Бокситом называется горная порода, состоящая главным образом из водных окисей алюминия, железа и небольших количеств окислов кремния, титана и некоторых других элементов, а также водных алюмосиликатов. Бокситы по своему происхождению делятся на две основные группы, остаточные и осадочные Остаточные бокситы образованы в процессе латеритного выветривания сиенитов, гранитов, диоритов, базальтов, долеритов, кристаллических сланцев, глин, а также при выщелачивании известняков.
Латеритизация - процесс выветривания алюмосиликатных пород в условиях выровненного рельефа, жаркого климата со сменой дождливых и засушливых периодов В этом процессе происходит разложение алюмосиликатов, вынос кремнекислоты, образование и накапливание свободных гидратов окисей алюминия и железа. Типичные латеритные бокситы на территории России неизвестны Большое распространение они имеют в тропической и субтропической зонах.
Осадочные бокситы образовались в прибрежно-морских лагунах, континентальных озерах и речных долинах за счет переносимых реками, а также грунтовыми водами растворов, суспензий и коллоидных соединений алюминия, железа, титана и многих других элементов.
Характерным для бокситов является скрытокристаллическое и часто аморфное состояние большинства минералов, входящих в их состав. Многие минеральные формы представлены затвердевшими простыми и комплексными гидрогелями. Цвет боксита колеблется от почти белого до темно-красного и черного. Бокситы имеют бобовую, оолитовую, сгустковую, мелкозернистую и поровую структуры. Бокситы разных структур часто встречаются в месторождениях на близком расстоянии друг от друга.
Кроме некоторых разновидностей, по внешнему виду, без специальных методов изучения (в шлифах, при помощи химических, дифференциально-термических, рентгеновских анализов), бокситы определить трудно. Твердость бокситов весьма различна и определяется их минералогическим составом и структурой. Бокситам присуща значительная пористость, иногда переходящая в кавернозность, что обусловливает их значительную влажность
В бокситах обнаружено 42 химических элемента, в том числе десять (О, Н, С, Al, Si, Ti, Ca, Mg, Fe и S) входят в состав бокситов в наибольших количествах и содержание каждого из них превышает 1%, пять элементов (Р, V, Cr, Na и К) входят в количестве до 1%, содержание остальных элементов не превышает 0,1% (Cu, Zn, Zr, Ca, Co, Mn, Ge, Sr, Be, Ba, U, Th).
Химический состав бокситов колеблется в широких пределах как в разных месторождениях, так и в пределах одного месторождения.
Минералогический состав бокситов очень сложный. В них установлено около 100 минералов. Однако породообразующее значение из них имеют, в зависимости от типа бокситов, следующие: диаспор, бемит, гидраргиллит или гиббсит, каолинит, хлориты, кальцит, сидерит, гематит, гетит, пирит.
Обычно бокситы в своем составе имеют два минерала окиси алюминия.
В зависимости от степени гидратизации окиси алюминия бокситы разделяются на:
1) маловодные - корундовые,
2) одноводные - диаспоровые и бемитовые,
3) трехводные - гидраргиллитовые или гиббситовые.
Размеры месторождений крайне различны и определяются размером бассейнов накопления, эродированностью района и, в меньшей мере, зависят от их генезиса. Максимальная известная длина месторождения по простиранию достигает 10 км и ширина 2 км. Наибольшую протяженность имеют покровы остаточных бокситов латеритного происхождения. Мощность залежей без раздувов и карманов обычно бывает порядка 5 м.
Мощность карманов в пластообразных месторождениях достигает 65 м, а в месторождениях, залегающих в известняках, - до 250 м. Запасы отдельных залежей всех типов обычно не превышают 20-25 млн. т. Строение залежей зависит от генезиса месторождения. Наиболее простое строение имеют осадочные месторождения лагунного происхождения, залегающие среди известняков. Как правило, они имеют ровный верхний контакт и крайне извилистый нижний Эти место рождения характеризуются устойчивым качеством по ширине, простиранию и мощности. Самыми сложными являются месторождения осадочные и смешанные, озерно-болотного происхождения. Они обычно представляют несколько пластов бокситов, перемежающихся с бокситовыми и обыкновенными глинами.
Для озерно-болотных и долинных месторождений характерна зональность их строения Залежи некоторых месторождений имеют форму линз чешуйчатого или концентрически-зонального строения (Тихвинский бассейн).
Промышленность предъявляет к бокситам как сырью для производства глинозема ряд требований. В России эти требования определяются государственным стандартом ГОСТ 972-50 (табл. 1).
