Как и где добывают алюминий

Мы часто используем в хозяйстве алюминиевую фольгу, готовим в алюминиевой посуде, пьем газированные напитки из алюминиевых банок. Многие имеют представление о физических и химических свойствах алюминия. Не секрет, что этот легкий серебристый металл сегодня востребован в различных отраслях промышленности от пищевой до космической. При этом мало кто знает, как добывают алюминий в природе, и насколько сложен процесс получения.

Из какого минерала добывают алюминий

Алюминий считается активным металлом. Из-за высокой химической активности его атомы образуют соединения с другими веществами. В чистом виде этот «крылатый металл», в природных условиях, на планете Земля практически не встречается. Основное исходное вещество, которое используется в производстве чистого алюминия - глинозем. Это сырьё представляет собой технический оксид алюминия Al203 – кристаллический порошок белого цвета. Источник получения исходного материала – алюминиевая руда. В земной коре её около 9 %.

Виды и свойства алюминиевой руды

В мире существует несколько видов алюминиевых руд. Мировые производители алюминия чаще используют 3 вида:

• Бокситы;
• Алуниты;
• Нефелиновые сиениты;

Бокситы содержат глинозем в наибольшем количестве, по сравнению с алунитовыми и нефелиновыми породами (от 40% до 60%), поэтому более востребованы в алюминиевом производстве. Эта алюминиевая руда состоит из гидратов оксида алюминия, оксидов железа и кремния. Горная порода считается качественной, если содержит более 50% оксида алюминия. Бокситы бывают твердыми и рассыпчатыми, плотными и рыхлыми. В зависимости от примесей отличаются по цвету. Красно-кирпичные, рыжие и коричневые «говорят» о наличии оксида железа. Светлые (розовые, серо-белые) свидетельствуют о небольшом содержании окиси железа. Из 4-5 тонн бокситов выходит 2 тонны глинозема и как конечный результат – 1 тонна алюминия. Бокситную руду перемалывают в порошок, отделяют кремниевые добавки под воздействием пара и получают готовое сырьё для выплавки.

За 130-летнюю историю открытия алюминия, ученым так и не удалось понять происхождение алюминиевой руды, в частности бокситов. Либо это остаточный продукт, который получился после растворения некоторых известняков; либо осадок в результате распада алюминиевых, железных и титановых солей или же боксит образовался под воздействием выветривания, переноса и отложения древних пород.

В отличие от бокситов, на которых базируется вся мировая алюминиевая промышленность, алуниты и нефелины не столь популярны у производителей «крылатого металла».

Алуниты имеют пористую структуру, так как формируются под воздействием гидротермальной и вулканической активности. Содержат в себе до 40% оксидных соединений алюминия и различные добавки.

Нефелины – это щелочные образования, которые возникают по причине высокой температуры магмы. Руда не вызывает особого интереса у добытчиков, так как признана наиболее бедной по содержанию глинозема. Вести её разработку не рентабельно, так как из одной единицы кристаллических образцов выходит лишь 25% глинозема.

Способы добычи алюминия

Алюминий сравнительно молодой металл. Способ получения разработан в 1886 году, а промышленное производство началось только в начале 20 века. С годами технология добычи алюминия совершенствовалась. Современная геологоразведка быстро определяет залежи алюминиевых руд, имея представление о происхождении и условиях формирования, которые влияют на структуру и состав минералов. Если месторождение признаётся рентабельным, определяются способы добычи алюминиевой руды.

При неглубоком залегании алюминиевых пород, добыча ведётся открытым способом. Выбор метода зависит от вида и структуры минералов.

• Кристаллические породы (бокситы и нефелины)– срезают фрезерным методом с помощью карьерного комбайна. В зависимости от модели машины, за один раз можно снять пласт толщиной 60 см. Для безопасности оператора комбайна, толща породы разрабатывается постепенно, образуя полки после полного прохода одного слоя.
• Рыхлые породы (алуниты) – срезают карьерными экскаваторами,  сразу же грузят в самосвалы для дальнейшей транспортировки.

Добыча алюминия в России преимущественно ведётся закрытым способом на шахтах. Этим методом добывается 80% общей массы алюминиевой руды в нашей стране.

Транспортировка и обработка

Горно-обогатительные комбинаты, которые осуществляют первичную переработку исходного сырья, как правило, возводят рядом с местом разработки. Для подачи руды на обогащение используются ленточные транспортёры. Если обогатительная фабрика расположена далеко от природного месторождения, сырьё транспортируют самосвалами.

Следующий этап – подготовка породы для переработки в глинозем (оксид алюминия)

1. Руду перемещают в цех подготовки сырья при помощи ленточного транспортёра, где специальные дробильные аппараты разобьют минералы на фракции размером 110 мм;
2. Осуществляют подачу руды и необходимых химических добавок для дальнейшей переработки на второй участок подготовительного цеха;
3. Производят спекание породы в печках.

