Боксит твердость. Характеристика боксита и сферы его применения

Бокситов: , бёмит, гидрогётит, гидрогематит, алюмогётит, алюмогематит, . По внешнему виду бокситы весьма разнообразны. Цвет их обычно красный, буровато-коричневый, реже серый, белый, жёлтый, чёрный. По агрегатному состоянию выделяют бокситы плотные (каменистые), пористые, землистые, рыхлые и глиноподобные; по структурным признакам — обломочные (пелитовые, песчаниковые, гравелитовые, конгломератовые) и конкреционные (оолитовые, пизолитовые, бобовые); по текстуре — колломорфные (однородные, слоистые и т.д.). В связи с разной пористостью плотность бокситов изменяется от 1800 (рыхлые бокситы) до 3200 кг/м 3 (каменистые бокситы).

По преобладающему минеральному составу выделяют бокситы: моногидроокисные, сложенные диаспорой, бёмитом, тригидроокисные — ; смешанного состава — диаспор-бёмитовые, бёмит-гиббситовые. Имеются и более дробные разделения бокситов в зависимости от минерального состава: шамозит-бёмитовые, шамозит- гиббситовые, гиббсит-каолинитовые, гётит-шамозит-бёмитовые, каолинит-бёмитовые и др. По условиям образования бокситы делятся в основном на латеритные (остаточные) и переотложенные (осадочные). Бокситы образовались или в результате глубокой химической переработки (латеритизации) алюмосиликатных пород в условиях влажного тропического климата (латеритные бокситы) или в результате переноса продуктов латеритного выветривания и их переотложения (осадочные бокситы). В зависимости от тектонического положения выделяют бокситы платформенных и геосинклинальных областей, а также бокситы океанических островов. Бокситы образуют пластообразные и линзообразные тела изменчивой мощности, а в плане залежи линейной, изометрической и неправильной формы. Нередко залежи состоят из нескольких (в вертикальном разрезе) линз. Качество латеритных бокситов обычно высокое, в то время как осадочные бокситы могут быть от высокосортных (например, Северо-Уральские месторождения) до некондиционных (Боксонское месторождение в Бурятии).

Бокситы — главная руда для извлечения глинозёма (AL 2 О 3) и алюминия; используется в абразивной промышленности (электрокорунд), в чёрной металлургии (флюс при выплавке мартеновской стали), маложелезистые бокситы — для получения высокоглинозёмистых муллитизированных огнеупоров, быстротвердеющих глинозёмистых цементов и др. Бокситы — комплексное сырьё; они содержат Ga, а также Fe, Ti, Cr, Zr, Nb, редкоземельные элементы. В требования по качеству добываемых (товарных) бокситов определяются ГОСТом, а также договорными условиями между поставщиками и потребителями. По классификации действующего ГОСТа 972-74 бокситы разделяются на 8 марок в зависимости от весового отношения содержаний глинозёма и кремнезёма (т.н. кремнёвого модуля). Для самой низкой марки (Б-6, II сорт) кремнёвый модуль должен быть не ниже 2 при содержании глинозёма не менее 37%, у высокосортных бокситов (Б-0, Б-00) кремнёвый модуль более 10 при содержании глинозёма 50% и выше. Выделенные сорта и марки бокситы имеют свои области использования в промышленности.

Бокситы добывают открытым, реже подземным способами. Выбор технологической схемы переработки бокситов зависит от их состава. Производство алюминия из бокситов осуществляется в 2 стадии: на первой — химическими методами получают глинозём, на второй — из глинозёма путём электролиза в расплаве фтористых солей алюминия выделяют чистый металл. При получении глинозёма используют главным образом гидрохимический метод Байера, метод спекания, а также комбинированный метод Байер-спекание (параллельный и последовательный варианты). Принципиальная схема процесса Байера заключается в обработке (выщелачивании) тонкоизмельчённого боксита концентрированным раствором едкого натра, в результате чего глинозём переходит в раствор в форме алюмината натрия (NaAl 3 О 2). Из алюминатного раствора, очищенного от красного шлама, осаждают гидроокись алюминия (глинозём). Низкокачественные бокситы перерабатывают более сложным способом — методом спекания, при котором трёхкомпонентную шихту (смесь измельчённого боксита с известняком и содой) спекают при t 1250°С во вращающихся печах. Полученный спек оборотным щелочным раствором слабых концентраций. Осаждённую гидроокись отделяют и фильтруют. Параллельная комбинированная схема Байер — спекание предусматривает одновременную переработку на одном заводе высококачественных и низкосортных (высококремнистых) бокситов. Последовательная комбинированная схема этого метода включает переработку бокситов на глинозём вначале методом Байера и затем доизвлечение глинозёма из красных шлемов способом их спекания с известняком и содой. Основные бокситоносные районы (см. карту) находятся в Европейской части СССР, на Урале, в Казахстане.

В Европейской части они известны в Архангельской области (Иксинское и др.), на Среднем (Вежаю-Ворыквинское и др.) и Южном Тимане (Тимшерское, Пузлинское и др.), в Ленинградской (Тихвинское) и Белгородской (Висловское и др.) областях РСФСР. На Урале месторождения бокситов разрабатываются в Свердловской (Североуральский бокситоносный район) и Челябинской (Южно-Уральские месторождения) областях РСФСР. В пределах Северного Казахстана залежи бокситов сосредоточены в Кустанайской (Краснооктябрьское месторождение, Белинское, Аятское, Восточно-Аятское и другие месторождения) и Тургайской (Восточно-Тургайская группа месторождений) областей Казахской ССР. В восточной Сибири бокситы имеются в районе Чадобецкого поднятия Приангарья и в восточной (Боксонское).

Наиболее древние бокситы в СССР известны на Боксонском месторождении (докембрий, венд). Бокситы Северо-Уральской группы связаны с отложениями среднего девона, Среднетиманские — с отложениями среднего и верхнего девона. Бокситы Иксинского и Висловского месторождений залегают в отложениях нижнего карбона, месторождения Северного Казахстана сформировались в меловое и палеогеновое время и являются наиболее молодыми.

Крупными запасами бокситов обладает (месторождения в провинция Шаньдун, Хэнань, Ганьсу, Юньнань, Ляонин, Шэньси и др.), (месторождения Халимба, Ньирад, Искасентдьёрдь, Гант и др.), (месторождения Власеница, Дрниш, плато Лика, Биела-Липа, Обровац, Никшич, Биела-Поляна), месторождения бокситов известны также в , КНДР.

В промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах запасы бокситов на начало 1982 составляли около 22 млрд. т, в т.ч. доказанные 13,5 млрд. т. Основные запасы бокситов приходятся на территории развивающихся стран — около 75% (16,7 млрд. т), в т.ч. доказанные около 75% (10,1 млрд. т). В развитых странах месторождения высококачественных бокситов известны в виде латеритных покровов на территории Австралии; удельный вес их в общих запасах примерно 20%. Основная часть бокситовых месторождений расположена на малоисследованных территориях стран тропического пояса, поэтому предполагается, что тенденция более быстрого роста запасов по сравнению с добычей будет сохраняться.

В 1974 создана Международная ассоциация бокситодобывающих стран (International Bauxite Association). В её состав вначале вошли ,

См. также Алюминиевая промышленность.

По минералогическому составу бокситы разделяют на: 1) моногидратные – бёмитовые и диаспоровые, 2) тригидратные – гиббситовые и 3) смешанные. В этих типах руд могут присутствовать как моногидраты, так и тригидраты глинозема. В некоторых месторождениях наряду с тригидратом присутствует безводный глинозем (корунд).

Бокситы месторождений Восточной Сибири по возрасту, генезису, внешнему виду и минералогическому составу относятся к двум совершенно различным типам. Первый представляет собой своеобразные аргиллитоподобные метаморфизованные породы с неясно выраженной бобовой микроструктурой, а второй – имеет типичную бобовую структуру.

Основными компонентами бокситов являются окислы алюминия, железа, титана и кремния; окислы магния, кальция, фосфора, хрома и серы содержатся в количествах от десятых долей процента до 2%. Содержание окислов галлия, ванадия и циркония составляет тысячные доли процента.

Кроме Al 2 O 3 для бёмит-диаспоровых бокситов Восточной Сибири характерно высокое содержание SiO 2 и Fe 2 O 3 , а иногда и двуокиси титана (гиббситовый тип).

Технические требования на боксит регулируются ГОСТом, которым нормируется содержание глинозема и его отношение к кремнезему (кремневый модуль). Кроме того, ГОСТом предусматривается содержание в бокситах вредных примесей, таких как сера, окись кальция, фосфор. Эти требования в зависимости от способа переработки, типа месторождения и его технико-экономических условий для каждого месторождения могут изменяться.

В диаспор-бёмитовых бокситах Восточной Сибири характерная бобовая структура наблюдается в основном лишь под микроскопом, причем цементирующий материал преобладает над бобовинами. Среди бокситов этого типа выделяются две основные разновидности: диаспор-хлоритовая и диаспор-бёмит-гематитовая.

В месторождениях гиббситового типа преобладают бокситы с типичной бобовой структурой, среди которых выделяются: плотные, каменистые и выветрелые, разрушенные, именуемые рыхлыми. Кроме каменистых и рыхлых бокситов, значительную часть составляют глинистые бокситы и глины. Бобовая часть каменистых и рыхлых бокситов сложена в основном гематитом и магнетитом. Размеры бобовин от долей миллиметра до сантиметра. Цементирующая часть каменистых бокситов, а также разности бокситов сложены тонкозернистыми и тонкодисперсными глинистыми минералами и гиббситом, обычно окрашенными гидроокислами железа в красновато-бурые цвета.

Основными породообразующими минералами бокситов диаспор-бёмитового типа являются хлорит-дафнит, гематит, диаспор, бёмит, пирофиллит, иллит, каолинит; примеси – серицит, пирит, кальцит, гипс, магнетит, циркон и турмалин. Наличие хлорита, а также высококремнеземистых алюмосиликатов – иллита и пирофиллита обусловливает высокое содержание в бокситах кремнезема. Размеры зерен минералов от долей микрона до 0,01 мм. Минералы в бокситах находятся в тесной ассоциации, образуя тонкодисперсные смеси, и только в отдельных участках и тонких прослоях некоторые минералы образуют обособления (хлорит) или бобовины. Кроме того, часто наблюдаются различные замещения и изменения минералов, обусловленные процессами выветривания и метаморфизма.

Породообразующими минералами бокситов гиббситового типа являются тригидрат алюминия – гиббсит, гематит (гидрогематит), гётит (гидрогётит), маггемит, каолинит, галлуазит, гидрослюды, кварц, рутил, ильменит и безводный глинозем (корунд). Примеси представлены магнетитом, турмалином, апатитом, цирконом и др.

Основной минерал глинозема – гиббсит – наблюдается в виде тонкодисперсной, слабораскристаллизованной массы и реже сравнительно крупных (0,1–0,3 мм) кристаллов и зерен. Тонкодисперсный гиббсит обычно окрашен гидроокислами железа в желтоватые и бурые цвета и под микроскопом почти не поляризует. Крупные зерна гиббсита характерны для каменистых бокситов, где они образуют крустификационные каемки вокруг бобовин. Гиббсит тесно ассоциирует с глинистыми минералами.

Минералы титана представлены ильменитом и рутилом. Ильменит присутствует как в цементирующей части бокситов, так и в бобовой в виде зерен размером от 0,003–0,01 до 0,1–0,3мм. Рутил в бокситах тонкодисперсный размером от долей до 3–8 мк и

2. Изучение вещественного состава

При изучении вещественного состава бокситов, как следует из изложенного, мы имеем дело с аморфными, тонкодисперсными и тонкозернистыми минералами, находящимися в тесных парагенетических срастаниях и почти всегда окрашенных окислами и гидроокислами железа. Поэтому, чтобы произвести качественный и количественный минералогический анализ бокситов, необходимо использовать различные методы исследования.

