Alumina production: Historical development, issues, and solutions. Part 1

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study focuses on documenting the historical stages of aluminium and alumina production prior to the transition to a modern industry structure, involving the Hall-Héroult electrometallurgical process, and their technical significance for the contemporary metallurgical complex. It highlights the significance of these stages in the development of scientific knowledge related to alumina, aluminium, and their production technology when using chemical methods for obtaining metallic aluminium. The analysis includes aspects, such as classification, technical evaluation of the processes, and the raw material base. It is shown that the formation of scientific knowledge regarding alumina and aluminium is mainly associated with the practical need for using alum and, to some extent, clay minerals. Since the commencement of deliberate research into methods for aluminium production in its elemental state and virtually until the 1890s, aluminium was primarily produced using the metallothermal methods pioneered by Henri St. Clair Deville and his colleagues due to the high thermodynamic stability of aluminium compounds and the absence of affordable energy sources. It was found that from 1854 to 1890, the production of aluminium by chemical method was associated with the use of sodium aluminium chloride (NaCl·AlCl3), natural cryolite, or synthesised fluoride salts. Available technical reagents (aluminium sulphate, ammonia alum, and aluminium hydroxide), along with natural raw materials (cryolite, bauxite, and clay), were used as source materials in this period. The extraction and processing of bauxite were primarily associated with the production of alum and aluminium sulphate consumed by light industry. Although the demand for pure aluminium oxide was limited during the metallothermic production of aluminium, the driving force behind the advancement of modern technologies for alumina production was the demand for chemical products. This demand led to the development of technology for processing bauxite, which forms the foundation of the metallurgical complex in aluminium production using the Hall-Héroult electrometallurgical method.

