Металлургия глинозема : сборник тестов сборник тестов по технологическим процессам получения глинозема

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2176 

Кафедра цветных металлов и золота

С.С. Киров 
Р.Т. Хайруллина 
 

Металлургия глинозема

Сборник тестов 

Допущено учебно-методическим объединением  
по образованию в области металлургии в качестве  
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению Металлургия 

Москва  2012 

УДК 669 
 
К43 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук О.А. Брагазина 

Киров, С.С. 
К43  
Металлургия глинозема : сборник тестов по технологическим процессам получения глинозема / С.С. Киров, Р.Т. Хайруллина. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2012. – 39 с. 
 

Сборник тестов по курсу «Металлургия глинозема» состоит из разделов: 
рудно-минеральная база, способ Байера, способ спекания, альтернативные 
технологии, диаграммы состояния систем, характерных для производства 
глинозема. Для лучшего усвоения студентами теоретического материала и 
самоподготовки к контрольным мероприятиям каждый из разделов содержит 
различное число тестов, охватывающих основные вопросы данного курса. 
Предназначен для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению 
«Металлургия». 
 

 
© С.С. Киров, 
Р.Т. Хайруллина, 2012 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие..............................................................................................4 
1. Общие вопросы  и рудно-минеральная база производства 
глинозема...................................................................................................5 
2. Способ Байера.......................................................................................9 
3. Способ спекания.................................................................................19 
4. Диаграммы состояния ........................................................................29 
5. Альтернативные технологии производства глинозема...................35 
Библиографический список...................................................................38 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Настоящий сборник тестов предназначен для проверки знаний, приобретенных бакалаврами, обучающимися по направлению «Металлургия», в процессе изучения курсов по производству легких металлов. Ведущая подотрасль цветной металлургии – алюминиевая промышленность – постоянно нуждается в качественном глиноземе, для получения 
которого 
имеется 
разнообразное 
минеральное 
сырье. 
Физикохимические свойства минералов и растворов, особенности технологий, 
аппаратурное оформление процессов, пути совершенствования существующих способов производства глинозема и возможности комплексного использования сырья отражены в данном сборнике. 
Сборник состоит из  разделов: общие вопросы и рудно-минеральная 
база, способ Байера, способ спекания, диаграммы состояния равновесных систем, альтернативные технологии производства глинозема. Краткие пояснения к каждому разделу совместно с курсом лекций позволят 
студентам ответить на предлагаемые вопросы. 
Тесты можно использовать для самоконтроля знаний, опроса студентов на семинарских занятиях, подготовки к контрольным работам, зачету и экзамену. 

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ  
И РУДНО-МИНЕРАЛЬНАЯ БАЗА 
ПРОИЗВОДСТВА ГЛИНОЗЕМА 

По объемам производства и потребления алюминий занимает 
первое место среди цветных металлов. Обладая уникальными физико-химическими свойствами, этот металл нашел широкое применение в самых разнообразных отраслях промышленности и технике. 
Малая плотность, способность образовывать сплавы высокой механической прочности, высокие тепло- и электропроводность, устойчивость к  коррозии (при условии образования протекторных оксидных пленок на поверхности), способность восстанавливать металлы 
из оксидов благодаря высокому сродству к кислороду – далеко не все 
удивительные способности этого металла.  
Алюминий – самый распространенный металл в земной коре. Его 
кларк составляет 8,8 %. Основная масса этого металла распределена 
среди большого числа разнообразных минералов (около 250). Из-за 
малого содержания алюминия большинство этих минералов перерабатывать нецелесообразно. Промышленное значение имеют лишь 
корунд, гиббсит, бемит, нефелин и каолинит. 
Поскольку оксид данного металла трудновосстановим, сначала  
алюминий отделяют от пустой породы  в виде Al2O3 (название технологического продукта – глинозем), а затем  восстанавливают его 
до металла электролизом криолито-глиноземных расплавов. 
Основным сырьем для производства алюминия являются бокситы.  
В состав бокситовой руды также входят основные примеси: кремний 
(может быть представлен кварцем, опалом, алюмосиликатами), железо 
(в виде минералов гематита, алюмогетита, сидерита, лимонита), титан 
(входит в состав  минералов рутила, анатаза, перовскита, ильменита). В 
России перерабатываются и алюмосиликаты, в частности нефелины. 
Критерием качества алюминиевой руды является кремниевый модуль – 
массовое отношение Al2O3, содержащегося в руде, к SiO2.   
Практикой установлено, что различные по качеству руды целесообразно перерабатывать разными методами, среди которых щелочные и кислотные технологии, а также электротермический способ. 
Многообразие существующих технологий позволяет использовать их 
практически для переработки любого вида алюминиевого сырья. 
 
