Переработка алюминийсодержащих руд

Москва  2018

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА 
 
Кафедра цветных металлов и золота

Р.Т. Хайруллина
С.С. Киров

Переработка  
алюминийсодержащих руд

ПРАКТИКУМ

Прошло экспертизу Федерального Учебно-методического 
объединения по укрупненной группе специальностей 
и направлений 22.00.00 «Технологии материалов»  
и может быть использовано в качестве учебного пособия 
при подготовке бакалавров и магистров, обучающихся 
по направлению «Металлургия».

№ 2963

УДК 669.71 
 
Х15

Р е ц е н з е н т ы 
канд. техн. наук. Г.Н. Климентенок, канд. техн. наук. О.А. Брагазина

Хайруллина Р.Т.
Х15  
Переработка алюминийсодержащих руд : практикум / 
Р.Т. Хайруллина, С.С. Киров. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 
2018. – 84 с.

ISBN 978-5-906953-52-0

Практикум включает разделы: минерально-сырьевая база, способ Байера, 
способ спекания, альтернативные технологии, диаграммы состояния равновесных систем. Для лучшего усвоения студентами теоретического материала 
и самоподготовки к контрольным мероприятиям каждый из разделов содержит 
тесты, охватывающие основные вопросы данного курса.
Предназначен для студентов бакалавриата и магистратуры, обучающихся 
по направлениям 22.03.02 и 22.04.02 «Металлургия», и может быть использован для подготовки к квалификационным экзаменам.

УДК 669.71 


Р.Т. Хайруллина,  
С.С. Киров, 2018
ISBN 978-5-906953-52-0

НИТУ «МИСиС», 2018

Оглавление

Предисловие ..............................................................................................4
1. Общие вопросы  
и минерально-сырьевая база производства глинозема ..........................5
2. Способ Байера .....................................................................................15
3. Способ спекания .................................................................................41
4. Диаграммы состояния ........................................................................60
5. Альтернативные технологии производства глинозема ....................77
Список рекомендуемой литературы ......................................................... 83

ПРеДиСлОвие

Настоящий практикум предназначен для проверки знаний, приобретенных бакалаврами, обучающимися по направлению подготовки 
«Металлургия», в процессе изучения курсов по производству легких 
металлов. 
Многие отрасли промышленности (производство алюминия, огнеупоров, керамики и др.) постоянно нуждаются в качественном глиноземе, для получения которого имеется разнообразное минеральное 
сырье различного качества. Однако основным сырьем для производства глинозема на данный момент являются легко вскрываемые гиббситовые бокситы тропического пояса. Бемитовые и диаспоровые 
бокситы, а также щелочные алюмосиликаты используются в значительно меньшем количестве. В данном практикуме рассматриваются 
физико-химические свойства минералов и растворов, особенности 
технологий, аппаратурное оформление процессов, пути совершенствования существующих способов и возможности комплексного использования сырья.
Пособие состоит из следующих разделов: 
 – общие вопросы и минерально-сырьевая база;
 – способ Байера;
 – способ спекания; 
 – диаграммы состояния равновесных систем;
 – альтернативные технологии производства глинозема. 
Краткие пояснения к каждому разделу совместно с курсом лекций 
позволят студентам ответить на предлагаемые вопросы.
Тесты рекомендуется использовать для самоконтроля знаний, 
опроса студентов на семинарских занятиях, подготовки к контрольным работам, зачетам и экзаменам. Возможно использование тестов 
в качестве учебного пособия на курсах повышения квалификации 
производственного персонала глиноземных заводов.

