Металлургия алюминия. Технология, электроснабжение, автоматизация

Г.В. Галевский 
Н.М. Кулагин 
М.Я. Минцис 
Г.А. Сиразутдинов 

МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЮМИНИЯ 

ТЕХНОЛОГИЯ, ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ,  
АВТОМАТИЗАЦИЯ 

Учебное пособие 

4-е издание, стереотипное 

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

Москва 
Издательство «ФЛИНТА» 

2017 

УДК 669.2 
ББК 34.33 

М54  

РЕЦЕНЗЕНТЫ: 
кафедра металлургии Юргинского технологического института 
ТПУ доктор технических наук, профессор В.А. Крюковский 

    Металлургия алюминия. Технология, электроснабжение, автоматизация 
[Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов. / Г.В. Галевский, Н.М. 
Кулагин, М.Я. Минцис, Г.А. Сиразутдинов. – 4-е изд., стер.– М. : Флинта, 2017. – 
529 с., ил. 

ISBN  978-5-9765-0316-8

В учебном пособии рассмотрены свойства и применение алюминия, способы 
его производства, строение и свойства электролита, основы электролиза криолитглиноземных реагентов, применение глинозема в производстве алюминия электролизом, конструкции электролизеров и основы их расчета, распределение тока, электромагнитные и газо-гидродинамические явления в электролизере, транспорт глинозема 
и системы автоматизированного питания глиноземом, управление процессом электролиза (АСУ ТП), серия электролиза. 
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению 150100 – Металлургия, аспирантов и преподавателей. Может быть полезно широкому кругу инженерно-технических и научных работников, специализирующихся в области металлургии алюминия. 

ISBN  978-5-9765-0316-8
Г.В. Галевский, Н.М
© 
. Кулагин, 

 
 
М.Я. Минцис, Г.А. Сиразутдинов, 2008 

©  Издательство «ФЛИНТА», 2017 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие .......................................................................................................... 9 

1 
Общие сведения .......................................................................................... 12 

1.1 
Основные минералы и руды алюминия ................................................. 12 
1.2 
Свойства алюминия ................................................................................. 16 
1.2.1 
Физические свойства ............................................................................. 17 
1.2.2 
Химические свойства............................................................................. 20 
1.2.3 
Механические свойства ......................................................................... 22 
1.3 
Применение алюминия ............................................................................ 23 
1.3.1 
Деформируемые сплавы ....................................................................... 25 
1.3.2 
Литейные сплавы ................................................................................... 28 
1.3.3 
Другие виды изделий из алюминия ...................................................... 29 
Контрольные вопросы ........................................................................................... 34 
Библиографический список .................................................................................. 34 

2 
Способы производства алюминия .......................................................... 35 

2.1 
История развития алюминиевой промышленности .............................. 35 
2.1.1 
Алюминиевая промышленность России .............................................. 36 
2.1.2 
Производство алюминия ....................................................................... 39 
2.2 
Основы электролитического производства алюминия ......................... 41 
2.3 
Альтернативные способы получения алюминия ................................... 46 
2.3.1 
Электротермическое получение алюминиево-кремниевых 
сплавов ................................................................................................... 46 
2.3.2 
Субгалогенидный процесс .................................................................... 49 
2.3.3 
"Тот-процесс" .......................................................................................... 50 
2.3.4 
Электролиз хлоридных расплавов ....................................................... 52 
2.4 
Производство и применение вторичного алюминия ............................. 56 
Контрольные вопросы ........................................................................................... 62 
Библиографический список .................................................................................. 62 

3 
Строение и свойства электролита ........................................................... 64 

3.1 
Основные компоненты электролитов и их строение ............................. 64 
3.1.1 
Основные компоненты электролитов .................................................. 64 
3.1.2 
Строение компонентов электролита .................................................... 66 
3.2 
Диаграммы плавкости солевых систем .................................................. 69 
3.2.1 
Система (NaF – AlF3) ............................................................................. 70 
3.2.2 
Система (Na3AlF6 – Al2O3) ...................................................................... 71 
3.2.3 
Система (Na3AlF6 – AlF3 – Al2O3) ........................................................... 73 
3.3 
Способы выражения криолитового отношения ..................................... 75 
3.4 
Физико-химические свойства электролитов .......................................... 76 
3.4.1 
Плотность ............................................................................................... 77 
3.4.2 
Температура ликвидуса ........................................................................ 79 

