ИНДИВИДУАЛЬНЫЙПРОЕКТ
потеме: «Историяполучения и производства алюминия»
Содержание
Введение…………………………………………………………….3стр.
1.Характеристикаалюминия………………………………………4-5 стр.
2.Нахождение алюминия в природе……………………………6-8 стр.
3.История получения алюминия………………………………9-10 стр.
4.История развития производства алюминия в России…….11-12 стр.
5.Новые технологии в производстве алюминия…………….13-15 стр.
6.Основные направления применения алюминия…………..16-18 стр.
Заключение…………………………………………………………19 стр.
Литература…………………………………………………………21стр.
Введение
Алюминий – самый известный и древний металл. В виде различных глинистыхсоединений он был знаком человечеству с незапамятных времен. Античные историкисвидетельствовали о том, что “люмен” (в переводе с латинского квасцы) илисульфат алюминия-калия применяли в самых разных областях деятельности: и какпротраву для окрашивания тканей, и как огнезащитное средство, а такжеиспользовали для изготовления различных бытовых изделий и украшений.
Алюминиевая промышленность России, созданная в советское время,занимает доминирующее положение в производстве цветных металлов в стране и повыпуску металла находится на втором месте в мире. В последние годы, в силуизвестных причин, техника для производства алюминия практически немодернизируется, технология электролиза не совершенствуется, объем научныхисследований недопустимо сокращен и заметно отстает от передовых стран. В то жевремя за рубежом широко ведется модернизация оборудования, совершенствуетсятехнология, что позволило резко поднять экономическую эффективность иэкологическую безопасность производства алюминия.
Сплавы алюминия находят широкое применение в быту,в строительстве и архитектуре, в автомобилестроении, в судостроении,авиационной и космической технике. В частности, из алюминиевого сплава былизготовлен первый искусственный спутник Земли.
В качестве микроэлемента алюминий присутствует втканях растений и животных. Существуют организмы-концентраторы, накапливающиеалюминий в своих органах, — некоторые плауны, моллюски.
1.Характеристика алюминия
Алюминий — химический элемент IIIгруппы периодической системы Менделеева (атомный номер 13, атомная масса26,98154). В большинстве соединений алюминий трехвалентен, но при высокихтемпературах он способен проявлять и степень окисления +1 (Приложение 1).
Алюминий — серебристый-белый металл,легкий (плотность 2,7 г/см3) , пластичный, хороший проводникэлектричества и тепла, температура плавления 660 oC. Он легковытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химическиактивен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия.Оксид алюминия (Al2O3) надежно предохраняет металл отдальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильнонагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксидалюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах,особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированнойхолодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминийводных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты- соли, содержащие алюминий в составе аниона:
Al2O3 + 2NaOH +3H2O = 2Na[Al(OH)4]
Алюминий, лишенный защитной пленки,взаимодействуют с водой, вытесняя из нее водород:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 +3H2
Образующийся гидроксид алюминияреагирует с избытком щелочи, образуя гидроксоалюминат:
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
Суммарное уравнение растворенияалюминия в водном растворе щелочи имеет следующий вид:
2Al + 2NaOH +6H2O = 2Na[Al(OH)4]+ 3H2.
Алюминий активно взаимодействует и сгалогенами. Гидроксид алюминия Al(OH)3 — белое, полупрозрачное,студенистое вещество.
Электропроводностьалюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительнов 4 раза дешевле за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, дляполучения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше повесу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов,их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников наповерхности кристаллов микросхем. Меньшую электропроводность алюминия (3,7·107См/м) по сравнению с медью (5,84·107 См/м), для сохранения одинаковогоэлектрического сопротивления, компенсируют увеличением площади сеченияалюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материалаявляется образование на его поверхности прочной диэлектрической оксиднойплёнки, затрудняющей пайку и за счет ухудшения контактного сопротивления вызывающейповышенное нагревание в местах электрических соединений, что, в свою очередь,отрицательно сказывается на надёжности электрического контакта и состоянииизоляции. Поэтому, в частности, 7-я редакция Правил устройстваэлектроустановок, принятая в 2002 г., запрещает использовать алюминиевыепроводники сечением менее 16 мм².
Такимобразом алюминию характерны следующие физические свойства: малая плотность, прочностьв сплавах, коррозионная стойкость, высокая электропроводимость, пластичность,нетоксичность, высокая теплопроводимость, что делает этот металл широковостребованным в различных областях техники.
2.Нахождение алюминия в природе. Важнейшие месторождения алюминия
В земной коре содержится 7% алюминия.Это третий по распространенности в природе элемент после кислорода и кремния ипервый среди металлов. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд. Известнонесколько сотен минералов Al (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и другие).Важнейший минерал алюминия — боксит содержит 28-60% глинозема — оксида алюминияAl2O3. Алюминий в ходит в состав около 250 различных минералов. Самыми распространенными являются полевые шпаты, нефелины,бокситы, глины, в состав которых входит оксид алюминия являющиеся алюмосиликатами.
Ещенедавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречатьсяв природе в свободном состоянии, однако в 1978г. в породах Сибирской платформыбыл обнаружен самородный алюминий — в виде нитевидных кристаллов длиной всего0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). В лунном грунте, доставленномна Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружитьсамородный алюминий. Предполагают, что металлический алюминий можетобразоваться конденсацией из газа. При сильном повышении температуры галогенидыалюминия разлагаются, переходя в состояние с низшей валентностью металла,например, AlCl. Когда при понижении температуры и отсутствии кислорода такоесоединение конденсируется, в твердой фазе происходит реакциядиспропорционирования: часть атомов алюминия окисляется и переходит в привычноетрехвалентное состояние, а часть — восстанавливается. Восстановиться жеодновалентный алюминий может только до металла: 3AlCl > 2Al + AlCl3 . В пользу этого предположения говорити нитевидная форма кристаллов самородного алюминия. Обычно кристаллы такогостроения образуются вследствие быстрого роста из газовой фазы. Вероятно,микроскопические самородки алюминия в лунном грунте образовались аналогичнымспособом.
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 25млн. т).
По мировыммеркам, Россия обладает незначительными запасами промышленных бокситов — около400 млн. т, что составляет менее 0,7% мировых запасов. При этом большинствоотечественных месторождений на сегодняшний день уже в значительной степенивыработаны. Кроме того, российские месторождения содержат в основном небокситы, а нефелины, а они — худшее сырье для производства глинозема. Да и значительнаячасть запасов российских бокситов со сравнительно небольшим содержаниемалюминия, по западным меркам, не относится к категории промышленных.
Крупнейшийпроизводитель сырья, содержащего алюминий в России — Северо-Уральскиебокситовые рудники. Они до последнего времени обеспечивали Россию лучшим сырьемпри достаточно высоком уровне добычи. Основные запасы рудников находятся врайоне Североуральска на глубине более полукилометра. В настоящее время старыешахты практически выработаны. Бокситы добываются с глубины 700—800 м и имеюточень высокую 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 расширятьсобственные производства алюминия и, следовательно, у них будет меньше«свободного» сырья для экспорта в Россию. Аналогичная ситуация и в дальнемзарубежье: Австралия, крупнейший в мире экспортер бокситов, тоже постепенноувеличивает собственное производство алюминия, сокращая тем самым возможностипоставки сырья на мировой рынок.
В условиях,когда растущий экспорт алюминия из России вызывает недовольство западныхконкурентов, 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),а контролирует 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 1,2млн. т глинозема (600 тыс. т алюминия).
Между темочевидно, что разработка одного Средне-Тиманского месторождения не решитпроблему обеспечения отечественным глиноземом I всех российскихпроизводителей. Ныне в России добывается около 8,5 млн. т бокситов и нефелиновв год, что обеспечивает производство около 2,4 млн. т глинозема. Для выпуска 3млн. т алюминия необходимо обеспечить добычу еще по меньшей мере 1 2 млн. т промышленныхбокситов, а также построить соответствующие производства глинозема. Такимобразом, в ближайшее время импорт бокситов и глинозема неизбежен.
