Классификация методов производства глинозема   

  К настоящему времени предложено весьма большое число различных методов для извлечения чистого глинозема из алю­миниевых руд. Однако практическое применение в промышленности получили лишь немногие из них.

  Амфотерный характер окиси алюминия позволяет осущест­влять ее извлечение из руд как с помощью щелочей, так и с помощью кислот.

  В основном известные в настоящее время методы получения глинозема могут быть разбиты на три группы: методы щелоч­ные, кислотные и электротермические.

  В современной алюминиевой промышленности для произ­водства глинозема наиболее широкое применение получили щелочные методы.

  В этих методах путем обработки руды щелочами (NаОН, Na₂CO₃) глинозем связывается в алюминат натрия, растворимый в воде. Раствор алюмината натрия отделяется от осадка, так на­зываемого красного шлама, состоящего в основном из окисей и гидроокисей кремния, железа и титана. Далее раствор алюми­ната натрия разлагается с выделением в осадок чистой гидро­окиси алюминия, которая отфильтровывается, а щелочной рас­твор возвращается обратно в процесс. Гидроокись алюминия за­тем подвергается прокалке при высокой температуре (кальцинации) с целью полного удаления из него воды и превращении в сухую чистую и негигроскопическую окись алюминия (a—Al2O3); годную к использованию для получения металличес­кого алюминия.

  Превращение глинозема, содержащегося в руде, алюминат натрия может осуществляться различными путями. Для этого применяется или так называемый мокрый способ (способ Байера), при котором первоначальная обработка руды (выщела­чивание) осуществляется непосредственно раствором едкой щелочи, или сухие способы, при которых руда с солями щелочных и щелочно-земельных металлов (обычно углекислы­ми, как NaСО₃ СаСО₃) сначала спекается во вращающихся пе­чах (способы Ле-Шателье, Мюллера-Яковкина) или подвергается плавке в электропечах (способы Педерсена, Кузнецова-Жуков­ского) и доменных печах с целью получения алюмината в твер­дом виде. Затем этот алюминат выщелачивается водой или рас­твором соды для получения водного раствора алюмината нат­рия, который и подвергается разложению.

  В кислотных методах руда обрабатывается раство­ром минеральных кислот(H₂SO4, HCl, HNO₃, и т.д.), в резуль­тате чего содержащийся в ней глинозем превращается в соответствующую алюминиевую соль (Al₂(SO₄)₃, AlCl₃ и т. д.) разложе­нием которой выделяется гидрат окиси алюминия; прокалива­нием последнего получается безводный глинозем.

  Наконец, в электротермических методах глинозем получается плавкой руды (обыкновенно боксита) с углем в электропечах с целью восстановления примесей и получения плавленого глинозема (способы Холла и Хаглунда).

  Большое число методов, предложенных для получения чи­стого глинозема, и их разнообразие вызваны, во-первых, нали­чием различных видов руд (бокситы, нефелины, алуниты, као­лины) и, во-вторых, большим или меньшим содержанием тех или иных примесей в этих рудах.

  Выше мы уже отмечали, что в глиноземе как исходном ма­териале при электролитическом получении алюминия наиболее вредны примеси соединений элементов более электроположи­тельных, чем алюминий; такими примесями являются кремне­зем, а также окислы железа и титана.

  В щелочных методах очистка глинозема от примесей железа и титана достаточно проста, так как их окислы практически не­растворимы в щелочных растворах и легко удаляются с твер­дым остатком. Поэтому окислы железа и титана в глиноземе являются преимущественно механическими загрязнениями вследствие неполного удаления красного шлама при фильтрации алюминатных растворов, ржавчины из трубопроводов, баков и пр.

  Кремнезем, напротив, легко реагирует с щелочами, и значи­тельное содержание его в руде при переработке ее щелочными методами, помимо ухудшения качества (алюминия при электро­лизе, приводит к потерям мак щелочи, так и глинозема в крас­ный шлам. Поэтому для щелочных методов обычно требуется руда с низким содержанием кремнезема, количество же окис­лов железа и титана в данном  случае не играет существенной роли.

  В кислотных методах всегда в большей или меньшей степени имеет место растворение окислов железа и титана, но кремне­зем с кислотами почти не реагирует и может быть практически полностью отделен от раствора алюминиевой соли механиче­ским путем. Поведение же солей железа в кислотных растворах чрезвычайно близко к поведению солей алюминия. Полное уда­ление железа представляет в этом случае весьма трудную опе­рацию, и для кислотных методов поэтому применимы руды с низким содержанием железа, такие, как каолины, белые бокси­ты и др. Количество же кремнезема в них несущественно.

  Кислотные методы в настоящее время почти не применяют­ся алюминиевой промышленностью для производства глинозе­м, предпочтение отдается щелочным методам. Этому препят­ствуют особенности самих кислотных методов, которые делают их более дорогими, нежели щелочные способы. Назовем важней­шие из этих особенностей:

1. кислоты по сравнению со щелочами являются обычно более дорогими продуктами;

2. полная очистка глинозема от примеси железа в кислот­ных методах представляет значительную сложность;

3.вся аппаратура должна быть кислотоупорной (свинцовой, керамической и пр.), а следовательно, является более дорогой, чем в щелочных методах, при которых аппаратура преимуще­ственно железная;

4. регенерация кислот связана со значительными затрудне­ниями и потерями, тогда как щелочи сравнительно легко и с достаточной полнотой могут быть снова возвращены в процесс.

  Применение кислотных методов может оказаться, однако, целесообразным, например, при переработке сырья, дающего ряд ценных побочных продуктов. Основное достоинство кислот­ных методов заключается также в том, что они позволяют пе­рерабатывать на глинозем сырье с высоким содержанием крем­незема. Это, очевидно, прежде всего относится к каолинам, за­пасы которых представляют собой неисчерпаемую рудную ба­зу для алюминиевой промышленности.

  Что касается электротермических методов, то основным усло­вием для возможности их промышленного осуществления яв­ляется наличие дешёвой электрической энергии. Указанное обстоятельство ограничивает применение электротермических ме­тодов для производства глинозема в алюминиевой промышлен­ности только немногими, единичными случаями.