Minerai d'aluminium : gisements, exploitation minière. Bauxite Quel minerai contient de l'aluminium ?

La bauxite est le principal minerai utilisé pour la production d'aluminium. La formation de dépôts est associée au processus d'altération et de transfert de matériau qui, en plus des hydroxydes d'aluminium, contient également d'autres éléments chimiques. La technologie d’extraction des métaux offre un processus de production industrielle rentable sans générer de déchets.

Caractéristiques du minerai

Le nom de la matière première minérale utilisée pour l’extraction de l’aluminium vient du nom de la région française où les gisements ont été découverts pour la première fois. La bauxite est constituée d'hydroxydes d'aluminium et contient des minéraux argileux, des oxydes et des hydroxydes de fer comme impuretés.

Par apparence La bauxite est une roche pierreuse, et moins souvent argileuse, de texture uniforme ou en couches. Selon la forme d'occurrence dans la croûte terrestre, celle-ci peut être dense ou poreuse. Les minéraux sont classés selon leur structure :

• clastique - conglomérat, gravier, grès, pélitique ;
• concrétionnaire - légumineuses, oolithique.

La majeure partie de la roche sous forme d'inclusions contient des formations oolithiques d'oxydes de fer ou d'alumine. Le minerai de bauxite est généralement de couleur brune ou brique, mais il existe des gisements de nuances blanches, rouges, grises et jaunes.

Les principaux minéraux nécessaires à la formation du minerai sont :

• diaspora;
• hydrogoethite;
• goethite;
• boehmite;
• gibbsite;
• kaolinite;
• ilménite;
• aluminohématite;
• calcite;
• sidérite;
• mica.

Il existe des bauxites d'îles plates-formes, géosynclinales et océaniques. Les gisements de minerai d'aluminium se sont formés à la suite du transport de produits d'altération des roches, suivi de leur dépôt et de la formation de sédiments.

La bauxite industrielle contient 28 à 60 % d'alumine. Lors de l'utilisation du minerai, le rapport de ce dernier au silicium ne doit pas être inférieur à 2-2,5.

Gisements et extraction de matières premières

Les principales matières premières pour la production industrielle d'aluminium dans la Fédération de Russie sont les minerais de bauxite, de néphéline et leurs concentrés, concentrés dans la péninsule de Kola.

Les gisements de bauxite en Russie se caractérisent par basse qualité matières premières et des conditions minières et géologiques difficiles. Il existe 44 gisements explorés dans l'État, dont seulement un quart est exploité.

La principale production de bauxite est réalisée par JSC Sevuralboxytruda. Malgré les réserves de matières premières, l'approvisionnement des entreprises de transformation est inégal. Depuis 15 ans, il y a une pénurie de néphélines et de bauxites, ce qui entraîne l'importation d'alumine.

Les réserves mondiales de bauxite sont concentrées dans 18 pays situés en zone tropicale et zones subtropicales. L'emplacement de la bauxite de la plus haute qualité est confiné aux zones d'altération des roches aluminosilicates dans des conditions humides. C’est dans ces zones que se situe l’essentiel de l’approvisionnement mondial en matières premières.

Les plus grandes réserves sont concentrées en Guinée. L'Australie est le leader mondial en matière d'extraction de matières premières minérales. Le Brésil dispose de 6 milliards de tonnes de réserves, le Vietnam de 3 milliards de tonnes, les réserves de bauxite de haute qualité de l'Inde de 2,5 milliards de tonnes et l'Indonésie de 2 milliards de tonnes. L'essentiel du minerai est concentré dans les profondeurs de ces pays.

La bauxite est extraite par des méthodes ouvertes et souterraines. Processus technologique le traitement des matières premières dépend de sa composition chimique et implique une mise en œuvre progressive des travaux.

Dans la première étape, l'alumine se forme sous l'influence de réactifs chimiques et dans la seconde, le composant métallique en est extrait par électrolyse à partir d'un sel fluorure fondu.

Plusieurs méthodes sont utilisées pour former l'alumine :

• frittage;
• hydrochimique;
• combiné.

L'application des méthodes dépend de la concentration d'aluminium dans le minerai. La bauxite de faible qualité est traitée de manière complexe. Le mélange de soude, de calcaire et de bauxite obtenu par frittage est lessivé avec une solution. L'hydroxyde métallique formé à la suite d'un traitement chimique est séparé et soumis à une filtration.

Application de la ressource minérale

L'utilisation de la bauxite dans diverses branches de la production industrielle est due à la polyvalence de la matière première dans sa composition minérale et ses propriétés physiques. La bauxite est un minerai dont sont extraits l'aluminium et l'alumine.

L'utilisation de la bauxite dans la métallurgie ferreuse comme fondant dans la fusion de l'acier à foyer ouvert améliore les caractéristiques techniques du produit.

Dans la production d'électrocorindon, les propriétés de la bauxite sont utilisées pour former un matériau super résistant et ignifuge (corindon synthétique) suite à la fusion dans des fours électriques avec la participation d'anthracite comme agent réducteur et de limaille de fer.

La bauxite minérale à faible teneur en fer est utilisée dans la fabrication de ciments ignifuges à durcissement rapide. Outre l'aluminium, le fer, le titane, le gallium, le zirconium, le chrome, le niobium et les TR (éléments des terres rares) sont extraits des matières premières du minerai.

La bauxite est utilisée pour la production de peintures, d'abrasifs et d'absorbants. Le minerai à faible teneur en fer est utilisé dans la fabrication de composés réfractaires.

L'aluminium est un métal recouvert d'un film d'oxyde d'argent mat dont les propriétés déterminent sa popularité : douceur, légèreté, ductilité, haute résistance, résistance à la corrosion, conductivité électrique et absence de toxicité. Dans les hautes technologies modernes, l'utilisation de l'aluminium occupe une place prépondérante en tant que matériau structurel et multifonctionnel.

Plus grande valeur pour l'industrie, l'aluminium est une matière première naturelle - bauxite, un composant rocheux sous forme de bauxite, d'alunite et de néphéline.

Variétés de minerais contenant de l'alumine

On connaît plus de 200 minéraux contenant de l’aluminium.

La seule source de matières premières est considérée rocher, qui peut répondre aux exigences suivantes :

• Les matières premières naturelles doivent avoir une teneur élevée en oxydes d'aluminium ;
• Le gisement doit correspondre à la faisabilité économique de son développement industriel.
• La roche doit contenir des matières premières d'aluminium sous une forme pouvant être extraite sous sa forme pure par des méthodes connues.

Caractéristique de la bauxite naturelle

Les gisements naturels de bauxite, de néphéline, d'alunite, d'argile et de kaolin peuvent servir de source de matières premières. La bauxite est la plus saturée en composés d'aluminium. Les argiles et les kaolins sont les roches les plus courantes avec une teneur importante en alumine. Des gisements de ces minéraux se trouvent à la surface de la terre.

Bauxite dans la nature, il n'existe que sous la forme d'un composé binaire de métal et d'oxygène. Ce composé est extrait de la montagne naturelle minerai sous forme de bauxite, constituée d'oxydes de plusieurs éléments chimiques : aluminium, potassium, sodium, magnésium, fer, titane, silicium, phosphore.

Selon le gisement, la bauxite contient de 28 à 80 % d'alumine. C'est la principale matière première pour obtenir un métal unique. La qualité de la bauxite en tant que matière première aluminium dépend de sa teneur en alumine. Ceci détermine le physique propriétés bauxite:

• Le minéral a une structure cristalline cachée ou est dans un état amorphe. De nombreux minéraux présentent des formes durcies d’hydrogels de composition simple ou complexe.
• La couleur de la bauxite sur différents sites miniers va du presque blanc au rouge foncé. Il existe des gisements avec une couleur noire du minéral.
• La densité des minéraux contenant de l'aluminium dépend de leur composition chimique et est d'environ 3 500 kg/m3.
• La composition chimique et la structure de la bauxite déterminent le solide propriétés minéral. Les minéraux les plus forts ont une dureté de 6 unités sur l'échelle acceptée en minéralogie.
• En tant que minéral naturel, la bauxite contient un certain nombre d'impuretés, il s'agit le plus souvent d'oxydes de fer, de calcium, de magnésium, de manganèse et d'impuretés de composés de titane et de phosphore.

Les bauxites, les kaolins et les argiles contiennent des impuretés d'autres composés, qui sont séparées dans des industries distinctes lors du traitement des matières premières.

Ce n'est qu'en Russie qu'ils utilisent des gisements contenant des gisements rocheux contenant de plus faibles concentrations d'alumine.

Récemment, l'alumine a commencé à être obtenue à partir de néphélines, qui, en plus de l'alumine, contiennent des oxydes de métaux tels que le potassium, le sodium, le silicium et, non moins précieux, la pierre d'alun, l'alunite.

Méthodes de traitement de l'aluminium contenant des minéraux

La technologie de production d'alumine pure à partir du minerai d'aluminium n'a pas changé depuis la découverte de ce métal. Ses équipements de production sont améliorés, lui permettant de produire de l'aluminium pur. Les principales étapes de production pour l'obtention du métal pur :

• Extraction de minerai à partir de gisements développés.
• Le traitement primaire des stériles afin d'augmenter la concentration en alumine est un processus d'enrichissement.
• Préparation d'alumine pure, réduction électrolytique de l'aluminium à partir de ses oxydes.

Le processus de production se termine avec du métal avec une concentration de 99,99 %.

Extraction et valorisation de l'alumine

L'alumine ou les oxydes d'aluminium n'existent pas dans la nature sous leur forme pure. Il est extrait des minerais d’aluminium par des méthodes hydrochimiques.

Gisements de minerai d'aluminium dans les gisements explose généralement, fournissant un site pour son extraction à une profondeur d'environ 20 mètres, d'où il est sélectionné et lancé dans le processus de traitement ultérieur ;

• À l'aide d'équipements spéciaux (cribles, classificateurs), le minerai est concassé et trié, rejetant les stériles (résidus). À ce stade de l’enrichissement de l’alumine, les méthodes de lavage et de criblage sont utilisées comme les plus avantageuses économiquement.
• Le minerai purifié déposé au fond de l'usine de concentration est mélangé à une masse chauffée de soude caustique dans un autoclave.
• Le mélange passe à travers un système de cuves en acier à haute résistance. Les navires sont équipés d'une chemise de vapeur qui maintient la température requise. La pression de la vapeur est maintenue entre 1,5 et 3,5 MPa jusqu'à ce que les composés d'aluminium soient complètement transférés de la roche enrichie à l'aluminate de sodium dans une solution d'hydroxyde de sodium surchauffée.
• Après refroidissement, le liquide subit une étape de filtration, à la suite de laquelle les sédiments solides sont séparés et une solution d'aluminate pure sursaturée est obtenue. En ajoutant des résidus d'hydroxyde d'aluminium du cycle précédent à la solution obtenue, la décomposition est accélérée.
• Pour le séchage final de l'oxyde d'aluminium hydraté, une procédure de calcination est utilisée.

Production électrolytique d'aluminium pur

L'aluminium pur est produit à l'aide d'un processus continu qui produit de l'aluminium calciné entre dans l’étape de réduction électrolytique.

Les électrolyseurs modernes sont un appareil composé des éléments suivants :

• Fabriqué à partir d'un boîtier en acier recouvert de blocs et de dalles de charbon. Pendant le fonctionnement, un film dense d'électrolyte gelé se forme à la surface du corps du bain, protégeant le revêtement de la destruction par l'électrolyte fondu.
• Une couche d'aluminium en fusion au fond du bain, de 10 à 20 cm d'épaisseur, sert de cathode dans cette installation.
• Le courant est fourni à l'aluminium fondu à travers des blocs de carbone et des tiges d'acier intégrées.
• Les anodes, suspendues sur un cadre en fer à l'aide de broches en acier, sont munies de tiges reliées à un mécanisme de levage. Au fur et à mesure de la combustion, l'anode descend et les tiges sont utilisées comme élément d'alimentation en courant.
• Dans les ateliers, les électrolyseurs sont installés séquentiellement sur plusieurs rangées (deux ou quatre rangées).

Purification supplémentaire de l'aluminium par raffinage

Si l'aluminium extrait des électrolyseurs ne répond pas aux exigences finales, il est soumis à une purification supplémentaire par raffinage.

Dans l'industrie, ce processus est effectué dans un électrolyseur spécial, qui contient trois couches liquides :

• Fond – aluminium raffiné avec l'ajout d'environ 35% de cuivre, sert d'anode. Le cuivre est présent pour alourdir la couche d'aluminium ; le cuivre ne se dissout pas dans l'alliage anodique ; sa densité doit dépasser 3000 kg/m3.
• La couche intermédiaire est un mélange de fluorures et chlorures de baryum, de calcium et d'aluminium avec un point de fusion d'environ 730°C.
• Couche supérieure - aluminium pur raffiné une matière fondue qui se dissout dans la couche anodique et monte vers le haut. Elle sert de cathode dans ce circuit. Le courant est fourni par une électrode en graphite.

Pendant le processus d'électrolyse, des impuretés restent dans la couche anodique et l'électrolyte. Le rendement en aluminium pur est de 95 à 98 %. Le développement des gisements alumineux occupe une place prépondérante dans économie nationale, grâce aux propriétés de l'aluminium, qui occupe actuellement la deuxième place après le fer dans l'industrie moderne.

Dans l’industrie moderne, le minerai d’aluminium est la matière première la plus populaire. Le développement rapide de la science et de la technologie a permis d'élargir le champ de ses applications. Ce qu'est le minerai d'aluminium et où il est extrait est décrit dans cet article.

Importance industrielle de l'aluminium

L'aluminium est considéré comme le métal le plus courant. Il se classe au troisième rang en termes de nombre de gisements dans la croûte terrestre. L'aluminium est également connu de tous comme un élément du tableau périodique, qui appartient aux métaux légers.

