Производство алюминия от сырья до технологии

Алюминиевый корпус от American Media Systems

В последнее время технологии производства процессоров, материнских плат, видеокарт претерпели значительные улучшения. Каждый квартал выходят новые продукты, которые превосходят своих предшественников. Новые модели обычно быстрее и лучше предыдущих. Скорее всего, тенденция такого быстрого развития технологий сохранится и дальше.

Обычно тема выбора корпуса для компьютера не часто обсуждается, ведь корпус не самая важная часть ПК

Люди, собираясь приобретать корпус, обращают внимание на вид корпуса, количество слотов для дисководов и мощность блока питания, но есть ещё ряд других особенностей

Обычные корпуса имеют несколько недостатков: большой вес, плохой дизайн. gTower это корпус от American Media Systems, который лишён названных недостатков. Давайте посмотрим, чем хорош этот корпус.

Почему корпус сделан из алюминия?

Алюминий — это лучший материал для производства корпуса, так как он обладает уникальными качествами. Алюминий имеет высокую теплопроводность (кстати, именно поэтому из него делают кулеры), низкую плотность и вследствие этого, меньшую, чем у других металлов, массу. Он мало подвержен коррозии благодаря образованию оксидной пленки, также алюминий мало пачкается и легко моется.

Однако если бы алюминий не имел значительных недостатков, он бы намного шире использовался в компьютерной индустрии. Сварка алюминия, к примеру, более трудоемкая по сравнению со сталью, поэтому алюминиевые корпуса большей частью клепаются.

Алюминий стоит довольно дорого. Алюминий добывается двумя путями: из горной руды и утилизацией отходов. Благодаря низкой температуре плавления алюминия (660?С), процесс утилизации алюминия очень прост, но он не снижает цены на алюминиевые корпуса.

Второй способ производства алюминия — из руды, которая называется бокситом. Для этого необходимо, чтобы боксит был переведён в оксид алюминия, а затем из оксида алюминия путём электролиза можно получить чистый алюминий. Чтобы получить тонну алюминия нужно 4 тонны боксита (из него получается 2 тонны оксида). Главной причиной высокой стоимости такого производства является способ выработки алюминия. Для того чтобы получить оксид алюминия, боксит подвергают обработке высокой температурой и давлением во время процесса Байера. Процесс Байера – это химический процесс получения оксида алюминия из боксита в растворе едкого натра. Из раствора фильтруется гидроксид алюминия, едкий натр утилизируется и при прокаливании гидроксида получается очищенный оксид алюминия – белый зернистый порошок.

В конце концов, из оксида получают алюминий. Для получения 1 кг алюминия необходимо 150 кВт-часов энергии.

Большинство производителей корпусов не используют алюминий для производства, хотя и признают, что он имеет отличные характеристики, и только лишь некоторые производители выбирают алюминий. Причина этому – распространенность железа. Характеристики железа задаются выбором пропорции с углеродом, что позволяет производителям создавать конкурентоспособные корпуса с низкой стоимостью. Итак, алюминиевые корпуса немногочисленны по многим причинам, что в свою очередь мешает выставлять конкурентоспособные цены.

Краткая история корпусов

По сути дела, корпуса не сильно изменились за последнее время. В середине 90х годов в Европе был принят стандарт корпусов CE, заставивший производителей следовать ему. По стандарту, корпуса должны защищать от электромагнитных излучений и шума. В соответствии со стандартом необходимо использовать большое количество металла, поскольку нужно закрыть пластинами корпус со всех сторон. Пластмассовые передние панели ушли из жизни.

В конце концов, на рынок вышел стандарт ATX, полностью заменивший устаревший AT.

Главное изменение в ATX корпусе заключается в форм-факторе материнской платы, она размещается вертикально (при этом процессор обдувается воздухом из блока питания). Гнёзда для клавиатуры, мыши, COM и LPT порты размещаются на материнской плате и доступны на задней панели корпуса.

Топливно-энергетический фактор.

