Реферат: Металлургия алюминия. Металлургия алюминия, магния и титана Основные этапы технологии производства

Алюминий является одним из самых распространенных элементов в земной коре – с количеством более 7% занимает третье место после кислорода и кремния. Его получают из боксита, т.е. осадочной горной породы, в которой он встречается в основном в виде оксида.

Этот металл хорошо известен уже более 2-х тысяч лет и характеризуется широким техническим применением. Для чего его можно использовать?

В промышленности алюминий в основном используется в сплавах с другими элементами, что улучшает его эксплуатационные свойства. В таком виде он представляет собой универсальный конструкционный материал с очень универсальным применением. Среди алюминиевых сплавов можно выделить, в частности, литейные сплавы и сплавы, используемые для пластической обработки. В их состав, кроме алюминия, входят такие элементы, как: медь, магний, кремний и марганец. Алюминиевые сплавы используют, в частности, в авиации, химической промышленности, автомобилестроении и даже в судостроении.

Алюминий широко используется в промышленности также и в чистом виде для изготовления разных предметов быта, таких как, например, зеркала, банки для напитков и продуктов питания, кухонные принадлежности или же всем известная алюминиевая фольга. Его используют также для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, а даже взрывчатых веществ. Чтобы выделить этот элемент из бокситовой руды, необходимо осуществить два следующих друг за другом этапа. Первый из них – это процесс Байера, который позволяет получить из минерала оксид алюминия. Затем это соединение подвергается электролизу, в результате чего образуется алюминий технической чистоты.

Из чего производят алюминий?

Чистый алюминий не встречается в природе из-за его способности к пассивации. Это явление заключается в окислении металла в присутствии воздуха, в результате чего на его поверхности образуется пассивный защитный слой. Алюминий покрывается слоем оксида алюминия (Al 2 O 3) толщиной до нескольких нм. Затем, под воздействием влаги внешний слой подвергается частичному гидролизу, в результате чего дополнительно образуется гидроксид, т.е. Al(OH) 3 .

Алюминий входит в состав разных минеральных пород, встречающихся в природе в виде руд. Для производства чистого алюминия используется, прежде всего, глинистая бокситовая руда. Она образуется в основном в местах выветривания алюмосиликатных пород в жарком климате и содержит также соединения железа. Это порода с характерным красным или коричневым цветом, которая встречается в двух видах: силикатном и карбонатном.

Производство алюминия технической чистоты

Алюминий технической чистоты (более 99%) промышленно получают в результате двух последовательных процессов. В результате первого получают оксид алюминия (процесс Байера), а на следующем этапе проводят процесс электролитической редукции (электролиз методом Холла-Эру), благодаря которому получают чистый алюминий. Для снижения расходов, связанных с транспортировкой бокситовой руды, большинство перерабатывающих предприятий строят недалеко от шахт.

Процесс Байера

Первый этап после добычи руды заключается в ее мытье с помощью воды. Таким образом удаляют большую часть загрязнений, которые просто растворяются в воде. Затем, в обработанное водой сырье добавляют CaO, т.е. оксид кальция. После этого его измельчают с помощью специальных трубных мельниц до момента получения зерен с очень малым диаметром, т.е. меньше 300 мкм. Соответствующее измельчение сырья чрезвычайно важно, так как оно обеспечивает большую площадь поверхности зерен, что, в свою очередь, влияет на эффективность протекания процесса экстракции.

Следующий этап производства оксида алюминия заключается в растворении зерен при помощи водного раствора каустической соды. В Группе PCC гидроксид натрия производится методом мембранного электролиза. Полученный таким образом продукт характеризуется очень высоким качеством и чистотой, отвечая при этом требованиям последнего издания Европейской фармакопеи. Смесь, содержащая молотые зерна и , хранится в течение нескольких часов в специальных реакторах, называемых автоклавами. Во время протекающего процесса осаждения в реакторах поддерживаются высокое давление и повышенная температура. Таким образом, получают алюминат натрия, который затем очищают при помощи разных фильтров.

На следующем этапе очищенный раствор алюмината натрия подвергается разложению. В результате образуется (т.е. водный раствор каустической соды) и кристаллы гидроокиси алюминия высокой степени чистоты. Полученный в результате кристаллизации осадок отфильтровывают и промывают водой. А оставшийся натровый щелок нагревают и возвращают в процесс для повторного использования.

Последним этапом производства чистого оксида алюминия является кальцинация. Она заключается в нагревании гидроксида алюминия при температуре выше 1000 o C, в результате чего происходит его разложение на Al 2 O 3 , который получают в виде чистого белого порошка. Так подготовленный оксид алюминия транспортируют в печи для получения металлического алюминия в процессе электролитической редукции.

Электролиз оксида алюминия

Следующим этапом получения чистого алюминия является проведение процесса электролиза методом Холла-Эру. В первую очередь, полученный в процессе Байера Al 2 O 3 расплавляют с криолитом и таким образом приготовленный раствор подвергают процессу электролиза при температуре не выше 900 o C. Полученный таким образом жидкий алюминий отделяют от электролита и удаляют из электролитических ванн с помощью т.н. вакуумных сифонов. Затем сырье попадает в литейное устройство, откуда на дальнейшем этапе его вкладывают в раскаленные печи, в которых происходит процесс переработки. Он заключается в очистке алюминия с целью достижения максимальной чистоты. В промышленных условиях алюминий может быть очищен двумя методами. Первый из них заключается в растопке алюминия и пропускании через него хлора, благодаря чему примеси связываются с , образуя хлориды, которые затем удаляют из процесса. Второй метод заключается в электролитической редукции расплавленного с медью алюминия. Полученный таким образом конечный продукт характеризуется очень высокой чистотой.

Алюминий – материал будущего

Разработка метода получения чистого алюминия из боксита с помощью процесса Байера и электролиза Холла-Эру расширила область применения этого элемента. Кроме того, сочетание высокой прочности с легкостью позволило в некоторых случаях заменить алюминием более дорогую сталь. Устойчивость к воздействию атмосферных факторов дала возможность использовать алюминий в производстве оконных и дверных профилей. Еще одним преимуществом алюминия является возможность подвергать его многократной вторичной переработке, благодаря чему он считается относительно дружественным окружающей среде материалом.

Подводя итог, алюминий – это универсальный материал, широко используемый в пищевой, энергетической, химической, транспортной, строительной, автомобильной и авиационной промышленностях. Учитывая его многочисленные преимущества, безусловно, это не предел возможностей его применения и в ближайшем будущем он по-прежнему будет приобретать популярность.

В истории металлургии алюминия возможно различить три периода, характеризующиеся определенными методами, применяемыми для получе­ния этого металла!. Эти периоды следующие: 1) получение алюминия хи­мическими методами, 2) получение алюминия электротермическим путем и 3) получение алюминия электролизом расплавленных солей.

Открытие алюминия и получение его химическими методами

Первоначальные попытки выделения алюминия в свободном состоянии относятся к 1807 г. и принадлежат знаменитому английскому химику Гемфри Дэви (1778-1629). Последнему до этого времени удалось впервые получить металлические калий и натрий электролизом расплавленных едких щелочей. В качестве источника тока Дэви пользовался вольтовым столбом. J

С цёлью выделения алюминия Дэви тем же путем пытался разложить глинозем. Для этого он пропускал электрический ток через слегка увлаж­ненную и находящуюся в атмосфере водорода гидроокись алюминия. При этом в качестве анода служила платиновая пластинка, на которой поме­щалась плотно спрессованная гидроокись алюминия, а катодом - погру­женная в нее железная проволока. При пропускании тока последняя раскалялась добела и оплавлялась.