2. Для боксита, предназначенного для производства глинозема, устанавливаются следующие пределы содержания серы: для боксита марок Б-1, Б-2, Б-7, Б-8 - не более 0,7%; для боксита марок Б-3, Б-5, Б-4 - не более 1,0%.
3. Боксит марок Б-1, Б-2, Б-7 и Б-8 выпускается в зависимости от содержания углекислоты, двух сортов: первый сорт - с содержанием углекислоты до 1,3%, второй сорт - с содержанием углекислоты свыше 1,3% от веса сухого боксита.
4. В боксите, предназначенном для производства глинозема способом спекания (марок Б-3, Б-4, Б-5), допускается пониженное содержание окиси алюминия за счет увеличения содержания углекислого кальция
5. В боксите, предназначенном для производства электрокорунда, устанавливается следующее содержание окиси кальция: для боксита марок БВ и В-О - не более 0,5%, для боксита марки Б-1 - не более 0,8%. Содержание серы не более 0,3%.
6. В боксите, предназначенном для мартеновского производства, содержание серы не должно превышать 0,2%, содержание фосфора 0,6% в расчете на P2O6.
7. В боксите, предназначенном для производства плавленых огнеупоров, содержание окиси кальция не должно превышать 1,5%, содержание серы 0,5%.
8. В боксите, предназначенном для производства глиноземистого цемента, содержание серы не должно превышать 0,5%.
Месторождения бокситов России
Бокситы на территории России впервые были обнаружены в 1916 г. (Тихвинское). В начале 30 х годов были открыты бокситы на Северном Урале. Затем последовал ряд находок бокситов в различных частях России.
В настоящее время можно говорить о следующих бокситоносных областях России:
1 Северо-Уральской- бокситы бемит-диаспорового типа, имеют средний состав 51,0-57,0% AbO3, 2,5-8,5% SiO2, 20,0-22,0% Fe2О3, 2,5-3,0% TiO2. Распространены пиритсодержащие разности, в которых серы содержится 6-8%.
2 Южно-Уральской - бокситы бемит-диаспорового типа, имеют средний состав: 48,0-60,0% Al2O3, 5,0-12,0% SiO2, 18,0-20,0% Fe2O3, 2,5-3,0% TiO2. Имеются пиритсодержащие разности.
3. Средне-Уральской - бокситы гидраргиллитового типа, имеют средний состав: 33,0-39,0% Al2O3, 6-8% SiO2, 15,0-20,0% Fe2O3, 3,0-4,0 TiO2. Имеются разности, содержащие Fe2O3 в виде сидерита.
4. Енисейской - бокситы гидраргиллитового типа, имеют средний состав. 32,0-46,0% Al2O2, 6,0-10,0% SiO2, 25-35% Fe2O3, 4,8-5,5% TiO2. Имеются разности, содержащие вместе с гидраргиллитом корунд.
5. Северо-Западной - бокситы гидраргиллит-бемитового типа, имеют средний состав 39,0-46,0% AbO3, 8-15% SiO2, 14,С-16,0% Fe2O3, 2,0-3,0% TiO2.
6. Северо-Казахстанской - бокситы гидраргиллитового типа, имеют средний состав, 40,0-50,0% Al2O3, 5,0-15,0% SiO2, 10,0-12,0% Fe2O3, 2,3-2,5% TiO2 Распространены разности, где основное количество железа находится в виде сидерита.
Кроме того, в России известны низкокачественные бокситы, не отвечающие требованиям ГОСТа:
1. Онежские - бокситы гидраргиллит-бемитового типа.
2. Саянские - бокситы бемит-диаспорового типа и др.
Месторождения бокситов зарубежных стран
США. Хотя эта страна занимает первое место по производству металлического алюминия, однако в основном американская глиноземная промышленность зависит от импорта. Например, в 1960 г. в США было ввезено боксита из: Суринама 3 317 240 т; Ямайки 4 257 040 т и Британской Гвианы 335280 т.
Бокситы в США были открыты в штате Джорджия в 1883 г Известны две бокситоносные области. Центральная часть штата Арканзас и штаты юго-востока - Джорджия, Алабама, Миссисипи, Теннеси и Виргиния.
Диаслоровые бокситы, не считающиеся в США глиноземным сырь ем, известны в Пенсильвании и Миссури.
Запасы бокситов (на 1950 г.) составляют: Арканзас - 39 млн. т, Алабама - 700 тыс. г, Джорджия - 1 млн г, Пенсильвания - 5 млн. т. В 1957 г. было добыто 1437000 т., из них 9/10 - из месторождений штата Арканзас. Средний состав арканзасских бокситов: 56-59% Al2O3, 5-8% SiO2, 2-6% Fe2O3, 29-31% п. п. п.
