Бокситы (1318-16-7) Физические и химические свойства
Бокситы
Основная руда алюминия, используемая в качестве сырья для производства оксида алюминия (глинозема), а также минеральное сырье для промышленных применений; закупки ориентированы на качество, влажность и профиль примесей для эффективного перераспределения и обработки.
| Номер CAS | 1318-16-7 |
| Группа | Алюминиевая руда / минеральная пыль |
| Типичная форма | Гранулированное или порошкообразное твердое вещество |
| Распространённые сорта | EP |
Боксит — это гетерогенная руда и минеральная смесь, преимущественно состоящая из гидратированных оксидов и оксихлоридов алюминия; относится к структурному классу минералов оксидов/гидроксидов. Основные первичные минеральные фазы — гиббсит, боэмит и диаспор, которые являются полиморфами или разными степенями гидратации оксидов и гидроксидов алюминия. Эти фазы формируют слоистые и/или каркасные структуры, в которых алюминий координирован кислородом и гидроксидными лигандами; совокупность ведёт себя как амфотерный оксид/гидроксид с ограниченной растворимостью в воде при нейтральных условиях, но химически активен при сильнокислых или сильнощелочных (едких) процессах, используемых в промышленном рафинировании.
Ключевые электронные и структурные особенности включают изменчивую гидратацию, вклад смешанных степеней окисления железа, присутствующего в примесях некоторых месторождений, а также значительную удельную поверхность и реактивность, связанную с микрокристаллическими и аморфными компонентами. Материал, как правило, нелетучий, электрически изолирующий и плохо растворим в воде при комнатных условиях; однако он химически разрушаем концентрированными щелочными растворами (основа щелочного выщелачивания) и сильными кислотами или фторидами, растворяющими глинозём и кремнисодержащие загрязнения. В виде добываемого материала встречается крупками или коркой; образование пыли и распределение частиц по размеру существенно влияют на риск ингаляционного воздействия, а также на поведение при обработке и переработке.
Боксит является основным промышленным источником перерабатываемого оксида алюминия (\(\ce{Al2O3}\)) и, в конечном итоге, металлического алюминия; он коммерчески рафинируется посредством щелочного выщелачивания (процесс Баера) для получения глинозёма, который затем преобразуется в алюминий электролизом. Материал также встречается в горном деле, в обработке сыпучих материалов, а также в некоторых областях нефтяной промышленности, например, в операциях гидравлического разрыва пласта. Распространённые коммерческие сорта для данного вещества включают: EP.
Обзор и состав
Качественный состав
Боксит не является единым стехиометрическим соединением, это полимиктическая смесь гидратированных оксидов/оксихлоридов алюминия вместе с пустой породой (назой). Типичные составные фазы и химические описания включают: - Гидратированные гидроксиды/оксихлориды алюминия: гиббсит (\(\ce{Al(OH)3}\)), боэмит и диаспор (обычно представлены \(\ce{AlO(OH)}\)). - Глинозём и связанные оксиды, представляющие корундоподобные материалы: \(\ce{Al2O3}\). - Ассоциированные примеси и пустая порода: кремнистый материал (аморфный и кристаллический \(\ce{SiO2}\)), оксиды железа (\(\ce{Fe2O3}\)) и незначительные оксиды титана и других металлов.
Вычисленная идеализированная стехиометрическая формула, представленная в некоторых описаниях, — \(\ce{Al2H2O4}\); она отражает небольшой гидратированный оксид алюминия, а не промышленный массовый состав. Идентифицированные компоненты для состава включают воду (\(\ce{H2O}\)) и корундоподобный глинозём (\(\ce{Al2O3}\)). В данных по примесям указывается наличие 10–30% аморфного плавленого кремнезема в некоторых потоках материала; такое содержание кремнезема существенно влияет на поведение при рафинировании и потенциал респираторных рисков.
Внешний вид и типичная форма
Боксит обычно встречается в виде тёмно-коричневой до красновато-коричневой, без запаха, земляной или писолитовой породы или корки. Коммерческий материал варьируется от рассыпчатых комков до мелкодисперсного порошка в зависимости от горных и дробильных операций. Обычно описывается как твёрдый сыпучий минерал; документы по безопасности материалов характеризуют его как тёмно-коричневое без запаха твердое вещество. Распределение частиц по размеру при обогащении и дроблении приводит к образованию респирабельных фракций пыли, которые являются основной профессиональной опасностью при вдыхании.
Химические свойства
Реакционная способность и коррозионное поведение
Фазы, содержащие алюминий, в бокситах проявляют амфотерные свойства оксидов/гидроксидов: они относительно нерастворимы в воде при нейтральном \(\mathrm{pH}\), но реагируют в сильнощелочных условиях с образованием растворимых алюмминатных видов и в сильнокислых условиях с образованием растворимых ионных алюминиевых комплексов. Промышленные процессы щелочного выщелачивания используют растворимость в концентрированном гидроксиде натрия для извлечения глинозёма. Сильные кислоты и фторсодержащие реагенты агрессивно воздействуют как на глинозём, так и на кремнистую пустую породу; термическое дегидроксилирование гидроксидных компонентов приводит к переходу к фазам, подобным глинозёму, при нагревании.
Боксит обычно не классифицируется как коррозионно активная жидкость или газ; коррозионная активность в виде сыпучего твёрдого вещества не является основной характеристикой. Тем не менее пыль может содержать реактивные поверхности и следовые кислые или щелочные остатки, которые могут влиять на коррозию оборудования или ускорять деградацию некоторых материалов в условиях обработки.
