Из углеродистых материалов изготавливают не только электроды, но и блоки, плиты и другие изделия для футеровки аппаратов, в которых протекают электрохимические и химические процессы. Шахту электролизера выполняют из углеродных блоков, так как они являются практически единственным материалом, способным противостоять воз­действию расплавленного алюминия и электролита и хорошо проводить электрический ток.

Используемые в промышленности катодные блоки изготавливают из различных углеродных материалов и классифицируют следующим образом:

1. Антрацитовые - изготовляют из антрацита с небольшими добавками графита, обжигают при ≈ 1200 °С.

2. Полуграфитовые - состоят из графитизированного наполнителя, но связующее обожжено до 1200 °С.

3. Графитизированные - изготовляют из графитизируемых материалов и прокаливают до 2300 °С.

4. Графитированные - изготовляют из графитизируемых материалов и подвергают термообработке обычно до 3000 °С.

Графитированные блоки очень дороги и применяются крайне редко, а полуграфитовые, имеющие практически такие же показатели, как графитизированные, не так дороги и используются достаточно широко.

Блоки из углерода в процессе эксплуатации электролизёра графитируются, и примерно через год приобретают свойства, незначительно отличающиеся по тепло- и электропроводности от графитированной футеровки.

В России в соответствии с ТУ 1913-109-021-99 подовые блоки выпускают марок ПБ и ПБП ("подовый блок" и "подовый блок пропитанный" соответственно). Длина блоков 800—4000 мм.

В конструкции катода для электролизеров с самообжигающимися и обожженными анодами нет принципиальной разницы, но на ваннах с самообжигающимися анодами загрузка глинозема частично происходит путем разрушения корки, при этом теряется большое количество тепла. На таких ваннах используют в качестве бортовой футеровки блоки из антрацита (с низкой теплопроводностью), а на ваннах с предварительно обожженными анодами, которые оборудованы системами автоматического питания глиноземом (АПГ), необходимы бортовые блоки с более высокой теплопроводностью во избежание перегрева расплава.

Глинозём

Месторождения руд алюминия

Алюминий в земной коре содержится в различных соединениях, которые делятся на две равные группы:

- первичные минералы , образованные при кристаллизации магмы, в основном алюмосиликаты: ортоклаз, альбит, лейцит и нефелин. Меньше распространены дистен, силлиманит, андалузит, шпинели MeO*Al₂O₃ и свободный оксид алюминия – корунд;

- вторичные минералы, образовавшиеся в результате выветривания части элементов из первичных, имеют более высокое содержание оксида алюминия (таблица 1). Широко распространённые гидросиликаты алюминия – каолинит и его разновидности; гидроксиды и оксигидроксиды алюминия – гиббсит (гидраргиллит), бемит и диаспор являются главной составной частью бокситов. Природные бокситы в основном смешанного типа гиббсит-бемитовые или бемит - диаспоровые. К этой же группе относится и алунит.

Таблица 1 – Содержание основных компонентов в минералах алюминия

Размеры в % (масс.)

Боксит (фр. bauxite) получил название по местности Baux на юге Франции. Бокситы очень широко применяются в промышленности: в производстве глинозема, абразивных и огнеупорных материалов; для сушки газов и чистки нефти от серы; в качестве красителя и флюса для выплавки мартеновской стали.

Химический состав бокситов и их физические свойства весьма разнообразны. Содержание Al₂O₃ в них колеблется от 35 до 60% и выше; SiO₂ – от десятых долей до 25%; Fe₂O₃ – от 2 до 40%; TiO₂ – от следов до 11%. Примеси в бокситах составляют сотые и даже тысячные доли процента. Так, содержание ванадия составляет 0,025-0,15%, а галлия – 0,001-0,007%. Бокситы, содержащие до 0,35% S, относят к малосернистым, от 0,3 до 0,8% – к сернистым, и более 0,8% – к высокосернистым. По содержанию оксидов железа различают: маложелезистые (Fe₂O₃ до 10%), железистые (10 – 18%) и высокожелезистые (более 18%). В зависимости от содержания СО₂, бокситы делятся на малокарбонатные (до 0,6%), карбонатные (0,6 – 2%) и высококарбонатные (более 2%).

Первое месторождение алюминиевых руд в России было открыто в 1914 г. под Санкт-Петербургом. Рядом с городом Тихвин на данном месторождении было построено шесть заводов, самый большой - Волховский алюминиевый завод (ВАЗ). На сегодняшний день Тихвинское месторождение истощено, завод работает на привозном сырье.

В 1931 г. было открыто уникальное Северо-Уральское месторождение высококачественных бокситов (СУБР). Оно послужило базой для строительства в 1939 г. Уральского алюминиевого завода (УАЗ). А на основе Южно-Уральского бокситового рудника (ЮУБР) был построен Богословский алюминиевый завод (БАЗ).

Североонежское месторождение находится вблизи Кольского полуострова. Висловское месторождение каолинного типа, для получения глинозема не используется. Тиманское месторождение (Республика Коми, Воркута).

На сегодняшний день главными поставщиками бокситов в мире являются:

- Австралия; также там находятся огромные залежи Fe, Au, U, Ni, Ti, Co, Cu и др.

- Гвинея – у России есть несколько приобретённых месторождений.

- Центральная Америка: Гайана, Ямайка, Суриман. Бразилия.

- Греция, но бокситы низкого качества. В Европе все месторождения истощены.

Качество бокситов определяется кремниевым модулем, который представляет собой массовое отношение содержания Al₂O₃/SiO₂, - чем выше модуль, тем выше качество боксита. Около 95 % всего глинозема для получения из него алюминия в мире получают из бокситовых руд.