От исходной пробы руды, измельченной до –0,5 или –1,0 мм, берут навески: одну –10 г для минералогического, вторую –10 г для химического и третью –5 г для термического анализов. Пробы диаспор-бёмитовых бокситов измельчают до 0,01–0,07 мм и гиббситовых – до 0,1–0,2 мм.

Минералогический анализ измельченной пробы производится после предварительного ее обесцвечивания, т. е. растворения окислов и гидроокислов железа в щавелевой и соляной

кислотах или спирте, насыщенном хлористым водородом. При наличии карбонатов пробы вначале обрабатываются уксусной кислотой. В полученных растворах определяются химическим путем содержания окислов железа, алюминия, кремния и титана.

Минералогический состав нерастворимого остатка можно исследовать разделением в тяжелых жидкостях после предварительной дезинтеграции и отмучивания и разделением в тяжелых жидкостях без предварительного отмучивания.

Для более полного изучения глинистых минералов применяется отмучивание (I вариант), при этом глинистые фракции могут исследоваться другими методами анализа (термическим, рентгеноструктурным) и без разделения в тяжелых жидкостях. Вариант II анализа наиболее быстрый, но менее точный.

Ниже описываются основные операции и методы анализов, применяемые при изучении вещественного состава бокситов.

Изучение под микроскопом производится в прозрачных и полированных шлифах и в иммерсионных препаратах. При лабораторном исследовании всему комплексу анализов должно предшествовать изучение бокситов в шлифах. По шлифам, приготовленным из различных образцов бокситов, выясняются минералогический состав, степень дисперсности минералов, взаимоотношение минералов друг с другом, степень выветрелости, структура и т, д. В полированных шлифах изучаются минералы окислов и гидроокислов железа, ильменит, рутил и другие рудные минералы. При этом надо учитывать, что минералы окислов и гидроокислов железа почти всегда находятся в тесной связи с глинистыми и минералами глинозема, поэтому, как показали наши исследования, их оптические свойства не всегда совпадают с данными эталонных образцов.

При исследовании минералогического состава бокситов, особенно их рыхлых разновидностей, широко используется иммерсионный метод. В иммерсионных препаратах минералогический состав изучается главным образом по оптическим свойствам минералов, а также определяется количественное соотношение минералов в пробе.

Изучение бокситовых пород под микроскопом в прозрачных и полированных шлифах и иммерсионных препаратах необходимо проводить при максимальных увеличениях. Даже при этом не всегда удается выяснить необходимые морфологические и оптические свойства минералов, характер их тонких срастаний. Эти задачи решаются только при одновременном применении электронно-микроскопического и электронографического методов исследования.

Отмучивание применяется для отделения сравнительно крупнозернистых фракций от тонкозернистых, требующих иных методов изучения. Для окрашенных бокситов (бурых, зеленоватых) этот анализ проводится только после обесцвечивания. Наиболее тонкозернистые бокситы, плотно сцементированные, отмучивают после предварительной дезинтеграции.

Дезинтеграция обесцвеченной пробы производится кипячением с пептизатором в колбочках Эрленмейера с обратным холодильником. В качестве пептизатора можно применять целый ряд реактивов (аммиак, жидкое стекло, сода, пирофосфат натрия и др.). Соотношения жидкого и твердого принимаются такими же, как и для глин. В отдельных случаях, как, например, в диаспор-бёмитовых бокситах, даже с помощью пептизатора дезинтеграция полностью не происходит. Поэтому не дезагрегированная часть дополнительно дотирается в ступке при легком нажиме резиновым пестиком.

Существуют различные методы отмучивания. Для глинистых пород они наиболее полно описаны М. Ф. Викуловой. Отмучивание бокситовых проб нами проводилось в литровых стаканах, как описано И. И. Горбуновым. На стенках делаются метки: верхняя – для 1 л, ниже от нее на 7 см – для слива частиц <1 мк и на 10 «г ниже литровой отметки – для слива частиц > 1 мк. Отмученная жидкость сливается с помощью сифона: верхний 7-сантиметровый слой через 24 ч (частицы менее 1 мк), 10-сантиметровый слой через 1 ч 22 мин (частицы 1–5 мк) и через 17 мин 10 сек (частицы 5–10 м.к). Фракции крупнее 10 мк рассеиваются на ситах. Для предотвращения засасывания суспензии с глубины ниже расчетного уровня на нижний конец сифона, опускаемого в суспензию, одевается наконечник конструкции В. А. Новикова.

Из фракции размером менее 1 мк или 5 мк в отдельных случаях с помощью суперцентрифуги (со скоростью вращения 18–20 тыс. об/мин) можно выделять фракции, обогащенные частицами размером в сотые доли микрона. Это достигается изменением скорости подачи суспензии в центрифугу. Принцип действия и применение суперцентрифуги для гранулометрического анализа описаны К. К. Никитиным.

Гравитационный анализ для бокситовых пород производится на электрических центрифугах при 2000–3000 об/мин в жидкостях удельного веса 3,2; 3,0; 2,8; 2,7; 2,5.

Разделение на мономинеральные фракции проб центрифугированием в тяжелых жидкостях без предварительного отмучивания почти не достигается. Тонкие классы (1–5 мк) даже после отмучивания плохо разделяются в тяжелых жидкостях. Происходит это, по-видимому, из-за высокой степени дисперсности, а также тончайших срастаний минералов. Таким образом, перед гравитационным анализом необходимо отмучиванием разделить пробы на классы. Тонкие классы (1–5 мк и иногда 10 мк изучаются термическим, рентгеноструктурным, микроскопическим и другими методами без разделения в тяжелых жидкостях. Из более крупных фракций в тяжелых жидкостях можно отделить диаспор от бёмита (жидкость удельного веса 3,0), пирит, ильменит, рутил, турмалин, циркон, эпидот и др. (в жидкости удельного веса 3,2), бёмит до гиббсита и каолинита (жидкость удельного веса 2,8), гиббсит от каолинита (жидкость удельного веса 2,5).