Вычисленные молекулярные и структурные дескрипторы (как указано) для идеализированного гидратированного оксида алюминия: - Молекулярная формула (вычисленный дескриптор): \(\ce{Al2H2O4}\) - Молекулярная масса: 119.977 \(\mathrm{г}\,\mathrm{моль}^{-1}\) - Точная масса / Моноизотопная масса: 119.958385 \(\mathrm{Да}\) - Топологическая полярная поверхность (TPSA): 44.4 - Количество доноров водородных связей: 1 - Количество акцепторов водородных связей: 4 - Количество поворачивающихся связей: 0 - Количество тяжёлых атомов: 6 - Формальный заряд: 0 - Сложность: 34.2
Структурные идентификаторы:
- SMILES: O.O=[Al]O[Al]=O
- InChI: InChI=1S/2Al.H2O.3O/h;;1H2;;;
- InChIKey: XXHQVTGCFGYKNL-UHFFFAOYSA-N
Эти дескрипторы отражают небольшое, идеализированное представление, а не полное минерало-химическое разнообразие коммерческих бокситовых руд.
Совместимость и несовместимости
Бокситы и входящие в их состав минералы, как правило, совместимы с распространёнными строительными материалами при сухих условиях и комнатной температуре, но совместимость зависит от процесса: - Химические несовместимости: сильные кислоты, концентрированные щёлочи и фторсодержащие реагенты могут разрушать глинозём и кремнезёмные компоненты; плавиковая кислота и сильные минеральные кислоты особенно агрессивны по отношению к кремнистой пустой породе и глинозёму. - Технологические несовместимости: воздействие высокотемпературных окислительных сред или восстановительной атмосферы изменяет состав фаз (дегидроксилирование, спекание) и может влиять на обработку материала и выбор печей или обжиговых установок. - Вопросы контакта с материалами: абразивный твёрдый характер может вызвать износ конвейеров и дробилок; взвешенная пыль и мелкие частицы способны повредить уплотнения и подшипники.
Экспериментально установленные числовые пороги коррозионной активности или пределы совместимости в текущем контексте данных не предоставлены.
Применение и безопасность
Промышленные и коммерческие области применения
Боксит является основным сырьем для промышленного производства глинозёма и, посредством последующего электролитического восстановления, металлического алюминия. Коммерческое переработка включает каустическую выщелачивание боксита для растворения фаз, содержащих глинозём, и отделения пустой породы (процесс по типу Байера), с последующим прокаливанием для получения технического глинозёма (\(\ce{Al2O3}\)). Алюминиевый комплекс охватывает добычу, переработку и плавильные операции, где боксит перерабатывается в больших масштабах.
Другие задокументированные области применения включают обработку навалом и некоторые применения в нефтяной промышленности, например, использование в операциях гидравлического разрыва пласта; его абразивные и минералогические свойства также делают его актуальным в цепочках поставок огнеупоров, абразивных материалов и проппантов. В горнодобывающей и перерабатывающей промышленности основные риски воздействия связаны с механическими операциями (дробление, взрывные работы, разработка, дробление, погрузка), которые генерируют пылевидные аэрозоли.
Опасности и особенности обращения
Общая классификация опасностей для боксита показывает, что как объемная руда он обычно классифицируется как «Не классифицирован» по стандартным критериям опасности для чистых материалов; тем не менее, профессиональные риски на рабочих местах определяются воздействием пылевидных частиц и специфическими примесями в материале. Основные меры безопасности: - Респираторная опасность: вдыхание пыли боксита, пригодной для проникновения в дыхательные пути, может вызвать раздражение дыхательного тракта; длительное или повторяющееся воздействие такой пыли потенциально может привести к повреждению лёгких. Содержащийся диоксид кремния (по данным 10–30 % аморфного плавленого кремнезёма в некоторых партиях) может усилить респираторную опасность в зависимости от размера частиц и кристалличности. - Глаза и кожа: пыль может вызывать механическое раздражение глаз и кожи; влажный или мокрый материал может вызывать абразивное раздражение. - Экологические и технологические риски: навалом образующаяся пыль может создавать проблемы с проскальзыванием/оседанием и усложнять уборку; материал может быть абразивным для оборудования.
Рекомендуемые меры контроля и средства индивидуальной защиты (рекомендации на уровне класса опасности): - Инженерные меры: подавление пыли, местная вытяжная вентиляция в зонах дробления и перегрузки, закрытые конвейеры и системы транспортирования, а также регулярная уборка для минимизации воздушной пыли. - Средства индивидуальной защиты (СИЗ): респираторная защита, соответствующая измеренным концентрациям пыли в воздухе (например, пылевые респираторы), защита глаз и защитная одежда для снижения контакта кожи с пылью. - Хранение: содержать материал в сухом и закрытом состоянии для ограничения генерации пыли и предотвращения попадания воды, что усложняет обращение. - Первая помощь и экстренные меры: при попадании пыли промыть глаза и кожу обильным количеством воды; при вдыхании вывести пострадавшего на свежий воздух и обратиться за медицинской помощью при сохранении симптомов.
Для получения подробной информации об опасностях, перевозке и нормативном регулировании следует обращаться к специфическому Паспорт Безопасности Материала (SDS) для данного продукта и применимому местному законодательству.
