Металл XXI века

27 июня 2008 (14:46)

В 2008 году алюминию исполняется ни много ни мало 200 лет. В далеком 1808 году английский ученый Хэмфри Дэви начал проводить первые опыты по выделению алюминия. Несмотря на то, что эксперименты не принесли желаемого результата, Дэви дал металлу название, которое используется и по сей день.

Согласно результатам исследований, проводимых ВЦИОМ, более 55 % опрошенных в различных регионах России считают алюминий самым популярным металлом на сегодняшний день. 95 % опрошенных считают алюминиевую отрасль стратегически важной для России, связывая с ее развитием усиление позиций страны на международных рынках. Более 60 % опрошенных отмечают перспективность алюминия как металла будущего и считают, что 21-й век — это век алюминия. О том, что уже через 10—15 лет вся техника, от бытовых компьютеров до военных самолетов, будет производиться из алюминия, кстати одного из самых экологически чистых металлов, говорят уже многие влиятельные теоретики и ученые.

История

Первое упоминание о металле, схожем по описанию с алюминием, встречается в записях Плиния Старшего, датированных началом первого века нашей эры. Согласно легенде, некий мастер преподнес императору Тиберию необычайно легкий и красивый кубок из серебристого металла. Даритель сообщил, что получил новый металл из обычной глины. Однако правитель приказал обезглавить мастера и разрушить его мастерскую, чтобы предотвратить обесценивание золота и серебра.

Первый шаг к получению алюминия сделал прославленный Парацельс в 16-м веке. Он выделил из квасцов «квасцовую землю», содержавшую окись неведомого тогда металла. А в середине 18-го века эксперимент повторил немецкий химик Андреас Маргграф (Andreas Marggraf). Он назвал окись алюминия словом alumina (от латинского alumen — «вяжущий»).

В 1808 году англичанин Хэмфри Дэви (Humphry Davy) пытался выделить алюминий методом электролиза. Это ему не удалось, однако примечательно, что именно Дэви дал алюминию его современное название. Именно поэтому 1808 год считается годом рождения алюминия.

Тем не менее впервые алюминий был получен датчанином Хансом-Кристианом Эрстедом (Hans Christian Ørsted) в 1825 году. Пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, он получил хлористый алюминий. Нагрев его с амальгамой калия, Эрстед выделил металл, по своим свойствам похожий на олово.

Немец Фридрих Велер (Friedrich Wöhler) впервые получил алюминий в виде слитка, потратив на работу более 18 лет.

В 1854 году французский химик и промышленник Сент-Клер Девиль (Henri Saint-Claire Deville) начал использовать в качестве восстановителя натрий, заменив им дорогостоящий калий. На Всемирной выставке 1855 года в Париже «серебро из глины» произвело фурор. Император Наполеон III, за столом которого особо почетным гостям подавали приборы из алюминия, загорелся мечтой снабдить свою армию кирасами из легкого металла. Он оказал Девилю мощную поддержку, и тот построил несколько алюминиевых заводов. Но произведенный им металл по-прежнему оставался дорогим. Из него делали лишь ювелирные украшения и предметы роскоши.

Менее затратный способ производства «крылатого» металла появился в конце 19-го века. Его одновременно и независимо друг от друга разработали американский студент Чарльз Холл (Charles Hall) и французский инженер Поль Эру (Paul Héroult). Предложенный ими электролиз расплавленной в криолите окиси алюминия давал прекрасные результаты, но требовал большого количества электроэнергии. При строительстве первого завода эту проблему решили, разместив предприятие рядом со знаменитым Рейнским водопадом в Швейцарии.

Работавший в России австрийский инженер Байер (Carl Josef Bayer) создал технологию получения глинозема, которая сделала новый способ еще более дешевым. Процессы Байера и Холла — Эру до сих пор применяются на современных алюминиевых заводах.

Несмотря на популярность, новый промышленный материал для некоторых сфер применения оказался недостаточно прочным. Эту проблему решил немецкий химик Альфред Вильм (Alfred Wilm), сплавлявший его с незначительным количеством меди, магния и марганца. Он открыл, что сплав в течение нескольких дней после закалки становится все прочнее и прочнее.

В 1911 году в немецком Дюрене была выпущена партия названного в честь города дюралюминия, а в 1919 году из него был сделан первый самолет.

Днем рождения алюминиевой отрасли в России считается 14 мая 1932 года, когда на Волховском заводе была получена первая промышленная партия металла.