Необходимо отметить, что для лучшего разделения в тяжелых жидкостях обесцвеченные пробы или фракции после отмучивания не высушивают досуха, а заливают тяжелой жидкостью во влажном состоянии, так как высушенная проба может терять способность к диспергированию. Применение гравитационного анализа при изучении минералогического состава бокситов детально описано Е. В. Рожковой и др.

Термический анализ является одним из основных методов исследования бокситовых проб. Как известно, бокситы, сложены минералами, содержащими воду. В зависимости от изменения температуры в пробе происходят различные фазовые превращения, сопровождающиеся выделением или поглощением тепла. На этом свойстве бокситов основано применение термического анализа. Сущность метода и приемы работы описаны в специальной литературе.

Термический анализ производится различными методами, чаще всего пользуются методом кривых нагреваний и методом обезвоживания. В последнее время сконструированы установки, на которых одновременно записываются кривые нагревания и обезвоживания (потеря в весе). Термические кривые снимаются как для исходных проб, так и для отдельно выделенных из них фракций. Для примера приводятся термические кривые зеленовато-серой хлоритовой разновидности диаспорового боксита и отдельных его фракций. Здесь на термической кривой диаспоровой фракции II хорошо выражен

эндотермический эффект при температуре 560°, которому соответствуют эндотермические эффекты на кривых I и III при температурах 573 и 556°. На кривой нагревания глинистой фракции IV эндотермические остановки при 140, 652 и 1020° соответствуют иллиту. Эндотермическая остановка при 532° и слабые экзотермические эффекты при 816 и 1226° можно объяснить наличием небольшого количества каолинита. Таким образом, эндотермический эффект при 573° на исходной пробе (кривая I ) соответствует как диаспору, так и каолиниту, а при 630° – иллиту (652° на кривой IV) и хлориту. При полиминеральном составе пробы происходит наложение термических эффектов, в результате нельзя получить ясного представления о составе исходной породы без анализа составляющих частей или фракций.

В гиббситовых бокситах минералогический состав по термическим кривым определяется значительно проще. На всех термограммах отмечается эндотермический эффект в интервале от 204 до 588 ° с максимумом при 288–304°, указывающий на наличие гиббсита. В этом же интервале температур теряют воду гидроокислы железа-гётит и гидрогётит, но так как количество воды в них примерно в 2 раза меньше, чем в гиббсите, то на глубину эффекта, соответствующую гидроокислам железа, будет оказывать влияние количество гиббсита. Второй эндотермический эффект в интервале 500–752° с максимумом при 560–592° и соответствующий ему экзотермический эффект при 980–1020° характеризуют каолинит.

Присутствующие в небольших количествах в исследуемых бокситах галлуазит и мусковит на термограммах не отражаются, если не считать небольшой эндотермический эффект при 116–180°, принадлежащий, по-видимому, галлуазиту. Причиной этого являются небольшие содержания указанных минералов и наложение ряда эффектов. Кроме того, если в пробах присутствуют каолинит и слюды, то, как известно даже незначительная примесь каолинита в слюде на термограммах выражается каолинитовым эффектом.

Определение количества гиббсита можно производить по площадям первого эндотермического эффекта. Измерение площадей производится планиметром. За эталон можно принять наиболее обогащенную гиббситом пробу с максимальным содержанием глинозема и воды, наименьшим – кремнезема и окислов железа. Величина А1 2 О 3 гиббсита в других пробах определяется из расчета

где X - величина определяемого гиббситового А1 2 O 3 ;

S -площадь эндотермического гиббситового эффекта исследуемой пробы на термограмме, см 2 ,

А - содержание А1 2 O 3 эталонной пробы гиббcита;

К - площадь эталонной пробы на термограмме, см 2 .

Зависимость величин площадей эндотермического эффекта от содержания гиббсита можно выразить графически. Для этого по оси абсцисс откладываются содержания А1 2 O 3 в процентах, а по оси ординат – соответствующие площади в квадратных сантиметрах. Измерив площадь эндотермического эффекта, соответствующую гиббситу на кривой, можно подсчитать по графику содержание А1 2 O 3 в исследуемой пробе.

Метод обезвоживания основан на том, что минералам, содержащим воду, при определенных температурах свойственны потери в весе. По потерям в весе определяют количество минерала в пробе. В некоторых случаях, особенно когда температурные интервалы дегидратации минералов перекрываются, данный метод малонадежен. Поэтому его следует применять одновременно с регистрацией кривых нагревания, хотя такой комбинированный метод не всегда доступен из-за отсутствия специальных установок.

Наиболее простой метод определения потерь в весе разработан в ВИМСе. Для этого нужно иметь сушильный шкаф, муфель, термопару, торзионные весы и др. Метод работы, ход анализа и результаты его применения для глин и бокситов подробно описаны В. П. Астафьевым.

Пересчет потерь в весе при нагревании в каждом температурном интервале можно проводить не на количество минерала, как рекомендует В. П. Астафьев, а на количество А1 2 О 3 . содержащегося в этом минерале. Полученные результаты можно сопоставлять с данными химического анализа. Рекомендуемая 2-часовая выдержка при 300° для проб, обогащенных гиббситом, оказывается недостаточной. Проба достигает постоянного веса в течение 3–4 часового нагревания, т. е. когда выделится вся гиббситовая вода. В глинистых же разностях, бедных гиббситом, обезвоживание его при 300° происходит полностью за 2 ч. Потери в весе проб при различных температурах можно выразить графически, если по оси абсцисс отложить значения температур (от 100 до 800°), а по оси ординат – соответствующие им потери в весе (Н 2 О) в процентах. Результаты количественного определения минералов по методу В. П. Астафьева, обычно хорошо совпадают с результатами термического анализа по площадям эффектов и с пересчетом на минеральный состав химического анализа проб.

