ПРОИЗВОДСТВО  АЛЮМИНИЕВЫХ  СПЛАВОВ  ИЗ  КИАНИТОВЫХ  РУД

Федоров  Сергей  Николаевич

студент  5  курса,  кафедра  металлургии  цветных  металлов  ИрГТУ,  РФ,  г.  Иркутск

Е-mail:  fedorov.sn29@mail.ru

Бажин  Владимир  Юрьевич

научный  руководитель,  д-р  техн.  наук,  декан  химико-металлургического  факультета,  Национальный  минерально-сырьевой  университет  «Горный»,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

Дефицит  бокситов  высокого  качества  является  главной  проблемой  алюминиевой  промышленности  России.  Их  мало,  также  есть  большие  трудности  с  вскрытием,  так  как  бокситы  залегают,  как  правило,  на  больших  глубинах.  Помимо  этого  производство  глинозема  из  бокситов  по  способу  Байера  и  спекания  очень  трудоемко.  Были  попытки  использования  нефелинов  и  алунитов,  запасы  которых  огромны,  в  качестве  сырья  для  производства  глинозема,  но  подобное  решение  не  оправдывает  средства  в  настоящее  время  [1,  с.  117].

Кианиты,  используемые  сегодня  в  основном  для  производства  огнеупорных  изделий,  могут  стать  заменой  бокситов  и  быть  альтернативным  решением  проблемы  дефицита  сырья  в  России.

Минерал  Al₂O₃·SiO₂  содержит  примерно  63  %  Al₂O₃.  На  западе  России  обнаружено  крупнейшие  в  мире  залежи  кианита.  В  горном  массиве  Большие  Кейвы  Мурманской  области  находятся  23  месторождения.  Запасы  руды  на  глубине  до  100  метров  составляют  966  миллионов  тонн,  а  полный  объем  месторождения  —  11  миллиардов  тонн.  Такая  глубина  дает  возможность  добывать  руду  открытым  способом,  который  не  требует  больших  затрат.

Также  известны  залежи  кианитовых  руд  в  Карелии,  Лоухском  районе  в  Хизоваарском  мес­торождении.  По  сравнению  с  Кейвским  месторождением  Хизоваарское  имеет  более  благоприятное  географическое  положение.  В  пяти  километрах  севернее  месторождения  проходит  железнодорожная  ветка.  Общая  оценка  месторождения  по  разным  данным  составляет  от  2  до  6  млрд.  тонн  [4,  с.  7].

Наше  решение  по  производству  алюминиевых  сплавов  основывается  на  карботермическом  восстановлении  кианитовых  руд.  Этот  способ  ранее  осуществлялся  в  Советском  Союзе  на  Днепровском  алюминиевом  заводе  (Запорожском  алюминиевом  комбинате  (ЗАЛК)  в  рудотермических  электропечах  мощностью  22,5  мВт).  Известны  разработки  в  области  технологии  карботермии  институтов  ВАМИ,  Гипроникеля,  Горного  института,  а  также  зарубежных  фирм  Alcoa  (США)  и  Chalco  (Китай),  в  которых  принимали  участие  известные  ученые:  Калужский  Н.А.,  Рапопорт  М.Б.,  Беляев  А.И.,  Костюков  А.А.,  Цыплаков  A.M.,  Баймаков  Ю.В.,  Кожевников  Г.Н.,  Баймаков  А.Ю.,  Бережной  И.А.,  Брусаков  Ю.И.,  Баймаков  А.Ю.

Преимущества  такого  способа  получения  силумина  перед  сплавлением  электролитического  алюминия  с  кристаллическим  кремнием  состоят  в  следующем: 

·     большая  мощность  единичного  агрегата  (печь  мощностью  в  22,5  МВА  в  30  раз  выше  мощности  электролизера  на  160  кА)  а,  следовательно,  уменьшение  грузопотоков,  снижение  капитальных  затрат  и  уменьшение  затрат  труда; 

·     применение  низкомодульного  сырья,  запасы  которого  в  природе  достаточно  велики  [2,  с.  214].

Для  более  эффективного  использования  мощностей  агрегата  кианитовую  руду  предварительно  обогащают  с  целью  получения  концентрата.  Авторами  (А.Г.  Иванова,  Н.Н.  Гришин,  Ю.Н.  Нерадовский,  Ю.Л.  Войтеховский)  была  предложена  комплексная  переработка  кианитовой  руды  кейвского  месторождения  с  получением  высокоглиноземистого  продукта.  Для  этого  было  изучено  карботермическое  восстановление  кианитового  концентрата  Хизоваарского  месторождения.  Получен  высокоглиноземистый  продукт  с  содержанием  Al₂O₃  —  94  мас.%,  SiO₂  —  1,05  мас.  %  [3].  Для  получения  более  чистого  полупродукта  можно  использовать  химическое  дообогащение,  чтобы  как  можно  полнее  извлечь  Al₂O₃  с  помощью  применения  фторидной  технологии.  Освобождение  от  железистых  соединений  и  уменьшение  количества  этапов  прокаливания  дало  возможность  получить  высокоглиноземистый  продукт  с  минимальными  потерями  при  прокаливании  и  извлечением  оксида  алюминия  до  98  %  со  следующим  химическим  составом  мас.  %:  Al₂O₃  —  98,94,  SiO₂  не  обнаружено,  K₂O  —  0,05,  TiO₂  —  0,46,  Fe₂O₃  —  0,34  [5].