Le minerai d’aluminium est la matière première naturelle à partir de laquelle ce métal est obtenu. Elle est principalement extraite de la bauxite, qui contient des oxydes d'aluminium (alumine) dans le plus grand nombre– de 28 à 80%. D'autres roches - l'alunite, la néphéline et la néphéline-apatite sont également utilisées comme matières premières pour la production d'aluminium, mais elles sont de moins bonne qualité et contiennent beaucoup moins d'alumine.

L'aluminium occupe la première place dans la métallurgie des non-ferreux. Le fait est qu’en raison de ses caractéristiques, il est utilisé dans de nombreuses industries. Ainsi, ce métal est utilisé dans l’ingénierie des transports, la production d’emballages, la construction et pour la fabrication de divers biens de consommation. L'aluminium est également largement utilisé dans l'électrotechnique.

Pour comprendre l'importance de l'aluminium pour l'humanité, il suffit d'examiner de plus près les objets ménagers que nous utilisons au quotidien. De nombreux articles ménagers sont en aluminium : il s'agit de pièces pour appareils électriques (réfrigérateur, Machine à laver etc.), vaisselle, équipements sportifs, souvenirs, éléments d'intérieur. L'aluminium est souvent utilisé pour la production différents types contenants et emballages. Par exemple, des canettes ou des contenants jetables en aluminium.

Types de minerais d'aluminium

L'aluminium se trouve dans plus de 250 minéraux. Parmi ceux-ci, les plus précieux pour l'industrie sont la bauxite, la néphéline et l'alunite. Examinons-les plus en détail.

Minerai de bauxite

L’aluminium n’est pas présent dans la nature sous sa forme pure. Il est principalement obtenu à partir du minerai d'aluminium - la bauxite. C'est un minéral composé principalement d'hydroxydes d'aluminium, ainsi que d'oxydes de fer et de silicium. En raison de sa teneur élevée en alumine (40 à 60 %), la bauxite est utilisée comme matière première pour la production d'aluminium.

Propriétés physiques du minerai d'aluminium :

• minéral opaque de couleurs rouges et grises de différentes nuances ;
• la dureté des échantillons les plus résistants est de 6 sur l'échelle minéralogique ;
• La densité de la bauxite, selon sa composition chimique, varie de 2 900 à 3 500 kg/m³.

Les gisements de minerai de bauxite sont concentrés dans les zones équatoriales et tropicales de la Terre. Des gisements plus anciens se trouvent en Russie.

Comment se forme le minerai de bauxite et d’aluminium ?

La bauxite est formée d'alumine monohydratée, de boehmite et de diaspore, d'hydrargillite trihydratée et de minéraux associés, d'hydroxyde et d'oxyde de fer.

Selon la composition des éléments naturels, on distingue trois groupes de minerais de bauxite :

1. Bauxite monohydratée – contient de l’alumine sous forme monohydratée.
2. Trihydrate - ces minéraux sont constitués d'alumine sous forme trihydratée.
3. Mixte - ce groupe comprend les minerais d'aluminium précédents en combinaison.

Les gisements de matières premières se forment en raison de l'altération de roches acides, alcalines et parfois basiques ou du dépôt progressif de grandes quantités d'alumine sur les fonds marins et lacustres.

Minerais d'alunite

Ce type de dépôt contient jusqu'à 40 % d'oxyde d'aluminium. Le minerai d'alunite se forme dans les bassins hydrographiques et les zones côtières dans des conditions d'activité hydrothermale et volcanique intense. Un exemple de tels gisements est le lac Zaglinskoye dans le Petit Caucase.

La roche est poreuse. Se compose principalement de kaolinites et d’hydromicas. Le minerai ayant une teneur en alunite supérieure à 50 % présente un intérêt industriel.

Néphéline

Il s'agit d'un minerai d'aluminium d'origine ignée. C'est une roche alcaline entièrement cristalline. Selon la composition et les caractéristiques technologiques du traitement, on distingue plusieurs qualités de minerai de néphéline :

• première année – 60 à 90 % de néphéline ; il contient plus de 25 % d'alumine ; le traitement est effectué par frittage ;
• deuxième qualité – 40 à 60 % de néphéline, la quantité d'alumine est légèrement inférieure – 22 à 25 % ; un enrichissement est requis pendant le traitement ;
• la troisième catégorie est constituée de minéraux néphéliniques, qui n'ont aucune valeur industrielle.

Production mondiale de minerais d'aluminium

Le minerai d'aluminium a été extrait pour la première fois dans la première moitié du XIXe siècle dans le sud-est de la France, près de la ville de Box. C'est de là que vient le nom de bauxite. Au début, cette industrie s’est développée lentement. Mais lorsque l’humanité a compris quel minerai d’aluminium était utile à la production, le champ d’application de l’aluminium s’est considérablement élargi. De nombreux pays ont commencé à rechercher des gisements sur leur territoire. Ainsi, la production mondiale de minerais d’aluminium a commencé à augmenter progressivement. Les chiffres confirment ce fait. Ainsi, si en 1913 le volume mondial de minerai extrait était de 540 000 tonnes, en 2014 il dépassait les 180 millions de tonnes.

Le nombre de pays qui exploitent du minerai d’aluminium a également progressivement augmenté. Aujourd’hui, il y en a environ 30. Mais au cours des 100 dernières années, les principaux pays et régions ont constamment changé. Ainsi, au début du XXe siècle, les leaders mondiaux de l'extraction du minerai d'aluminium et de sa production étaient Amérique du Nord et l'Europe occidentale. Ces deux régions représentaient environ 98 % de la production mondiale. Quelques décennies plus tard indicateurs quantitatifs Les pays d’Europe de l’Est, d’Amérique latine et de l’Union soviétique sont devenus les leaders de l’industrie de l’aluminium. Et déjà dans les années 1950 et 1960, l’Amérique latine est devenue leader en termes de production. Et dans les années 1980-1990. L’industrie de l’aluminium a connu une percée rapide en Australie et en Afrique. Dans la tendance mondiale actuelle, les principaux pays producteurs d’aluminium sont l’Australie, le Brésil, la Chine, la Guinée, la Jamaïque, l’Inde, la Russie, le Suriname, le Venezuela et la Grèce.

Gisements de minerai en Russie

En termes de production de minerai d'aluminium, la Russie occupe la septième place mondiale. Bien que les gisements de minerai d'aluminium en Russie fournissent au pays du métal grandes quantités, cela ne suffit pas à approvisionner entièrement l’industrie. L’État est donc obligé d’acheter de la bauxite à d’autres pays.

Au total, il existe 50 gisements de minerai en Russie. Ce nombre comprend à la fois les endroits où le minéral est extrait et les gisements qui n'ont pas encore été développés.

La plupart des réserves de minerai sont situées dans la partie européenne du pays. Ici, ils sont situés dans les régions de Sverdlovsk, Arkhangelsk, Belgorod, dans la République de Komi. Toutes ces régions contiennent 70 % des réserves prouvées totales de minerai du pays.

Les minerais d'aluminium en Russie sont encore extraits d'anciens gisements de bauxite. Ces zones incluent le champ Radynskoye dans la région de Léningrad. De plus, en raison d'une pénurie de matières premières, la Russie utilise d'autres minerais d'aluminium, dont les gisements sont des gisements minéraux de moins bonne qualité. Mais ils restent adaptés à des fins industrielles. Ainsi, en Russie, les minerais de néphéline sont extraits en grande quantité, ce qui permet également d'obtenir de l'aluminium.

La ville française des Baux de Provence, située dans le sud du pays, est devenue célèbre pour avoir donné son nom au minéral bauxite. C'est là qu'en 1821 l'ingénieur des mines Pierre Berthier découvre des gisements de minerai inconnu. Il a fallu encore 40 années de recherche et d'essais pour découvrir les possibilités de la nouvelle roche et la reconnaître comme prometteuse pour la production industrielle d'aluminium, qui dépassait à l'époque le prix de l'or.

Caractéristiques et origine

La bauxite est le principal minerai d'aluminium. Presque tout l’aluminium produit dans le monde en est transformé. Cette roche est une matière première composite, caractérisée par une structure complexe et hétérogène.

Il comprend des oxydes et des hydroxydes d’aluminium comme composants principaux. Les oxydes de fer servent également de minéraux minéralisateurs. Et parmi les impuretés les plus courantes :

• le silicium (représenté par le quartz, la kaolinite et l'opale) ;
• titane (sous forme de rutile) ;
• composés de calcium et de magnésium ;
• éléments de terres rares;
• mica;
• en petites quantités gallium, chrome, vanadium, zirconium, niobium, phosphore, potassium, sodium et pyrite.

Par origine, les bauxites sont latéritiques et karstiques (sédimentaires). Les premiers, de haute qualité, se sont formés dans le climat des tropiques humides à la suite d'une transformation chimique profonde des roches silicatées (ce qu'on appelle la latérisation). Ces derniers sont de moindre qualité, ils sont le produit de l'altération, du transfert et du dépôt de couches d'argile dans de nouveaux endroits.

Les bauxites varient en :

1. Condition physique (rocheuse, terreuse, poreuse, meuble, argileuse).
2. Structure (sous forme de fragments et de pois).
3. Caractéristiques texturales (avec une composition homogène ou en couches).
4. Densité (varie de 1800 à 3200 kg/m³).

Propriétés chimiques et physiques

Les propriétés chimiques de la bauxite ont une large gamme associée à la composition variable du matériau. Cependant, la qualité des minéraux extraits est principalement déterminée par le rapport entre la teneur en alumine et en silice. Plus la quantité du premier est grande et plus la quantité du second est faible, plus la valeur industrielle est grande. Les ingénieurs miniers considèrent la « cassabilité » comme une caractéristique chimique importante, c'est-à-dire la facilité avec laquelle les oxydes d'aluminium peuvent être extraits du minerai.

Malgré le fait que la bauxite n'ait pas une composition constante, ses propriétés physiques se résument aux indicateurs suivants :

Il est intéressant de noter que l’état physique n’a rien à voir avec l’utilité et la valeur de la bauxite. Cela s'explique par le fait qu'ils sont transformés en un autre matériau dont les propriétés diffèrent considérablement de la roche d'origine.

Réserves mondiales et production

Malgré le fait que la demande d'aluminium ne cesse d'augmenter, les réserves de son minerai primaire sont suffisantes pour satisfaire ce besoin pendant encore plusieurs siècles, mais pas moins de 100 ans de production.

L'US Geological Survey a publié des données selon lesquelles les ressources mondiales de bauxite s'élèvent à 55 à 75 milliards de tonnes. De plus, la plupart d'entre eux sont concentrés en Afrique (32%). L'Océanie représente 23 %, les Caraïbes et l'Amérique du Sud 21 %, le continent asiatique 18 % et les autres régions 6 %.

L'introduction d'un procédé de recyclage de l'aluminium incite également à l'optimisme, car il ralentira l'épuisement des réserves naturelles de minerai d'aluminium primaire (et permettra en même temps d'économiser la consommation d'énergie).

Les dix principaux pays producteurs de bauxite, représentés par le même US Geological Survey, ressemblaient à ceci en 2016.

Le Vietnam se montre très prometteur, terminant l'année 2016 avec un indicateur de 1 500 mille tonnes. Mais la Malaisie, qui était troisième en 2015, a fortement réduit son développement de bauxite en raison des attentes de lois environnementales strictes et se classe aujourd'hui au 15ème rang mondial.

La bauxite est généralement extraite à ciel ouvert. Pour obtenir une plateforme de travail, une couche de minerai est dynamitée à une profondeur de 20 centimètres puis retirée. Des morceaux de minerai sont broyés et triés : les stériles (appelés « résidus ») sont emportés par un courant d'eau de lavage, et des fragments de minerai dense restent au fond de l'usine de traitement.

Les gisements de bauxite les plus anciens de Russie remontent à l'ère précambrienne. Ils sont situés dans les montagnes Sayan orientales (champ de Boksonskoye). Le minerai d'aluminium plus récent, remontant au Dévonien moyen et supérieur, se trouve dans le nord et le sud de l'Oural, dans les régions d'Arkhangelsk, de Leningrad et de Belgorod.

Application industrielle

Les bauxites extraites sont divisées en fonction de leur utilisation commerciale ultérieure en métallurgique, abrasive, chimique, cimentaire, réfractaire, etc.

Leur principale utilisation, qui représente 85 % de la production mondiale, est de servir de matière première pour la production d'alumine (oxyde d'aluminium).

La chaîne technologique ressemble à ceci : la bauxite est chauffée avec de la soude caustique, puis filtrée, le résidu solide est précipité et calciné. Ce produit est de l’alumine anhydre, avant-dernière transformation du cycle de production de l’aluminium.

Il ne reste plus qu'à le plonger dans un bain de cryolithe naturelle ou synthétique en fusion et, par réduction électrolytique, isoler le métal lui-même.

Le premier à découvrir cette technologie en 1860 fut le chimiste français Henri Saint-Clair Deville. Il a remplacé un processus coûteux dans lequel l’aluminium était produit sous vide à partir de potassium et de sodium.

Le prochain domaine important d’utilisation de la bauxite est celui des abrasifs.

Lorsque l’alumine est calcinée, on obtient du corindon synthétique, un matériau très dur avec une note de 9 sur l’échelle de Mohs. Il est broyé, séparé puis ajouté au papier de verre et à diverses poudres et suspensions de polissage.

Frittée, réduite en poudre et fondue en granulés ronds, la bauxite est également un excellent abrasif de sablage. Il est idéal pour le traitement des surfaces et, grâce à sa forme sphérique, réduit l'usure des équipements de sablage.

Un autre objectif important de la bauxite est de participer en tant qu'agent de soutènement (un matériau qui empêche la fermeture de failles spécialement créées) dans le processus de production de pétrole par fracturation hydraulique. Dans ce cas, les particules de roche de bauxite traitées résistent à la pression hydraulique et permettent aux fissures de rester ouvertes aussi longtemps que nécessaire pour que le pétrole s'échappe.

La bauxite est également indispensable pour créer des produits résistants au feu. L'alumine brûlée peut résister à des températures allant jusqu'à 1780 C. Cette propriété est utilisée aussi bien pour la production de briques et de béton que pour la création d'équipements pour l'industrie métallurgique, de verres spéciaux et même de vêtements ignifuges.

