Metode și forme de popularizare a patrimoniului cultural. Diplomație culturală. Sezon nou - experiențe noi

Conținutul articolului

INDUSTRIA ALUMINULUI.În 1854 A. Deville a inventat primul mod practic producția industrială de aluminiu. Creșterea producției a fost deosebit de rapidă în timpul și după cel de-al Doilea Război Mondial. Producția de aluminiu primar (excluzând producția Uniunii Sovietice) s-a ridicat la doar 620 de mii de tone în 1939, dar a crescut la 1,9 milioane de tone în 1943. Până în 1956, în întreaga lume au fost produse 3,4 milioane de tone de aluminiu primar; în 1965, producția mondială de aluminiu a fost de 5,4 milioane de tone, în 1980 - 16,1 milioane de tone, în 1990 - 18 milioane de tone.

Producția de aluminiu include trei etape principale: exploatarea și prelucrarea minereului; obținerea oxidului de aluminiu pur (alumină) din minereu; recuperarea aluminiului din oxid prin electroliză.

Extracția și îmbogățirea minereului.

Principalul minereu de aluminiu - bauxita - este extras în principal în cariere; Cei mai mari producători de bauxită sunt Australia, Guineea, Jamaica și Brazilia. De obicei, stratul de minereu este explodat pentru a forma o platformă de lucru la o adâncime de până la 20 m și apoi selectat. Bucățile de minereu sunt zdrobite și sortate folosind site-uri și clasificatoare. Minereul zdrobit este îmbogățit și mai mult, iar roca sterilă ( steril) este aruncată. În această etapă a procesului, este economic să se utilizeze metode de spălare și cernere care utilizează diferența de densitate dintre minereu și roca sterilă pentru a le separa unul de celălalt. Roca sterilă mai puțin densă este transportată de apa de spălare, iar concentratul se depune pe fundul instalației de concentrare.

Procesul Bayer.

Procesul de producere a aluminei pure implică încălzirea bauxitei cu sodă caustică, filtrarea, precipitarea hidroxidului de alumină și calcinarea acestuia pentru a izola alumina pură. În practică, minereul este amestecat cu cantitatea potrivită sodă caustică fierbinte într-o autoclavă din oțel moale și amestecul este pompat printr-o serie de vase de oțel acoperite cu abur. Presiunea aburului de 1,4–3,5 MPa este menținută în vase pentru o perioadă de la 40 de minute până la câteva ore, până la finalizarea tranziției oxidului de aluminiu de la bauxită la o soluție de aluminat de sodiu într-un lichid supraîncălzit. După răcire, precipitatul solid se separă de lichid. Lichidul este filtrat; rezultatul este o soluție suprasaturată de aluminat pur. Această soluție este metastabilă: ionul de aluminat se descompune pentru a forma hidroxid de aluminiu. Adăugarea hidroxidului de aluminiu cristalin rămas din ciclul anterior în soluție accelerează descompunerea. Cristalele uscate de hidroxid de aluminiu sunt apoi calcinate pentru a separa apa. Alumina anhidră rezultată este potrivită pentru utilizarea în procesul Hall-Heroult. Din motive economice, industria tinde să facă aceste procese cât mai continue posibil.

Electroliza Hall-Eru.

Etapa finală a producției de aluminiu implică reducerea sa electrolitică din alumina pură obținută în procesul Bayer. Această metodă de extragere a aluminiului se bazează pe faptul (descoperit de Hall și Eru) că atunci când alumina este dizolvată în criolitul topit, aluminiul este eliberat în timpul electrolizei soluției. O celulă Hall-Heroult tipică este o baie de criolit topit 3NaF H AlF 3 (Na 3 AlF 6) - dublă fluorură de sodiu și aluminiu, în care se dizolvă 3-5% alumină - plutind pe un strat de aluminiu topit. Barele de oțel care trec printr-o vatră cu plăci de carbon sunt folosite pentru a energiza catodul, în timp ce barele de cărbune suspendate scufundate în criolit topit servesc drept anozi. Temperatura de funcționare a procesului este aproape de 950°C, ceea ce este mult mai mare decât temperatura de topire a aluminiului. Temperatura din baia de electroliză este controlată prin schimbarea spațiului dintre anozi și receptorul metalic catodic, pe care se depune aluminiul topit. Pentru sustinere temperatura optimași concentrația de alumină în electrolizoarele moderne se folosesc sisteme complexe de control. Producția de aluminiu consumă multă energie electrică, astfel încât eficiența energetică a procesului este o problemă majoră în industria aluminiului. Reacțiile electrozilor sunt reducerea aluminiului din oxidul său și oxidarea carbonului la oxid și dioxid la anozi. Un cuptor produce până la 2,2 tone de aluminiu pe zi. Metalul este scurs o dată pe zi (sau mai rar), apoi este fluxat și degazat într-un cuptor de stocare reflectorizant și turnat în matrițe.