Таким путем Дэви получил только железоалюминиевый сплав, из ко­торого выделить свободный алюминий он не смог. Точно так же оказа­лись безуспешными опыты Дэви по восстановлению глинозема парами ка­лия в присутствии Железных опилок.

Фиг.1 Получение алюминия по методу Сен-Клер-Девилля. Первая мастерская в районе Парижа

Из полученного сплава железа с алюминием последний выделить в чи­стом виде Дэви также не удалось.

Все это, однако, не помешало Дэви быть уверенным в том, что глино­зем является химическим производным предполагаемого металла, которому он заранее дал название aluminum (алюминум), образовав его от англий­ского наименования глинозема - alumina.

Свободный алюминий впервые был выделен датским физиком Гансом Эрстедом (1777-1851) в марте.1825 г. С этой целью Эрстед получил амальгаму алюминия, восстановив хлорид алюминия (также им впервые полученный) «амальгамой калия. Дестиллируя затем без доступа воздуха ртуть из полученной алюминиевой амальгамы, Эрстед извлек таким обра­зом небольшие комочки алюминия - «металла из глины», по цвету и блеску похожего на олово.

Позднее, в 1827 г., немецкий химик Фридрих Ведер (1800-1882) улуч­шил метод Эрстеда, заменив амальгаму калия металлическим калием. В фарфоровый или платиновый тигель Велер помещал несколько кусочков металлического калия, сверху засыпал их кристаллами хлорида алюминия, и закрытый крышкой тигель осторожно нагревал на горелке. Полученная в результате реакции серо-черная плавленая масса после охлаждения вы­щелачивалась водой; твердый остаток представлял собой порошкообраз­ный алюминий. Так как взаимодействие между калием и хлоридом алюми­ния при их непосредственном сплавлении протекало крайне бурнее Велер в 1845 г. применил измененный вариант своего способа, нагревая эти ве­щества раздельно и пропуская пары хлорида алюминия над калием. При­меняя этот метод. Велер получил алюминий в количествах, достаточных для определения его важнейших физических и химических свойств.

В 1864 г. Анри Сен-Клер-Девилль {1818-1881 г.) во Франции применил способ Велера для первого промышленного способа производства алюми­ния, внеся в него дальнейшие улучшения: металлический калий Сен-Клер- Девилль заменил более дешевым натрием, а нестойкий и весьма гигроско­пичный хлорид алюминия - более прочным двойным хлоридом алюминия и натрия (АLСLз №СL). Разложение двойного хлорида натрием осуществ­лялось в пламенной печи при постепенно повышающейся температуре. Процесс, в отличие от бурной реакции восстановления чистого хлорида алюминия, протекал очень спокойно. Восстановленный алюминий собирался на подине печи и отливался затем в болванки в железных изложницах (фиг. 1). Производство алюминия этим так называемым химическим способом по методу Сен-Клер-Девилля существовало с 1854 по 1890 г. Однако в течение. 30 лет с помощью химического метода было получено в общей сложности всего около 200: т алюминия. В конце 80-х годов прошлого столетия химический способ был вытеснен электролити­ческим способом, который позволил резко снизить стоимость произ­водства алюминия и создал возможность для быстрого развития алюми­ниевой промышленности.

История получения алюминиевых сплавов электротермическим путем

В истории металлургии алюминия должны быть отмечены работы бр. Каулес по электротермическому производству алюминиевых сплавов, (от­носящиеся к концу прошлого (Столетия. После ряда безуспешных попыток получения чистого, свободного от карбида, алюминия восстановлением глинозема углеродом, Каулес пришли к необходимости вести этот процесс в присутствии других, менее химически активных металлов. В результате ими был разработан промышленный метод электротермического получения сплавов алюминия с медью и железом - алюминиевой бронзы и ферро­алюминия.

Для получения этих сплавов бр. Каулес применяли дуговые печи на 5000-6000 а и 60 в (фиг. 2). В печь вводилась шихта из глинозема, дре­весного угля и металлического скрапа (железа или меди). Алюминиевая бронза получалась с содержанием до 17% Аl и ферроалюминий до 20% Аl. Расход электроэнергии составлял в среднем 37 квт-ч на 1 кг алюми­ния в сплаве.

Фиг. 2. Дуговые электропечи бр. Каулес

По методу бр. Каулес в Англии и США с 1884 по 1892 г. работали заводы, выпускавшие сплавы на, рынок. Однако в таком виде электротер­мический способ производства алюминиевых сплавов конкурировать с бо­лее дешевым электролитическим методом не мог.

Только в настоящее время электротермическое производство алюми­ниевых сплавов, главным образом с кремнием, вновь получило значитель­ное развитие как одна из специальных областей металлургии алюминия.

История получения алюминия электролизом расплавленных солей

В 1852 г. Роберт Бунэен (1811-1899), подвергая электролизу расплав­ленный хлорид магния, получил металлический магний. Продолжая свои исследования, Бунзен применил этот же метод для выделения металличе­ского -алюминия. Последний и был им получен в 1854 г. электролизом рас­плавленного двойного хлорида алюминия и натрия.

Сен-Клер-Девилль, проводя свои исследования независимо от Бунзена, в это же самое время также получил металлический алюминий электроли­зом двойного хлорида алюминия и натрия. В марте 1854 г. Сен-Клер- Девилль представил французской Академии наук вместе с описанием) своих опытов маленький королек алюминия, выделенный им электролитическим путем. 9 июля того же года Бунзен опубликовал результаты своих работ в «Поггендорфс Аннален».

Опыты Бунзена и Сен-Клер-Девилля не вышли, /однако, за пределы лаборатории ввиду невозможности получить в то время значительные количества электроэнергии.

Понадобилось свыше 30 лет, прежде чем принцип получения «алюминия электролизом расплавленных солей нашел свое осуществление в промыш­ленное! и.

Мощным толчком для развития электролитиче­ского метода послужило «изобретение в,1867 г. бр. Грамм динамомашины.

Основоположнийами современного электролити­ческого способа производства металлического алю­миния являются Поль Эру (1863-1914) во Фракции и Чарльз Холл (1863-1914) в США, 23 апреля 1886 г. Эру и 9 июля того же года Холл заявили’ почти аналогичные патенты на способ получе­ния алюминия электролизом глинозема растворенного в расплавленном криолите.

Эти даты собственно и следует считать’ нача­лом развития современной мировой алюминиевой промышленности и вместе с тем началом широкого использования алюминия. Необходимо отметить, что появлению патентов Эру и Холла предшество­вало накопление значительного практического и теоретического материала, полученного большим числом исследователей, много работавших над воп­росом электролиза расплавленных алюминиевых солей. ,

Роль Эру и Холла заключалась, пожалуй, не столько в ношзне их открытия, сколько в удачном сочетании «уже известных положений, оформленных ими в метод, пригодный для промышленного использования.