Химический анализ дает первое представление о качестве бокситов при исследовании их вещественного состава.

Весовое отношение глинозема к кремнезему определяет величину кремневого модуля, который является критерием качества бокситов. Чем больше этот модуль, тем лучше качество бокситов. Величина модуля для бокситов колеблется от 1,5 до 12,0. Соотношение содержания глинозема и потери в весе при прокаливании (п. п. п.) дает некоторое представление о типе боксита. Так, в гиббситовых бокситах потеря при прокаливании значительно выше, чем в диаспор-бёмитовых. В первых она колеблется в пределах от 15 до 25%, а во вторых – от 7 до 15%. Потеря при прокаливании в бокситах обычно принимается за количество Н 2 O, так как SO 3 , CO 2 и органическое вещество лишь в редких случаях встречаются в больших количествах. В диаспор-бёмитовых бокситах в виде примеси присутствуют кальцит и пирит. Сумма SO 3 и СO 2 в них составляет 1–2%. В бокситах гиббситового типа иногда присутствует органическое вещество, но количество его не превышает 1%. Для этого типа бокситов характерны высокие содержания окиси железа (10–46%) и двуокиси титана (2–9%). Железо представлено в основном в виде окиси и входит в состав гематита, гётита, магнетита и их гидратных форм. В диаспор-бёмитовых бокситах присутствует закисное железо, содержание которого колеблется от 1 до 17%. Высокое содержание его обусловлено наличием хлорита и в небольших количествах пирита. В бокситах гиббситового типа закисное железо входит в состав ильменита.

Наличие щелочей может указывать на присутствие в бокситовой породе слюд. Так, в диаспор-бёмитовых бокситах сравнительно высокое содержание щелочей (K 2 O+Na 2 O = 0,5–2,0%) объясняется наличием гидрослюд типа иллита. Окислы кальция и магния могут входить в состав карбонатов, глинистых минералов и хлорита. Содержание их обычно не превышает 1–1,5%. Хром и фосфор также составляют незначительную примесь в бокситах. Другие элементы-примеси Cr, Mn, Cu, Pb, Ni, Zn, As, Co, Ba, Ga, Zr, V в бокситах присутствуют в ничтожных количествах (тысячные и десятитысячные доли процента).

При исследовании вещественного состава бокситов также производится химический анализ отдельных мономинеральных фракций. Например, в бёмит-диаспоровых и гиббситовых фракциях определяют содержание глинозема, потери при прокаливании и примеси – кремнезем, окислы железа, магния, ванадия, галлия и двуокиси титана. Фракции, обогащенные глинистыми минералами, анализируются на содержание кремнезема, суммы щелочей, глинозема, окислов кальция, магния, железа и потерь при прокаливании. Высокие содержания кремнезема при наличии щелочей в глинистых фракциях из диаспор-бёмитовых бокситов указывают на присутствие гидрослюд типа иллита. В глинистых фракциях каолинит-гиббситовых бокситов, если отсутствуют щелочи и минералы свободного кремнезема, высокое содержание SiO 2 может указывать на высокую кремнеземистость каолинита.

По данным химического анализа, можно производить пересчет на минеральный состав. Химический анализ мономинеральных фракций пересчитывается на молекулярные количества, по которым вычисляются химические формулы исследуемых минералов. Пересчет химического состава бокситов на минералы производится для контроля других методов или как дополнение к ним. Например, если в пробе основными кремнеземсодержащими минералами являются кварц и каолинит, то, зная количество кварца, определяют оставшуюся часть кремнезема, связанного в каолините. Исходя из количества кремнезема, приходящегося на каолинит, можно подсчитать количество глинозема, необходимого для увязки его в формулу каолинита. По общему содержанию каолинита можно определить количество А1 2 O 3 , находящегося в виде гидратов глинозема (гиббсита или других). Например, химический состав боксита: 51,6% А1 2 O 3 ; 5,5% SiO 2 ; 13,2% Fe 2 O 3 ; 4,3% TiO 2 ; 24,7% п. п. п.; сумма 99,3%. Количество кварца в пробе 0,5%. Тогда количество SiO 2 в каолините будет равно разнице между общим содержанием его в пробе (5,5%) и SiO 2 кварца (0,5%), т. е. 5,0%.

а количество А1 2 О 3 , приходящегося на 5,0% SiО 2 каолинита, будет

Разница между общим содержанием А1 2 О 3 в породе (51,6) и А1 2 О 3 , приходящимся на каолинит (4,2), составляет Ai 2 О 3 гидратов глинозема, т. е. 47,4%. Зная, что в исследуемых бокситах минералом гидрата глинозема является гиббсит, по полученному для гидратов глинозема количеству А1 2 О 3 (47,4%) подсчитываем количество гиббсита, исходя из теоретического его состава (65,4% А1 2 О 3 ; 34,6% Н 2 О). В данном случае по количеству глинозема оно будет равно

Полученные данные можно контролировать по потере в весе при прокаливании, которая принимается здесь за количество Н 2 О. Так, для увязки А1 2 О 3 =47,4% в гиббсит необходимо

По химическому анализу общее содержание Н 2 0 в пробе 24,7 (п. п. п.), т. е. примерно совпадает с содержанием Н 2 0 в гиббсите. В таком случае на другие минералы (каолинит, гидроокислы железа) не остается воды. Следовательно, количество глинозема, равное 47,4%, кроме тригидрата включает в себя еще какое-то количество моногидрата или безводного глинозема. Приведенный пример показывает лишь принцип пересчета. В действительности же большинство бокситов более сложно по минералогическому составу. Поэтому при пересчете химического анализа на минералогический используются данные и других анализов. Например, в гиббситовых бокситах количество гиббсита и глинистых минералов следует подсчитывать по данным обезвоживания или термического анализа с учетом их химического состава.

Однако, несмотря на сложность минералогического состава, для некоторых бокситов возможен пересчет химического состава на минералогический.

