Трудный алюминий России

 

Я вижу, что многие товарищи, включая весьма уважаемых, не вполне понимают, как работает алюминиевая промышленность, и в каком месте ее «пищевой цепочки» находится Россия. Ну что же, придется провести небольшой ликбез — это важно, потому что алюминиевые сплавы это основа всяческого хайтека, от авиации и ракетостроения до автомобилестроения и бытовой техники.

Начать надо, разумеется, с сырья — то есть с бокситов. Около 95% всего глинозема (и соответственно алюминия) в мире получают из бокситовых руд.

Боксит (по названию местности Les Baux на юге Франции) — алюминиевая руда, состоящая из гидратов оксида алюминия, оксидов железа и кремния, сырьё для получения глинозёма и глинозёмосодержащих огнеупоров. Содержание глинозёма в промышленных бокситах колеблется от 40 % до 60 % и выше. Используется также в качестве флюса в чёрной металлургии. В настоящее время бокситы являются важнейшей алюминие­вой рудой, на которой, за немногими исключениями, базирует­ся почти вся мировая алюминиевая промышленность.

Между прочим, титан тоже тянут из бокситов — он там содержится в виде рутилов. Это такой «боковичок» от алюминиевого производства.

К сожалению для нас, запасы бокситов в РФ (да и на территории бывшей СССР) чуть менее чем жалки. А те, что всё-таки есть — либо очень бедные, либо крайне неудобны для добычи. К счастью для нас, в Европе ситуация еще хуже — все месторождения там давно выработаны, остались только запасы в Греции, но там бокситы еще более дрянные, чем у нас в России.

Самыми большими общими запасами бокситов обладают Гвинея (20 млрд. т), Австралия (7 млрд. т), Бразилия (6 млрд. т), Вьетнам (3 млрд. т), Индия (2,5 млрд. т), Индонезия (2 млрд. т). В недрах этих шести стран заключено почти 2/3 общих запасов бокситов.

Наиболее крупными подтверждёнными запасами обладают Гвинея (39 % мировых), Бразилия (26 %), Австралия (24 %), Ямайка (14 %), Камерун (9 %), Мали (7 %). В них сосредоточено 65% мировых подтверждённых запасов бокситов.

Но запасы — это запасы. Не все месторождения бокситов удобны для добычи, не все имеют достаточно высокое содержание гидратов оксида алюминия для экономически выгодного производства алюминия. Поэтому объемы добычи бокситов отличаются от распределения запасов:

<dl class="gallery-item">

</dl>

Как видите — крупнейшая добыча бокситов и производство из них глинозема находятся в Австралии. Именно на этом австралийском потоке сидят китайские алюминщики.

Почти вся российская алюминиевая промышленность работает на привозном сырье, в основном из Гвинеи. Там, в этой самой Гвинее, у русского бизнеса целиком скуплены огромные месторождения бокситов. Именно поэтому у Русала такие огромные количества глиноземных производств за границей — ну не переть же из Гвинеи сырые бокситы через полмира (хотя и это делается для загрузки российских глиноземных заводов). Но это знают не только лишь все.

Внутри России наиболее высоким качеством (более 50 % оксида алюминия Al2O3) обладают бокситы Северо-Уральского бокситоносного района (месторождение Красная Шапочка). Однако добыча бокситов на этом месторождении происходит в шахтах на глубине более 860 метров. Вы только представьте себе, какой это ад. Именно поэтому, хотя месторождение было открыто в 1931 году геологом Н.А. Каржавиным, шахту там начали строить лишь в 1971 году, а построили лишь в 2007 г., спасибо Путину. Это стратегическое месторождение, добыча на нем экономического смысла не имеет, но она страхует Россию от обрезания внешних поставок. Кроме того, на специфических бокситах из Красной Шапки сидят некоторые побочные производства.