Эру, будучи студентом Горной школы в Париже, уже в 1888 г. инте­ресовался электролитическим методом получения алюминия. Об этом сви­детельствует набросок электролиза в его тетради, датированный этим го­дом (фиг. 3). Весьма показательно, что этот набросок чрезвычайно бли­зок к эскизу из первого патента Эру <см. фиг. 4). *

Интерес Эру к алюминию получил практическое преломление после смерти отца, когда он получил в наследство небольшую кожевенную ма­стерскую в Жантильи близ Парижа. Мастерская была оборудована парб- вой машиной, и после приобретения динамомашины Грамма Эру получил возможность производить опыты электролиза различных соединений алю­миния.

Фиг. 3. Набросок электролизера в школьной тетра­ди Эру

Будучи убежден, что алюминий возможно получить электролизом, Эру после многих неудач te водными растворами перешел к электролизу рас­плавленного криолита и смеси его с хлоридом алюминия. Во время одного из таких опытов исследователь обнаружил на угольном аноде ясные при­знаки его обгорания и заключил, что в электролите находится окисел, восстановление которого шло за счет расходования материала анода.

Химический анализ показал, что вместо хлорида алюминия в расплав­ленный криолит исследователь вводил глинозем, получавшийся за счет гид­ролиза хлорида. Введя теперь глинозем в криолит намеренно, Эру ‘и пюк- . шел к открытию способа, который с тех пор применяется для производ­ства алюминия.

На основании этих опытов Эру заявил свой первый патент от 23 ап­реля 1886 г. Патент этот дает весьма ясную формулировку сущности про­цесса, которая остается целиком справедливой и по нестоящее время.

Фиг. 4. Эскиз электролизера из первого патента Эру

«Я претендую, - говорится в патенте,- на изобретение описанного выше способа получения алюминия, который заключается в электролизе глинозема, растворенного в расплавленном криолите, причем ток подво­дится с помощью любых электродов, например угольных анодов, погру­жаемых в расплавленный электролит, в то время каяк катодом служит са­мый сосуд для электролита. При этом анод сжигается выделяющимся на нем кислородом, а металл собирается на дне тигля. В данном процессе криолит не расходуется, и для непрерывного выделения металла доста­точно возмещать разлагающийся при электролизе глинозем».

Фиг. 5. Эскиз электро­лизера из дополнитель­ного патента Эру

В качестве электролизера Эру использовал угольный стакан, который вставляется внутрь большого графитового тигля. Весь аппарат помещался в коксовую печь. На фиг. 4 приведен эскиз электролизера из первого па­тента Эру. Не найдя, однако, первоначально своему патенту практического применения, Эру занялся разработкой способа получения алюминиевых сплавов и примерно годом позже заявил дополнительный патент на полу­чение электролитическим путем алюминиевой бронзы. Для этого в электро­лизер вводится соответствующее количество металлической меди. В патен­те также указывается на возможность одновременного электролиза гли­нозема и окисла тяжелого металла. Как видно из эскиза (фиг. 5), заимст­вованного из дополнительного патента Эру, здесь совершенно отсутствует внешний нагрев электролизера, причем в описании указывается, что «элек­трический ток производит достаточно тепла, чтобы глинозем поддержи­вать в расплавленном состоянии».

Эру не смог реализовать свое изобретение во Франции и сделал это в Швейцарии, на заводе в Нейгаузене, пущенном в конце 1888 г. Завод этот был первым в Европе алюминиевым предприятием, работавшим по электролитическому методу. Вначале завод производил алюминиевую бронзу на основе дополнительного патента Эру. Вскоре (1891 г.). однако, завод в Нейгаузене перешел на производство чистого алюминии.

Холл так же, мак и Эру, будучи еще студентом колледжа, заинтересо­вался вопросом получения алюминия и производил опыты в надежде найти наиболее экономичный способ производства этого металла. В своих исследованиях Холл вначале шел чисто эмпирическим путем. Он пытался применить способ термического восстановления, затем перешел к электро­лизу водных растворов алюминиевых солей, убедился в необходимости перехода к электролизу в неводной среде и, наконец, стал искать раство­рителя для глинозема. С этой целью Холл перепробовал различные фто­ристые соли. В феврале 1886 г. он испытал криолит, причем обнаружил весьма легкую растворимость в нем глинозема, который в расплавленной соли быстро исчезал, растворяясь «подобно сахару или соли в кипящей воде».

23 февраля 1886 г. Холл подверг электролизу раствор глинозема в расплавленном криолите и получил алюминий. 9 июля 1886 г. он заявил свой ‘основной патент, который был выдан ему 2 апреля 1889 г.

В 1888 г. в Кенсингтоне близ Питсбурга (США) было начато первое в США производство алюминия но электролитическому методу Холла с по­лучением 50 фунтов (28, 65 кг) металла в день (фиг. 6). С 1894 г. для этого производства спала использоваться энергия Ниагарского водопада.

Фиг. 6. Первое производство алюминия по методу Холла в Питсбурге

С момента появления способа Эру и Холла собственно и начинается развитие современной алюминиевой промышленности, которая за полвека своего существования выросла в одну из крупнейших отраслей мирового хозяйства.

Весьма показательным является движение цен на алюминий на миро­вом рынке. В течение 30 лет, пока алюминий получался химическим путем, цена держалась, примерно, на уровне 45 руб. за килограмм. С 1890 г.. когда электролитический способ вытеснил все другие, произошло редкое снижение цены на алюминий, которая уже во все последующие годы со­ставляла в среднем 1 руб. за килограмм.

Первые попытки организации производства алюминия в нашей стране относятся к 80-м годам прошлого столетия, когда под Москвой для получения алюминия химическим путем бьц1 построен небольшой завод, про­существовавший, однако, очень короткое время Ос 1892 по 1893 г.).

В начале этого столетия проф. П. П. Федотьевым (1864-1934)и дру­гими русскими учеными был выполнен в области изучения современного способа производства алюминия ряд теоретических исследований, полу­чивших мировую известность. Однако лишь после Октябрьской социали­стической революции были созданы условия для организации и развития алюминиевой промышленности в нашей стране.

Первые опыты получения алюминия в значительном масштабе были осуществлены в 1929 г. по инициативе Ленинградского областного совета народного хозяйства на заводе «Красный выборжец» (Ленинград) под руководством проф. П. П. Федотьева. В 1930 г. в Ленинграде был пущен опытный алюминиевый завод, который сыграл большую роль в развитии советской алюминиевой промышленности. На этом заводе в течение четы­рех лет испытывалось различное оборудование и обучались кадры рабо­чих и инженерно-технического персонала для первых алюминиевых пред­приятий.

В мае 19321 г. был пущен Волховский алюминиевый завод, сооруженный на базе Волховской гидроэлектростанции, а в июне 1933 г. Днепровский алюминиевый завод, сооруженный на базе Днепрогэс. В 1938 г. вступил в эксплуатацию Тихвинский глиноземный завод, расположенный в непосредственной близости к месторождению тихвинских, бокситов. Далее, в сентябре 1939 г, был пущен Уральский алюминиевый завод с более со­вершенным и мощным оборудованием, чем предыдущие, а затем, уже в период Великой отечественной войны - ряд новых алюминиевых заводов, сооруженных в восточных районах страны.