Conclusion

Les chimistes et les technologues sont constamment à la recherche de substituts adéquats à la bauxite qui ne seraient pas inférieurs dans leurs propriétés. Des recherches ont révélé que des matériaux argileux, des cendres de centrales électriques et des schistes bitumineux peuvent être utilisés pour produire de l'alumine.

Cependant, le coût de l’ensemble de la chaîne technologique est plusieurs fois plus élevé. Le carbure de silicium s'est bien comporté comme abrasif et la mullite synthétique comme réfractaire. Les scientifiques espèrent qu’avant que les ressources naturelles de la bauxite ne soient complètement épuisées, une solution de remplacement équivalente sera trouvée.

Comparé aux métaux traditionnels (acier, cuivre, bronze), l’aluminium est un métal jeune. La méthode moderne pour l'obtenir n'a été développée qu'en 1886, et avant cela, elle était très rare. L’échelle industrielle du métal « ailé » n’a commencé qu’au XXe siècle. Aujourd’hui, c’est l’un des matériaux les plus recherchés dans diverses industries, de l’électronique à l’industrie spatiale et aéronautique.

Le minerai d'aluminium a été obtenu pour la première fois sous forme de métal argenté en 1825 dans un volume de quelques milligrammes seulement, et avant l'avènement de la production de masse, ce métal était plus cher que l'or. Par exemple, l'un des couronnes royales La Suède avait de l'aluminium dans sa composition et D.I. Mendeleev a reçu en 1889 un cadeau coûteux des Britanniques - des balances en aluminium.

Quelles matières premières sont nécessaires pour produire du minerai d’aluminium ? Comment est produit l’un des matériaux les plus essentiels de notre époque ?

Le métal argenté lui-même est directement obtenu à partir de l’alumine. Cette matière première est l'oxyde d'aluminium (Al2O3), obtenu à partir de minerais :

• Bauxite;
• Alunitov;
• Syénites néphéliniques.

La source de matière première la plus courante est la bauxite, qui est considérée comme le principal minerai d’aluminium.

Malgré plus de 130 ans d’histoire de découverte, il n’a toujours pas été possible de comprendre l’origine du minerai d’aluminium. Il est possible que les matières premières se soient simplement formées dans chaque région sous l'influence de certaines conditions. Et cela rend difficile l’élaboration d’une théorie universelle sur la formation de la bauxite. Il existe trois hypothèses principales sur l’origine des matières premières aluminium :

1. Ils se sont formés en raison de la dissolution de certains types de calcaire en tant que produit résiduel.
2. La bauxite a été obtenue à la suite de l'altération de roches anciennes, de leur transport et de leur dépôt ultérieurs.
3. Le minerai est le résultat de processus chimiques de décomposition des sels de fer, d'aluminium et de titane, et est tombé sous forme de sédiment.

Cependant, les minerais d'alunite et de néphéline se sont formés dans des conditions différentes de celles de la bauxite. Les premiers se sont formés dans des conditions d’activité hydrothermale et volcanique active. La seconde - aux températures élevées du magma.

De ce fait, les alunites ont généralement une structure poreuse friable. Ils contiennent jusqu'à 40 % de divers composés d'oxyde d'aluminium. Mais, en plus du minerai alumineux lui-même, les gisements contiennent généralement des additifs, ce qui affecte la rentabilité de leur exploitation. Il est considéré comme rentable de développer un gisement avec un rapport alunites/additifs de 50 pour cent.

Les néphélines sont généralement représentées par des échantillons cristallins qui, en plus de l'oxyde d'aluminium, contiennent des additifs sous forme de diverses impuretés. Selon la composition, ce type de minerai est classé en types. Les plus riches contiennent jusqu'à 90 % de néphélines, les seconds 40 à 50 % ; si les minéraux sont plus pauvres que ces indicateurs, il n'est alors pas jugé nécessaire de les développer.

Ayant une idée de l'origine des minéraux, l'exploration géologique peut déterminer avec assez de précision l'emplacement des gisements de minerai d'aluminium. Aussi, les conditions de formation, qui influencent la composition et la structure des minéraux, déterminent les méthodes d’extraction. Si le gisement est jugé rentable, son développement est établi.

La bauxite est un composé complexe d'oxydes d'aluminium, de fer et de silicium (sous forme de divers quartz), de titane, ainsi qu'avec un petit mélange de sodium, de zirconium, de chrome, de phosphore et autres.

La propriété la plus importante dans la production d’aluminium est la « cassabilité » de la bauxite. C’est-à-dire à quel point il sera facile d’en séparer les additifs de silicium inutiles afin d’obtenir la matière première pour la fusion des métaux.

La base de la production d’aluminium est l’alumine. Pour le former, le minerai est broyé en une fine poudre et chauffé à la vapeur, séparant la majeure partie du silicium. Et cette masse deviendra la matière première pour la fusion.

Pour obtenir 1 tonne d'aluminium, vous aurez besoin d'environ 4 à 5 tonnes de bauxite, à partir desquelles, après traitement, environ 2 tonnes d'alumine sont formées, et ce n'est qu'alors que vous pourrez obtenir le métal.

Technologie pour le développement des gisements d'aluminium. Méthodes d'extraction du minerai d'aluminium

Lorsque la profondeur d’occurrence des roches aluminifères est insignifiante, elles sont extraites à ciel ouvert. Mais le processus de découpe des couches de minerai dépendra de son type et de sa structure.

• Les minéraux cristallins (généralement de la bauxite ou de la néphéline) sont éliminés par broyage. Des mineurs de minéraux sont utilisés à cette fin. Selon le modèle, une telle machine peut découper une couche jusqu'à 600 mm d'épaisseur. L'épaisseur de la roche se développe progressivement, formant des plateaux après avoir traversé une couche.

Ceci est fait pour garantir la position sûre de la cabine et du train de roulement de l'opérateur, qui, en cas d'effondrement inattendu, se trouveront à une distance de sécurité.

• Les roches meubles contenant de l'aluminium excluent le recours au broyage. Car leur viscosité obstrue la partie coupante de la machine. Le plus souvent, ces types de roches peuvent être coupés à l'aide d'excavatrices minières, qui chargent immédiatement le minerai sur des camions à benne basculante pour un transport ultérieur.

Transport de matières premières est une partie distincte de l’ensemble du processus. Généralement usines de transformation Dans la mesure du possible, ils essaient de construire des développements à proximité. Cela permet l'utilisation de convoyeurs à bande pour fournir le minerai à traiter. Mais le plus souvent, les matières premières confisquées sont transportées par camions à benne.
L'étape suivante est l'enrichissement et la préparation de la roche pour obtenir de l'alumine.

1. Le minerai est transporté à l'aide d'un convoyeur à bande jusqu'à l'atelier de préparation des matières premières, où plusieurs dispositifs de concassage peuvent être utilisés, broyant les minéraux un à un jusqu'à une fraction d'environ 110 mm.
2. La deuxième section de l'atelier préparatoire fournit du minerai préparé et des additifs supplémentaires pour un traitement ultérieur.

1. La prochaine étape de préparation consiste à fritter la roche dans des fours.

À ce stade également, il est possible de traiter les matières premières par lixiviation avec des alcalis forts. Le résultat est une solution d'aluminate liquide (traitement hydrométallurgique).

1. La solution d'aluminate passe par une étape de décomposition. À ce stade, une pâte d'aluminate est obtenue, qui à son tour est envoyée pour séparation et évaporation du composant liquide.
2. Après quoi cette masse est nettoyée des alcalis inutiles et envoyée pour calcination dans des fours. À la suite de cette chaîne, il se forme de l'alumine sèche, nécessaire à la production d'aluminium par traitement d'hydrolyse.

Le processus technologique complexe nécessite de grandes quantités de combustible et de calcaire, ainsi que d'électricité. C'est le principal facteur déterminant l'emplacement des alumineries - à proximité d'un bon échangeur de transport et de la présence à proximité de gisements des ressources nécessaires.

Cependant, il existe également une méthode d'extraction minière, dans laquelle la roche est découpée dans les couches selon le principe de l'extraction du charbon. Après quoi le minerai est envoyé vers des usines similaires pour l’enrichissement et l’extraction de l’aluminium.

L'une des galeries « aluminium » les plus profondes se trouve dans l'Oural en Russie, sa profondeur atteint 1550 mètres !

Les principaux gisements d'aluminium sont concentrés dans les régions à climat tropical, et la plupart de 73 % des gisements se trouvent dans seulement 5 pays : Guinée, Brésil, Jamaïque, Australie et Inde. Parmi celles-ci, la Guinée possède les réserves les plus riches, soit plus de 5 milliards de tonnes (28 % de la part mondiale).

Si nous divisons les réserves et les volumes de production, nous pouvons obtenir l’image suivante :

1ère place – Afrique (Guinée).

2ème place - Amérique.

3ème place – Asie.

4ème place – Australie.

5ème – Europe.

Les cinq principaux pays producteurs de minerai d'aluminium sont présentés dans le tableau

En outre, les principaux producteurs de minerais d'aluminium sont : la Jamaïque (9,7 millions de tonnes), la Russie (6,6), le Kazakhstan (4,2), la Guyane (1,6).

Dans notre pays, il existe plusieurs riches gisements de minerais d'aluminium, concentrés dans l'Oural et dans la région de Léningrad. Mais la principale méthode d'extraction de la bauxite dans notre pays est la méthode de mine fermée, plus exigeante en main-d'œuvre, qui extrait environ 80 % de la masse totale de minerais en Russie.

Leaders en développement sur le terrain – Société par actions"Sevuralboxytruda", JSC Baksitogorsk Alumina, Mines de bauxite du sud de l'Oural. Mais leurs réserves s'épuisent. En conséquence, la Russie doit importer environ 3 millions de tonnes d'alumine par an.

Au total, 44 gisements de divers minerais d'aluminium (bauxite, néphéline) ont été explorés dans le pays, ce qui, selon les estimations, devrait suffire pour 240 ans, avec une intensité minière aussi intense qu'aujourd'hui.

L'importation d'alumine est due à la faible qualité du minerai dans les gisements, par exemple, la bauxite avec une composition d'alumine de 50 % est extraite au gisement Red Cap, tandis qu'en Italie on extrait de la roche avec 64 % d'oxyde d'aluminium, et en Chine 61%.

Fondamentalement, jusqu'à 60 % des matières premières du minerai sont utilisées pour produire de l'aluminium. Cependant, la composition riche permet d'en extraire d'autres éléments chimiques : titane, chrome, vanadium et autres métaux non ferreux, nécessaires principalement comme additifs d'alliage pour améliorer la qualité de l'acier.

Comme mentionné ci-dessus, la chaîne technologique de production de l'aluminium passe nécessairement par l'étape de formation de l'alumine, qui est également utilisée comme fondant dans la métallurgie ferreuse.

La riche composition d’éléments du minerai d’aluminium est également utilisée pour produire de la peinture minérale. En outre, la méthode de fusion produit du ciment d'alumine - une masse solide et à durcissement rapide.

Un autre matériau obtenu à partir de la bauxite est l'électrocorindon. Il est obtenu par fusion du minerai dans des fours électriques. C’est une substance très dure, juste derrière le diamant, ce qui la rend populaire comme abrasif.

De plus, lors du processus d'obtention de métal pur, des déchets se forment - de la boue rouge. L'élément scandium en est extrait, qui est utilisé dans la production d'alliages aluminium-scandium, très demandés dans l'industrie automobile, la science des fusées, la production d'entraînements électriques et d'équipements sportifs.

Développement production moderne nécessite des quantités toujours croissantes d’aluminium. Cependant, il n’est pas toujours rentable de développer des gisements ou d’importer de l’alumine de l’étranger. Par conséquent, la fusion des métaux à partir de matériaux recyclés est de plus en plus utilisée.

Par exemple, des pays comme les États-Unis, le Japon, l’Allemagne, la France et le Royaume-Uni produisent principalement de l’aluminium secondaire, qui représente jusqu’à 80 % de la production mondiale de fusion.

Le métal secondaire est beaucoup moins cher que le métal primaire, dont la production nécessite 20 000 kW d'énergie/1 tonne.

Aujourd'hui, l'aluminium, obtenu à partir de divers minerais, est l'un des matériaux les plus populaires pour fabriquer des produits durables, légers et résistants à la corrosion. Aucune alternative au métal n'a encore été trouvée et dans les décennies à venir, les volumes d'extraction et de fusion du minerai ne feront qu'augmenter.

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L'aluminium est un métal recouvert d'un film d'oxyde d'argent mat dont les propriétés déterminent sa popularité : douceur, légèreté, ductilité, haute résistance, résistance à la corrosion, conductivité électrique et absence de toxicité. Dans les hautes technologies modernes, l'utilisation de l'aluminium occupe une place prépondérante en tant que matériau structurel et multifonctionnel. La plus grande valeur pour l'industrie en tant que source d'aluminium réside dans les matières premières naturelles - bauxite, un composant rocheux sous forme de bauxite, d'alunite et de néphéline.

Variétés de minerais contenant de l'alumine

On connaît plus de 200 minéraux contenant de l’aluminium. Seule la roche pouvant répondre aux exigences suivantes est considérée comme une source de matière première :

• Les matières premières naturelles doivent avoir une teneur élevée en oxydes d'aluminium ;
• Le gisement doit correspondre à la faisabilité économique de son développement industriel.
• La roche doit contenir des matières premières d'aluminium sous une forme pouvant être extraite sous sa forme pure par des méthodes connues.

