Боксит что это такое
Бокситы: свойства и способы добычи в России и мире
Металлургия — важная сфера техники, экономики, науки в разных странах. Оборудование и сырье для данной отрасли ценится. Для образования алюминия и прочих целей металлургии используется камень боксит, о котором люди не знали еще 200 лет назад. А сейчас данный минерал активно добывается и применяется.
Но не всем известно название «бокситы». Разберемся, что это такое, для чего они используются, где добываются, какие имеют особенности и свойства.
Что такое бокситы
Боксит — это натуральный камень, который может быть плотным или рыхлым, применяется в металлургии и промышленности. Это основная руда для получения алюминия, причем сырьем является материал, где алюминиевого глинозема содержится не менее 40 %.
Также в составе есть глинозем, процентное содержание которого может составлять 40–60 % и более. Химическая формула Al2O3*xH2O, но содержимое очень различается, могут находиться до 100 элементов таблицы Менделеева.
Внешне боксит напоминает глину, часто имеет кирпично-красный оттенок, но есть и другие красные цвета, от светлых до темных, иногда — белые, желтые, черные, серые. Однако боксит нерастворим в воде.
История и происхождение камня
Горная порода была обнаружена французским геологом Пьером Бертье в 1821 году, когда он нашел необычную скалу. Он годы проводил минералогические обследования, решил подробно изучить состав, но не выявил ничего особенного, и потерял интерес к камню. Но через десятки лет боксит стал популярным и известным.
В России месторождения боксита были найдены на Урале. Также камень был найден на юге Франции, от названия местности Les Baux и пошло название.
Впервые об удивительных свойствах камня люди узнали в 1855 году на французской выставке, где находится камень серебристого оттенка небольшого веса, но высокой прочности. Его подписали на выставке как «глиняное серебро».
Разновидности
Внешне бокситы представляют собой глиноподобную, а часто каменистую породу. Есть пористые, плотные, с ячеистым или землистым изломом.
По химическому составу выделяются следующие составы:
По структуре выделяются обломочные (в форме обломков) и конкреционные (округлые образования). Также горная порода может отличаться по текстуре (однородной, слоистой и пр.).
Физико-химические свойства
Порода имеет сложный состав. Состоит из разных химических веществ (гидроксида алюминия, силикатов и оксидов железа, кремния). Также может содержаться окись марганца, магния, кальция, двуокись титана, рутил и пр. Иногда встречаются карбонат кальция, магния, циркониевые, натриевые, фосфорные, хромовые, галлиевые, калиевые, ванадиевые соединения, могут быть примеси пирита. То есть химическая составляющая сильно колеблется. Показатели отличаются в первую очередь в зависимости от минералогической формы гидроксида алюминия, количества разных примесей.
Месторождение боксита является ценным, когда в камне есть много кремнезема и глинозема. Важное значение имеет вскрываемость руды, простота и легкость извлечения.
Бокситы отличаются физическими свойствами, внешним видом, поэтому по визуальным признакам качество определять сложно. Этим обусловлены трудности в поиске минерала, из-за чего породы исследуются под микроскопом, а потом принимается решение о добыче.
Основные физико-химические показатели минерала следующие:
Если провести минералом по стеклу, то остается бурый или коричневый след. Удельный вес варьируется исходя из места добычи. Например, если содержится много кремнезема, то показатель равен 1,2 г/см3. Для плотных образцов с большим содержанием железа удельный вес составляет 2,8 г/см3.
Добыча
Для появления минералов требуется усиленное выветривание коренных алюмосодержащих пород. Из-за того, что процесс разрушения камня активно протекает в жарких местностях, большая часть бокситовых залежей расположена в тропическом регионе.
Свыше 90 % запасов руды находится в 18 странах мира. В Российской Федерации немного месторождений бокситов, сырье в основном импортируется. Наиболее качественные минералы добываются в Северно-Уральском регионе. Также есть месторождения в Бокситогорском районе, Архангельской, Белгородской, Свердловской и Ленинградской областях. Наиболее перспективный источник получения сырья — Средне-Тиманские месторождения, расположенные в Республике Коми. Разведанных запасов насчитывается более 250 миллионов тонн.