Само по себе производство металлического алюминия является очень энергоемким процессом. Так для производства всего 1 тонны металла необходимо около 2 тонн бокситов и более чем полтонны угольных анодов. Но это мелочи по сравнению с количеством электроэнергии, ее необходимо более 18 МВт-Ч, именно это и является главным фактором при выборе места расположения предприятий по производству алюминия. Стоимость перевозки сырья, не идет ни в какое сравнение со стоимостью электроэнергии.

Именно поэтому уже сейчас четко прослеживается разделение на регионы, в которых происходит добыча исходного сырья, и где происходит непосредственно плавка. Россия тоже не стала исключением. Уверенно удерживая второе место в мире по производству алюминия, отечественная промышленность испытывает огромную потребность в бокситах, почти треть всего объема сырья импортируется. А больше всего предприятий по производству находятся именно в восточных регионах, где существуют огромные генерирующие мощности, использующие энергию рек. Кроме того, производство требует и наличие больших запасов воды, что тоже сыграло свою роль. Но такое распределение существовало не всегда, проследить это можно также на примере России.

Бокситовая руда – основа мирового производства алюминия

Непосредственно сам серебристый металл получают из глинозема. Это сырье представляет собой оксид алюминия (Аl2О3), получаемый с руд:

• Бокситов;
• Алунитов;
• Нефелиновых сиенитов.

Самый распространенный источник получения исходного материала это бокситы, их и считают основной алюминиевой рудой.

Несмотря на уже более чем 130 летнюю историю открытия, понять происхождение алюминиевой руды до сих пор не удалось. Возможно, что попросту в каждом регионе сырье образовалось под воздействием определенных условий. И это создает затруднения, чтобы вывести одну универсальную теорию об образовании бокситов. Основных гипотез происхождения алюминиевого сырья три:

1. Они образовались вследствие растворения некоторых типов известняков, как остаточный продукт.
2. Боксит получился в результате выветривания древних пород с дальнейшим их переносом и отложением.
3. Руда является результатом химических процессов разложения железных, алюминиевых и титановых солей, и выпала как осадок.

Однако, алунитовые и нефелиновые руды образовывались в отличных условиях от бокситов. Первые формировались в условиях активной гидротермальной и вулканической деятельности. Вторые – при высоких температурах магмы.

Алюминиевая руда

Как результат, алуниты, в основном, имеют рассыпчатую пористую структуру. В их составе имеется до 40% различных оксидных соединений алюминия. Но, кроме собственно самой алюмниеносной руды в залежах, как правило, имеются добавки, что влияет на рентабельность их добычи. Считается выгодным разрабатывать месторождение при 50-ти процентном соотношении алунитов к добавкам.

Нефелины обычно представлены кристаллическими образцами, которые кроме алюминиевого оксида содержат добавки в виде различных примесей. Зависимо от состава, такой тип руды классифицируют по типам. Самые богатые имеют в своем составе до 90% нефелинов, второсортные 40-50%, если минералы беднее этих показателей, то не считается нужным вести их разработку.

Имея представления, о происхождении полезных ископаемых, геологическая разведка может довольно точно определить места нахождения залежей алюминиевых руд. Также условия формирования, влияющие на состав и структуру минералов, определяют способы добычи. Если месторождение считается рентабельным, налаживают его разработку.

Характеристика факторов размещения производства

Под сырьевым фактором понимается размещение предприятий у источников сырья для получения определенной продукции: около месторождений полезных ископаемых, крупных водных объектов, в лесных зонах и т. п. Размещение таких производств вблизи источников сырья исключает перевозку больших объемов и снижает расходы предприятий. Поэтому производства организуются как можно ближе к источникам сырья. Готовая продукция предприятий будет более дешевой за счет снижения расходов на доставку сырья. Сырьевой фактор оказывает значительное влияние на размещение целого ряда промышленных производств: например, на производство калийных удобрений, цемента, лесопиление, обогащение руд цветных металлов.

Топливный фактор, как и сырьевой, оказывает такое же влияние на размещение производства. Он является определяющим в размещении отраслей, использующих для производства продукции большие объемы минерального топлива: угля, природного газа, мазута. К таким отраслям относятся теплоэнергетика, отдельные производства черной металлургии, химической промышленности. Так, наиболее мощные тепловые электростанции в США, России, Китае построены вблизи крупных угольных месторождений. У месторождений угля размещаются многие предприятия по производству чугуна и стали.