Caractéristique de la bauxite naturelle

Les gisements naturels de bauxite, de néphéline, d'alunite, d'argile et de kaolin peuvent servir de source de matières premières. La bauxite est la plus saturée en composés d'aluminium. Les argiles et les kaolins sont les roches les plus courantes avec une teneur importante en alumine. Des gisements de ces minéraux se trouvent à la surface de la terre. Bauxite dans la nature, il n'existe que sous la forme d'un composé binaire de métal et d'oxygène. Ce composé est extrait de la montagne naturelle minerai sous forme de bauxite, constituée d'oxydes de plusieurs éléments chimiques : aluminium, potassium, sodium, magnésium, fer, titane, silicium, phosphore. Selon le gisement, la bauxite contient de 28 à 80 % d'alumine. C'est la principale matière première pour obtenir un métal unique. La qualité de la bauxite en tant que matière première aluminium dépend de sa teneur en alumine. Ceci détermine le physique propriétés bauxite:

• Le minéral a une structure cristalline cachée ou est dans un état amorphe. De nombreux minéraux présentent des formes durcies d’hydrogels de composition simple ou complexe.
• La couleur de la bauxite sur différents sites miniers va du presque blanc au rouge foncé. Il existe des gisements avec une couleur noire du minéral.
• La densité des minéraux contenant de l'aluminium dépend de leur composition chimique et est d'environ 3 500 kg/m3.
• La composition chimique et la structure de la bauxite déterminent le solide propriétés minéral. Les minéraux les plus forts ont une dureté de 6 unités sur l'échelle acceptée en minéralogie.
• En tant que minéral naturel, la bauxite contient un certain nombre d'impuretés, il s'agit le plus souvent d'oxydes de fer, de calcium, de magnésium, de manganèse et d'impuretés de composés de titane et de phosphore.

Les bauxites, les kaolins et les argiles contiennent des impuretés d'autres composés, qui sont séparées dans des industries distinctes lors du traitement des matières premières. Ce n'est qu'en Russie qu'ils utilisent des gisements contenant des gisements rocheux contenant de plus faibles concentrations d'alumine. Récemment, l'alumine a commencé à être obtenue à partir de néphélines, qui, en plus de l'alumine, contiennent des oxydes de métaux tels que le potassium, le sodium, le silicium et, non moins précieux, la pierre d'alun, l'alunite.

Méthodes de traitement de l'aluminium contenant des minéraux

La technologie de production d'alumine pure à partir du minerai d'aluminium n'a pas changé depuis la découverte de ce métal. Ses équipements de production sont améliorés, lui permettant de produire de l'aluminium pur. Les principales étapes de production pour l'obtention du métal pur :

• Extraction de minerai à partir de gisements développés.
• Le traitement primaire des stériles afin d'augmenter la concentration en alumine est un processus d'enrichissement.
• Préparation d'alumine pure, réduction électrolytique de l'aluminium à partir de ses oxydes.

Le processus de production se termine avec du métal avec une concentration de 99,99 %.

Extraction et valorisation de l'alumine

L'alumine ou les oxydes d'aluminium n'existent pas dans la nature sous leur forme pure. Il est extrait des minerais d’aluminium par des méthodes hydrochimiques. Gisements de minerai d'aluminium dans les gisements explose généralement, fournissant un site pour son extraction à une profondeur d'environ 20 mètres, d'où il est sélectionné et lancé dans le processus de traitement ultérieur ;

• À l'aide d'équipements spéciaux (cribles, classificateurs), le minerai est concassé et trié, rejetant les stériles (résidus). À ce stade de l’enrichissement de l’alumine, les méthodes de lavage et de criblage sont utilisées comme les plus avantageuses économiquement.
• Le minerai purifié déposé au fond de l'usine de concentration est mélangé à une masse chauffée de soude caustique dans un autoclave.
• Le mélange passe à travers un système de cuves en acier à haute résistance. Les navires sont équipés d'une chemise de vapeur qui maintient la température requise. La pression de la vapeur est maintenue entre 1,5 et 3,5 MPa jusqu'à ce que les composés d'aluminium soient complètement transférés de la roche enrichie à l'aluminate de sodium dans une solution d'hydroxyde de sodium surchauffée.
• Après refroidissement, le liquide subit une étape de filtration, à la suite de laquelle les sédiments solides sont séparés et une solution d'aluminate pure sursaturée est obtenue. En ajoutant des résidus d'hydroxyde d'aluminium du cycle précédent à la solution obtenue, la décomposition est accélérée.
• Pour le séchage final de l'oxyde d'aluminium hydraté, une procédure de calcination est utilisée.

Production électrolytique d'aluminium pur

L'aluminium pur est produit à l'aide d'un processus continu qui produit de l'aluminium calciné entre dans l’étape de réduction électrolytique. Les électrolyseurs modernes sont un appareil composé des éléments suivants :

• Fabriqué à partir d'un boîtier en acier recouvert de blocs et de dalles de charbon. Pendant le fonctionnement, un film dense d'électrolyte gelé se forme à la surface du corps du bain, protégeant le revêtement de la destruction par l'électrolyte fondu.
• Une couche d'aluminium en fusion au fond du bain, de 10 à 20 cm d'épaisseur, sert de cathode dans cette installation.
• Le courant est fourni à l'aluminium fondu à travers des blocs de carbone et des tiges d'acier intégrées.
• Les anodes, suspendues sur un cadre en fer à l'aide de broches en acier, sont munies de tiges reliées à un mécanisme de levage. Au fur et à mesure de la combustion, l'anode descend et les tiges sont utilisées comme élément d'alimentation en courant.
• Dans les ateliers, les électrolyseurs sont installés séquentiellement sur plusieurs rangées (deux ou quatre rangées).

Purification supplémentaire de l'aluminium par raffinage

Si l'aluminium extrait des électrolyseurs ne répond pas aux exigences finales, il est soumis à une purification supplémentaire par raffinage. Dans l'industrie, ce processus est effectué dans un électrolyseur spécial, qui contient trois couches liquides :

• Fond – aluminium raffiné avec l'ajout d'environ 35% de cuivre, sert d'anode. Le cuivre est présent pour alourdir la couche d'aluminium ; le cuivre ne se dissout pas dans l'alliage anodique ; sa densité doit dépasser 3000 kg/m3.
• La couche intermédiaire est un mélange de fluorures et chlorures de baryum, de calcium et d'aluminium avec un point de fusion d'environ 730°C.
• Couche supérieure - aluminium pur raffiné une matière fondue qui se dissout dans la couche anodique et monte vers le haut. Elle sert de cathode dans ce circuit. Le courant est fourni par une électrode en graphite.

Pendant le processus d'électrolyse, des impuretés restent dans la couche anodique et l'électrolyte. Le rendement en aluminium pur est de 95 à 98 %. Le développement des gisements contenant de l'aluminium occupe une place prépondérante dans l'économie nationale, grâce aux propriétés de l'aluminium, qui occupe actuellement la deuxième place après le fer dans l'industrie moderne.

Dans l’industrie moderne, le minerai d’aluminium est la matière première la plus populaire. Le développement rapide de la science et de la technologie a permis d'élargir le champ de ses applications. Ce qu'est le minerai d'aluminium et où il est extrait est décrit dans cet article.

Importance industrielle de l'aluminium

L'aluminium est considéré comme le métal le plus courant. Il se classe au troisième rang en termes de nombre de gisements dans la croûte terrestre. L'aluminium est également connu de tous comme un élément du tableau périodique, qui appartient aux métaux légers.

Le minerai d’aluminium est la matière première naturelle à partir de laquelle ce métal est obtenu. Il est principalement extrait de la bauxite, qui contient les oxydes d'aluminium (alumine) en plus grande quantité - de 28 à 80 %. D'autres roches - l'alunite, la néphéline et la néphéline-apatite sont également utilisées comme matières premières pour la production d'aluminium, mais elles sont de moins bonne qualité et contiennent beaucoup moins d'alumine.

L'aluminium occupe la première place dans la métallurgie des non-ferreux. Le fait est qu’en raison de ses caractéristiques, il est utilisé dans de nombreuses industries. Ainsi, ce métal est utilisé dans l’ingénierie des transports, la production d’emballages, la construction et pour la fabrication de divers biens de consommation. L'aluminium est également largement utilisé dans l'électrotechnique.

Pour comprendre l'importance de l'aluminium pour l'humanité, il suffit d'examiner de plus près les objets ménagers que nous utilisons au quotidien. De nombreux articles ménagers sont en aluminium : il s'agit de pièces d'appareils électriques (réfrigérateur, lave-linge, etc.), de vaisselle, d'équipements de sport, de souvenirs, d'éléments d'intérieur. L'aluminium est souvent utilisé pour produire divers types de contenants et d'emballages. Par exemple, des canettes ou des contenants jetables en aluminium.

Types de minerais d'aluminium

L'aluminium se trouve dans plus de 250 minéraux. Parmi ceux-ci, les plus précieux pour l'industrie sont la bauxite, la néphéline et l'alunite. Examinons-les plus en détail.

Minerai de bauxite

L’aluminium n’est pas présent dans la nature sous sa forme pure. Il est principalement obtenu à partir du minerai d'aluminium - la bauxite. C'est un minéral composé principalement d'hydroxydes d'aluminium, ainsi que d'oxydes de fer et de silicium. En raison de sa teneur élevée en alumine (40 à 60 %), la bauxite est utilisée comme matière première pour la production d'aluminium.

Propriétés physiques du minerai d'aluminium :

• minéral opaque de couleurs rouges et grises de différentes nuances ;
• la dureté des échantillons les plus résistants est de 6 sur l'échelle minéralogique ;
• La densité de la bauxite, selon sa composition chimique, varie de 2 900 à 3 500 kg/m³.

Les gisements de minerai de bauxite sont concentrés dans les zones équatoriales et tropicales de la Terre. Des gisements plus anciens se trouvent en Russie.

Comment se forme le minerai de bauxite et d’aluminium ?

La bauxite est formée d'alumine monohydratée, de boehmite et de diaspore, d'hydrargillite trihydratée et de minéraux associés, d'hydroxyde et d'oxyde de fer.

Selon la composition des éléments naturels, on distingue trois groupes de minerais de bauxite :

1. Bauxite monohydratée – contient de l’alumine sous forme monohydratée.
2. Trihydrate - ces minéraux sont constitués d'alumine sous forme trihydratée.
3. Mixte - ce groupe comprend les minerais d'aluminium précédents en combinaison.

Les gisements de matières premières se forment en raison de l'altération de roches acides, alcalines et parfois basiques ou du dépôt progressif de grandes quantités d'alumine sur les fonds marins et lacustres.

Minerais d'alunite

Ce type de dépôt contient jusqu'à 40 % d'oxyde d'aluminium. Le minerai d'alunite se forme dans les bassins hydrographiques et les zones côtières dans des conditions d'activité hydrothermale et volcanique intense. Un exemple de tels gisements est le lac Zaglinskoye dans le Petit Caucase.

La roche est poreuse. Se compose principalement de kaolinites et d’hydromicas. Le minerai ayant une teneur en alunite supérieure à 50 % présente un intérêt industriel.

Néphéline

Il s'agit d'un minerai d'aluminium d'origine ignée. C'est une roche alcaline entièrement cristalline. Selon la composition et les caractéristiques technologiques du traitement, on distingue plusieurs qualités de minerai de néphéline :

• première année – 60 à 90 % de néphéline ; il contient plus de 25 % d'alumine ; le traitement est effectué par frittage ;
• deuxième qualité – 40 à 60 % de néphéline, la quantité d'alumine est légèrement inférieure – 22 à 25 % ; un enrichissement est requis pendant le traitement ;
• la troisième catégorie est constituée de minéraux néphéliniques, qui n'ont aucune valeur industrielle.

Production mondiale de minerais d'aluminium

Le minerai d'aluminium a été extrait pour la première fois dans la première moitié du XIXe siècle dans le sud-est de la France, près de la ville de Box. C'est de là que vient le nom de bauxite. Au début, cette industrie s’est développée lentement. Mais lorsque l’humanité a compris quel minerai d’aluminium était utile à la production, le champ d’application de l’aluminium s’est considérablement élargi. De nombreux pays ont commencé à rechercher des gisements sur leur territoire. Ainsi, la production mondiale de minerais d’aluminium a commencé à augmenter progressivement. Les chiffres confirment ce fait. Ainsi, si en 1913 le volume mondial de minerai extrait était de 540 000 tonnes, en 2014 il dépassait les 180 millions de tonnes.

Le nombre de pays qui exploitent du minerai d’aluminium a également progressivement augmenté. Aujourd’hui, il y en a environ 30. Mais au cours des 100 dernières années, les principaux pays et régions ont constamment changé. Ainsi, au début du XXe siècle, les leaders mondiaux dans l'extraction du minerai d'aluminium et sa production étaient l'Amérique du Nord et l'Europe occidentale. Ces deux régions représentaient environ 98 % de la production mondiale. Plusieurs décennies plus tard, en termes d'indicateurs quantitatifs de l'industrie de l'aluminium, les pays d'Europe de l'Est, d'Amérique latine et de l'Union soviétique sont devenus les leaders. Et déjà dans les années 1950 et 1960, l’Amérique latine est devenue leader en termes de production. Et dans les années 1980-1990. L’industrie de l’aluminium a connu une percée rapide en Australie et en Afrique. Dans la tendance mondiale actuelle, les principaux pays producteurs d’aluminium sont l’Australie, le Brésil, la Chine, la Guinée, la Jamaïque, l’Inde, la Russie, le Suriname, le Venezuela et la Grèce.

Gisements de minerai en Russie

En termes de production de minerai d'aluminium, la Russie occupe la septième place mondiale. Bien que les gisements de minerai d’aluminium en Russie fournissent au pays de grandes quantités de métal, cela ne suffit pas à approvisionner pleinement l’industrie. L’État est donc obligé d’acheter de la bauxite à d’autres pays.

Au total, il existe 50 gisements de minerai en Russie. Ce nombre comprend à la fois les endroits où le minéral est extrait et les gisements qui n'ont pas encore été développés.

La plupart des réserves de minerai sont situées dans la partie européenne du pays. Ici, ils sont situés dans les régions de Sverdlovsk, Arkhangelsk, Belgorod, dans la République de Komi. Toutes ces régions contiennent 70 % des réserves prouvées totales de minerai du pays.