Electrozi Soderberg regenerabili.

În celula Hall-Heroult, anozii de carbon sunt consumați cu o rată de 2,5 cm/zi, astfel încât sunt adesea necesari noi anozi. Pentru a elimina intervenția umană frecventă în producție, a fost dezvoltat un proces folosind un electrod Soederberg regenerabil. Anodul Soderberg este format continuu și sinterizat într-o cameră de reducere a pastei - un amestec de 70% cocs măcinat și 30% liant de rășină. Acest amestec este ambalat într-o carcasă dreptunghiulară din tablă de oțel, deschisă la ambele capete și poziționată vertical deasupra băii topite din interiorul cuptorului. Pe măsură ce anodul este consumat, se adaugă pasta în deschiderea superioară a carcasei. Pe măsură ce amestecul de cocs-gudron coboară și se încălzește, se sinterizează într-o bară tare de carbon înainte de a ajunge în zona de lucru.

consumul de aluminiu.

Aproximativ 28% din aluminiul produs este folosit la fabricarea dozelor pentru băuturi, ambalaje alimentare și tot felul de ambalaje. Alte 17% sunt folosite în vehicule inclusiv aeronave, echipament militar, vagoane feroviare de călători și vagoane. Aproximativ 16% este folosit în construcții. Aproximativ 8% este folosit în liniile electrice de înaltă tensiune și alte dispozitive electrice, 7% în produse de larg consum precum frigidere, aparate de aer condiționat, mașini de spălat și mobilier. 6% este cheltuit pentru nevoile de inginerie mecanică și echipamente industriale. Restul aluminiului consumat este folosit la producerea de antene de televiziune, pigmenți și vopsele, nave spațialeși instanțele de judecată.

LA categorie:

Producția de metale feroase și neferoase

Metalurgia aluminiului, magneziului și titanului

Obținerea de aluminiu. În ceea ce privește prevalența în natură, aluminiul ocupă primul loc printre metale; conținutul său în scoarța terestră este de 7,45%. În forma sa pură, aluminiul nu se găsește datorită activității sale chimice ridicate, ci se găsește în diverși compuși, în principal cei oxidici. Numai acele roci care au un conținut ridicat de alumină (A1203) și se află în mase mari pe suprafața scoarței terestre pot servi drept minereuri. Aceste roci includ bauxite, nefeline, alunite și caolini (argile).

Cel mai important minereu de aluminiu este bauxitele, formate din hidrați de aluminiu și oxizi de fier, compuși de silice, calciu, magneziu etc. Recent, au început să fie folosite și nefelinele și alunitele.

Depozitele mari de bauxită sunt situate în Urali, în districtul Tikhvin din regiunea Leningrad, în regiunile Altai și Krasnoyarsk și în alte locuri din URSS. Nefelina este o parte a rocilor apatite-non-feline (de exemplu, pe Peninsula Kola); compoziţia sa corespunde formulei (K, Na)20 A1203 2Si02.

Tehnologia de producție a aluminiului constă în două procese principale: obținerea aluminei din minereu și obținerea aluminiului din alumină.

Producția de alumină. Metodele de obținere a aluminei sunt împărțite în trei grupe: alcaline, acide și electrotermale.

Cea mai răspândită este metoda alcalină umedă a lui K. I. Bayer, dezvoltată în Rusia și utilizată pentru prelucrarea bauxitei de calitate superioară cu o cantitate mică (până la 5-6%) de silice. Conform acestei metode, bauxita este supusă la zdrobire, măcinare și uneori uscare, apoi alumina este levigată cu o soluție de sodă caustică în autoclave (vase ermetice din oțel) la o temperatură de 250 ° și o presiune de 25-30 atm. Autoclavele sunt încălzite cu abur viu.