Фазовый химический анализ. Основные принципы химического фазового анализа бокситов изложены в книге В. В. Доливо-Добровольского и Ю. В. Клименко. При изучении бокситов в Восточной Сибири выяснилось, что этот метод в каждом конкретном случае требует некоторых изменений и усовершенствований. Объясняется это тем, что породообразующие минералы бокситов, в особенности глинистые, имеют широкие пределы растворимости в минеральных кислотах.

Химический фазовый анализ для исследования бокситов проводится главным образом в двух вариантах: а) неполный химический фазовый анализ (избирательное растворение одного или группы минералов) и б) полный химический фазовый анализ.

Неполный химический фазовый анализ выполняется, с одной стороны, с целью предварительной обработки проб для последующего изучения нерастворимых остатков под микроскопом, термическим, рентгеноструктурным и другими анализами, с другой – для количественного определения одного или двух компонентов. Количество минералов определяется по разности весов до и после растворения или по пересчету химического состава растворенной части пробы.

С помощью избирательного растворения определяется количество окислов и гидроокислов железа (иногда хлорита). Вопрос обезжелезивания бокситов подробно освещен в работах ВИМСа . В бокситах диаспор-бёмитового типа окислы железа и хлориты растворяются в 6 н. НСl. В гиббситовых бокситах гидроокислы и окислы железа максимально (90–95%) извлекаются в раствор при растворении в спирте, насыщенном хлористым водородом (3 н.), при Ж: Т = 50. При этом в раствор переходит 5–10% глинозема от общего количества его в бокситах, а двуокиси титана до 40%. Обесцвечивание бокситов можно проводить в 10%-ной щавелевой кислоте при нагревании на водяной бане в течение 3–4 ч при Ж: Т= 100. В этих условиях меньше растворяются титансодержащие минералы (около 10-15% TiO 2), но больше извлекается в раствор глинозема (25–40%), при извлечении окислов железа на 80–90%. Таким образом, для максимального сохранения минералов титана при обесцвечивании бокситов нужно пользоваться 10%-ной щавелевой кислотой, а для сохранения минералов глинозема – раствором спирта, насыщенного хлористым водородом.

Карбонаты (кальцит), присутствующие в некоторых бокситах, растворяются в 10%-ной уксусной кислоте при нагревании в течение 1 ч при Ж: Т=100 (см. главу «Медистые песчаники»). Растворение их должно предшествовать обесцвечиванию бокситов.

Неполный химический фазовый анализ применяется также для количественного определения минералов глинозема. Существует несколько методов их определения, основанных на избирательном растворении. В некоторых бокситах количество гиббсита достаточно быстро можно определять растворением проб в 1 н. КОН или NaOH по методике, описанной В. В. Доливо-Добровольским и Ю. В. Клименко. Маловодные и безводные минералы глинозема – диаспор и корунд в бокситах можно определить с помощью растворения проб в плавиковой кислоте без подогрева, подобно методике определения силлиманита и андалузита, описанной нами ниже. А. А. Глаголев и П. В. Кулькин указывают, что корунд и диаспор из вторичных кварцитов Казахстана в плавиковой кислоте на холоде в течение 20 ч практически не растворяются.

Полный химический фазовый анализ, ввиду своеобразия вещественного состава бокситов и различного поведения при растворении одних и тех же минералов из разных месторождений, имеет свою специфику для каждого типа бокситов. После растворения каолинита в остатке определяют А1 2 О 3 и SiО 2 . По содержанию последнего подсчитывается количество пирофиллита, при этом надо иметь в виду, что и в самом диаспоре почти постоянно присутствует кремнезем (до 11%).

Для гиббситовых бокситов, в которых моногидратные минералы глинозема отсутствуют или составляют незначительную часть, химический фазовый анализ может быть сокращен до двух или трех стадий. По этой схеме двухкратной обработкой щелочью растворяют гиббсит. По содержанию в растворе А1 2 О 3 подсчитывается количество гиббсита в пробе. Но на примере гиббситовых бокситов Восточной Сибири выяснилось, что в отдельных пробах выщелачивается больше глинозема, чем содержится его в виде гиббсита. В этих бокситах в щелочные вытяжки, по-видимому, переходит свободный глинозем, образующийся в процессе физико-химического разложения каолинита. Учитывая особенности гиббситовых бокситов, при проведении химического фазового анализа необходимо параллельно вести анализ без обработки проб щелочью. Сначала проба растворяется в НСl удельного веса 1,19 при нагревании в течение 2 ч. В этих условиях гиббсит, окислы и гидроокислы железа полностью растворяются.

Спектральный, рентгеноструктурный и другие анализы являются очень эффективными при изучении бокситов. Как известно, спектральный анализ дает полное представление об элементарном составе руды. Производится он как для исходных проб, так и для отдельных выделенных из них фракций. Спектральным анализом в бокситах определяют содержания основных компонентов (Al, Fe, Ti, Si), а также элементов-примесей Ga, Cr, V, Mn, P, Zr и др.

Широко применяется рентгеноструктурный анализ, позволяющий определять фазовый состав различных фракций. С той же целью используются электронографические и электронно-микроскопические исследования. Сущность этих анализов, методы приготовления препаратов, способы интерпретации результатов описаны в специальной литературе. Здесь необходимо отметить, что при исследовании этими методами большое значение имеет способ приготовления пробы. Для рентгеноструктурного и электронографического методов анализа необходимо получение более или менее мономинеральных фракций, а также разделение частиц по размерам. Например, в диаспор-бёмитовых бокситах во фракции менее 1 мк рентгеноструктурным анализом обнаруживается только иллит, а электронографическим только каолинит. Обусловлено это тем, что иллит находится в виде крупных частиц, которые не поддаются исследованию электронографом (частицы крупнее 0,05 мк), а каолинит, наоборот, из-за высокой степени дисперсности обнаруживается только электронографически. Термическим анализом подтвердилось, что эта фракция представляет собой смесь иллита и каолинита.

