Алюминий, производство алюминия: технология, процесс и описание

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.

Основные сведения, нормы ГОСТ

Алюминиевый прокат получают на заводах путем холодной или горячей прокатки. Основные примеры алюминиевого проката — цельные листы, фольга, шины, элементы обшивки.В дальнейшем прокат может использоваться для производства оборудования и техники. Трубы, каркасные конструкции, радиоэлектронное оборудование, строительная обшивка, крылья самолетов.

Физические свойства

  • Малый вес. Небольшая масса обуславливается низкой плотностью основного химического элемента. Благодаря этому свойству материал занимает большое положение в пространстве, но он мало весит. Небольшая масса — это большой плюс с практической точки зрения (в отличие от других металлов, которые обладают сравнительно большим удельным весом).
  • Совместимость со многими другими металлами. Алюминиевый «дружит» со всеми основными металлами (железо, медь, хром, вольфрам и другие). Поэтому на практике алюминий применяется в качестве как гомогенного, так и гетерогенного сплава. Внесение легирующих присадок позволяет изменить свойства основного сплава. Пример: легирование алюминиевого материала железом улучшает жаропрочность, повышает коррозийную стойкость, делает материал более прочным.
  • Химическая инертность, устойчивость к коррозии. На поверхности алюминия создается тонкая оксидная пленка, которая плохо вступает в контакт с внешней средой. Поэтому алюминий хорошо переносит контакт с химическими реагентами (кислоты, щелочи, соли). Еще один плюс оксидной пленки — это антикоррозийная защита, что также идет на пользу материалу.
  • Слабые магнитные свойства. Стальные изделия обладают сильным магнитным полем, которое может вносить искажения в работу радиоприборов. Конечно, большинство приборов не рассчитаны на работу с радиоволнами, однако в случае радиоэлектронного оборудование наличие магнитных свойств может быть фатальным. Алюминий практически не обладают намагничиванием, а при контакте с радиосигналом он не вносит искажения. Поэтому этот материал можно использовать для создания чувствительного оборудования (антенны, радиотелескопы, передатчики и так далее).
  • Неплохая прочность. Несмотря на малый вес материал обладает хорошей прочностью. Алюминий с различными легирующими добавками на основе хрома, железа, марганца широко используется для производства танковой и пехотной брони. Легирующие добавки также улучшают антикоррозийные свойства материала, благоприятно влияют влияют на надежность, срок годности.

prokat-alyuminievy-3.jpg

Нормы

Производство алюминиевого проката регулируется государственными законами. Основные законодательные нормативы — это ГОСТ 21631, ГОСТ 21488–97, ГОСТ 22233 и другие. Алюминиевый прокат по ГОСТ может быть обработан всеми основными методами — сварка, адгезивное склеивание, пайка, загибка, болтовая техника, применение заклепок.Прокатный лист может подвергаться естественной или искусственной закалке для изменения физических свойств материала. Согласно ГОСТ все прокатные листы должны удовлетворять следующим минимальным требованиям:

  • Удлинение вдоль любого плоского направления — до 20%.
  • Физическая текучесть — до 400 МПа.
  • Краткосрочное сопротивление деформации — до 500 МПа.
  • Поверхность должна обладать только глянцевой или матовой структурой.

Также по ГОСТ на прокатном листе не допускается наличие различных повреждений. Примеры запрещенных повреждений — диффузные или коррозийные следы, расслоение, белесые пятна, трещины, шлаковые либо неметаллические включения. При обнаружении подобных дефектов материал должен быть утилизирован либо переплавлен, поскольку наличие дефектов может спровоцировать возникновение аварии.

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.1228673.jpg

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 жидкий металл, который тяжелее солей электролита, оседает на угольном основании ванны. Его периодически откачивают.1228679.jpg

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.

Возникли вопросы?

История

Рост производства алюминия в ХХ веке Принцип работы электролизной ванны по выплавке алюминия

В 1854 году французским учёным Анри Этьеном Сент-Клер Девилем (Sainte-Claire Deville), был открыт способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl•AlCl3. За 36 лет его применения, с 1855 по 1890 гг., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия[3].

В 1856 году на заводе братьев Тисье в Руане Девилль организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия. При этом стоимость 1 кг алюминия сначала равнялась 300 франкам. Через несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. Алюминий в это время употребляли почти как драгоценный металл для производства различных изделий. Изделия из этого металла даже пользовались популярностью благодаря своему белому цвету и приятному блеску. По мере совершенствования химических методов выделения алюминия цена на него с годами падала. Например, завод в Олбери (Англия) в середине 1880-х годов выпускал до 250 кг алюминия в день и продавал его по цене 30 шиллингов за кг, иными словами, цена его за 30 лет снизилась в 25 раз. Уже в середине XIX века некоторые химики указывали на то, что алюминий можно получать путем электролиза. В 1854 годуБунзен получил алюминий путем электролиза расплава хлористого алюминия. Для производства алюминия путём электролиза уже более 100 лет используется технология Эру-Холла[4]. Этот способ производства алюминия придумали независимо друг от друга француз Эру и американец Холл. Благодаря широкому распространению этого метода во всём мире, стало возможным производить алюминий в широких масштабах и цены на него упали в десятки раз.

Рост производства был особенно быстрым во время и после Второй мировой войны. Производство первичного алюминия (без учета производства Советского Союза) составляло только 620 тыс. т в 1939 году. В 1943 году оно возросло до1,9 млн. т. В 1956 году во всем мире производилось 3,4 млн. т первичного алюминия, в 1965 году мировое производство алюминия составило 5,4 млн. т, в 1980 — 16,1 млн. т, а в 1990 — 18 млн. т. Производство алюминия в мире в 2007 году составило 37,41 млн. тонн (по данным Международного института алюминия (International Aluminium Institute, IAI)[5] и продолжает развиваться очень большими темпами.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий