаевом. В 1980 году был построен Николаевский глиноземный завод построен в 1980 году совместно с «Лурги», «Алюминиум Пешине» и другими предприятиями. 28 июля 1980 года на заводе получили первый глинозем. В том же году начальники отделов НГЗ Узких Юрий Федорович, Лопатин Борис Ильич стали Лауреатами Государственной премии СССР в области науки и техники. В 1984 году Николаевский глиноземный завод вышел на проектный уровень производства — и выдал 1 миллион т глинозема за год. В январе 1986 года на предприятии были начаты работы по освоению производства галлия. В ноябре 1991 года в Днепро-Бугский морской порт пришло первое судно с грузом ямайских бокситов для Николаевского глиноземного завода. В феврале 2000 года Фондом государственного имущества Украины был объявлен коммерческий конкурс по продаже 30 % акций ОАО «Николаевский глиноземный завод». Стартовая цена пакета достигала 115 млн гривен. Наибольшая цена за выставлявшийся пакет (547,2 млн. гривен. или в эквиваленте 100 млн. долларов) предложил «Украинский алюминий» (дочерняя компания «Русского алюминия»), который признали победителем конкурса. После этого в собственности государства все еще оставался блокирующий пакет акций, который на протяжении последующих нескольких лет был выставлен на торги на фондовой бирже (тремя пакетами — один 5%-ный и два по 10%) и также был куплен «Украинским алюминием».

В конце февраля — начале марта 2011 года на шламохранилищах Николаевского глиноземного завода наблюдалось сильное пыление красного шлама. Была загрязнена почва на площади 75 000 кв. м. Природоохранной прокуратурой было возбуждено уголовное дело против должностных лиц завода. НГЗ принял программу мероприятий по предотвращению пыления шлама. В конце января 2012 года на шламохранилищах завода возобновилось пыление красного шлама.

Прежде чем перейти к характеристике отдельных процес­сов получения (извлечения) чистой окиси алюминия из руд, необходимо кратко ознакомиться с некоторыми физико-хими­ческими свойствами глинозема, определяющими поведение его в этих процессах.

Полиморфизм глинозема.

Полиморфизм, мак известно, представляет собой способность одного и того же вещества образо­вывать различные типы кристаллической (пространственной) решетки — давать полиморфные разности, обладающие неред­ко глубоким различием в свойствах.

Для безводной окиси алюминия обнаружено несколько поли­морфных разностей, из которых, однако, безусловно установле­ны, хорошо изучены и имеют большое значение в производстве глинозема две, которые мы и рассмотрим ниже,

Первая из них – a—Al2O3 или корунд, известна с дав­них времен и является единственной формой безводной окиси алюминия, встречающейся в естественных горных породах в виде бесцветных или окрашенных небольшими примесями дру­гих окислов кристаллов (рубин, сапфир). Чистый расплавлен­ный глинозем во время остывания кристаллизуется в форме a—Al2O3. Все виды гидратов окиси алюминия при нагревании до 1200° также превращаются а a—Al2O3. Кристаллизуется корунд в гексагональной системе, причем внешний вид кристаллов обыч­но веретенообразный или бочкообразный (фиг. 9). Корунд отли­чается высокой твердостью, занимая в минералогической шкале Мооса предпоследнее перед алмазом место — 9. Он практически не гигроскопичен и имеет наибольший удельный вес из всех полиморфных разностей Al2O3—3,9—4,0.

Кристаллические формы корунда

Вторая полиморфная разность безводной окиси алюми­ния — y—Al2O3, открытая Ульрихом в 1925 г., кристаллизуется в кубической системе (размер ребра куба элементарной кристал­лической ячейки — 7,90 * 10-8 см) в характерных октаедрических формах. В природе y—Al2O3 не встречаемся и образуется при обезвоживании трехводной окиси алюминия — гидр аргилли­та в температурном интервале 500 — 900°. Отличается большой дисперсностью и гигроскопичностью. Удельный вес y—Al2O3 — 3,77. При нагревании выше 900° y—Al2O3 начинает превращаться в a—Al2O3, что полностью завершается при 1200°.

Водная окись алюминия известна в виде следующих стабиль­ных форм: диаспора, бемита и гидраргиллита.

