Стропильная система 

Образование бокситов. Описание горной породы боксит. Что такое боксит

БОКСИ́ТЫ [по назв. местности Ле-Бо (Les Baux) на юге Франции, где впервые были обнаружены залежи бокситов], алюминиевая руда , состоящая в основном из гидроксидов алюминия (алюмогель, гиббсит, бёмит, диаспор и др.), оксидов и гидроксидов железа и глинистых минералов. Цвет красный различных оттенков, буровато-коричневый, реже белый, жёлтый, серый (до чёрного). Встречаются в виде плотных (каменистых) или пористых образований, а также в виде рыхлых землистых и глиноподобных масс. По структуре выделяют обломочные (пелитовые, песчаниковые, гравелитовые, конгломератовые) и конкреционные (оолитовые, пизолитовые, бобовые); по текстуре – однородные, слоистые и др. бокситы. Плотность изменяется от 1800 кг/м 3 (рыхлые) до 3200 кг/м 3 (каменистые). По преобладающему минеральному составу различают бокситы : моногидроксидные (диаспоровые, бёмитовые), тригидроксидные (гиббситовые) и смешанного состава (диаспор-бёмитовые, бёмит-гиббситовые, шамозит-бёмитовые, шамозит-гиббситовые, гиббсит-каолинитовые, гётит-шамозит-бёмитовые и пр.).

Бокситы об­ра­зу­ют­ся при глу­бо­ких хи­мических пре­об­ра­зо­ва­ни­ях (ла­те­ри­ти­за­ции) алю­мо­си­ли­кат­ных по­род в ус­ло­ви­ях влаж­но­го тро­пического кли­ма­та (ла­те­рит­ные или ос­та­точ­ные бокситы ) ли­бо при пе­ре­но­се про­дук­тов ла­те­рит­но­го вы­вет­ри­ва­ния и их пе­ре­от­ло­же­ния (оса­доч­ные бокситы ). В ре­зуль­та­те на­ло­же­ния этих про­цес­сов об­ра­зу­ют­ся бокситы сме­шан­но­го (по­ли­ген­но­го) ти­па. За­ле­жи пла­сто­об­раз­ные, лин­зо­вид­ные или не­пра­виль­ной (кар­сто­вые кар­ма­ны) фор­мы. Ка­че­ст­во ла­те­рит­ных бокситов , как пра­ви­ло, вы­со­кое (50% $\ce{Al_2O_3}$ и вы­ше), оса­доч­ные бокситы мо­гут быть от вы­со­ко­сорт­ных (55–75% $\ce{Al_2O_3}$) до не­кон­ди­ци­он­ных (ме­нее 37% $\ce{Al_2O_3}$ ). В Рос­сии тре­бо­ва­ния к ка­че­ст­ву до­бы­вае­мых (то­вар­ных) бокситов оп­ре­де­ля­ют­ся ГОСТом, а так­же до­го­вор­ны­ми ус­ло­вия­ми ме­ж­ду по­став­щи­ка­ми и по­тре­би­те­ля­ми. В за­ви­си­мо­сти от со­от­но­ше­ния (по мас­се) со­дер­жа­ния гли­но­зё­ма и крем­не­зё­ма (т. н. крем­нё­во­го мо­ду­ля) бокситы раз­де­ля­ют­ся на 8 ма­рок. Для са­мой низ­кой мар­ки (Б-6, 2-й сорт) крем­нё­вый мо­дуль дол­жен быть свыше 2 при со­дер­жа­нии гли­но­зё­ма не ме­нее 37%, у вы­со­ко­сорт­ных бокситов (Б-0, Б-00) крем­нё­вый мо­дуль свыше 10 при со­дер­жа­нии гли­но­зё­ма 50% и бо­лее. В за­ру­беж­ных клас­си­фи­ка­ци­ях к вы­со­ко­ка­че­ст­вен­ным от­но­сят бокситы с крем­нё­вым мо­ду­лем свыше 7.

Месторождения бокситов по запасам разделяются на крупные (свыше 50 млн. т), средние (5–50 млн. т) и мелкие (до 5 млн. т). Запасы крупнейшего в мире месторождения Боке (Гвинея) оценивают в 2,5 млрд. т. В месторождениях латеритного типа сосредоточено 83,7% запасов, полигенного 9,5% и осадочного 6,8%.