Наиболее крупные залежи расположены в следующих странах:
В Азербайджане, месторождении Заглик, разрабатывают редчайший вид боксита — алунит. Его запасов насчитывается свыше 200 тысяч тонн, но в Узбекистане также найдены залежи алунитовых руд. Они обнаружены в Гуштайском месторождении в примерном объеме 130 млн тонн. Но в настоящее время разработка месторождений не проводится, поэтому Азербайджан — единственная страна, где добываются алуниты.
Обработка горной породы
В основном бокситы добываются открытым методом, но иногда и подземным путем. Метод разработки месторождения зависит от характера залегания минеральных пород, концентрации металла в руде. Применяются разные технологии переработки, на которую влияет состав породы.
Производство алюминия состоит из следующих стадий:
Глинозем получают гидрохимическим методом Байера (спеканием) и комбинированием: параллельная и последовательная методика. Основная особенность технологии Байера основана на выщелачивании боксита с получением концентрированного натрия. После этого глинозем переходит в раствор алюмината натрия, который очищается с удалением красного шлама, осаждается глинозем. Далее проводится выщелачивание с получением алюминия.
Переработка бокситов низкого качества осуществляется по сложной технологии, когда проводится спекание измельченной смеси с известняком и содой при 120 градусах в специальных печах, которые в процессе работы вращаются. После этого полученный спек выщелачивают раствором низкой концентрации, осажденную гидроокись фильтруют.
Вышеперечисленные методы получения алюминия сложные, но с их помощью получаются максимальные объемы металла из руды.
Применение бокситов
Использование боксита в различных производственных сферах обусловлено универсальностью материала по физическим свойствам и минеральному составу. Чем больше гидроксида алюминия, тем ценнее минерал для промышленности. Учитывается объем кремнезема и прочих примесей.
Главное направление в применении бокситов и солей — образование чистого алюминия. К второстепенным сферам относятся:
Бокситы могут применяться в кораблестроении, самолетной и автомобильной сферах, военно-промышленном комплексе. Цементы из глинозема имеют высокую плотность, растворы их них быстро затвердевают, хорошо скрепляются с арматурным металлом. Выполненный с глиноземистым цементом бетон обладает стойкостью к кислым жидким средам, повышенным температурам.
Стоимость минерала
Расценки на боксит зависят от исходного качества. Также цена породы складывается от заказанного объема. Например, при оптовых закупках стоимость покупки значительно уменьшится.
Ценность породы
Найденные залежи руды не всегда разрабатываются. В некоторых случаях ее характеристики не подходят или оказывается нерациональной разработка. Перед добычей проводится оценка ценности и качества породы. Образцы исследуют на следующие показатели:
Определить качество металла по внешнему виду не получится, так как он быстро изменяется. Ценность выявляется после лабораторной экспертизы.
Бокситы — ценная находка для людей. Мировых запасов много, хватит на долгие годы.
Где добывают камень боксит и в каких сферах применяют?
Бокситы: свойства и способы добычи в России и мире
Металлургия — важная сфера техники, экономики, науки в разных странах. Оборудование и сырье для данной отрасли ценится. Для образования алюминия и прочих целей металлургии используется камень боксит, о котором люди не знали еще 200 лет назад. А сейчас данный минерал активно добывается и применяется.
Но не всем известно название «бокситы». Разберемся, что это такое, для чего они используются, где добываются, какие имеют особенности и свойства.
Что такое бокситы
Боксит — это натуральный камень, который может быть плотным или рыхлым, применяется в металлургии и промышленности. Это основная руда для получения алюминия, причем сырьем является материал, где алюминиевого глинозема содержится не менее 40 %.
Также в составе есть глинозем, процентное содержание которого может составлять 40–60 % и более. Химическая формула Al2O3*xH2O, но содержимое очень различается, могут находиться до 100 элементов таблицы Менделеева.
