Производство глинозема: исторические этапы развития, проблемы и пути их решения. Часть 1

Цель – уточнение известных исторических этапов производства алюминия и глинозема до перехода к современной отраслевой структуре с использованием электрометаллургического способа Эру-Холла и их технической  значимости  в  контексте  современного  металлургического  комплекса.  Анализ  исторических  этапов формирования научного знания о глиноземе, алюминии и технологии их производства при использовании химических способов получения металлического алюминия, включая классификацию и технический анализ используемых технологических процессов, и их сырьевой базы. Показано, что формирование научного знания о глиноземе и алюминии преимущественно связано с практической потребностью использования квасцов и отчасти глинистых минералов. Высокая термодинамическая устойчивость соединений алюминия и отсутствие дешевых источников электроэнергии с момента целенаправленного поиска методов его получения в элементарном состоянии и практически до 90-х годов XIX в. являются причинами развития и применения металлотермических способов, пионером освоения которых стал Анри Сент-Клер Девиль и его коллеги. Установлено, что с 1854 по 1890 г. производство алюминия химическим способом было связано с использованием двойного хлорида (NaCl·AlCl3), природного криолита или синтезированных фтористых солей. В качестве исходных материалов в этот период использовались готовые технические реагенты (сульфат алюминия, аммиачные квасцы, гидроксид алюминия) и природное сырье (криолит, боксит, глина), а добыча и переработка боксита были преимущественно связаны с производством квасцов и сульфата алюминия, потребляемых легкой промышленностью. Несмотря на ограниченный спрос в чистом оксиде алюминия на этапе металлотермического получения алюминия, движущей силой развития современных технологий производства глинозема стала потребность в химической продукции, что обеспечило разработку и освоение технологических процессов переработки бокситов, составляющих основу металлургического комплекса с получением алюминия способом Эру-Холла.

1. Беляев А.И., Рапопорт М.Б., Хазанов Е.И. Алюминий. М.–Л.: НКТП Цветметиздат, 1932. 160 с.

2. Эдвардс Д., Фрери Ф., Джефрис З. Алюминиевая промышленность. Алюминий и его производство. Москва–Ленинград–Свердловск: Гос. науч.-тех. изд. по черной и цвет. мет., 1933. 212 с.

3. Беляев А.И., Хазанов Е.И. Специальный курс. Электрометаллургия алюминия. М.–Л.: Глав. ред. лит-ры по цветной металлургии, 1937. 290 с.

4. Прокопьев И.В., Кальченко В.С., Калужский Н.А. Алюминиевая промышленность страны на рубеже 90-х годов // Цветные металлы. 1991. № 9. С. 4–7.

5. Калужский Н.А., Щеголев В.И. Научная и проектная база становления и развития отечественной металлургии легких металлов // Цветные металлы. 2003. № 7. С. 13–23.

6. Ланкин В.П. Научно-техническая деятельность АО ВАМИ по дальнейшему развитию и технологическому перевооружению промышленности легких металлов на этапе перехода к рыночной экономике // Цветные металлы. 2000. № 1. С. 4–6.

7. Сизяков В.М. Современное состояние и проблемы развития алюминиевой промышленности России // Записки Горного института. 2005. Т. 165. С. 163–169.

8. Горланов Е.С., Кавалла Р., Поляков А.А. Электролитическое производство алюминия. Обзор. Часть 2. Перспективные направления развития // Цветные металлы. 2020. № 2. С. 42–49.

9. Трушко В.Л., Утков В.А., Бажин В.Ю. Актуальность и возможности полной переработки красных шламов глиноземного производства // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 547–553. https://doi.org/10.25515/PMI.2017.5.547

10. Brichkin V.N., Vasiliev V.V., Bormotov I.S., Maksimova R.I. Production and recycling of limes in integrated mineral processing // Gornyi Zhurnal. 2021. Iss. 11. P. 88–94.

11. Халифа А.А., Бажин В.Ю., Устинова Я.В., Шалаби М.Э. Изучение особенностей кинетики процесса получения окатышей из красного шлама в потоке водорода // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 261–270. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.18.