Известен  другой  патент  на  способ  переработки  кианитового  концентрата,  который  включает  в  себя  смешение  концентрата,  углеродистого  восстановителя  и  добавки  сульфата  аммония.  После  чего  шихту  окомковывают  (предварительно  ее  измельчают  до  получения  частиц  с  крупностью  50—75  мкм  в  количестве  не  менее  80  %),  проводят  обжиг  при  температуре  1690—1750  °С  с  восстановлением  диоксида  кремния  до  газообразного  монооксида.  Полученный  спек  подвергают  измельчению,  обрабатывают  бифторидом  аммония  и  прокаливают  массу  с  получением  алюминий  содержащего  продукта  при  700—900  °С.  Благодаря  этому  способу  обеспечивается  повышение  на  1,3—9,9  %  степени  извлечения  оксида  алюминия  из  концентрата.  Содержание  глинозема  в  целевом  продукте  достигает  97,7  %  при  содержании  примеси  оксида  кремния  0,13—1,0  %  [6].

После  обогащения  кианитовой  руды  проводят  на  плавку.  По  ниже  представленному  методу  производства  алюминиево-кремниевого  сплава  можно  добиться  более  высокой  производительности  [7],  в  отличие  от  способа,  описанного  в  книге  Цыплакова  А.М.  [2,  с.  219],  а  также  сэкономить  на  электроэнергии.  Al-Si  сплав  производится  из  порций  концентрата  кианита,  который  расплавляют  и  нагревают  до  температуры  выше  2100  °С  в  рудотермических  печах.  Электроэнергию  удается  сэкономить  на  том,  что  энергию  на  расплавление  шихты  создают,  добавляя  в  шихту  ранее  произведенный  Al-Si  сплав  и  сжигая  его  кислородом,  причем  оксидосодержащую  шихту  подают  в  период  сжигания  Al-Si  сплава,  а  восстановление  оксидов  до  металла  осуществляют  после  завершения  операций  по  расплаву  оксидосодержащей  шихты.  Далее  происходит  восстановление  сплава  из  порций  расплава  кианита  углеродоводородным  восстановителем.  Восстановленный  жидкий  сплав  удаляют  из  печи.  Затраты  электроэнергии  на  1  т  алюминия  составят  12  тыс.  кВт^.час  (на  современных  электролизерах  около  15  тыс.  кВт^.час),  помимо  алюминия  попутно  был  произведен  товарный  кремний  в  количестве  0,5  т  [7]. 

Перспективным  направлением  развития  этой  отрасли  является  использование  плазменного  потока  при  карботермическом  восстановлении  кианитов,  что  мы  и  собираемся  испытать  в  наших  исследованиях.  В  настоящее  время  мы  проводим  химический  и  фазовый  анализы  крупноконкреционной  кианитовый  руды  из  месторождения  Новая  Шуурурта  (Кейвы).

Карботермическим  восстановлением  мы  сможем  одновременно  производить  Al-Si  сплав,  что  позволит  снизить  энергозатраты  на  производство  силуминов  и  уменьшить  капитальные  вложения.  А  также  одним  из  главных  достоинств  данного  метода  является  обеспечение  независимости  от  импорта  глинозема.

Список  литературы:

1. Беляев  А.И.  Металлургия  легких  металлов.  Изд.  «Металлургия»,  1970.  —  368  с.
2. Ветюков  М.М.,  Цыплаков  А.М.,  Школьников  С.Н.  Электрометаллургия  и  магния:  Учебник  для  вузов.  М.:  Металлургия,  1987.  —  320  с.
3. Гришин  Н.Н.,  Иванова  А.Г.,  Белогурова  О.А.  и  др.  Карботермическое  восстановление  кианита  //  Технология  металлов.  —  2010.  —  №  2.  —  С.  37—42  .
4. Гродницкий  Л.Л.  Хизоваарское  кианитовое  поле.  Карельский  филиал  АН  СССР,  1988.  —  103  с.
5. Иванова  А.Г.,  Гришин  Н.Н.,  Нерадовский  Ю.Н.  и  др.  Комплексная  переработка  кианитовой  руды  кейвского  месторождения  с  получением  высокоглиноземистого  продукта  //  Инновационные  процессы  комплексной  и  глубокой  Переработки  минерального  сырья.  2013.  —  С.  470—473.
6.  Пат.  2489503  Российская  Федерация,  МПК  С22В  5/10.  Способ  переработки  кианитового  концентрата  /  Гришин  Н.Н.,  Иванова  А.Г.,  Белогурова  О.А.;  заявитель  и  патентообладатель  Федеральное  государственное  бюджетное  учреждение  науки  Институт  химии  и  технологии  редких  элементов  и  минерального  сырья  им.  И.В.  Тананаева  Кольского  научного  центра  Российской  академии  наук.  №  2012109300/02;  заявл.  12.03.2012;  опубл.  10.08.2013.
7. Пат.  2148670  Российская  Федерация,  МПК  С22С.  Способ  производства  алюминиево-кремниевого  сплава  /  Коршунов  Е.А.;  заявитель  и  патентообладатель  Коршунов  Е.А.  №  99106598/02;  заявл.  24.03.1999;  опубл.  10.05.2000.