Внешне боксит напоминает глину, часто имеет кирпично-красный оттенок, но есть и другие красные цвета, от светлых до темных, иногда — белые, желтые, черные, серые. Однако боксит нерастворим в воде.
Один из редких видов бокситов – это алунит, который разрабатывается только на территории Азербайджана, в месторождении Заглик. По разведанным подтвержденные его запасы составляют более 200 тысяч тонн.
Однако на территории Узбекистана предположительно тоже имеются запасы алунитовых руд. Произведена разведка их залежей в Гушсайском месторождении. Возможно, там находится примерно 130 млн тонн. Однако разработка и добыча этих руд в настоящее время не ведется, что позволяет Азербайджану быть единственной страной, где происходит добыча алунитов.
История и происхождение камня
Горная порода была обнаружена французским геологом Пьером Бертье в 1821 году, когда он нашел необычную скалу. Он годы проводил минералогические обследования, решил подробно изучить состав, но не выявил ничего особенного, и потерял интерес к камню. Но через десятки лет боксит стал популярным и известным.
В России месторождения боксита были найдены на Урале. Также камень был найден на юге Франции, от названия местности Les Baux и пошло название.
Впервые об удивительных свойствах камня люди узнали в 1855 году на французской выставке, где находится камень серебристого оттенка небольшого веса, но высокой прочности. Его подписали на выставке как «глиняное серебро».
Разновидности
Внешне бокситы представляют собой глиноподобную, а часто каменистую породу. Есть пористые, плотные, с ячеистым или землистым изломом.
По химическому составу выделяются следующие составы:
По структуре выделяются обломочные (в форме обломков) и конкреционные (округлые образования). Также горная порода может отличаться по текстуре (однородной, слоистой и пр.).
Физико-химические свойства
Порода имеет сложный состав. Состоит из разных химических веществ (гидроксида алюминия, силикатов и оксидов железа, кремния). Также может содержаться окись марганца, магния, кальция, двуокись титана, рутил и пр. Иногда встречаются карбонат кальция, магния, циркониевые, натриевые, фосфорные, хромовые, галлиевые, калиевые, ванадиевые соединения, могут быть примеси пирита. То есть химическая составляющая сильно колеблется. Показатели отличаются в первую очередь в зависимости от минералогической формы гидроксида алюминия, количества разных примесей.
Месторождение боксита является ценным, когда в камне есть много кремнезема и глинозема. Важное значение имеет вскрываемость руды, простота и легкость извлечения.
Бокситы отличаются физическими свойствами, внешним видом, поэтому по визуальным признакам качество определять сложно. Этим обусловлены трудности в поиске минерала, из-за чего породы исследуются под микроскопом, а потом принимается решение о добыче.
Основные физико-химические показатели минерала следующие:
Если провести минералом по стеклу, то остается бурый или коричневый след. Удельный вес варьируется исходя из места добычи. Например, если содержится много кремнезема, то показатель равен 1,2 г/см3. Для плотных образцов с большим содержанием железа удельный вес составляет 2,8 г/см3.
Ценность
Химическая составляющая минерала колеблется довольно в широких пределах. В первую очередь на разницу показателей влияет минералогическая форма гидроксида алюминия, а также количество различных примесей. Месторождение бокситов считается ценным, если в добываемой руде содержится достаточное количество кремнезема и глинозема. Также важную роль играет так называемая вскрываемость бокситов. Другими словами, это легкость и простота его извлечения.
Бокситы имеют разнообразные физические свойства. У них достаточно непостоянный внешний вид, в связи с чем определить их качество по визуальным признакам трудно. Именно этим обусловлены большие затруднения при поиске минерала. Поэтому пробы породы изучают под микроскопом, прежде чем принять решение о начале добычи.
Добыча
Для появления минералов требуется усиленное выветривание коренных алюмосодержащих пород. Из-за того, что процесс разрушения камня активно протекает в жарких местностях, большая часть бокситовых залежей расположена в тропическом регионе.