Siliciul conținut de bauxită se dizolvă în sodă caustică pentru a forma silicat de sodiu (Na2Si03), care reacționează cu aluminatul de sodiu pentru a forma aluminosilicat de sodiu insolubil, care precipită și este filtrat. În acest caz, cu cât conținutul de silice în bauxită este mai mare, cu atât este mai mare pierderea de sodă caustică și alumină.

Hidroxidul cristalin, separat prin filtrare, este spalat temeinic si apoi supus deshidratarii (calcinarii) in cuptoare tubulare rotative cu lungimea de pana la 70 m. In aceste cuptoare hidroxidul de aluminiu trece succesiv prin etapele de uscare (la 200°), deshidratare (950). °), calcinare (1200°) și răcire, în urma cărora umiditatea hidratată este îndepărtată și se obține alumină (A1203). Soluția după separarea hidroxidului de aluminiu este supusă regenerării și soda caustică rezultată este din nou folosită pentru a leși porțiuni noi de bauxită. Pentru a obține o tonă de alumină se consumă aproximativ 2,5 tone de bauxită, până la 200 kg de sodă caustică și până la 120 kg de var folosit la regenerarea sodei caustice.

Apoi, aluminatul de sodiu este levigat cu apă, soluția de aluminat rezultată este filtrată din compușii rămași și descompusă prin încălzire la 80 ° cu dioxid de carbon, hidroxidul de aluminiu este precipitat și se formează sodă în soluție, care este din nou folosită pentru lucru. Alumina din hidroxid se obține prin calcinare, precum și în procesul alcalin umed.

Pentru a obține alumină din nefelină, nefelina este sinterizată numai cu calcar, deoarece nefelina conține NaaO și K20. În caz contrar, procesarea petei rezultate este similară cu cea discutată mai sus.

Orez. 1. Schema unei băi pentru electroliza aluminei

Procesul are loc la o temperatură de 935-950°. Aluminiul lichid este colectat pe fundul băii. Electrolitul topit este acoperit deasupra cu o crustă întărită, care îl protejează de răcirea rapidă.

Potențialul de descompunere al aluminei (1,7 V) este mai mic decât al criolitului (3,7 V), prin urmare, atunci când curentul trece prin electrolit, acesta se descompune; în acest caz, oxigenul este eliberat la anod, care formează CO cu carbonul și aluminiu la catod. Pierderea de alumină în topitură este completată prin încărcarea unor noi porțiuni, astfel încât conținutul de alumină din electrolit să fie menținut mai mult sau mai puțin constant (8-10%). Aluminiul lichid este îndepărtat din baie cu un sifon sau o oală cu vid.

Tensiunea de funcționare a băii este de 4,3-4,5 V, puterea curentului este de 20.000-60.000 A; În prezent se construiesc băi cu curenți de până la 140.000 A.

Într-o baie de 50.000 a, se eliberează aproximativ 360 kg de aluminiu pe zi; pentru a obține 1 kg de aluminiu se consumă 17-19 kWh de energie electrică și aproximativ 2 kg de alumină. Aluminiul electrolitic este supus rafinarii ulterioare prin retopire in cuptoare cu rezistenta electrica cu purjare cu clor sau printr-un procedeu electrolitic suplimentar in care anodul este aluminiul lichid original iar catodul este aluminiu rafinat, de asemenea in stare lichida. La aluminiul lichid original se adaugă 25% cupru pentru a-i crește greutatea specifică la 3,5. Un strat de clorură lichidă și săruri de fluorură este plasat deasupra stratului de aluminiu, servind drept electrolit (greutate sp. 2,7). Deasupra electrolitului, lângă catozii de carbon, se eliberează un strat de aluminiu rafinat de înaltă puritate. Procesul se efectuează la 800°.

Prin rafinare electrolitică suplimentară, în unele cazuri este posibilă aducerea purității aluminiului până la 99,999%. Aluminiul tehnic conține de la 98 la 99,9% Al.

Conform planului de șapte ani (1959-1965), producția de aluminiu în țara noastră este crescută de 2,8 ori.

Obține magneziu. Magneziul nu se găsește în formă pură în natură datorită activității sale chimice ridicate. Sub formă de compuși, magneziul este larg distribuit în natură: reprezintă 2,35% din greutatea scoarței terestre și se găsește nu numai în rocile solide, ci și în apa de mare și în apa lacurilor sărate.

