Реферат: Производство алюминия

Введение

Бываютпериоды, когда экономика страны совершает весьма резкие повороты по направлениюк принципиально новым технологиям, совершенно новым видам сырья и материалов ит. д. Такими поворотами были переориентация экономики с преимущественного использованиятвердого топлива на нефть и газ, программа ускоренной химизации народногохозяйства, широкая индустриализация промышленного и гражданского строительствана базе сборных конструкций… Явлениями того же порядка были освоениеполупроводниковой техники в радиоэлектронной промышленности, глубокоепроникновение электронно-вычислительных машин практически во все отраслиэкономики.

Подобные,поистине революционные, события в технике, носящие межотраслевой характер ипреобразующие всю экономическую систему страны, происходят, понятно, не слишкомчасто — раз в несколько лет, а то и десятилетий. Иные из них можно предугадать,предсказать, другие свершаются неожиданно для инженеров, ученых, экономистов.Желательно, чтобы эти качественные скачки в технике и экономике все жепрогнозировались, чтобы специалисты и управленцы могли к ним подготовиться,развернуть поисковые работы, создать определенный научно-технический задел. Темболее такое прогнозирование в ряде случаев возможно, оно прямо вытекает изтенденций научно-технической революции.

Последниегоды XX века – начало XXI века — являются таким качественнымскачком, коренной переориентацией экономики на совершенно новые материалы. Это,в свою очередь, вызовет создание поколений совершенно новых машин и конструкций,отличающихся прежде всего гораздо более высокими технико-экономическимипоказателями, чем производимые и применяемые ныне.

Строгоговоря, эти материалы известны. Просто сейчас они применяются в чрезвычайноскромных масштабах — в десятки, а возможно, и в тысячи раз более скромных, чембудут использоваться в XXIвеке и вообще в обозримой перспективе. Именно эти металлы и, конечно, их сплавыв третьем тысячелетии постепенно вытеснят традиционные, ныне широкораспространенные сталь и чугун. На чем основано по предположение? Наисключительно высоких технико-эксплуатационных свойствах этих металлов. Правда,чтобы резко расширить масштабы производства и сферу применения этих материалов,предстоит решить немало технических и организационных проблем, преодолетьнемало трудностей.

Цель курсовой работы: проанализировать теоретическуюлитературу по теме исследования, и выявить основные пути совершенствованияпроизводства алюминия.

Для достижения поставленной целинеобходимо решить следующие задачи:

1. Проанализироватьметодическую литературу по проблеме исследования.

2. Ознакомиться с историей производства алюминия в России.

3. Ознакомиться с основныминаправлениями применения алюминия.

4. Выявить новыетехнологии в производстве алюминия.

1.Производство алюминия в России

1.1Производство алюминия

Алюминий — химическийэлемент III группы периодической системы Менделеева (атомный номер 13, атомнаямасса 26,98154). В большинстве соединений алюминий трехвалентен, но при высокихтемпературах он способен проявлять и степень окисления +1. Из соединений этогометалла самое важное — оксид Al2O3.

Алюминий — серебристый-белый металл, легкий (плотность 2,7 г/см3), пластичный,хороший проводник электричества и тепла, температура плавления 660 oC.Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминийхимически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидомалюминия. Оксид алюминия (Al2O3) надежно предохраняетметалл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевуюфольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь воксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и сернойкислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной иконцентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действиина алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причемобразуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона:

Al2O3+ 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]

Алюминий, лишенныйзащитной пленки, взаимодействуют с водой, вытесняя из нее водород:

2Al + 6H2O =2Al(OH)3 + 3H2

Образующийся гидроксидалюминия реагирует с избытком щелочи, образуя гидроксоалюминат:

Al(OH)3+ NaOH = Na[Al(OH)4]

Суммарное уравнениерастворения алюминия в водном растворе щелочи имеет следующий вид:

2Al + 2NaOH+6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2.

Алюминий активновзаимодействует и с галогенами. Гидроксид алюминия Al(OH)3 — белое,полупрозрачное, студенистое вещество.

В земной коре содержится8,8% алюминия. Это третий по распространенности в природе элемент послекислорода и кремния и первый среди металлов. Он входит в состав глин, полевыхшпатов, слюд. Известно несколько сотен минералов Al (алюмосиликаты, бокситы,алуниты и другие). Важнейший минерал алюминия — боксит содержит 28-60%глинозема — оксида алюминия Al2O3.

В чистом виде алюминийвпервые был получен датским физиком Х. Эрстедом в 1825 году, хотя и являетсясамым распространенным металлом в природе.

Процесспроизводства первичного алюминия состоит из трех основных фаз. Сначалаосуществляется добыча необходимого сырья — бокситов, нефелинов и алунитов.Затем происходит химическая обработка руды, в результате которой получаетсяглинозем (А1203). Из глинозема электролитическим методомполучают собственно алюминий. Обычно для производства 1 т алюминия необходимопримерно 2 т глинозема. Количество бокситов, необходимое для того, чтобы витоге произвести тонну алюминия, сильно зависит от содержания в них оксидаалюминия. Так, западным компаниям обычно требуется 4—5 т бокситов, тогда какотечественного сырья может потребоваться около 7—8 т. Наиболее сложна иэнергоемка последняя фаза производства первичного алюминия. Современные заводыпри производстве тонны алюминия потребляют в среднем 1 3,5 МВт-ч электроэнергии2,средний расход анодной массы составляет 500-530 кг, используется такжедорогостоящий фтористый алюминий[1].