12. Пиирайнен В.Ю., Михайлов А.В., Баринкова А.А. Современный взгляд на решение проблем экологии Уральского алюминиевого завода // Цветные металлы. 2022. № 7. P. 39–45.

13. Пягай И. Н., Кремчеев Э. А., Пасечник Л. А., Яценко С. П. Карбонизационный способ переработки отходов глиноземного производства – альтернативная технология извлечения редких металлов // Цветные металлы. 2020. № 10. С. 56–63.

14. Козырев Б.А., Сизяков В.М. Кучное выщелачивание красного шлама формиатным способом // Обогащение руд. 2021. № 4. С. 40–45. https://doi.org/10.17580/or.2021.04.07.

15. Kozyrev B.A., Sizyakov V.M., Arsentyev V.A. Principles of rational processing of red mud with the use of carboxylic acids // Non-ferrous Metals. 2022. Iss. 2. P. 30–34. https://doi.org/10.17580/nfm.2022.02.05.

16. Brichkin V.N., Fedorov A.T. Indicators and regularities of hydrolytic decomposition of metastable aluminate solutions in the Na2O – K2O – Al2O3 – H2O system // Non-ferrous Metals. 2021. Iss. 2. P. 27–32.

17. Дубовиков О.А., Сундуров А.В. Кинетика выщелачивания термоактивированного боксита // Обогащение руд. 2021. № 4. С. 34–39. https://doi.org/10.17580/or.2021.04.06.

18. Голубев В.О., Литвинова Т.Е. Динамическое моделирование промышленного цикла кристаллизации гиббсита // Записки Горного института. 2021. Т. 247. С. 88–101. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.1.10.

19. Alekseev A.I., Kononchuk O.O., Goncharova M.V., Hippmann S., Bertau M. Recovery of CaCO3 from the nepheline sludge of alumina production // Chemie-Ingenieur-Technik. 2019. Iss. 4. P. 1–9.

20. Вернадский В.И., Курбатов С.М. Земные силикаты, алюмосиликаты и их аналоги. Л.–М.: Глав. ред. геолого-разв. и геодез. литературы, 1937. 378 с.

21. Беляев А.И. Очерки по истории металлургии легких металлов. М.: Гос. науч.-тех. изд. по черной и цвет. мет., 1950. 142 с.

22. Engel M. Pott. Johann Heinrich // Neue Deutsche Biographie. Berlin: Duncker & Humblot, 2001. Vol. 20. P. 660– 661. [Электронный ресурс]. URL: https://daten.digitale-sammlungen.de/0001/bsb00016338/images/index.html?id=00016338&groesser=&fip=qrsweayasdasxdsydeayaenewqfsdr&no=&seite=675 (28.02.2023).

23. Ходалевич Г.Н., Жариков И.И. К вопросу о получении безводного хлористого алюминия из сибирских глин // Известия Сибирского Химико-Технологического Института. 1934. Т. 3. Вып. 1. С. 5–13. [Электронный ресурс]. URL: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/1934/n3/a2_full.pdf (28.02.2023).

24. Henri Sainte-Claire Deville. De l'aluminium: ses propriétés, sa fabrication et ses applications. Mallet-Bachelier, 1859. 176 p. [Электронный ресурс]. URL: https://archive.org/details/delaluminiumsesp00sain/page/176/mode/2up. (28.02.2023).

25. Plateau J., Renaux T. L'aluminium et Paul Morin au Moulin noir Nanterre, 1857-1890 // Société d'Histoire de Nanterre. 2007. Iss. 39. 136 p. [Электронный ресурс]. URL: https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k9602016r/f1.image.r=nanterre.lang-FR (24.02.2023).

26. Richards J.W. Aluminium: Its History, Occurrence, Properties, Metallurgy and Applications, Including Its Alloys. Philadelphia: Henry Carey Baird & Co, 1890. 511 p. [Электронный ресурс]. URL: https://archive.org/details/aluminiumitshist00richrich/page/n7/mode/2up (24.02.2023).