3. История открытия и получения алюминия
Документальнозафиксированное открытие алюминия произошло в 1825 году. Впервые этот металлполучил датский физик Ганс Христиан Эрстед, когда выделил его при действииамальгамы калия на безводный хлорид алюминия (полученный при пропускании хлорачерез раскаленную смесь оксида алюминия с углем). Отогнав ртуть, Эрстед получилалюминий, правда, загрязненный примесями. В 1827 немецкий химик Фридрих Вёлерполучил алюминий в виде порошка восстановлением гексафторалюмината калием.Современный способ получения алюминия был открыт в 1886 молодым американскимисследователем Чарльзом Мартином Холлом. (С 1855 до 1890 было получено лишь 200тонн алюминия, а за следующее десятилетие по методу Холла во всем мире получилиуже 28000т. этого металла).
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 алюминий1.
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 алюминиянаходится и в месторождениях Сибири.
Алюминий получают из оксида алюминияAl2O3 электролитическим методом. Используемый дляэтого оксид алюминия должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленногоалюминия примеси удаляются с большим трудом. Очищенный Al2O3 получаютпереработкой природного боксита.
Основное исходное вещество дляпроизводства алюминия — оксид алюминия. Он не проводит электрический ток иимеет очень высокую температуру плавления (около 2050 oC),поэтому требуется слишком много энергии.
Необходимо снизить температуруплавления оксида алюминия хотя бы до 1000 oC. Такой способпараллельно нашли француз П. Эру и американец Ч. Холл. Они обнаружили, чтоглинозем 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.
4. История развитияпроизводства алюминия в России
Промышленное производство алюминия вРоссии началось вначале 30х годов XX века.Для организации промышленного производства алюминия требовалось сырье и дешеваяэлектроэнергия. В то время в России было известно лишь Тихвинское месторождениебокситов. В 1928 — 1930 годы в Санкт-Петербурге были проведены исследования поотработке технологии переработки этих бокситов на глинозем и по выбору оптимальнойконструкции электролизера для первых алюминиевых заводов. Результаты этих работбыли заложены в основу для проектирования Волховского алюминиевого завода.
Важнейшее значение для организацииотечественного производства алюминия имело принятие и реализация плана ГОЭЛРО,что позволило обеспечить дешевой электроэнергией строящиеся заводы. В 1931г.образованы отраслевой институт алюминиевой и магниевой промышленности (ВАМИ) ив последующие годы Всероссийского института легких сплавов (ВИЛС).
Первая промышленная партия алюминиябыла получена на Волховском алюминиевом заводе 14 мая 1932 г. Этот деньсчитается днем рождения алюминиевой промышленности России.
В 1933г. был пущен в эксплуатациюДнепровский алюминиевый завод на Украине.
В 1938г. на базе Тихвинскогоместорождения бокситов построен Бокситогорский глиноземный завод.
В 1931г. на Урале были открытыместорождения бокситов в совокупности образующих Северо-Уральский бокситовыйрайон, который в дальнейшем стал сырьевой базой алюминиевой промышленности Урала.
В 1939г. состоялся пуск Уральскогоалюминиевого завода мощностью 70 тыс. т глинозема и 25 тыс. т алюминия.
В годы Великой Отечественной войны,для обеспечения возросших потребностей оборонной промышленности, было приняторешение об увеличении мощностей по производству алюминия на Уральском заводе, атакже о строительстве Богословского и Новокузнецкого алюминиевых заводов.
В июле 1942 г. мощности Уральскогозавода по производству алюминия были увеличены в два раза.
7 января 1943 г. страна получила первыйсибирский алюминий на Новокузнецком алюминиевом заводе.
Первый глинозем на Богословскомзаводе получен 3 мая 1943г., в 1944г. начал выдавать продукцию Каменск -Уральский металлургический завод, а в день Победы — 9 мая 1945г., Богословскийзавод выплавил свой первый алюминий.
В послевоенный период алюминиеваяпромышленность России продолжала интенсивно развиваться за счет ввода новых ирасширения действующих мощностей.
В пятидесятые годы введены вэксплуатацию: Кандалакшский, Надвоицкий и Волгоградский алюминиевые заводы,Белокалит винское металлургическое производственное объединение и Самарскийметаллургический завод, специализирующиеся на выпуске полуфабрикатов изалюминиевых сплавов, а так же Пикалевский глиноземный завод – комплексноепредприятие по переработке Кольских нефелиновых концентратов.
В шестидесятые и семидесятые годы внепосредственной близости от источников дешевой электроэнергии, крупнейших ГЭС,были построены Иркутский, Красноярский и Братский алюминиевые заводы.