 

1. Кларк алюминия составляет: 
1) 0,3354, 
2) –1,67, 
3) 26,98, 
4) 13, 
5) 8,13. 

 
2. Выберите формулу диаспора: 
1) Al2O3·H2O, 
2) Al2O3·SiO2, 
3) Al2O3·3H2O, 
4) СаО.Al2O3, 
5) Al(OН)3. 

 
3. Выберите формулу бемита: 
1) Al2O3, 
2) Al(OH)3, 
3) AlOOH, 
4) Al2O3·H2O, 
5) Al2O3·3H2O. 

 
4. Выберите формулу корунда: 
1) Al2O3 
2) Al(OH)3 
3) AlOOH 
4) Al2O3·H2O 
5) Al2O3·3H2O. 

 
5. Выберите формулу гиббсита: 
1) Al2O3·H2O, 
2) Al2O3·SiO2, 
3) Al2O3·3H2O, 
4) СаО.Al2O3, 
5) Al(OН)3. 

 
6. Выберите формулу гидроалюмината натрия: 

1) NaAl(OH)4, 
2) Na2Al2(OH)2, 
3) Al2O3H2NaO, 
4) HNaОAl2O3, 
5) нет правильного 
ответа. 
 
7. Каким минералом представлен кремний в бокситах? 
1) доломитом, 
2) перовскитом, 
3) гематитом, 
4) анатазом, 
5) каолинитом. 

 
8. Каким минералом представлено железо в бокситах? 
1) доломитом, 
2) рутилом, 
3) гематитом, 
4) шамозитом, 
5) каолинитом. 

 
9. Каким минералом представлен титан в бокситах? 
1) доломитом, 
2) анатазом, 
3) шамозитом, 
4) каолинитом, 
5) рутилом. 

 
10. Каким минералом представлен алюминий в бокситах? 
1) каолинитом, 
2) глиноземом, 
3) доломитом, 
4) перовскитом, 
4) алюмопиритом. 

 
11. Какие элементы входят в группу малых примесей (в бокситах)? 
1) Ti, Si, Ga, V, Sc, 
2) Ti,Ga, Sc, P, Si, 
3) Ga, Sc, V, P, Cr, 
4) Ga, Sc, Cr, Ti, Na, 
5) нет правильного  
ответа. 
 

12. Какая из приведенных формул используется для расчета кремневого 
модуля? 
1) m(Al2O3)/m(SiO2), 
2) m(SiO2)/m(Al2O3, 
3) m(Na2O)/m(SiO2), 
4) m(SiO2)/m(Na2O), 
5) нет правильного 
ответа. 
 
13. Основной алюминиевой рудой является: 
1) нефелиновая руда, 
2) бокситовая руда, 
3) каолинитовая руда, 
4) алунитовая руда, 
5) все вышеперечисленное. 
 
14. На какие группы подразделяются минералы алюминия? 
1) первичные  
и вторичные, 
2) первичные  
и производные, 

3) осадочные  
и остаточные, 
4) первичные  
и остаточные, 

5) коренные и осадочные. 

 
15. К гидрохимическим способам переработки относятся: 
1) способ Байера, 
2) способ Байерспекание, 

3) способ Пономарева–Сажина, 
4) способ вельцевания, 
5) Байергидрохимия. 

 
16. Какой способ производства глинозема характеризуется огромным 
расходом электроэнергии и низким качеством получаемого глинозема? 
1) электротермический  
способ, 
2) кислотный способ, 

3) способ Байера, 
4) способ вельцевания, 

5) способ  
Байер-спекание. 

 
17. Какие способы переработки алюминиевого сырья относятся к щелочным способам производства глинозема? 
1) Байер-спекание (параллельный 
вариант), 
2) способ Байера, 
3) спекание нефелинов, 

4) способ Пономарева–Сажина, 
5) все вышеперечисленные. 

 
 
 
18. Какой способ производства глинозема характеризуется большими 
материальными потоками? 
1) электротермический способ, 
2) кислотный способ, 

3) способ Байера, 
4) способ вельцевания, 

5) способ Байерспекание. 

 
19. Укажите предельное значение кремневого модуля, ниже которого алюминиевая руда не может быть переработана по способу Байера: 
1) 1…2, 
2) 3…4, 
3) 6…7, 
4) 9…10, 
5) 12…13. 

20. Чему равен кремневый модуль для нефелина? 
1) 0,50, 
2) 0,85, 
3) 1,20, 
4) 1,55, 
5) 1,90. 

 
21. Выберите формулу каолинита: 
1) K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3,
2) (Na, K)2O·Al2O3·2SiO2, 
3) Al2O3·2SiO2·2H2O, 
4) (Na, K)2O·2Al2O3·SiO2,

5) Al2O3·3SiO2·2H2O. 

 
22. Выберите формулу нефелина: 
1) K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3, 
2) (Na, K)2O·Al2O3·2SiO2, 
3) Al2O3·2SiO2·2H2O, 
4) (Na, K)2O·2Al2O3·SiO2, 
5) Al2O3·3SiO2·2H2O. 

2. СПОСОБ БАЙЕРА 

Способ, названный именем австрийского химика К.И. Байера, основан на свойстве алюминиевых растворов находиться в устойчивом 
состоянии при повышенных температурах и концентрациях и самопроизвольно распадаться с кристаллизацией гидроксида алюминия 
из алюминатного раствора при понижении температуры и концентрации. 
Из высококачественных бокситов глинозем извлекают по способу 
Байера, в основе которого – растворение гидроксидов алюминия при 
воздействии на них концентрированной щелочью с образованием  
растворимого алюмината натрия: 

 
Al(OH)3 + NaOH → NaAl(OH)4, 

в то время как все железо и значительная часть кремнезема пустой 
породы остаются в твердом осадке (шламе). 
При выщелачивании боксита одновременно с Al2O3 в раствор может переходить некоторое количество кремнезема в виде силиката 
натрия, который при взаимодействии с алюминатом натрия образует 
нерастворимое соединение Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O (гидроалюмосиликат натрия – ГАСН). Этот побочный процесс уменьшает извлечение глинозема из боксита, увеличивает потери щелочи, ухудшает 
обезвоживание пульпы. Добавление некоторого количества СаО 
снижет этот отрицательный эффект благодаря образованию нерастворимого силиката кальция. 
Процесс выщелачивания ведут при температуре 180…280 оС в 
герметичных стальных аппаратах – автоклавах. «Вареная пульпа» 
после охлаждения подается на участок разделения, где в сгустителях 
происходит отделение алюминатного раствора от шлама, который 
после многократной противоточной промывки направляется в шламохранилище.  
Отделенный от шлама раствор поступает на передел разложения 
(декомпозицию), где происходит выделение кристаллического 
Al(OH)3. Для этого в раствор вводят затравку (мелкие кристаллы 
Al(OH)3) и охлаждают до 50…55 оС. В этих условиях раствор становится пересыщенным, и большая часть Al(OH)3 выпадает в осадок. 
Процесс разложения ведут в течение 55…60 ч в декомпозерах – цилиндрических резервуарах высотой до 30 м и диаметром до 8 м. Гидратную пульпу фильтруют, а полученный осадок обезвоживают про

каливанием при температуре 1200 оС. Процесс прокалки гидрата 
алюминия называют кальцинацией. 
Показатели процесса Байера приведены ниже: 