Канада - второй в мире по масштабу производства производитель алюминия Собственных месторождений не имеет. Бокситы импортирует из Британской Гвианы, Суринама и США, В 1956 г. в Канаду было ввезено 2 159 000 т бокситов.
Ямайка. Полоса месторождений протягивается здесь через весь остров с востока на запад Объем месторождений от нескольких тысяч тонн до многих миллионов тонн, в среднем 500 тыс т. Общие запасы - около 600 млн. т. Добыча в 1952 г. - 420 000 г, а в 1960 г. уже достигала 5 836 920 т Средний состав. 46-50% Al2O3, 0,4-3,5% SiO2, 17-23% Fe2O3. Боксит в основном экспортируется. На Ямайке имеются два глиноземных завода. Один в Кирхванне производительностью 550 000 т в год, и другой в области Сент-Катерина производительностью 250 000 т.
Британская Гвиана. Основные месторождения находятся вдоль р. Демерера, между Христианбургом и Акима, вдоль р. Эсскибо, вдоль р. Бербайс и ее притока р. Итуни. Значение месторождений очень различное. Запасы оцениваются в 65-100 млн. т. Эксплуатация началась в 1914 г В 1960 г. было добыто 2 510 730 т. Средний состав: 50-61% Al2O3, 3-12% SiO2, 1,0-2,5% Fe2O3. В районе г. Мекензи построен глиноземный завод производительностью 230 000 т в год.
Суринам. Бокситы открыты в 1915 г. Главнейшие месторождения расположены вдоль рек Коттика и Суринам. Крупнейшим месторождением является Моенгро. Бокситы представляют поверхностные отложения (покровы на вершинах низких холмов). Общие запасы определяются в 50-100 млн. т Состав: 55-57% Al2O3, 2-3% SiO2, 8-12% Fe2O3, 30-31% п п.п. Эксплуатация началась с 1922 г. Добыча в 1951 г. составляла 2 699 000 г, а в 1960 г. уже 3 454 400 т. Намечено строительство глиноземного и алюминиевого заводов.
Бразилия. Месторождения бокситов имеются во многих частях страны, но наиболее крупные находятся на плато Посос де Кальдос. Запасы оцениваются величиной около 200 млн. т.
В 1960 г. добыча составила всего 99 000 т. Состав боксита: 45-65% Al2O3, 2-20% SiO2, 0,3-10 % Fe2O3.
Гавайские острова. Месторождения бокситов известны на многих островах архипелага. Бокситы гидраргиллитового типа. Общие запасы оцениваются в 600 млн. г. Состав: 40-46% Al2O3, 2% SiO2, 35-40% Fe2O3.
Гана. Месторождения представляют полосу, тянущуюся параллельно берегу океана, в 100-150 км от него в глубь континента. Наиболее интересны четыре района: Нсисресо, Аффо (Сефви-Беквай), Енахин и горы Ейуанохоюа. Самыми крупными запасами обладает район Енахин - 168 млн. т, в Аффо имеется около 32,5 млн. г, в горах Ейуанахема - 4 млн. т. Состав- 51% Al2O3, 1-1,5% SiO2, 19% Fe2O3, 1,5% TiO2.
Боксит вывозится в Англию. В 1960 г. добыча составляла 191 008 т. Наличие больших ресурсов гидроэнергии позволяет организовать крупное производство алюминия. Начато строительство завода мощностью 210 000 т алюминия в год.
Гвинейская Республика. Месторождения бокситов известны в ряде мест республики, но добыча ведется только на острове Лoc. Бокситы гидраргиллитового типа. Состав: 51% Al2O3, 6% SiO2, 11% Fe2O3.
Возможные запасы оцениваются примерно в 1 млрд. т. Добыча в 1960 г составила 1 377 696 т, из которых 385 000 т было вывезено в Канаду
В 1960 г пущен глиноземный завод производительностью 480 000 т в год.
Индонезия. Бокситы известны на многих островах: Бинтан, Банка, Батам, Сингкап. Наиболее значительные находятся на о. Бинтан с за пасами 23 млн. г. Общие запасы бокситов - около 30 млн. т.
Состав бокситов: 53-55% Al2O3, 4% SiO2, 9-13% Fe2O3. Вся добываемая руда экспортируется. Запланировано строительство алюминиевого завода производительностью 10 000 т в год в Восточной Суматре.