Похожие записи:

Алюминий обладает массой свойств, которые делают его одним из самых используемых материалов в мире. Он широко распространен в природе, занимая среди металлов первое место. Казалось бы, и трудностей с его производством быть не должно. Но высокая химическая активность металла приводит к тому, что в чистом виде его не встретить, а производить - сложно, энергоемко и затратно.

Сырье для производства

Из какого сырья получают из всех минералов, его содержащих, дорого и нерентабельно. Добывают его из бокситов, которые содержат до 50% и залегают прямо на поверхности земли значительными массами.

Эти алюминиевые руды имеют достаточно сложный химический состав. Они содержат глиноземы в количестве 30-70% от общей массы, кремнеземы, которых может быть до 20%,окись железа в пределах от 2 до 50%, титан (до 10%).

Глиноземы, а это окись алюминия и есть, состоят из гидроокисей, корунда и каолинита.

В последнее время окиси алюминия стали получать из нефелинов, которые содержат еще и окиси натрия, калия, кремния, и алунитов.

Для производства 1 т чистого алюминия нужно около двух тонн глинозема, который, в свою очередь, получают из примерно 4,5 т боксита.

Месторождения бокситов

Запасы бокситов в мире ограничены. На всем земном шаре всего семь районов с его богатыми залежами. Это Гвинея в Африке, Бразилия, Венесуэла и Суринам в Южной Америке, Ямайка в Карибском регионе, Австралия, Индия, Китай, Греция и Турция в Средиземноморье и Россия.

В странах, где есть богатые месторождения бокситов, может быть развито и производство алюминия. Россия добывает бокситы на Урале, в Алтайском и Красноярском краях, в одном из районов Ленинградской области, нефелин - на Кольском полуострове.

Самые богатые месторождения принадлежат именно российской объединенной компании UC RUSAL. За ней идут гиганты Rio Tinto (Англия-Австралия), объединившийся с канадской Alcan и CVRD. На четвертом месте находится компания Chalco из Китая, затем американо-австралийская корпорация Alcoa, которые являются и крупными производителями алюминия.

Зарождение производства

Датский физик Эрстед выделил первым алюминий в свободном виде в 1825 году. Химическая реакция проходила с и амальгамой калия, вместо которой спустя два года немецкий химик Велер использовал металлический калий.

Калий - материал достаточно дорогой, поэтому в промышленном производстве алюминия француз Сент-Клер Девиль вместо калия в 1854 году использовал натрий, элемент значительно более дешевый, и стойкий двойной хлорид алюминия и натрия.

Русский ученый Н. Н. Бекетов смог вытеснить алюминий из расплавленного криолита магнием. В конце восьмидесятых годов того же века эту химическую реакцию использовали немцы на первом алюминиевом заводе. Во второй половине XVIII века было получено около химическими способами 20 т чистого металла. Это был очень дорогой алюминий.

Производство алюминия с помощью электролиза зародилось в 1886 году, когда одновременно были поданы практически одинаковые патентные заявки основоположниками этого способа американским ученым Холлом и французом Эру. Они предложили растворять глинозем в расплавленном криолите, а затем электролизом получать алюминий.

С этого и началась алюминие-вая промышленность, ставшая за более чем вековую историю одной из самых крупных отраслей металлургии.

Основные этапы технологии производства

В общих чертах алюминия не изменилась с момента создания.

Процесс состоит из трех стадий. На первой из алюминиевых руд, будь это бокситы или нефелины, получают глинозем - окись алюминия Al 2 O 3 .

Затем из окиси выделяют промышленный алюминий со степенью очистки 99,5 % , которой для некоторых целей бывает недостаточно.

Поэтому на последней стадии рафинируют алюминий. Производство алюминия завершается его очисткой до 99,99 %.

Получение глинозема

Существует три способа алюминия из руд:

Кислотный;

Электролитический;

Щелочной.

Последний способ - наиболее распространенный, разработанный еще в том же XVIII веке, но с тех пор неоднократно доработанный и существенно улучшенный, применяется для переработки бокситов высоких сортов. Так получают около 85 % глиноземов.

Сущность щелочного способа заключается в том, что алюминиевые растворы с большой скоростью разлагаются, когда в них вводится гидроокись алюминия. Оставшийся после реакции раствор выпаривается при высокой температуре около 170° С и опять используется для растворения глинозема;

Сначала боксит дробится и измельчается в мельницах с едкой щелочью и известью, затем в автоклавах при температурах до 250°С происходит его химическое разложение и образовывается алюминат натрия, который разбавляют щелочным раствором уже при более низкой температуре - всего 100° С. Алюминатный раствор промывается в специальных сгустителях, отделяется от шлама. Затем происходит его разложение. Через фильтры раствор перекачивают в емкости с мешалками для постоянного перемешивания состава, в который для затравки добавлена твердая гидроокись алюминия.

В гидроциклонах и вакуум-фильтрах выделяется гидроокись алюминия, часть которой возвращается в качестве затравочного материала, а часть идет на кальцинацию. Фильтрат, оставшийся после отделения гидроокиси, тоже возвращается в оборот для выщелачивания следующей партии бокситов.

Процесс кальцинации (обезвоживания) гидроокиси во происходит при температурах до 1300° С.

Для получения двух тонн окиси алюминия расходуется 8,4 кВт*ч электроэнергии.

Прочное химическое соединение, температура плавления которого 2050° С, это еще не алюминий. Производство алюминия впереди.

Электролиз окиси алюминия

Основным оборудованием для электролиза является специальная ванна, футерованная углеродистыми блоками. К ней подводят электрический ток. В ванну погружаются угольные аноды, сгорающие при выделении из окиси чистого кислорода и образующие окись и двуокись улглерода. Ванны, или электрилизеры, как их называют специалисты, включаются в электрическую цепь последовательно, образуя серию. Сила тока при этом составляет 150 тысяч ампер.

Аноды могут быть двух типов: обожженные из больших угольных блоков, масса которых может быть больше тонны и самообжигающиеся, состоящие из угольных брикетов в алюминиевой оболочке, которые спекаются в процессе электролиза под действием высоких температур.

Рабочее напряжение на ванне обычно составляет около 5 вольт. Оно учитывает и напряжение, необходимое для разложения окиси, и неизбежные потери в разветвленной сети.

Из растворенной в расплаве на основе криолита окиси алюминия который тяжелее солей электролита, оседает на угольном основании ванны. Его периодически откачивают.

Процесс производства алюминия требует больших затрат электроэнергии. Чтобы получить одну тонну алюминия из глинозема, нужно израсходовать около 13,5 тысяч кВт*ч электроэнергии постоянного тока. Поэтому еще одним условием создания крупных производственных центров является работающая рядом мощная электростанция.

Рафинация алюминия

Наиболее известный метод - это трехслойный электролиз. Он также проходит в электролизных ваннах с угольными подинами, футерованных магнезитом. Анодом в процессе служит сам расплавленный металл, который подвергается очистке. Он располагается в нижнем слое на токопроводящей подине. Чистый алюминий, который из электролита растворяется в анодном слое, понимается вверх и служит катодом. Ток к нему подводится с помощью графитового электрода.

Электролит в промежуточном слое - это фториды алюминия или чистые или с добавлением натрия и хлорида бария. Нагревается он до температуры 800°С.

При трехслойном рафинировании составляет 20 кВт*ч на один кг металла, то есть на одну тонну нужно 20 тысяч кВт*ч. Вот почему, как ни одно производство металлов, алюминий требует наличия не просто источника электроэнергии, а крупной электростанции в непосредственной близости.

В рафинированном алюминии в очень малых количествах содержатся железо, кремний, медь, цинк, титан и магний.

После рафинирования алюминий перерабатывается в товарную продукцию. Это и слитки, и проволока, и лист, и чушки.

Продукты сегрегации, полученные в результате рафинирования, частично, в виде твердого осадка, используются для раскисления, а частично отходят в виде щелочного раствора.

Абсолютно чистый алюминий получают при последующей зонной плавке металла в инертном газе или вакууме. Примечательной его характеристикой является высокая электропроводность при криогенных температурах.

Переработка вторичного сырья

Четверть общей потребности в алюминии удовлетворяется вторичной переработкой сырья. Из продуктов вторичной переработке льется фасонное литье.

Предварительно отсортированное сырье переплавляется в пороговой печи. В ней остаются металлы, имеющие более высокую температуру плавления, чем алюминий, например, никель и железо. Из расплавленного алюминия продувкой хлором или азотом удаляются различные неметаллические включения.

Более легкоплавкие металлические примеси удаляются присадками магния, цинка или ртути и вакуумированием. Магний удаляется из расплава хлором.

Заданный литейный сплав получают, введя добавки, которые определяются составом расплавленного алюминия.

Центры производства алюминия

По объемам потребления алюминия КНР занимает первое место, оставляя далеко позади находящиеся на втором месте США и обладательницу третьего места Германию.

Китай - это и страна производства алюминия, с огромным отрывом лидирующая в этой области.

В десятку лучших, кроме КНР, входят Россия, Канада, ОАЭ, Индия, США, Австралия, Норвегия, Бразилия и Бахрейн.

В России монополистом в производстве глинозема и алюминия является объединенная Она производит до 4 млн т алюминия в год и экспортирует продукцию в семьдесят стран, а присутствует на пяти континентах в семнадцати странах.

Американской компании Alcoa в России принадлежат два металлургических завода.

Крупнейший производитель алюминия в Китае - компания Chalco. В отличие от зарубежных конкурентов, все ее активы сосредоточены в родной стране.

Подразделение Hydro Aluminium норвежской компании Norsk Hydro владеет алюминиевыми заводами в Норвегии, Германии, Словакии, Канаде, и Австралии.

Австралийская BHP Billiton владеет производством алюминия в Австралии, Южной Африке и Южной Америке.

В Бахрейне находится Alba (Aluminium Bahrain B. S. C.) - едва ли не самое крупное производство. Алюминий этого производителя занимает более 2 % общего объема «крылатого» металла, выпускаемого в мире.

Итак, подводя итоги, можно сказать, что главными производителями алюминия являются международные компании, владеющие запасами бокситов. А сам исключительно энергоемкий процесс состоит из получения глинозема из алюминиевых руд, производства фтористых солей, к которым относится криолит, углеродистой анодной массы и угольных анодных, катодных, футеровочных материалов, и собственно электролитического производства чистого металла, которое является главной составляющей металлургии алюминия.

К атегория:

Производство черных и цветных металлов

Металлургия алюминия, магния и титана

Получение алюминия. По распространенности в природе алюминий занимает первое место среди металлов; его содержание в земной коре составляет 7,45%. В чистом виде алюминий не встречается вследствие своей высокой химической активности, а находится в составе различных соединений, преимущественно окисных. Рудами могут служить лишь такие породы, которые имеют высокое содержание глинозема (А1203) и залегают крупными массами на поверхности земной коры. К таким породам относятся бокситы, нефелины, алуниты и каолины (глины).

Важнейшей алюминиевой рудой являются бокситы, состоящие из гидратов окислов алюминия и железа, кремнезема, соединений кальция, магния и др. В последнее время начали применяться также нефелины и алуниты.

Крупные месторождения бокситов находятся на Урале, в Тихвинском районе Ленинградской области, в Алтайском и Красноярском краях и в других местах СССР . Нефелин входит в состав апатито-не-фелиновых пород (например, на Кольском полуострове); его состав отвечает формуле (К, Na)20 А1203 2Si02.

Технология производства алюминия слагается из двух основных процессов: получение глинозема из руды и получение алюминия из глинозема.

Производство глинозема. Способы получения глинозема делятся на три группы: щелочные, кислотные и электротермические.

Наибольшее распространение имеет мокрый щелочной способ К. И. Байера, разработанный в России и применяемый для переработки высокосортных бокситов с небольшим количеством (до 5-6%) кремнезема. По этому способу боксит подвергают дроблению, размолу и иногда сушке, затем производят выщелачивание глинозема раствором едкого натра в автоклавах (стальных герметических сосудах) при температуре 250° и давлении 25-30 ат. Автоклавы обогреваются острым паром.

Кремнезем, содержащийся в боксите, растворяется в едком натре с образованием силиката натрия (Na2Si03), который взаимодействует с алюминатом натрия, образуя нерастворимый натриевый алюмосиликат, выпадающий в осадок, отделяемый фильтрованием. При этом, чем больше содержание кремнезема в боксите, тем значительнее потери едкого натра и глинозема.

Кристаллическая гидроокись, отделенная фильтрованием, тщательно промывается и затем подвергается обезвоживанию (кальцинации) в трубчатых вращающихся печах длиной до 70 м. В этих печах гидроокись алюминия проходит последовательно этапы сушки (при 200°), обезвоживания (950°), прокаливания (1200°) и охлаждения, в результате чего гидратная влага удаляется и получается глинозем (А1203). Раствор после отделения гидроокиси алюминия подвергается регенерации и полученный при этом едкий натр снова используется для выщелачивания новых порций боксита. Для получения одной тонны глинозема расходуется около 2,5 т боксита, до 200 кг едкого натра и до 120 кг извести, применяемой при регенерации едкого натра.

Далее алюминат натрия выщелачивают водой, полученный алюми-натный раствор отфильтровывают от остальных соединений и разлагают при нагревании до 80° углекислотой, причем в осадок выделяется гидроокись алюминия, а в растворе образуется сода, которая снова используется для работы. Глинозем из гидроокиси получается путем прокаливания, так же как и при мокром щелочном способе.

Для получения глинозема из нефелина применяется спекание нефелина только с известняком, так как в составе нефелина имеются NaaO и К20. В остальном переработка полученного спека подобна рассмотренной выше.

Рис. 1. Схема ванны для электролиза глинозема

Процесс идет при температуре 935-950°. Жидкий алюминий собирается на подине ванны. Расплавленный электролит покрыт сверху застывшей коркой, предохраняющей его от быстрого охлаждения.

Потенциал разложения глинозема (1,7 в) меньше, чем криолита (3,7 в), поэтому при прохождении тока через электролит он разлагается; при этом на аноде выделяется кислород, который образует с углеродом СО, а на катоде - алюминий. Убыль глинозема в расплаве пополняется загрузкой новых порций, так что содержание глинозема в электролите поддерживается более или менее постоянным (8-10%). Жидкий алюминий удаляется из ванны сифоном или вакуум-ковшом.

Рабочее напряжение ванны 4,3-4,5 в, сила тока 20 000-60 000 а; в настоящее время сооружаются ванны с силой тока до 140 000 а.