На данном этапе возможна гидрометаллургическая обработка выщелачиванием. После стадии декомпозиции получают алюминиевую пульпу, которую выпаривают от жидкости, очищают от ненужных щелочей и отправляют на прокалку в печи. В результате такого сложного технологического процесса образуется сухой глинозем – ключевое сырье для получения алюминия путём электролиза. Производство алюминия, требует расхода большого количества электроэнергии. На этот счёт российская алюминиевая промышленность имеет преимущества. Это сравнительно низкие цены на электроэнергию и близость электростанций к электролизным производствам.

Добыча алюминия в мире по странам

Основные месторождения боксита сосредоточены в тропических и субтропических зонах. 73% мировых запасов руды приходится на 5 стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. Общие мировые запасы разведанных бокситов - более 30 миллиардов тонн. 7,4 млрд. тонн – в Гвинеи. Эта африканская страна обладает самыми крупными месторождениями высококачественных бокситов, с содержанием глинозема 50-60% и кремнезема 1-3%. Они залегают практически на поверхности, поэтому разработки ведутся открытым способом. 20% мирового производства алюминия с использованием гвинейских бокситов.    

Страны лидеры по добыче алюминия

• Китай – 86,5 млн. тонн;
• Австралия – 81,7 млн. тонн;
• Бразилия – 30,7 млн. тонн;
• Гвинея – 19,7 млн. тонн;
• Индия – 15 млн. тонн.

К списку основных добытчиков алюминиевых руд также относится:

• Ямайка - 9,7 млн. тонн;
• Россия - 6,6 млн. тонн;
• Казахстан - 4,2 млн. тонн;
• Гайана - 1,6 млн. тонн.

Где добывают алюминий в России

Разработка месторождений алюминиевых руд в Российской Федерации ведется преимущественно закрытым способом. Руда залегает глубоко и для добычи приходится строить шахты. Самая глубокая шахта в мире  «Черёмуховская-Глубокая» (1550 м.) находится на Урале.

• Главные районы добычи алюминия (бокситы): Северно-Уральский регион; Архангельская, Свердловская, Белгородская и Ленинградская область; Республика Коми (Средне-Таманские месторождения);
• Крупнейшие мировые нефелиновые залежи в Кемеровской и Мурманской области, Кузнецком Алатау, Краснодарском крае, на Кольском полуострове и Урале;
• Запасы алунитов сосредоточены в Амурской области, Забайкалье и Приморском крае.

• Красная Шапочка (Урал) – запасов по оценкам специалистов хватит на 19 лет;
• Горностайское и Горностайско-Краснооктябрьское (Свердловская область) – объемы добычи спрогнозированы на 18 лет;
• Блиново-Каменское и Кургазакское – 10 лет.

Лидирующие позиции по разработке месторождений занимают Южно-Уральские бокситовые рудники, АО «Севуралбокситруда» и «Баксигорский глинозем».

Альтернатива добычи алюминиевых руд в РФ

Несмотря на то, что Россия входит в топ стран по добыче алюминия, занимая 6-8 место по объему извлекаемой породы, приходится ежегодно импортировать из других стран 3 млн. тонн глинозема. Месторождения бокситов в РФ характеризуются низким качеством сырья. Производимого глинозема не хватает для нужд российской алюминиевой промышленности. Кроме того отмечается неразвитость производства алюминиевых сплавов и изделий из вторсырья. Ситуация в отечественной алюминиевой отрасти может в ближайшие годы значительно улучшиться.

• Намечается снижение энергопотребление и экологической нагрузки на окружающую среду посредством внедрения новых технологий по производству алюминия и изделий из него.
• Планируются изменения за счёт ежегодной переработки 600 тыс. тонн  алюминиевого лома. Вторичный металл обходится дешевле первичного алюминия, для производства которого требуется затратить 20 тыс. кВт энергии на 1 тонну.
• Ведётся добыча полезных ископаемых на африканском континенте. На сегодняшний день «РУСАЛ» (крупнейший мировой производитель первичного алюминия и глинозема) производит 40% бокситов в республике Гвинея. Владеет компанией бокситов Киндии (3,5 млн. тонн в год), Диан-Диан (3 млн. тонн в год) и боксито-глиноземным комплексом Friguia (2,1 млн. тонн в год). Только один рудник Диан-Диан, имеет доказательные запасы бокситов 564 млн. тонн.

Подводя итоги, следует обозначить, что будущее российской алюминиевой промышленности весьма оптимистично. В ближайшее десятилетие объемы добычи руды и выплавки будут только расти. Наладится изготовление изделий из вторичного алюминия и алюминиевых сплавов.