Алюминий — самый распространенный металл в земной коре. Благодаря большому сродству к кислороду он не встречается в природе в свободном состоянии. По данным акад. А. Е. Ферсмана, в природе насчитывается около 250 минералов, содержащих алюминий. Наиболее широко встречаются соединения алюминия с кислородом и кремнием. В настоящее время к алюминиевым рудам относят бокситы, нефелины, алуниты, каолины и кианиты. Бокситы являются рудой, наиболее широко используемой промышленностью. Они представляют собой горную породу, образованную гидратами окиси алюминия (основная масса), окислами и гидратами окислов железа и силикатами, кварцем, каолинитом, соединениями титана, карбонатами кальция и магния, а также в небольшом количестве соединениями натрия, кальция, циркония, хрома, фосфора, ванадия, галлия и других элементов. Химический и минералогический состав бокситов колеблется в широких пределах, в них обнаруживается более 40 химических элементов и 100 различных минералов. Качество бокситов определяется содержанием глинозема Аl2О3 и кремнезема SiО2, а также минералогической формой гидратов окиси алюминия. Чем больше содержание Аl2O3 и меньше SiО2 в бокситах, тем выше их качество.
Физические свойства бокситов очень разнообразны и непостоянны. Встречаются бокситы всевозможных цветов и оттенков— от белого до темно-красного. Наиболее часто встречаются бурые и кирпично-красные разновидности. Плотность их колеблется от 1,2 г/см3 у пористых рыхлых маложелезистых и малокремнистых бокситов до 3,5 г/см3 у сильно железистых и каменистых бокситов. Твердость бокситов варьирует от 2 до 7. Такое разнообразие цвета и физических свойств очень затрудняет I поиски бокситов. Характерным отличительным признаком бокситов наряду с внешним сходством с глиной, является их неспособность образовывать с водой пластичную массу.
Минералогическое отличие бокситов от глины заключается в том, что в глинах алюминий находится в форме каолинита (Аl2О3•2SiO2•2Н2О) и других сходных алюмосиликатов, а в бокситах — в виде гидроокисей. Различают следующие минералогические формы гидроокиси алюминия: бемит и диаспор (отвечающие химической формуле А12О3•Н2О) и гидраргиллит (Аl2О3•3Н2О). Минералогическая форма, в которой находится алюминий в боксите, очень важна для переработки бокситов. Различают следующие типы бокситов: диаспоровые, гидраргиллитовые и смешанные.
Государственным стандартом предусмотрено десять марок бокситов: Б-В, Б-0, Б-1 и далее до Б-8. Марки различаются содержанием Аl2O3 в пересчете на сухое вещество и отношением Al2O3:SiO2 (па массе). Бокситы первых двух марок идут на производство высококачественного электрокорунда, остальных марок — на производство глинозема и огнеупоров. В боксите марки Б-1 допускается содержание 49% Аl2O3 и Al2O3/SiO2-9, в боксите марки Б-8 соответственно 28% и 4.
В России открыто несколько месторождений бокситов. Наиболее известные из них — тихвинские, уральские и тургайские бокситы. В Европе наиболее известны месторождения бокситов во Франции, Венгрии и Югославии, большие запасы бокситов есть в Индии и Индонезии, ряд африканских стран разрабатывает и экспортирует бокситы; США обладают запасами хороших бокситов, а также широко используют значительные месторождения бокситов в Суринаме и Гвиане (Южн. Америка).
Химический состав бокситов различных месторождений приведен в табл. и 2.
Таблица. Примерный химический состав отечественных бокситов, %
| Бокситы , | Аl2О3 | SiO2 | Fe2O3 | Н2О |
| Северо-Уральские . . . | 51—57 | 2,5—8,5 | 20—22 | 10—18 |
| Южно-Уральские . . . | 48—60 | 5—12 | 18—20 | 10—16 |
| Енисейские | 32—46 | 6—10 | 25—35 | 20—28 |
| Северо-Казахстанские | 40—50 | 5—15 | 10—12 | 20—25 |
Таблица 2. Примерный химический состав бокситов некоторых месторождений Мира, %
| Страна | Аl2O3 | SiO2 | Fe2O3 | Н2О |
| Франция (департ. Вар) | 51—58 | 3-6 | 18—25 | 10—12 |
| США (штат Арканзас) | 56—59 | 5—8 | 2—6 | 29—31 |
| Индия (штаты Бихар, | ||||
| Орисса, Мадрас и др.) | 56—68 | 0,3—7 | 0,3—6 | 29—30 |
| Индонезия (о. Монтан, | ||||
| Банка, Батан) …. | 53—55 | 4 | 9—13 | Нет данных |
| Венгрия . . | 48—63 | 2—14 | 20—30 | 14—18 |
| Югославия . … | 48—60 | 2—4 | 18—20 | 18—24 |
Нефелины — химическая формула (Na, К)2О•Аl2О3•2SiO2 — являются частью горной породы, называемой уртитом. богатые месторождения которой находятся на Кольском полуострове. Кроме того, нефелин входит в состав апатито-нефелиновой породы, имеющейся в большом количестве в Хибинском горном массиве.
Во время флотации апатита нефелин остается в хвостах. При переработке нефелина на глинозем в качестве побочных продуктов получают соду и поташ. Примерный химический состав нефелинового концентрата: 30% Аl2O3; 43% SiO2; 20% Na2O + K2O; 3% СаО; 3% Fe2O3.
Вредным для производства глинозема в нефелине является железо в любой минералогической форме.
На Урале, Кавказе и в Сибири находятся залежи нефелиновых сиенитов, представляющих собой смесь нефелина с другими кремнесодержащими минералами.
Несмотря на небольшое содержание Аl2О3, комплексная переработка нефелина на глинозем с извлечением щелочей и использованием отходов для получения цемента целесообразна. Алуниты — основной сульфат алюминия и калия [K2SО4• Al2(SО4)3•4Al(ОН)3], в состав которого может входить и натрий. Крупные месторождения алунитовой породы залегают в Азербайджанской, Казахской и Узбекской. Алунитовая порода содержит около 20—21% Аl2О3; 41—42% Si02; 4-5% F2О3; 4,5-5% • Na2О+K2О; 22— 23% SО3; 6—7% H2О. Так как в алунитах наряду с окисью алюминия содержится значительное количество сульфатов и щелочи, то при переработке этой руды необходимо предусматривать комплексное использование всех полезных составляющих. Крупные месторождения алунитов за рубежом имеются в Италии, Австралии и КНР.
Химический состав каолина и глин примерно соответствует формуле Аl2О3• SiО2•2H2О.
Каолин содержит также примеси кремнезема, окислов кальция, магния и железа. Огнеупорные глины, содержащие мало примесей, называются каолинами. Они широко распространены в природе. Лучшие сорта каолинов пригодны для выплавки кремнеалюминиевых сплавов.
В России очень много месторождений каолинов и глин. Лучшие сорта каолинов содержат 36—39% Аl2О3.
К и а н и т ы (Аl2О3• SiО2) являются составной частью кианитовой породы, огромные запасы которой находятся на Кольском полуострове и в Северной Карелии. Кианиты не используются пока для производства окиси алюминия, но являются очень хорошей рудой для прямой выплавки кремнеалюминиевых сплавов.
Статья на тему Руды алюминия