Основным сырьем для производстваалюминия служат бокситы, содержащие 32-60% глинозема Al2O3.К важнейшим алюминиевым рудам относятся также алунит и нефелин. Россиярасполагает значительными запасами алюминиевых руд. Кроме бокситов, большиеместорождения которых находятся на Урале и в Башкирии, богатым источникомалюминия является нефелин, добываемый на Кольском полуострове. Много />алюминия находится и в месторождениях Сибири.

/>Алюминийполучают из оксида />алюминия Al2O3 электролитическимметодом. Используемый для этого оксид алюминия должен быть достаточно чистым,поскольку из выплавленного />алюминия примеси удаляются сбольшим трудом. Очищенный Al2O3 получают переработкойприродного боксита.

Основное исходноевещество для производства алюминия — оксид />алюминия. Онне проводит электрический ток и имеет очень высокую температуру плавления(около 2050 oC), поэтому требуется слишком много энергии.

Необходимо снизитьтемпературу плавления оксида алюминия хотя бы до 1000 oC. Такойспособ параллельно нашли француз П. Эру и американец Ч. Холл. Они обнаружили,что глинозем хорошо растворяется в раплавленном криолите — минерале состава AlF3.3NaF. Этот расплав и подвергают элктролизу при температуре всего около950 oC на алюминиевых производствах. Запасы криолита в природенезначительны, поэтому был создан синтетический криолит, что существенноудешевило производство алюминия.

Гидролизу подвергаютрасплавленную смесь криолита Na3 [AlF6 ] и оксидаалюминия. Смесь, содержащая около 10 весовых процентов Al2O3,плавится при 960 oC и обладает электропроводностью, плотностью ивязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. Длядополнительного улучшения этих характеристик в состав смеси вводят добавки AlF3,CaF2 и MgF2. Благодаря этому п Предприятия алюминиевойпромышленности России// География. – 2001. — № 10. – С. 9.роведение электролиза оказываетсявозможным при 950 oC.

Электролизер для выплавкиалюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом.Его дно (под), собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды(один или несколько) располагаются сверху: это — алюминиевые каркасы,заполненные угольными брикетами. На современных заводах электролизерыустанавливаются сериями; каждая серия состоит из 150 и большего числаэлектролизеров.

При электролизе на катодевыделяется алюминий, а на аноде — кислород. Алюминий, обладающий большейплотностью, чем исходный расплав, собирается на дне электролизера, откуда егопериодически выпускают. По мере выделения металла, в расплав добавляют новыепорции оксида алюминия. Выделяющийся при электролизе кислород взаимодействует суглеродом анода, который выгорает, образуя CO и CO2.

Первый алюминиевый заводв России был построен в 1932 году в Волхове.

1.2 Запасыи производство бокситов и другого алюминиесодержащего сырья в России

В миреосновным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содержащие от 32 до60% глинозема (оксид алюминия А1203). К важнымалюминиевым рудам относят также алуниты и нефелины.

Крупнейшиепроизводители промышленных бокситов — страны, в которых сосредоточены основныезапасы. Так, в 1998 г. в Австралии было добыто 45 млн. т, в Гвинее — 1 6,5 млн.т и в Бразилии — 1 2,5 млн. т, что составило 59% от мировой добычи (около 1 25 млн.т).

Помировым меркам, Россия обладает незначительными запасами промышленных бокситов— около 400 млн. т, что составляет менее 0,7% мировых запасов. При этомбольшинство отечественных месторождений на сегодняшний день уже в значительнойстепени выработаны. Кроме того, российские месторождения содержат в основном небокситы, а нефелины, а они — худшее сырье для производства глинозема. Да изначительная часть запасов российских бокситов со сравнительно небольшимсодержанием алюминия, по западным меркам, не относится к категориипромышленных.

Крупнейшийпроизводитель алюминиесодержащего сырья в России — Северо-Уральские бокситовыерудники. Они до последнего времени обеспечивали Россию лучшим сырьем придостаточно высоком уровне добычи. Основные запасы рудников находятся в районеСевероуральска на глубине более полукилометра. В настоящее время старые шахтыпрактически выработаны. Бокситы добываются с глубины 700—800 м и имеют оченьвысокую себестоимость.

Близки кисчерпанию и месторождения Южно-Уральской и Тихвинской групп.

Ввидуслабости собственной сырьевой базы российские производители алюминия взначительной мере ориентируются на привозной глинозем. Но уповать настабильность поставок глинозема из-за рубежа не приходится. Традиционныепоставщики глинозема в Россию — Украина и Казахстан — намерены расширять собственныепроизводства алюминия и, следовательно, у них будет меньше «свободного» сырьядля экспорта в Россию. Аналогичная ситуация и в дальнем зарубежье: Австралия,крупнейший в мире экспортер бокситов, тоже постепенно увеличивает собственноепроизводство алюминия, сокращая тем самым возможности поставки сырья на мировойрынок.

Вусловиях, когда растущий экспорт алюминия из России вызывает недовольствозападных конкурентов, некоторые из них могут предпринять (и предпринимают)меры, направленные на сокращение производства на российских заводах. Они, вчастности, могут воздействовать на российских производителей путем ограниченияэкспорта сырья в Россию. Осуществить такое ограничение вполне реально, имея ввиду, что рынок глинозема весьма высоко монополизирован. Одна толькоамериканская корпорация Alcoaпроизводит почти 13 млн. т глинозема (четверть мирового выпуска), аконтролирует чуть ли не половину. В условиях, когда российская алюминиеваяпромышленность импортирует почти 2/3 необходимого ей сырья, проблема ресурсозависимостистановится чрезвычайно важной.