Энергетический фактор влияет на размещение производств, в которых на создание единицы продукции потребляется большое количество преимущественно электрической энергии. Такие производства называются энергоемкими. К ним относится производство многих легких цветных металлов (алюминия, титана и др.), химических волокон, бумаги. Предприятия по производству энергоемкой продукции размещаются в тех районах, где в больших объемах производится преимущественно дешевая электроэнергия, например около крупных гидроэлектростанций.

Трудовой фактор оказывает решающее влияние на размещение производств, основанных на использовании большого количества трудовых ресурсов, в том числе высококвалифицированных специалистов. Это трудоемкие производства. Например, в легкой промышленности к таким производствам относится швейное производство. В сельском хозяйстве наиболее трудоемкими являются рисоводство, овощеводство, плодоводство. Производство электронного оборудования, персональных компьютеров предполагает использование квалифицированных кадров. Ориентированные на трудовой фактор, эти производства размещаются преимущественно в густонаселенных районах с дешевой рабочей силой.

Потребительский, или рыночный, фактор влияет на размещение отраслей, производящих продукцию, пользующуюся широким, иногда повседневным, спросом у населения. Это продукты питания, одежда, обувь, бытовая техника и др. Такие производства ориентируются на потребителя и размещаются практически во всех крупных населенных пунктах.

Роль транспортного фактора важна для всех отраслей, продукция которых потребляется не на месте ее производства, а поставляется в другие районы. Все предприятия заинтересованы в снижении расходов на доставку готовой продукции в районы ее потребления. Поэтому многие производства размещаются возле крупных транспортных узлов, в морских портах, на линиях магистральных железных дорог, нефтепроводов. Мозырский нефтеперерабатывающий комбинат был построен рядом с нефтепроводом «Дружба».

При размещении производств большое значение приобретает экологический фактор, связанный с охраной окружающей среды. Этот фактор ограничивает создание производства, если оно может нанести вред окружающей среде. К производствам, которые характеризуются большими выбросами загрязняющих веществ или иным вредным воздействием на окружающую среду, предъявляются повышенные экологические требования. Их запрещается размещать в крупных городах и густонаселенных районах. На этих предприятиях должны использоваться современные малоотходные технологии и возводиться сооружения по очистке выбросов.

В современных условиях роль экологического фактора возрастает — он влияет на размещение всех производств

Наиболее важно учитывать экологический фактор при размещении предприятий химической промышленности, металлургии, энергетики, особенно при строительстве АЭС

Особенности производства цветных металлов

Отличительной чертой заводов по выплавке цветных металлов является высокий уровень загрязнения окружающей среды от их деятельности и высокая энергоемкость технологического процесса.

Цветные металлы отличаются разнообразием своих месторождений. География залежей цветных металлов очень обширна. «Приведите примеры» – скажет большинство населения. Это и горы, и реки, и большие рудные массивы на земле и под землей. Золото и редкоземельные металлы «обитают» в песках. Привести люди могут образцы некоторых медных рудников Урала, где медь добывается из грунтовых вод.

Металлургический процесс производства цветных металлов похож с таким же процессом в черной металлургии, хотя и имеет свои особенности. Технологическая цепочка производства цветных металлов выглядит следующим образом:

• добыча руды и ее обогащение;
• плавка в высокотемпературных печах;
• обработка давлением.

Изменения в размещении производящих алюминий предприятий.

Данная отрасль начала свое стремительное развитие еще в период проведения первых пятилеток. Тогда основная масса предприятий располагалась именно у источников недорогой электроэнергии, и частично работало на местном сырье. Такое расположение полностью устраивало всю промышленность, значительно снижались расходы на транспортировку готовой продукции.