Индия. Основные запасы сосредоточены в штатах: Бихар, Мадхча-Прадеш, Орисса, Мадрас, Бомбей, Джжами и Кашмир. Общие запасы превышают 250 млн. г, из которых высококачественных только 27 млн. т. Бокситы гидраргиллитового типа, кроме кашмирских, которые являются диаспоровьми.
Состав гидраргиллитовых бокситов: 56-68% Al2O3, 0,3-7,0% SiO2, 0,3-6,0% Fe2O3, 1-10% TiO2.
Состав диаспоровых бокситов: 79% Al2O3, ~1% SiO2, 2,1% Fe2O3.
Австралия. Месторождения бокситов открыты в 1952 г. в северной части континента и имеются в ряде других мест. Бокситы гидраргиллитового типа. Средний состав 46% Al2O3, 5-6% SiO2, Возможные запасы оцениваются более миллиарда тонн.
Франция. Бокситы открыты в 1821 г. Месторождения расположены в департаментах Вар, Буш-дю-Рон, Эро, Восточные Пиренеи и Ариеж и вытянуты приблизительно параллельно берегу Средиземного моря. Основные запасы находятся в департаменте Bap, который является главным производителем боксита, давая 6/7 всей добычи Франции. Достоверные запасы 20 млн. т, вероятные - 40 млн. т. Основной тип бокситов - бемитовый. Добываемые бокситы имеют состав. 51-58% Al2O3, 3,5-5,5% SiO2, 18-25% Fe2 O3.
Эксплуатация месторождений началась в 1873 г., добыча е 1960 г составляла более 2 038 096 т.
Италия. Месторождения в основном сосредоточены в центральной части Аппенинского полуострова. Выделяются три бокситоносные зоны: Абруцца, Кампания, горы Гаргано. Запасы оцениваются в 30 млн, т. В 1957 г. добыто 261000 т. Бокситы бемитового типа. Состав 43-53% Al2O3, 2-6 % SiO2.
Греция. Месторождения представляют прерывистую полосу, тянущуюся с северо-запада на юго-восток, от острова Аморгос в архипелаге Цоклиды до Фтиотид в горном хребте Пинд, пересекая Аттику, Беотию и Фосиды. Бокситы диаспор-бемитового типа. Состав: 56-59% Al2O3, 3-7% SiO2, 18,0% Fe2O3. Добыча в 1960 г. составляла 949 960 т Бокситы полностью вывозятся в ФРГ, Великобританию и России.
Югославия. Месторождения находятся в Истрии, Далмации, Боснии, Герцеговине и Черногории. Тип бокситов: далматинских - гидраргиллитовый; истринских, черногорских, герцеговинских - бемитовый. Разведанные запасы составляют около 130 млн т, возможные 270 млн. т. Средний состав: 59,7% Al2O3, 3,4% SiO2, 18,2 % Fe2O3. В 1960 г. было добыто 1 025 144 т боксита; значительная часть боксита вывозится в ФРГ и Италию.
Венгрия. Месторождения протягиваются полосой от южного конца озера Балатон до сел. Негра севернее Будапешта. Основная часть запасов находится в районе «Лес Баконь», где известно 15 месторождений, из которых Халимба - одно из крупнейших в Европе.
Бокситы гидраргиллит-бемитового типа Состав: 48-63% Al2O3, 2-14% SiO2, 20-30% Fe2O3. Для венгерских бокситов характерно повышенное содержание P2Os, V2O5 и Сr2Oз. Запасы оцениваются в 200-250 млн т.
Добыча концентрируется на месторождениях Гант и Искасент-Двердь, которые дают до 80% всей продукции бокситов Венгрии. В 1960 г. добыто более 1 150 000 т.
Румыния. Наиболее важные месторождения находятся в Трансильвании в горах Бихар. Размер отдельных месторождений небольшой Бокситы главным образом диаспорового типа. Состав: 49-71% Al2O3, 2-9% SiO2, 3-30% Fe2Oa. Общие запасы оцениваются в 40 млн т.
КНР. Месторождения бокситов находятся в пределах Корейско-Китайской платформы. Известны два генетических типа месторождений - осадочные и остаточные (латеритные), а также два минералогических типа - диаспоровый и гидраргиллитовый. Главнейшие из них находятся в провинциях Шандунь, Хэнань, Гуй-Чжоу. Состав бокситов 63-70% Al2O3, 20% SiO2, 1-5% Fe2O3. Запасы весьма значительны, но ввиду слабой изученности месторождений полностью не учтены. Большие масштабы имеют месторождения высокоглиноземистых диаспоровых сланцев.