Диаспор и бемит являются полиморфными разностями одноводной окиси алюминия и отвечают химическому составу метаалюминиевой кислоты (НAlO2):

Al2O3* H2O=2AlOOH=2 НAlO2

Как диаспор, так и бемит встречаются в виде природных мине­ралов, входя в состав бокситов. Бемит образуется также при обезвоживании гидраргиллита при 250°. Оба кристаллизуются в ромбической системе, отличаясь друг от друга показателями преломления. Обыч­ной формой кристал­лов диаспора являют­ся плоские призмы. При нагре­вании до 500° диаспор и бемит полностью теряют кристаллиза­ционную воду, превра­щаясь в безводную окись. Однако характер процесса обезво­живания для диаспора и бемита не одинаков. Кривая обезвоживания ди­аспора показывает, что дегидратация этого минерала происходит полностью в температурном интервале 410—450° и является линейной функ­цией температуры. Кривая же обезвоживания бемита имеет другой вид и состоит из двух характерных участков. Первый из них лежит меж­ду 300 и 450° и имеет форму гипер­болической кривой. В этом темпера­турном интервале удаляется только примерно 25% кристаллизационной воды бемита. Второй участок нахо­дится между 450 и 490° и соответ­ствует более интенсивному обезво­живанию, аналогичному для диаспора. Таким образом, если удаление связанной воды для диаспора заканчивается полностью при 450°, то для бемита этот процесс только начинается, оканчиваясь, примерно, при 500°. Для сме­сей диаспора и бемита кривые их обезвоживания занимают про­межуточное положение. При обезвоживании диаспор превращается непосредственно в a—Al2O3, а бемит —- сначала в y—Al2O3.

Гидраргиллит, или гибсит, является, по-видимому, единственной формой трехводной окиси алюминия. Полиморфной разности для нее не обнаружено, Гидраргиллит отвечает химическому со­ставу ортоалюминиевой кислоты (Н3А1О3): Al2O3*3 H2O=2А1(ОН)3=2 Н3А1О3. Встречается в природе как минерал и входит в состав бокситов. Кристаллизуется в моноклинной системе в виде табличек. Представляет собой конечную форму кристаллической гидроокиси алюминия, выпадающей из алюминиевых растворов при низких температурах. Гидраргил­лит, обезвоженный при 250°, теряет две молекулы кристаллиза­ционной воды, превращаясь в бемит.

В соответствии с изложенным различные формы окиси и гидроокиси алюминия индивидуальной кристаллической ре­шеткой могут быть классифицированы в два полиморфные ря­да (ряды Габера) — a — ряд и y — ряд.

a — ряд

y — ряд

Отсутствует Al(OH)3

Гидраргиллит Al(OH)3

Диаспорит AlOOH

Бемит AlOOH1

Корунд a—Al2O3

y—Al2O3

В обоих рядах приведены лишь конечные стабильные фор­мы. Вообще же среди гидратных форм окиси алюминия наблюдаются промежуточные образования, стремящиеся к этим ста­бильным формам. Так, при определенных условиях из алюми­ниевых солей в щелочной среде гидроокись алюминия вначале выделяется в форме байерита, который затем переходит в гидраргиллит. Аммиак осаждает гидроокись алюминия в аморфной форме.

Температура плавления и кипения глинозема. Безводный глинозем является термически стойким окислом, отличаясь вы­сокой температурой плавления и кипения. Температура плавле­ния a—Al2O3 равна 2050°. Температура же кипения безводной окиси алюминия при атмосферном давлении составляет 2980°.

Теплота образования глинозема. Безводная окись алюми­ния — весьма прочное соединение. Теплота образования ее зна­чительно выше теплот образования основных примесей, входя­щих в состав алюминиевых руд. Это обстоятельство позволяет выделять окись алюминия из руд как таковую (в виде корун­да) или же в форме шлаков, восстанавливая углеродом приме­си до элементарного (металлического) состояния. Сама же окись алюминия в этих условиях восстанавливается до метал­ла лишь ,в ничтожной степени.

Рот, Вольф и Фриц в 1940 г. Сжиганием электролитически-рафинированного алюминия определили теплоту образования Al2O3 при 22° равной 402 ± 0,3 б. кал/г-мол. Для сравнения укажем, что для SiO2 и ТiO2 эти величины соответственно состав­ляют 208 и 225 б. кал/г-мол.