Месторождения бокситов разведаны в более чем в 50 странах мира. Общие запасы бокситов оцениваются в 29,3 млрд. т, подтверждённые – в 18,5 млрд. т (2-я половина 2000-х гг.). Наиболее крупными подтверждёнными запасами обладают: Гвинея (7,4 млрд. т; св. 40% мировых запасов), Ямайка (2 млрд. т; 10,8%), Бразилия (1,9 млрд. т; 10,3%), Австралия (1,8 млрд. т; 9,7%), Индия (0,77 млрд. т; 4,2%), Гайана (0,7 млрд. т; 3,8%), Греция (0,6 млрд. т; 3,2%), Суринам (0,58 млрд. т.; 3,1%), Китай (0,53 млрд. т.; 2,8%). Крупнейшей в мире является Западно-Африканская бокситоносная провинция (или Гвинейская).

В России общие запасы бокситов свыше 1,4 млрд. т, подтверждённые запасы – свыше 1,1 млрд. т (начало 2013). Имеется 57 месторождений (в т. ч. 4 крупных и 7 средних). Основные запасы бокситов сосредоточены в Свердловской области (около 1/3 запасов РФ; осадочные месторождения Северо-Уральского бокситоносного района – крупное Черёмуховское, средние – Красная Шапочка, Кальинское, Новокальинское), Республике Коми (26% запасов РФ; полигенные месторождения Ворыквинской группы Тиманской бокситоносной зоны – крупное Вежаю-Ворыквинское, средние – Верхнещугорское, Восточное), Архангельской области (18% запасов РФ; крупное Иксинское осадочное месторождение), Белгородской области (около 16% запасов РФ; крупное Висловское латеритное месторождение, среднее – Мелихово-Шебекинское). Запасы бокситов выявлены также в Красноярском и Алтайском краях, Кемеровской области, Республике Башкортостан, Ленинградской области. Руды российских месторождений по сравнению с зарубежными аналогами отличаются более низким качеством и более сложными условиями разработки. Наиболее богатые руды ($\ce{Al_2O_3}$ 56%) в месторождениях Северного Урала; крупнейшее (ок. 18% запасов РФ) Иксинское месторождение сложено бокситами низкого качества.

Мировая добыча бокситов превысила 196 млн. т/год (2-я половина 2000-х гг.). Главные добывающие страны: Австралия (62,6 млн. т/год), Китай (27 млн. т/год), Бразилия (22,8 млн. т/год), Гвинея (18,2 млн. т/год), Ямайка (14,9 млн. т/год), Индия (13,9 млн. т/год). В России добыча бокситов из недр в 2012 составила 5,14 млн. т; разрабатывалось 9 месторождений, из них 6 – в Свердловской области.

Из бокситов извлекают глинозём и алюминий. Бокситы используют также в производстве красок, искусственных абразивов (электрокорунд), в качестве флюсов в чёрной металлургии, сорбентов для очистки нефтепродуктов от различных примесей; маложелезистые бокситы – для получения высокоглинозёмистых огнеупоров, быстротвердеющих цементов и др. Бокситы – комплексное сырьё; кроме алюминия и железа содержат галлий, а также титан, хром, цирконий, ниобий, редкоземельные элементы.

Боксит является основной рудой для производства алюминия. Образование залежей связано с процессом выветривания и переноса материала, в котором помимо гидроокислов алюминия находятся и другие химические элементы. Технология извлечения металла предусматривает экономически выгодный процесс промышленного производства без образования отходов.

Характеристика рудного минерала

Название минерального сырья для добычи алюминия происходит от названия местности во Франции, где впервые были обнаружены залежи. Боксит состоит из гидроокислов алюминия, в качестве примесей в нем находятся глинистые минералы, окислы и гидроокислы железа.

По внешнему виду боксит является каменистой, а реже — глиноподобной, породой — однородной или слоистой по текстуре. В зависимости от формы залегания в земной коре она бывают плотной или пористой. По структуре различают минералы:

  • обломочные — конгломератовые, гравелиты, песчаниковые, пелитовые;
  • конкреционные — бобовые, оолитовые.

