Алюминий

Алюминий относится к широко распространенным подообразующим элементам. В эндогенных условиях он концентрируется в щелочных нефелин- и лейцитсодержащих породах. Он накапливается также в процессе алунитизации – низкотемпературной гидротермальной проработки сернокислыми растворами кислых вулканогенных пород.

Наибольшие же концентрации алюминия возникают в экзогенных процессах при формировании остаточных и переотложенных кор выветривания по любым породам, исключая лишь ультраосновные. В процессе выветривания основные породообразующие элементы по степени подвижности располагаются в следующем порядке: K, Na (выносятся первыми) → Ca, Mg → Si (еще сохраняется связь Si и Al и формируются глинистые коры выветривания) → Fe (сохраняется связь Fe и Al и формируются латеритные коры выветривания)→ Al, Ti. Таким образом, конечными продуктами выветривания оказываются бокситы, состоящие из гидроксидов алюминия и устойчивых к выветриванию минералов титана.

В экзогенных процессах глинозем растворяется и переносится только в кислых (pH<4) или сильно щелочных условиях (pH>9,5). В присутствии SiO₂ растворимость Al₂O₃ возрастает, а в присутствии CO₂ снижается. Коллоидный глинозем менее устойчив, чем кремнезем и быстрее коагулирует. Поэтому при совместной миграции они разделяются.

Различие устойчивости коллоидов Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO₂ приводит к дифференцированному отложению руд этих элементов в прибрежной зоне морей. Менее устойчивыми оказываются коллоиды Al₂O₃, поэтому ближе к берегу формируются бокситы, в верхней части шельфа – железные, а в нижней части шельфа – марганцевые руды.

Долгое время единственной рудой для получения алюминия были бокситы. Бокситы – традиционная алюминиевая руда, состоящая из гидроксидов алюминия, оксидов и гидроксидов железа, примеси глинистых минералов, в которой отношение оксида алюминия к оксиду кремния (кремниевый модуль) более 2.

Рис. Бокситы с различным содержанием железа

Основными рудными минералами бокситов являются бемит, диаспор с содержанием Al₂O₃ до 85% и гиббсит, содержащий 65% Al₂O₃.

Промышленные требования к бокситам. Для производства глинозема содержание Al₂O₃ в бокситах должно превышать 22-28%. В зависимости от способа переработки бокситов в них учитывается также содержание CO₂ , CaO, Fe₂O₃, S. С учетом минерального состава бокситы делятся на моногидратные (бёмитовые и диаспоровые) и тригидратные (гиббситовые). Последние распространены несколько шире, поскольку бемит и диаспор ещё не являются окончательно гидратированными образованиями, в то время как гиббсит уже полностью гидратированное соединение, являющееся конечным продуктом выветривания пород, содержащих алюминий. Поэтому со временем моногидратные (бемит-диаспоровые) бокситы переходят в тригидратные (гиббситовые). Бокситы представляют собой комплексные руды, в которых промышленный интерес представляют V, Ga, Sc, Fe, Ti. Схемы попутного извлечения из бокситов V и Ga освоены в промышленных масштабах.

Рис. Добыча бокситов открытым способом

Общие замечания по условиям образования бокситов. Бокситы являются продуктами экзогенных процессов. В континентальных условиях это коры выветривания латеритного типа, формирующиеся в условиях влажного, теплого климата тропиков и субтропиков и представляющие собой конечные продукты выветривания кислых, средних, щелочных, основных пород. Большинство мировых запасов бокситов сосредоточено в тропическом поясе. В условиях умеренных широт с обилием влаги, но недостатком тепла, процессы химического выветривания не доходят до конца, ограничиваясь формированием глинистых кор выветривания. Несколько менее распространены в континентальных условиях переотложенные бокситы осадочного генезиса.

Ограниченность запасов бокситов в некоторых странах и прежде всего в России привела к необходимости использования для получения алюминия других видов руд. В России впервые в мировой практике начата выплавка глинозема из сульфатных алунитовых руд и силикатных нефелиновых руд.

Нефелиновые руды в настоящее время занимают второе место по промышленному значению. Особенно актуально использование нефелиновых руд для России, имеющей ограниченные запасы бокситов и существенные запасы щелочных пород с нефелином. Содержание Al₂O₃ в нефелине составляет около 34%. Нефелиновые руды представлены алюмосиликатными щелочными породами (уртиты, ийолиты, тералиты, сынныриты). Промышленная ценность нефелиновых руд определяется содержанием в них нефелина. Содержание Al₂O₃ в алюминиевых рудах согласно требованиям промышленности должно быть выше 22% при содержании SiO₂ менее 45%, щелочей более 10%, Fe₂O₃ менее 7%. Такие нефелиновые породы, как уртиты, содержание нефелина в которых достигает 85%, представляет собой алюмосиликатные руды высокого качества, не нуждающиеся в предварительном обогащении. Обогащение нефелиновых руд другого состава позволяет получить концентраты с содержанием Al₂O₃ 27-30%. Основным отличием сынныритов – особых лейцитовых щелочных пород является повышенное содержание в них калия при содержании Al₂O₃ около 22%. Основным носителем калия в сынныритах является лейцит.

Рис. Карьер по добыче нефелиновых руд (Кемеровская область, Сибирь).

Переработка нефелиновых руд на глинозём представляет собой энергоёмкий процесс, а также требует потребления большого количества карбонатных пород. Поэтому для промышленной оценки таких месторождений необходимо учитывать наличие вблизи перерабатывающих предприятий топливно-энергетических источников и месторождений карбонатных пород.

Рис. Основные районы распространения нефелиновых руд и их балансовые запасы в России.

Сульфатные алунитовые руды относятся к небокситовым (нетрадиционным) алюминиевым рудам. Эти руды распространены локально и их месторождения связанны с воздействием сульфатных низкотемпературных растворов на кислые породы – процесс алунитизации. Алунитовые месторождения имеют географическую привязку и приурочены к районам вулканической деятельности. Содержание Al₂O₃ в алуните составляет 37%. Алунитовые руды, не требующие обогащения, должны содержать не менее 50% алунита и не более 10% глинистых минералов. Содержание алунита в рудах, нуждающихся в обогащении, не должно быть меньше 25% при содержании глинистых минералов не более 5%.

В качестве перспективных промышленных минералов алюминия могут рассматриваться такие силикаты как дистен, андалузит, силлиманит, содержание Al₂O₃ в которых составляет около 63%. Высокоглиноземистые метаморфические породы, основными минералами которых они являются, легко поддаются глубокому обогащению с получением концентратов с содержанием Al₂O₃ до 60%. Минералы группы силлиманита предлагается использовать в качестве добавок при обогащении низкокачественных нефелиновых руд, что приведет к увеличению содержания глинозема в смеси.

К перспективным можно отнести низкотемпературные гидротермальные месторождения давсонита, основного карбоната алюминия, некрупные месторождения и проявления которого известны в Сибири. Месторождения этого типа более известны и отрабатываются за рубежом.

В качестве нетрадиционной высокачественной алюминиевой руды в случае значительных запасов могут рассматриваться также образования, содержащие водный основный сульфат алюминия – алюминит. Многочисленные проявления алюминитовых пород известны в Сибири и могут рассматриваться как промышленно перспективные.

В настоящее время разработаны схемы извлечения глинозема из каолинитовых глин при содержании в них Al₂O₃ более 26-30% и даже красных глубоководных илов. В качестве потенциальных алюминиевых руд рассматриваются также некоторые высокоглиноземистые осадочные породы.

Дата добавления: 2015-06-25