Свыше 90 % запасов руды находится в 18 странах мира. В Российской Федерации немного месторождений бокситов, сырье в основном импортируется. Наиболее качественные минералы добываются в Северно-Уральском регионе. Также есть месторождения в Бокситогорском районе, Архангельской, Белгородской, Свердловской и Ленинградской областях. Наиболее перспективный источник получения сырья — Средне-Тиманские месторождения, расположенные в Республике Коми. Разведанных запасов насчитывается более 250 миллионов тонн.
Наиболее крупные залежи расположены в следующих странах:
В Азербайджане, месторождении Заглик, разрабатывают редчайший вид боксита — алунит. Его запасов насчитывается свыше 200 тысяч тонн, но в Узбекистане также найдены залежи алунитовых руд. Они обнаружены в Гуштайском месторождении в примерном объеме 130 млн тонн. Но в настоящее время разработка месторождений не проводится, поэтому Азербайджан — единственная страна, где добываются алуниты.
Месторождения и добыча боксита
Боксит — это весьма сложная по своему составу горная порода. Основную их часть составляют гидраты глинозема. Но помимо него, бокситы содержат в себе и прочие компоненты. Самой вредной составляющей является оксид кремния.
Что касается других веществ, то в боксите вполне можно встретить такие составляющие как окись магния, марганца и кальция, двуокись титана и прочие. Разберем подробнее физические свойства боксита.
На внешний вид боксит может быть красного цвета или других его оттенков. Встречается боксит как розового, так и темно-красного цвета. Так же камень может иметь серый оттенок от более светлого до угольно-черного. Если оценивать твердость боксита, то это значение равно 6 по шкале Мооса.
Плотность камня может колебаться в значении от 2900 до 3500 килограмм на один кубический метр. По степени прозрачности боксит непрозрачен. Камни могут быть образованы разными минералами. Исходя из этого породу можно разделить на три основные группы.
К первой группе относятся бокситы, для которых породообразующим минералом является диаспор или же бемит. Такие бокситы носят название моногидратные. В них глинозем представлен только лишь в одной форме.
К следующей группе можно отнести те бокситы, основой для которых являются так называемые гиббситы. В таких камнях глинозем содержатся в трехводной форме. И к последней, третьей, группе относятся те бокситы, которые сочетают в себе формы первых групп.
Месторождение бокситов зависит от степени выветривания в той или иной зоне кислых, щелочных, а иногда и основных пород. Так же залежи боксита могут образовываться в той местности, где проходят осаждения глинозема в озерных и морских бассейнах.
Таким образом можно выделить две основные причины расположения бокситов. Первая причина носит название платформенной. Она связана с континентальными отложениями, которые залегают горизонтально. Вторая причина связана с местностью, где находятся отложения прибрежно-морского типа.
Практически весь запас бокситов на земном шаре – это 90% — сосредоточен в основном в тех странах, где климат тропический или же субтропический.
Это связано с тем, что камень формируются в основном тем, где происходит активное выветривание алюминиевых пород и этот процесс продолжается значительно длительный период. Причина выветривания заключается в климате.
Первое место в мире по запасам бокситов занимает Гвинея. На ее территории содержится около двадцати миллиардов тонн боксита. На втором месте по количеству этого камня находится Австралия. Здесь насчитывается приблизительно семь миллиардов тонн бокситов.
Что же касается России, то запасы данного камня нашей страны настолько малы, что нет такого количества руды, которой бы хватило для потребления внутри государства. Доля мировых запасов данного вида сырья составляет всего лишь один процент от общемирового запаса камня.
Самыми качественными залежами боксита в нашей стране считаются бокситы, расположенные в Северо-Уральском бокситом районе. Новый участок этого сырья – это Средне-Тиманская группа, которая располагается в северо-западном районе Республики Коми. Здесь проводится добыча бокситов и этот участок считается наиболее перспективным, чем тот, о котором было сказано вначале.
Россия находится лишь на седьмом месте в мире по добыче алюминиевых руд. Из-за того, что страна сама не может обеспечить себя металлом в нужном количестве, то ей приходится закупать боксит из заграничных стран.
На территории Российской Федерации находится пятьдесят месторождений этой руды. В эту цифру включены как территории, на которых добыча бокситов ведется активно, так и те, где залежи еще не до конца разработаны.