27. Лукьянов П.М. История химических промыслов и химической промышленности России до конца XIX века. М.–Л.: Академия Наук СССР, 1949. Т. 2. 732 с.

28. Сметанин С.И. История предпринимательства в России. М.: Палеотип; Логос, 2004. 196 с.

29. Минаев В.И. Разложение растворов многоосновных сернокислых солей алюминия хлопчатобумажным волокном (К вопросу об изучении явлений протравливания) // Известия Томского политехнического университета. 1925. Т. 46. № 1-3. С. 83–97. [Электронный ресурс]. URL: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/1925/v46/a18_full.pdf (24.02.2023).

30. Кулев Л.П., Горизонтова Т.Н. О механизме лакообразования при ализариновом крашении // Известия Томского Ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. С.М. Кирова. 1956. Т. 83. С. 113–120. [Электронный ресурс]. URL: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/1956/v83/11.pdf (24.02.2023).

31. Habashi F. Alumina production and the Textile industry // International Journal of Textile Science & Engineering. 2017. Iss. TSE-104. Р. 100004. https://doi.org/10.29011/TSE-104/100004.

32. Яковлев А. Химическое исследование грузинского квасцового камня // Горный журнал. 1825. № 5. С. 37–55. [Электронный ресурс]. URL: http://elib.uraic.ru/handle/123456789/6385?ysclid=llwe8f0aaf193631142 (24.02.2023).

33. Погожев А.В. Общий обзор фабрично-заводской промышленности и экономических условий населения Верейского уезда // Сборник статистических сведений по Московской губернии. М.: Издание Московского губернского земства, 1882. Т. III. Вып. III. Отдел первый. С. 1–166. [Электронный ресурс]. URL: https://viewer.rusneb.ru/ru/000199_000009_003613516?page=173&rotate=0&theme=white (24.02.2023).

34. Беляев А.И. Металлургия легких металлов. М.: Металлургия, 1970. 367 с.

35. Раскин Н.М. Яков Дмитриевич Захаров – физик и химик конца XVIII и начала XIX в. Л.: Наука, 1979. 109 с.

36. Жуков Н. Алюминий и его металлургия. М.: Изд. К.П. Карабасникова, 1893. 311 с. [Электронный ресурс]. URL: https://viewer.rusneb.ru/ru/000199_000009_003664709?page=1&rotate=0&theme=white (24.02.2023).

37. Luo Mengjie, Ye Junxiang, Xue Jin, Liu Chenglin, Song Xingfu, Yu Jianguo. Phase equilibrium in the ternary system K2O–Al2O3–H2O at 323.15, 333.15, 343.15, and 353.15 K // Journal of Chemical & Engineering Data. 2020. Vol. 65. Iss. 7. P. 3463–3471. https://doi.org/10.1021/acs.jced.0c00017.

38. Siziakova E.V., Ivanov P.V., Boikov A.V. Application of calcium hydrocarboaluminate for the production of coarse-graded alumina // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2019. Vol. 54. Iss. 1. P. 200–203.

39. Antropova I.G., Alekseeva E.N., Budaeva A D. Integrated processing method for synnyrite with production of alumina and potassium sulfate // Journal of Mining Science. 2019. Vol. 55. Iss. 6. P. 1007–1012. https://doi.org/10.1134/S1062739119066393.

40. Герасимов А.М., Лазарева В.В., Арсентьев В.А. Воздействие СВЧ-нагрева на свойства слоистых алюмосиликатов // Обогащение руд. 2019. № 6. С. 15–19.

41. Gao Yajing, Liang Kai, Gou Yi, Wei Shun’an, Weifeng Shen, Cheng Fangqin. Aluminum extraction technologies from high aluminum fly ash // Reviews in Chemical Engineering. 2020. https://doi.org/10.1515/revce-2019-0032.

42. Azof F.I., Yang Yongxiang, Panias D., Kolbeinsen L., Safarian J. Leaching characteristics and mechanism of the synthetic calcium-aluminate slags for alumina recovery // Hydrometallurgy. 2019. Vol. 185. P. 273–290. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.03.006.