В период второй мировой войны большая часть производственных мощностей была перенесена на Урал, причиной в первую очередь стали политические факторы, и это понятно, стране был нужен алюминий на военные цели, тем более в регионе уже разрабатывались местные источники сырья. В послевоенные годы происходит обратный отток на европейскую часть России, факторы размещения алюминиевых предприятий не делись никуда, и опять основным вопросом было наличие дешевой энергии.

Уже во второй половине 20 века началось масштабное освоение Сибири, началось строительство грандиозных гидроэлектростанций, что сразу же сказалось и на размещении  основных производственных мощностей алюминиевой промышленности. Наиболее крупные алюминиевые комбинаты расположены в Красноярске, Братске.

В размещении подобных предприятий практически ничего не изменилось и сейчас, правда значительно изменилась политика корпораций. Уже сейчас ощутимый дефицит сырья заставляет, как уже говорилось, импортировать его значительную часть. Именно поэтому алюминиевые гиганты обратили свой взор на иностранные рынки сырья, сейчас обычным делом стало не только вкладывать в них средства, но и выкупать их полностью. Кроме этого, на современном этапе, созданы целые вертикально-интегрированные корпорации, в которые входят и сырьевые месторождения, и генерирующие мощности и непосредственно алюминиевые комбинаты.

На основании выше изложенного можно сделать вывод, основным фактором, влияющим на расположение алюминиевых предприятий, на сегодняшний день является именно энергетический. Наличие источника дешевой электроэнергии покрывает все расходы, связанные с транспортировкой сырья и готового продукта.

Сырьевая база

Отечественная металлургия развивается благодаря богатству полезных ископаемых, которыми наполнены недра государства.

Многочисленные месторождения коксующихся углей полностью обеспечивают потребности металлургов. Большинство уральских заводов работает на угле, поставляемом из Кузнецкого угольного бассейна (Кузбасса).

По запасам железной руды сейчас Российская Федерация находится на первом месте в мире. На ее территории находится около 19% общемировых запасов этого полезного ископаемого. Крупные залежи железной руды называют железорудным бассейном. Наиболее крупными на постсоветском пространстве их примерами являются:

• криворожский железорудный бассейн;
• железорудный бассейн южного Урала;
• курская магнитная аномалия.

Разработка месторождений железной руды специалисты ведут открытым (карьер) и подземным (шахта) способом.

Целесообразность разработки месторождений угля или железистого кварцита определяется глубиной залежей, транспортной доступностью месторождения, а также технологическими параметрами.

Рассмотрев факторы (не только сырьевые), влияющие на выбор района размещения металлургических заводов.

Необходимое оборудование

Для добычи бокситов, преобразования руд в глинозем и извлечения чистого металла требуется следующее оборудование:

1. Механизмы раздачи глинозема: предназначены для транспортировки порошкообразного оксида алюминия внутри цеха и дозированной подачи глинозема к электролизным машинам.
2. Катодная ошиновка: представляет собой гибкие ленты катодных спусков, прикрепленных к стержням катодных шин, выполненных из стальных материалов.
3. Газоочистительные установки: используются для очистки помещения от газов, образующихся во время производства фторида алюминия сухим способом.
4. Монтажное оборудование: краны линейного и технического предназначения.
5. Электролизер: прибор для разделения основных компонентов глинозема при помощи электрического тока во время электролиза.

В зависимости от технологических особенностей производства требуется большое количество барабанных вращающихся печей. Они используются при сухих методах производства

При организации предприятия важно обеспечить оборудование для электролиза глинозема электроэнергией

Источник

Предприятия отрасли

Указать, какой город является центром алюминиевой промышленности довольно трудно. Это связано с тем, что во всех регионах, где развита отрасль, есть множество населённых пунктов с соответствующими заводами, комбинатами и прочими предприятиями.

Крупные заводы

Наиболее значимые предприятия алюминиевой отрасли находится в Сибирском федеральном округе. Они располагаются в крупных и мелких городах различных регионов России.