Наибольшая часть запасов боксита располагается в европейской части России. Сюда можно отнести ранее упомянутую Республику Коми, а также Архангельскую, Свердловскую и Белгородскую области. Во всех перечисленных областях содержится около семидесяти процентов всех запасов боксита территории нашей страны.
К старым месторождением бокситам в России можно назвать Радынское, которое располагается на территории Ленинградской области. Добыча бокситов проводится там и на сегодняшний день.
Места нахождения залежей боксита можно условно разделить на четыре группы. Первая группа носит название уникального месторождения. На таких территориях количество руды превышает пятьсот миллионов тонн. Вторая группа – это крупные и средние месторождения.
Здесь залежи боксита составляют от пятидесяти до пятисот тонн. Последняя группа – это мелкие месторождения. На таких территориях наличие боксита в цифрах составляет менее пятидесяти миллионов тонн.
Обработка горной породы
В основном бокситы добываются открытым методом, но иногда и подземным путем. Метод разработки месторождения зависит от характера залегания минеральных пород, концентрации металла в руде. Применяются разные технологии переработки, на которую влияет состав породы.
Производство алюминия состоит из следующих стадий:
Глинозем получают гидрохимическим методом Байера (спеканием) и комбинированием: параллельная и последовательная методика. Основная особенность технологии Байера основана на выщелачивании боксита с получением концентрированного натрия. После этого глинозем переходит в раствор алюмината натрия, который очищается с удалением красного шлама, осаждается глинозем. Далее проводится выщелачивание с получением алюминия.
Переработка бокситов низкого качества осуществляется по сложной технологии, когда проводится спекание измельченной смеси с известняком и содой при 120 градусах в специальных печах, которые в процессе работы вращаются. После этого полученный спек выщелачивают раствором низкой концентрации, осажденную гидроокись фильтруют.
Вышеперечисленные методы получения алюминия сложные, но с их помощью получаются максимальные объемы металла из руды.
Химический состав
Ценность боксита зависит от сконцентрированных в нём элементов, таких как гидроскид алюминия или соединения кремния и железа. Также в руде можно встретить такие компоненты, как карбонаты, кальциты и титаниты. Помимо них, есть множество химических элементов: Na, K, Mg, Cr, V, Ga. В боксите присутствуют следующие составляющие:
Учёные говорят, что боксит ценен тогда, когда в нём есть высокое содержание алюминия, а вот оксид кремния, напротив, ухудшает этот состав.
Применение бокситов
Использование боксита в различных производственных сферах обусловлено универсальностью материала по физическим свойствам и минеральному составу. Чем больше гидроксида алюминия, тем ценнее минерал для промышленности. Учитывается объем кремнезема и прочих примесей.
Главное направление в применении бокситов и солей — образование чистого алюминия. К второстепенным сферам относятся:
Бокситы могут применяться в кораблестроении, самолетной и автомобильной сферах, военно-промышленном комплексе. Цементы из глинозема имеют высокую плотность, растворы их них быстро затвердевают, хорошо скрепляются с арматурным металлом. Выполненный с глиноземистым цементом бетон обладает стойкостью к кислым жидким средам, повышенным температурам.
Вторсырье
С точки зрения экологии получение алюминия тоже весьма уникально. Это практически «вечное» сырье! Его можно постоянно перерабатывать благодаря оборудованию для производства алюминия из вторичного сырья. Отходы природа со временем утилизирует, направляя на формирование почвогрунта.
Вторичное сырье в виде кабеля, бытового мусора (банки, фольга) и корпусов транспорта (авто, велосипеды) служит для переработки металла. Доля «вторички» растет благодаря инновациям в оборудовании и маркетингу. В Евросоюзе из-за раздельного сбора мусора перерабатывают более 90% банок.
Боксит
Боксит является основной рудой для производства алюминия. Образование залежей связано с процессом выветривания и переноса материала, в котором помимо гидроокислов алюминия находятся и другие химические элементы. Технология извлечения металла предусматривает экономически выгодный процесс промышленного производства без образования отходов.
Характеристика рудного минерала
Название минерального сырья для добычи алюминия происходит от названия местности во Франции, где впервые были обнаружены залежи. Боксит состоит из гидроокислов алюминия, в качестве примесей в нем находятся глинистые минералы, окислы и гидроокислы железа.
По внешнему виду боксит является каменистой, а реже — глиноподобной, породой — однородной или слоистой по текстуре. В зависимости от формы залегания в земной коре она бывают плотной или пористой. По структуре различают минералы:
Основная масса породы в виде включений содержит оолитовые образования окислов железа или глинозема. Бокситовая руда обычно бурого или кирпичного цвета, но встречаются залежи белого, красного, серого, желтого оттенков.
Главными минералами для образования руды являются:
Различают бокситы платформенные, геосинклинальные и океанических островов. Месторождения алюминиевой руды образовались в результате переноса продуктов выветривания горных пород с последующим их отложением и образованием осадка.
Промышленные бокситы содержат 28-60% глинозема. При использовании руды соотношение последнего к кремнию не должно быть ниже 2-2,5.
Месторождения и добыча сырья
Основным сырьем промышленного производства алюминия в РФ являются бокситы, нефелиновые руды и их концентраты, сосредоточенные на Кольском полуострове.
Месторождения бокситов в России характеризуются низким качеством сырья и сложными горно-геологическими условиями добычи. В пределах государства находится 44 разведанных месторождения, среди которых эксплуатируется только четверть.
Основная добыча бокситов производится АО «Севуралбокситруда». Несмотря на запасы рудного сырья, обеспеченность перерабатывающих предприятий неравномерна. В течение 15 лет наблюдается дефицит нефелинов и бокситов, что обусловливает импорт глинозема.
Мировые запасы бокситов сосредоточены в 18 странах, находящихся в тропической и субтропической зонах. Местонахождение бокситов высшего качества приурочено к участкам выветривания алюмосиликатных горных пород во влажных условиях. Именно в этих зонах находится основная часть общемирового запаса сырья.
Самые крупные запасы сосредоточены в Гвинее. По добыче рудного сырья в мире первенство принадлежит Австралии. В Бразилии находится 6 млрд тонн запасов, во Вьетнаме — 3 млрд тонн, запасы бокситов Индии, отличающиеся высоким качеством, составляют 2,5 млрд тонн, Индонезии — 2 млрд тонн. В недрах этих стран сосредоточена основная масса руды.
Бокситы добывают открытым и подземным способом. Технологический процесс переработки сырья зависит от его химического состава и предусматривает поэтапное выполнение работ.
На первой стадии под воздействием химических реагентов образуется глинозем, а на второй — из него путем электролиза из расплава фтористых солей извлекают металлический компонент.
Для образования глинозема используют несколько методов:
Применение методик зависит от концентрации алюминия в руде. Боксит низкого качества перерабатывают сложным способом. Полученную в результате спекания шихту из соды известняка и боксита выщелачивают раствором. Образованную в результате химической обработки гидроокись металла отделяют и подвергают фильтрации.
Применение минерального ресурса
Применение боксита в разных отраслях промышленного производства обусловлено универсальностью сырья по его минеральному составу и физическим свойствам. Бокситы являются рудой, из которой извлекают алюминий и глинозем.
Использование боксита в черной металлургии в качестве флюса при выплавке мартеновской стали улучшает технические характеристики продукции.
При изготовлении электрокорунда используются свойства боксита образовывать сверхстойкий, огнеупорный материал (синтетический корунд) в результате плавки в электрических печах с участием антрацита в качестве восстановителя и железных опилок.
Минерал боксит с незначительным содержанием железа применяется при изготовлении огнеупорных, быстротвердеющих цементов. Кроме алюминия из рудного сырья извлекают железо, титан, галлий, цирконий, хром, ниобий и TR (редкоземельные элементы).
Бокситы используют для производства красок, абразивов, сорбентов. Руда с невысоким содержанием железа применяется при изготовлении огнеупорных составов.