About the authors

V. N. Brichkin

St. Petersburg Mining University

Email: Brichkin_VN@pers.spmi.ru
ORCID iD: 0000-0002-1708-5624

V. V. Vasiliev

St. Petersburg Mining University

Email: Vasilev_VV@pers.spmi.ru

R. I. Maksimova

St. Petersburg Mining University

Email: Maksimova_RI@pers.spmi.ru
ORCID iD: 0000-0001-7767-0713

References

  1. Беляев А.И., Рапопорт М.Б., Хазанов Е.И. Алюминий. М.–Л.: НКТП Цветметиздат, 1932. 160 с.
  2. Эдвардс Д., Фрери Ф., Джефрис З. Алюминиевая промышленность. Алюминий и его производство. Москва–Ленинград–Свердловск: Гос. науч.-тех. изд. по черной и цвет. мет., 1933. 212 с.
  3. Беляев А.И., Хазанов Е.И. Специальный курс. Электрометаллургия алюминия. М.–Л.: Глав. ред. лит-ры по цветной металлургии, 1937. 290 с.
  4. Прокопьев И.В., Кальченко В.С., Калужский Н.А. Алюминиевая промышленность страны на рубеже 90-х годов // Цветные металлы. 1991. № 9. С. 4–7.
  5. Калужский Н.А., Щеголев В.И. Научная и проектная база становления и развития отечественной металлургии легких металлов // Цветные металлы. 2003. № 7. С. 13–23.
  6. Ланкин В.П. Научно-техническая деятельность АО ВАМИ по дальнейшему развитию и технологическому перевооружению промышленности легких металлов на этапе перехода к рыночной экономике // Цветные металлы. 2000. № 1. С. 4–6.
  7. Сизяков В.М. Современное состояние и проблемы развития алюминиевой промышленности России // Записки Горного института. 2005. Т. 165. С. 163–169.
  8. Горланов Е.С., Кавалла Р., Поляков А.А. Электролитическое производство алюминия. Обзор. Часть 2. Перспективные направления развития // Цветные металлы. 2020. № 2. С. 42–49.
  9. Трушко В.Л., Утков В.А., Бажин В.Ю. Актуальность и возможности полной переработки красных шламов глиноземного производства // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 547–553. https://doi.org/10.25515/PMI.2017.5.547
  10. Brichkin V.N., Vasiliev V.V., Bormotov I.S., Maksimova R.I. Production and recycling of limes in integrated mineral processing // Gornyi Zhurnal. 2021. Iss. 11. P. 88–94.
  11. Халифа А.А., Бажин В.Ю., Устинова Я.В., Шалаби М.Э. Изучение особенностей кинетики процесса получения окатышей из красного шлама в потоке водорода // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 261–270. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.18.
  12. Пиирайнен В.Ю., Михайлов А.В., Баринкова А.А. Современный взгляд на решение проблем экологии Уральского алюминиевого завода // Цветные металлы. 2022. № 7. P. 39–45.
  13. Пягай И. Н., Кремчеев Э. А., Пасечник Л. А., Яценко С. П. Карбонизационный способ переработки отходов глиноземного производства – альтернативная технология извлечения редких металлов // Цветные металлы. 2020. № 10. С. 56–63.
  14. Козырев Б.А., Сизяков В.М. Кучное выщелачивание красного шлама формиатным способом // Обогащение руд. 2021. № 4. С. 40–45. https://doi.org/10.17580/or.2021.04.07.
  15. Kozyrev B.A., Sizyakov V.M., Arsentyev V.A. Principles of rational processing of red mud with the use of carboxylic acids // Non-ferrous Metals. 2022. Iss. 2. P. 30–34. https://doi.org/10.17580/nfm.2022.02.05.
  16. Brichkin V.N., Fedorov A.T. Indicators and regularities of hydrolytic decomposition of metastable aluminate solutions in the Na2O – K2O – Al2O3 – H2O system // Non-ferrous Metals. 2021. Iss. 2. P. 27–32.
  17. Дубовиков О.А., Сундуров А.В. Кинетика выщелачивания термоактивированного боксита // Обогащение руд. 2021. № 4. С. 34–39. https://doi.org/10.17580/or.2021.04.06.
  18. Голубев В.О., Литвинова Т.Е. Динамическое моделирование промышленного цикла кристаллизации гиббсита // Записки Горного института. 2021. Т. 247. С. 88–101. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.1.10.
  19. Alekseev A.I., Kononchuk O.O., Goncharova M.V., Hippmann S., Bertau M. Recovery of CaCO3 from the nepheline sludge of alumina production // Chemie-Ingenieur-Technik. 2019. Iss. 4. P. 1–9.
  20. Вернадский В.И., Курбатов С.М. Земные силикаты, алюмосиликаты и их аналоги. Л.–М.: Глав. ред. геолого-разв. и геодез. литературы, 1937. 378 с.
  21. Беляев А.И. Очерки по истории металлургии легких металлов. М.: Гос. науч.-тех. изд. по черной и цвет. мет., 1950. 142 с.
  22. Engel M. Pott. Johann Heinrich // Neue Deutsche Biographie. Berlin: Duncker & Humblot, 2001. Vol. 20. P. 660– 661.. URL: https://daten.digitale-sammlungen.de/0001/bsb00016338/images/index.html?id=00016338&groesser=&fip=qrsweayasdasxdsydeayaenewqfsdr&no=&seite=675 (28.02.2023).
  23. Ходалевич Г.Н., Жариков И.И. К вопросу о получении безводного хлористого алюминия из сибирских глин // Известия Сибирского Химико-Технологического Института. 1934. Т. 3. Вып. 1. С. 5–13.. URL: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/1934/n3/a2_full.pdf (28.02.2023).
  24. Henri Sainte-Claire Deville. De l'aluminium: ses propriétés, sa fabrication et ses applications. Mallet-Bachelier, 1859. 176 p.. URL: https://archive.org/details/delaluminiumsesp00sain/page/176/mode/2up. (28.02.2023).
  25. Plateau J., Renaux T. L'aluminium et Paul Morin au Moulin noir Nanterre, 1857-1890 // Société d'Histoire de Nanterre. 2007. Iss. 39. 136 p.. URL: https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k9602016r/f1.image.r=nanterre.lang-FR (24.02.2023).
  26. Richards J.W. Aluminium: Its History, Occurrence, Properties, Metallurgy and Applications, Including Its Alloys. Philadelphia: Henry Carey Baird & Co, 1890. 511 p.. URL: https://archive.org/details/aluminiumitshist00richrich/page/n7/mode/2up (24.02.2023).
  27. Лукьянов П.М. История химических промыслов и химической промышленности России до конца XIX века. М.–Л.: Академия Наук СССР, 1949. Т. 2. 732 с.
  28. Сметанин С.И. История предпринимательства в России. М.: Палеотип; Логос, 2004. 196 с.
  29. Минаев В.И. Разложение растворов многоосновных сернокислых солей алюминия хлопчатобумажным волокном (К вопросу об изучении явлений протравливания) // Известия Томского политехнического университета. 1925. Т. 46. № 1-3. С. 83–97.. URL: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/1925/v46/a18_full.pdf (24.02.2023).
  30. Кулев Л.П., Горизонтова Т.Н. О механизме лакообразования при ализариновом крашении // Известия Томского Ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. С.М. Кирова. 1956. Т. 83. С. 113–120.. URL: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/1956/v83/11.pdf (24.02.2023).
  31. Habashi F. Alumina production and the Textile industry // International Journal of Textile Science & Engineering. 2017. Iss. TSE-104. Р. 100004. https://doi.org/10.29011/TSE-104/100004.
  32. Яковлев А. Химическое исследование грузинского квасцового камня // Горный журнал. 1825. № 5. С. 37–55.. URL: http://elib.uraic.ru/handle/123456789/6385?ysclid=llwe8f0aaf193631142 (24.02.2023).
  33. Погожев А.В. Общий обзор фабрично-заводской промышленности и экономических условий населения Верейского уезда // Сборник статистических сведений по Московской губернии. М.: Издание Московского губернского земства, 1882. Т. III. Вып. III. Отдел первый. С. 1–166.. URL: https://viewer.rusneb.ru/ru/000199_000009_003613516?page=173&rotate=0&theme=white (24.02.2023).
  34. Беляев А.И. Металлургия легких металлов. М.: Металлургия, 1970. 367 с.
  35. Раскин Н.М. Яков Дмитриевич Захаров – физик и химик конца XVIII и начала XIX в. Л.: Наука, 1979. 109 с.
  36. Жуков Н. Алюминий и его металлургия. М.: Изд. К.П. Карабасникова, 1893. 311 с.. URL: https://viewer.rusneb.ru/ru/000199_000009_003664709?page=1&rotate=0&theme=white (24.02.2023).
  37. Luo Mengjie, Ye Junxiang, Xue Jin, Liu Chenglin, Song Xingfu, Yu Jianguo. Phase equilibrium in the ternary system K2O–Al2O3–H2O at 323.15, 333.15, 343.15, and 353.15 K // Journal of Chemical & Engineering Data. 2020. Vol. 65. Iss. 7. P. 3463–3471. https://doi.org/10.1021/acs.jced.0c00017.
  38. Siziakova E.V., Ivanov P.V., Boikov A.V. Application of calcium hydrocarboaluminate for the production of coarse-graded alumina // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2019. Vol. 54. Iss. 1. P. 200–203.
  39. Antropova I.G., Alekseeva E.N., Budaeva A D. Integrated processing method for synnyrite with production of alumina and potassium sulfate // Journal of Mining Science. 2019. Vol. 55. Iss. 6. P. 1007–1012. https://doi.org/10.1134/S1062739119066393.
  40. Герасимов А.М., Лазарева В.В., Арсентьев В.А. Воздействие СВЧ-нагрева на свойства слоистых алюмосиликатов // Обогащение руд. 2019. № 6. С. 15–19.
  41. Gao Yajing, Liang Kai, Gou Yi, Wei Shun’an, Weifeng Shen, Cheng Fangqin. Aluminum extraction technologies from high aluminum fly ash // Reviews in Chemical Engineering. 2020. https://doi.org/10.1515/revce-2019-0032.
  42. Azof F.I., Yang Yongxiang, Panias D., Kolbeinsen L., Safarian J. Leaching characteristics and mechanism of the synthetic calcium-aluminate slags for alumina recovery // Hydrometallurgy. 2019. Vol. 185. P. 273–290. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.03.006.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).