Оглавление 

4 

3.4.3 
Электропроводность .............................................................................. 79 
3.4.4 
Межфазовое натяжение ........................................................................ 82 
3.4.5 
Вязкость .................................................................................................. 83 
3.4.6 
Растворимость и скорость растворения глинозема ........................... 84 
3.4.7 
Летучесть электролита .......................................................................... 85 
3.4.8 
Теплопроводность ................................................................................. 86 
3.5 
Влияние добавок на свойства электролита ........................................... 87 
3.5.1 
Фторид кальция (CaF2) .......................................................................... 88 
3.5.2 
Фторид алюминия (AlF3) ........................................................................ 89 
3.5.3 
Фторид лития (LiF) ................................................................................. 90 
3.5.4 
Фторид магния (MgF2) ............................................................................ 91 
3.6 
Потери фторидов и пути их уменьшения ............................................... 93 
3.6.1 
Испарение ............................................................................................... 94 
3.6.2 
Увлечение электролита газом .............................................................. 96 
3.6.3 
Образование фторида водорода (HF) и выделение 
перфтороуглеродов ............................................................................... 97 
3.6.4 
Потери электролита со снимаемой угольной пеной и 
химическими реакциями с примесями в глинозёме ........................... 98 
3.6.5 
Динамика изменения концентрации AlF3 в электролите .................... 99 
3.6.6 
Возможные пути уменьшения потерь фтора из электролизёра ...... 100 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 101 
Библиографический список ................................................................................ 101 

4 
Основы электролиза криолит-глиноземных расплавов ................... 103 

4.1 
Термодинамика основных реакций ....................................................... 103 
4.1.1 
Термодинамические системы и функции .......................................... 103 
4.1.2 
Второй закон термодинамики ............................................................. 110 
4.2 
Основные реакции на электродах ........................................................ 114 
4.3 
Напряжение на электролизере ............................................................. 118 
4.3.1 
Электрохимические составляющие напряжения .............................. 122 
4.4 
Анодный эффект (АЭ) ............................................................................ 127 
4.4.1 
Основные причины возникновения АЭ .............................................. 127 
4.4.2 
Последствия анодного эффекта ........................................................ 129 
4.5 
Катодный выход по току ........................................................................ 129 
4.6 
Классификация потерь металла ........................................................... 132 
4.7 
Математические модели выхода по току ............................................. 137 
4.8 
Выход по току на промышленных электролизерах ............................. 140 
4.9 
Технико-экономические показатели процесса ..................................... 146 
4.9.1 
Электротехнологические показатели ................................................. 146 
4.9.2 
Расход углерода .................................................................................. 148 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 152 
Библиографический список ................................................................................ 153 

5 
Глинозем в производстве алюминия электролизом ......................... 155 

5.1 
Физико-химические свойства глинозема .............................................. 155 

Оглавление 

5 

5.2 
Растворение глинозема в электролите ................................................ 164 
5.2.1 
Поведение глинозема при добавлении его в электролит ................ 165 
5.2.2 
Влияние технологических факторов .................................................. 171 
5.3 
Коржи и осадки ....................................................................................... 172 
5.3.1 
Механизм образования, структура и химсостав корок ..................... 172 
5.3.2 
Свойства корок ..................................................................................... 173 
5.3.3 
Растворение корок ............................................................................... 175 
5.3.4 
Образование осадков .......................................................................... 176 
5.3.5 
Состав и свойства осадков ................................................................. 177 
5.3.6 
Глинозем на границе "металл-электролит" ....................................... 179 
5.3.7 
Влияние температуры и состава электролита на образование 
осадка ................................................................................................... 179 
5.3.8 
Растворение осадков ........................................................................... 181 
5.4 
Влияние концентрации глинозема на показатели процесса .............. 182 
5.4.1 
Влияние концентрации глинозема на выход по току ........................ 182 
5.4.2 
Влияние концентрации глинозема на расход электроэнергии ........ 184 
5.4.3 
Основные принципы контроля питания ванн глиноземом ............... 187 
5.5 
Вторичный глинозем .............................................................................. 188 
5.5.1 
Механизм адсорбции HF глиноземом ................................................ 189 
5.5.2 
Свойства вторичного глинозема ........................................................ 191 
5.5.3 
Поведение вторичного глинозема в ванне ........................................ 193 
5.5.4 
Удаление примесей из вторичного глинозема .................................. 194 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 195 
Библиографический список ................................................................................ 196 