Электронно-микроскопический метод не дает определенного ответа, так как в бокситах, особенно плотно сцементированных, естественная форма частиц после измельчения и растворения проб в кислотах не сохраняется. Поэтому просмотр под электронным микроскопом имеет вспомогательное или контролирующее значение для электронографического и рентгеноструктурного анализов. Он дает возможность судить о степени однородности и дисперсности той или иной фракции, о наличии примесей, которые могут быть отражены вышеназванными анализами.

Из других методов исследования следует отметить магнитную сепарацию. Постоянным магнитом выделяют маггемит-гематитовые бобовины.

Cтраница 1

Месторождения бокситов, пригодные для разработки, в Аргентине пока не найдены, зато открыты богатейшие залежи глины и алунита, переработкой которых на глинозем следует заняться.  

Месторождения бокситов расположены на крайнем юге страны, в горах Мландже.  

Месторождения бокситов расположены в Ленинградской области (Тихвинское месторождение), на Урале, и Красноярском краях и других районах Советского Союза.  

Месторождения бокситов имеются также в Аппалачском районе, где полоса их тянется от Алабамы до Бошетоурт в южной Виргинии; крупные залежи имеются в северо-западной части штата Джорджии и в северо-восточной части штата Алабамы, также в центральной части штата Джорджии. В Южной Америке мощные месторождения высокосортных гидрар-гиллитовых бокситов сосредоточены в Британской Гвиане, между реками Эсквпбо и границами Суринама, особенно вдоль реки Демерара. Многочисленные месторождения бокситов латеритного типа заключает в себе Африка: они имеются как на океанском по-бережьи (Гвинейский залив, о. Мадагаскар), так и внутри материка, напр, в Ньяссе.  

Месторождения бокситов Ганы простираются в восточном направлении на Того. Богатый алюминием латерит около горы Агон, который образовался над интрузиями, известен уже давно. Кроме этого месторождения, расположенного на юге страны, на крайнем севере обнаружены латериты, лежащие на голубых сланцах. Разработка месторождения пока не запланирована.  

Разведанное крупное Висловское месторождение бокситов на КМА в Белгородской области залегает пространственно близко с богатыми железными рудами на глубинах около 500 м в весьма сложных горно-гидрогеологических условиях. Освоение этого месторождения, как показывают данные ТЭО, экономически целесообразно лишь при одновременной отработке одним рудником бокситов и богатых железных руд.  

Месторождений боксита в Корее еще не найдено, но там находится, однако, обширное месторождение алунита (см. стр. Алунит предполагают добывать для переработки на глиноземных заводах.  

Месторождений бокситов, являющихся сырьем для производства алюминия, у нас в Союзе очень много; встречающиеся бокситы окрашены в различные цвета - от белого до темно-красного. Термическая активация бокситов (различных месторождений) в интервале температур 500 - 700 С до влажности 2 7 - 5 % придает им высокие адсорбционные свойства. Установлено, что при расширении температурного интервала термической активации адсорбционная способность бокситов понижается. Измельчение бокситов способствует снижению температуры их активации примерно на 100 - 150 С. В табл. 2 приведен химический состав бокситов некоторых месторождений.  

Ряд месторождений бокситов диаспор-бемитового типа открыт на Южном Урале в Челябинской области и Башкирской АССР. Южно-уральские бокситы характеризуются повышенным содержанием кремнезема и высокой твердостью. Добыча их ведется также подземным способом.  

Боксит относится к осадочным, глиноземистым горным породам. Название его произошло от французского « Ваux» - деревня в Провансе (Франция) по месту первоначальных находок.

Боксит имеет характерные признаки: структура бобовая или оолитовая, в редких случаях - афанитовая (то есть очень плотная с едва различимыми минералами) или колломорфная. Текстура массивная, по виду напоминает конгломераты или брекчиевидная.

Боксит состоит из нескольких минералов:

Гидратов глинозема (гидраргиллита, бемита, диаспора);

Глинистых минералов: хлорита, сидерита, окислов и гидроокислов железа, пирита, кварца, халцедона и др.

Так же бокситы различаются по количественным пропорциям содержащихся в нем минералов - гидратов глинозема. Классифицируют: бемит -диаспоровые, гидраргиллитовые и смешанные бокситы. Содержание Al2O3 в бокситах колеблется от 28 до 45%;Fe2O3 - от2 до 50-60%. Иногда отмечаются повышенные содержания Ga, Zr, Zn, Co, Ni, Cr, Cu, Ba и др.

Чаще всего минерал боксит представляет собой каменистую породу средней или высокой твердости. Но иногда встречаются и землистые представители, слабо связанные, которые здорово пачкают руки. Если боксит увлажнить, то он становится не пластичен. Плотность - 2,7 г/см3; удельный вес варьирует около 3. Основные цвета - красный, коричневый, серый до белого, оттенки будут зависеть от процентного содержания железа.

Бокситы залегают в виде линз, гнезд, пластообразных залежей. По происхождению различают несколько видов боксита: остаточные или латеритные, которые являются продуктами современного выветривания различных магматических пород. Чаще всего такие экземпляры обладают красноватым оттенком.

Следующий вид - коллоидно-осадочные, которые «созревают» на континентальных или пребрежно - морских зонах. Прибрежно-морские, их еще называют лагунные бокситы, чаще всего, располагаются на неровной закарстованной поверхности известняков и перекрываются слоистыми мергелями или битуминозными известняками.

КАЛЬЦИТ НА БОКСИТЕ

Континентальные разработки разделяются на четыре группы:

1) склоновые (делювиальные), которые соответственно зарождаются и залегают на склонах;

2) долинные, выстилают древние овраги, они образуют линзы среди останков ископаемых, преимущественно каолинитовых глин;

3) озерные, или котловинные, которые растут в центральных и прибрежных частях озерных котлованов. Такие бокситы так же сопровождаются каолинитовыми глинами;

4) карстовые, которые соответственно заполняют карстовые воронки и понижения в рельефе. Чаще всего они подстилаются каолинитовыми глинами, под которыми находятся карбонатные породы.