Основная масса породы в виде включений содержит оолитовые образования окислов железа или глинозема. Бокситовая руда обычно бурого или кирпичного цвета, но встречаются залежи белого, красного, серого, желтого оттенков.

Главными минералами для образования руды являются:

  • диаспор;
  • гидрогетит;
  • гетит;
  • бемит;
  • гиббсит;
  • каолинит;
  • ильменит;
  • алюмогематит;
  • кальцит;
  • сидерит;
  • слюды.

Различают бокситы платформенные, геосинклинальные и океанических островов. Месторождения алюминиевой руды образовались в результате переноса продуктов выветривания горных пород с последующим их отложением и образованием осадка.

Промышленные бокситы содержат 28-60% глинозема. При использовании руды соотношение последнего к кремнию не должно быть ниже 2-2,5.

Месторождения и добыча сырья

Основным сырьем промышленного производства алюминия в РФ являются бокситы, нефелиновые руды и их концентраты, сосредоточенные на Кольском полуострове.

Месторождения бокситов в России характеризуются низким качеством сырья и сложными горно-геологическими условиями добычи. В пределах государства находится 44 разведанных месторождения, среди которых эксплуатируется только четверть.

Основная добыча бокситов производится АО «Севуралбокситруда». Несмотря на запасы рудного сырья, обеспеченность перерабатывающих предприятий неравномерна. В течение 15 лет наблюдается дефицит нефелинов и бокситов, что обусловливает импорт глинозема.

Мировые запасы бокситов сосредоточены в 18 странах, находящихся в тропической и субтропической зонах. Местонахождение бокситов высшего качества приурочено к участкам выветривания алюмосиликатных горных пород во влажных условиях. Именно в этих зонах находится основная часть общемирового запаса сырья.

Самые крупные запасы сосредоточены в Гвинее. По добыче рудного сырья в мире первенство принадлежит Австралии. В Бразилии находится 6 млрд тонн запасов, во Вьетнаме — 3 млрд тонн, запасы бокситов Индии, отличающиеся высоким качеством, составляют 2,5 млрд тонн, Индонезии — 2 млрд тонн. В недрах этих стран сосредоточена основная масса руды.

Бокситы добывают открытым и подземным способом. Технологический процесс переработки сырья зависит от его химического состава и предусматривает поэтапное выполнение работ.

На первой стадии под воздействием химических реагентов образуется глинозем, а на второй — из него путем электролиза из расплава фтористых солей извлекают металлический компонент.

Для образования глинозема используют несколько методов:

  • спекание;
  • гидрохимический;
  • комбинированный.

Применение методик зависит от концентрации алюминия в руде. Боксит низкого качества перерабатывают сложным способом. Полученную в результате спекания шихту из соды известняка и боксита выщелачивают раствором. Образованную в результате химической обработки гидроокись металла отделяют и подвергают фильтрации.

Применение минерального ресурса

Применение боксита в разных отраслях промышленного производства обусловлено универсальностью сырья по его минеральному составу и физическим свойствам. Бокситы являются рудой, из которой извлекают алюминий и глинозем.

Использование боксита в черной металлургии в качестве флюса при выплавке мартеновской стали улучшает технические характеристики продукции.

При изготовлении электрокорунда используются свойства боксита образовывать сверхстойкий, огнеупорный материал (синтетический корунд) в результате плавки в электрических печах с участием антрацита в качестве восстановителя и железных опилок.

Минерал боксит с незначительным содержанием железа применяется при изготовлении огнеупорных, быстротвердеющих цементов. Кроме алюминия из рудного сырья извлекают железо, титан, галлий, цирконий, хром, ниобий и TR (редкоземельные элементы).

Бокситы используют для производства красок, абразивов, сорбентов. Руда с невысоким содержанием железа применяется при изготовлении огнеупорных составов.

Бокситы - это горная порода, в состав которой входят различные минералы, в основном гидроксиды и оксиды алюминия (глинозем). Кроме этого, в них содержатся оксиды, гидроксиды и силикаты железа, кремнезем (оксид кремния), кварц и другие химические вещества. Общее количество химических элементов, найденных в составе этой породы - около ста. Так как боксит имеет сложный состав, четко определенной химической формулы у него нет.