Химические свойства глинозема. Глинозем является типичным амфотерным химическим соединением, основные и кислотные свойства которого выражены, примерно, в одинаковой степени. Существуя в трехводной и одноводной формах, гидроокись алюминия, как мы указывали выше, может соответственно рас­сматриваться в первом случае, как трехосновная ортоалюминиевая кислота (Н3AlO3) и во втором случае, как одноосновная метаалюминиевая кислота (НAlO2).

Благодаря своему амфотермому характеру, глинозем может растворяться и в кислотах и в щелочах. Наименьшей раствори­мостью обладает при этом a—Al2O3; более растворим y—Al2O3, Особенно же легко растворяется (гидроокись алюминия, причем по возрастанию интенсивности растворения в едком натре раз­личные формы ее могут быть расположены в следующий ряд:

Диаспор — бемит — гидраргиллит.

В растворах кислот гидроокись алюминия ведет себя как ос­нование, образуя алюминиевые соли соответствующих кислот, например:

2Al(OH)3+3H2SO4= Al2(SO4)3 +6H2O.

В растворах же оснований гидроокись алюминия проявляет себя как кислота, образуя щелочные соли этой кислоты алюминаты, например:

2Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O.

При высокой температуре с сульфидами тяжелых металлов в присутствии восстановителя окись алюминия дает сульфид алюминия, плавящийся при 1100°:

Al2O3+3FeS+3C=Al2S+3Fe+3CO.

С азотом при высокой температуре окись алюминия обра­зует соответственно нитрид алюминия:

Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO.

Наконец, при высоких температурах окись алюминия с со­единениями щелочных и щелочно-земельных металлов образует также соответствующие алюминаты, например метаалюминат наnрия — Na2O*Al2O3 (с температурой плавления 1650°) или метаалюминат кальция СаО*Al2O3 (с nемпературой плавления 1600°), которые играют большую роль в промышленных мето­дах производства глинозема.

>Глинозем металлургический (оксид алюминия, окись алюминия) ГОСТ 30558-98

Глинозем металлургический

представляет собой кристаллические бесцветные кристаллы, нерастворимые в воде и кислотах, растворяются в горячих растворах и расплавах щелочей. Это нестехиометрическая смесь оксидов алюминия, калия, натрия, магния и др., являющихся основной частью большинства горных пород. Гигроскопичен и тугоплавок.
Плотность: 3,99 г/см³ (α-модификация, т.н. корунд). Температура плавления 2044° C, температура кипения 2980° C.

Химическая формула: Al2O3

Сырьем для получения глинозема служат следующие минералы и руды: алуниты, каолины, нефелины и бокситы.
Получение глинозема из руд осуществляется тремя основными способами: электролитическим, кислотным и щелочным.
Наиболее распространенным способом получения глинозема является щелочной метод Байера, в ходе которого оксид алюминия добывается из бокситов высокого сорта. Сначала руду нагревают в автоклаве с едким натром, затем охлаждают и отделяют от жидкости твердый осадок — «красный шлам».

После этого из полученного раствора осаждают гидроокись алюминия и прокаливают ее, чтобы получить чистый глинозем.

Глинозем используется как сырье для производства алюминия электролитическим методом. Применяется при производстве изоляционных, композитных, абразивных материалов, для нанесения покрытий для защиты металлов от окисления, действия агрессивных сред и эрозийного износа, а также как катализатор и адсорбент. Используется в алюминиевой, стекольной, керамической, огнеупорной промышленности.

Физико-химические показатели глинозема металлургического ГОСТ 30558-98:

Марка Массовая доля примеси, %, не более Потеря массы при прокаливании (300-1100° C), %, не более
SiO2 Fe2O3 TiO2+V2O5+Cr2O3+MnO ZnO P2O5 Сумма Na2O+K2O в пересчете на Na2
Г-000 0,02 0,01 0,01 0,01 0,001 0,3 0,6
Г-00 0,02 0,03 0,01 0,01 0,002 0,4 1,2
Г-0 0,03 0,05 0,02 0,02 0,002 0,5 1,2
Г-1 0,05 0,04 0,02 0,03 0,002 0,4 1,2
Г-2 0,08 0,05 0,02 0,03 0,002 0,5 1,2

Примечание. В глиноземе марки Г-1, выпускаемом из бокситового сырья, допускается массовая доля оксида железа (III) не более 0,05 %, сумма оксида натрия и оксида калия в пересчете на оксид натрия не более 0,5 %.