6 
Конструкции электролизеров ................................................................. 197 

6.1 
Классификация электролизеров ........................................................... 197 
6.1.1 
Электролизеры БТ ............................................................................... 199 
6.1.2 
Электролизеры ВТ ............................................................................... 200 
6.1.3 
Электролизеры ОА .............................................................................. 203 
6.2 
Катодное устройство .............................................................................. 205 
6.2.1 
Катодный кожух .................................................................................... 206 
6.2.2 
Футеровка катодного кожуха ............................................................... 208 
6.2.3 
Новые материалы для катодной футеровки ..................................... 223 
6.3 
Анодное устройство ............................................................................... 226 
6.3.1 
Анодное устройство электролизера с обожженными блоками ....... 226 
6.3.2 
Самообжигающиеся аноды ................................................................. 229 
6.4 
Системы сбора газов ............................................................................. 235 
6.4.1 
Система укрытий и сбора газов на электролизерах БТ ................... 237 
6.4.2 
Система укрытий и сбора газов на электролизерах ВТ ................... 238 
6.4.3 
Система укрытий и сбора газов на электролизерах с ОА ................ 240 
6.5 
Ошиновка электролизера ...................................................................... 242 
6.6 
Электролизеры с инертными анодами ................................................. 244 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 246 
Библиографический список ................................................................................ 247 

Оглавление 

6 

7 
Распределение тока в электролизере ................................................... 250 

7.1 
Распределение тока и потери энергии ................................................. 250 
7.1.1 
Соединения резисторов ...................................................................... 251 
7.1.2 
Потери мощности при различных схемах соединения ..................... 253 
7.1.3 
Распределение тока и потери мощности .......................................... 254 
7.2 
Измерение падения напряжения на электролизере ........................... 257 
7.3 
Распределение тока в аноде ................................................................. 258 
7.3.1 
Факторы, влияющие на распределение тока в аноде ...................... 259 
7.3.2 
Распределение тока и падение напряжения в аноде....................... 261 
7.3.3 
Фактическое распределение тока в штырях ..................................... 265 
7.3.4 
Влияние распределения тока на работу анода ................................ 266 
7.3.5 
Пути улучшения распределения тока в аноде .................................. 268 
7.4 
Распределение тока в электролите и металле ................................... 270 
7.4.1 
Падение напряжения в электролите .................................................. 270 
7.4.2 
Пути улучшения распределения тока в электролите ....................... 272 
7.5 
Распределение тока в подине ............................................................... 273 
7.5.1 
Исследования распределения тока в подине ................................... 274 
7.5.2 
Влияние распределения тока на работу подины .............................. 279 
7.6 
Распределение тока в ошиновке .......................................................... 281 
7.6.1 
Катодная ошиновка электролизера С-8БМ ....................................... 281 
7.6.2 
Анодная ошиновка электролизеров С8БМ ........................................ 283 
7.6.3 
Конструктивные особенности ошиновки ............................................ 285 
7.6.4 
Пути улучшения распределения тока в ошиновке ............................ 287 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 290 
Библиографический список ................................................................................ 291 

8 
Электромагнитные и газо-гидродинамические явления в 
электролизере ............................................................................................ 293 

8.1 
Газовая гидродинамика ......................................................................... 293 
8.2 
Основы электромагнетизма .................................................................. 296 
8.3 
Магнитное поле в расплаве ................................................................... 300 
8.3.1 
Магнитное поле в алюминиевом электролизере .............................. 300 
8.3.2 
Влияние магнитных материалов ........................................................ 302 
8.3.3 
Направление тока и поля в расплаве ................................................ 303 
8.4 
Распределение тока в расплаве ........................................................... 305 
8.5 
Электромагнитные силы в металле ...................................................... 309 
8.6 
Гидродинамика, массо- и теплоперенос .............................................. 312 
8.7 
Роль ошиновки в оптимизации магнитного поля ................................. 314 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 321 
Библиографический список ................................................................................ 322 

9 
Основы расчета электролизера ............................................................. 323 

9.1 
Выбор силы тока и плотности тока ....................................................... 324 
9.1.1 
Выбор силы тока .................................................................................. 325 
9.1.2 
Выбор плотности тока ......................................................................... 326 

Оглавление 

7 

9.2 
Конструктивный расчет ванны .............................................................. 328 
9.2.1 
Расчет основных размеров электролизера ....................................... 328 
9.2.2 
Выбор конструкции и размеров подины ............................................ 332 
9.3 
Расчет ошиновки .................................................................................... 336 
9.4 
Материальный баланс ........................................................................... 341 
9.4.1 
Приход материалов ............................................................................. 341 
9.4.2 
Расход материалов .............................................................................. 342 
9.5 
Электрический баланс ........................................................................... 343 
9.6 
Энергетический баланс .......................................................................... 354 
9.6.1 
Методика составления и расчета баланса ........................................ 356 
9.6.2 
Приходные статьи энергетического баланса .................................... 357 
9.6.3 
Расходные статьи энергетического баланса..................................... 359 
9.6.4 
Тепловые потери с конструкций электролизера ............................... 362 
9.6.5 
Потери тепла через верх и дно ванны ............................................... 367 
9.6.6 
Потери тепла с боковых сторон .......................................................... 368 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 371 
Библиографический список ................................................................................ 372 

10 Транспорт глинозема и системы АПГ ................................................... 374 

10.1 
Разгрузка глинозема и транспортировка его в цех электролиза ....... 374 
10.2 
Подача глинозема к электролизерам ................................................... 379 
10.3 
История создания систем АПГ .............................................................. 389 
10.4 
Принципы построения систем АПГ ....................................................... 393 
10.5 
Стратегия управления питанием .......................................................... 395 
10.6 
Типы систем АПГ .................................................................................... 399 
10.7 
Устройство систем АПГ различных типов ............................................ 400 
10.8 
Эксплуатация систем АПГ ..................................................................... 407 
10.9 
Базовая уставка АПГ .............................................................................. 413 
10.10 Циклограммы работы АПГ ..................................................................... 415 
10.11 Расчет расхода сжатого воздуха .......................................................... 417 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 418 
Библиографический список ................................................................................ 419 

11 Управление процессом электролиза (АСУ ТП) .................................... 421 

11.1 
Цели и задачи АСУ ТП электролиза ..................................................... 421 
11.2 
Контроль параметров с помощью АСУ ТП ........................................... 430 
11.3 
Регулирование напряжения на электролизёре ................................... 431 
11.4 
Флуктуации приведенного напряжения ................................................ 436 
11.5 
Системы АСУ ТП .................................................................................... 439 
11.5.1 
Принципы построения АСУ ТП ........................................................... 440 
11.5.2 
Развитие систем АСУ ТП .................................................................... 443 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 453 
Библиографический список ................................................................................ 454 

Оглавление 

8 

12 Серия электролиза .................................................................................... 455 

12.1 
Производительность серии электролиза ............................................. 455 
12.2 
Корпуса электролиза .............................................................................. 457 
12.3 
Механизация обслуживания электролизеров ...................................... 465 
12.4 
Электроснабжение серий электролизеров .......................................... 467 
12.4.1 
Требования, предъявляемые к электроснабжению 
алюминиевых заводов ......................................................................... 468 
12.4.2 
Схемы электроснабжения завода ...................................................... 469 
12.4.3 
Схемы выпрямительных агрегатов .................................................... 471 
12.4.4 
Выпрямительные агрегаты ................................................................. 473 
12.4.5 
Внешние характеристики серии и выпрямительного агрегата ........ 479 
12.5 
Регулирование силы тока серии ........................................................... 481 
12.5.1 
Регулирование напряжения на первичной стороне 
трансформатора. ................................................................................. 482 
12.5.2 
Плавное регулирование выпрямленного тока .................................. 487 
12.6 
Измерение электрических параметров серии ..................................... 492 
12.6.1 
Измерение потребляемой технологической энергии ....................... 493 
12.6.2 
Измерение напряжения серии ............................................................ 496 
12.6.3 
Измерение тока серии ......................................................................... 496 
12.6.4 
Измерение обратной ЭДС серии ........................................................ 503 
12.7 
Электробезопасность на серии электролиза ....................................... 507 
Контрольные вопросы ......................................................................................... 517 
Библиографический список ................................................................................ 517 

Перечень рисунков ........................................................................................... 520 

Перечень таблиц ............................................................................................... 525 