Что такое бокситы

Боксит был обнаружен французским геологом Пьером Бертье в 1821 году недалеко от деревни Ле Бо , где исследователь проводил свой летний отпуск. В честь этой деревни горная порода и получила свое название. Сам Бертье не придал своей находке большого значения. Он не догадывался, что эта порода в будущем станет важнейшим сырьем для получения алюминия.

Внешний вид и физические свойства

По внешнему виду эта порода похожа на глину, но может иметь и каменистый вид. Цвет их весьма разнообразен - от почти белого до почти черного, но наиболее распространенные - темно-красного, серого или бурого цвета. Непрозрачны, не растворимы в воде. Плотность зависит от содержания железа и обычно колеблется в пределах 2900–3500 кг/м3, но может быть значительно меньше. При смешивании с водой боксит не образует пластичной массы, в отличие от глины.

Их структура может быть плотной или пористой . Часто в них можно встретить небольшие включения в виде округлых телец, образованные оксидами железа или глиноземом. Такие бокситы смотрятся весьма декоративно. Твердость породы колеблется от 2 до 7 единиц по шкале Мооса.

Химический состав

Помимо основных компонентов - гидроксида алюминия, соединений железа и кремния, в бокситах содержится множество химических элементов - натрий, калий, магний, хром, цирконий, галлий, ванадий, а также такие соединения, как карбонаты, кальциты, титаниты. С точки зрения человека, самыми важными являются соединения алюминия - чем их больше, тем ценнее руда. Оксид кремния, напротив, ухудшает качество породы.

В состав могут входить такие минералы , как диаспор, бемит, гиббсит. Они относятся к породообразующим. Кроме того, в составе часто присутствуют сопутствующие минералы - например, гетит, хлориты, каолинит и другие.

Бокситы имеют сходство с глинами, но у них есть и существенное отличие - алюминий в них содержится в виде гидроксида, а в глинах - в виде каолинита.

Основные разновидности

В зависимости от их химического состава, все бокситы можно разделить на три основные группы:

  1. Моногидроокисные (породообразующие минералы - диаспор или бемит).
  2. Тригидроокисные (гиббситы).
  3. Смешанные, сочетающие в себе свойства как первой, так и второй групп.

Последние встречаются наиболее часто.

По способу образования бокситы подразделяются на латеритные - также их называют остаточными - и переотложенные (или осадочные). Первые образуются в местностях с тропическим климатом как результат глубоких химических процессов, происходящих в алюмосиликатных породах в условиях высокой влажности и температуры, а вторые - в результате переноса и переотложения продуктов выветривания. Они часто залегают слоями. Так как эти слои отличаются по качеству, перерабатывать такую руду сложнее.

Использование

Главная область применения бокситовой руды - получение алюминия. Помимо этого, ее используют в качестве флюса в черной металлургии, при производстве красок , в абразивной промышленности, для производства электрокорунда, высокоглиноземистых огнеупоров. Также из бокситов делают глиноземистый цемент - быстроотвердевающий состав с высокими вяжущими свойствами, хорошо себя зарекомендовавший при проведении строительных работ при низких температурах.

Применение в ювелирном деле

Боксит не является перспективным камнем для ювелиров, лишь изредка можно встретить выполненные из него авторские украшения . Однако, придав камню форму шара и отполировав, получают красивые сувениры. Каких-либо целебных или магических качеств бокситу не приписывают.

Как образуются бокситы

Эта горная порода образуется в результате выветривания минералов, содержащих алюминий, например, полевых шпатов. Обычно они разрушаются , образуя глины, но жаркий климат и высокая влажность способствуют выносу кремнезема и щелочей, поэтому в тропических странах сосредоточено большинство месторождений бокситов. Есть два пути образования этой горной породы - остаточно-хемогенный и осадочно-хемогенный. Осадочные бокситы образуются в результате накопления продуктов выветривания в низменностях и котлованах.

Месторождения

Около 90 процентов мировых запасов бокситов залегает в латеритных месторождениях. При длительном выветривании алюмосиликатных пород в условиях жаркого и влажного климата образуются так называемые латеритные коры. Лидерами по запасам бокситов являются Гвинея, Австралия и Бразилия. Значительным их количеством также располагают Индия, Вьетнам, Индонезия, Ямайка, Мали и Камерун.

Запасы бокситов в России

В России бокситовых месторождений немного, поэтому большую часть этого сырья приходится закупать за рубежом. Лучшие по качеству российские бокситы добываются в Северо-Уральском бокситоносном районе. Эти запасы были открыты в 1931 году геологом Н.А. Каржавиным. Руда залегает на глубине 700–1000 м, добывают ее шахтным способом. Есть одно месторождение и в Ленинградской области. В

Архангельской области добывают бокситы с высоким содержанием глинозема и низким содержанием кремния, разработка их ведется открытым способом. Их основной минус - высокий процент хрома и гипса в составе породы. Висловское месторождение находится в Белгородском районе, качество руды невысокое из-за большого содержания карбонатов.

Перспективными считаются открытые в конце 60-х годов месторождения на северо-западе Республики Коми, однако качество руды в них среднее , к тому же их добыча осложняется необжитостью данного района и плохой транспортной инфраструктурой. Несмотря на это, в 1997 году первая партия бокситового сырья из Коми была доставлена на Уральский алюминиевый завод, успешно выдержав промышленные испытания. Помимо алюминия, в сырье с этих месторождений содержатся редкие металлы, что придает им дополнительную ценность. Добываются бокситы и в районе Ангары, их отличительной особенностью является высокое содержание свободного оксида алюминия в виде корунда (до 10%).

Добыча и переработка

Чаще всего их добывают открытым способом, но используется и подземная добыча. Выбор технологии переработки бокситов зависит от их качества. В любом случае процесс включает две стадии:

  1. получение глинозема (химическими методами);
  2. выделение алюминия (электролизом).

Глинозем из руды высокого качества добывают с помощью процесса Байера , при котором тонкоизмельченный боксит обрабатывается раствором гидроксида натрия, и в результате образуется раствор алюмината натрия. Полученный раствор очищают от красного шлама, и осаждают из него глинозем (гидроксид алюминия).

Для переработки бокситов низкого качества приходится применять более сложный метод - их размельчают, смешивают с известняком и содой и спекают в специальных вращающихся печах. Полученный продукт обрабатывают щелочью, выпавший в осадок гидроксид отделяют и фильтруют.

На одном заводе могут параллельно использоваться оба эти процесса. Это позволяет перерабатывать одновременно руду различного качества. Также возможно использовать эти методы последовательно, спекая остающийся после использования метода Байера шлак и извлекая из него дополнительный глинозем.

В современной промышленности алюминиевая руда является наиболее востребованным сырьем. Стремительное развитие науки и техники позволило расширить сферы его применения. Что представляет собой алюминиевая руда и где ее добывают - описано в этой статье.

Промышленное значение алюминия

Алюминий считается наиболее распространенным металлом. По количеству залежей в земной коре он занимает третье место. Алюминий известен всем также как элемент в таблице Менделеева, который относится к легким металлам.

Алюминиевая руда - это природное сырье, из которого получают В основном его добывают из бокситов, которые содержат оксиды алюминия (глинозем) в наибольшем количестве - от 28 до 80%. Другие породы - алунитовые, нефелиновые и нефелин-апатитовые также используются в качестве сырья для получения алюминия, но они имеют худшее качество и содержат значительно меньше глинозема.

В цветной металлургии алюминий занимает первое место. Дело в том, что благодаря своим характеристикам он применяется во многих отраслях промышленности. Так, этот металл используют в транспортном машиностроении, упаковочном производстве, строительстве, для изготовления различных потребительских товаров. Также алюминий широко применяется в электротехнике.

Чтобы понять, какое значение имеет алюминий для человечества, достаточно присмотреться к бытовым вещам, которые мы повседневно используем. Очень многие бытовые предметы изготовлены из алюминия: это детали для электроприборов (холодильника, стиральной машины и т. д.), посуда, спортивный инвентарь, сувениры, элементы интерьера. Алюминий часто применяется для производства разных видов тары и упаковки. Например, консервных банок или одноразовых емкостей из фольги.

Типы алюминиевых руд

Алюминий содержится более чем в 250 минералах. Из них самыми ценными для промышленности являются боксит, нефелин и алунит. Остановимся на них более подробно.

Бокситная руда

В природе алюминий в чистом виде не встречается. В основном его получают из алюминиевой руды - боксита. Это минерал, который по большей части состоит из гидроксидов алюминия, а также из оксидов железа и кремния. Из-за большого содержания глинозема (от 40 до 60%) бокситы используются в качестве сырья для получения алюминия.

Физические свойства алюминиевой руды:

  • непрозрачный минерал красного и серого цвета различных оттенков;
  • твердость самых прочных образцов составляет 6 по минералогической шкале;
  • плотность бокситов в зависимости от химического состава колеблется в пределах 2900-3500 кг/м³.

Месторождения бокситовой руды сосредоточены в экваториальном и тропическом поясе земли. Более древние залежи находятся на территории России.

Как образовывается бокситная алюминиевая руда

Бокситы образуются из одноводного гидрата глинозема, бемита и диаспора, трехводного гидрата - гидраргиллита и сопутствующих минералов гидроокиси и окиси железа.

В зависимости от состава природообразующих элементов различают три группы бокситных руд:

  1. Моногидратные бокситы - содержат глинозем в одноводной форме.
  2. Тригидратные - такие минералы состоят из глинозема в трехводной форме.
  3. Смешанные - эта группа включает в сочетании предыдущие алюминиевые руды.

Месторождения сырья образуются вследствие выветривания кислых, щелочных, а иногда и основных пород или в результате постепенного осаждения на морском и озерном дне большого количества глинозема.

Алунитовые руды

Этот тип залежей содержит до 40% оксида алюминия. Алунитовая руда образовывается в водном бассейне и прибрежных зонах в условиях интенсивной гидротермальной и вулканической деятельности. Пример таких залежей - Заглинское озеро на Малом Кавказе.

Порода пористая. Преимущественно состоит из каолинитов и гидрослюдов. Промышленный интерес представляют руда с содержанием алунита более 50%.

Нефелин

Это алюминиевая руда магматического происхождения. Она представляет собой полнокристаллическую щелочную породу. В зависимости от состава и технологических особенностей переработки выделяют несколько сортов нефелиновой руды:

  • первый сорт - 60-90% нефелина; он содержит более 25% глинозема; переработка осуществляется методом спекания;
  • второй сорт - 40-60% нефелина, количество глинозема немного ниже - 22-25%; во время переработки требуется обогащение;
  • третий сорт - нефелиновые минералы, которые не представляют никакой промышленной ценности.

Мировая добыча алюминиевых руд

Впервые алюминиевую руду добыли в первой половине XIX века на юго-востоке Франции, возле местечка Бокс. Отсюда и походит название бокситов. Сначала эта развивалась медленными темпами. Но когда человечество оценило, какая алюминиевая руда полезная для производства, сферы применения алюминия существенно расширились. Многие страны начали поиски на своих территориях месторождения залежей. Таким образом, мировая добыча алюминиевых руд стала постепенно возрастать. Подтверждением этого факта являются цифры. Так, если в 1913 году общемировой объем добытой руды составлял 540 тыс. тонн, то в 2014 году - более 180 млн тонн.

Также постепенно росло количество стран, добывающих алюминиевую руду. На сегодняшний день их насчитывается около 30. Но на протяжении последних 100 лет ведущие страны и регионы постоянно менялись. Так, в начале XX века мировыми лидерами по добыче алюминиевой руды и ее производстве были Северная Америка и Западная Европа. На эти два региона приходилось около 98% общемировой добычи. Через несколько десятков лет по количественным показателям алюминиевой промышленности лидерами стали Латинская Америка и Советский Союз. И уже в 1950-1960-х годах лидером по размеру добычи стала Латинская Америка. А в 1980-1990-х гг. произошел стремительный прорыв в алюминиевой и Африки. В современной мировой тенденции основными странами-лидерами по добыче алюминия являются Австралия, Бразилия, Китай, Гвинея, Ямайка, Индия, Россия, Суринам, Венесуэла и Греция.

Месторождения руды в России

По объему добычи алюминиевых руд Россия занимает седьмое место в мировом рейтинге. Хотя месторождения алюминиевых руд в России обеспечивают страну металлом в большом количестве, его недостаточно, чтобы полностью обеспечить промышленность. Поэтому государство вынуждено покупать боксит в других странах.

Всего на территории России расположено 50 месторождений руды. В это число входят как места, где ведется добыча минерала, так и еще не разработанные залежи.

Большая часть запасов руды находится в европейской части страны. Здесь они расположены в Свердловской, Архангельской, Белгородской области, в республике Коми. Все эти регионы содержат 70% всех разведанных запасов руды страны.

Алюминиевые руды в России добываются до сих пор в старых бокситовых месторождениях. К таким районам относится Радынское месторождение в Ленинградской области. Также из-за дефицита сырья Россия использует другие алюминиевые руды, месторождения которых отличаются худшим качеством минеральных залежей. Но они все же пригодны для промышленных целей. Так, в России добывают в большом количестве нефелиновые руды, которые также позволяют получить алюминий.

Французский город Ле-Бо-де-Прованс, расположенный на юге страны, прославился тем, что дал имя минералу бокситу. Именно там в 1821 г. горный инженер Пьер Бертье обнаружил залежи неизвестной руды. Понадобилось еще 40 лет исследований и испытаний, чтобы открыть возможности новой породы и признать ее перспективной для промышленного производства алюминия, в те года превышавшего по цене золото.

Характеристика и происхождение

Бокситы - это первичная алюминиевая руда. Практически весь алюминий, который когда-либо производился в мире, преобразован из них. Эта порода является композиционным сырьем, отличающимся сложной и неоднородной структурой.

В качестве основных компонентов она включают оксиды и гидроксиды алюминия. Рудообразующими минералами также служат оксиды железа. А среди примесей наиболее часто встречаются:

  • кремний (представленный кварцем, каолинитом и опалом);
  • титан (в виде рутила);
  • соединения кальция и магния;
  • редкоземельные элементы;
  • слюда;
  • в малых количествах галлий, хром, ванадий, цирконий, ниобий, фосфор, калий, натрий и пирит.
По происхождению бокситы бывают латеритными и карстовыми (осадочными). Первые, высококачественные, образовались в климате влажных тропиков как результат глубокого химического преобразования силикатных пород (так называемой латеризации). Вторые отличаются более низким качеством, они - продукт выветривания, переноса и отложения глинистых слоев в новых местах.

Бокситы различаются по:

  1. Физическому состоянию (каменистые, землистые, пористые, рыхлые, глинообразные).
  2. Структуре (в виде обломков и горошин).
  3. Текстурным особенностям (с однородным или слоистым составом).
  4. Плотности (варьируется от 1800 до 3200 кг/м³).

Химические и физические свойства

Химические свойства бокситов имеют широкий диапазон, связанный с переменной композицией материала. Однако качество добытых минералов определяется в первую очередь соотношением содержания глинозема и кремнезема. Чем больше количество первого и меньше - второго, тем значительнее промышленная ценность. Важной химической особенностью горные инженеры считают так называемую «вскрываемость», то есть то, насколько легко удается извлекать из рудного материала оксиды алюминия.

Несмотря на то, что бокситы не имеют постоянного состава, их физические свойства сводятся к таким показателям:

№ Наименование Характеристика
1 Цвет коричневый, оранжевый, кирпичный, розовый, красный;
реже серый, желтый, белый и черный
2 Прожилки как правило, белые, но иногда их могут окрасить примеси железа
3 Блеск Тусклый и землистый
4 Прозрачность Непрозрачный
5 Удельный вес 2-2,5 кг/см³
6 Твердость 1-3 по минералогической шкале Мооса (для сравнения - у алмаза 10).
Из-за этой мягкости бокситы напоминают глину. Но в отличие от последней, при добавлении воды не образуют однородную пластичную массу

Интересно, что физический статус никак не связан с полезностью и ценностью бокситов. Это объясняется тем, что они перерабатывается в другой материал, свойства которого существенно отличаются от исходной породы.

Мировые запасы и добыча

Несмотря на то, что спрос на алюминий постоянно увеличивается, запасов его первичной руды достаточно для удовлетворения этой потребности в течение еще нескольких столетий, но не менее, чем на 100 лет производства.

Геологическая служба США обнародовала данные, согласно которых мировые ресурсы бокситов составляют 55-75 млрд. тонн. Причем большинство из них сосредоточено в Африке (32%). На долю Океании приходится 23%, Карибского бассейна и Южной Америки 21%, азиатского континента 18%, прочих регионов 6%.