Одним изрешений задачи обеспечения ресурсами российских производителей алюминияявляется разработка новых отечественных месторождений. Наиболее перспективно насегодняшний день Средне-Тиманское месторождение низкокачественных бокситов вРеспублике Коми. Общие запасы на Тимане, по различным оценкам, составляют от260 до 360 млн. т. Одним из достоинств месторождения является то, что егоразработку можно вести открытым способом, а это снижает себестоимость добычи на15 20% по сравнению с шахтными разработками. Главным препятствием для освоенияместорождения является полное отсутствие инфраструктуры. Так, кромеобустройства самого рудника, необходимо построить авто- и железную дороги. Внастоящее время главными сторонниками освоения Тимана являются руководителиСвердловской обл., где находятся основные потребители бокситов (Богословский иУральский алюминиевые заводы с суммарным годовым выпуском в 230 тыс. талюминия), и Республики Коми, на территории которой расположено месторождение.По их мнению, ввод в строй только первой очереди нового рудника позволитдобывать 3 млн. т бокситов в год, которых заводам хватит для производства 1,2 млн.т глинозема (600 тыс. т алюминия).

Междутем очевидно, что разработка одного Средне-Тиманского месторождения не решитпроблему обеспечения отечественным глиноземом I всех российских производителей. Ныне в России добываетсяоколо 8,5 млн. т бокситов и нефелинов в год, что обеспечивает производствооколо 2,4 млн. т глинозема. Для выпуска 3 млн. т алюминия необходимо обеспечитьдобычу еще по меньшей мере 1 2 млн. т промышленных бокситов, а также построитьсоответствующие производства глинозема. Таким образом, в ближайшее время импортбокситов и глинозема неизбежен[2].

1.3История развитие производства алюминия в России

Промышленное производствоалюминия в России началось вначале 30х годов XX века. Для организации промышленного производства алюминия требовалосьсырье и дешевая электроэнергия. В то время в России было известно лишьТихвинское месторождение бокситов. В 1928 — 1930 годы в Санкт-Петербурге былипроведены исследования по отработке технологии переработки этих бокситов наглинозем и по выбору оптимальной конструкции электролизера для первыхалюминиевых заводов. Результаты этих работ были заложены в основу дляпроектирования Волховского алюминиевого завода.

Важнейшее значение дляорганизации отечественного производства алюминия имело принятие и реализацияплана ГОЭЛРО, что позволило обеспечить дешевой электроэнергией строящиесязаводы. В 1931г. образованы отраслевой институт алюминиевой и магниевойпромышленности (ВАМИ) и в последующие годы Всероссийского института легкихсплавов (ВИЛС).

Первая промышленнаяпартия алюминия была получена на Волховском алюминиевом заводе 14 мая 1932 г.Этот день считается днем рождения алюминиевой промышленности России.

В 1933г. был пущен вэксплуатацию Днепровский алюминиевый завод на Украине.

В 1938г. на базеТихвинского месторождения бокситов построен Бокситогорский глиноземный завод.

В 1931г. на Урале былиоткрыты месторождения бокситов в совокупности образующих Северо-Уральскийбокситовый район, который в дальнейшем стал сырьевой базой алюминиевой промышленностиУрала.

В 1939г. состоялся пускУральского алюминиевого завода мощностью 70 тыс. т глинозема и 25 тыс. талюминия.

В годы ВеликойОтечественной войны, для обеспечения возросших потребностей обороннойпромышленности, было принято решение об увеличении мощностей по производствуалюминия на Уральском заводе, а также о строительстве Богословского иНовокузнецкого алюминиевых заводов.

В июле 1942 г. мощностиУральского завода по производству алюминия были увеличены в два раза.

7 января 1943 г. страна получилапервый сибирский алюминий на Новокузнецком алюминиевом заводе.

Первый глинозем наБогословском заводе получен 3 мая 1943г., в 1944г. начал выдавать продукциюКаменск — Уральский металлургический завод, а в день Победы — 9 мая 1945г.,Богословский завод выплавил свой первый алюминий.

В послевоенный периодалюминиевая промышленность России продолжала интенсивно развиваться за счетввода новых и расширения действующих мощностей.

В пятидесятые годывведены в эксплуатацию: Кандалакшский, Надвоицкий и Волгоградский алюминиевыезаводы, Белокалитвинское металлургическое производственное объединение иСамарский металлургический завод, специализирующиеся на выпуске полуфабрикатовиз алюминиевых сплавов, а так же Пикалевский глиноземный завод – комплексное предприятиепо переработке Кольских нефелиновых концентратов.

В шестидесятые исемидесятые годы в непосредственной близости от источников дешевойэлектроэнергии, крупнейших ГЭС, были построены Иркутский, Красноярский иБратский алюминиевые заводы.

В этот же период быливведены в эксплуатацию Красноярский металлургический завод, Павлодарскийалюминиевый завод, Ачинский глиноземный комбинат и «Дмитровский опытный заводалюминиевой консервной ленты».

В 1983г. и в 1985г.вступили в строй Николаевский глиноземный и Саянский алюминиевые заводы,оснащенные современными технологиями и оборудованием.

В 1995г. начал выдаватьпродукцию завод «Саянская фольга».

В настоящее времяалюминиевая промышленность России является крупнейшим в мире производителем иэкспортером алюминия.

В 1996г. в отраслиначались структурные преобразования по созданию интегрированных компаний.