Стоит отметить, что если в 1900 году объем производства алюминия в целом составлял всего около 8 тысяч тонн, то уже через сто лет объем производства достиг более 24 миллионов тонн.

Получение алюминия

Алюминий — самый распространенный металл в природе. Его доля в земной коре составляет до 8,8 %.

Чаще всего алюминий производят из бокситов. Более 90 % мировых запасов этого минерала сосредоточено в странах тропического и субтропического пояса: Австралии, Гвинее, Ямайке, Суринаме, Бразилии, Индии.

В России также используются нефелиновые руды, месторождения которых расположены на Кольском полуострове и в Кемеровской области. При переработке нефелинов получают значительные объемы попутной продукции — кальцинированную соду, поташ, удобрения и цемент.

Сначала из добытой и обогащенной руды извлекают так называемый глинозем — оксид алюминия (Al2O3). Несмотря на название, по виду он не имеет ничего общего с глиной или черноземом, скорее он похож на муку или очень белый песок. Затем глинозем методом электролиза превращают в алюминий. Из двух тонн глинозема выходит одна тонна алюминия.

Бокситы содержат 40—60 % глинозема, а также кремнезем, оксид железа и диоксид титана. Чтобы выделить из них чистый глинозем, используют процесс Байера. Сначала руду нагревают в автоклаве с едким натром, затем охлаждают и отделяют от жидкости твердый осадок — «красный шлам». После этого из полученного раствора осаждают гидроокись алюминия и прокаливают ее, чтобы получить чистый глинозем.

Заключительный этап — собственно восстановление алюминия процессом Холла — Эру. Он основан на следующем принципе: при электролизе раствора глинозема в расплавленном криолите (Na3AlF6) выделяется алюминий. Дно электролизной ванны служит катодом, а угольные бруски, погруженные в криолит, — анодами. Под раствором криолита с 35 % глинозема осаждается расплавленный алюминий. При этом температура процесса достигает 950 °С, что значительно выше температуры плавления самого металла — 660 °С.

При электролизе Холла — Эру чрезвычайно быстро расходуются угольные аноды и постоянно требуется установка новых. Эту проблему можно решить с помощью возобновляемого электрода Содерберга. Он формируется в специальной восстановительной камере из коксосмоляной пасты, которая набивается в открытую с обоих концов оболочку из листовой стали. Паста добавляется в верхнее отверстие по мере необходимости. Опускаясь вниз, она успевает нагреться до того, как достигнет ванны с расплавом.

Меньшими затратами на электроэнергию и влиянием на окружающую среду характеризуется технология производства алюминия с использованием заранее обожженных анодов, которая практикуется на многих европейских и американских алюминиевых заводах. Аноды обжигают в огромных газовых печах, а затем опускают в расплав, укрепив в анододержателе. Израсходованные электроды заменяют новыми, а оставшиеся «кончики» отправляют на переработку.

Алюминий и экология

Любое промышленное производство, особенно металлургия, сопряжено с экологическими рисками. Это и выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, приводящие к изменению климата, и образование отходов, и высокое потребление энергии. При этом производство алюминия, пожалуй, является одним из самых безопасных, ведь выбросы загрязняющих веществ в алюминиевой промышленности связаны в основном с получением необходимой электроэнергии из органического топлива, а не с производством как таковым. Если предприятие использует энергию ГЭС, как большинство российских алюминиевых заводов, эта проблема отпадает.

Основные по объему отходы, выделяемые в процессе производства алюминия, а точнее при получении глинозема, — это так называемый «красный шлам», густая суспензия из нерастворимых в воде силикатов, алюмосиликатов и окислов металлов. Смесь, имеющая красный цвет благодаря высокому содержанию железа, образуется в ходе процесса Байера. На каждую тонну полученного оксида алюминия приходится от 360 до 800 кг шлама.

В то же время самым важным преимуществом алюминия с точки зрения защиты окружающей среды является тот факт, что этот металл отлично поддается переработке. Старые алюминиевые предметы можно использовать для производства новых неограниченное число раз и без каких-либо потерь в качестве. Переработка 1 килограмма алюминия экономит 8 килограммов бокситов. Кроме того, происходит огромная экономия электроэнергии: для переплавки и производства вторичного алюминия требуется всего 5 % энергии, необходимой для выработки первичного алюминия.