Федеративная Республика Германии. Единственное месторождение бокситов, с запасами всего несколько сот тысяч тонн, находится в Гессене. Ежегодная добыча 7-8 тыс. т. Довольно мощная алюминиевая промышленность ФРГ зависит целиком от импорта, главным образом из Югославии, Франции, Италии В 1956 г. ФРГ ввезла 1 312 100 т бокситов.
Швейцария, Швеция, Норвегия. Собственных месторождений бокситов не имеют. Значительная алюминиевая промышленность этих стран базируется на импорте бокситов и глинозема.
Великобритания. В собственно Англии и Шотландии месторождений бокситов нет. Давно известны бокситы в Северной Ирландии (область Антрим). В настоящее время лучшие месторождения выработаны и масштабы добычи крайне небольшие. Эксплуатация в 1934 г. прекращалась совсем, но возобновилась в годы второй мировой войны.
Этими бокситами снабжается главным образом химическая промышленность. Тип бокситов гидраргиллитовый. Состав: 40-60% Al2O3, 3-7% SiO2, 1-20% Fe2O3, 17-28% п. п. п.
Для производства глинозема используется привозной боксит. В 1957 г импорт боксита составлял 360 тыс. т. Бокситы ввозятся в основном из Ганы.
Боксит относится к осадочным, глиноземистым горным породам. Название его произошло от французского « Ваux» - деревня в Провансе (Франция) по месту первоначальных находок.
Боксит имеет характерные признаки: структура бобовая или оолитовая, в редких случаях - афанитовая (то есть очень плотная с едва различимыми минералами) или колломорфная. Текстура массивная, по виду напоминает конгломераты или брекчиевидная.
Боксит состоит из нескольких минералов:
Гидратов глинозема (гидраргиллита, бемита, диаспора);
Глинистых минералов: хлорита, сидерита, окислов и гидроокислов железа, пирита, кварца, халцедона и др.
Так же бокситы различаются по количественным пропорциям содержащихся в нем минералов - гидратов глинозема. Классифицируют: бемит -диаспоровые, гидраргиллитовые и смешанные бокситы. Содержание Al2O3 в бокситах колеблется от 28 до 45%;Fe2O3 - от2 до 50-60%. Иногда отмечаются повышенные содержания Ga, Zr, Zn, Co, Ni, Cr, Cu, Ba и др.
Чаще всего минерал боксит представляет собой каменистую породу средней или высокой твердости. Но иногда встречаются и землистые представители, слабо связанные, которые здорово пачкают руки. Если боксит увлажнить, то он становится не пластичен. Плотность - 2,7 г/см3; удельный вес варьирует около 3. Основные цвета - красный, коричневый, серый до белого, оттенки будут зависеть от процентного содержания железа.
Бокситы залегают в виде линз, гнезд, пластообразных залежей. По происхождению различают несколько видов боксита: остаточные или латеритные, которые являются продуктами современного выветривания различных магматических пород. Чаще всего такие экземпляры обладают красноватым оттенком.
Следующий вид - коллоидно-осадочные, которые «созревают» на континентальных или пребрежно - морских зонах. Прибрежно-морские, их еще называют лагунные бокситы, чаще всего, располагаются на неровной закарстованной поверхности известняков и перекрываются слоистыми мергелями или битуминозными известняками.
КАЛЬЦИТ НА БОКСИТЕ
Континентальные разработки разделяются на четыре группы:
1) склоновые (делювиальные), которые соответственно зарождаются и залегают на склонах;
2) долинные, выстилают древние овраги, они образуют линзы среди останков ископаемых, преимущественно каолинитовых глин;
3) озерные, или котловинные, которые растут в центральных и прибрежных частях озерных котлованов. Такие бокситы так же сопровождаются каолинитовыми глинами;
4) карстовые, которые соответственно заполняют карстовые воронки и понижения в рельефе. Чаще всего они подстилаются каолинитовыми глинами, под которыми находятся карбонатные породы.
Существует несколько основные месторождений боксита: остаточные или латеритные бокситы разрабатывают в Енисейском кряже; прибрежно-морские поступают с Урала, эти же представители находят в Саянах, в Средней Азии. Основные месторождения континентальных бокситов распологаются в районе Каменска Уральского (склоновые), в Северном Казахстане (карстовые), Тихвинские (долинные). Крупные месторождения бокситов известны в Австралии, Бразилии, Гвинее, Индии, Индонезии, Вьетнаме.
Боксит является основным источником производства алюминия. Основное применение минерала - в черной металлургии в виде флюса, а также для создания искусственных красок, абразивов, сорбентов для очистки нефтепродуктов от примесей.