Les minerais d'aluminium en Russie sont encore extraits d'anciens gisements de bauxite. Ces zones incluent le champ Radynskoye dans la région de Léningrad. De plus, en raison d'une pénurie de matières premières, la Russie utilise d'autres minerais d'aluminium, dont les gisements sont des gisements minéraux de moins bonne qualité. Mais ils restent adaptés à des fins industrielles. Ainsi, en Russie, les minerais de néphéline sont extraits en grande quantité, ce qui permet également d'obtenir de l'aluminium.

La bauxite est le principal minerai utilisé pour la production d'aluminium. La formation de dépôts est associée au processus d'altération et de transfert de matériau qui, en plus des hydroxydes d'aluminium, contient également d'autres éléments chimiques. La technologie d’extraction des métaux offre un processus de production industrielle rentable sans générer de déchets.

La bauxite est le principal minerai pour la production d'aluminium

Caractéristiques du minerai

Le nom de la matière première minérale utilisée pour l’extraction de l’aluminium vient du nom de la région française où les gisements ont été découverts pour la première fois. La bauxite est constituée d'hydroxydes d'aluminium et contient des minéraux argileux, des oxydes et des hydroxydes de fer comme impuretés.

En apparence, la bauxite est pierreuse, et moins souvent argileuse, la roche est homogène ou de texture en couches. Selon la forme d'occurrence dans la croûte terrestre, celle-ci peut être dense ou poreuse. Les minéraux sont classés selon leur structure :

• clastique - conglomérat, gravier, grès, pélitique ;
• concrétionnaire - légumineuses, oolithique.

La majeure partie de la roche sous forme d'inclusions contient des formations oolithiques d'oxydes de fer ou d'alumine. Le minerai de bauxite est généralement de couleur brune ou brique, mais il existe des gisements de nuances blanches, rouges, grises et jaunes.

Les principaux minéraux nécessaires à la formation du minerai sont :

• diaspora;
• hydrogoethite;
• goethite;
• boehmite;
• gibbsite;
• kaolinite;
• ilménite;
• aluminohématite;
• calcite;
• sidérite;
• mica.

Il existe des bauxites d'îles plates-formes, géosynclinales et océaniques. Les gisements de minerai d'aluminium se sont formés à la suite du transport de produits d'altération des roches, suivi de leur dépôt et de la formation de sédiments.

La bauxite industrielle contient 28 à 60 % d'alumine. Lors de l'utilisation du minerai, le rapport de ce dernier au silicium ne doit pas être inférieur à 2-2,5.

Galerie : pierre de bauxite (25 photos)

Bauxite (vidéo)

Gisements et extraction de matières premières

Les principales matières premières pour la production industrielle d'aluminium dans la Fédération de Russie sont les minerais de bauxite, de néphéline et leurs concentrés, concentrés dans la péninsule de Kola.

Les gisements de bauxite en Russie se caractérisent par des matières premières de mauvaise qualité et des conditions minières et géologiques difficiles. Il existe 44 gisements explorés dans l'État, dont seulement un quart est exploité.

La principale production de bauxite est réalisée par JSC Sevuralboxytruda. Malgré les réserves de matières premières, l'approvisionnement des entreprises de transformation est inégal. Depuis 15 ans, il y a une pénurie de néphélines et de bauxites, ce qui entraîne l'importation d'alumine.

Les réserves mondiales de bauxite sont concentrées dans 18 pays situés dans les zones tropicales et subtropicales. L'emplacement de la bauxite de la plus haute qualité est confiné aux zones d'altération des roches aluminosilicates dans des conditions humides. C’est dans ces zones que se situe l’essentiel de l’approvisionnement mondial en matières premières.

Les plus grandes réserves sont concentrées en Guinée. L'Australie est le leader mondial en matière d'extraction de matières premières minérales. Le Brésil dispose de 6 milliards de tonnes de réserves, le Vietnam de 3 milliards de tonnes, les réserves de bauxite de haute qualité de l'Inde de 2,5 milliards de tonnes et l'Indonésie de 2 milliards de tonnes. L'essentiel du minerai est concentré dans les profondeurs de ces pays.

La bauxite est extraite par des méthodes ouvertes et souterraines. Le processus technologique de traitement des matières premières dépend de sa composition chimique et implique l'exécution du travail étape par étape.

Dans la première étape, l'alumine se forme sous l'influence de réactifs chimiques et dans la seconde, le composant métallique en est extrait par électrolyse à partir d'un sel fluorure fondu.

Plusieurs méthodes sont utilisées pour former l'alumine :

• frittage;
• hydrochimique;
• combiné.

L'application des méthodes dépend de la concentration d'aluminium dans le minerai. La bauxite de faible qualité est traitée de manière complexe. Le mélange de soude, de calcaire et de bauxite obtenu par frittage est lessivé avec une solution. L'hydroxyde métallique formé à la suite d'un traitement chimique est séparé et soumis à une filtration.

Ligne de traitement de la bauxite (vidéo)

Application de la ressource minérale

L'utilisation de la bauxite dans diverses branches de la production industrielle est due à la polyvalence de la matière première dans sa composition minérale et ses propriétés physiques. La bauxite est un minerai dont sont extraits l'aluminium et l'alumine.

L'utilisation de la bauxite dans la métallurgie ferreuse comme fondant dans la fusion de l'acier à foyer ouvert améliore les caractéristiques techniques du produit.

Dans la production d'électrocorindon, les propriétés de la bauxite sont utilisées pour former un matériau super résistant et ignifuge (corindon synthétique) suite à la fusion dans des fours électriques avec la participation d'anthracite comme agent réducteur et de limaille de fer.

La bauxite minérale à faible teneur en fer est utilisée dans la fabrication de ciments ignifuges à durcissement rapide. Outre l'aluminium, le fer, le titane, le gallium, le zirconium, le chrome, le niobium et les TR (éléments des terres rares) sont extraits des matières premières du minerai.

La bauxite est utilisée pour la production de peintures, d'abrasifs et d'absorbants. Le minerai à faible teneur en fer est utilisé dans la fabrication de composés réfractaires.

Le minerai d’aluminium est celui qui a gagné le plus de popularité dans l’industrie moderne. L’aluminium est le métal le plus répandu parmi tous les métaux existant aujourd’hui sur terre. De plus, il occupe la troisième place du classement en termes de nombre de dépôts dans les entrailles de la Terre. De plus, l’aluminium est le métal le plus léger. Le minerai d'aluminium est une roche qui sert de matériau à partir duquel le métal est obtenu. L'aluminium possède certaines propriétés chimiques et physiques qui permettent d'adapter son utilisation à des domaines complètement différents de l'activité humaine. Ainsi, l'aluminium a trouvé sa large application dans des industries telles que la construction mécanique, l'automobile, la construction, dans la production de divers conteneurs et emballages, d'équipements électriques et d'autres biens de consommation. Presque tout le monde appareil électroménager, utilisé quotidiennement par l'homme, contient de l'aluminium en quantité variable.

Extraction d'aluminium

Les minéraux dans lesquels la présence de ce métal a été découverte existent grande quantité. Les scientifiques ont conclu que ce métal pouvait être extrait de plus de 250 minéraux. Cependant, il n'est pas rentable d'extraire le métal d'absolument tous les minerais. Par conséquent, parmi toute la variété existante, il existe les minerais d'aluminium les plus précieux, à partir desquels le métal est obtenu. Ce sont : la bauxite, la néphéline et l'alunite. De tous les minerais d’aluminium, la teneur maximale en aluminium se trouve dans la bauxite. Ils contiennent environ 50 % d'oxydes d'aluminium. En règle générale, les gisements de bauxite se trouvent en quantité suffisante directement à la surface de la Terre. La bauxite est une roche opaque qui a une couleur rouge ou Couleur grise. Les échantillons de bauxite les plus forts sur l'échelle minéralogique sont notés à 6 points. Ils existent en différentes densités de 2900 à 3500 kg/m3, qui dépendent directement de la composition chimique. Les minerais de bauxite se distinguent par leur composition chimique complexe, qui comprend des hydroxydes d'aluminium, des oxydes de fer et de silicium, ainsi que de 40 à 60 % d'alumine, qui est la principale matière première pour la production d'aluminium. Il convient de dire que les zones équatoriales et tropicales de la Terre sont les principales zones réputées pour leurs gisements de minerai de bauxite. Pour la nucléation de la bauxite, la participation de plusieurs composants est nécessaire, notamment l'hydrate d'alumine monohydraté, la boehmite, la diaspore, ainsi que divers minéraux d'hydroxyde de fer ainsi que l'oxyde de fer. L'altération des roches acides, alcalines et dans certains cas basiques, ainsi que la lente décantation de l'alumine au fond des réservoirs, conduisent à la formation de minerai de bauxite. À partir de deux tonnes d'alumine, l'aluminium s'avère être deux fois moins - 1 tonne. Et pour deux tonnes d'alumine, il faut extraire environ 4,5 tonnes de bauxite. L'aluminium peut également être obtenu à partir de néphélines et d'alunites. Les premiers, selon leur qualité, peuvent contenir de 22 à 25 % d'alumine. Tandis que les alunites sont légèrement inférieures aux bauxites et sont constituées de 40 % d'oxyde d'aluminium.

Minerais d'aluminium de Russie

La Fédération de Russie se classe au 7ème rang parmi tous les pays du monde en termes de quantité de minerai d'aluminium extrait. Il convient de noter que cette matière première est extraite en quantités colossales sur le territoire de l'État russe. Cependant, le pays connaît une pénurie importante de ce métal, et n’est pas en mesure de le fournir dans les volumes nécessaires à l’approvisionnement absolu de l’industrie. C'est la raison prioritaire pour laquelle la Russie doit acheter des minerais d'aluminium à d'autres pays et développer des gisements de minerais de faible qualité. Il existe environ 50 gisements dans l'État, dont la plupart sont situés dans la partie européenne de l'État. Cependant, Radynskoïe est le plus ancien gisement de minerai d'aluminium de Russie. Son emplacement est Région de Léningrad. Il s'agit de bauxite qui, depuis l'Antiquité, est le matériau principal et irremplaçable à partir duquel l'aluminium est ensuite produit.

Production d'aluminium en Russie

Au début du XXe siècle, l'industrie de l'aluminium est apparue en Russie. C'est en 1932 qu'apparaît la première usine de production d'aluminium à Volkhov. Et déjà le 14 mai de la même année, l'entreprise réussit pour la première fois à recevoir un lot de métal. Chaque année, de nouveaux gisements de minerai d'aluminium étaient développés sur le territoire de l'État et de nouvelles capacités étaient mises en service, considérablement développées pendant la Seconde Guerre mondiale. La période d'après-guerre du pays a été marquée par l'ouverture de nouvelles entreprises dont l'activité principale était la production de produits manufacturés dont le matériau principal était les alliages d'aluminium. Dans le même temps, l'usine d'alumine Pikalevsky a été mise en service. La Russie est célèbre pour la variété de ses usines grâce auxquelles le pays produit de l'aluminium. Parmi celles-ci, l'UC Rusal est considérée comme la plus grande, non seulement au sein de l'État russe, mais dans le monde entier. Il a réussi à produire environ 3,603 millions de tonnes d'aluminium en 2015 et en 2012, l'entreprise a atteint 4,173 millions de tonnes de métal.

Caractère de code

Indiquer que l'aluminium peut être recyclé Aluminium- un élément du 13ème groupe du tableau périodique des éléments chimiques (selon la classification obsolète - un élément du sous-groupe principal du groupe III), la troisième période, de numéro atomique 13. Désigné par le symbole Al (lat. Aluminium). Appartient au groupe des métaux légers. Le métal le plus répandu et le troisième élément chimique le plus abondant dans la croûte terrestre (après l'oxygène et le silicium). Substance simple aluminium- un métal paramagnétique léger de couleur blanc argenté, facile à former, couler et usiner. L'aluminium a une conductivité thermique et électrique élevée et une résistance à la corrosion en raison de la formation rapide de films d'oxyde résistants qui protègent la surface d'une interaction ultérieure.

Histoire

L'aluminium a été obtenu pour la première fois par le physicien danois Hans Oersted en 1825 par action d'un amalgame de potassium sur du chlorure d'aluminium suivie d'une distillation du mercure. Le nom de l'élément est dérivé de Lat. aluminium- alun. Avant la découverte d’une méthode industrielle de production d’aluminium, ce métal était plus cher que l’or. En 1889, les Britanniques, voulant honorer le grand chimiste russe D.I. Mendeleïev avec un riche cadeau, lui offrirent une balance en or et en aluminium.

Reçu

L'aluminium forme une forte liaison chimique avec l'oxygène. Comparativement à d'autres métaux, la récupération de l'aluminium à partir du minerai est plus difficile en raison de sa grande réactivité et de sa forte réactivité. haute température fondant la plupart de ses minerais (comme la bauxite). Récupération directe ne peut pas être utilisé avec du carbone, car le pouvoir réducteur de l’aluminium est supérieur à celui du carbone. Une réduction indirecte est possible pour obtenir le produit intermédiaire Al4C3, qui subit une décomposition à 1 900-2 000 °C pour former de l'aluminium. Cette méthode est en cours de développement, mais semble plus rentable que le procédé Hall-Héroult, car elle nécessite moins d'énergie et conduit à la formation de moins de CO2. La méthode de production moderne, le procédé Hall-Héroult, a été développée indépendamment par l'Américain Charles Hall et le Français Paul Héroult en 1886. Elle consiste à dissoudre l'oxyde d'aluminium Al2O3 dans la cryolithe Na3AlF6 fondue, suivie d'une électrolyse à l'aide d'électrodes anodiques consommables en coke ou en graphite. Cette méthode de production nécessite de très grandes quantités d’électricité et n’a donc reçu d’application industrielle qu’au XXe siècle. Pour produire 1 000 kg d’aluminium brut, il faut 1 920 kg d’alumine, 65 kg de cryolite, 35 kg de fluorure d’aluminium, 600 kg d’électrodes de graphite anodiques et environ 17 MWh d’électricité (~ 61 GJ). Une méthode de laboratoire pour produire de l'aluminium a été proposée par Friedrich Wöhler en 1827 en réduisant le chlorure d'aluminium anhydre avec du potassium métallique (la réaction se produit lorsqu'il est chauffé sans accès à l'air) :

AlCl3+3K→3KCl+Al(displaystyle (mathsf (AlCl_(3)+3Krightarrow 3KCl+Al)))

Propriétés physiques

Microstructure d'aluminium sur la surface gravée d'un lingot, pureté 99,9998%, taille de secteur visible environ 55×37 mm

• Métal blanc argenté, léger
• densité - 2712 kg/m³
• le point de fusion de l'aluminium technique est de 658 °C, pour l'aluminium de haute pureté - 660 °C
• chaleur spécifique de fusion - 390 kJ/kg
• point d'ébullition - 2500 °C
• chaleur spécifique d'évaporation - 10,53 MJ/kg
• capacité thermique spécifique - 897 J/kg K
• résistance à la traction de la fonte d'aluminium - 10-12 kg/mm², déformable - 18-25 kg/mm², alliages - 38-42 kg/mm²
• Dureté Brinell - 24…32 kgf/mm²
• haute ductilité : technique - 35 %, pure - 50 %, roulée en feuilles fines et même en feuille
• Module de Young - 70 GPa
• L'aluminium a une conductivité électrique élevée (37·106 S/m) et une conductivité thermique (203,5 W/(m·K)), 65 % de la conductivité électrique du cuivre, et a une réflectivité lumineuse élevée.
• Faible paramagnétique.
• Coefficient de température de dilatation linéaire 24,58·10−6 K−1 (20…200 °C).
• Résistance spécifique 0,0262..0,0295 Ohm mm²/m
• Coefficient de température de la résistance électrique 4,3·10−3 K−1. L'aluminium passe à un état supraconducteur à une température de 1,2 kelvin.

L'aluminium forme des alliages avec presque tous les métaux. Les alliages les plus connus sont le cuivre et le magnésium (duralumin) et le silicium (silumin).

Être dans la nature

Prévalence

En termes de prévalence dans la croûte terrestre, il se classe au premier rang parmi les métaux et au troisième rang parmi les éléments, juste derrière l'oxygène et le silicium. La concentration massique d'aluminium dans la croûte terrestre, selon divers chercheurs, est estimée entre 7,45 et 8,14 %.

Composés d'aluminium naturels

Dans la nature, l’aluminium, en raison de sa forte activité chimique, se trouve presque exclusivement sous forme de composés. Certains des minéraux naturels de l’aluminium sont :

• Bauxite - Al2O3 H2O (avec impuretés de SiO2, Fe2O3, CaCO3)
• Néphélines - KNa34
• Alunites - (Na,K)2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3
• Alumine (mélanges de kaolins avec sable SiO2, calcaire CaCO3, magnésite MgCO3)
• Corindon (saphir, rubis, émeri) - Al2O3
• Feldspaths - (K,Na)2O Al2O3 6SiO2, Ca
• Kaolinite-Al2O3 2SiO2 2H2O
• Béryl (émeraude, aigue-marine) - 3BeO Al2O3 6SiO2
• Chrysobéryl (Alexandrite) - BeAl2O4.

Cependant, dans certaines conditions réductrices spécifiques (évents volcaniques), des quantités négligeables d'aluminium métallique natif ont été trouvées. Les eaux naturelles contiennent de l'aluminium sous forme de composés chimiques peu toxiques, par exemple le fluorure d'aluminium. Le type de cation ou d'anion dépend tout d'abord de l'acidité du milieu aqueux. Les concentrations d'aluminium dans les plans d'eau russes varient de 0,001 à 10 mg/l. Dans l'eau de mer, sa concentration est de 0,01 mg/l.

Isotopes de l'aluminium

L'aluminium naturel est presque entièrement constitué d'un seul isotope stable, 27Al, avec des traces négligeables de 26Al, l'isotope radioactif à durée de vie la plus longue avec une demi-vie de 720 000 ans, formé dans l'atmosphère lorsque les noyaux d'argon 40Ar sont divisés par des particules cosmiques de haute énergie. protons de rayons.

Propriétés chimiques

À conditions normales l'aluminium est recouvert d'un film d'oxyde fin et durable et ne réagit donc pas avec les agents oxydants classiques : H2O, O2, HNO3 (sans chauffage), H2SO4, mais réagit avec HCl. Grâce à cela, l'aluminium n'est pratiquement pas sujet à la corrosion et est donc largement demandé dans l'industrie moderne. Cependant, lorsque le film d'oxyde est détruit (par exemple, au contact de solutions de sels d'ammonium NH+, d'alcalis chauds ou suite à un amalgame), l'aluminium agit comme un métal réducteur actif. Vous pouvez empêcher la formation d'un film d'oxyde en ajoutant à l'aluminium des métaux tels que le gallium, l'indium ou l'étain. Dans ce cas, la surface de l'aluminium est mouillée par des eutectiques à bas point de fusion à base de ces métaux. Réagit facilement avec des substances simples :

• avec l'oxygène, formant de l'oxyde d'aluminium :

4Al+3O2→2Al2O3(style d'affichage (mathsf (4Al+3O_(2)flèche droite 2Al_(2)O_(3))))

• avec des halogènes (sauf le fluor), formant du chlorure, du bromure ou de l'iodure d'aluminium :

2Al+3Hal2→2AlHal3(Hal=Cl,Br,I)(displaystyle (mathsf (2Al+3Hal_(2)rightarrow 2AlHal_(3)(Hal=Cl,Br,I))))

• réagit avec d'autres non-métaux lorsqu'il est chauffé :

• avec du fluor pour former du fluorure d'aluminium :

2Al+3F2→2AlF3(style d'affichage (mathsf (2Al+3F_(2)flèche droite 2AlF_(3))))

• avec du soufre, formant du sulfure d'aluminium :

2Al+3S→Al2S3(style d'affichage (mathsf (2Al+3Srightarrow Al_(2)S_(3))))

• avec de l'azote pour former du nitrure d'aluminium :

2Al+N2→2AlN(style d'affichage (mathsf (2Al+N_(2)flèche droite 2AlN)))

• avec du carbone, formant du carbure d'aluminium :

4Al+3C→Al4C3(style d'affichage (mathsf (4Al+3Crightarrow Al_(4)C_(3))))

Le sulfure et le carbure d'aluminium sont complètement hydrolysés : Al2S3+6H2O→2Al(OH)3+3H2S(displaystyle (mathsf (Al_(2)S_(3)+6H_(2)Orightarrow 2Al(OH)_(3)+3H_(2 ) S))) Al4C3+12H2O→4Al(OH)3+3CH4(style d'affichage (mathsf (Al_(4)C_(3)+12H_(2)Orightarrow 4Al(OH)_(3)+3CH_(4))) ) Avec des substances complexes :

• avec de l'eau (après avoir retiré le film protecteur d'oxyde, par exemple par amalgame ou avec des solutions alcalines chaudes) :

2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2(style d'affichage (mathsf (2Al+6H_(2)Orightarrow 2Al(OH)_(3)+3H_(2))))

• avec des alcalis (avec formation de tétrahydroxoaluminates et autres aluminates) :

2Al+2NaOH+6H2O→2Na+3H2(displaystyle (mathsf (2Al+2NaOH+6H_(2)Orightarrow 2Na+3H_(2)))) 2Al+6NaOH→2Na3AlO3+3H2(displaystyle (mathsf (2Al+6NaOHrightarrow 2Na_(3 )AlO_(3)+3H_(2))))

• Se dissout facilement dans les acides chlorhydrique et sulfurique dilué :

2Al+6HCl→2AlCl3+3H2(style d'affichage (mathsf (2Al+6HClrightarrow 2AlCl_(3)+3H_(2)))) 2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2(style d'affichage (mathsf (2Al+3H_(2)SO_ (4)flèche droite Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2))))

• Lorsqu'il est chauffé, il se dissout dans les acides - agents oxydants qui forment des sels d'aluminium solubles :

8Al+15H2SO4→4Al2(SO4)3+3H2S+12H2O(style d'affichage (mathsf (8Al+15H_(2)SO_(4)flèche droite 4Al_(2)(SO_(4))_(3)+3H_(2)S+ 12H_ (2)O))) Al+6HNO3→Al(NO3)3+3NO2+3H2O(style d'affichage (mathsf (Al+6HNO_(3)flèche droite Al(NO_(3))_(3)+3NO_(2)+ 3H_ (2)O)))

• réduit les métaux de leurs oxydes (aluminothermie) :

8Al+3Fe3O4→4Al2O3+9Fe(style d'affichage (mathsf (8Al+3Fe_(3)O_(4)flèche droite 4Al_(2)O_(3)+9Fe))) 2Al+Cr2O3→Al2O3+2Cr(style d'affichage (mathsf (2Al+ Cr_ (2)O_(3)flèche droite Al_(2)O_(3)+2Cr)))

Production et marché

Production d'aluminium en millions de tonnes Il n'existe aucune information fiable sur la production d'aluminium avant le 19e siècle. (L'affirmation, parfois trouvée en référence à l'Histoire naturelle de Pline, selon laquelle l'aluminium était connu sous l'empereur Tibère, repose sur une interprétation incorrecte de la source). En 1825, le physicien danois Hans Christian Oersted a obtenu plusieurs milligrammes d'aluminium métallique et, en 1827, Friedrich Wöhler a pu isoler des grains d'aluminium, qui ont cependant été immédiatement recouverts dans l'air d'une fine pellicule d'oxyde d'aluminium. Jusqu’à la fin du XIXe siècle, l’aluminium n’était pas produit à l’échelle industrielle. Ce n'est qu'en 1854 qu'Henri Saint-Clair Deville (ses recherches furent financées par Napoléon III, espérant que l'aluminium serait utile à son armée) inventa la première méthode de production industrielle d'aluminium, basée sur le déplacement de l'aluminium par le sodium métallique à partir du double sodium. chlorure et aluminium NaCl AlCl3. En 1855, le premier lingot de métal pesant 6 à 8 kg fut obtenu. En 36 années d'utilisation, de 1855 à 1890, 200 tonnes d'aluminium métal ont été produites selon la méthode Saint-Clair Deville. En 1856, il obtint également de l'aluminium par électrolyse d'un chlorure de sodium-aluminium fondu. En 1885, une usine de production d'aluminium a été construite dans la ville allemande de Gmelingem, en utilisant la technologie proposée par Nikolai Beketov. La technologie de Beketov n’était pas très différente de la méthode de Deville, mais elle était plus simple et impliquait l’interaction entre la cryolite (Na3AlF6) et le magnésium. En cinq ans, cette usine a produit environ 58 tonnes d'aluminium, soit plus d'un quart de la production mondiale totale de métal par voie chimique entre 1854 et 1890. Cette méthode, inventée presque simultanément par Charles Hall aux États-Unis et Paul Héroux en France (1886), basée sur la production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans de la cryolite fondue, a jeté les bases de la méthode moderne de production d'aluminium. Depuis lors, grâce aux progrès de l’électrotechnique, la production d’aluminium s’est améliorée. Les scientifiques russes K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin et d'autres ont apporté une contribution notable au développement de la production d'alumine. La première fonderie d'aluminium en Russie a été construite l'année 1932 dans la ville de Volkhov. L'industrie métallurgique de l'URSS en 1939 a produit 47,7 mille tonnes d'aluminium, et 2,2 mille tonnes supplémentaires ont été importées. Deuxième Guerre mondiale a considérablement stimulé la production d’aluminium. Ainsi, en 1939, sa production mondiale, hors URSS, était de 620 000 tonnes, mais en 1943 elle était passée à 1,9 million de tonnes. En 1956, 3,4 millions de tonnes d'aluminium primaire étaient produites dans le monde, en 1965 - 5,4 millions de tonnes. , en 1980 - 16,1 millions de tonnes, en 1990 - 18 millions de tonnes. En 2007, 38 millions de tonnes d'aluminium primaire ont été produites dans le monde et en 2008 - 39,7 millions de tonnes. Les leaders de la production étaient :

1. Chine RPC (produit 12,60 millions de tonnes en 2007 et 13,50 millions de tonnes en 2008)
2. Russie Russie (3,96/4,20)
3. CanadaCanada (3.09/3.10)
4. États-Unis États-Unis (2,55/2,64)
5. Australie Australie (1,96/1,96)
6. Brésil Brésil (1,66/1,66)
7. Inde Inde (1,22/1,30)
8. Norvège Norvège (1,30/1,10)
9. EAU EAU (0,89/0,92)
10. Bahreïn Bahreïn (0,87/0,87)
11. Afrique du Sud Afrique du Sud (0,90/0,85)
12. Islande Islande (0,40/0,79)
13. Allemagne Allemagne (0,55/0,59)
14. Vénézuela Vénézuela (0,61/0,55)
15. Mozambique Mozambique (0,56/0,55)
16. Tadjikistan Tadjikistan (0,42/0,42)

En 2016, 59 millions de tonnes d'aluminium ont été produites sur le marché mondial, le stock est de 2,224 millions de tonnes et la production quotidienne moyenne est de 128,6 mille tonnes (2013.7). En Russie, le monopole de la production d'aluminium est la société Russian Aluminium, qui représente environ 13 % du marché mondial de l'aluminium et 16 % de l'alumine. Les réserves mondiales de bauxite sont pratiquement illimitées, c'est-à-dire qu'elles sont sans commune mesure avec la dynamique de la demande. Les installations existantes peuvent produire jusqu'à 44,3 millions de tonnes d'aluminium primaire par an. Il convient également de tenir compte du fait qu'à l'avenir, certaines applications de l'aluminium pourraient être réorientées vers l'utilisation, par exemple, de matériaux composites. Les prix de l'aluminium (sur les bourses internationales de matières premières) de 2007 à 2015 se situaient en moyenne entre 1 253 et 3 291 dollars la tonne.

