Контрольная работа: Производство алюминия цветных металлов 2
1. МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЛЮМИНИЯ, ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
1.1 История развития алюминиевой промышленности
Алюминий сравнительно недавно стал промышленным металлом. Впервые металлический алюминий получил датский физик Г. Эрстед в 1825 г. восстановив хлористый алюминий амальгамой калия. В дальнейшем способ Эрстеда был улучшен: амальгаму калия заменили металлическим калием, а затем - более дешевым натрием. Нестойкий и гигроскопичный хлористый алюминий заменили двойным хлоридом алюминия и натрия (AlCl3 -NaCI).
В 1865 г. русский ученый Н.Н. Бекетов предложил получать алюминий вытесненном его из фтористых соединении магнием. Этот способ нашел применение в ряде стран Западной Европы. Производство алюминия “химическими” методами осуществлялось примерно в течение 35 лет (с 1854 до 1890 г.). За это время было получено около 200 т алюминия. В конце 80-х годов прошлого столетия химические способы производства алюминия были вытеснены электролитическим.
Основоположниками электролитического способа производства алюминия являются Поль Эру во Франции и Чарльз Холл в США, которые в 1866 г. независимо друг от друга заявили аналогичные патенты на способ получения алюминия электролизом глинозема (А12 03 ), растворенного в расплавленном криолите (Na2 AIF6 ). С открытием электролитического способа началось быстрое развитие алюминиевой промышленности. Если в 1900 г. выпуск алюминия во всем мире составил 5,7 тыс. т, но уже к 1930 г. он приблизился к 270 тыс. т, в 1950 г. составил (без стран социализма) около 1,3 млн. т, а в 1980 г. - более 12 млн. т.
В капиталистическом мире основными производителями алюминия являются США, Япония, Канада, ФРГ, Норвегия.
В дореволюционной России не было собственной алюминиевой промышленности. Однако в конце прошлого и начале настоящего столетия русские ученые (Н.Н. Бекетов, П.П. Федотьев, Н.А. Пушин, Д.А. Пеняков, Е.И. Жуковский и другие) выполнили ряд исследований, сыгравших большую роль в развитии мировой алюминиевой промышленности. Под руководством П. П. Федотьева были проведены глубокие исследования теоретических основ электролитического способа получения алюминия, в частности были исследованы двойные системы фторид алюминия - фторид натрия, криолит - глинозем, явления растворимости алюминия в электролите, анодный эффект, а также ряд других процессов, связанных с электролизом криолит-глиноземных расплавов. Результаты этих исследований получили мировую известность.
В 1882—1892 гг. химик К.П. Байер разработал в России щелочной способ получения глинозема, который до настоящего времени является основным в мировой алюминиевой промышленности. В 1895 г. Д.А. Пеняков предложил способ получения глинозема из бокситов спеканием с сульфатом натрия в присутствии угля, а А.Н. Кузнецов и Е.И. Жуковский в 1915 г. - способ получения глинозема из низкосортных руд путем восстановительной плавки их на шлаки алюминатов щелочноземельных металлов. Н.А. Пушин с сотрудниками в 1914 г. впервые в нашей стране получил алюминий “русского происхождения”, т. е. из отечественных сырья и материалов.
Условия для создания в нашей стране алюминиевой промышленности, являющейся крупным потребителем электроэнергии, появились только после Великой Октябрьской социалистической революции. Решающую роль в этом сыграл разработанный в 1920 г. по инициативе и под руководством В.И. Ленина план ГОЭЛРО, положивший начало созданию прочной энергетической базы в нашей стране. Построенная в соответствии с этим планом в 1926 г. первая крупная гидроэлектростанция на р. Волхов явилась энергетической базой первого в СССР Волховского алюминиевого завода. В декабре 1927 г. XV съезд ВКП принял решение о создании в нашей стране алюминиевой промышленности, а в августе 192 г. Совет Труда и Обороны принял решение о строительстве в СССР Волховского и Днепровского алюминиевых заводов. В 192 г. на Ленинградском опытном заводе “Красный Выборжец” под руководством П.П. Федотьева были проведены длительные производственные испытания по получению алюминия электролитическим путем из отечественных материалов.
В 193 г. в Ленинграде был пущен опытный завод, который сыграл большую роль в развитии советской алюминиевой промышленности. На этом заводе испытывалось оборудование, осваивался технологический режим, готовились рабочие и инженерно-технические кадры для первых советских алюминиевых заводов. Одновременно были проведены исследования по производству электродных изделий, необходимых для получения алюминия. Результаты этих исследований легли в основу проектирования первых электродных заводов - Московского и Днепровского. Разработанный в Институте прикладной минералогии способ получения криолита был положен в основу проектирования производства криолита на Полевском криолитовом заводе.