Оптимизм вселяет и внедрение процесса утилизации алюминия, что замедлит исчерпание природных запасов первичной алюминиевой руды (а заодно сэкономит и потребление электроэнергии).

Десятка стран-лидеров по добыче бокситов, представленная все той же Геологической службой США, в 2016 г. выглядела так.

№ Страна Тысяча метрических тонн
1 Австралия 82 000
2 Китай 65 000
3 Бразилия 34 500
4 Индия 25 000
5 Гвинея 19 700
6 Ямайка 8 500
7 Россия 5 400
8 Казахстан 4 600
9 Саудовская Аравия 4 000
10 Греция 1 800
Очень перспективно заявляет о себе Вьетнам, окончивший 2016 г. с показателем в 1,500 тыс. метрических тонн. А вот Малайзия, бывшая в 2015 г. третьей, резко сократила разработки бокситов из-за ожидания строгих природоохранных законов и сегодня занимает 15 место в мировом рейтинге.

Бокситы добываются, как правило, в карьерах, открытым способом. Для получения рабочей площадки слой руды взрывается на 20-сантиметровой глубине, а затем выбирается. Куски минерала измельчают и сортируют: пустая порода (так называемые «хвосты») смывается потоком промывочной воды, а фрагменты плотной руды остаются на дне обогатительной установки.

Наиболее древние залежи бокситов в России относятся к докембрийской эпохе. Они располагаются в Восточных Саянах (Боксонское месторождение). Более молодую алюминиевую руду, времен среднего и верхнего девона, находят на Северном и Южном Урале, в Архангельской, Ленинградской и Белгородской областях.

Промышленное применение

Добытые бокситы делятся соответственно их последующему коммерческому применению на металлургические, абразивные, химические, цементные, огнеупорные и т.д.

Основное их применение, на которое идет 85% мировой разработки, - служить в качестве сырья для производства глинозема (оксида алюминия).

Технологическая цепочка выглядит так: боксит нагревают с едким натром, затем фильтруют, осаждают твердый остаток и прокаливают его. Данный продукт - безводный глинозем, предпоследнее превращение в цикле получения алюминия.

После чего остается погрузить его в ванну расплавленного природного или синтетического криолита и путем электролитического восстановления выделить сам металл.

Первым в 1860 г. эту технологию открыл французский химик Анри Сент-Клер Девиль. Она заменила дорогостоящий процесс, при котором алюминий производился в вакууме из калия и натрия. Следующая важная область использования бокситов - применение в качестве абразивов.

Если прокалить глинозем, то в результате получается синтетический корунд - очень твердый материал, имеющий коэффициент 9 по шкале Мооса. Его измельчают, разделяют и далее вводят в состав наждачной бумаги и разнообразных полировальных порошков и суспензий.

Спеченный, раздробленный в порошок и сплавленный в круглые гранулы боксит является также отличным пескоструйным абразивом. Он идеален для обработки поверхностей, а за счет сферической формы уменьшает износ пескоструйного оборудования.

Еще одно важное назначение бокситов - участвовать в качестве проппанта (материала, не позволяющего сомкнуться специально созданным разломам) в процессе добычи нефти способом гидроразрыва пласта. В этом случае частички обработанной бокситовой породы проявляют устойчивость к гидравлическому давлению и позволяют трещинам оставаться открытыми столь долго, сколько необходимо для выхода нефти.

Незаменимы бокситы и для создания огнеупорной продукции. Обожженный глинозем выдерживает температуру до 1780 С. Это свойство используется как для выработки кирпичей и бетона, так и создания оборудования для металлургической промышленности, специального стекла и даже огнестойкой одежды.

Заключение

Химики и технологи постоянно ищут для бокситов адекватные заменители, которые бы не уступали по своим свойствам. Исследования позволили выяснить, что для производства глиноземов могут быть использованы глинистые материалы, зола электростанций и горючие сланцы.

Однако стоимость всей технологической цепочки в разы выше. Хорошо себя проявил карбид кремния в качестве абразива и синтетический муллит в качестве огнеупора. Ученые надеются, что до времени полного исчерпания природных ресурсов бокситов равнозначная замена будет найдена.