1. Общие вОПРОСы  
и минеРальнО-СыРьевая база 
ПРОизвОДСТва глинОзема

По объемам производства и потребления алюминий занимает 
первое место среди цветных металлов. Обладая уникальными физико-механическими и химическими свойствами, алюминий нашел широкое применение в самых разнообразных отраслях промышленности 
и технике. Малый удельный вес, способность образовывать сплавы 
высокой механической прочности, высокие тепло- и электропроводность, устойчивость к коррозии (при условии образования протекторных оксидных пленок на поверхности), способность восстанавливать 
металлы из оксидов благодаря высокому сродству к кислороду – далеко не все удивительные свойства этого металла. 
Алюминий – самый распространенный металл в земной коре. Его 
кларк превышает 8 %. Основная масса этого металла распределена 
среди большого количества разнообразных минералов (около 250). 
При этом промышленное значение имеют лишь корунд, гиббсит, бемит, нефелин, алунит и каолинит. Из прочих известных минералов 
алюминий извлекать экономически нецелесообразно вследствие низкого его содержания. Существует еще один потенциальный источник 
алюминия – это золы от сжигания углей. В условиях невысокой стоимости энергоносителей их переработка на глинозем может стать экономически эффективной.
Поскольку процесс прямого восстановления алюминия из рудных 
материалов является крайне энергоемким и сложным, алюминий сначала отделяют от пустой породы в виде Al2O3 (название технологического продукта – глинозем), а затем восстанавливают до металла методом электролиза криолитоглиноземных расплавов.
Основным сырьем для производства глинозема во всем мире являются бокситы. В состав бокситовой руды кроме алюминия входят 
следующие основные примеси: кремний (может быть представлен 
кварцем, опалом, алюмосиликатами), железо (в виде гематита, алюмогетита, сидерита, лимонита), титан (в составе минералов рутила, анатаза, перовскита, ильменита), кальций (в виде кальцита и известняка). 
Кроме перечисленных элементов в бокситах присутствует значительное количество малых примесей, которые в определенной степени могут отрицательно влиять на процесс производства глинозема или вести 
себя нейтрально (как балласт). К вредным малым примесям можно 

отнести хром, цинк, серу, фосфор, органику. Редкие и рассеянные элементы, а также радиоактивные в процессе не участвуют и полностью 
переходят в красный шлам. В России основную долю глинозема производят из диаспоровых бокситов Среднетиманского бокситового рудника (СТБР) и бемит-каолинит-шамозитовых бокситов Североуральского бокситового рудника (СУБР). В Советском Союзе из-за отсутствия 
высококачественных гиббситовых бокситов была освоена технология 
производства глинозема из щелочных алюмосиликатов (нефелинов) и 
алунитов. На сегодняшний день щелочные алюмосиликаты перерабатываются на двух предприятиях (в городах Пикалево и Ачинск). 
Основными критериями качества боксита являются содержание 
глинозема и кремниевый модуль – массовое отношение Al2O3 к SiO2, 
содержащимся в руде. Нефелиновые руды характеризуются содержанием глинозема и суммы щелочей.

Бесщелочного
 
алюмосиликатного
 
сырья
 
(способ Гжимека) 

Байера 

Пономарева–Сажина 

Химического  обогащения 

Бокситов на основе  
двух-трех  компонентной шихты 

Шлаков на основе  
трех-четырех  компонентной шихты 

Нефелинов 

Байер–спекание  
(параллельный вариант) 

Байер–спекание  
(последовательный  вариант) 

Байер–гидрохимические способы 

Щелочные способы 

Гидрохимические 
Спекания 
Комбинированные 

Рис. 1. Классификация щелочных способов производства глинозема

Мировой практикой и многочисленными исследованиями установлено, что различные типы алюминиевых руд могут быть переработаны различными методами, среди которых основными являются ще

лочные гидро- и пирометаллургические способы (рис. 1), кислотные 
технологии, а также электротермический способ. Многообразие предложенных технологий позволяет извлекать глинозем практически из 
любого вида алюминиевого сырья, но при современном состоянии 
сырьевой базы и в обозримом будущем альтернативы способу Байера 
с точки зрения экономической эффективности не наблюдается.

Контрольные вопросы

1. Чему равен кларк алюминия?
1) 0,3354 
 
3) 26,98 
 
5) 8,13
2) –1,67 
 
4) 13

2. Что относится к первичным минералам алюминия?
1) корунд 
 
3) алюмосиликаты 
5) гиббсит
2) шпинель  
4) бемит

3. Что относится ко вторичным минералам алюминия?
1) нефелин  
3) диаспор 
 
5) гиббсит
2) корунд 
 
4) бемит

4. Укажите формулу диаспора:
1) Al2O3·H2O 
3) Al2O3·3H2O  
5) Al(OН)3
2) Al2O3·SiO2 
4) СаО.Al2O3 

5. Укажите формулу бемита:
1) Al2O3 
 
3) AlOOH 
 
5) Al2O3·3H2O
2) Al(OH)3 
 
4) Al2O3·H2O 
 
6. Укажите формулу корунда:
1) Al2O3 
 
3) AlOOH 
 
5) Al2O3·3H2O
2) Al(OH)3 
 
4) Al2O3·H2O 

7. Какие из указанных физико-химических свойств принадлежат 
корунду?
1) валентность иона Al равна +2
2) температура кипения 5000 оС
3) легко растворяется в кислотах и щелочах
4) температура плавления 2054 оС
5) твердость по шкале Мооса равна 9

8. Укажите формулу гиббсита:
1) Al2O3·H2O 
3) Al2O3·3H2O  
5) Al(OН)3
2) Al2O3·SiO2 
4) СаО.Al2O3 

9. Каким минералам соответствует химическая формула Al(OH)3?
1) байериту  
3) нордстрандиту 
5) бемиту
2) гиббситу  
4) диаспору

10. Укажите признаки байерита:
1) существует в виде минерала
2) плохо растворяется в кислотах
3) имеет моноклинную кристаллическую решетку
4)  превращается в гиббсит при повышении температуры
5)  получается из горячего алюминатного раствора

11. В каких минералах наименьшее содержание Al2O3?
1) кианит 
 
3) каолинит 
 
5) ортоклаз
2) нефелин  
4) лейцит

12. Основные цементирующие минералы боксита:
1) каолинит  
3) гиббсит 
 
5) бемит
2) корунд 
 
4) нефелин

13. Укажите формулу гидроалюмината натрия:
1) NaAl(OH)4 
3) Al2O3H2NaO  
5) нет правильного ответа
2) Na2Al2(OH)2 
4) HNaОAl2O3 

14. Каким минералом представлен кремний в бокситах?
1) доломит  
3) гематит 
5) каолинит
2) перовскит 
4) анатаз 

15. Каким минералом представлено железо в бокситах?
1) доломит  
3) гематит 
5) каолинит
2) рутил 
 
4) шамозит 

16. Каким минералом представлен титан в бокситах?
1) доломит  
3) шамозит 
5) рутил
2) анатаз 
 
4) каолинит 

17. Каким минералом представлен алюминий в бокситах?
1) каолинитом 
3) доломитом  
5) перовскитом
2) глиноземом 
4) алюмопиритом 

18. От каких факторов зависит цветовая окраска бокситовой руды?
1) глубины залегания горной породы
2) химического состава руды
3) гранулометрического 
4) географического расположения месторождения
5) нет правильного ответа

19. Укажите основные элементы – примеси бокситовой руды:
1) Fe, Mn, V  
3) Zn, W,Cr 
 
5) Ge, Ga, Sc
2) Si, Ti, Fe  
4) Ca, Cs, Cl

20. Какие элементы входят в группу малых примесей (в бокситах)?
1) Ti, Si, Ga, V, Sc 3) Ga, Sc, V, P, Cr 
5) нет правильного ответа
2) Ti,Ga, Sc, P, Si 
4) Ga, Sc, Cr, Ti, N 

21. На какие типы делятся бокситы по содержанию серы?
1) низкосернистые  
3) сернистые       5) среднесернистые
2) малосернистые  
4) высокосернистые

22. Каковы формы присутствия органических соединений в боксите?
1) кокс 
 
3) нефтепродукты 
5) гумины
2) битумы  
4) золошлаки

23. Какая из приведенных формул используется для расчета кремневого модуля?
1) m(Al2O3)/m(SiO2)  
4) m(SiO2)/m(Na2O)
2) m(SiO2)/m(Al2O3)  
5)  нет правильного ответа
3) m(Na2O)/m(SiO2)

24. Какая алюминиевая руда является основной?
1) нефелиновая 
 
4) алунитовая
2) бокситовая 
 
5)  все выше перечисленное
3) каолинитовая