Существует несколько основные месторождений боксита: остаточные или латеритные бокситы разрабатывают в Енисейском кряже; прибрежно-морские поступают с Урала, эти же представители находят в Саянах, в Средней Азии. Основные месторождения континентальных бокситов распологаются в районе Каменска Уральского (склоновые), в Северном Казахстане (карстовые), Тихвинские (долинные). Крупные месторождения бокситов известны в Австралии, Бразилии, Гвинее, Индии, Индонезии, Вьетнаме.

Боксит является основным источником производства алюминия. Основное применение минерала - в черной металлургии в виде флюса, а также для создания искусственных красок, абразивов, сорбентов для очистки нефтепродуктов от примесей.

С древних времен ювелиры применяли боксит для производства синтетических камней. Кристаллы алюминия после очистки в электропечах, превращались в синтетический белый с . К сапфиру добавляли окислы хрома и получался красный . Из рубина изготавливали камни для часов.

В настоящее время алюминий применяется в ювелирной промышленности для изготовления браслетов, цепочек, брошей и т.д. Алюминий прекрасно сочетается с драгоценными камнями.

Боксит является основной рудой для производства алюминия. Образование залежей связано с процессом выветривания и переноса материала, в котором помимо гидроокислов алюминия находятся и другие химические элементы. Технология извлечения металла предусматривает экономически выгодный процесс промышленного производства без образования отходов.

Боксит является основной рудой для производства алюминия

Название минерального сырья для добычи алюминия происходит от названия местности во Франции, где впервые были обнаружены залежи. Боксит состоит из гидроокислов алюминия, в качестве примесей в нем находятся глинистые минералы, окислы и гидроокислы железа.

По внешнему виду боксит является каменистой, а реже — глиноподобной, породой — однородной или слоистой по текстуре. В зависимости от формы залегания в земной коре она бывают плотной или пористой. По структуре различают минералы:

• обломочные — конгломератовые, гравелиты, песчаниковые, пелитовые;
• конкреционные — бобовые, оолитовые.

Основная масса породы в виде включений содержит оолитовые образования окислов железа или глинозема. Бокситовая руда обычно бурого или кирпичного цвета, но встречаются залежи белого, красного, серого, желтого оттенков.

Главными минералами для образования руды являются:

• диаспор;
• гидрогетит;
• гетит;
• бемит;
• гиббсит;
• каолинит;
• ильменит;
• алюмогематит;
• кальцит;
• сидерит;
• слюды.

Различают бокситы платформенные, геосинклинальные и океанических островов. Месторождения алюминиевой руды образовались в результате переноса продуктов выветривания горных пород с последующим их отложением и образованием осадка.

Промышленные бокситы содержат 28-60% глинозема. При использовании руды соотношение последнего к кремнию не должно быть ниже 2-2,5.

Галерея: камень боксит (25 фото)

Боксит (видео)

Месторождения и добыча сырья

Основным сырьем промышленного производства алюминия в РФ являются бокситы, нефелиновые руды и их концентраты, сосредоточенные на Кольском полуострове.

Месторождения бокситов в России характеризуются низким качеством сырья и сложными горно-геологическими условиями добычи. В пределах государства находится 44 разведанных месторождения, среди которых эксплуатируется только четверть.

Основная добыча бокситов производится АО «Севуралбокситруда». Несмотря на запасы рудного сырья, обеспеченность перерабатывающих предприятий неравномерна. В течение 15 лет наблюдается дефицит нефелинов и бокситов, что обусловливает импорт глинозема.

Мировые запасы бокситов сосредоточены в 18 странах, находящихся в тропической и субтропической зонах. Местонахождение бокситов высшего качества приурочено к участкам выветривания алюмосиликатных горных пород во влажных условиях. Именно в этих зонах находится основная часть общемирового запаса сырья.

Самые крупные запасы сосредоточены в Гвинее. По добыче рудного сырья в мире первенство принадлежит Австралии. В Бразилии находится 6 млрд тонн запасов, во Вьетнаме — 3 млрд тонн, запасы бокситов Индии, отличающиеся высоким качеством, составляют 2,5 млрд тонн, Индонезии — 2 млрд тонн. В недрах этих стран сосредоточена основная масса руды.

Бокситы добывают открытым и подземным способом. Технологический процесс переработки сырья зависит от его химического состава и предусматривает поэтапное выполнение работ.

На первой стадии под воздействием химических реагентов образуется глинозем, а на второй — из него путем электролиза из расплава фтористых солей извлекают металлический компонент.

Для образования глинозема используют несколько методов:

• спекание;
• гидрохимический;
• комбинированный.

Применение методик зависит от концентрации алюминия в руде. Боксит низкого качества перерабатывают сложным способом. Полученную в результате спекания шихту из соды известняка и боксита выщелачивают раствором. Образованную в результате химической обработки гидроокись металла отделяют и подвергают фильтрации.

Линия для переработки бокситов (видео)

Применение минерального ресурса

Применение боксита в разных отраслях промышленного производства обусловлено универсальностью сырья по его минеральному составу и физическим свойствам. Бокситы являются рудой, из которой извлекают алюминий и глинозем.

Использование боксита в черной металлургии в качестве флюса при выплавке мартеновской стали улучшает технические характеристики продукции.

При изготовлении электрокорунда используются свойства боксита образовывать сверхстойкий, огнеупорный материал (синтетический корунд) в результате плавки в электрических печах с участием антрацита в качестве восстановителя и железных опилок.

Минерал боксит с незначительным содержанием железа применяется при изготовлении огнеупорных, быстротвердеющих цементов. Кроме алюминия из рудного сырья извлекают железо, титан, галлий, цирконий, хром, ниобий и TR (редкоземельные элементы).

Бокситы используют для производства красок, абразивов, сорбентов. Руда с невысоким содержанием железа применяется при изготовлении огнеупорных составов.