Ca minereuri pentru producerea de magneziu, magnezitul care conține în principal carbonat de magneziu (MgC03), dolomit cu un conținut predominant de magneziu dublu și carbonat de calciu (MgC03 CaCO3), carnalită care conține dublă clorură de magneziu și potasiu (MgCl2 KC1 6H20) și bischofit - șase -apa clorura de magneziu (MgCI2 6H20), obtinuta din apa de mare si apa unor lacuri prin evaporare si cristalizare.

În Uniunea Sovietică, următoarele zăcăminte de minereu de magneziu sunt de cea mai mare importanță industrială: magnezitul - Satkinskoye în sudul Uralului și Khalilovskoye în regiunea Orenburg; dolomit - Zhigulevskoe, Nikitovskoe în Donbass, Schelkovo și Podolsk în regiunea Moscova etc.; carnalit - Solikamskoe în Urali; bischofite - lacurile Sakskoe și Sasyk-Sivashskoe din Crimeea.

Există metode electrolitice și termice pentru obținerea magneziului.

Metoda electrolitică pentru obținerea magneziului. Acest proces produce mai întâi clorură de magneziu anhidră (MgCl2), care este apoi supusă electrolizei pentru a produce magneziu.

Obținerea clorurii de magneziu din bischofit și carnalit se realizează prin deshidratarea lor cu încălzire lentă în cuptoare tubulare (100-180 °) Obținerea clorurii de magneziu din magnezitul caustic se realizează prin tratarea acesteia la o temperatură de 800-900 ° cu clor gazos în prezența carbonului într-un cuptor electric de mină: MgO + Cl, + C = MgCl.2 + CO.

Electroliza clorurii de magneziu se realizează în băi electrolitice etanș închise (Fig. 2).

Orez. 2. Schema unui electrolizor de magneziu: 1 - anozi de grafit; 2 - catozi de otel; 3 - despărțitor refractar

Anozii sunt din grafit, catozii sunt din oțel sub formă de plăci; ambele sunt situate în baie vertical și paralel între ele.

În timpul electrolizei, clorul gazos este eliberat pe anozi, care bule până la suprafață și este îndepărtat prin conducte de clor pentru utilizare ulterioară; magneziu lichid este eliberat în apropierea catozilor. Greutatea specifică a electrolitului este mărită prin adăugarea lui de CaCl2 astfel încât să depășească greutatea specifică a magneziului, astfel că acesta din urmă plutește la suprafața electrolitului, de unde, pe măsură ce se acumulează, este extras cu ajutorul oalelor de vid. Pentru a preveni interacțiunea clorului cu magneziul, spațiul de lucru al băii este împărțit în anod și catod cu ajutorul unor pereți refractare instalate între anozi și catozi.

Consumul de energie electrică pe tonă de magneziu este de 15.000-17.000 kWh.

Rafinarea magneziului electrolitic se realizează fie prin topirea acestuia împreună cu fluxurile de rafinare (un amestec de săruri clorurate ale metalelor alcaline și alcalino-pământoase), fie prin sublimare în vid (0,1-0,2 mm Hg) la o temperatură de 600 °. Se obtine astfel magneziu de o puritate foarte mare (99,99% Mg).

Metode termice de obținere a magneziului. În ultimii ani, metodele termice de producere a magneziului s-au răspândit datorită simplității lor. Esența metodelor termice este reducerea oxidului de magneziu cu cocs de petrol într-un cuptor cu arc etanș la o temperatură de 1900-2000°. Magneziul care se evaporă este răcit rapid la 200°C, colectat, purificat prin distilare şi retopit. In acest fel se obtine magneziu pur (99,97% Mg) cu un consum de energie electrica de circa 21.000 kWh pe tona de metal.

Siliciul poate fi folosit și ca agent reducător la o temperatură de 1160° și o presiune reziduală (sub vid) de aproximativ 0,05 mm Hg. Artă.

Producția de titan. Titanul are rezistență ridicată (de două ori mai puternic decât fierul), rezistență ridicată la medii corozive și greutate specifică scăzută (4,5 g/cm3), deci este un metal structural foarte valoros.

Titanul este utilizat pe scară largă în industria aeronautică, chimică și în alte industrii.

