• Teddysgat
• 28 May 2025
• Производство, промышленность
• 38 Прочтений
• 0 Комментариев

Алюминий из небокситов

В списке лауреатов Государственных премий I степени, присуждаемых за крупнейшие достижения в различных областях творчества, стоит имя профессора Ежи Гжимека и его коллег из Краковской горнометаллургической академии. Высокая награда правительства Польской Народной Республики дана ученому за разработку комплексного производства цемента и окиси алюминия путем обжига и крекинга из местного небокситового сырья и представляет, по мнению специалистов, особую важность, как одно из крупнейших польских научно-технических открытий за последние 25 лет.

Разработке своего метода профессор Гжимек посвятил много времени и труда. Он занялся ею еще перед второй мировой войной, будучи студентом Львовского политехникума, а потом продолжал исследования в Горнометаллургической академии.

Благодаря финансовой поддержке государства, эксперименты расширились, а их результаты начали внедряться на цементном заводе в Гроховицах.

Крупное значение и притягательность метода основаны главным образом на том, что в настоящее время он является вторым в мире, позволяющим рентабельно и в промышленных масштабах получать окись алюминия из сырья с меньшим содержанием металла, чем у бокситовых руд.

Алюминий, как известно, обладает необычайными достоинствами. Он прочен, легок, пластичен, хорошо проводит электричество, устойчив к коррозии и, благодаря этим чертам, все больше применяется — чаще всего в виде сплавов — в различных отраслях промышленности и смело вытесняет традиционные материалы.

Как показывает статистика, его выработка за последние 50 лет увеличилась в 60 раз, тогда как стали — только в 8, меди — в 7, а цинка — в 5 раз.

Вот уже 80 лет алюминиевое производство почти целиком опирается на окись алюминия, получаемую из бокситов по методу Байера. Но эти руды постепенно исчерпываются. Отсюда понятно стремление многих стран вести опыты по получению окиси из других видов сырья. Это направление исследовательских работ предвидел американский ученый Льюис Мэмфорд, который еще в 1934 году писал:

«Алюминий — после кислорода и кремния, третий по содержанию элемент земной коры. В настоящее время его получают из гидроокиси — боксита. Мы еще не умеем добывать алюминий из глины (в промышленном масштабе), но правильный метод в конце концов будет найден, а тогда запасы металла станут практически неисчерпаемыми... Алюминий является, быть может, наиболее характерным признаком эпохи новой техники; тот, кому удастся первому найти метод получения его из глины, завоюет первенство в мировой промышленности».

Правда, Мэмфорд говорит о глине, но это понятие можно распространить и на сырье, содержащее алюминий в меньших количествах, чем бокситы, но встречающееся чаще.

Во всем мире разработано и запатентовано много способов получения алюминия из небокситовых руд, но только два из них выдержали испытание промышленной практикой. Первый — метод спекания нефелиновых руд — применяется в Советском Союзе, а второй — обжигово-крекинговый — разработан Гжимеком и сейчас вводится в Польше. Для обоих характерно комплексное получение окиси алюминия вместе с порт-ландским цементом.

В обжигово-крекинговом методе используется явление полиморфичного бета-превращения в гамма-разновидности ортосиликата кальция.

Известняк, размолотый по мокрому способу, смешивается со сланцем в шаровых мельницах. Полученный шлам, тщательно гомогенизированный в коррекционных бункерах, обжигается во вращающейся цементной печи, отапливаемой угольной пылью. Главной составной частью массы является ортосиликат кальция и алюмо-кальциевые минералы. Готовый продукт поступает во вращающиеся трубчатые охладители, охлаждается на 95 процентов и превращается в пыль со средними размерами зерна 20 микрон.

Полиморфические изменения ортосиликата кальция зависят от области температур. При охлаждении в пределах до 1425°С возникает разновидность альфа (2СаО.О₂). Ниже 1425°С до границы 675°С возникает бета-разновидность (2CaO.O₂), которая при температуре около 400°С переходит в гамма-разновидность.

