Получение глинозема

Согласно ГОСТ 6912—64 глинозем выпускается восьми марок: ГА85, ГА8, ГА6, ГА5, ГЭБ, ГО, ГК и ГЭВ. Буква Г в марке обозначает глинозем, вторая и третья буквы— соответствующие отрасли производства, для которых предназначен глинозем. Так, глинозем первых; четырехмарок предназначен для производства алюминия, марки ГО — для огнеупорного производства, марки ГЭВ—для электровакуумной промышленности и т. д.

Содержание примесей в глиноземе марок ГА допускается в следующих пределах: от 0,03 до 0,20% SiО2, от 0,035 до 0,08% Fe2О3, не более 0,6% Na2О. Потери при прокаливании глинозема не должны превышать 1,0—1,2% в зависимости от марки. Такие жесткие требования к глинозему вызваны тем, что более электроположительные, чем алюминий, вещества, находящиеся в глиноземе (Si, Fe и др.), выделяются при электролизе на катоде и загрязняют алюминий; окислы электроотрицательных металлов (К2О, Na2О и др.) вызывают дополнительный расход дорогостоящих фтористых солей. Отрицательно действует на электролитический процесс вода. Соприкосновение гидратов окиси алюминия с расплавленным электролитом приводит к разбрызгиванию и разложению фтористых солей. Поэтому глинозем должен содержать минимальное количество влаги и не поглощать влагу при длительном хранении.

Безводная окись алюминия является стойким химическим соединением, плавящимся при 2050° С и кипящим при 2980° С. Известно несколько ее модификаций. Две из них очень важны для практики. Первая модификация α-Аl2O3, или корунд, встречается в горных породах в виде непрозрачных или бесцветных кристаллов. Прозрачные разновидности корунда, окрашенные небольшими примесями других окислов, считаются драгоценными камнями (рубин, сапфир). Корунд очень тверд и занимает в минералогической шкале твердости девятое место, соседнее с алмазом. Все виды гидратов окиси алюминия при нагревании выше 1200° С превращаются в α-Аl2O3, который даже при длительном хранении не поглощает влагу.

Вторая модификация — γ-Аl2O3 — не встречается в природе. Она образуется при обезвоживании гидраргиллита (и бемита) в температурном интервале 500—900° С. При нагревании выше 900° С γ-Аl2O3 начинает медленно превращаться в α-Аl2O3. В противоположность первой модификации γ-Аl2O3 отличается большой гигроскопичностью.

Глинозем—амфотерный окисел; щелочные и кислотные свойства его выражены примерно одинаково.

Гидроокись алюминия существует в трехводной и одноводной формах. Первая имеет формулу Аl2O3•3Н2O, иногда ее рассматривают как гидрат окиси [Аl(ОН)3]. Гидроокись алюминия можно представить и как трехосновную ортоалюминиевую кислоту Н3АlO3. Вторая, одноводная форма имеет формулу Аl2O3• Н2O, но иногда ее рассматривают как щелочь (АlOОН) или как одноосновную метаалюминиевую кислоту (НАlO2).

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

Аl2O3 • 3Н2O + 6НСl = 2АlСl3 + 6Н2O,

а в растворах щелочей — как кислота, образуя щелочные соли алюминиевых кислот (алюминаты), например:

Аl2O3•3Н2O + 2NaOH = Na2O • Аl2O3 +4Н2O.

При высоких температурах окись алюминия взаимодействует с различными соединениями щелочных и щелочноземельных металлов, образуя гакже соответствующие алюминаты (NaAlO2 или Na2O•Al2O3— метаалюминат натрия, СаО•Аl2O3—метаалюминат кальция и др.). Эти свойства окиси алюминия используют в различных способах производства глинозема.

Наиболее известны следующие способы получения глинозема: 1) электротермические, 2) кислотные и 3) щелочные.

Электротермические способы получение глинозема

Плавят руду с восстановителем в электрических печах с целью восстановления примесей и получения оплавленного глинозема. Эти способы не получили распространения в алюминиевой промышленности, так как их осуществление требует большого количества электроэнергии. Они рентабельны лишь при наличии очень дешевой электроэнергии. Кроме того, получаемый этими способами глинозем обычно не удовлетворяет требованиям электролитического способа производства алюминия.

Кислотные способы получение глинозема

Руду обрабатывают раствором одной из минеральных кислот (H2SO4, НCl и др.). В результате такой обработки получают соответствующую растворимую соль, например Al2(SO4)3, АlСl3 и т. д., а основная масса примесей остается нерастворенной. После отделения нерастворимых примесей раствор алюминиевой соли разлагается с выделением гидрата окиси алюминия. Прокаливая последний получают глинозем.

При обработке руды минеральными кислотами кремнезем не переходит в раствор и поэтому глинозем отделяется от кремнезема сравнительно легко и полно, но в растворы вместе с окисью алюминия частично переходят окислы железа и титана. Свойства солей железа, титана и алюминия очень близки и поэтому отделение соли алюминия от перешедших в раствор солей железа и титана затруднительно.

Кислотные способы требуют дорогой кислотоупорной аппаратуры. Кроме того, регенерация кислот для повторного использования сложна и неполна.

По этим причинам кислотные способы в настоящее время не применяют в алюминиевой промышленности.

Щелочные способы получение глинозема

Руды обрабатывают NaOH или Na2CO3 иногда с добавкой извести или известняка. В результате такой обработки получается растворимый в воде алюминат натрия.

Последний отделяют от нерастворимого остатка. При ботке нефелинов для получения растворимого алюмината до статочно воздействия одного известняка. Далее, разлагая алюминат натрия, выделяют гидрат окиси алюминия. После тщательной отмывки гидрат окиси алюминия прокаливают с целью получения окиси алюминия, а оставшийся после выделения гидроокиси раствор возвращают в процесс.

При использовании щелочных способов имеющиеся в рудах окислы железа, титана и кальция практически не растворяются и таким образом хорошо отделяются от алюмината натрия. Кремнезем, присутствующий в руде, реагирует со щелочами. Это обстоятельство осложняет щелочные способы получения глинозема, приводит к потерям щелочи и окиси алюминия, а также может привести к загрязнению глинозема. Поэтому для щелочных методов чаще всего используют руды, содержащие небольшое количество легко растворимых форм кремнезема. Окислы железа и титана в боксите незначительно влияют на процесс и сказываются только на его экономических показателях (расход электроэнергии, пара и повышение расхода на транспортировку).

Статья на тему Получение глинозема