Minereurile pentru producția de titan sunt rutil (conținând TiO2) și ilmenit (conținând FeTiO3). Principala sursă de ilmenit sunt minereurile de titan-magnetită (un amestec de ilmenit și magnetit - Fe304). Astfel de minereuri sunt supuse îmbogățirii (umede sau electromagnetice), ceea ce are ca rezultat concentrate de titan. Extragerea titanului din minereuri este o sarcină dificilă, deoarece atunci când este încălzit, acesta reacţionează cu oxigenul şi azotul din aer, iar în stare topită cu toate materialele refractare cunoscute.

Metalurgia titanului include următoarele procese:
1) producerea de tetraclorură de titan (TiCl4) într-un cuptor electric cu arbore prin încălzirea brichetelor dintr-un amestec de concentrate de titan sau dioxid de titan tehnic (TiO2) cu cărbune într-un curent de clor. Tetraclorura de titan după condensarea vaporilor se obține sub formă de lichid roșcat contaminat, care este purificat prin distilare (distilare);
2) obținerea de titan spongios (burete de titan) prin reducerea tetraclorurii de titan prin interacțiunea cu magneziul în atmosferă neutră (argon sau heliu) la o temperatură în zona de reacție de 950-1000 °, controlată de viteza de alimentare a clorurii de titan.

Principalele minereuri de aluminiu: bauxita, nefelina, alunita, caolinul, dintre care cele mai importante sunt bauxita care contine 40-60% alumina, restul sunt oxizi de fier, siliciu, calciu, titan si alte impuritati. Nefelinele, alunitele și caolinii conțin 20-30% alumină (A1 2 0 3).

Aluminiul se obţine în 2 etape: obţinerea aluminei (A1 2 0 3) din minereuri de aluminiu şi obţinerea aluminiului prin electroliză din alumină.

Aproximativ 95% din toată alumina este obținută din minereurile de bauxită. Bauxita este un minereu de aluminiu compus din hidroxizi de aluminiu, oxizi de fier, titan și siliciu.

Tehnologia de obţinere a aluminiului metalic include 4 producţii separate (Fig. 2.10).

Orez. 2.10.

Metoda de obținere a aluminei se bazează pe reacția de leșiere. La 230-250 ° C, descompunerea chimică a soluției de aluminiu are loc din interacțiunea cu o soluție apoasă de alcali. Hidrații de oxid de aluminiu, atunci când interacționează cu alcalii, intră în soluție sub formă de aluminat de sodiu:

În soluție, aluminat de sodiu și silicat de sodiu precipitat (aluminosilicat de sodiu insolubil). În acest precipitat trec oxizii de titan și fier, dându-i o culoare roșie. Prin urmare, precipitatul a fost numit - noroi roșu.

În timpul descompunerii (descompunerii) soluțiilor obținute are loc reacția inversă - hidroliza soluției de aluminat cu formarea unui precipitat cristalin de hidroxid de aluminiu. În consecință, ciclul tehnologic pentru alcali este închis. Alcalii cheltuiți pentru leșiere sunt recuperați în timpul descompunerii și returnați la începutul procesului pentru a procesa o nouă parte a minereului.

Pentru electroliză, alumina trebuie topită, dar are o foarte mare temperatura ridicata punctul de topire - 2030 °C, prin urmare, alumina este dizolvată într-un mediu special, ceea ce face posibilă reducerea temperaturii de electroliză la 950-1000 °C.

Componenta principală a acestui mediu este criolitul - o sare dublă de fluoruri de aluminiu și sodiu (NaAlF 6). Electroliza aluminiului necesită o cantitate suplimentară de AlF3.

Criolitul și fluorura de aluminiu se obțin din concentratul de flotație CaF 2 obținut prin îmbogățirea spatului fluor natural. Metoda acidă pentru obținerea acestor substanțe se bazează pe reacțiile:

Produsele din cărbune sunt necesare pentru alimentarea cu curent a electrolitului și pentru căptușirea vaselor. Acestea includ: blocuri coapte cu anod (dispunerea electrozilor); masa anodului (formarea de anozi continui cu autococere); blocuri catodice (pentru căptușirea fundului celulei electrolitice); plăci de cărbune (căptușeală a pereților laterali ai electrolizoarelor).

Electroliza se realizează în băi de electroliză-electrolizoare.