С древних времен ювелиры применяли боксит для производства синтетических камней. Кристаллы алюминия после очистки в электропечах, превращались в синтетический белый с . К сапфиру добавляли окислы хрома и получался красный . Из рубина изготавливали камни для часов.
В настоящее время алюминий применяется в ювелирной промышленности для изготовления браслетов, цепочек, брошей и т.д. Алюминий прекрасно сочетается с драгоценными камнями.
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.
Бокситы различаются по:
- Физическому состоянию (каменистые, землистые, пористые, рыхлые, глинообразные).
- Структуре (в виде обломков и горошин).
- Текстурным особенностям (с однородным или слоистым составом).
- 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 |
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.
Боксит – широко распространенная горная порода, состоящая в основном из минералов гидроокиси алюминия. Назван по населенному пункту Les Baux на юге Франции, где образец был обнаружен и описан в 1821 г. О свойствах боксита мир узнал после парижской выставки 1855 г, на которой был продемонстрирован полученный из него алюминий, представленный как “глиняное серебро”. Действительно, внешне боксит похож на глину, но по своим физическим и химическим свойствам не имеет с ней ничего общего.
Боксит – широко распространенная горная порода, состоящая в основном из минералов гидроокиси алюминия
По цвету они чаще всего бывают красными, коричневыми, реже – белыми, серыми, черными, зелеными или с примесями различных цветов. Бокситы не растворяются в воде. Внешне они могут выглядеть глинистыми или каменистыми, по структуре – плотными или пористыми, мелкокристаллическими или аморфными. Плотность зависит от содержания железа. Нередко в основной массе могут быть включены округлые зерна, образованные глиноземом или окислом железа. При содержании 50-60% окиси железа порода приобретает значение железной руды. Твердость боксита по шкале Мооса колеблется от 2 до 7. Его химическая формула, кроме гидратов окислов алюминия, составляющих основную рудную массу, включает в виде различных соединений железо, кремний, титан, карбонат магния и кальция, фосфор, натрий, калий, цирконий, ванадий. Иногда – примесь пирита.
Бокситы не растворяются в воде
В зависимости от природы породообразующего минерала бокситы можно разделить на 3 основные группы:
- моногидратные, в которых глинозем представлен только в одной форме (диаспор, бемит);
- тригидратные, содержащие глинозем в трехводной форме (гиббсит);
- смешанные, сочетающие первые 2 группы.
Качество и марка боксита как алюминиевой руды зависит от содержания оксида алюминия в перерасчете на сухое вещество. В наиболее высокой марке он содержится в количестве 52%, в самой низкой его не менее 28%. Даже на одном месторождении количество глинозема может существенно отличаться. Качество породы снижается с повышением содержания оксида кремния.
Ценится бокситовая руда, из которой глинозем извлекается легко. Различные ее сорта и марки по-своему используются в промышленности.
Как добывается боксит (видео)
Месторождения
Около 90% общемирового запаса бокситов находится в 18 тропических странах. Обычно качество латеритных бокситов, образованных в результате глубокой химической переработки алюмосиликатных пород в условиях тропического климата, высокое. Осадочные бокситы, сформированные в результате переноса продуктов латеритного выветривания и их переотложения, могут быть как высокосортными так и некондиционными. Залежи расположены в виде пластов, линз или гнезд часто на поверхности земли или в самых верхних ее слоях. Поэтому руду в основном добывают открытым способом с помощью мощной карьерной техники. Мировые запасы характеризуются неравномерным территориальным распределением. Более 50 стран располагает залежами руды, причем 93% этих запасов находится в 12 из них. Крупные месторождения обнаружены в Австралии, Африке, Южной и Центральной Америке, Азии, Океании, Европе. Наиболее высокое содержание глиноземов в руде, добываемой в Италии (64%) и Китае (61%).
Галерея: камень боксит (50 фото)
Самые большие месторождения бокситов России находятся в Североуральске , там добывают 70% общего количества руды в стране. Это самые старые залежи на земле, им более 350 миллионов лет. Недавно введенная в эксплуатацию шахта Черемуховская-Глубокая расположена на 1 500 м под землей. Ее уникальность в добыче и транспортировке руды: на 1 копре находятся 3 подъемные машины. Подтвержденные запасы составляют 42 миллиона тонн, а содержание алюминия в руде – почти 60%. Шахта Черемуховская – самая глубокая в РФ. Она должна обеспечить потребность страны в алюминии в течение 30-40 лет.
Стоимость 1 т руды без транспортных расходов в России составляет 20-26 долларов, для сравнения, в Австралии -10. По причине нерентабельности прекращена добыча бокситов в Ленинградской, Челябинской области. В Архангельске открытым способом добывают породу с высоким уровнем глинозема, однако, повышенное содержание хрома и гипса снижает ее ценность.