Более удобное месторождение находится у нас, возле Питера, в Бокситогорском районе Ленобласти. Это то самое Пикалёво, где Дерипаска у Путина пытался ручку спереть. Там оперируют ОАО «РУСАЛ Бокситогорский глинозём» и «Пикалевский глинозёмный завод — СУАЛ» ООО «СУАЛ». Бокситы здесь добываются открытым способом, они дешевы — но их качество не ах, содержание оксида алюминия низкое. По этой причине добыча бокситов там прекращена, глиноземные заводы работают на привозном сырье.

Есть еще Средне-Тиманская группа месторождений на северо-западе Республики Коми, в 150 км от г. Ухты. Там запасы находятся на глубине 100-200 метров, но их качество лишь немногим лучше того, что есть у нас возле Пикалево — при этом речь идет о полностью необжитых районах без транспортной инфраструктуры и с хреновым климатом. В лохматом 1997 году по автозимнику через Ухту на Уральский алюминиевый завод в Каменске-Уральском была доставлена пробная партия тиманских бокситов (12 тыс.т), их успешно сплавили в электролизёре, но экономически разработка этого месторождения невыгодна, поэтому она и не ведется, насколько мне известно.

От безнадеги в СССР пытались получать алюминий из нефелинов (нефелинсодержащие породы, алюмосиликат калия и натрия). Насколько я знаю, больше нигде в мире этим маразмом не занимались, поскольку экономически это бессмысленно. Тем не менее Кия-Шалтырское месторождение в Кемеровской обл. и месторождения Кукисвумчорр, Юкспор, Расвумчорр на Кольском полуострове были при СССР разработаны, в них были вбуханы колоссальные средства (постарались шарлатаны из Академии наук), и по инерции в них продолжают ковыряться, поскольку общие запасы нефелиновых руд в России — около 7 млрд. т, подтверждённые — 5 млрд. т. Это много, поэтому процесс получения алюминия из нефелинов это такой русский резерв на случай разрыва логистики и исчерпания месторождений бокситов.

Но резерв резервом, а вот на кой хрен было вкладываться в промышленное получение алюминия из нефелинов в 70-х годах — непонятно. Это объяснимо только вредительством и разворовыванием страны. Для справки: впервые алюминий из нефелиновых руд стали получать в 50-х годах на Волховском алюминиевом комбинате у нас под Питером. Уже тогда весь процесс был отработан, выяснены все проблемы этой схемы, все убедились, что собственно переработка может иметь смысл только если ее ставить на так называемые «нефелиновые хвосты» — отходы апатитовой промышленности (занимающейся получением фосфатных и комбинированных минеральных удобрений), а ковырять нефелиновые руды специально на алюминий — глупость.

И вдруг через 20 лет строится Ачинский глиноземный комбинат (крупнейший в СССР, между прочим) на базе Кияшалтырского нефелинового месторождения. И деньги СССР начинают закапывать в землю и переводить на гугно. Зашибись, чо.

Ну вот, с рудой понятно. В конечном счете из руды извлекают так называемый глинозем (это и есть оксид алюминия Al2O3) на глиноземных заводах. Если вы думаете, что это очень просто — обломитесь, даже из бокситов выпилить глинозем это целое приключение. Вот вам для примера самый простой и широко применяемый способ Байера (выщелачивание):

<dl class="gallery-item">

</dl>

Хе-хе, а кому сейчас легко? Причем на схеме показаны только основные операции и очень грубо, сам принцип — на самом деле процесс гораздо сложнее. В результате в окончательно прокаленном глиноземе содержится 30 – 50 % α-Al2O3 (корунд), остальное γ-Al2O2, температура плавления этой композиции более 2000 градусов Цельсия.

А затем этот самый глинозем загружают в электролизеры для получения чистого алюминия путём электролиза в расплаве криолита (метод Холла).

На фото в заголовке — этот самый электролизер в процессе электролиза. А вот так этот электролизер устроен:

<dl class="gallery-item">

</dl>

Это огромная металлическая ванна, выложенная внутри огнеупорным кирпичом, на дне которой лежат катодные пластины (обычно применяется медь), а сверху в нее вводятся пакеты анодов, обычно из омедненного графита. Огромный ток, протекая через систему (сила тока на электролизерах состав­ляет обычно 150 000 А), разогревает зону электролиза (для дополнительного разогрева на старте используются огромные газовые горелки, а чтобы грелось лучше — прямо в электролизер кидают деревянные отходы и уголь) — восстановленный электролизом алюминий плавится, плавится и криолит. Алюминий тяжелее криолита и опускается на дно ванны, а сверху слой расплавленного криолита защищает его от окисления воздухом.

Когда электролизер запущен и вышел на рабочий режим (для этого требуется около месяца непрерывной трахом%дии) — его поддерживают в этом режиме, понемногу добавляя новый глинозем и сцеживая излишки алюминия из ванны при помощи вакуумного ковша. Удержание электролизера в оптимальном режиме — это настоящее искусство, и именно от него зависит, насколько хороший алюминий получается на выходе. Там надо своевременно заменять пакеты сгоревших анодов, причем делать это «на лету», не прекращая электролиз, тонко регулировать подачу анодов (каждый из которых весит больше тонны) в расплав, добавление глинозема и криолита, удерживать оптимальную температуру расплава (около 850 градусов — но точное значение зависит от параметров ванны, электролита и многого другого, и ловится мастером «на ощупь» по результатам анализов отбираемого алюминия), и так далее. При этом все элементы установки непрерывно горят в атмосфере выделяющегося при электролизе свободного кислорода, с выделением всякой отравы до фтора включительно.

В идеале однажды запущенный электролизер, как доменная печь, никогда не останавливается — но на практике раз в несколько лет его все-таки останавливают для замены огнеупорного кирпича и катодных связок. Каждая такая операция — натуральное сражение с природой, сколько народу погибло при чистке электролизеров — и не сосчитать.

В целом получение алюминия сжирает колоссальное количество энергии. Вот вам энергетический баланс типичного современного процесса получения алюминия:

<dl class="gallery-item">

</dl>

Суммарно получается примерно 22 000 киловатт-часов на тонну алюминия, и более. То есть около 22 киловатт-часов на килограмм алюминия. Чтобы вы поняли, насколько это дохрена, сообщаю, что обычный никель-кадмиевый аккумулятор накапливает около 50 Вт·ч на килограмм своего веса — в 440 раз меньше, чем потрачено при производстве килограмма алюминия. Поэтому себестоимость алюминия определяется прежде всего ценой энергии. Именно на этом — на дешевой энергии — и стоит фундамент конкурентоспособности российской алюминиевой промышленности. По сути через алюминий Россия продает свою энергию.

Электролиз глинозема в криолите дает степень очистки промыш­лен­ного алюминия Al 99.5 – 99.8, лучшие мастера на Волховском заводе в момент перед тем, как его уничтожили извне, достигли чистоты 99.9 — а всего-то оказалось нужно доверять людям, не гнать вал по плану, и поставлять в достатке чистого графита для анодов и меди для катодов. Из алюминия такой чистоты получаются отличные электрические провода — не ломкие, эластичные, прекрасно тянущиеся на промышленных линиях с близким к нулю браком. Я не знаю, делает ли сейчас Русал 99.9 в один проход с электролизера — чо-та мне сомнительно, но где-нибудь 99.7 наверняка делают.

На Западе и в КНР для получения алюминия с чистотой более 99.5 применяют вторичное рафинирование (обычно трехслой­ный электролиз, он же метод Фульда-Гинзберга) — таким образом получают алюминий до чистоты Al 99,99 R включительно.

Ванна вторичного рафинирования работает при 750 – 800 °С, расход электроэнергии составляет 20 кВт ч на 1 кг чистого алюминия, т. е. несколько выше, чем при обычном электролизе алюминия. Поэтому рафинированный алюминий гораздо дороже первичного.

Российский «Русал» отгружает на Запад весьма большое количество первичного алюминия в слитках как раз для такого рафинирования. Затем из рафинированного алюминия делаются высококачественные сплавы для использования в аэрокосмической промышленности.

Источник: http://topru.org/67945/trudnyj-alyuminij-rossii/

20
3133
25