В настоящее время вотрасли действуют три алюминиевые компании: «РУСАЛ – Управляющая компания», «СУАЛ– холдинг» и Алко Россия[3].

2. Совершенствованиепроцесса производства алюминия

В последниегоды многие аналитики сферы />производства легкихметаллов и сплавов пророчат России звание «алюминиевой сверхдержавы»:современные тенденции на мировом рынке ведут к повышенному спросу на российскийметалл. У отечественных предприятий действительно есть реальный шанс выйти влидеры мировой алюминиевой промышленности — при условии, что будет решен вопроссырья и модернизированы производственные линии.

Если с первойпроблемой справиться пока сложно (хотя слияние СУАЛа и РУСАЛа открываетопределенные перспективы), то в отношении />совершенствованияпроизводства российские предприятия идут вперед ударными темпами. Помимоисследовательских и конструкторских подразделений крупных заводов, в странедействуют целые научные центры, такие как ОАО «СибВАМИ», которые занимаютсяразработкой новейших методик в области />производствапервичного и вторичного />алюминия и его сплавов.

Модернизацияпроизводственных линий и увеличение производительности многих отечественныхпредприятий стали возможными благодаря разработкам Сибирскогонаучно-исследовательского, конструкторского и проектного института алюминиевойи электродной промышленности (СибВАМИ). За последние несколько лет этаорганизация разработала и успешно внедрила несколько уникальных технологий,способствующих повышению эффективности производства алюминия не только вРоссии, но и за рубежом.

К числуразработок СибВАМИ относятся новая технология производства анодной массыметодом сухого смешивания и брикетирования, создание автоматическихплавильно-литейных комплексов, а также ряд методик по переработке первичногоалюминия. Некоторые инновации института стали поистине революционными дляроссийских предприятий.

По данныманалитиков компании РУСАЛ, около 80% российского алюминия производится спомощью электролизеров Содерберга с самообжигающимися анодами. ТехнологияСодерберга была предложена в 1920-х годах норвежскими исследователями и былапринята российскими металлургами как более экономичная и эффективная методикапо сравнению с используемой ранее системой Холла-Эру. Самообжигающиеся анодыпозволили снизить себестоимость алюминия на 5,2% и практически исключить«человеческий фактор» в процессе электролиза. Однако растущий спрос на www.alfametal.ru/?id=shop&idmetal=2алюминийи необходимость увеличить объемы производства выявили недостаткисамообжигающихся анодов. Расход электроэнергии и углерода в установкахСодерберга довольно высок, как и уровень выделения вредных веществ припроизводстве. Впрочем, приверженцы данной технологии (а это довольно широкийкруг отечественных и зарубежных предприятий) отмечают высокий потенциалсамообжигающихся анодов при усовершенствовании отдельных ее элементов. Поэтомумодернизация отечественных алюминиевых предприятий касается, в основном,снижения энергозатрат, решения экологических проблем и повышенияпроизводительности установок Содерберга.

Совершенствованиетехнологии Содерберга ведется сразу в нескольких российских компаниях.Например, лидер отечественной алюминиевой промышленности компания РУСАЛ(которая входит в так называемый «клуб Содерберга», объединяющий крупнейшиезаводы мира) с 2004 года реализует программу модернизации производства за счетвнедрения новых моделей электролизеров (РА-300 и РА-400). Эти агрегатыпозволяют освоить технологию «сухого» анода и относятся к числу «зеленых»инноваций: их установка на заводе в Хакасии позволила на 50% уменьшить выбросвредных веществ. Новые электролизеры значительно повлияли и на продуктивностьзавода: в среднем линия РА-300 производит до 2412 кг алюминия в сутки(показатели РА-400 немного выше). Руководство РУСАЛ отмечает, что благодарявнедрению новых технологий в области самообжигающихся анодов производительностьзавода в ближайшие пять лет может заметно возрасти.

В рамкахпрограммы по модернизации в некоторых российских предприятиях широко внедряетсяеще одна технология — обожженные аноды — ставшая для отечественных металлурговнеплохой перспективой развития производства. Концепция обожженных анодов былапринята в качестве основной руководством холдинга СУАЛ: переход на новуютехнологию полным ходом идет на заводе «ИркАЗ», одном из самых крупных заводовкомпании. По мнению специалистов СУАЛ, обожженные аноды, хоть и дорогая, ноболее эффективная технология по сравнению с электролизерами Содерберга: при ееиспользовании загрязнение атмосферы сводится к минимуму, а производительностьпредприятия значительно повышается.

Экспериментальныелинии электролизеров с обожженными анодами были установлены в цехах Уральскогоалюминиевого завода группы СУАЛ. Первые несколько месяцев испытаний показаливысокие результаты по эффективности и экологической безопасности — технологияобожженных анодов легла в основу нового проекта СУАЛ по вводу в эксплуатациюновейшей модернизированной линии электролизеров «ИркАЗ-5». По расчетаманалитиков, инвестированные в этот довольно амбициозный проект 400 миллионовдолларов должны окупиться в течение нескольких лет после запуска линии: еетеоретическая мощность составляет около 166,5 тысяч тонн алюминия в год — этопочти две трети нынешних объемов производства.

Новыетехнологии производства алюминия в России — это шаг в будущее, шаг к завоеваниюабсолютного превосходства на мировом рынке «самолетного металла»[4].

2.2 Основныенаправления применения алюминия

/>

Алюминий – один изнаиболее легких конструкционных металлов. Плотность />алюминияпримерно в три раза меньше, чем у железа, меди или цинка. Как легкий,коррозионно-стойкий, обладающий высокой электропроводностью и легкорегенерируемый металл он играет важную роль в социальном прогрессе.

