Технологический процесс производства алюминия

Контрольная работа

По курсу: «СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЙ»

На тему: «АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Алюминий и его сплавы

Технологический процесс производства алюминия

Использование «толлинга» в производстве алюминия

Состояние алюминиевой промышленности

Мировой рынок алюминия в конце 2007 - начале 2008 гг

Применение алюминия и его сплавов

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение

Алюминии—химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98.

Алюминий – металл, сферы потребления которого постоянно расширяются. В ряде областей промышленности он успешно вытесняет традиционно применяемые металлы и сплавы. Бурное развитие потребления алюминия обусловлено замечательными его свойствами, среди которых в первую очередь следует назвать высокую прочность в сочетании с малой плотностью, удовлетворительную коррозионную стойкость, хорошую способность к формоизменению путем литья, давления и резания; возможность соединения алюминиевых деталей в различных конструкциях с помощью сварки, пайки, склеивания и других способов; способность к нанесению защитных и декоративных покрытий.

Все это в сочетании с большими запасами алюминия в земной коре делает перспективы развития производства и потребления алюминия весьма широким.

Цель работы – ознакомиться с современным уровнем развития алюминиевой промышленности и сферами применения алюминия и его сплавов.

Основные задачи:

· изучение основных характеристик;

· усвоение технологии производства алюминия;

· проанализировать состояния промышленности;

· выяснить основные тенденции развития алюминия и его сплавов в мире и т.д.

Объектом исследования является алюминиевая промышленность.

Предмет исследования – современный уровень развития алюминиевой промышленности и сферы применения алюминия и его сплавов.

Методы исследования:

1. анализ экономической, научной и методической литературы;

2. анализ периодических изданий по исследуемой теме.

Алюминий и его сплавы

Алюминий сравнительно молодой металл. Название его происходит от латинского слова ALUMEN – так 500 лет до н.э. называли алюминиевые квасцы, которым использовались для протравливания при крашении тканей и дубления кож.

Алюминий как элемент был открыт в 1825г., когда были получены первые небольшие комочки этого металла. Начало его промышленного освоения относится к концу 19-го столетия - после открытия технологии его получения путем электролиза глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Этот принцип лежит и в основе современного промышленного извлечения алюминия из глинозема во всех странах мира.

В России над технологией получения алюминия во второй половине прошлого века работал известный ученый-химик Н.Н.Бекетов, трудами которого воспользовались немцы, построившие первый алюминиевый завод в Гмелингине. Первый алюминиевый завод в нашей стране был пущен в эксплуатацию в 1932г. На базе Волховской гидростанции. Строительство Днепрогэса позволило запустить в 1933г. второй алюминиевый завод. Развитие электроэнергетического комплекса в 60-70 гг. позволило построить большое количество мощных алюминиевых заводов и занять ведущее место на мировом рынке алюминия.

Алюминий представляет собой серебристо-белый пластичный металл. В воздушной среде он быстро покрывается окисной пленкой, которая защищает его от коррозии. Алюминий химически стоек против азотной и органических кислот, но разрушается щелочами, а также соляной и серной кислотами. Важнейшее свойство алюминия – небольшая плотность, он в три раза легче железа. Механические свойства алюминия невысоки: сопротивление на разрыв – 5-9 кгс/мм², относительное удлинение – 25-45%. Высокая пластичность (достигается отжигом при температурах 350-410°С) этого металла позволяет прокатывать его в очень тонкие листы, например, фольга может иметь толщину до 0,005мм. Алюминий хорошо сваривается, однако трудно обрабатывается резанием. Для повышения прочности в алюминий вводят кремний, марганец, медь и другие компоненты. Значительные природные запасы алюминия, его небольшая плотность, высокие антикоррозийные свойства, хорошая электропроводность способствовали широкому распространению этого металла в различных отраслях техники. Алюминий и его сплавы применяются в самолето- и машиностроении, при строительстве зданий и линий электропередачи, во многих отраслях промышленности. Из него изготавливают различные емкости и арматуру для химической промышленности, в пищевой промышленности применяется упаковочная фольга из алюминия и его сплавов (для обертки кондитерских и молочных изделий). Широкое признание получила алюминиевая посуда. Алюминий хорошо подвергается различным тонким покрытиям и окраске, поэтому его используют и как декоративный материал.

Алюминий всех марок содержит более 99% чистого алюминия. В зависимости от химического состава он подразделяется на алюминий особой, высокой и технической частоты, обозначается буквой А и цифрой, показывающей десятые и сотые доли процента после 99%, например, А85 – содержит 99,85% алюминия.

Так как прочность алюминия очень незначительна, то в качестве конструкционных материалов применяют его сплавы. Сплавы подразделяются на деформированные – в основном, дюралюминий и литейные – главным образом силумин.

Дюралюминий – сплав алюминия с медью (2,2-5,2%), магнием (2-2,7%) и марганцем (0,2-1,0%). Его подвергают закалке в воде после нагрева до температуры около 500°С и упрочняющему старению. По своим механическим свойствам он приближается к среднеуглеродистым сталям. Применяется, главным образом, в виде различного проката – листы, уголок, трубы и т.д. как конструкционный материал он используется для транспортного и авиационного машиностроения.

Силумин – сплав алюминия и кремния, обладает хорошими литейными свойствами, мягкий, применяется для изготовления неответственных деталей методом литья и давления. Кроме алюминия и кремния (10-13%) в этот сплав входят: железо (0,2-0,7%), марганец (0,05-0,5%), кальций (0,07-0,2%), титан (0,05-0,2%), медь (0,03%) и цинк (0,08%). Могут использоваться сплавы алюминия с цинком, магнием и т.д. [1].

Технологический процесс производства алюминия

Производство алюминия – сложный технологический процесс. В свободном виде алюминий вследствие своей активности не встречается. Его получают из минералов – бокситов, нефелинов и алунитов, при этом сначала производят глинозем, а затем из глинозема путем электролиза получают алюминий. Технологическая схема производства алюминия состоит из процессов:

1. получение глинозема Al₂O₃ путем выщелачивания концентрированным раствором щелочи измельченного боксита и его последующего прокаливания.

2. растворение глинозема в расплаве криолита и его электролиз в ванне с угольным анодом и покрытым угольными блоками катодом (рис. 1). Анионы алюминия нейтрализуют на катоде и выпадают в расплав. На производство 1 т алюминия уходит 17-18 тыс. кВт электроэнергии.

3. электролитическое рафинирование, аналогичное рафинированию меди, где анодом являются алюминиевые блоки.

Алюминий всех марок содержит более 99% алюминия [1].

Рис. 1. Схема электролизера для производства алюминия