Качество руд российских месторождений уступает зарубежным, и процесс переработки их сложнее. По добыче бокситов Россия занимает 7 место в мире.
Использование бокситов
Применение боксита в 60% приходится на получение алюминия. Его производство и потребление занимает 1 место в мире среди цветных металлов. Он необходим в судостроении, авиационной и пищевой промышленности. При использовании алюминиевых профилей в море большое значение имеет их прочность, легкость и устойчивость к коррозии. Динамично развивается потребление бокситов в строительстве, на эти нужды уходит более 1/5 части получаемого алюминия. При плавке руды получают электрокорунд – промышленный абразив. Выделяемые примесные остатки цветных металлов являются сырьем для производства пигментов, красок. Получаемый из руды глинозем применяют как формовочный материал в металлургии. Бетон, изготовленный с добавлением глиноземистого цемента, быстро твердеет, устойчив к высоким температурам и жидким кислым средам. Абсорбирующие свойства боксита позволяют использовать его при изготовлении средств для удаления нефтяных разливов. Маложелезистые породы идут на изготовление огнеупоров, выдерживающих температуру до 1 900°С.
Потребность в алюминии и других продуктах переработки руды растет, поэтому развитые страны вкладывают средства на освоение месторождений даже с низким порогом прибыльности.
Применение бокситов в украшениях встречается только в авторских работах. Необычного окраса образцы используют для изготовления сувениров, в частности полированных шаров. Минерал боксит в народной медицине не применяется, поскольку лечебные возможности его на сегодняшний день не обнаружены. Также не выявлены его магические свойства, поэтому внимание экстрасенсов он не привлекает.
Как сделать амулет своими руками (видео)
Внимание, только СЕГОДНЯ!
Основным сырьем алюминиевой промышленности РФ являются бокситы, а также нефелиновые руды (уртиты) и нефелиновые концентраты апатит-нефелиновых руд Кольского полуострова. В мировой практике последние два для получения алюминия не используют из-за дорогой технологии процесса.
Следует отметить, что для российских месторождений характерны низкое качество бокситов и сложные горно-геологические условия, что не позволяет в ближайшие годы сохранить достигнутый уровень производства алюминия из отечественного сырья.
По разведанным запасам бокситов Россия занимает 7-ое место в мире, в то время как в пределах б. СССР на ее территории сосредоточены 77% общих запасов. В настоящее время в России разведано 44 месторождения, общие запасы которых смогут обеспечить работу горнодобывающих предприятий (исходя из объемов добычи 1993 г.) на 240 лет. В настоящее время в эксплуатации находятся только 10 месторождений, суммарные разведанные запасы которых составляют 32% российских бокситов, что обеспечивает работу предприятий на 79 лет.
Россия в течение последних 15 лет испытывает устойчивый дефицит в бокситах и нефелинах. Поэтому ежегодно для нужд алюминиевой промышленности в страну вынуждены импортировать 3 млн. тонн глинозема, что требует реализации на внешнем рынке значительного количества первичного алюминия.
Обеспеченность действующих горнодобывающих предприятий разведанными запасами весьма неравнозначна. Например, крупнейшее российское предприятие АО «Севуралбокситруда» располагает разведанными запасами на 52 года, но в то же время его шахты, отрабатывающие месторождение «Красная шапочка» - только на 19 лет. Ивдельские карьеры (Горностайское и Горностайско-Краснооктябрьское месторождения, г.Бокситогорск Свердловской обл.) обеспечены запасами на 18 лет. Наиболее неблагополучно состояние минерально-сырьевой базы Южно-Уральских бокситовых рудников (ЮУБР). Предприятие их дорабатывает, а оставшаяся часть способна обеспечить Блиново-Каменскую и Кургазакскую шахты не более чем на 10 лет. Всего на 7 лет обеспечен запасами Радынский карьер АО «Бакситогорский глинозем».
В таблице приведены краткие данные по крупнейшим разрабатываемым месторождениям бокситов России.
Значительные запасы бокситов сосредоточены в двух крупнейших месторождениях России - Вежаю-Ворыквинском (Республика Коми) и Висловском (Белгородская обл.). На базе первого, как первоочередного, ВАМИ и Гипроникель проектируют карьер Средне-Тиманского бокситового рудника мощностью 3 млн. т в год.
По добыче бокситов Россия стоит на 6 месте в мире, а среди стран СНГ - на первом (62.7% общей добычи).