Сплавы, получаемые из />алюминия наряду с низкой плотностью, отличаются высокойпрочностью и другими важными механическими свойствами. Легкость обработкипозволяет использовать их для />производства различныхизделий. Конструкции из />алюминия требуют более низкихзатрат в течение длительного, практически неограниченного срока службы,сохраняют свои качества при низких температурах и обладают достаточнойогнестойкостью.

Сплавы, повышающие прочность и другиесвойства алюминия, получают введением в него легирующих добавок, таких, какмедь, кремний, магний, цинк, марганец.

Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названиянемецкого города, где было начато промышленное производство сплава). Сплавалюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn:0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Являетсяконструкционным материалом дла авиационного и транспортного машиностроения.

Силумин — легкие литейные сплавы алюминия(основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами:Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Изготавливают детали сложной конфигурации, главнымобразом в авто- и авиастроении.

Магналии — сплавы алюминия (основа) с магнием(Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью,хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Изготавливают фасонные отливки(литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т.д. (деформируемыемагналии).

Основные достоинства всехсплавов алюминия состоит в их малой плотностью (2,5-2,8 г/см3),высокая прочность (в расчете на единицу веса), удовлетворительная стойкостьпротив атмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения иобработка.

Алюминиевые сплавыприменяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, впроизводстве посуды, спорттоваров, мебели, рекламе и других отрасляхпромышленности.

По широте применениясплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

Алюминий — одна изнаиболее распространенных добавок в сплавах на основе меди, магния, титана,никеля, цинка, железа.

Алюминий применяется идля алитирования (алюминирования) — насыщения поверхности стальных или чугунныхизделий алюминием с целью защиты основного материала от окисления при сильномнагревании, т.е. повышения жароупорности (до 1100 oC) исопротивления атмосферной коррозии.

Сегодня он являетсяважнейшим конструкционным материалом для изготовления и модернизации продукциисовременного общества.

Технический прогресс и конкурентоспособностьпродукции в таких отраслях, как, транспортное машиностроение, электротехника,строительство и пищевая промышленность, а также в />производствепотребительских товаров длительного пользования и различного оборудования невозможенбез использования />алюминия.

Основным потребителем />алюминия является пищевая промышленность, где ониспользуется в виде фольги и др. материалов для упаковки продуктов питания инапитков.

Непрерывный рост использования/>алюминия в транспортном секторе и, прежде всего в />производстве автомобилей, а также в сооружении грузовыхсудов, железнодорожных вагонов и скоростных поездов, снижает расход топлива ивредные выбросы в атмосферу. />Алюминий продолжаетоставаться важнейшим компонентом конструкции самолетов, как военного, так икоммерческого назначения.

В строительном секторе,наряду с традиционными направлениями его применения в />производствеокон, дверей, несущих конструкций и в наружной отделке, расширяетсяиспользование эффективных модульных компонентов, изготовленных с использованиемпанелей на основе />алюминия.

Благодаря непрерывномутехническому прогрессу в вопросах />совершенствования технологий/>производства изделий из />/>алюминия, созданию новых, упрочненных алюминием,композитных материалов с заранее определенными свойствами сферы использованияалюминия постоянно расширяться.

Исключительно высокаярегенерационная способность и уникальные качества алюминия, сохраняющиеся приего извлечении из ломов и отходов, позволяют многократно использовать его дляпроизводства различных изделий. Применение вторичного алюминия позволяетэкономить до 95% энергии по сравнению с энергией необходимой для производствапервичного алюминия.

Алюминиеваяпромышленность России, по мере подъема экономики страны будет играть важную ивсе более возрастающую роль в обеспечении конкурентоспособности национальнойпродукции на мировом рынке.

Применениеалюминия весьма эффективно в тепличном хозяйстве. Оно позволяет перевестистроительство теплиц на поточную основу. При этом конструкции получаются довольнолегкими, что облегчает труд рабочих, позволяет увеличить пролеты между опорами.Последнее очень важно с точки зрения механизации работ в теплицах. Прочностьалюминия при низких температурах делает его незаменимым в условиях КрайнегоСевера, Сибири. Зимой в таких теплицах экономится более 20 процентов тепла, до5 раз сокращается бой стекла (а это миллионы квадратных метров). Благодарявысокой отражательной способности алюминия по сравнению с оцинкованной стальюалюминиевые теплицы отличаются лучшей освещенностью. При сооружении перекрытийзданий со свободным расположением опор, например, выставочных залов свободной,«неправильной'», планировки, очень удобны пространственные решетчатые плиты изалюминиевых сплавов. Примером может служить структурная конструкция надконцертным залом в городе Сочи. Она имеет вид неправильного шестиугольникаплощадью 4370 квадратных метров. Площадь покрытия над прилегающим к залу фойе —1300 квадратных метров. Эти огромные сооружения не производят впечатлениячего-то громоздкого и тяжелого, они создают ощущение парения над опорами.Конструкции действительно очень легки. Не случайно некоторые части покрытиявыступают за опоры на расстояние до 15 метров. Высота решетчатой конструкции —2,45 метра, основной ее элемент — трубы, соединенные сваркой в трехгранные пирамиды,которые при монтаже соединяли высокопрочными болтами[5].

2.3Алюминиевые сплавы в авиаракетной и ядерной технике

Историяалюминиевых авиационных сплавов ведет начало с 1911 г., когда в ГерманииАльфред Вильм установил, что если алюминиевый сплав, содержащий 4% меди и 0.5%магния, закалить и оставить вылеживаться на воздухе, его прочность существенноповысится. Этот процесс получил название «старения», хотя было быправильнее назвать его «возмужанием».