Чем больше алюминия применяется при производстве средств транспорта, тем легче они становятся и тем меньше топлива необходимо на то, чтобы привести их в действие. А значит, снижаются риски для окружающей среды.

Алюминий не содержит примесей тяжелых металлов, не выделяет вредных веществ под воздействием ультрафиолетовых лучей и сохраняет работоспособность при перепадах температур от –80 до + 100 °С. Алюминий — легкий и прочный металл, обладающий высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды и в течение всего срока эксплуатации практически не требующий ремонта. Долговечность алюминиевых конструкций составляет более 80 лет.

Алюминиевая промышленность в России

Алюминиевая отрасль сегодня является одним из лидеров российской промышленности. Она одной из первых преодолела спад производства в начале 1990-х годов, и сейчас ее предприятия работают с максимальной отдачей. По количеству производимого первичного алюминия Россия уступает только Китаю. У нас выпускается 15 % мирового глинозема и 12 % алюминия, причем за последние пять лет объемы его производства стабильно возрастали — на 1,5—3,5 % в год. По объемам экспорта легкого металла наша страна является мировым лидером. Более 80 % выпущенного российскими заводами алюминия отправляется за рубеж.

В период перестройки экономики страны предприятия алюминиевой промышленности, построенные в советское время, удалось сохранить в рабочем состоянии. Доступная и безопасная с экологической точки зрения энергия сибирских гидроэлектростанций в значительной мере способствует процветанию отрасли, ведь стоимость электроэнергии составляет от 25 до 40 % затрат на производство крылатого металла, и именно ее дороговизна приводит к закрытию предприятий в Европе. Российские заводы, выпускающие алюминий, полностью соответствуют стандартам мирового рынка. Их производственные мощности непрерывно модернизируются, внедряются новые эффективные технологии.

Алюминий — металл высоких технологий. Новые материалы и новая техника, создаваемые на его основе, изменяют условия жизни человека в лучшую сторону и способствуют решению глобальных проблем энергосбережения и охраны окружающей среды. Поэтому мировой спрос на «легкий металл» в последнее время стабильно растет на 4—7 % ежегодно. Чтобы удовлетворить его, российские заводы непрерывно наращивают объемы производства — по прогнозам аналитиков, через три года они возрастут на 11 %. Благодаря этому отрасль постоянно создает новые рабочие места для жителей России. Уже сейчас число людей, занятых в алюминиевой промышленности, с учетом работников смежных производств и социального обслуживания, оценивается в 1 миллион человек. Кроме того, предприятия отрасли в большинстве своем являются основными источниками доходов для местных бюджетов.

Российская алюминиевая промышленность во многих отношениях уникальна. Это единственный сектор российской экономики, в котором наблюдается настолько высокий уровень консолидации. С 2007 года Россия — родина крупнейшей алюминиевой компании в мире, Объединенной компании «РУСАЛ», образованной путем слияния РУСАЛа, СУАЛа и глиноземных активов швейцарской Glencore. Совокупные мощности нового лидера позволяют ежегодно производить более 4 миллионов тонн алюминия и 11 миллионов тонн глинозема, масштаб деятельности — сокращать издержки, а интеграция технологий и ноу-хау — обеспечивать более эффективный и инновационный производственный процесс.

При этом алюминиевая промышленность России продолжает активно развиваться. Ни в одной другой отрасли сегодня не реализуется такое количество крупномасштабных проектов.

Алюминий в сети Интернет

«Алюминий — самый известный металл в России» — к таким выводам пришли сотрудники Всероссийского центра изучения общественного мнения (ВЦИОМ), проанализировав результаты исследования, проведенного с целью получения объективных данных о знании и отношении россиян к алюминию. «Уровень промышленного развития страны напрямую связан с развитием алюминиевой отрасли» — так считает большинство опрошенных.

Опираясь на результаты исследования и ввиду некоторого информационного голода в вопросах, связанных с алюминием и алюминиевой промышленности, компания «РУСАЛ» инициировала создание информационного ресурса об алюминии. Сайт www.aluminiumleader.com сегодня является единственным русскоязычным ресурсом, где собрана всевозможная информация об этом металле: история, технология производства, применение и так далее.

Важно отметить, что сайт направлен на продвижение не отдельной услуги, продукта или компании, а целой отрасли. Именно поэтому сайт уже пользуется определенной популярностью, причем не только среди специалистов, но и в целом среди рядовых пользователей всемирной паутины.


Другие материалы по теме: