SUROWCE MINERALNE. Wykład 9

Transkrypt

1 SUROWCE MINERALNE Wykład 9

2 WYBRANE NIEMETALICZNE SUROWCE MINERALNE surowce krzemionkowe, tj. zasobne w SiO 2, surowce glinowe, glinokrzemianowe i zawierające alkalia, surowce ilaste, surowce wapniowe, tj. zawierające CaO, surowce magnezowe, tj. zawierające MgO, surowce chromowe, tj. zasobne w Cr 2 O 3, surowce cyrkonowe, grafit.

3 Surowce glinowe są reprezentowane przede wszystkim przez boksyty Sąto drobno-i kryptoziarniste skały osadowe pochodzenia chemicznego, które stanowią mieszaninę głównie tlenowodorotlenków i wodorotlenków glinu: gibbsytu γ-al(oh) 3, diasporu α-alooh i boehmitu γ-alooh, zawierające domieszki goethytu α-feooh, hematytu Fe 2 O 3, minerałów grupy SiO 2 (kwarc, chalcedon, opal), kaolinitu, anatazu i in. Zawartość minerałów glinu, a także rodzaj i ilośćdomieszek jest bardzo zróżnicowana w poszczególnych typach boksytu, dlatego mogą być to skały miękkie i plastyczne, albo też twarde i zwięzłe.

4 tys. t Źródło: Bilans gospodarki surowcami mineralnymi Polski i świata Wyd. IGSMiE PAN. Kraków 2011.

5 Światowe wydobycie boksytów zostało zdominowane przez siedem państw (łącznie ponad 87%): Australię, Chiny, Brazylię, Indie, Gwineę, Indonezję i Jamajkę. Zdecydowanym liderem jest Australia, która dostarcza 33% światowej podaży.

6 Jedna z australijskich kopalń boksytu.

7 Kierunki wykorzystania boksytów Boksyty stanowiąźródło pierwotne do produkcji aluminium metalicznego. Około 95% eksploatowanych boksytów jest przetwarzanych na aluminęal 2 O 3 metodąbayera (90% produkcji aluminy przeznaczone jest do otrzymania aluminium metalicznego w procesie elektrolizy). Około 5% boksytów stosuje siędo produkcji materiałów ogniotrwałych i ściernych, cementów glinowych, dla przemysłu chemicznego, hutnictwa żelaza, i innych. W tych kierunkach użytkowane sąboksyty wyższej jakości, ponieważtechnologia ich wykorzystania nie daje możliwości pozbycia sięzanieczyszczeń, jak ma to miejsce w przypadku produkcji aluminy.

8 Klasyfikacja boksytów Znaczenie przemysłowe mająboksyty, które zawierająponad 40% Al 2 O 3. Z punktu widzenia składu chemicznego, jakośćboksytów jest tym lepsza im większa jest zawartośćal 2 O 3. Decydująca jest także zawartośćsio 2. Moduł Al 2 O 3 : SiO 2 powinien byćwysoki; dla najlepszych gatunków boksytów wartośćta przekracza 20.

9

10

11

12 Produkcja technicznego tlenku glinu metodą Bayera Dla celów metalurgicznych modułal 2 O 3 : SiO 2 powinien byćwiększy od 7. W przeciwnym razie przeróbka boksytów metodąbayera jest nieopłacalna. SiO 2 ma szkodliwy wpływ, ponieważpowoduje stratęal 2 O 3 zawartego w boksytach. Naturalna wilgotnośćboksytów nie wpływa na ich jakośćużytkową, ale podnosi koszty transportu.

13 W metodzie Bayera wykorzystywane sąamfoteryczne właściwości Al. Ługowanie boksytów odbywa się w autoklawach przy użyciu stężonego NaOH w temperaturze o C pod ciśnieniem 5-15 atm.

14 Metoda Bayera Boksyt Świeży NaOH zagęszczanie NaOH Wstępne przygotowanie surowca: -segregacja (głównie odpiaszczenie) -mielenie -suszenie (ew. prażenie) Ługowanie boksytów w autoklawach Al(OH) 3 +2NaOH->NaAlO 2 +2H 2 O+NaOH AlO(OH)+2NaOH->NaAlO 2 +H 2 O+NaOH Rozcieńczenie wodąi oddzielenie osadu Wytrącenie Al(OH) 3 Prażenie Al(OH) 3 Szczepionka Al(OH) 3 tzw. czerwone szlamy Al 2 O 3

