Производство глинозема

Министерство науки и высшего образования   
Российской Федерации

Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

И. В. Логинова, А. В. Кырчиков

ПРОИЗВОДСТВО 
ГЛИНОЗЕМА

Уч е б н о е  п о со бие

Под общей редакцией профессора,  
доктора технических наук И. В. Логиновой

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета для студентов вуза, 
обучающихся по направлению 22.03.02, 22.04.02 — Металлургия

2-е издание, исправленное и дополненное

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2020 

УДК 669.712(075.8)
ББК 34.33я 73
    Л69
Рецензенты:
Н. А. Сабирзянов, д-р техн. наук, завлабораторией химии гетерогенных 
процессов (Институт химии твердого тела УрО РАН); 
В. С. Шемякин, ген. директор ЗАО НПК «Техноген», проф., д-р техн. наук, 
чл.-корр. АТН РФ

Л69
Логинова, И. В.
Производство глинозема : учебное пособие / И. В. Логинова,  
А. В. Кырчиков ; [под общ. ред. И. В. Логиновой] ; Мин-во науки 
и высш. образования РФ. — 2-е изд., испр. и доп. — Екатеринбург :  
Изд-во Урал. ун-та, 2020. — 224 с.

ISBN 978-5-7996-3125-3

Приведены сведения о сырьевой базе производства глинозема как в России, так 
и за рубежом. Представлен подробный анализ основных компонентов и примесей 
бокситового сырья. Показано их поведение в технологическом цикле основного 
способа производства глинозема — способа Байера. Описаны основные технологические схемы получения глинозема, используемые на российских глиноземных заводах. Описаны теории строения щелочно-алюминатных растворов и физико-химические основы рассматриваемых процессов. Рассмотрены существующие варианты 
комплексной переработки бокситового сырья.
УДК 669.712(075.8)
ББК 34.33я 73
__________________

Учебное издание 

Логинова Ирина Викторовна, Кырчиков Алексей Владимирович 

ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА

Подписано в печать 30.10.2020. Формат 70×100 1/16. Бумага офсетная. Цифровая печать. 
Усл. печ. л. 18,06. Уч.-изд. л. 10,7. Тираж 100 экз. Заказ 184.

Издательство Уральского университета 
Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ
620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5
Тел.: 8 (343) 375-48-25, 375-46-85, 374-19-41
E-mail: rio@urfu.ru

Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ
620083, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4
Тел.: 8 (343) 358-93-06, 350-58-20, 350-90-13, факс: 8 (343) 358-93-06
http://print.urfu.ru

ISBN 978-5-7996-3125-3
© УГТУ–УПИ, 2010 
© Уральский федеральный университет, 2020, 
     с изменениями

Введение

М

инералы играли огромную роль на протяжении всей истории человеческой деятельности. Каждая ступень цивилизации отвечает определенному уровню развития человеческой 
деятельности с точки зрения преобразования, обработки и практического использования минеральных ресурсов.
Первоначальные жизненные потребности человека в минеральных 
ресурсах удовлетворялись применением кремния и обсидиана и таких 
самородных металлов, как золото и медь. Эти первые шаги в использовании природных богатств исторически привели к одному из крупнейших достижений в области технического прогресса и культуры — к умению извлекать металлы из минеральных залежей. Первым металлом, 
добытым из руд, была медь. Наряду с дальнейшим совершенствованием технологических методов добычи и обработки минерального сырья неуклонно возрастали потребности в нем. Промышленная революция привела к резкому расширению потребностей в минеральном 
сырье. Самое интересное, что за последние полстолетия было израсходовано больше сырья, чем за всю предыдущую историю человечества. Развитие горнодобывающей промышленности шло параллельно 
с фундаментальными изменениями структуры мировой экономики. 
До промышленной революции разработка недр носила небольшие 
масштабы. Промышленная революция в европейских странах привела 
к существенному возрастанию потребностей в широком ассортименте минерального сырья. Спрос не удовлетворялся внутренними и региональными источниками полезных ископаемых.
Развитие горной промышленности во многих странах и увеличение ее объема продукции в международной торговле способствовали двум важным моментам. Крупные страны-импортеры получили 