Application

Largement utilisé comme matériau de construction. Les principaux avantages de l'aluminium de cette qualité sont la légèreté, la malléabilité pour l'emboutissage, la résistance à la corrosion (dans l'air, l'aluminium est instantanément recouvert d'un film Al2O3 durable, qui empêche son oxydation ultérieure), la conductivité thermique élevée et la non-toxicité de ses composés. Ces propriétés ont notamment rendu l’aluminium extrêmement populaire dans la production d’ustensiles de cuisine, de feuilles d’aluminium dans l’industrie alimentaire et pour l’emballage. Les trois premières propriétés ont fait de l’aluminium la principale matière première des industries aéronautique et aérospatiale (il a récemment été lentement remplacé par des matériaux composites, principalement la fibre de carbone). Le principal inconvénient de l'aluminium en tant que matériau structurel est sa faible résistance, c'est pourquoi, pour le renforcer, il est généralement allié avec une petite quantité de cuivre et de magnésium (l'alliage est appelé duralumin). La conductivité électrique de l'aluminium n'est que 1,7 fois inférieure à celle du cuivre, tandis que l'aluminium est environ 4 fois moins cher par kilogramme, mais en raison de sa densité 3,3 fois inférieure, pour obtenir une résistance égale, il lui faut environ 2 fois moins de poids. Il est donc largement utilisé en électrotechnique pour la fabrication de fils, leur blindage, et même en microélectronique lors du dépôt de conducteurs à la surface des cristaux de microcircuits. La conductivité électrique inférieure de l'aluminium (3,7·107 S/m) par rapport au cuivre (5,84·107 S/m), afin de maintenir la même résistance électrique, est compensée en augmentant la section transversale des conducteurs en aluminium. . L'inconvénient de l'aluminium en tant que matériau électrique est la formation d'un film d'oxyde diélectrique résistant sur sa surface, ce qui rend le soudage difficile et, en raison de la détérioration de la résistance de contact, provoque un échauffement accru au niveau des connexions électriques, ce qui, à son tour, affecte négativement la fiabilité du contact électrique et l'état de l'isolation. Ainsi, notamment, la 7e édition du Règlement d'installation électrique, adoptée en 2002, interdit l'utilisation de conducteurs en aluminium d'une section inférieure à 16 mm².

• En raison de ses propriétés complexes, il est largement utilisé dans les équipements de chauffage.
• L'aluminium et ses alliages ne deviennent pas cassants à des températures ultra-basses. Pour cette raison, il est largement utilisé dans la technologie cryogénique. Cependant, il existe un cas connu de tuyaux cryogéniques en alliage d'aluminium devenus cassants en raison de leur flexion sur des noyaux de cuivre lors du développement du lanceur Energia.
• La haute réflectivité, combinée au faible coût et à la facilité de dépôt sous vide, fait de l’aluminium le matériau optimal pour fabriquer des miroirs.
• En production matériaux de construction comme agent générateur de gaz.
• L'aluminisation confère une résistance à la corrosion et au tartre à l'acier et à d'autres alliages, par exemple les soupapes des moteurs à combustion interne à piston, les aubes de turbine, les plates-formes pétrolières, les équipements d'échange de chaleur, et remplace également la galvanisation.
• Le sulfure d'aluminium est utilisé pour produire du sulfure d'hydrogène.
• Des recherches sont en cours pour développer la mousse d'aluminium comme matériau particulièrement résistant et léger.

En tant qu'agent réducteur

• En tant que composant de la thermite, mélanges pour l'aluminothermie.
• En pyrotechnie.
• L'aluminium est utilisé pour récupérer les métaux rares de leurs oxydes ou halogénures.
• Utilisation limitée comme protecteur pour la protection anodique.

Alliages d'aluminium

Le matériau de structure habituellement utilisé n'est pas de l'aluminium pur, mais différents alliages basé sur cela. La désignation des séries d'alliages dans cet article est donnée pour les États-Unis (norme ANSI H35.1) et conformément au GOST russe. En Russie, les principales normes sont GOST 1583 « Alliages d'aluminium moulés ». Conditions techniques" et GOST 4784 "Aluminium et alliages d'aluminium déformables. Timbres." Il existe également le marquage UNS et une norme internationale pour les alliages d'aluminium et leur marquage ISO R209 b.

• Aluminium-magnésium Al-Mg (ANSI : série 5xxx pour les alliages corroyés et 5xx.x pour les alliages pour pièces moulées façonnées ; GOST : AMg). Les alliages du système Al-Mg se caractérisent par une combinaison de résistance satisfaisante, d'une bonne ductilité, d'une très bonne soudabilité et d'une résistance à la corrosion. De plus, ces alliages se caractérisent par une résistance élevée aux vibrations.

Dans les alliages de ce système contenant jusqu'à 6 % de Mg, un système eutectique de composé Al3Mg2 avec une solution solide à base d'aluminium est formé. Les plus utilisés dans l'industrie sont les alliages contenant du magnésium de 1 à 5 %. Une augmentation de la teneur en magnésium de l'alliage augmente considérablement sa résistance. Chaque pourcentage de magnésium augmente la résistance à la traction de l'alliage de 30 MPa et la limite d'élasticité de 20 MPa. Dans ce cas, l'allongement relatif diminue légèrement et est compris entre 30 et 35 %. Les alliages avec une teneur en magnésium allant jusqu'à 3 % (en poids) sont structurellement stables à température ambiante et élevée, même à l'état fortement durci. Avec une concentration croissante de magnésium à l’état écroui, la structure de l’alliage devient instable. De plus, une augmentation de la teneur en magnésium supérieure à 6 % entraîne une détérioration de la résistance à la corrosion de l'alliage. Pour améliorer les caractéristiques de résistance, les alliages du système Al-Mg sont alliés avec du chrome, du manganèse, du titane, du silicium ou du vanadium. Ils essaient d'éviter l'inclusion de cuivre et de fer dans les alliages de ce système, car ils réduisent leur résistance à la corrosion et leur soudabilité.

• Aluminium-manganèse Al-Mn (ANSI : série 3xxx ; GOST : AMts). Les alliages de ce système ont une bonne résistance, ductilité et fabricabilité, une résistance élevée à la corrosion et une bonne soudabilité.

Les principales impuretés des alliages du système Al-Mn sont le fer et le silicium. Ces deux éléments réduisent la solubilité du manganèse dans l’aluminium. Pour obtenir une structure à grains fins, les alliages de ce système sont alliés au titane. La présence d'une quantité suffisante de manganèse assure la stabilité de la structure du métal travaillé à froid à température ambiante et élevée.

• Aluminium-cuivre Al-Cu (Al-Cu-Mg) (ANSI : séries 2xxx, 2xx.x ; GOST : AM). Les propriétés mécaniques des alliages de ce système à l'état renforcé thermiquement atteignent, et parfois dépassent, les propriétés mécaniques des aciers à faible teneur en carbone. Ces alliages sont de haute technologie. Cependant, ils présentent également un inconvénient important : une faible résistance à la corrosion, ce qui conduit à la nécessité d'utiliser des revêtements protecteurs.

Le manganèse, le silicium, le fer et le magnésium peuvent être utilisés comme additifs d'alliage. De plus, ce dernier a l'effet le plus fort sur les propriétés de l'alliage : l'alliage avec du magnésium augmente considérablement les limites de résistance et d'élasticité. L'ajout de silicium à l'alliage augmente sa capacité à subir un vieillissement artificiel. L'alliage avec le fer et le nickel augmente la résistance thermique des alliages de la deuxième série. Le durcissement à froid de ces alliages après trempe accélère le vieillissement artificiel et augmente également la résistance mécanique et la résistance à la corrosion sous contrainte.

• Alliages du système Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) (ANSI : séries 7xxx, 7xx.x). Les alliages de ce système sont appréciés pour leur très haute résistance et leur bonne fabricabilité. Le représentant du système - l'alliage 7075 est le plus résistant de tous les alliages d'aluminium. L'effet d'un durcissement aussi élevé est obtenu grâce à la solubilité élevée du zinc (70 %) et du magnésium (17,4 %) à des températures élevées, qui diminue fortement lors du refroidissement.

Cependant, un inconvénient majeur de ces alliages est leur résistance extrêmement faible à la corrosion sous contrainte. La résistance à la corrosion des alliages sous contrainte peut être augmentée par un alliage avec du cuivre. Impossible de ne pas noter un schéma découvert dans les années 60 : la présence de lithium dans les alliages ralentit le vieillissement naturel et accélère le vieillissement artificiel. De plus, la présence de lithium réduit la densité de l'alliage et augmente considérablement son module élastique. Suite à cette découverte, de nouveaux systèmes d’alliages Al-Mg-Li, Al-Cu-Li et Al-Mg-Cu-Li ont été développés.

• Les alliages aluminium-silicium (silumines) sont les mieux adaptés à la coulée. Des cas de divers mécanismes en sont souvent issus.
• Alliages complexes à base d'aluminium : avial.

L'aluminium comme additif à d'autres alliages

L'aluminium est un composant important de nombreux alliages. Par exemple, dans les bronzes d’aluminium, les principaux composants sont le cuivre et l’aluminium. Dans les alliages de magnésium, l’aluminium est le plus souvent utilisé comme additif. Pour la fabrication de spirales dans les appareils de chauffage électrique, du féchral (Fe, Cr, Al) est utilisé (avec d'autres alliages). L'ajout d'aluminium aux aciers dits « de décolletage » facilite leur traitement, en donnant une nette rupture de la pièce finie de la barre à la fin du processus.

Bijoux

Lorsque l’aluminium était très cher, on en fabriquait une variété de bijoux. Ainsi, Napoléon III commanda des boutons en aluminium et, en 1889, Mendeleev reçut une balance avec des bols en or et en aluminium. La mode des bijoux en aluminium est immédiatement passée lorsque de nouvelles technologies pour leur production sont apparues, réduisant considérablement le coût. De nos jours, l’aluminium est parfois utilisé dans la fabrication de bijoux fantaisie. Au Japon, l'aluminium est utilisé dans la fabrication de bijoux traditionnels, remplaçant l'argent.

Coutellerie

Sur ordre de Napoléon III, des couverts en aluminium furent fabriqués, qui furent servis lors des dîners de cérémonie pour lui et les invités les plus honorés. D'autres invités utilisaient des ustensiles en or et en argent. Ensuite, les couverts en aluminium se sont généralisés ; au fil du temps, l'utilisation d'ustensiles de cuisine en aluminium a considérablement diminué, mais on ne les voit encore aujourd'hui que dans certains établissements de restauration - malgré les déclarations de certains experts sur la nocivité de l'aluminium pour la santé humaine. De plus, ces appareils perdent avec le temps leur aspect attrayant en raison des rayures et leur forme en raison de la douceur de l'aluminium. Les ustensiles de l'armée sont en aluminium : cuillères, casseroles, flacons.

Fabrication du verre

Le fluorure, le phosphate et l'oxyde d'aluminium sont utilisés dans la fabrication du verre.

Industrie alimentaire

L'aluminium est enregistré comme additif alimentaire E173.

Industrie militaire

Le faible coût et le poids du métal ont conduit à son utilisation généralisée dans la production d'armes légères, en particulier de mitrailleuses et de pistolets.

L'aluminium et ses composés dans la technologie des fusées

L'aluminium et ses composés sont utilisés comme propulseur très efficace dans les propulseurs de fusée à deux propulseurs et comme composant combustible dans les propulseurs de fusée à solide. Les composés d'aluminium suivants présentent le plus grand intérêt pratique en tant que carburant pour fusée :

• Aluminium en poudre comme carburant dans les propulseurs solides pour fusées. Il est également utilisé sous forme de poudre et de suspensions dans les hydrocarbures.
• Hydrure d'aluminium.
• Boranate d'aluminium.
• Triméthylaluminium.
• Triéthylaluminium.
• Tripropylaluminium.

Le triéthylaluminium (généralement mélangé avec du triéthylbore) est également utilisé pour l'allumage chimique (comme carburant de démarrage) dans les moteurs de fusée, car il s'enflamme spontanément dans l'oxygène gazeux. Les carburants pour fusées à base d'hydrure d'aluminium, selon le comburant, présentent les caractéristiques suivantes :

L'énergie de l'aluminium

L'énergie de l'aluminium utilise l'aluminium comme vecteur d'énergie secondaire universel. Ses utilisations à ce titre :

• Oxydation de l'aluminium dans l'eau pour produire de l'hydrogène et de l'énergie thermique.
• Oxydation de l'aluminium avec l'oxygène de l'air pour produire de l'électricité dans des générateurs électrochimiques air-aluminium.

L'aluminium dans la culture mondiale

• Dans le roman de N. G. Chernyshevsky « Que faire ? (1862-1863) l'un des personnages principaux décrit dans une lettre son rêve - une vision du futur dans lequel les gens vivent, se détendent et travaillent dans des bâtiments à plusieurs étages en verre et en aluminium ; Les sols, plafonds et meubles sont en aluminium (à l'époque de N.G. Chernyshevsky, l'aluminium commençait tout juste à être découvert).
• Les concombres en aluminium sont l'image et le titre d'une chanson de Viktor Tsoi de 1987.

Toxicité

Malgré sa large répartition dans la nature, pas un seul Être vivant n'utilise pas l'aluminium dans le métabolisme - c'est un métal mort. Il a un léger effet toxique, mais de nombreux composés inorganiques d'aluminium solubles dans l'eau restent longtemps dissous et peuvent avoir effets nuisibles sur les humains et les animaux à sang chaud par l'eau potable. Les plus toxiques sont les chlorures, les nitrates, les acétates, les sulfates, etc. Pour l'homme, les doses suivantes de composés d'aluminium (mg/kg de poids corporel) ont un effet toxique en cas d'ingestion :

• acétate d'aluminium - 0,2-0,4;
• hydroxyde d'aluminium - 3,7-7,3;
• alun d'aluminium - 2,9.