Как быловыяснено в дальнейшем, при старении атомы меди группируются в мельчайшие зоны,число которых — миллионы. Атомы меди имеют меньший диаметр, чем атомы алюминия,поэтому возникает напряжение сжатия и прочность повышается. Сплав Вильма,который впервые был освоен в Германии на заводах «Дюрал-металлверке»,получил название «дуралюмин». Впоследствии американцы, повысивсодержание в нем магния до 1.5%, создали очень хороший сплав 2024. И поныне оншироко применяется в разных модификациях.

Еще вгоды Второй мировой войны мы смогли детально ознакомиться со сплавом 2024. Вконце войны на советский Дальний Восток залетели американские бомбардировщикиБ-29, подбитые японцами. В то время Россия были союзниками США, но Сталин,ничего не сообщив США, издал распоряжение: точно воспроизвести Б-29, любоеизменение могло вноситься лишь с его разрешения. Один самолет был разделен наотдельные узлы в конструкторских бюро Ильюшина и Туполева, а во Всесоюзноминституте авиационных материалов (ВИАМ) изучили свойства и структуру сплава2024, составили технические условия его производства, отвечающие американскимтребованиям.

Трудностейс воспроизведением самолета Б-29 было очень много, особенно с получением плитдлиной 30 м для крыльев. Дело в том, что большие плоские слитки, отливаемыенепрерывным методом с резким охлаждением водой, в процессе литья иногдаразрывались от термических напряжений, и куски весом в несколько соткилограммов разлетались на много метров. Литье слитков все же было освоено,производство налажено. Советские металлурги и конструкторы сумели в короткиесроки изготовить 850 самолетов Ту-4, полностью копировавших Б-29 и получившихназвание летающие крепости. Такие темпы в начале XXI в. не достижимы в России.

НаСемипалатинском полигоне с одного из этих самолетов в 1949 г. была сброшенаатомная бомба, положившая конец ядерной монополии США.

Пикирующийбомбардировщик Ту-16. Былоизвестно, что если ввести в алюминиевый сплав цинк, то есть базироваться начетверной системе «алюминий-цинк-магний-медь», то можно существенно улучшитьсвойства сплава. В своей докторской диссертации академик И. Н. Фридляндер изучилчетверную систему «алюминий-цинк-магний-медь» и установил ее фундаментальныезакономерности. При определенном соотношении цинка и магния увеличениесодержания меди в сплаве приводило к тому, что одновременно повышалисьпрочность, пластичность, коррозионная стойкость и вязкость разрушения. Вот наэтом основании российские ученые смогли создать группу очень хорошихвысокопрочных алюминиевых сплавов В95, В96цЗ и особо прочный В96ц.

Всесамолеты КБ Туполева делались из сплава В95, в том числе стратегическийбомбардировщик Ту-95 (1955). И современные самолеты — Ту-204, Ту-334 — изготавливают тоже из сплавов В95 и 1163. Исключение составляет самолет Ту-160.У этого самолета единственная задача: перелететь через океан, сбросить ядернуюбомбу и удирать с максимальной скоростью. Скорость его полета 2200 км/час. Притакой сверхзвуковой скорости обшивка самолета нагревается до 120-140 °С,поэтому для него рекомендован жаропрочный сплав АК4-1.

Антей. В 1950-х годах возникла проблемасоздания мощного военно-транспортного самолета Ан-22 («Антей»). Всеего силовые узлы должны были делаться в виде больших штамповок. Обычноштамповки закаливают в холодную воду, что обеспечивает высокую скоростьохлаждения и высокую прочность. Но для очень больших штамповок«Антея» поводки оказывались таких размеров, что эти штамповкиневозможно было механически обрабатывать. Требовался сплав, который при закалкев горячую воду уменьшил бы скорости охлаждения и поводок, не теряя прочности.Мы создали такой высокопрочный оригинальный сплав В93 и из него сделали всебольшие штамповки и детали.

Силовойкаркас из сплава В93 демонстрировался на авиасалоне в Ле Бурже в 1965 г. Вкачестве легирующей добавки в нем, вместо традиционно применяемых циркония илимарганца, мы использовали обычно ограничиваемое железо, что и позволилоосуществлять закалку в горячую воду. Что касается «Антея», то онпрошел несколько необычных испытаний — полеты в Афганистан, Прагу, Будапешт сгрузом порядка 100 т.

Поаналогии с Ан-22 построены современные транспортные самолеты Мрия и«Руслан». Они также сделаны из сплава В93. Максимальная их нагрузка200 т, при которой они могут совершать полеты на расстояние до 4500 км.«Мрия» и «Руслан» — ныне монопольные перевозчики грузов намежконтинентальные расстояния, недавно они перевозили из Европы в Австралиюблок атомной электростанции.

ИстребителиМиГ-23. В 1973 г. были запущеныв серию изготовленные из сплава В95 мощные истребители МиГ-23. Но прииспытаниях в двух летных школах произошли отрывы крыльев. Правительственнаякомиссия во главе с генерал-полковником авиации И.И. Пстыгой обратила вниманиеразработчиков на большие перегрузки, которые испытывает самолет при крутыхвиражах в боевых условиях. В ходе испытаний, проведенных в Центральномаэрогидродинамическом институте, удалось установить, что вредные примеси железаи кремния сильно снижают конструктивную прочность крыльев. Учитывая это, былсоздан сплав В95 повышенной чистоты — В95пч. Его применение обеспечилонадежность истребителей. Всего выпущено 16 тыс. МиГ-23 из сплава В95пч,катастроф не было. В истребителе пятого поколения фирмы КБ Сухогопредполагается использовать наш сверхпрочный сплав В96цЗ. Этот истребительбудет не хуже американского истребителя пятого поколения.

Гидросамолетыи аэробусы. Очень модныйсейчас гидросамолет Бе-200 фирмы Г.М. Бериева, предназначенный для тушенияпожаров, построен целиком из нашего алюминиево-литиевого сплава 1441. В Россииимеются международные патенты и соглашения о покупке лицензий на этот сплав вАнглии и США.

Первымивысказали желание приобрести Бе-200 китайцы. Но после недавних лесных пожаров вЕвропе и Австралии круг заказчиков значительно расширился. Именно это иподвигло Европейскую авиационную фирму (EADS) приобщиться к продвижению самолета на мировой рынок,сулящему неплохие дивиденды. Реальный рынок Бе-200 оценивается в 7 млрд. долл.

В 2006г. должен войти в эксплуатацию европейский аэробус А-380, вмещающий 555человек. Фирма «Эрбас» имеет уже 135 заказов на аэробус VIP-класса с водным бассейном,теннисными площадками, отдельными каютами для пассажиров. В этом самолетешироко применены наши сплавы, в частности узел крепления крыла к центропланусделан из сплава 1933 на Самарском металлургическом заводе.

Споявлением такого самолета приходит конец концепции безопасной повреждаемости.Сейчас европейцы работают над тем, чтобы не допустить появление трещин вконструкции самолета. С этой целью фюзеляж делается не из обычных алюминиевыхсплавов, а из многослойных сплавов типа ГЛЕР или наш СИАЛ, то есть берутсятонкие алюминиевые листы, между которыми прокладывается стеклоткань. В этомслучае трещины не растут.

Сверхскоростныеатомные центрифуги. ТолькоСССР и Россия овладели чрезвычайно эффективной центрифужной технологиейобогащения урана-235. США по-прежнему обогащают уран по энергоемкойтермодиффузионной технологии. Отечественные центрифуги сделаны из нашего самогопрочного в мире сплава В96ц. В Новоуральске, раньше совершенно закрытом городе,крутятся многие сотни тысяч сверхскоростных атомных центрифуг, а по всей России- миллионы.

Ракета-носитель«Энергия». В.П.Глушко и Ю.П. Семенов доложили в свое время Политбюро ЦК КПСС, что готовысоздать ракету, которая может конкурировать с американскими шаттлами. Ракетаработает на жидком водороде и жидком кислороде. Центральный ее бак, заполненныйжидким водородом, имеет диаметр 8 м, высоту 40 м, вокруг него размещены четыребака с жидким кислородом. Для этих баков потребовался сплав, который припонижении температуры вплоть до температуры жидкого водорода или гелия нетолько не охрупчивался бы, как это происходит со сталью, а наоборот, упрочнялсяи одновременно повышалась бы его пластичность. Вот такой сплав был создан.Сплав 1201 системы «алюминий-медь-марганец» в результате понижениятемпературы упрочняется на 60%, одновременно повышается его пластичность.

Присоздании ракеты были очень большие дискуссии, потому что некоторые институтыМинистерства общего машиностроения считали, что надо строить эти ракеты изменее прочного, но хорошо проверенного надежного сплава АМг6 -системы«алюминий-магний», а со сплавом 1201 мы провалимся. Действительно,трудностей было много, все они преодолены, и такие ракеты строятся только изсплава 1201.

Энергия"вывела в космос орбитальный самолет «Буран», а уже в наши дни изсплава 1201 создаются на заводе им. М.В. Хруничева ракеты для отправки людей игрузов на международную космическую станцию[6].

2.4 Экологические мерыбезопасности в производстве алюминия

Экологический факториграет огромную роль в производстве алюминия. Приведем в качестве примера экологическуюполитику Объединенной компании РУСАЛ. Первая в мире по объемам />производства и глинозема, Объединенная компания РУСАЛстремится занять лидирующие позиции также в области экологии, охраны труда ипромышленной безопасности, использовать новые подходы в реализации социальных иблаготворительных программ. Осуществляя свою деятельность на 5 континентах в 19странах мира, она, как глобальная компания, видит свою миссию в том, чтобыустойчивое развитие бизнеса способствовало социально-экономическому процветаниюрегионов и стран. РУСАЛ стремится стать компанией, которой гордятся сотрудникии их дети, население стран и регионов, где расположены предприятия.

Устойчивое развитиетребует продуманной системы мероприятий, охватывающей все области деятельностикомпании. В ее основе – ответственность перед партнерами, клиентами,сотрудниками и населением стран присутствия, повышенное внимание к экологии,серьезные инвестиции в развитие новых технологий, постоянное />совершенствованиепроизводственных процессов.

Объединенная компанияуспешно реализует комплекс программ, направленных на эффективную защитуокружающей среды, улучшение условий труда, повышение благополучия сотрудников иих семей, создание условий для социально-экономического развития регионов.Конструктивный диалог бизнеса и общества является гарантией социальнойстабильности, без которой невозможно долгосрочное и успешное развитие бизнеса.

Компания практикуеткорпоративную социальную отчетность – предоставление общественности подробнойинформации о результатах реализации проектов и инициатив, нацеленных наразвитие компании как социально-ответственной, динамично развивающейсятранснациональной корпорации.