Предисловие 

Алюминий является важнейшим цветным металлом, по объему производства намного опережающим другие цветные металлы, а среди конструкционных материалов уступающим только стали. Стабильно высокий спрос 
на алюминий и, соответственно, высокие темпы прироста производства обусловлены его уникальными физико-химическими свойствами, благодаря которым он нашел широкое применение в электротехнике, авиа- и автостроении, транспорте, производстве бытовой техники, строительстве, упаковке пищевых продуктов и других отраслях. 
Алюминиевая промышленность России занимает доминирующее положение в производстве цветных металлов в стране и по выпуску первичного 
алюминия находится в группе мировых лидеров. В условиях ориентации российских производителей алюминия на мировой рынок и транснационального 
характера их производственной и экономической деятельности, прогнозируемого в среднесрочной перспективе падения цен на первичный алюминий актуальными становятся вопросы снижения себестоимости его производства 
для сохранения существующей в отрасли нормы прибыли. Для сохранения 
конкурентоспособности российским производителям необходимо предпринять срочные усилия по модернизации основных производственных мощностей и совершенствованию технологии, строительству и пуску новых современных высокоавтоматизированных и механизированных предприятий, что 
позволит значительно поднять экономическую эффективность и экологическую безопасность производства алюминия. Действительно, инвестиционные 
планы объединенной компании "РУСАЛ" предусматривают модернизацию и 
расширение производственных мощностей алюминиевых предприятий Сибири, завершение в 2007 г. строительства предприятия мирового уровня – Хакасского алюминиевого завода, строительств нового энергометаллургического комплекса – Богучанской ГЭС и алюминиевого завода, а в дальнейшем - 
Тайшетского и Усть-Илимского заводов. 
В условиях изменяющейся стратегии отрасли возникают новые задачи 
в сфере подготовки и переподготовки специалистов, что обусловливает необходимость создания адекватных учебно-информационных ресурсов. Авторским коллективом, сформировавшимся на базе кафедры металлургии 
цветных металлов Сибирского государственного индустриального университета, в течение последних 10 лет подготовлено и издано 10 учебных пособий, 
охватывающих различные аспекты электролитического производства алюми

Предисловие 

10 

ния. В их числе – "Металлургия алюминия" (1-е и 2-е изд-е, 1999 г., 2000 г.), 
"Металлургия вторичного алюминия" (1998 г.), "Технология производства 
электродных масс для алюминиевых электролизеров" (1999 г.), "Экология и 
утилизация отходов в производстве алюминия" (1-е и 2-е изд-е, 1997 г., 2005 
г.), "Металлургия алюминия. Мировое и отечественное производство: оценка, 
тенденции и прогнозы" (2004 г.), "Производство алюминиевых сплавов" (2006 
г.), "Современные методы анализа и контроля в металлургии алюминия. В 3-х 
томах" (2006 г.). Учебные пособия оказались своевременными и достаточно 
востребованными. В настоящее время они используются в образовательной, 
научной и проектно-производственной деятельности более чем 80 разнопрофильными организациями России, Украины, Таджикистана, Казахстана, 
Азербайджана, Венгрии: органами государственного надзора Российской Федерации, центральными и региональными библиотеками, высшими учебными 
заведениями, институтами и центрами подготовки и повышения квалификации кадров промышленности, научно-исследовательскими и проектными организациями, промышленными предприятиями России и стран СНГ. Среди 
изданных учебных пособий научно-техническая общественность России и ряда зарубежных стран особенно высоко оценила содержание, качественный 
уровень и полиграфическое исполнение учебного пособия "Металлургия 
алюминия", что предопределило необходимость его 2-х изданий в 1999 г. и 
2000 г. Оно удостоено медалей региональных сибирских выставок "Образование. Карьера. Занятость", "Книга Сибири" и признано победителем регионального конкурса Администрации Кемеровской области "Лучшее учебное 
пособие – 2003". 
В то же время в последние 10 лет произошли значительные изменения в подходах к содержанию и направлению модернизации действующих 
алюминий-производящих предприятий, проектированию и строительству новых. Это предопределило необходимость актуализации содержания учебного 
пособия "Металлургия алюминия" и подготовки его 3-его издания. Учебное 
пособие существенно расширено и по своей структуре заметно отличается от 
предыдущих изданий. Авторы сочли необходимым впервые включить в него 
такие вопросы, как влияние свойств глинозема на технологию электролиза, 
транспортирование глинозема и его дозирование в электролит, методические 
основы определения геометрических размеров электролизеров, распределение тока в электролизере, электроснабжение серий электролиза и методы 
поддержания их токового режима, электробезопасность в условиях сверхдлинных серий, автоматизированные системы управления технологическими 

