Глинозем: не только сырье для алюминия

В первую очередь глинозем известен как сырье для производства алюминия. Данное вещество можно получить из нескольких видов руд — бокситов, нефелинов, каолинов (белой глины), алунитов.

Сырье для глинозема

Бокситы — основная алюминийсодержащая руда, внешне похожая на окаменевшую глину. В пересчете на оксид алюминия его содержание в бокситах составляет от 30 до 80%. В среднем для изготовления одной тонны алюминия требуется 4–5 тонн бокситовой руды. Свое название минерал получил в 1821 году от городка Бо на юге Франции, вблизи которого геолог Пьер Бертье обнаружил его залежи.

Около 90% бокситовых руд сосредоточено в тропическом и субтропическом поясах Земли. Месторождения в пяти странах — Гвинее, Австралии, Вьетнаме, Бразилии и Китае — содержат 70% всех мировых запасов. Есть также месторождения бокситов и в Западном Казахстане и Сибири, на Урале и Кольском полуострове.

Производство глинозема

Бокситы представляют собой смесь гидратов оксида алюминия, оксидов железа и кремния и других элементов. Первым шагом к получению алюминия служит выделение оксида алюминия — глинозема.

Для его производства используют щелочные, электрохимические и кислотные способы. В промышленности основным способом получения глинозема является щелочной метод Байера. Его изобрел австрийский химик Карл Иосиф Байер в 1895–1898 годах, который изучал в России способы получения чистого глинозема для использования в текстильной промышленности. Однако метод больше всего пригодился в алюминиевой отрасли.

Вкратце метод Байера заключается в следующем: бокситовую руду дробят в шаровых мельницах, а затем соединяют с щелочным раствором и известью. Алюминаты растворяются, а присутствовавшие в руде примеси оксидов других металлов, называемые красным шламом, остаются твердыми и отделяются путем промывки. На завершающих этапах производят разложение водного раствора с осаждением гидроокиси алюминия, которую затем прокаливают для получения чистого оксида алюминия — глинозема.

Метод Байера — не единственный механизм получения глинозема в промышленности. В частности, его нельзя применять при высоком содержании в руде кремния и серы. Если соотношение между оксидом алюминия и оксидом кремния в боксите меньше 8, используют метод спекания руды с известью и содой. В результате спекания в печах получают твердый алюминат, который затем выщелачивают содовым раствором. После этого раствор алюмината натрия разлагают углекислотой и получают глинозем.

От металлургии до зубных протезов

Глинозем, полученный из бокситов, представляет собой бесцветный кристаллический порошок, химически стойкое соединение, температура плавления которого составляет 2050 градусов.

Электролиз алюминия требует гигантского количества электроэнергии — для производства тонны металла расходуют до 18 мегаватт-час энергии. Вот почему алюминиевые производства размещают вблизи генерирующих мощностей. В России в качестве последних обычно выступают гидроэлектростанции. Глинозем используют не только для выплавки металла. Данное вещество применяют в качестве катализатора и адсорбента в химической и нефтехимической промышленности. В электротехнике глинозем служит в качестве полупроводника. Также его используют в производстве керамики, композитных и изоляционных материалов, для изготовления абразивов.

Где применяют глинозем

Широкое применение глинозем высокой чистоты (99,99%) получил в электронной промышленности. Благодаря твердости, огнеупорности, износостойкости и хорошим изоляционным свойствам он находит применение в горелках газоразрядных ламп, в качестве подложек интегральных схем, светодиодов и солнечных элементов.

Потребность в глиноземе высокой чистоты растет благодаря замене ламп накаливания светодиодными источниками света. Последние отличаются низким энергопотреблением и длительным сроком использования. Благодаря перманентному падению стоимости светодиодных ламп спрос на них продолжает расти.

Примеси придают окраску кристаллам, делая их драгоценными камнями. Рубин — камень красного цвета — это кристалл корунда с оксидом хрома, а сапфир — кристалл обычно синих оттенков — представляет собой корунд с примесями оксидов железа и титана.

На сегодняшний день ювелирные кристаллы выращиваются искусственно. Хотя ни по виду, ни по физическим характеристикам они не уступают природным, последние все же стоят существенно выше. Искусственный сапфир находит применение в производстве пуленепробиваемых стекол, иллюминаторов самолетов, экранов смартфонов и другой цифровой техники.

Мировой рынок глинозема

На мировом рынке торгуют и бокситами, и глиноземом, и, конечно же, алюминием. Так, на мировой рынок бокситы высокого качества поставляют Гвинея, Ямайка, Индия, Суринам, Греция. Бокситы Бразилии, Австралии Венгрии и Черногории относят к сырью среднего качества.

Мировой рынок глинозема составляет около 140 млн тонн или в стоимостном выражении почти 70 млрд долларов США. На долю Китая приходится 58%. Второе и третье места среди потребителей глинозема делят в настоящее время две страны — Россия и Индия — по 7,8 млн тонн каждая.

Рейтинг производителей глинозема выглядит следующим образом: на первом месте — Китай (74 млн тонн), на втором — Австралия (22 млн тонн), третье место занимает Бразилия (11 млн тонн). Суммарный мировой экспорт глинозема составляет около 40 млн тонн, 44% этого количества составляет доля Австралии, пятая часть — Бразилии.

На рынке глинозема выделяют сегменты по чистоте и по целям использования. Например, объем рынка глинозема высокой чистоты составляет 1,7 млрд долларов. Этот сегмент растет опережающими темпами на 15–16% в год, в то время как рынок глинозема в целом довольствуется единицами процентов ежегодного роста.

Дефицит глинозема в России

По добыче бокситов Россия занимает шестое место в мире, а по разведанным запасам — седьмое. Основные залежи хорошей бокситовой руды находятся на Северном Урале, но их добыча ведется шахтным способом с глубины 100–500 и более метров. По этой причине стоимость извлечения руды получается высокой.

Месторождения бокситов с высоким содержанием глинозема также имеются в Архангельской области. Их добывают открытым способом, однако толщина пластов составляет всего 0,8–16 метров. Есть также месторождения бокситов в Республике Коми, Белгородской и Иркутской областях, но качество руд для производства глинозема невысокое.

Свыше 40% глинозема в России производят из нефелина, залежи которого сосредоточены в основном на Кольском полуострове. Данный минерал требует для извлечения глинозема еще больших энергозатрат, чем при использовании бокситов. Около 4,7 млн тонн из требуемых российской алюминиевой промышленностью 7,8 млн тонн импортируются (60%).

Как инвестировать в добычу глинозема

На российском фондовом рынке представлена компания РУСАЛ. Она консолидировала предприятия отрасли и владеет девятью глиноземными заводами: четыре предприятия находятся в России, и по одному — в Ирландии, Австралии, Гвинее, на Ямайке и Украине. Благодаря этому РУСАЛ полностью обеспечивал собственным импортным сырьем свои алюминиевые заводы, расположенные в России.

Компания разрабатывает технологии извлечения глинозема из каолиновой глины, что позволит снизить себестоимость производства тонны глинозема примерно в два раза. Кроме этого, потенциально выгодным может быть получение глинозема из золошлаковых отходов угольных электростанций.