В соответствии с концепциейустойчивого развития, а также принятой в 2007 году в рамках инициативы ОК РУСАЛпо минимизации риска климатических изменений “Стратегией безопасного будущего”,компания продолжает внедрять инновационные технологии XXI века и активноиспользовать экологически чистые источники энергии.

Ответственный бизнесобязан заботиться об охране окружающей среды, и такой подход базируется на трехключевых принципах:

1.  экологический прогресс обязателен иреален;

2.  основа такого прогресса – инвестициив инновации;

3.  необходимо поддерживать международныеи национальные экологические инициативы.

Принятая ОК РУСАЛэкологическая стратегия всесторонне учитывает сложность поставленных задач иопределяет основные направления деятельности.

Соответствиеэкологическому законодательству и современным стандартам:

· Все действующиеалюминиевые и 70% глиноземных заводов Компании сертифицированы по стандарту ISO14001 (экологический менеджмент).

· Создаетсякорпоративная система интегрированного менеджмента для управления экологическимиаспектами и рисками.

· ОК РУСАЛ впервыев России начала проводить замеры выбросов перфторуглеродов (один из газов,влияющих на возникновение парникового эффекта).

Внедрение новыхтехнологий, соответствующих современным мировым стандартам:

· Ежегодно OК РУСАЛинвестирует в научно-исследовательскую деятельность $100 млн. В последующие тригода общий объем инвестиций в строительство и модернизацию производственныхмощностей составит более $10 млрд.

· Ведутсяразработка и внедрение собственных энергосберегающих производственныхтехнологий РА-300, РА-400, РА-500.

· Продолжается />совершенствование технологии Содерберга.

· Начато созданиеэлектролизера с вертикальными инертными электродами.

· Идут испытанияновой технологии с обожженными анодами, работающей на высокой плотности тока.

Внедрение экологическибезопасных технологий и модернизация заводов позволит сократить к 2015 годуколичество выбросов парниковых газов в атмосферу в 1,5 раза.

Принятие обдуманныхмасштабных решений по экологическим вопросам:

· Созданиепартнерства «Национальное углеродное соглашение».

· Принятиедобровольных целей по снижению эмиссии парниковых газов.

· Принятие 10принципов Глобального договора

· Принятиедобровольных целей Международного института />алюминия вобласти устойчивого развития.

· Стремление ксоответствию международным требованиям Стокгольмской конвенции по стойкиморганическим соединениям.

· Соблюдение«Хартии российского бизнеса» РСПП

· Минимизацияклиматических изменений в соответствии с положениями Киотского протокола.

· ПодписаниеМеморандума о намерении по реализации совместных действий, направленных наснижение выбросов парниковых газов с Программой развития ООН.

Рациональноеиспользование природных ресурсов:

· Гидроэнергетика –самый экологически чистый источник энергии – обеспечивает практически 80 %энергетических потребностей />производства.

· Постоянноесотрудничество с населением регионов по вопросам экологической безопасности иучет общественного мнения.

алюминийпроизводство боксит сплав

Заключение

Российские алюминиевыесплавы прошли блистательный путь развития. Трудно себе представить, какой изконструкционных материалов может сейчас успешно конкурировать с алюминием. Неслучайно он является основой большинства конструкций в ведущих областях техники- в авиации, ракетах, атомной промышленности. Он применяется также встроительстве, преимущественно в виде сплавов алюминия с другими металлами,электротехнике (заменитель меди при изготовлении кабелей и т.д.), пищевойпромышленности (фольга), металлургии (легирующая добавка), алюмотермии и т.д.

Созданы алюминиевыесплавы с прочностью среднелегированной стали, криогенные сплавы высокойпластичности для температуры жидкого водорода, сверхлегкие алюминиевые сплавы слитием — все, что в 1950-х годах считалось невозможным, сталодействительностью. Новые сплавы рождались на базе теоретических открытий иобобщений, их применение становилось возможным после преодоления сложныхтехнологических трудностей и в жесткой борьбе с многочисленными оппонентами,призывающими использовать то, что хорошо проверено практикой, и не подвергатьсебя опасностям, связанным с освоением нового неизведанного материала.Накопленный опыт показывает, что только постоянный и мощный прогрессалюминиевых сплавов обеспечил важнейшим изделиям авиационной, ракетной иядерной техники лидирующее положение в мире.

Список литературы

1.  Алюминиевая промышленность мира//География. – 2001. — № 10. – С. 21.

2.  Ивановский Л. Е. Физическая химия иэлектрохимия хлоралюминиевых расплавов. – М.: Наука, 1993.

3.  Кац Я. Российский алюминий 2000//Рынок ценных бумаг.- 2000. — № 8. – С. 35.

4.  Козаренко А. Е. Апатит-нефелиновыеместорождения Хибин// География. 2001. — № 4. – С. 4.

5.  Ломако П. Крылатый металл// Правда. –1982. – 13 июня. – С. 6.

6.  Перспективы развития технологическихпроцессов глиноземного производства.- СПб: АО «ВАМИ», 1992.

7.  Проблемы производства алюминия,магния и электродных материалов.- СПб: АО «ВАМИ», 1992.

8.  Производство алюминия Литейноепроизводство. – 1992. — №9.- С. 84.

9.  Сухарев И. Р. Бокситы – глинозем –алюминий География. – 1998. — № 17. С. 6.

10.  Фридляндер И. Алюминиевые сплавы в авиаракетнойи ядерной технике Вестник Российской Академии наук. – 2004. – Т. 74. — № 12. –С.1076.