Предисловие 

11 

процессами. Таким образом, в новом издании рассмотрены вопросы, без положительного решения которых в настоящих условиях и в ближайшем будущем невозможно эффективное управление процессом электролиза и дальнейшее повышение его технико-экономических показателей. 
Таким образом, с учетом отмеченных особенностей структуры и характера изложения материала предлагаемое учебное пособие является междисциплинарным и рекомендуется к использованию студентам вузов, обучающимся по направлению 150100 – Металлургия при изучении ими дисциплин "Электротехника и электроника", "Основы производства и обработки металлов", "Металлургия легких металов", "Металлургия алюминия", "Моделирование процессов и объектов в металлургии", "Информационные технологии 
в металлургии" и др. Оно может быть полезно аспирантам, преподавателям и 
специалистам учебных и научно-исследовательских институтов, инженернотехнологических центров, слушателям факультетов повышения квалификации и специалистам технологических и инжиниринговых служб алюминиевых 
заводов. 
Авторы выражают признательность и благодарность рецензенту профессору В.А. Крюковскому за ценные замечания, специалистам компаний 
"ТоксСофт" П.А. Демыкину и "РУСАЛ-Новокузнецк" А.И. Злобинскому за предоставленные материалы и помощь в работе, сотрудникам кафедры металлургии легких металлов и производства глинозема Химико-металлургического 
института Сибирского федерального университета заведующему профессору 
П.В. Полякову, доцентам Л.А. Исаевой и И.П. Васюниной, чьи научные труды 
широко использовались в работе, доценту кафедры металлургии цветных металлов Сибирского государственного индустриального университета О.А. Полях за техническое редактирование и подготовку рукописи к изданию. 
Авторы с благодарностью примут все замечания по данному учебному 
пособию и предложения по его дальнейшему совершенствованию. 
 

1 
Общие сведения 

Алюминий по содержанию в земной коре (в виде его соединений) занимает первое место среди металлов – 8,13% [1] и третье место после кислорода и кремния. По данным академика А.Е. Ферсмана, 
насчитывается более 250 минералов алюминия, которые преимущественно сосредоточены вблизи поверхности земли, более 40% из них 
относится к алюмосиликатам. 
Практически единственным методом производства металлического алюминия является электролиз криолито-глиноземного расплава. Основное сырье для этого процесса – глинозем (оксид алюминия 
Al2O3), получают различными гидрохимическими методами путем переработки минералов, содержащих соединения алюминия. 
Производство глинозема является самостоятельным и специфическим гидрометаллургическим переделом алюминиевой промышленности, а технология его получения рассматривается в специальной 
литературе, в частности, в работах [1, 2]. 

1.1 
Основные минералы и руды алюминия 

Алюминий широко представлен в земной коре различными соединениями, которые делятся примерно на две равные группы [1]: 

−  первичные минералы, образующиеся при кристаллизации 
магмы и ее производных. Главная роль в этой группе принадлежит 
алюмосиликатам, типичными представителями которых являются: ортоклаз 
K2O·Al2O3·6SiO2, 
альбит 
Na2O·Al2O3·6SiO2, 
лейцит 
K2O·Al2O3·4SiO2 и нефелин (Na,K)2O·Al2O3·2SiO2. Меньшее распространение имеют силикаты алюминия Al2O3·SiO2 (дистен, силлиманит, 
андалузит). Относительно редкими являются шпинели Me2+O·Al2O3 и 
свободный оксид алюминия – корунд Al2O3; 

−  вторичные соединения алюминия, образующиеся под воздействием выветривания в земной коре, характеризуются более высоким содержанием оксида алюминия (таблица 1.1). Среди них широко 

Общие сведения 

13 

распространены 
гидросиликаты 
алюминия 
– 
каолинит 
Al2O3·2SiO2·2H2O и его разновидности, а также гидроксиды и оксигидроксиды алюминия – гиббсит (гидраргиллит) Al(OH)3, бемит и диаспор 
AlOOH, которые являются важнейшей составной частью основных 
промышленных алюминиевых руд – бокситов. К этой же группе относится и алунит K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3. 