В этот же период были введены вэксплуатацию Красноярский металлургический завод, Павлодарский алюминиевыйзавод, Ачинский глиноземный комбинат и «Дмитровский опытный завод алюминиевойконсервной ленты».
В 1983г. и в 1985г. вступили в стройНиколаевский глиноземный и Саянский алюминиевые заводы, оснащенные современнымитехнологиями и оборудованием.
В 1995г. начал выдавать продукциюзавод «Саянская фольга».
В настоящее время алюминиеваяпромышленность России является крупнейшим в мире производителем и экспортеромалюминия.
В 1996г. в отрасли началисьструктурные преобразования по созданию интегрированных компаний.
В настоящее время в отрасли действуюттри алюминиевые компании: «РУСАЛ – Управляющая компания», «СУАЛ – холдинг» иАлко Россия.
5. Новые технологии впроизводстве алюминия
В последние годы многие аналитикисферы производства легких металлов и сплавов пророчат России звание«алюминиевой сверхдержавы»: современные тенденции на мировом рынке ведут кповышенному спросу на российский металл. У отечественных предприятийдействительно есть реальный шанс выйти в лидеры мировой алюминиевойпромышленности — при условии, что будет решен вопрос сырья и модернизированыпроизводственные линии.
Если с первой проблемой справитьсяпока сложно (хотя слияние СУАЛа и РУСАЛа открывает определенные перспективы),то в отношении совершенствования производства российские предприятия идутвперед ударными темпами. Помимо исследовательских и конструкторскихподразделений крупных заводов, в стране действуют целые научные центры, такиекак ОАО «СибВАМИ», которые занимаются разработкой новейших методик в областипроизводства первичного и вторичного алюминия и его сплавов.
Модернизация производственных линий иувеличение производительности многих отечественных предприятий стали возможнымиблагодаря разработкам Сибирского научно-исследовательского, конструкторского ипроектного института алюминиевой и электродной промышленности (СибВАМИ). Запоследние несколько лет эта организация разработала и успешно внедриланесколько уникальных технологий, способствующих повышению эффективностипроизводства алюминия не только в России, но и за рубежом.
К числу разработок СибВАМИ относятсяновая технология производства анодной массы методом сухого смешивания ибрикетирования, создание автоматических плавильно-литейных комплексов, а такжеряд методик по переработке первичного алюминия. Некоторые инновации институтастали поистине революционными для российских предприятий.
По данным аналитиков компании РУСАЛ,около 80% российского алюминия производится с помощью электролизеров Содербергас самообжигающимися анодами. Технология Содерберга была предложена в 1920-хгодах норвежскими исследователями и была принята российскими металлургами какболее экономичная и эффективная методика по сравнению с используемой ранеесистемой Холла-Эру. Самообжигающиеся аноды позволили снизить себестоимостьалюминия на 5,2% и практически исключить «человеческий фактор» в процессеэлектролиза. Однако растущий спрос на алюминий и необходимость увеличитьобъемы производства выявили недостатки самообжигающихся анодов. Расходэлектроэнергии и углерода в установках Содерберга довольно высок, как и уровеньвыделения вредных веществ при производстве. Впрочем, приверженцы даннойтехнологии (а это довольно широкий круг отечественных и зарубежных предприятий)отмечают высокий потенциал самообжигающихся анодов при усовершенствованииотдельных ее элементов. Поэтому модернизация отечественных алюминиевыхпредприятий касается, в основном, снижения энергозатрат, решения экологическихпроблем и повышения производительности установок Содерберга.
Совершенствование технологииСодерберга ведется сразу в нескольких российских компаниях. Например, лидеротечественной алюминиевой промышленности компания РУСАЛ (которая входит в такназываемый «клуб Содерберга», объединяющий крупнейшие заводы мира) с 2004 годареализует программу модернизации производства за счет внедрения новых моделейэлектролизеров (РА-300 и РА-400). Эти агрегаты позволяют освоить технологию«сухого» анода и относятся к числу «зеленых» инноваций: их установка на заводев Хакасии позволила на 50% уменьшить выброс вредных веществ. Новыеэлектролизеры значительно повлияли и на продуктивность завода: в среднем линияРА-300 производит до 2412 кг алюминия в сутки (показатели РА-400 немного выше).Руководство РУСАЛ отмечает, что благодаря внедрению новых технологий в областисамо обжигающихся анодов производительность завода в ближайшие пять лет можетзаметно возрасти.
В рамках программы по модернизации внекоторых российских предприятиях широко внедряется еще одна технология —обожженные аноды — ставшая для отечественных металлургов неплохой перспективойразвития производства. Концепция обожженных анодов была принята в качествеосновной руководством холдинга СУАЛ: переход на новую технологию полным ходомидет на заводе «ИркАЗ», одном из самых крупных заводов компании. По мнениюспециалистов СУАЛ, обожженные аноды, хоть и дорогая, но более эффективнаятехнология по сравнению с электролизерами Содерберга: при ее использованиизагрязнение атмосферы сводится к минимуму, а производительность предприятиязначительно повышается.
Экспериментальные линииэлектролизеров 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.
Новые технологии производстваалюминия в России — это шаг в будущее, шаг к завоеванию абсолютногопревосходства на мировом рынке «самолетного металла».
6. Основные направленияприменения алюминия
Алюминий – один из наиболее легкихконструкционных металлов. Плотность алюминия примерно в три раза меньше, чем ужелеза, меди или цинка. Как легкий, коррозионно-стойкий, обладающий высокойэлектропроводностью и легко регенерируемый металл он играет важную роль всоциальном прогрессе.
Сплавы, получаемые из алюминия нарядус низкой плотностью, отличаются высокой прочностью и другими важнымимеханическими свойствами. Легкость обработки позволяет использовать их дляпроизводства различных изделий. 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, отназвания немецкого города, где было начато промышленное производство сплава).Сплав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%)марганцем (Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируетсяалюминием. Является конструкционным материалом дла авиационного и транспортногомашиностроения.
Силумин — легкие литейные сплавыалюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другимиэлементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Изготавливают детали сложной конфигурации,главным образом в авто- и авиастроении.
Магналии — сплавы алюминия (основа) смагнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийнойстойкостью, хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Изготавливаютфасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т.д.(деформируемые магналии).
Основные достоинства всех сплавовалюминия состоит в их малой плотностью (2,5-2,8 г/см3), высокаяпрочность (в расчете на единицу веса), удовлетворительная стойкость противатмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения и обработка.
Алюминиевые сплавы применяются вракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производствепосуды, спорттоваров, мебели, рекламе и других отраслях промышленности. Пошироте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.
Алюминий — одна из наиболеераспространенных добавок в сплавах на основе меди, магния, титана, никеля,цинка, железа. Алюминий применяется и для алитирования (алюминирования) -насыщения поверхности стальных или чугунных изделий алюминием с целью защитыосновного материала от окисления при сильном нагревании, т.е. повышенияжароупорности (до 1100 oC) и сопротивления атмосфернойкоррозии. Сегодня он является важнейшим конструкционным материалом дляизготовления и модернизации продукции современного общества.
Технический прогресс иконкурентоспособность продукции в таких отраслях, как, транспортноемашиностроение, электротехника, строительство и пищевая промышленность, а такжев производстве потребительских товаров длительного пользования и различногооборудования невозможен без использования алюминия.
Основным потребителем алюминияявляется пищевая промышленность, где он используется в виде фольги и др.материалов для упаковки продуктов питания и напитков.
Непрерывный рост использованияалюминия в транспортном секторе и, прежде всего в производстве автомобилей, атакже в сооружении грузовых судов, железнодорожных вагонов и скоростныхпоездов, снижает расход топлива и вредные выбросы в атмосферу. Алюминийпродолжает оставаться важнейшим компонентом конструкции самолетов, каквоенного, так и коммерческого назначения.
В строительном секторе, наряду страдиционными направлениями его применения в производстве окон, дверей, несущихконструкций и в наружной отделке, расширяется использование эффективныхмодульных компонентов, изготовленных с использованием панелей на основеалюминия.
Благодаря непрерывному техническомупрогрессу в вопросах совершенствования технологий производства изделий изалюминия, созданию новых, упрочненных алюминием, композитных материалов сзаранее определенными свойствами сферы использования алюминия постояннорасширяться.
Исключительно высокая регенерационнаяспособность и уникальные качества алюминия, сохраняющиеся при его извлечении изломов и отходов, позволяют многократно использовать его для производстваразличных изделий. Применение вторичного алюминия позволяет экономить до 95%энергии по сравнению с энергией необходимой для производства первичногоалюминия.