Baia de material carbonic este umplută cu aluminiu topit (care servește drept catod) și un electrolit format din criolit, alumină. Grosimea stratului de topire este de 250-300 mm. Dispozitivul anodic constă dintr-un anod de carbon scufundat într-un electrolit. Pentru electroliza și încălzirea electrolitului la o temperatură de 1000 °C este furnizat un curent continuu de 70-75 kA și o tensiune de 4-5 V. Alumina din electrolit se disociază; un ion de aluminiu este descărcat la catod și se formează aluminiu, iar la anod se formează un ion de oxigen, în urma căruia electrozii se ard treptat și sunt înlocuiți cu alții noi. Aluminiul este colectat în fundul băii sub un strat de electrolit, de unde este pompat periodic într-o oală cu vid. Aluminiul brut obtinut prin electroliza contine impuritati metalice si nemetalice, gaze, deci este rafinat prin purjare cu clor.

Purificarea cu clor se efectuează într-o oală cu vid. Pentru a face acest lucru, găleata cu capacul scos este plasată sub hota de ventilație. În topitura de aluminiu este introdus un tub, prin care este furnizat clorul gazos. Bulele de clor, plutind în sus, captează impuritățile nemetalice în suspensie, clorurile metalice și clorura de hidrogen. Spuma plutitoare este îndepărtată.

După tratarea cu clor, aluminiul (de la diverse electrolizoare) este turnat în cuptoare reverberative cu o capacitate de până la 25 de tone și păstrat timp de câteva ore. Scopul acestei operațiuni este media compoziției aluminiului și purificarea suplimentară a metalului. În plus, aluminiul este produs sub formă de lingouri cu o greutate de la 15 la 1000 kg.

Pentru a obține aluminiu de înaltă puritate, este necesară o rafinare suplimentară conform metodei cu trei straturi.

Esența metodei cu trei straturi este că în celula electrolitică sunt create trei straturi de topitură: anodul este o topitură de aluminiu de puritate tehnică; catod - topitură de metal purificat; între ele se află un strat format dintr-un aliaj de clorură de bariu cu fluoruri de aluminiu și sodiu. Pentru a separa straturile de aluminiu după greutatea specifică, stratul inferior este făcut mai greu prin adăugarea de până la 40% cupru la aluminiul contaminat (densitatea topiturii 3200 kg/m 3 ).

În timpul rafinării, în aliajul anod se acumulează mai multe impurități electropozitive (Fe, Si, Cu), în timp ce mai multe impurități electronegative (Na, Ba, Ca) trec în electrolit.

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Agenția Federală pentru Educație

Universitatea Tehnică de Stat Magnitogorsk

lor. Nosova

Departamentul de Metalurgie Feroasă

Rezumat despre disciplina „Istoria metalurgiei”

METALURGIE ALUMINIU

adnotare

Se ia în considerare subiectul „Metalurgia aluminiului”, sunt descrise principalele proprietăți ale acestui metal. A prezentat pe scurt istoria descoperirii aluminiului, moduri posibile producerea și aplicarea acestuia în diverse industrii.

Introducere

1. Proprietățile aluminiului

2. Aplicarea aluminiului

3. Materii prime

4. Producția de alumină

5. Producția electrolitică de aluminiu

6. Rafinarea aluminiului

Concluzie

Lista literaturii folosite

Introducere

Cuvântul „metalurgie” provine din greacă:

metalleu® - Sapat, mine din pământ;

metalurgeo - exploat minereu, proces metale;

metalon - al meu, metal.

Acest cuvânt înseamnă domeniul științei și tehnologiei, acoperind prelucrarea minereurilor extrase din intestine, obținerea metalelor și aliajelor, conferindu-le anumite proprietăți.

În antichitate, în Evul Mediu și relativ recent, până în vremea lui M.V. Lomonosov, se credea că există 7 metale (aur, argint, cupru, staniu, plumb, fier, mercur).

În 1814, chimistul suedez J. Berzelius a sugerat folosirea caracterelor alfabetice care sunt folosite de întreaga lume, cu rare excepții.

Astăzi, peste 80 de metale sunt cunoscute științei, majoritatea fiind folosite în tehnologie.

În practica mondială, există o împărțire a metalelor în feroase (fier și aliaje pe baza acestuia) și toate celelalte - neferoase (Non-ferrousmetals, engleză; Nichtei-senmetalle, germană) sau metale neferoase. Metalurgia este adesea împărțită în feroase și neferoase. În prezent, metalele feroase reprezintă aproximativ 95% din toate produsele metalice produse în lume.