На рисунке показана динамика добычи глиноземного сырья на горнодобывающих предприятиях России.
Основным способом добычи бокситов является подземный. Например, из 3763 тыс. тонн бокситов, добытых в 1995 г., 3149 тыс. тонн (83.7%) добыто подземным способом. В то же время за рубежом бокситы добываются главным образом открытым способом с применением мощной карьерной техники (99.8%), что делает добычу более дешевой.
Из-за незначительного роста затрат на добычу руды, ограниченного спроса и с усложнением горнотехнических условий (АО «Севуралбокситруда») и истощения разведанных запасов (ЮУБР) за период 1990-1995 гг. добыча бокситов снизилась на 1960 тыс. тонн (34.2%), причем основная доля снижения добычи произошла за счет АО «Северобокситруда» (1590 тыс. тонн). На падение добычи последнего также повлияла весьма высокая отпускная цена (65 тыс. рублей за тонну). При нормальном рынке и перспективе интегрирования России с мировой экономикой эти бокситы становятся непривлекательными для потребителей - Уральского и Богословского алюминиевых заводов. По той же причине, а также из-за истощения запасов снизили добычу и Южно-Уральские бокситовые рудники.
АО «Северо-Онежский бокситовый рудник» добывает бокситы спекательного типа, по качеству трудоемкие для производства глинозема. Они не находят потребителя среди глиноземных производств. В настоящее время их добыча резко упала: если в 1990-1991 гг. их добывали 700 тыс. тонн, то в 1995 г. только 363.8 тыс. тонн. Поэтому основную часть добычи реализовывают предприятиям черной металлургии и цементной промышленности.
Россия располагает огромными запасами нефелина как в виде отходов обогащения апатит-нефелиновой руды Кольского полуострова, так и разведанными запасами в Сибири. В настоящее время 41% глинозема получают из нефелина, но учитывая более высокие затраты энергоресурсов, чем при переработке бокситов, а также низкое качество сырья перспективы наращивания производства проблематичны.
Балансовые запасы нефелиновых руд заключены в 12 месторождениях, причем 81.2% приходится на Кольский полуостров. Из других наиболее богаты нефелином уртитовые руды (Кия-Шалтырское месторождение АО «Ачинский глиноземный комбинат»). При проектной мощности карьера 4.5 млн. тонн руды в год добыча снизилась с 4.24 млн. тонн руды в 1990 г. до 2.33 млн. тонн в 1995 г. Уртиты перерабатывает глиноземный комбинат, выпускающий 730-750 тыс. тонн глинозема при проектной мощности 900 тыс. тонн в год.
Апатит-нефелиновые месторождения Кольского полуострова разрабатывает АО «Апатит» открытым способом. Нефелиновые концентраты (1050-1100 тыс тонн в год) получают попутно, при производстве апатитового концентрата.
Добываемое и перерабатываемое глиноземсодержащее сырье для производства алюминия обеспечивает потребность предприятий на 50%. Поэтому многие заводы предпочитают закупать импортный глинозем (из Гвинеи, Австралии и др. стран), который обходится дешевле отечественного, а полученный алюминий реализовывать на зарубежных рынках.
Многолетняя практика и исследования отечественного алюминийсодержащего сырья (бокситов и нефелинов) показали низкую конкурентоспособность из-за его неудовлетворительного качества и высокой себестоимости добычи (большую часть бокситов добывают на больших глубинах). Кремниевый модуль отечественных бокситов равен в среднем 5, зарубежных 8-15. Кроме того, переработка российских бокситов требует более сложных технологий и значительных затрат.
Анализ показателей отчетности последних пяти лет показал, что горнодобывающие предприятия алюминиевой подотрасли России (как и вся алюминиевая промышленность в целом) по своему техническому и технологическому уровням значительно отстает от аналогичной отрасли мира.
До начала перестройки вопрос реконструкции предприятий практически никто не решал. Сегодня он предельно обострился. Учитывая нарушенные межгосударственные, а отсюда и межпотребительские инвестиции.
Конкурентоспособность рудносырьевой базы алюминиевой подотрасли предполагается повысить за счет ввода в ближайшие 5 лет Средне-Тиманского бокситового рудника по добыче 3 млн. тонн в год сравнительно высокосортных (на уровне импортных) и недорогих (открытый способ добычи) бокситов Вежаю-Ворыквинского месторождения.
В результате политики правительства России за последние два года созданы объективные предпосылки для интеграции алюминиевой промышленности стран СНГ путем консолидации пакетов акций приватизированных предприятий, в т.ч. и горнодобывающей алюминиевой подотрасли.