Affecte principalement le système nerveux (s'accumule dans les tissus nerveux, entraînant de graves troubles du système nerveux central). Cependant, la neurotoxicité de l'aluminium est étudiée depuis le milieu des années 1960, puisque l'accumulation du métal dans le corps humain est empêchée par son mécanisme d'élimination. DANS conditions normales jusqu'à 15 mg de l'élément par jour peuvent être excrétés dans l'urine. En conséquence, l'effet négatif le plus important est observé chez les personnes présentant une insuffisance rénale excrétrice. En Russie, la norme relative à la teneur en aluminium de l'eau potable est de 0,2 mg/l. Dans ce cas, ce MPC peut être augmenté à 0,5 mg/l par le médecin hygiéniste en chef de l'État du territoire concerné pour un système d'approvisionnement en eau spécifique. Certaines études biologiques ont impliqué la consommation d'aluminium comme facteur dans le développement de la maladie d'Alzheimer, mais ces études ont ensuite été critiquées et le lien entre les deux a été réfuté. Les composés d'aluminium peuvent également stimuler le cancer du sein lors de l'utilisation d'antisudorifiques au chlorure d'aluminium. Mais il y a moins de preuves scientifiques pour étayer cette affirmation que le contraire.

voir également

• Anodisation
• Oxydation
• Aluminium. Treizième élément
• Institut international de l'aluminium

Remarques

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Liens

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• L'aluminium chez Webelements
• L'aluminium à la bibliothèque populaire d'éléments chimiques
• Aluminium dans les dépôts
• Histoire, production et utilisations de l'aluminium
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• GN 2.1.5.1315-03 Concentrations maximales admissibles (MAC) de produits chimiques dans l'eau des plans d'eau destinés à un usage domestique, potable et culturel.
• GOST R 55375-2012. Aluminium primaire et alliages à base de celui-ci. Timbres
• Film documentaire "Aluminium"

Et quelques autres éléments. Cependant, tous ces éléments ne sont pas actuellement extraits des minerais d’aluminium et utilisés pour les besoins de l’économie nationale.

La roche la plus utilisée est l'apatite-néphéline, à partir de laquelle sont obtenus les engrais, l'alumine, la soude, la potasse et quelques autres produits ; il n'y a presque pas de décharges.

Lors du traitement de la bauxite par la méthode Bayer ou par frittage, il reste encore beaucoup de boues rouges dans la décharge, utilisation rationnelle qui mérite une grande attention.

On a dit plus tôt que pour produire 1 tonne d'aluminium, il fallait dépenser beaucoup d'électricité, ce qui représente un cinquième du coût de l'aluminium. Dans le tableau 55 montre le calcul du coût pour 1 tonne d'aluminium. Il ressort des données présentées dans le tableau que les éléments de coût les plus importants sont les matières premières et les matériaux de base, l'alumine représentant près de la moitié de tous les coûts. Par conséquent, la réduction du coût de l’aluminium devrait principalement aller dans le sens d’une réduction du coût de production de l’alumine.

Théoriquement, il faut consommer 1,89 tonne d’alumine pour 1 tonne d’aluminium. Le dépassement de cette valeur lors de la consommation réelle est une conséquence des pertes principalement dues à l'atomisation. Ces pertes peuvent être réduites de 0,5 à 0,6 % en automatisant le chargement de l'alumine dans les bains. Réduction des coûtsl'alumine peut être obtenue en réduisant les pertes à toutes les étapes de sa production, notamment dans les boues résiduaires, lors du transport des solutions d'aluminate et, ainsi que lors de la calcination de l'alumine ; grâce aux économies obtenues grâce à une meilleure utilisation de la vapeur d'échappement (des auto-évaporateurs) et à une utilisation complète de la chaleur des gaz résiduaires. Ceci est particulièrement important pour la méthode en autoclave, où les coûts de vapeur sont importants.

Introduction d'une lixiviation et d'une torsion continues ; les raffineries d'alumine avancées ont permis d'automatiser de nombreuses opérations, ce qui a contribué à réduire la consommation de vapeur et d'électricité, à augmenter la productivité du travail et à réduire le coût de l'aluminium. Cependant, beaucoup plus peut être fait dans ce sens. Sans renoncer à la recherche de bauxites à haute teneur, dont le passage réduira fortement le coût de l'alumine, il convient de rechercher les moyens d'utiliser de manière globale les bauxites ferrugineuses et les boues rouges dans la métallurgie ferreuse. Un exemple est l'utilisation complexe des roches apatite-néphéline.

Le coût des sels fluorés est de 8 %. Ils peuvent être réduits en éliminant soigneusement les gaz des bains d'électrolytes et en piégeant les composés fluorés. Les gaz anodiques aspirés du bain contiennent jusqu'à 40 mg/m 3 de fluor, environ 100 mg/m 3 de résine et 90 mg/m 3 de poussière (AlF 3 , Al 2 O 3, Na 3 AlF 6). Ces gaz ne doivent pas être rejetés dans l'atmosphère,puisqu'ils contiennent des substances précieuses, ils sont en outre toxiques. Ils doivent être nettoyés de la poussière précieuse et également rendus inoffensifs afin d'éviter d'empoisonner l'atmosphère de l'atelier et des zones adjacentes à l'usine. À des fins de purification, les gaz sont lavés avec des solutions de soude faibles dans des purificateurs de gaz à tour (épurateurs).

Avec une parfaite organisation des processus de purification et de neutralisation, il devient possible de réinjecter une partie des sels fluorés (jusqu'à 50 %) dans la production et ainsi de réduire le coût de l'aluminium de 3 à 5 %.

Une réduction significative du coût de l'aluminium peut être obtenue grâce à l'utilisation de sources d'électricité moins chères et à l'introduction généralisée rapide de convertisseurs de courant à semi-conducteurs plus économiques (en particulier ceux au silicium), ainsi qu'en réduisant directement la consommation d'énergie. Ce dernier peut être atteint en concevant des bains plus avancés avec moins de perte de tension dans tout ou partie de leurs éléments, ainsi qu'en sélectionnant des électrolytes plus conducteurs électriquement (la résistance de la cryolite est trop élevée et une énorme quantité d'électricité se transforme en excès de chaleur, qui ne peut pas encore être utilisé rationnellement). Et ce n'est pas un hasard si les bains à anodes cuites commencent à être de plus en plus utilisés, puisque la consommation d'énergie de ces bains est bien moindre.

Le personnel de maintenance des ateliers d'électrolyse joue un rôle majeur dans la réduction de la consommation énergétique. Le maintien d'une distance interpolaire normale, le maintien de contacts électriques propres en divers endroits du bain, la réduction du nombre et de la durée des effets d'anode, le maintien d'une température normale de l'électrolyte et un contrôle attentif de la composition de l'électrolyte permettent de réduire considérablement la consommation d'énergie.

Les équipes avancées des ateliers d'électrolyse des alumineries, après avoir étudié les fondements théoriques du procédé et les caractéristiques des bains qu'ils desservent, surveillant attentivement l'avancement du procédé, ont la possibilité d'augmenter la quantité de métal produite par unité d'électricité consommée avec excellente qualité et, par conséquent, augmentent l'efficacité de la production d'aluminium.

Le facteur le plus important pour réduire les coûts et augmenter la productivité du travail est la mécanisation des processus à forte intensité de main-d'œuvre dans les ateliers d'électrolyse des alumineries. Dans ce domaine, des progrès significatifs ont été réalisés dans les alumineries nationales au cours des dernières décennies : l'extraction de l'aluminium des bains a été mécanisée ; Des mécanismes efficaces et pratiques ont été introduits pour poinçonner la croûte d'électrolyte et retirer et enfoncer les broches. Il est cependant nécessaire et possibledans une plus grande mesure, mécaniser et automatiser les processus dans les alumineries. Ceci est facilité par une nouvelle augmentation de la puissance des électrolyseurs et le passage des processus périodiques aux processus continus.

DANS dernières années L’utilisation intégrée des minerais d’aluminium s’est améliorée à mesure que certaines alumineries ont commencé à extraire les oxydes de vanadium et le gallium métallique des déchets.

Il a été découvert en 1875 par la méthode spectrale. Quatre ans plus tôt, D.I. Mendeleïev avait prédit ses propriétés fondamentales avec une grande précision (en l'appelant eka-aluminium). a une couleur blanc argenté et un point de fusion bas (+30° C). Un petit morceau de gallium peut être fondu dans la paume de votre main. Parallèlement à cela, le point d’ébullition du gallium est assez élevé (2 230°C), c’est pourquoi il est utilisé pour les thermomètres à haute température. De tels thermomètres à tubes de quartz sont applicables jusqu'à 1300° C. Le gallium est proche du plomb en termes de dureté. La densité du gallium solide est de 5,9 g/cm3, celle du gallium liquide est de 6,09 g/cm3.

Le gallium est dispersé dans la nature, les plus riches sont inconnus. On le trouve en centièmes et millièmes de pour cent dans les minerais d'aluminium, la mélange de zinc et les cendres de certains charbons. Les résines des usines à gaz contiennent parfois jusqu'à 0,75 % de gallium.

Le gallium est nettement plus toxique et tous les travaux d'extraction doivent donc être effectués dans le respect d'une hygiène rigoureuse.

Dans l'air sec aux températures ordinaires, le gallium ne s'oxyde presque pas : lorsqu'il est chauffé, il se combine vigoureusement avec l'oxygène, formant l'oxyde blanc Ga 2 O 3. A côté de cet oxyde de gallium, dans certaines conditions, d'autres oxydes de gallium (GaO et Ga 2 O) se forment également. L'hydroxyde de gallium Ga(OH) 3 est amphotère et donc facilement soluble dans les acides et les alcalis, avec lesquels il forme des gallates, dont les propriétés sont similaires à celles des aluminates. À cet égard, lors de la production d'alumine à partir de minerais d'aluminium, le gallium, avec l'aluminium, entre en solution et l'accompagne ensuite dans toutes les opérations ultérieures. Une certaine concentration accrue de gallium est observée dans l'alliage anodique lors du raffinage électrolytique de l'aluminium, dans les solutions d'aluminate en circulation lors de la production d'alumine par la méthode Bayer et dans les liqueurs mères restant après une carbonisation incomplète des solutions d'aluminate.

Ainsi, sans perturber le schéma de redistribution, il est possible d'organiser l'extraction du gallium dans les ateliers d'alumine et d'affinage des alumineries. Les solutions d'aluminate recyclées pour l'extraction du gallium peuvent être périodiquement carbonisées en deux étapes. Tout d'abord, lors d'une carbonisation lente, environ 90 % de l'aluminium est précipité et la solution est filtrée, qui est ensuite carbonisée à nouveau afin de précipiter le gallium restant en solution sous forme d'hydroxydes. Le précipité ainsi obtenu peut contenir jusqu'à 1,0 % de Ga 2 O 3 .

Une partie importante de l'aluminium peut être précipitée à partir de la liqueur mère d'aluminate sous forme de sels de fluorure. Pour ce faire, de l'acide fluorhydrique est mélangé à une solution d'aluminate contenant du gallium. Au pH<2,5 из раствора осаждается значительная часть алюминия в виде фторида и криолита (Na 3 AlF 6). Галлий и часть алюминия остаются в растворе.

Lorsqu'une solution acide est neutralisée avec de la soude jusqu'à pH = 6, le gallium et .

Une séparation plus poussée de l'aluminium et du gallium peut être obtenuechauffer en traitant les sédiments d'hydrate d'aluminium-gallium dans un autoclave avec du lait de chaux contenant une petite quantité d'hydroxyde de sodium ; dans ce cas, le gallium passe en solution,et la majeure partie de l'aluminium reste dans les sédiments. Le gallium est ensuite précipité de la solution avec du dioxyde de carbone. Le précipité résultant contient jusqu'à 25 % de Ga 2 O 3. Ce précipité est dissous dans de la soude caustique à un rapport caustique de 1,7 et traité avec Na 2 S pour éliminer les métaux lourds, notamment le plomb. La solution purifiée et clarifiée est soumise à une électrolyse à 60-75°C, une tension de 3-5 V et une agitation constante de l'électrolyte. Les cathodes et anodes doivent être en acier inoxydable.

D'autres procédés de concentration de l'oxyde de gallium à partir de solutions d'aluminate sont également connus. Ainsi, à partir de l'alliage anodique contenant 0,1 à 0,3 % de gallium restant après le raffinage électrolytique de l'aluminium selon la méthode à trois couches, ce dernier peut être isolé en traitant l'alliage avec une solution alcaline chaude. Dans ce cas, le gallium passe en solution et reste dans le sédiment.

Pour obtenir des composés de gallium purs, on utilise la capacité du chlorure de gallium à se dissoudre dans l'éther.

S'il est présent dans les minerais d'aluminium, il s'accumulera constamment dans les solutions d'aluminate et, avec une teneur supérieure à 0,5 g/l de V 2 O 5, précipitera avec l'hydrate d'aluminium lors de la carbonisation et contaminera l'aluminium. Pour éliminer le vanadium, les liqueurs mères sont évaporées jusqu'à une densité de 1,33 g/cm 3 et refroidies à 30°C, et une boue contenant plus de 5 % de V 2 O 5 tombe, ainsi que de la soude et d'autres composés alcalins de phosphore et l'arsenic, à partir duquel il peut être isolé d'abord par un traitement hydrochimique complexe puis par électrolyse d'une solution aqueuse.

La fusion de l'aluminium, en raison de sa capacité thermique élevée et de sa chaleur latente de fusion (392 J/g), nécessite une consommation d'énergie élevée. C'est pourquoi l'expérience des usines d'électrolyse qui ont commencé à produire des bandes et du fil machine directement à partir d'aluminium liquide (sans coulée en lingots) mérite d'être diffusée. De plus, un effet économique important peut être obtenu grâce à la production de divers alliages destinés à la consommation de masse à partir d'aluminium liquide dans les fonderies d'installations d'électrolyse, et

Gallium histoire de la découverte de l'élément A propos de l'élément de numéro atomique 31, la plupart des lecteurs se souviennent seulement qu'il s'agit de l'un des trois éléments...