În tehnologie, se adoptă și o clasificare condiționată, conform căreia metalele neferoase sunt împărțite în „ușoare” (aluminiu, magneziu), „grele” (cupru, plumb etc.), refractare (wolfram, molibden etc.) , nobile (aur, platină etc.) etc.), metale rare.

Ponderea produselor fabricate cu metale feroase si neferoase este in prezent de 72-74% din produsul national brut al statului. Se poate argumenta că metalele în secolul XXI. vor rămâne principalele materiale structurale, deoarece proprietățile, eficiența producției și consumul lor sunt de neegalat în majoritatea domeniilor de aplicare.

Din ~ 800 de milioane de tone de metale consumate, ~ 750 de milioane de tone sunt oțel, 20-22 milioane de tone sunt aluminiu, 8-10 milioane de tone sunt cupru, 5-6 milioane de tone sunt zinc, 4-5 milioane de tone sunt plumb (restul -< 1 млн. т).

Dintre cele mai valoroase și importante metale pentru tehnologia modernă, doar câteva se găsesc în scoarța terestră în cantități mari: aluminiu (8,8%), fier (4,65%), magneziu (2,1%), titan (0,63%).

Depozitele de minereu de metale ușoare includ de obicei minereuri care conțin aluminiu; principalul furnizor de aluminiu este bauxite, precum și alunite, nefeline și diverse argile. Depozitele de minereu de metale neferoase includ zăcăminte de cupru, plumb și zinc, cobalt, nichel, antimoniu. Rezervele de metale în cele mai mari dintre ele ajung de la zeci la sute de milioane de tone, cu conținutul obișnuit de metale în minereu - câteva procente.

Masa materialelor extrase este de multe ori mai mare decât cantitatea de metale conținută în minereu, iar în marea majoritate a cazurilor nu este rentabilă din punct de vedere economic să se extragă direct componente utile din minereurile naturale.

Săpăturile arheologice indică faptul că cunoașterea omului cu metalele datează din vremuri foarte îndepărtate de noi. Se crede că primele articole din bronz au fost obținute în anul 3000 î.Hr. printr-un amestec de topire prin reducere de minereuri de cupru și staniu cu cărbune. Mult mai târziu, bronzurile au început să fie produse prin adăugarea de staniu și alte metale (aluminiu, beriliu, siliciu nichel etc.) la cupru. În prezent, bronzurile de aluminiu (5-12% Al) cu adaosuri de fier, mangan și nichel sunt cele mai comune.

În prezent, producția metalurgică este unul dintre sectoarele prioritare ale economiei naționale.

1. PROPRIETATI ALE ALUMINULUI

Aluminiul a fost obținut pentru prima dată de fizicianul danez H. Oersted în 1825. Numele acestui element provine de la latinescul alumen, așa cum era numit în antichitate alaunul, care era folosit pentru vopsirea țesăturilor.

Aluminiul are multe proprietăți valoroase: densitate scăzută - aproximativ 2,7 g / cm 3, conductivitate termică ridicată - aproximativ 300 W / (m. K) și conductivitate electrică ridicată 13,8. 10 7 Ohm/m, ductilitate bună și rezistență mecanică suficientă.

Aluminiul formează aliaje cu multe elemente. În stare topit, aluminiul este fluid și umple bine matrițele; în stare solidă, este bine deformat și poate fi ușor tăiat, lipit și sudat.

Afinitatea aluminiului pentru oxigen este foarte mare. În timpul oxidării sale, se eliberează o cantitate mare de căldură (~ 1670000 J / mol). Aluminiul măcinat fin se aprinde când este încălzit și arde în aer. Aluminiul se combină cu oxigenul din aer și în condiții atmosferice. În acest caz, aluminiul este acoperit cu o peliculă densă subțire (~ 0,0002 mm grosime) de oxid de aluminiu, care îl protejează de oxidarea ulterioară; prin urmare, aluminiul este rezistent la coroziune. Suprafața de aluminiu protejează bine împotriva oxidării acestui film chiar și în stare topită.

Dintre aliajele de aluminiu, duraluminiul și siluminii sunt de cea mai mare importanță.

Compoziția duraluminiului, în plus față de aluminiu, include 3,4-4% Cu, 0,5% Mn și 0,5% Mg, nu sunt permise mai mult de 0,8% Fe și 0,8% Si. Duraluminul este bine deformat și, în proprietățile sale mecanice, este aproape de unele clase de oțel, deși este de 2,7 ori mai ușor decât oțelul (densitatea duraluminului este de 2,85 g/cm3).