В 1930 г. были созданы Научно-исследовательский институт алюминиевой промышленности (НИИС алюминий) и проектный институт - гипроалгомпний.
Позднее НИИС алюминий и Гипроалюминий были объединены в единый Всесоюзный алюминиево-магниевый институт (ВАМИ).
14 мая 1932 г. вступил в эксплуатацию Волховский алюминиевый завод, а в 1933 г. на базе Днепровской ГЭС - Днепровский алюминиевый завод. Очень много внимания становлению советской алюминиевой промышленности уделял С.М. Киров, который возглавлял Ленинградскую партийную организацию. Первым алюминиевым заводам нашей страны - Волховскому и Днепровскому в дальнейшем было присвоено его имя.
В период с 1926 по 1936 г. в Государственном институте прикладной химии (ГИПХ) под руководством А.А. Яковкина был разработан способ получения глинозема из тихвинских бокситов спеканием их с содой и известняком. В результате впервые была разрешена проблема переработки высококремнистых бокситов. В 1938 г. вошел в эксплуатацию Тихвинский глиноземный завод, а в 1939 г. на базе высококачественных североуральских бокситов - Уральский алюминиевый завод.
В начале Великой Отечественной войны Волховский и Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глиноземный были выведены из строя. Оборудование этих заводов вывезли на Урал и в Сибирь. В годы Великой Отечественной войны был значительно расширен Уральский алюминиевый завод к введены в эксплуатацию Новокузнецкий (1943 г.) и Богословский (1945 г.) алюминиевые заводы.
В послевоенные годы были восстановлены Волховский и Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глиноземный завод, а также вошли в эксплуатацию новые алюминиевые заводы: Канакерский (1950 г.), Кандалакшский (1951 г.), Надвоицкий (1954 г.), Сумгаитский (1955 г.). Ряд крупных алюминиевых заводов был пущен на базе дешевой электроэнергии гидроэлектростанций, построенных на Волге и реках Сибири: Волгоградский (1959 г.). Иркутский (1962 г.). Красноярский (1964 г.), Братский (1966 г.) и Таджикский (1975 г.).
Одновременно вводились новые предприятия по производству глинозема — Никалевский (1959 г.) и Ачинский (1970 г.) глиноземные комбинаты. Павлодарский (1964 г.) и Кировабадскии (1966 г.) алюминиевые заводы, Николаевский глиноземный завод (1980 г.).
Алюминиевая промышленность, созданная в нашей стране, занимает одно из ведущих мест в мире. При создании ее советскими учеными и специалистами впервые в мировой практике был решен ряд важных научно-технических проблем: комплексная переработка нефелиновых руд и концентратов с получением глинозема, соды, поташа и цемента, комплексная переработка алунитовых руд с получением глинозема, сульфата калия и серной кислоты, а также многие другие.
Цветную металлургию можно считать одной из немногих относительно благополучных отраслей, хотя в целом общая тенденция реструктуризации отрасли за последние два десятилетия принципиально мало отличается от других отраслей.
1.2. Производство первичного алюминия и основные направления его потребления
В настоящее время в промышленности алюминий получают электролизом раствора глинозема Al2 O3 в расплавленном криолите. Al2 O3 должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Температура плавления Al2 O3 около 2050 о С, а криолита 1100 о С. Электролизу подвергают расплавленную смесь криолита и Al2 O3 , содержащую около 10 масс.% Al2 O3 , которая плавится при 960 о С и обладает электрической проводимостью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. При добавлении AlF3 ,,CaF2 и MgF2 проведение электролиза оказывается возможным при 950 о С.
Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Его дно, собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды располагаются сверху: это - алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами.
Al2 O3 = Al3+ + AlO3 3-
На катоде выделяется жидкий алюминий:
Al3+ + 3е- = Al
Алюминий собирается на дне печи, откуда периодически выпускается. На аноде выделяется кислород:
4AlO3 3- - 12е- = 2Al2 O3 + 3O2
В1996 г. производство первичного алюминия превысило 19 млн. т. в год и продолжает расти. За последние 100 лет производство алюминия превратилось в мощную отрасль мирового хозяйства и развитие многих современных отраслей науки и техники (авиация и транспорт, атомная техника, упаковка пищевых продуктов, индустриализация строительства) вообще было бы невозможно без широкого применения алюминия.
Доминирующую часть суммарного мирового производства алюминия (около 83 %) составляют деформированные сплавы, в том числе не изготовление листов потребления около 43 %, прессованных полуфабрикатов - более 18%, а на производство проволоки и фольги - 7%. Кроме того, около 15% первичного алюминия идет на фасонное литье и около 1% расходуется на производство порошков и пудры.