Кріоліт: застосування та властивості

Кріоліт – це популярний в наш час у різних промислових галузях мінерал з групи фторидів натурального або штучного походження. Особливо активно застосовується в розплавленому стані. Оскільки в природі трапляється не дуже часто, а його користь значна, штучна форма виробляється промисловістю у великих обсягах.

Кріоліт є ні чим іншим як фторидом й іменується в наукових колах гексафтороалюмінатом натрію. А з грецької перекладається як «морозний/крижаний камінь», тому що зовні дуже схожий на шматок білого льоду.

Видобуток і виробництво

Родовищ натурального кріоліту небагато, адже цей мінерал у природному середовищі можна зустріти вкрай рідко. Одне з найбільших і найвідоміших місць, де видобуток все-таки відбувається – Нова Зеландія. Тут і поклади порівняно великі, і якість каменю дуже висока. Для місцевих мешканців він – важливий амулет з чималими захисними властивостями, що запобігає небезпеці, горю тощо. Розробка цього родовища триває з кінця 90-х років, що і забезпечило його надзвичайно великі розміри на сьогодні, а відтак і істотний дохід у бюджет країни.

Що стосується інших місць, де відбувається видобування кріоліту, то це Урал (Ільменські гори) і Північна Америка (штат Колорадо). Останнє з родовищ досить перспективне, але його розробка зовсім незначна. Чому? Тому що видобуток кріоліту – справа не з простих, у більшості випадків простіше виготовити цей матеріал синтетичним шляхом.

Складнощі отримання і нестача природного мінералу пояснюють, чому штучне вирощування набуло неабиякої популярності. А можливе воно такими способами:

- з флюоритової сировини;

- при взаємодії фторидів натрію та алюмінію;

- під час дії фтористоводневої кислоти на гідроксид алюмінію за участю в процесі кальцинованої соди.

До речі, в природі цей мінерал входить до складу пегматитів, з’являючись з фторзбагачених залишків. У більшості випадків він скріплений з колумбітом, каситеритом, кварцом, халькопіритом, сидеритом, галенітом або піритом.

Властивості

Загалом, кріоліт може мати широкий колірний спектр: починаючи від безбарвного, білого і сірого з жовтими вкрапленнями, закінчуючи коричнево-червоним і навіть коричнево-чорним (забарвлення залежить від наявності органічних домішок). Хоча колір риси – білий. Цьому продукту характерний скляний жирний відблиск. Структура може бути від прозорої до такої, що просвічується. Сингонія кристалізації – моноклінна, іноді – кубічна, також рідко, але бувають пластини. Міцність – невисока при достатній щільності.

Твердість мінералу – 2-3 за шкалою Мооса, густина – 2,95-3,01 г/см³. Формула: Na₃AlF₆.

Як видно з формули, основні компоненти кріоліту – натрій, алюміній та фтор. А все тому, що мінерал є глиноземним і часто до його складу входить домішка оксиду алюмінію (Al₂O₃).

Застосування

Один з найважливіших напрямків використання кріоліту – металургійний, а саме виробництво алюмінію. Алюміній з мінералу отримують електролітичним шляхом. Якщо не застосувати кріоліт (і в цьому його основна цінність), отримати таким способом алюміній практично неможливо. Цей метал у чистому вигляді не зустрічається, отримання реальне тільки з окису, найкраще розчинення якого характерне саме кріоліту.

Примітно, що t плавлення «крижаного каменю» майже дорівнює t плавлення алюмінію. Розм’якшення Al₂O₃ відбувається при 905 ºС. Відтак електроліз можливий при порівняно невисоких температурах.

Ще один плюс – незначні витрати гексафтороалюмінату натрію. Щоб отримати 1 т алюмінію, досить взяти 32 кг кріолітової крихти. Причому половина матеріалу підлягає регенерації, тобто відновленню, а отже і повторному застосуванню.

Що стосується ефективності електролізу, то вона не залежить від того, яка сировина бралася для роботи – природна чи синтетична. Тільки у випадку застосування штучного кріоліту необхідно правильно підібрати марку. Для виробництва алюмінію підходить кріоліт К-1 – продукт, що містить мінімальну кількість домішок (чистота – 90 % і більше).

Якщо говорити про марку К-2 (менш чистий різновид матеріалу), то вона підходить для всіх інших напрямків застосування.

Це виробництво емалей, завдання «морозного каменю» в якому полягає в забіленні. Для отримання бажаного ефекту необхідно взяти забілювач, тобто кріоліт у розмірі 1-5 % від загальної маси.

Це також виготовлення різних видів скла. У вказаній сфері він виконує ту саму роль, що і в попередній – забілення. Іноді може бути єдино правильним варіантом, наприклад, при обробці абажурів люстр, а часом допустима його заміна фтористоводневою кислотою (при виготовленні світильників з білого, матового скла). Але не варто забувати, що кислота значно небезпечніша й агресивніша, ніж камінь. А позаяк створення скаламученого скла передбачає введення матеріалу в шихту – вихідну сукупність компонентів, обробка зовнішня до бажаних результатів не приводить.

Ще один напрям – утворення кислот, зокрема плавикової.

Додають цей матеріал і в абразивні маси, які в металургійній індустрії необхідні для фінішної обробки деталей. В цьому процесі дрібна і тверда крихта різних мінералів сприяє поліруванню поверхонь. Запитаєте: до чого тут м’який кріоліт, що за твердістю поступається будь-якому металу? До того, що його завдання – розкладання в шліфувальній ділянці. Де є тертя, підвищується температура, що приводить до плавлення «морозного каменю» і, як наслідок, формування фторовмісного середовища. З причини його агресивності, підвищується вплив мінеральної крихти та інтенсифікується обробка сплавів.

Цікавий факт. Раніше, до 1887 року, мінерал, що розглядається, брав участь у виробництві соди. Сьогодні все навпаки: найчастіше при виготовленні кріоліту застосовують соду (очищають з її допомогою плавикову кислоту, отриману із фториду кальцію).

Отримання всіх зазначених вище продуктів за допомогою кріоліту характеризується високою ефективністю та вигодою. Цим і пояснюється повсюдне застосування «крижаного каменю».