Алюминиевая промышленность России, помере подъема экономики страны будет играть важную и все более возрастающую рольв обеспечении конкурентоспособности национальной продукции на мировом рынке.
Применение алюминия весьма эффективнов тепличном хозяйстве. Оно позволяет перевести строительство теплиц на поточнуюоснову. При этом конструкции получаются довольно легкими, что облегчает трудрабочих, позволяет увеличить пролеты между опорами. Последнее очень важно сточки зрения механизации работ в теплицах. Прочность алюминия при низкихтемпературах делает его незаменимым в условиях Крайнего Севера, Сибири. Зимой втаких теплицах экономится более 20 процентов тепла, до 5 раз сокращается бойстекла (а это миллионы квадратных метров). Благодаря высокой отражательнойспособности алюминия по сравнению с оцинкованной сталью алюминиевые теплицыотличаются лучшей освещенностью. При сооружении перекрытий зданий со свободнымрасположением опор, например, выставочных залов свободной, «неправильной»,планировки, очень удобны пространственные решетчатые плиты из алюминиевыхсплавов. Примером может служить структурная конструкция над концертным залом вгороде Сочи. Она имеет вид неправильного шестиугольника площадью 4370квадратных метров. Площадь покрытия над прилегающим к залу фойе — 1300квадратных метров. Эти огромные сооружения не производят впечатления чего-тогромоздкого и тяжелого, они создают ощущение парения над опорами. Конструкциидействительно очень легки. Не случайно некоторые части покрытия выступают заопоры 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.
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.
Несмотря на широкуюраспространённость в природе, ни одно живое существо не использует алюминий вметаболизме — это мёртвый металл. Отличается незначительным токсическимдействием, но многие растворимые в воде неорганические соединения алюминиясохраняются в растворённом состоянии длительное время и могут оказывать вредноевоздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду.
В первую очередьдействует на нервную систему (накапливается в нервной ткани, приводя к тяжёлымрасстройствам функции ЦНС). Однако свойство нейротоксичности алюминия стали изучатьс середины 1960-х годов, так как накоплению металла в организме человекапрепятствует механизм его выведения. В обычных условиях с мочой можетвыделяться до 15 мг элемента в сутки. Соответственно, наибольший негативныйэффект наблюдается у людей с нарушенной выделительной функцией почек.
Норматив содержанияалюминия в воде хозяйственно-питьевого использования в России составляет 0,2мг/л. При этом данная ПДК может быть увеличена до 0,5 мг/л главнымгосударственным санитарным врачом по соответствующей территории для конкретнойсистемы водоснабжения.
По некоторымбиологическим исследованиям, поступление алюминия в организм человека былосочтено фактором в развитии болезни Альцгеймера, но эти исследования были позжераскритикованы, и вывод о связи одного с другим опровергался.
Соединения алюминия такжепод подозрением как стимулирующие рак молочной железы при примененииантиперспирантов на основе хлорида алюминия. Но научных данных в пользу этого —меньше, чем против.
Список литературы
- Алюминиевая промышленность мира// География. – 2001. — № 10. – С. 21.
- Ивановский Л. Е. Физическая химия и электрохимия хлоралюминиевых расплавов. – М.: Наука, 1993.
- Кац Я. Российский алюминий 2000// Рынок ценных бумаг.- 2000. — № 8. – С. 35.
- Козаренко А. Е. Апатит-нефелиновые месторождения Хибин// География. 2001. — № 4. – С. 4.
- Ломако П. Крылатый металл// Правда. – 1982. – 13 июня. – С. 6.
- Перспективы развития технологических процессов глиноземного производства.- СПб: АО «ВАМИ», 1992.
- Проблемы производства алюминия, магния и электродных материалов.- СПб: АО «ВАМИ», 1992.
- Производство алюминия Литейное производство. – 1992. — №9.- С. 84.
- Сухарев И. Р. Бокситы – глинозем – алюминий География. – 1998. — № 17. С. 6.
- Фридляндер И. Алюминиевые сплавы в авиаракетной и ядерной технике Вестник Российской Академии наук. – 2004. – Т. 74. — № 12. – С.1076.