15 Elektrolityczne otrzymywanie metalicznego aluminium W tym celu do elektrolizy przeznacza się15-20% roztwór tlenku glinu w stopionym kriolicie Na 3 AlF 6 (temperatura roztworu wynosi około 950 C). Czysty tlenek glinu ma temperaturę topnienia2050 C i dlatego nie poddaje sięgo bezpośrednio elektrolizie. Proces ten przeprowadza sięw wannie stalowej wyłożonej masą węglową, pełniącą funkcję katody. Anodę stanowią bloki grafitowe zanurzone w elektrolicie wypełniającym wannę. Podczas elektrolizy zachodzą następujące reakcje:

16 W niektórych technologiach (produkcja materiałów ogniotrwałych, przemysł materiałów ściernych) stosowane są boksyty kalcynowane (prażone). Powinny one charakteryzowaćsięwysoką zawartościąkorundu i mullitu oraz jak najmniejszązawartościąfazy szklistej.

17 Surowce glinokrzemianowe zawierają minerały grupy SiO 2 Al 2 O 3. W wyniku ich praŝenia powstaje mullit.

18

19 Trzy krzemiany glinu andaluzyt, cyanit (dysten) i sillimanit sąodmianami polimorficznymi o identycznym składzie chemicznym Al 2 O 3. SiO 2, w których kationy Al 3+ występują w różnych koordynacjach. Ze względu na dominację andaluzytu używa się określenia surowce grupy andaluzytu.

20 Temperatura mullityzacji poszczególnych odmian Al 2 O 3. SiO 2 jest zróżnicowana. Najłatwiej ulega jej cyanit ( o C) co wiąże sięjednak z niekorzystnym wzrostem objętości produktu ażo 18%. Andaluzyt ulega mullityzacji w wyższej temperaturze ( o C) lecz wzrost objętości jest nieznaczny (5%). Najwyższą temperaturąmullityzacji charakteryzuje sięsillimanit (1545 o C), przy wzroście objętości 7%.

21 Polska nie posiada złóżkopalin grupy Al 2 O 3. SiO 2. Koncentraty andaluzytowe stanowiąprzedmiot importu z RPA i Francji.

22 Surowce skaleniowe i pokrewne Sąone ważnymi i często stosowanymi w przemyśle ceramicznym surowcami zasobnymi w alkalia (K 2 O + Na 2 O), spełniającymi rolętopników. Skalenie: potasowy K[AlSi 3 O 8 ] i sodowy Na[AlSi 3 O 8 ] charakteryzująsięniskimi temperaturami rozkładu, które wynosząodpowiednio 1150 o C i 1118 o C. Topnikiem nie jest natomiast skaleńwapniowy Ca[Si 2 Al 2 O 8 ], który rozkłada się w temperaturze 1550 o C. W przemyśle szklarskim surowce skaleniowe stanowiąźródło Al 2 O 3.

23

24 K[AlSi 3 O 8 ] ORTOKLAZ SANIDYN MIKROKLIN ALBIT OLIGOKLAZ ANDEZYN LABRADOR odmiany trwałe BYTOWNIT ANORTYT odmiany nietrwałe Na[AlSi 3 O 8 ] Ca[Al 2 Si 2 O 8 ] Układ trójskładnikowy K[AlSi 3 O 8 ]- Na[AlSi 3 O 8 ]-Ca[Al 2 Si 2 O 8 ]

25

26

27 Najważniejsze źródła surowców skaleniowych skały magmowe: głębinowe (leukogranity, granity, syenity) i wylewne (ryolity), skały etapu pomagmowego: pegmatyty granitowe, skały osadowe (piaskowce arkozowe, arkozy).

28

29

30

31

32 Strzeblowskie Kopalnie Surowców Mineralnych. Kopalnia leukogranitu Pagórki Wschodnie w Strzeblowie (Dolny Śląsk). Stan z 2004 r.

33

34

35 Kopalnia leukogranitu Krásno (Czechy) Mączka skaleniowokwarcowa Ž65K20 Składnik (% mas.) SiO 2 73,3 Al 2 O 3 14,4 K 2 O 9,2 Fe 2 O 3 0,18 Na 2 O 1,8 CaO 0,31 TiO 2 0,05 MgO 0,05 K 2 O : Na 2 O 5,1

36 Kopalnia Gökkaya i zakład przeróbczy Milas firmy ESAN (Turcja)

37 Przeciętny skład chemiczny tureckich surowców skaleniowych i skaleniowokwarcowych Składnik (% mas.) SiO 2 65,0-70,0 Al 2 O 3 17,0-19,5 K 2 O 0,2-0,5 Fe 2 O 3 0,05-0,15 Na 2 O 9,5-10,5 CaO 0,4-0,6 TiO 2 0,1-0,5 MgO 0,05-0,10 K 2 O : Na 2 O 0,02-0,05