В ванне на 50 000 а за сутки выделяется около 360 кг алюминия; на получение 1 кг алюминия расходуется 17-19 квт-час электроэнергии и около 2 кг глинозема. Электролитический алюминий подвергается последующему рафинированию переплавкой в электрических печах сопротивления с продувкой хлором или путем дополнительного электролитического процесса, при котором анодом является исходный жидкий алюминий, а катодом - рафинированный алюминий, тоже в жидком состоянии. К исходному жидкому алюминию добавляют 25% меди, чтобы увеличить его удельный вес до 3,5. Поверх слоя алюминия располагают слой жидких хлористых и фтористых солей, служащий электролитом (уд. вес 2,7). Выше электролита выделяется около угольных катодов слой рафинированного алюминия высокой чистоты. Процесс ведут при 800°.

Посредством дополнительного электролитического рафинирования.удается довести в отдельных случаях чистоту алюминия до 99,999%. Технический алюминий содержит от 98 до 99,9% А1.

По семилетнему плану (1959-1965 гг.) производство алюминия в нашей стране увеличивается в 2,8 раза.

Получение магния. В чистом виде магний в природе не встречается вследствие своей высокой химической активности. В виде соединений магний широко распространен в природе: он составляет 2,35% от веса земной коры, причем находится не только в твердых породах, но также в морской воде и в воде соленых озер.

В качестве руд для производства магния обычно используют магнезит, содержащий преимущественно карбонат магния (MgC03), доломит с преимущественным содержанием двойного карбоната магния и кальция (MgC03 СаС03), карналлит, содержащий двойной хлорид магния и калия (MgCl2 КС1 6Н20), и бишофит - шестиводный хлорид магния (MgCI2 6Н20), получаемый из морской воды и воды некоторых озер путем испарения и кристаллизации.

В Советском Союзе наибольшее промышленное значение имеют следующие месторождения магниевых руд: магнезита - Саткинское на южном Урале и Халиловское в Оренбургской области; доломита - Жигулевское, Никитовское в Донбассе, Щелковское и Подольское в Московской области и др.; карналлита - Соликамское на Урале; бишофита - озера Сакское и Сасык-Сивашское в Крыму.

Существуют электролитический и термические способы получения магния.

Электролитический способ получения магния. По этому способу сначала получают безводный хлорид магния (MgCl2), который затем подвергают электролизу с целью получения магния.

Получение хлорида магния из бишофита и карналлита производится путем их обезвоживания при медленном нагреве в трубчатых печах (100-180°).‘Получение хлорида магния из каустического магнезита производится путем обработки его при температуре 800-900° газообразным хлором в присутствии углерода в электрической шахт-ной печи: MgO + Cl, + C = MgCl.2 + CO.

Электролиз хЛорида магния производят в плотно закрытых электролитических ваннах (рис. 2).

Рис. 2. Схема магниевого электролизера: 1 - графитовые аноды; 2 - стальные катоды; 3 - огнеупорная перегородка

Аноды изготовляют из графита, катоды - из стали в форме пластин; те и другие расположены в ванне вертикально и параллельно друг другу.

При электролизе на анодах выделяется газообразный хлор, который пузырьками всплывает на поверхность и по хлоропроводам отводится для дальнейшего использования; около катодов выделяется жидкий магний. Удельный вес электролита увеличивается добавкой в него СаС12 так, чтобы он превышал удельный вес магния, поэтому последний всплывает на поверхность электролита, откуда по мере накопления извлекается с помощью вакуумных ковшей. С целью предупреждения взаимодействия хлора с магнием рабочее пространство ванны разделяют на анодное и катодное с помощью огнеупорных перегородок, устанавливаемых между анодами и катодами.

Расход электроэнергии на тонну магния составляет 15 000-17 000 квт-ч.

Рафинирование электролитического магния производится или переплавкой его вместе с рафинирующими флюсами (смесь хлористых солей щелочных и щелочно-земельных металлов) или возгонкой в вакууме (0,1-0,2 мм рт. ст.) при температуре 600°. Таким способом получают магний очень высокой чистоты (99,99% Mg).

Термические способы получения магния. За последние годы термические способы производства магния получили широкое распространение вследствие своей простоты. Сущность термических способов состоит в восстановлении окиси магния нефтяным коксом в герметичной дуговой печи при температуре 1900-2000°. Испаряющийся магний быстро охлаждается до 200°, собирается, очищается путем дистилляции и переплавляется. Таким способом получается чистый магний (99,97% Mg) при расходе электроэнергии около 21 000 квт-ч на тонну металла.

В качестве восстановителя может быть применен также кремний при температуре 1160° и остаточном давлении (при вакууме) около 0,05 мм рт. ст.

Производство титана. Титан обладает высокой прочностью (вдвое прочнее железа), высокой стойкостью в разъедающих средах и небольшим удельным весом (4,5 г/см3), поэтому он является весьма ценным конструкционным металлом.

Титан широко используется в самолетостроении, химической и других отраслях промышленности.

Рудами для получения титана являются рутил (содержащий ТЮ2) и ильменит (содержащий FeTi03). Основным источником ильменита являются титано-магнетитовые руды (смесь ильменита и магнетита - Fe304). Такие руды подвергаются обогащению (мокрому или электромагнитному), в результате которого получаются титановые концентраты. Извлечение титана из руд - трудная задача, так как он при нагреве реагируете кислородом и азотом воздуха, а в расплавленном состоянии и со всеми известными огнеупорами.

Металлургия титана включает следующие процессы:
1) получение в электрической шахтной печи четыреххлористого титана (TiCl4) при нагревании брикетов из смеси титановых концентратов или технической двуокиси титана (ТЮ2) с углем в токе хлора. Четыреххлористый титан после конденсации паров получается в виде загрязненной красноватой жидкости, которую очищают дистилляцией (перегонкой);
2) получение губчатого титана (титановой губки) восстановлением четыреххлористого титана при взаимодействии с магнием в нейтральной атмосфере (аргон или гелий) при температуре в зоне реакции 950- 1000°, регулируемой скоростью подачи хлорида титана.

Алюминий - один из наиболее молодых промышленных металлов. Малый удельный вес, стойкость против окисления, способность образовывать сплавы со многими другими металлами, легкая обрабатываемость, высокая механическая прочность и антикоррозионная стойкость сделали алюминий одним из наиболее прогрессивных металлов. К середине XX в. алюминий по производству и использованию занял второе место (после железа).
Рост производства алюминия опережает рост производства железа, меди, свинца, цинка и даже рост населения земли, общей промышленной продукции и прирост электрической мощности.
За двадцать лет (с 1937 по 1957 гг.) в капиталистических странах выпуск алюминия увеличился с 444 тыс. т до 2730 тыс. т, или более чем в 6 раз, в то время как производство стали за это время повысилось менее чем в два раза, мели на 37%, свинца на 10% и цинка на 68%. Динамика производства алюминия в капиталистических странах характеризуется следующими показателями количественного роста тыс. T металла:

Основные производители алюминия в капиталистическом мире - США, Канада, Франция, Западная Германия, Норвегия, Япония, Италия. Ниже приведены данные о производстве алюминия в капиталистических странах, тыс. т:

Рост производства алюминия в капиталистических странах, и в первую очередь в США, Канаде и Франции, стал возможным после того, как была осуществлена большая программа строительства крупных глиноземных и алюминиевых заводов, созданы источники дешевой электроэнергии, а алюминий нашел применение во многих отраслях хозяйства.
Производство алюминия обычно создается вблизи источников дешевой электроэнергии, удельный вес которой составляет около 15% всей стоимости алюминия. Экономия средств на электроэнергию обычно превышает в несколько раз транспортные расходы на доставку богатого алюминием сырья на заводы даже из весьма удаленных пунктов его добычи. Развитие алюминиевой промышленности шло по пути создания очень крупных глиноземных и алюминиевых заводов при значительной концентрации производства, особенно в США и Канаде.
При общей мощности алюминиевых заводов капиталистических стран на 1 января 1958 г. 3300 тыс. т мощность заводов США достигает 1670 тыс. т, в том числе компании «Алкоа» (Алюминиум Компани оф Америка)-719,0, «Рейколдэ Металз Компани» - 443,3, «Кайзер Алюминиум энд Кемикл Корп.» - 451,8 и «Анаконда Алюминиум Компани» - 54,4 тыс. г, а мощность заводов Канады - более 740 тыс. т, в том числе компании «Алюминиум компани оф Канада» - 703,9 тыс. т. в год.
Имеются сообщения о программе дальнейшего строительства и расширения заводов. К 1961 г. в США намечается ввести в эксплуатацию около 700 тыс. T новых мощностей по производству алюминия; в Канаде - 120 тыс. т.
В Европе алюминиевая промышленность получила развитие во Франции, Норвегии, Италии и ФРГ. В этих странах также намечено строительство новых алюминиевых заводов.
Алюминиевые заводы США и Канады по мощности можно распределить следующим образом:

Мощность европейских заводов ниже: из 36 алюминиевых заводов в капиталистических странах только 6 имеют мощность от 30 до 60 тыс. т.
США, производство алюминия в которых составляет более 54% общего производства алюминия в капиталистических странах, добывают лишь 3% бокситов из общей добычи их. Основные месторождения бокситов находятся на островах Караибского моря, в Южной Америке, Африке и Австралии. Всего в странах капиталистического мира добывается 15-17 млн. T бокситов в год. Главные источники бокситов - Голландская Гвиана (3,5 млн. т) и Ямайка (3,1 млн. т). В Европе первое место по добыче занимает Франция (1,5 млн. т.), расширяется добыча высококачественных бокситов в Греции.
Лом и скрап - важные источники сырья для производства вторичного алюминия. Доля вторичного алюминиевого сырья составляет в общем потреблении алюминия в США 22-25%. в Англии 30-32%, в ФРГ - более 30% и во Франции 24-26%.
В США при производстве в 1956 г. 1523 тыс. т первичного алюминия выпуск вторичного составил 320 тыс. т. В ФРГ в 1957 г. при производстве первичного алюминия 154 тыс. т вторичного алюминия было выплавлено 88 тыс. т.
Общее количество потребляемых в капиталистических странах вторичных алюминиевых материалов превысило полмиллиона тонн.
Разнообразие свойств алюминия и сплавов из него обусловили широкое его применение в различных областях промышленного производства и строительства, а также в быту. Алюминий используется при изготовлении более 500 тысяч различных изделий современной промышленности.
Потребление алюминия ведущими капиталистическими странами особенно возросло в годы второй мировой войны и в послевоенные годы. Если до второй мировой войны потребление алюминия увеличивалось вдвое через каждые 10 лет, то за последние годы оно увеличивается вдвое через каждые пять лет.
К 1957 г. потребление алюминия в капиталистических странах превысило 2600 тыс. T и достигло в США 1610 тыс. т, в Англии 216 тыс. т, во Франции 152 тыс. т, в Японии 71 тыс. г и в ФРГ 206 тыс. т
Развитие производства алюминия непосредственно связано с развитием авиации, так как алюминий является главным материалом в самолетостроении. Производственные мощности алюминиевых заводов и создание стратегических запасов алюминия определяют во многом военную мощь страны. В последние годы США выделяют субсидии на строительство новых заводов и одновременно производят большие закупки алюминия для стратегических запасов. Только за период 1953-1955 гг. стратегические запасы алюминия в США достигли примерно 450 тыс. т.
Алюминий и алюминиевые сплавы находят широкое применение в авиации потому, что удельный вес алюминия (2,65-3) в 2,5-3 раза меньше удельного веса стали и медных сплавов. Кроме того, прочность алюминия и его сплавов достаточно высокая.
Алюминий необходим также и для танкостроения, артиллерии, производства средств связи, взрывчатых веществ, осветительных и зажигательных снарядов. Применение алюминия для деталей военных судов снижает их водоизмещение при сохранении боевых качеств. Большое значение приобретает алюминий и в снаряжении армии.
Электротехническая промышленность - следующая за военной отрасль промышленности по расходу алюминия. Алюминий по электропроводности значительно превосходит другие металлы, уступая лишь серебру и меди. При поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, вес алюминиевых проводов вдвое меньше медных. Провода и кабели из алюминия распространены в Европе в большей степени, чем в США. Применяют высокопрочные сплавы алюминия с магнием, кремнием и кадмием. Содержание этих элементов таково, что заметно не снижается электропроводность сплавов. Наиболее известны сплавы: альдрей (ФРГ), альмелек (Франция) и сильмалек (Англия).
Электропромышленность России непрерывно увеличивает спрос на алюминий. Только в производстве кабельной продукции удельный расход от общего потребления алюминия возрос с 1950 по 1958 гг. в два с половиной раза. Ленинская программа сплошной электрификации страны может быть осуществлена только при широком внедрении в электротехнику алюминия. Больших успехов добились в этом и другие социалистические страны (особенно Чехия и Германия).
Механические и физические свойства алюминия и его сплавов, особенно легкость и большая теплопроводность, предопределили их широкое применение в машиностроении и моторостроении. Способность алюминия образовывать различные сплавы с другими металлами дает возможность подобрать необходимый материал для различных условий его применения.
Алюминий и особенно его сплавы при литье дают хорошую поверхность. высокую точность размеров и минимальный вес. Производственный процесс изготовления деталей разрешает конструкторам проектировать наивыгоднейшую и даже очень сложную форму деталей при высокой прочности и минимальном расходе металла. Легирование алюминия магнием порядка 0,7%, кремнием и медью повышает его прочность. Для отливки корпусов моторов, коробок скоростей, поршней и других деталей автомобилей алюминий применяется в виде сплава, называемого силумином.
В автомобильной промышленности применение алюминия постоянно расширяется. В США на изготовление одной автомашины Кадилак Эльдорадо расходуется до 86,9 кг алюминия. Более высокий расход его в автостроении европейских стран: от 30 до 130 кг на одну машину. Технические и экономические обоснования показывают рациональность повышения расхода до 195 кг. Ha одну машину. Компания «Дженерал Моторе» заявила о выпуске трех экспериментальных двигателей, выполненных целиком из алюминия и его сплавов.
Применение алюминиевых сплавов при изготовлении железнодорожных вагонов и локомотивов позволяет уменьшить вес вагона на 50% и вес тепловоза на 4-5 т.
В химическом машиностроении используется высокая антикоррозионная стойкость алюминия. Из алюминия изготовляется аппаратура и тара для транспортировки азотной кислоты. Для повышения антикоррозионной стойкости алюминий легируют марганцем.
Алюминий применяется в металлургии для раскисления стали и для сварки железных и стальных изделий, а также находит широкое применение и в консервной промышленности для изготовления всевозможной тары: из алюминия изготовляется тара для молока, пива и других жидкостей.
В последние годы в развитых капиталистических странах резко расширилось применение алюминия для конструктивных элементов промышленного и жилищного строительства, особенно в США: количество алюминия, примененного в строительстве жилых и гражданских сооружений, увеличилось с 220 тыс. г в 1952 г. до 400 тыс. т в 1955 г. и более 500 тыс. т в 1957 г., что составило почти четвертую часть всего потребления в стране металла.
В США почти 20%) всего расходуемого в строительстве алюминия идет на изготовление оконных рам. Алюминиевым конструкциям отдается предпочтение в тех случаях, когда достигается технический эффект от снижения веса, а не от простой замены стальных конструкций алюминиевыми. Так, в Англии были построены из алюминия два ангара и выставочное здание. Вес ангара, построенного в Хетфильде, в семь раз меньше веса ангара из стальных конструкций. Применяя алюминий, можно строить мосты с большими пролетами. Широко применяется алюминий для изготовления легких передвижных конструкций, кранов, стрел, драг и деталей экскаваторов.
Имеются сведения о том, что США расходуют свыше 100 тыс. т алюминиевых гофрированных листов при строительстве складов, промышленных зданий и сельскохозяйственных строений. Компания «Рейнольд металле» разрабатывает проект постройки домов, в которых будут широко использованы алюминиевые сплавы. Применяются также и крупные блоки из алюминиевых сплавов для стен высотных зданий: вес такого блока в 4-4,5 раза меньше веса каменной кладки такого же объема. В Англии более 40 компаний занимаются производством сборных алюминиевых домиков на экспорт. Алюминию, безусловно, принадлежит большое будущее в строительстве.
Нанося распыленный алюминий на стальные конструкции, получают прочное защитное от коррозии покрытие. Анодированный алюминий служит как облицовочный материал для архитектурных деталей.
Усиливается использование алюминия как тары и упаковочного материала. Так, в 1957 г. в США потребление алюминиевой фольги составило 98,1 тыс. T против 38 тыс. т в 1950 г.
Характеристика структуры потребления алюминия в развитых капиталистических приведена ниже, % от общего потребления в странах стране:

Основное количество алюминия потребляется в виде полуфабрикатов из алюминия и его сплавов. В США в течение длительного периода времени потребление алюминия в полуфабрикатах, обработанных давлением, составляло 75-80%, а литье 20-25%. Для других стран характерны другие соотношения. Так, в ФРГ расходуется в полуфабрикатах, обработанных давлением, 60-65% алюминия, для литья - около 30% и 5% для нужд сталелитейной промышленности.
Для получения литейных сплавов в основном используются вторичные металлы. В общем производстве литейных сплавов они занимают в Англии 80%. в США 75%, в Швейцарии 60% и во Франции 50%, причем эти сплавы по качеству не уступают первичным алюминиевым сплавам того же состава.
Полуфабрикаты, изготовленные обработкой давлением, исключительно разнообразны по форме и размерам. Важнейшие виды алюминиевого проката в США представлены ниже, тыс. т:

Современный период промышленного развития знаменуется все возрастающей ролью алюминия в технике и в производстве; его значение настолько велико, а применение стало настолько обширным, что в технической литературе не без основания называют алюминий металлом XX в.
Алюминий в самых различных областях выступает как основной заменитель железа, меди, свинца и цинка.
Как заменитель стали он уже занял заметное место в машиностроении, особенно в производстве автомобилей, в строительстве, особенно в передвижных конструкциях и в сооружениях с большими пролетами.
Так, в США в 1939 г. в среднем на один автомобиль шло 2,5 кг алюминия, в 1952 г. - 6,8 кг. а в 1957 г - 18,4 кг. В настоящее время на каждый автомобиль расходуется 23,5 кг алюминия - в основном на автоматические трансмиссии и мотор.
Дальнейшее расширение производства алюминия и снижение его стоимости увеличивают возможность использовать алюминий как заменитель железа.
Алюминий как заменитель меди применяется в электротехнике для изготовления кабелей и проводов, мелких электромоторов и трансформаторов малой мощности, конденсаторов, арматуры и осветительных приборов. Применять алюминий в электротехнике начали более 50 лет назад, но только в последние годы в этой области был достигнут значительный прогресс и алюминий стали применять вместо меди в широких масштабах.
Фирма «Алюминиум компани оф Канада Лимитед» построила в 1957 г. завод непрерывного анодирования алюминиевой проволоки.
Пленка окиси алюминия имеет высокую диэлектрическую постоянную и химически инертна; температура ее плавления намного превосходит температуру плавления находящегося под ней алюминия. Пленка очень твердая, но пористая, обладает хорошей адгезией к алюминию и высокой устойчивостью к абразивному износу. Толщина пленки менее 0,013 мм (0,0005 дюйма), следовательно, она занимает очень мало места в обмотке Поэтому можно использовать алюминиевую проволоку большего сечения, чтобы получать такие плотности тока, как и в случае медной проволоки. Тонкий оксидный слой обеспечивает хороший теплоотвод от обмотки; важным преимуществом оксидной изоляции является ее малый вес.
Алюминий как заменитель свинца используется для изготовления оболочек кабелей и будет использоваться до тех пор, пока его не заменят пластическими массами.
Как заменитель цинка алюминий найдет применение в изготовлении кровельного материала вместо оцинкованного листа.
Алюминий значительно вытеснит олово, расходуемое в виде белой жести на изготовление консервных банок. Наметившиеся пути замены алюминием других цветных металлов объясняются рядом его технико-экономических преимуществ.
Запасы меди, свинца и цинка по сравнению с запасами алюминия незначительны, поэтому производство этих металлов менее обеспечено надежными месторождениями, чем производство алюминия. Первоначальные затраты на организацию производства алюминия значительно меньше затрат на организацию производства меди, свинца, олова и других металлов.
Алюминий уже сейчас дешевле других цветных металлов; по мере расширения объема и совершенствования техники производства стоимость его будет снижаться в результате усовершенствований процессов получения глинозема и существенных изменений в оборудовании электролитных заводов.
Имеются многочисленные сообщения о перспективе роста производства алюминия в капиталистических странах и о том, что рост потребления алюминия наибольший в сравнении с другими металлами. Высказано предположение, что к 1965 г. суммарная мощность алюминиевой промышленности капиталистических стран достигнет примерно 4,5 млн. т, в том числе США и Канады 3,4 млн. т.
Комиссия Пэйли по обеспечению США сырьевыми материалами на 1950-1975 гг. предполагала, что потребление первичного алюминия в 1975 г. составит в США 3300 тыс. г, а в остальных капиталистических странах 2200 тыс. т, общее потребление 5500 тыс. т. Форма «Рейнолдз металз компани» полагает, что к 1975 г. потребность США в алюминии возрастет в 5 раз; с 1,8 млн. г до 9 млн. т.
Эти оценки развития алюминиевой промышленности правильно отражают тенденции к расширению сфер применения алюминия. Однако здесь не учитывается капиталистический характер производства и, следовательно, возможные неожиданные колебания в производстве и потреблении алюминия.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+