Полиморфическому переходу бета-разновидности в гамма-разновидность сопутствует изменение в удельном весе, что связано с явлением самопроизвольного крекинга продукта, содержащего ортосиликат кальция.

Явление крекинга вызвано перемещением тетраэдров кремния и ионов кальция в пространственной решетке 2Са.О₂ под влиянием снижающейся температуры.

Спонтанный переход бета-разновидности в гамма-разновидность может замедлиться (что вредно влияет на процесс) вследствие наличия некоторых примесей в сырье. Крупнейший успех польского метода — распознание причин стабилизующего действия примесей в виде ионов с высоким ионным потенциалом и разработка способов их удаления. У Гжимека степень распада достигает 97 процентов: обожженный продукт (куски с размерами от нескольких до 20 сантиметров и твердостью 7 по шкале Моса) за 30 минут рассыпается в пыль с размерами частиц 20 микрон. Эта пыль обрабатывается водными растворами соды, растворяющими содержащиеся в ней алюминаты. Отделение нерастворившейся части от щелочной вытяжки происходит во вращающемся сепараторе.

Раствор из сепаратора переходит в декантеры и после отстоя обрабатывается известковым молоком при температуре, близкой к кипению, без применения автоклавов, в резервуарах, где из него выделяются соединения кремния. Затем отстоявшийся раствор алюминита подвергается карбонизации, причем под влиянием вводимой СО₂ из него выпадают кристаллики гидроокиси алюминия.

Углекислота получается из дымовых газов, очищенных в водяном скруббере во вращающейся печи. Выделенная и промытая в фильтре гидроокись алюминия обжигается во вращающейся печи.

После карбонизации раствор, содержащий довольно много двууглекислого натрия, регенерируется в сборниках известковым молоком, давая едкий натрий и соду. Щелок по восполнении потерь соды возвращается в цикл и поступает в сборники.

На 1 т окиси расходуется около 12,5 т продукта обжига, в том числе около 0,6 т нераспавшегося в пыль. Остаток, содержащий около 40 процентов воды, после фильтрования смешивается с молотым карбонатом кальция и обжигается в цементной печи, давая 15 т высокоалитового портлендского клинкера.

Метод очень экономичен, так как практически не дает отходов, из них, то есть шламов, с добавлением известняка получается обычный или быстро схватывающийся цемент.

Подсчитано, что, построив цех окиси алюминия при любом цементном заводе, можно повысить выработку цемента в среднем на 20-40 процентов. В связи с этим новый метод наверняка имеет преимущества перед способом Байера и перед так называемым кислым методом, который разработан другим польским ученым — профессором Станиславом Бретшнайдером.

Плюсом, несомненно, является и то, что способ дает окись и гидроокись алюминия самого высокого качества. Окись не содержит вредных примесей — окислов цинка, ванадия, хрома, марганца, — нередко встречающихся в полученных по Байеру.

Тщательные исследования пригодности окиси алюминия для электролитического производства металла были проведены на Скавинском заводе и дали положительный результат. Гидрат же окиси можно с успехом применять на химических заводах для получения очень чистых реактивов высокопроцентных сульфатов алюминия, криолита, фтористого алюминия и других химических соединений этого металла.

Процесс не требует сложной аппаратуры. Можно использовать известные машины и устройства цементной промышленности, типовые агрегаты, применяемые в мокрых методах производства портландского клинкера. Кроме того (и это тоже существенно важно), способ очень гибок с точки зрения сырьевых возможностей. Его можно успешно применять для получения окиси алюминия почти из всех видов сырья, содержащих свыше 30 процентов алюминия. Прежде всего, это донные илы и сопутствующие углю сланцы, отходы углей, особенно бурых. Зола, остающаяся при сжигании угля в топках электростанций, содержит окиси алюминия в несколько раз больше, чем нужно стране.

В связи с вышесказанным разработан проект постройки в Польше большого завода окиси алюминия. Он вскоре возникнет при цементном заводе Новины в Келецком воеводстве, а его производительность будет превышать 100 000 т металлического алюминия в год.

С. Вноровский
Варшава
1971