Таблица 1.1 
– Содержание 
основных 
компонентов 
в 
минералах 
алюминия,% (масс.) 

 
Al2O3 
SiO2 
R2O 
Химическая формула 

Первичные минералы 

Корунд 
100 
– 
– 
Al2O3 

Андалузит, дистен, 
силлиманит 
63 
37 
– 
Al2O3·SiO2 

Нефелин 
32,336 
3842,3 
19,621 
(Na, K)2O·Al2O3·SiO2 

Лейцит 
23,5 
55,1 
21,5 
K2O·Al2O3·4SiO2 

Ортоклаз 
18 
65 
17 
K2O·Al2O3·6SiO2 

Альбит 
20 
68 
12 
Na2O·Al2O3·6SiO2 

Вторичные минералы 

Диаспор, бемит 
85 
– 
– 
Al2O3·H2O 

Гиббсит 
65,4 
– 
– 
Al2O3·3H2O 

Каолинит 
39,5 
46,4 
– 
Al2O3·2SiO2·2H2O 

Гидрослюда 
(мусковит) 
38,5 
45,2 
9,7 
K2O·3Al2O3·6SiO2·3H2O 

Хлориты (шамозит) 
21- 
27,7 
16-30 
– 
(Mg,Al,Fe2+,Fe3+)(Si,Al)4(OH,F)4 

Алунит 
37 
– 
11,3 
K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3 

Боксит – сложная горная порода, состоящая из оксидов и гидроксидов Al, Fe, Si и Ti, в качестве примесей присутствуют карбонаты 
кальция и магния, гидросиликаты (хлориты), сульфиды и сульфаты (в 
основном, железа) и органические соединения. В природе мономинеральные бокситы чрезвычайно редки, гораздо чаще встречаются руды 
смешанного типа - гиббсит-бемитовые или бемит-диаспоровые. 
Химический состав бокситов и их физические свойства весьма 
разнообразны. Содержание Al2O3 в них колеблется от 35 до 60%; SiO2 
– от десятых долей до 25%; Fe2O3 – от 2 до 40%; TiO2 – от следов до 

Общие сведения 

14 

11%. Примеси в бокситах составляют сотые и даже тысячные доли 
процента. Так, содержание ванадия составляет 0,025-0,15%, а галлия 
– 0,001-0,007%. Бокситы, содержащие до 0,35% S, относят к малосернистым, от 0,3 до 0,8% – к сернистым, и более 0,8% – к высокосернистым. По содержанию оксидов железа различают: маложелезистые 
(содержание оксидов железа в пересчете на Fe2O3 до 10%), железистые (от 10 до 18%) и высокожелезистые (более 18%). В зависимости 
от содержания СО2, бокситы делятся на малокарбонатные (содержание СО2 до 0,6%), карбонатные (от 0,6 до 2%) и высококарбонатные 
(более 2%). 
В зависимости от того, в какой минералогической форме гидроксиды алюминия находятся в бокситах, они делятся на диаспоровые, 
бемитовые, гиббситовые и смешанные, в которых одновременно находятся две формы гидроксида алюминия (диаспор-бемитовые и гиббсит-бемитовые). 
Характерным свойством бокситов является чрезвычайная дисперсность их основных частей, нередко приближающаяся к дисперсности коллоидов. По внешнему виду бокситы часто похожи на глину, 
цвет их – от белого до темно-красного (чаще всего, красный с различными оттенками). Структура бокситов может быть плотной и пористой, 
а их плотность колеблется в пределах от 1,2 до 3,5 г/см3. 

Качество бокситов определяется кремниевым модулем μSi, который представляет собой массовое отношение содержания Al2O3 к 
SiO2, - чем выше модуль, тем выше качество боксита. 
Разведанные запасы бокситов превышают 50 млрд. т, что позволяет говорить об обеспечении сырьем алюминиевой промышленности на многие годы. Основные месторождения [3] остаточного типа 
расположены в тропическом и субтропическом поясах земли (таблица 1.2). Главной особенностью этих месторождений является преобладание гиббситовых рудных тел с высоким кремниевым модулем, 
небольшая глубина залегания, позволяющая вести их добычу открытым способом, а также возможность обогащения отмывкой, что предопределяет высокую экономичность их переработки. 

Общие сведения 

15 

Таблица 1.2 
– Состав основных месторождений бокситов,% (масс.) 

Страна 
Запасы, 
млн. т. 
Al2O3 
SiO2 
Fe2O3 

США 
Более 50 
56 – 59 
5 - 8 
29 - 31 

Ямайка 
600 
46 – 50 
0,4 - 3,5 
17 - 23 

Гвиана 
100 
50 – 61 
3 - 12 
1 - 2,5 

Суринам 
100 
55 – 57 
2 - 3 
8 - 12 

Бразилия 
200 
45 – 65 
2 - 20 
0,3 - 10 

Гавайи 
600 
40 – 46 
2,0 
35 - 40 

Гана 
Более 200 
51 
1 - 1,5 
19 

Гвинея 
1000 
51 
6 
11 

Индия  
250 
56 – 68 
0,3 - 7 
0,3 - 6 

Австралия 
Более 1000 
46 
5 - 6 
около 20 

Греция 
Более 200 
56 – 59 
3 - 7 
18 

Югославия 
270 
59,7 
3,4 
18,2 

Венгрия 
200 - 250 
48 - 63 
3 - 14 
20 - 30 

Залежи бокситов осадочного типа состоят из нескольких слоев, 
различающихся по модулю, а глиноземсодержащие соединения зачастую находятся в виде трудноперерабатываемого диаспора. Россия 
не богата высококачественными бокситами, а имеющиеся месторождения разрабатываются шахтным способом и их обогащение затруднено. Поэтому основной производитель алюминия в нашей стране – 
компания "РУСАЛ", приобрела несколько крупных месторождений в 
Африке, Австралии, Америке и ведет крупные работы по освоению 
месторождения бокситов в республике Коми. 
Нефелиновые руды, содержащие в качестве основной составляющей нефелин, имеют большое значение для отечественной промышленности, так как перерабатываются на Пикалевском (Пикалевское объединение "Глинозем" – "ПОГ"), Бокситогорском (Бокситогорский глиноземный завод – "БГЗ") и Ачинском (Ачинский глиноземный 
комбинат – "АГК") глиноземных заводах. 
При переработке нефелиновых руд и концентратов, наряду с 
глиноземом, получают поташ и соду, а из отходов глиноземного производства – цемент. Таким образом, нефелиновое сырье является 
комплексным продуктом, но его переработка осуществляется по слож

Общие сведения 

16 

ным технологическим схемам, внедрение которых требует значительных капитальных вложений. 
Добыча бокситов, производство глинозема и алюминия являются последовательными стадиями единого технологического процесса, 
но объемы добычи бокситов, производства глинозема и алюминия по 
регионам не совпадают, о чем свидетельствуют данные, приведенные 
в таблице 1.3 [4]. 

Таблица 1.3 
– Соотношение добычи бокситов, производства глинозема и 
алюминия,% 

Регион 
Производство,% 

боксита 
глинозема 
алюминия 

Европа 
6,7 
24,2 
34,9 

Азия 
14,2 
6,2 
8,6 

Африка 
13,2 
1,5 
5,4 

Америка 
27,7 
36,3 
42,3 

Океания 
38,2 
31,8 
8,8 

Согласно оценке Геологической службы США, мировые ресурсы бокситов, являющихся основным сырьем для производства алюминия, составляют от 55 до 75 млрд. т, из них 33% находится в Южной 
Америке, 27% – в Африке, 17% – в Азии, 13% – в Австралии и Океании, и только 10% – в прочих регионах [5]. Более 90% мировых общих 
запасов бокситов сосредоточено в 18 странах с тропическим или субтропическим климатом. Уникальными запасами бокситов обладает 
Гвинея (33,4% мировых), очень крупными – Австралия (10,7%), Бразилия (9,7%) и Индия (4,6%), крупными – Индонезия и Китай (по 3,4%), 
Суринам и Камерун (по 3,3%), Ямайка и Мали (по 3,2%), Кот-д’Ивуар и 
Гайана (по 1,9%), Греция и Вьетнам (по 1,6%). В недрах этих четырнадцати стран заключено 85% общих мировых запасов бокситов. 

1.2 
Свойства алюминия 

Алюминий – серебристо-белый металл с синеватым оттенком. 
Уникальное сочетание свойств алюминия – малая плотность, высокая 
тепло- и электропроводность, коррозионная стойкость, хорошая меха