Proprietățile mecanice ale acestui aliaj cresc după tratamentul termic și deformarea la rece. Rezistența la tracțiune crește de la 147-216 MPa la 353-412 MPa, iar duritatea Brinell de la 490-588 la 880-980 MPa. În acest caz, alungirea relativă a aliajului aproape nu se modifică și rămâne destul de mare (18-24%).

Siluminile sunt aliaje turnate de aluminiu cu siliciu. Au calități bune de turnare și proprietăți mecanice.

2. APLICAȚII ALUMINIU

Aluminiul și aliajele sunt utilizate pe scară largă în multe industrii, inclusiv în aviație, transport, metalurgie, industria alimentară, etc. . Aluminiul este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi, industria alimentară, în energia nucleară și navele spațiale sunt fabricate din aluminiu și aliajele sale.

Datorită afinității chimice mari a aluminiului pentru oxigen, acesta este utilizat în metalurgie ca dezoxidant, dar și pentru obținerea, prin așa-numitul procedeu aluminotermic, a metalelor greu recuperabile (calciu, litiu etc.).

În ceea ce privește producția totală de metale din lume, aluminiul ocupă locul al doilea după fier. ,

3. MATERII PRIME

Principal mod modern producția de aluminiu este o metodă electrolitică constând din două etape. Prima este producerea de alumină (Al 2 O 3) din materii prime minereu, iar a doua este producerea de aluminiu lichid din alumină prin electroliză.

Minereuri de aluminiu. Datorită activității chimice ridicate, aluminiul se găsește în natură numai sub formă legată: corindon Al 2 O 3, gibbsite Al 2 O 3. 3H20, boehmit Al203. H2O, cianită 3Al2O3, 2SiO2, nefelină (Na, K)2O. Al203. 2SiO2, caolinit Al2O3, 2SiO2. 2H2O şi altele. Principalele minereuri de aluminiu utilizate în prezent sunt bauxitele, precum și nefelinele și alunitele.

bauxite. Aluminiul din bauxite se găsește în principal sub formă de hidroxizi de aluminiu (gibbsite, boehmit etc.), corindon și caolint. Compoziție chimică bauxita este destul de complexă. Acestea conțin adesea mai mult de 40 de elemente chimice. Conținutul de alumină în ele este de 35-60%, silice 2-20%, oxid Fe 2 O 3 2-40%, oxid de titan 0,01-10%. O caracteristică importantă a bauxitelor este raportul dintre conținutul lor de Al 2 O 3 și SiO 2 în greutate - așa-numitul modul de siliciu.

Depozitele mari de bauxită din țara noastră includ Tikhvinskoye (regiunea Leningrad), Severouralskoye ( Regiunea Sverdlovsk), Uralul de Sud ( Regiunea Chelyabinsk), Turgai și Krasnooktyabrskoe (regiunea Kostanay).

Nefelinele fac parte din sienitele și urtitele nefeline. Un mare depozit de urtite este situat în Peninsula Kola. Principalele componente ale urtitei sunt nefelina și apatita 3Ca 3 (PO 4) 2 . CaF2. Ele sunt supuse îmbogățirii prin flotație cu eliberarea de concentrate de apatită nefelină. Concentratul de apatită este utilizat pentru prepararea îngrășămintelor cu fosfat, în timp ce concentratul de nefelină este folosit pentru a produce alumină. Concentratul de nefelină conţine, %: 20-30 Al203, 42-44 Si02, 13-14 Na20, 6-7 K20, 3-4 Fe203 şi 2-3 CaO.

Alunitele sunt sulfat de aluminiu bazic și potasiu (sau sodiu) K2SO4. Al2(S04)3. 4Al(OH)3. Conținutul de Al 2 O 3 în ele este scăzut (20-22%), dar conțin și alte componente valoroase: anhidridă sulfuric SO 3 (~ 20%) și alcali Na 2 O, K 2 O (4-5%). Astfel, ele, ca și nefelinele, sunt materii prime complexe.

Alte materii prime. În producția de alumină se folosește NaOH alcalin, uneori calcar CaCO 3, în electroliza aluminei, criolitul Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3) și puțină fluorură de aluminiu AlF 3, precum și CaF 2 și MgF 2.