Боксит - формула, химические свойства и сферы применения

Случалось ли вам сталкиваться с необычной "глиной", которая почему-то не образовывала с водой массу, подходящую для лепки? Если да, то вы держали в руках не глину, а горную породу боксит. Формула его не может отражать точный состав, ведь самые разные вещества способны входить в него. Но обо все по порядку. Рассмотрим эту горную породу во всех ракурсах, подробно изучив состав, свойства и значение для человека.

История открытия и почему так называется

Название руда носит такое же, как и место ее открытия. Состав весьма разнообразен, но основными компонентами являются разные гидраты алюминиевых окислов, железосодержащие и кремнийсодержащие вещества. Химическая формула боксита не отображает всего состава, но используют его в основном в алюминиевой промышленности как главный источник сырья. Содержание алюминийсодержащих веществ может составлять 40-60 % и больше.

Плотный минерал бывает самых разных оттенков: от красного до зеленого и серого цветов. Но никогда вы не встретите прозрачный боксит. Чаще - плотный и твердый, иногда он встречается в виде землистой и рыхлой субстанции. В этом случае при прикосновении на руках будут оставаться следы.

Возможно, мы бы называли сейчас этот минерал бертитом, если бы в 1821 году французский геолог по имени Пьер Бертье не стал скромничать, найдя во время летнего отдыха необычную находку. Скала, обнаруженная им, была сложена из камня с необычными свойствами.

Бертье не знал, что пройдет несколько десятилетий, и боксит, формула которого - Al₂O₃xnH₂O, станет сырьем, без которого алюминиевая промышленность не развивалась столь быстрыми темпами. Но что случилось, то случилось. И минерал носит название прованской деревни Ле-Бо де Прованс (пишется на французском Les Baux).

Понадобилось 30 лет, чтобы состав породы был оценен минералогами того времени, но в 50-е годы боксит занимает свое место в парижском выставочном центре, оригинально называемый "глиняным серебром". Уж очень внешне он похож на глину.

Состав

Для того чтобы формула боксита в химии точно отражала состав минерала, нужно учесть все вещества, которые в него входят. Их много, назовем те, что встречаются чаще всего:

• гидраты оксидов алюминия, с ней вы уже знакомы - Al₂O₃xnH₂O;
• образующие рудную массу гидроксиды, оксиды и силикаты железа;
• кремний (кварц (SiO₂), опал (SiO₂ х nH₂O), каолинит (Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈));
• титан (рутил (ТіО₂) и другие);
• карбонаты (CaCO₃, MgCO₃ и др.);
• соединения хрома, циркония, фосфора, натрия, калия, ванадия, галлия и др. элементов;
• пирит (FeS₂).

Ценится руда, прежде всего содержащая глинозем, а кремнезема чем меньше, тем лучше. Для характеристики качества был введен так называемый кремниевый модуль боксита, формула его нахождения: μ_Si= Al₂O₃/SiO₂. Полученное значение показывает, каким из методов руду лучше перерабатывать.

Свойства

Как уже говорилось, состав минерала весьма разнообразен, что сильно влияет на его свойства. Но кое-какие физические свойства выделить можно:

• цвета - можно встретить все оттенки красного (от светло-розового до темно-красного), зеленого (от серо-зеленого до травянистого) и серого (от светлых тонов, в том числе белого до темно-серого почти черного);
• состояние тоже может быть разным: выделяют каменистые, пористые, рыхлые, землистые и глиноподобные;
• плотность напрямую зависит от количества железосодержащих веществ и варьирует от 1,8 до 3,2 г/см³;
• твердость максимально равна 6 по шкале Мооса;
• непрозрачен.

Для промышленности есть одна химическая черта, которая наиболее важная - «вскрываемость», означающая, достаточно ли легко извлечь оксиды алюминия из этой руды.

Места где есть залежи

Добыча боксита осуществляется либо открытым способом, либо подземным. Основные запасы руды сосредоточены там, где влажно и тепло - это тропики и субтропики. Здесь лучшие месторождения бокситов и 2/3 мировых запасов.

Если речь вести о РФ, то ее залежей не хватает даже для обеспечения собственных нужд. Но разработки ведутся. Добыча бокситовой руды идет в Архангельской, в Ленинградской и Белгородской областях, Свердловской и Челябинской.

Постоянный рост спроса на алюминий приводит к увеличению добычи. США провели расчеты, по которым мировые запасы бокситов составляют от 55 до 75 миллиардов тон. Этого хватит еще примерно на сто лет. А что дальше? Ученые пытаются найти другие способы добычи алюминия, столь же эффективные и дешевые.

Переработка

Алюминий - вот главная причина добычи этой руды. Процесс его извлечения состоит из следующих этапов: получение глинозема, затем чистого металла (электролизом). В свою очередь оксид алюминия (формула глинозема), может быть получен методом Байера, спеканием или комбинированным способом.

Схема процесса по Байеру следующая: сильно измельченный боксит обрабатывают гидроксидом натрия и получают алюминат натрия, из которого затем осаждают глинозем. Дальше остается только провести электролиз - и алюминий готов.

Низкокачественную руду спекают. Этот процесс таков: измельченную породу смешивают с углекислым кальцием и содой, помещают в печь и спекают при 1250 °С. Затем спек обрабатывают натриевой щелочью малой концентрации, фильтруют гидроксид алюминия и проводят электролиз.

Комбинированный способ состоит из первичной обработки глинозема из бокситов байеровским способом и последующей переработки оставшегося шлема спеканием.

Применение

Изучив боксит, его свойства и применение в металлургии, теперь можно узнать, где еще используют руду. В химической промышленности при производстве красок, в качестве наполнителя в составе лаков. Как сорбент его использует нефтеперерабатывающая промышленность.

Черная металлургия использует флюсы, получаемые при выплавке породы. А полученный в электропечи из боксита электрокорунд, обладающий твердостью 9 по шкале Мооса, применяется в виде абразивного материала.

Идет в ход и другая составляющая бокситов - глинозем. Из него производят глиноземистый цемент – состав, который обладает высокими вяжущими свойствами даже при низких температурах, что особенно важно для строительства жилья в условиях Крайнего Севера.

Если боксит, формулу и применение которого мы сейчас рассматриваем, содержит небольшое количество железа, то породу используют в производстве огнеупоров.

А вот для литотерапевтов и магов бокситы интереса не представляют, так как не обладает горная порода ни лечебными, ни магическими свойствами.

Изредка лишь ювелиры могут развлечься, создав из руды какую-нибудь безделушку или сувенир, например, отполируют в форме шара - и на подставку.

Смотрится эффектно и оригинально.