Введение

необходимое сырье для создания многоотраслевой промышленной 
базы. Страны-экспортеры помимо дохода приобрели технологию добычи и обработки руды, которые послужили для дальнейшего развития их экономики.
В ближайшем будущем человечеству не угрожает перспектива полного истощения основных запасов минерального сырья. Огромные 
его потенциальные запасы сосредоточены в доступном для разработки приповерхностном слое земли. По оценкам специалистов, 1 км 3 
пород среднекорового состава содержит 250 млн т алюминия, свыше 
125 млн т железа, 250 тыс. т цинка и 150 тыс. т меди. Однако в настоящее время, при имеющихся материальных залежах, еще не наступил 
момент для добычи полезных ископаемых из обычных коровых пород. Степень концентрации полезных компонентов контролируется 
их относительной распространенностью в земной коре и комплексом 
действующих физико-химических процессов. Целесообразность промышленной разработки разведанных месторождений определяется 
такими факторами, как уровень развития экономики и технический 
прогресс. Новые достижения в области техники открыли возможность 
извлечения полезных компонентов из истощенных руд. Разработка 
таких месторождений показывает, что понятие «запасы минерального сырья» не является какой-то застывшей категорией. Технический 
прогресс, ведущий к снижению затрат на добычу, или экономические факторы, способствующие поднятию цен на определенный вид 
минерального сырья, позволяют отнести минеральные ресурсы, ранее считавшиеся непромышленными, к категории промышленных. 
Под минеральными ресурсами понимают природные скопления минеральных образований, твердых, жидких или газообразных, которые могут служить промышленным источником минерального сырья. При оценке совокупных (валовых) запасов минерального сырья 
следует разграничивать понятие «общие ресурсы» и «установленные 
на настоящий момент запасы полезных ископаемых». В минеральносырьевую базу входит достоверно установленная часть общих минеральных ресурсов, промышленная добыча которых возможна и экономически целесообразна.
Минеральные ресурсы — основа современной индустрии и научно-технического прогресса. Без них невозможно представить себе существование большинства отраслей промышленности: химической, 
строительной, пищевой, легкой, черной и цветной металлургии. Ма

Введение

шиностроение с его многочисленными ответвлениями также базируется на использовании минерального сырья.
Ученые постоянно работают над совершенствованием способов добычи и переработки всех полезных ископаемых, чтобы рационально 
использовать минеральные ресурсы нашей планеты. Важно не только добыть как можно больше минерального сырья, но и использовать 
его по максимуму и позаботиться о полной утилизации отходов. Одним из таких видов минерального сырья являются бокситы — главное сырье алюминиевой промышленности. Бокситы перерабатываются на глинозем, а затем из криолит-глиноземного расплава получают 
алюминий. Бокситы распространены преимущественно во влажных 
тропиках и субтропиках, где протекают процессы глубокого химического выветривания горных пород. Наибольшими запасами бокситов 
располагают Гвинея (42 % мировых запасов), Австралия (18,5 %), Бразилия (6,3 %), Ямайка (4,7 %), Камерун (3,8 %) и Индия (2,8 %).

1. Сырьевая база и первичная переработка алюминиевого сырья

1. Сырьевая база 
и первичная переработка 
алюминиевого сырья

1.1. Алюминиевая промышленность России

И

дея строительства алюминиевого завода в России возникла еще в дореволюционные времена. Однако отсутствие источников дешевой энергии, недостаток финансовых средств, 
плохая изученность сырьевой базы не позволили царскому правительству наладить промышленное производство алюминия.
Только в конце 1920-х начале 1930-х годов начинается строительство Тихвинского бокситового рудника и первых алюминиевых заводов: Волховского и Днепровского, тогда же в Санкт-Петербурге 
был учрежден Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (ВАМИ), ставший головной научной организацией нашей страны, сохранивший этот статус до сих пор.
Датой рождения алюминиевой промышленности России считается 
14 мая 1932 года, когда на Волховском алюминиевом заводе был получен первый алюминий.
В 1933 году был запущен Днепровский алюминиевый завод (г. Запорожье).
В 1938 году был введен в эксплуатацию Тихвинский глиноземный 
завод (г. Бокситогорск).

1.1. Алюминиевая промышленность России

В 1939 году приступил к работе УАЗ (Уральский алюминиевый завод, г. Каменск-Уральский, Свердловской обл.), выпускающий как 
глинозем, так и алюминий.
В 1945 году был получен глинозем и металл на БАЗе (Богословский 
алюминиевый завод, г. Краснотурьинск, Свердловской обл.).
В 1967 году вступил в эксплуатацию Ачинский глиноземный комбинат (Западная Сибирь), работающий на нефелиновом сырье.
В 1964 году приступил к работе Павлодарский глиноземный комбинат (Казахстан).
В 1980 году — Николаевский глиноземный завод (Украина).
При распаде СССР в 1990-е гг. глиноземные заводы достались тем 
странам СНГ, на территории которых они были построены в годы советской власти.
До 2007 года в российской алюминиевой отрасли действовало две 
компании: ООО «РУСАЛ» — Русский алюминий и ОАО «СУАЛ-Холдинг» — Сибирско-Уральская алюминиевая компания.
Концентрация финансовых ресурсов в рамках компаний способствовала созданию условий для решения важнейших стратегических 
задач и прежде всего — развитию собственной сырьевой базы и повышению конкурентной способности выпускаемой продукции.
В марте 2007 года произошло объединение этих двух компаний 
и глиноземных активов Glencore в UC RUSAL (РУСАЛ). Продукция 
данной компании экспортируется клиентам в 70 стран мира. В компании работают около 100000 человек. Объединенная компания присутствует в 19 странах мира на 5 континентах.
Одной из важнейших проблем, стоящих перед российской алюминиевой промышленностью, в обозримой перспективе остается обеспечение алюминиевых заводов России глиноземом. Особенно резко возросла зависимость России от импорта глинозема после распада 
СССР и прекращения поставок глинозема из Югославии и Венгрии, 
которая осуществлялась по долгосрочным соглашениям в рамках бывшего содружества стран-членов СЭВ.
В настоящий момент в России расположено больше 81 % установленных в СНГ мощностей по получению первичного алюминия и лишь 
около 62 % по производству глинозема.
Дефицит глинозема в 1998 году составил 3640 тыс. т или около 60 % 
общей потребности в нем, из которых 1770 тыс. т было закрыто поставками из Украины и Казахстана (Николаевский глиноземный за

1. Сырьевая база и первичная переработка алюминиевого сырья

вод и Павлодарский алюминиевый завод). Другая часть — 1870 тыс. т 
дефицита была закрыта поставками глинозема с мирового рынка.
В этих условиях возникает постоянная необходимость создания новых мощностей по производству глинозема на базе отечественного сырья, а также поддержание действующих мощностей СУБРа. Освоение 
бокситовых месторождений Среднего Тимана (Вежано-Ворыквинское месторождение) позволит не только создать стабильную сырьевую базу для действующих глиноземных заводов Урала, но и построить 
новые мощности по производству глинозема в объеме до 1650 тыс. т 
в год (БАЗ-2). Необходимо также вовлекать в переработку бокситовое 
сырье Северо-Онежского (с запасами сырья в объеме 400 млн т), Курско-Белгородского и Восточно-Сибирского регионов. Данные о предполагаемой мощности алюминиевых и глиноземных заводов России 
представлены в прил. 4.

1.2. Сырьевая база производства глинозема  
отечественной промышленности

По распространенности в природе алюминий занимает 1-е место 
среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.
Вследствие своей высокой химической активности алюминий в природе встречается только в связанном виде (т. е. самородного металла 
не бывает). Алюминий — металл, обладающий амфотерными свойствами, т. е. он может реагировать с кислотами, образуя соответствующие 
соли, и со щелочами, образуя алюминаты. Это существенно расширяет возможности извлечения алюминия из руд различного состава.
По данным академика Ферсмана, число минералов, содержащих 
алюминий, насчитывает около 250 разновидностей. Они делятся на две 
примерно равные по количеству видов группы. К первой относятся первичные минералы, образующиеся при кристаллизации магмы 
и ее производных. Среди них главная роль принадлежит алюмосиликатам, типичным представителем которых являются следующие минералы — ортоклаз, альбит, лейцит и нефелин. Значительно меньше 

1.2. Сырьевая база производства глинозема отечественной промышленности 

имеют распространение силикаты алюминия — силлиманит, андалузит, дистен. Относительно редкими являются шпинели и свободный 
оксид алюминия — корунд.
Под воздействием процессов выветривания в земной коре образуются различные вторичные соединения алюминия. Среди них широко распространены минералы гидросиликатов алюминия — каолинит 
и его разновидности, а также различные гидрослюды, хлориты, цеолиты. Также широко распространены различные гидроксиды и оксиды 
алюминия, которые являются важнейшей составляющей частью основных алюминиевых руд — бокситов. К ним относятся минералы — 
гиббсит, бемит, диаспор. К этой же группе относится алунит.
Наиболее важные минералы, из которых можно получать глинозем, приведены в табл. 1.1. (В приложениях представлены фотографии минералов частной коллекции Савченко А. И. и других источ- 
ников).

Таблица 1.1 
Алюминийсодержащие минералы, имеющие  
промышленный интерес [1] 

Наименование
минерала
Химическая формула
Содержание
Al2O3, %
Корунд
α-Al2O3
100
Диаспор
α-AlOOH 
85
Бемит
γ-AlOOH 
85
Шпинель
Al2O3·MgO
71
Гиббсит 
Al(OH)3 
65,4
Кианит
Андалузит
Силлиманит
Al2O3·SiO2
63

Каолинит
Al2O3·2SiO2·2Н2О
39,5
Серицит
Мусковит
K2O·3Al2O3·6SiO2·2Н2О
38,4

Алунит
(K, Na)2 SO4 ·Al2 (SO4)3·4Al(OH)3
37
Анортит
CaO·Al2O3·2SiO2
36,7
Нефелин
(K, Na)2O ·Al2O3·2SiO2
32,3–35,9
Лейцит
K2O·Al2O3·4SiO2
23,5
Альбит
Na2O·Al2O3·6SiO2
19,3
Ортоклаз
K2O·Al2O3·6SiO2
18,4

1. Сырьевая база и первичная переработка алюминиевого сырья

Таким образом, алюминийсодержащие руды в зависимости от составляющих их минералов подразделяются на бокситовое сырье (диаспор, бемит, гиббсит), нефелины, алуниты и алюмосиликатное бесщелочное сырье (каолины, кианиты, каменноугольные золы).
Алуниты представляют интерес как алюминиевая руда при условии комплексной переработки. Наиболее изучено Загликское месторождение (Азербайджан), руда которого перерабатывалась на Кировабадском алюминиевом заводе. Содержание алунита в руде — не более 
55 %, остальное — кварц и каолинит. Химический состав загликской 
руды, %: 22 — А12O3; 22 — SO3; R2O (в пересчете на Na2O) — 8; 40 — 
SiO2. Кроме Загликского достаточно крупными месторождениями алунитов являются Акташское (Казахстан) и Гушсайское (Узбекистан). 
В мире имеется несколько крупных месторождений алунита: Фаншан и Тайху (КНР); Ла-Тальфа (Италия); Юта (США); Новый Южный Уэльс (Австралия).
Каолины в настоящее время используют для получения кремнеалюминиевого сплава — силикоалюминия карботермическим восстановлением; они являются также возможным сырьем для получения глинозема кислотными способами и способом спекания.
Сырьем для получения глинозема могут служить также каменно- 
угольные золы, отходы обогащения каменных углей и глиноземистые 
шлаки, образующиеся при восстановительной плавке некоторых железных руд. Содержание Аl2O3 в золе от сжигания некоторых углей, 
а также в хвостах от обогащения углей достигает 30–40 %, остальное — 
в основном кремнезем.
Важнейшей алюминиевой рудой в глиноземном производстве в России и мировой практике являются бокситы. Бокситы как сырье впервые были обнаружены во Франции в 1821 г. около местности Ле-Бо 
(Lex Beaux, юг Франции), отсюда и возникло его название. Боксит 
это сложная горная порода, состоящая из оксидов гидроксидов алюминия, железа, кремния и титана. В качестве примесей в них присутствуют карбонаты кальция, гидросиликаты, сульфиды и органические 
соединения. Основными глиноземсодержащими минералами бокситов являются гиббсит (гидраргиллит), бемит и диаспор. Однако мономинеральные бокситовые руды в природе встречаются редко, гораздо 
чаще встречаются руды смешанного типа — гиббсит-бемитовые или 
диаспор-бемитовые. По внешнему виду бокситы напоминают глину, 
хотя от нее отличаются существенно, т. к. в их основе находятся ги