Требование безопасности.
По степени воздействия на организм человека глинозем относят к 4-му классу опасности (вещества малоопасные).
Глиноземная пыль относится к аэрозолям преимущественно фиброгенного действия, предельно допустимая концентрация глиноземной пыли в воздухе рабочей зоны составляет 6 мг/м³.
Глинозем пожаро- и взрывобезопасен.
Для индивидуальной защиты органов дыхания от глиноземной пыли применяют респиратор ШБ-1 «Лепесток».

Упаковка, транспортировка и хранение.
Глинозем упаковывают в специализированные контейнеры типа СКБ-1 или СКЦ-1 или мягкие разовые контейнеры.
Глинозем транспортируют насыпью или в упакованном виде всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки, действующими на данном виде транспорта.
Глинозем транспортируют насыпью по железной дороге в хоппер-цементовозах или спеццистернах. По согласованию изготовителя с потребителем и транспортными организациям при поставке по прямым договорам допускается использовать другие транспортные средства.
Упакованный глинозем транспортируют железнодорожным транспортом в соответствии с техническими условиями погрузки и крепления грузов на открытых транспортных средствах.
Глинозем, упакованный в контейнеры, транспортируют повагонными отправками на открытых транспортных средствах.
Упакованный глинозем хранят в закрытых складских помещениях раздельно по маркам.
Срок хранения глинозема не ограничен.

ООО “Компани “Плазма”® осуществляет поставки химической продукции со склада в Харькове в сроки и по доступным ценам, на выгодных для Вас условиях.

Оновной составляющей глинозема является оксид алюминия Al2O3. Технические разновидности глинозема служат сырьем для производства промышленных абразивных, износостойких и огнеупорных материалов.

Глинозем встречается в чистом виде в форме корунда, также входит в состав минералов и горных пород – бокситов, алунитов, каолинов, нефелинов.

Получение глинозема из различных типов сырья

С целью получения глинозема широко используют руду с содержанием бокситов – глинистой горной породы, состоящей из различных модификаций гидроксида алюминия, оксидов железа, кремния, титана, серы, галлия, хрома, ванадия, карбонатных солей кальция, железа и магния. Произведенный технический глинозем имеет вид кристаллического белого порошка с однородной структурой.

Получение глинозема может выполняться электролитическим, щелочным и кислотным способами. Наиболее распространенным методом является щелочная технология Байера, подходящая для выделения оксида алюминия из высококачественных бокситов с невысоким содержанием оксида кремния SiO2.

Для переработки других видов пород может использоваться метод спекания, позволяющий получить глинозем из бокситов различных типов, нефелиновых концентратов и руд, байеровских шламов, каолинов, алюмокальциевых шлаков и других материалов.

Технологии производства глинозема

Процесс производства глинозема гидрохимическим способом Байера заключается в разложении (гидролизе) щелочно-алюминатных растворов при высоких температурах с последующим выделением гидроксида алюминия.

Примеси, содержащиеся в бокситах, остаются в нерастворенном остатке.

Последовательность операций, выполняемых при получении глинозема методом Байера:

  • подготовка бокситовой руды путем дробления и измельчения в мельницах;
  • добавление в перерабатываемый материал извести и едкой щелочи;
  • обработка бокситов раствором щелочи;
  • разделение шлама и алюминатного раствора методом промывки;
  • разложение полученного водного раствора алюмината;
  • получение готового гидроксида алюминия путем выделения из раствора;
  • прокаливание и кальцинация (обезвоживание) гидрооксида алюминия.

Получение глинозема с применением данного метода характеризуется стабильным химическим соединением. Полученный оксид алюминия отличается тугоплавкостью (температура плавления составляет 2050°C).

Технология производства глинозема методом спекания включает выполнение спекания руды в печах до появления твердого алюмината. Полученный алюминат выщелачивается с использованием воды или раствора соды. Раствор алюмината разлагается с применением углекислоты для получения гидроксида алюминия.

Качество, характеристики и возможности применения полученного глинозема определяются маркой материала и использованными для его получения технологиями и сырьем. Компания «МИКРОИНТЕК» предлагает заказчикам купить глинозем различного назначения и в любых необходимых объемах.

Добавить комментарий

Закрыть меню