Степень извлечения глинозема, %........................................................85,0…88,0 
Удельный расход на 1 т глинозема: 
боксита, т ..............................................................................................2,0…2,5 
щелочи, кг.........................................................................................70,0…90,0 
извести, кг..................................................................................................120,0 
пара, т....................................................................................................7,0…9,0 
электроэнергии, кВт·ч ..............................................................................280,0 

1. Какая из приведенных формул используется для расчета каустического отношения? 
1) массовое отношение 
(Al2O3)/(Na2O), 
2) мольное отношение 
(Al2O3)/(Na2O), 
3) массовое отношение 
(Na2O)/(Al2O3), 

4) мольное отношение 
(Na2O)/(Al2O3), 
5) нет правильного ответа. 

 
2. Какая из приведенных формул используется для расчета скорости растворения? 
1) 
а
0,608α (
)
0,608 ,
а
s
s
−
+
 

2) 
o
a

o

(α
α ) ,

α

n
−
 

3) 
нас
(
) ,

δ

DS C
С
−
 

4) 

2
ч
ср

ср

(ρ
ρ
)

,

18μ

d
−
 

5) 
o

o
a

α
.

(α
α )

N

n
−
 

 
3. Какая из приведенных формул используется для расчета количества 
активной щелочи? 
1) 
а
0,608α (
)
0,608 ,
а
s
s
−
+
 

2) 
o
a

o

(α
α ) ,

α

n
−
 

3) 
нас
(
) ,

δ

DS C
С
−
 

4) 

2
ч
ср

ср

(ρ
ρ
)

,

18μ

d
−
 

5) 
o

o
a

α
.

(α
α )

N

n
−
 

 
4. Количество каустической щелочи для выщелачивания 1 т боксита называют: 
1) активной щелочью, 
2) щелочным числом, 
3) эффективностью оборот, 
 

4) каустическим отношением, 
5) нет правильного ответа. 
 

5. Какая из приведенных формул используется для расчета щелочного 
числа? 
1) 
а
0,608α (
)
0,608 ,
а
s
s
−
+
 

2) 
o
a

o

(α
α ) ,

α

n
−
 

3) 
нас
(
) ,

δ

DS C
С
−
 

4) 

2
ч
ср

ср

(ρ
ρ
)

,

18μ

d
−
 

5) 
o

o
a

α
.

(α
α )

N

n
−
 

 
6. Какая из приведенных формул используется для расчета количества 
оборотного раствора? 
1) 
а
0,608α (
)
0,608 ,
а
s
s
−
+
 

2) 
o
a

o

(α
α ) ,

α

n
−
 

3) 
нас
(
) ,

δ

DS C
С
−
 

4) 

2
ч
ср

ср

(ρ
ρ
)

,

18μ

d
−
 

5) 
o

o
a

α
.

(α
α )

N

n
−
 

 
7. Какие из перечисленных переделов входят в цикл Байера? 
1) сгущение и выщелачивание, 
2) разбавление и кальцинация, 
3) разбавление и декомпозиция, 

4) каустификация и декомпозиция, 
5) выщелачивание и выпаривание. 

 
8. При какой температуре проводят операцию мокрого размола, ºC? 
1) 60, 
2) 100, 
3) 170, 
4) 230, 
5) 300. 

 
9. В каких аппаратах проводят операцию мокрого размола боксита? 
1) шаровых мельницах, 
2) молотковых мельницах, 
3) конусных мельницах, 

4) ступельных мельницах, 
5) во всех вышеперечисленных мельницах. 
 
10. Увеличение степени измельчения боксита ведет к: 
1) увеличению степени извлечения в 
раствор, 
2) увеличению затрат на размол, 
 

3) ухудшению отстаивания красного 
шлама, 
4) уменьшению вторичных потерь, 
5) не оказывает никакого влияния. 
 
11. Что отражает реакция: Al(OH)3 + NaOH ↔ NaAl(OH)4? 
1) процесс выщелачивания, 
2) процесс каустификации, 
3) процесс гидратации, 

4) процесс алюмотизации, 
5) процесс декомпозиции.