Технология производства алюминия

Человек научился выплавлять металлы и применять их для собственных нужд очень давно. Историки и археологи даже применяют «металлические» термины для определения некоторых исторических периодов.

Алюминиевые конструкцииВысокопрочный алюминий имеет равную прочность с обычной конструкционной сталью
 

Первым металлом, который стали выплавлять и применять наши предки, считается медь. По своим физическим характеристикам этот металл мягкий и легко поддается формовке. Из него производили и до сих пор производят посуду и разную другую домашнюю утварь. Но если смешать медь с оловом, то такой сплав резко меняет свои качества. Из бронзы уже изготавливали инструменты и оружие — топоры, мечи, наконечники стрел.

Затем люди научились производить другой, более прочный металл — железо. И после бронзового века наступил век железный. Если говорить образно, то он продолжается до сих пор. Железо лежит в основе многих конструкционных материалов, которые применяются в разных отраслях промышленности. В этой связи следует заметить, что достойную конкуренцию железу сегодня составляет алюминий. Может быть, несколько, неожиданный переход, но это действительно так. Получать алюминий из соответствующей руды стали совсем недавно, в 19-м веке. К этому факту надо добавить то обстоятельство, что алюминий является самым распространенным в природе металлом.

Технология производства

Оценивая все вышесказанное, возникает вполне закономерный вопрос: почему люди производят медь уже давным-давно, хотя ее в природе гораздо меньше, чем алюминия, а этот металл получают недавно. Объяснение нужно искать в структуре руд и их химических особенностях. Если говорить про медь, то она иногда встречается в виде самородков, как золото, в которых содержание меди доходит до 99%. Из такого самородка при незначительном нагреве выплавляется металл, что было доступно еще с древности. К сожалению, сейчас медные самородки находится крайне редко и в промышленности используются руды содержанием меди 5% и меньше.

В отличие от меди, алюминий не встречается в самородном виде. Он является химически активным металлом, и вступает в реакцию с кислородом, многими кислотами и солями. Чтобы извлечь металл из этих соединений требуются сложные металлургические технологии.

Самая распространенная алюминиевая руда называется боксит. Она содержит до 60% оксида алюминия или глинозема. Первым этапом получения чистого металла является выщелачивание, в ходе которого боксит смешивается с содой и спекается. Полученное соединение сначала растворяют в воде, очищая от других примесей, а затем осаживают и выделяют из раствора. Осадок прокаливается в печах, и получается чистый оксид алюминия. Выход глинозема – до 85% от содержавшегося в руде. Глинозем достаточно устойчив к термическому воздействию, поэтому его растворяют в расплавленной соли, называемой криолит. Это позволяет снизить температуру процесса до 1000 °С. После чего через расплав пропускается электрический ток большой мощности, и алюминий оседает на одном из дне ванны, который является катодом в этом процессе. Расплавленный металл разливается в определенные формы и отправляется в прокатное производство.

Теперь можно со знанием дела сказать, что массовое производство алюминия стало возможным на только определенном этапе развития многих технологий. Первое, что надо отметить, с развитием химии, как науки, появился способ выделения металла из руды. Второй момент — инженеры и конструкторы создали оборудование, которое соответствовало всем необходимым требованиям. Плюс к этим составляющим появились мощные источники электрической энергии. Если говорить об экономической стороне дела, то производственные затраты делятся примерно на три части — сырье или глинозем, оборудование и электроэнергия. Затраты на электроэнергию составляют около 30%. Вот почему, как не трудно заметить, заводы по производству алюминия всегда строят поблизости от мощных электростанций.

Применение алюминия

Металл стал пользоваться большим спросом в то время, когда развивалась авиационная промышленность. Развитие самолетостроения, а затем и космической отрасли, подталкивали к увеличению производства алюминия. Именно в то время его стали называть «крылатый металл». Сам по себе алюминий мягкий и пластичный металл. Однако в сплаве с магнием или цинком и после термической обработки он обретает значительную прочность, которая сравнима с прочностью конструкционной стали с низким содержанием углерода. При этом алюминий легче стали в 2,9 раз. Вот почему космические корабли создаются, а небоскребы строятся с использованием материалов на основе алюминия.

Статья носит ознакомительный характер.
Не забывайте консультироваться со специалистами.