Главные заводы отрасли:

НАЗ. Новокузнецкое предприятие располагается в Кемеровской области. Оно начало свою работу в далёком 1943 году, когда занималось исключительно изготовление военной техники для авиации. Основными направлениями деятельности завода являются производство алюминиевых сплавов и первичного алюминия. Производственная мощность НАЗ составляет 215 тыс. тонн в год.
ИАЗ. Алюминиевый завод в городе Шелехове (Иркутская область) предлагает покупателям широкий ассортимент продукции. К ней относят катанку, алюминиевые сплавы, ленты и первичный алюминий. Предприятие работает с 1962 года. В наше время оно даёт работу 2,4 тыс. человек и производит до 400 тыс. тонн алюминиевой продукции в год. Основными потребителями являются строительные компании и предприятия авиационной отрасли.
САЗ. Саяногорский алюминиевый завод базируется в Республике Хакасия. Он построен сравнительно недавно (1985 год), поэтому является главной испытательной площадкой разработок РУСАЛА. На предприятии производят первичный алюминий и различные сплавы в форме слитков или чушек. Производственная мощность завода составляет 542 тыс. тонн металла в год.
КАЗ. Этот алюминиевый завод в Красноярске является одним из наиболее крупных в России. Он ежегодно производит около 1 млн тонн продукции, в число которой входит не только первичный алюминий и сплавы, но и металл высокой чистоты. Последний больше не выпускают ни на одном заводе России и стран бывшего СССР. На КАЗ работает 4,2 тыс. человек. Однако регулярное расширение производства постоянно требует дополнительных человеческих ресурсов.
БАЗ. Братский алюминиевый завод начал свою работу в 1966 году. В наше время он является крупнейшим предприятием отрасли не только в России, но и в мире. На заводе ежегодно производят более 1 млн тонн первичного алюминия и его сплавов, что также является лучшим показателем на планете. На БАЗ постоянно совершенствуется оборудование и повышается производительность

Кроме этого, руководители завода огромное внимание уделяют реализации различных экологических программ.

Средние и мелкие компании

На территории России есть и множество более мелких предприятий, которые производят немалое количество алюминиевой продукции. Такие заводы есть практически во всех регионах страны.

Список предприятий:

1. КАЗ. Кандалакшский алюминиевый завод расположен в Мурманской области. Он был открыт ещё в 1951 году, но до сих пор является единственный отраслевым предприятием в мире, находящимся за Полярным кругом. На КАЗ работает около 1 тыс. человек, труд которых позволяет ежегодно выплавлять до 80 тонн металла. Свою продукцию завод поставляет предприятиям электротехнической отрасли, которые немало в Мурманской и соседних областях.
2. ВгАЗ. Волгоградский алюминиевый завод начал свою деятельность в 1955 году. Он специализируется на производстве первичного алюминия, а также литейных сплавов, гранул и порошков из этого металла. На предприятии трудится около 3 тыс. чел., производящих 170 тыс. тонн продукции в год.
3. УрАЗ. Этот сравнительно небольшой завод расположен в городе Каменск-Уральский Свердловской области. Он ежегодно выпускает 700 тыс. тонн продукции, которая поставляется на предприятия авиационной, космической, энергетической и строительной отрасли. Главной специализацией завода является изготовление глинозёма и первичного алюминия. Кроме этого, УрАЗ производит металлические слитки технической чистоты.
4. СамЗАС. Самарский опытно-экспериментальный завод алюминиевых сплавов был открыт сравнительно недавно (в 1995 году). Это предприятие является узкоспециализированным, так как изготовляет лишь сплавы различных марок и отливки из них. Продукция завода используется в различных отраслях промышленности, поэтому заказов у СамЗАС всегда довольно много.
5. БоАЗ. Этот алюминиевый завод расположен в посёлке Богучаны (Красноярский край). Он занимается выпуском первичного металла в виде слитков и чушек различной формы. Производственная мощность предприятия составляет 600 тыс. тонн продукции в год, что является лучшим показателем среди заводов, расположенных за чертой города.

Высокие темпы развития и постоянное увеличение потребности в алюминии делают эту отрасль одной из наиболее перспективных.

Новости аукционов

Аукцион на участок «Болотный» отменен из-за единственной заявки

Более 100 кг бурятского золота продадут Дальнедра на аукционе в июле

80 млн рублей предложили недропользователи за россыпи в Хабаровском крае

Дальнедра перенесли четыре июльских аукциона в Магаданской области

Сафонихинское месторождение продадут за полмиллиарда рублей

Роснедра проведет аукцион по Понийскому 20 июля

Серебряную площадь с запасами 40 тонн золота продадут 8 сентября

Амурнедра разыграл на аукционах семь участков россыпного золота

24 июля на аукционе продадут амурские россыпи в долинах рек Семертак и Тулая

Около 100 млн рублей предложили недропользователи за амурскую россыпь

Забайкалнедра 12 мая продал на торгах свыше 400 кг золота

Якутнедра ищет подрядчиков для поиска алмазов

Прогнозные ресурсы Ылэнского золоторудного узла оценят в 2022 году

АЛРОСА и Полиметалл приобрели участки в Якутии

Месторождение с запасами в 40 тонн золота разыграют Роснедра в третьем квартале

Рафинирование алюминия

Чтобы получить более высокие степени чистоты алюминия применяют специальные технологии. Чистоту 99,99 % достигают путем зональной плавки или обработки жидкого алюминия методом Хупса (Hoopes).

Метод очистки Хупса

Метод Хупса – это трехслойный электролитический процесс, в котором применяют расплавленную соль с плотностью более высокой, чем у жидкого алюминия (рисунок 5). Комбинацией этих двух методов очистки можно достигать чистоты алюминия 99,999 %.

Рисунок 5 – Печь для рафинирования алюминия по методу Хупса

Нижний слой служит в качестве анода. Он состоит из рафинированного (очищенного) алюминиевого сплава с медью. Медь вводится для того, чтобы увеличить плотность нижнего слоя. Средний слой – это расплавленный электролит. Его плотность ниже, чем плотность анодного сплава и выше, чем плотность уже очищенного алюминия, который “плавает” сверху электролита.

Очистка алюминия происходит за счет растворения примесей на аноде в результате электрохимических реакций.

Очистка алюминия зонной плавкой

Принцип зонной плавки заключается в повторяемых проходах зоны плавления вдоль алюминиевого слитка. Примеси, которые снижают точку плавления алюминия, скапливаются в зоне плавления и постепенно перемещаются к концу слитка. К таким примесям относятся, например, олово, бериллий, кальций, железо, кобальт, никель, магний, медь, кремний, цинк. Примеси, которые повышают точку плавления, концентрируются в начале слитка. К таким примесям относятся, например, хром, титан, молибден, ванадий. Марганец не изменяет температуру плавления и поэтому не двигается под воздействием зоны плавления. Зонной плавкой достигают чистоты алюминия 99,9999 % .

Медная промышленность

Медь – один из самых долговечных и

экологически чистых металлов.

Благодаря своим уникальным свойствам (очень высокой электропроводности, пластичности) применяется во многих отраслях экономики.

Основные потребители меди: наукоемкие производства и строительство

Источник получения меди – сульфидные руды (медный колчедан). Содержание меди в руде обычно менее 5%. Всю остальную массу занимают другие породы.

Производство меди

Сейчас распространен пирометаллургический способ производства меди: оно включает плавку, получение черновой меди. Получение чистой рафинированной меди.

Основные базы медной промышленности нашей страны находятся на Урале.

Месторождения бокситов

Запасы бокситов в мире ограничены. На всем земном шаре всего семь районов с его богатыми залежами. Это Гвинея в Африке, Бразилия, Венесуэла и Суринам в Южной Америке, Ямайка в Карибском регионе, Австралия, Индия, Китай, Греция и Турция в Средиземноморье и Россия.

В странах, где есть богатые месторождения бокситов, может быть развито и производство алюминия. Россия добывает бокситы на Урале, в Алтайском и Красноярском краях, в одном из районов Ленинградской области, нефелин — на Кольском полуострове.

Самые богатые месторождения принадлежат именно российской объединенной компании UC RUSAL. За ней идут гиганты Rio Tinto (Англия-Австралия), объединившийся с канадской Alcan и CVRD. На четвертом месте находится компания Chalco из Китая, затем американо-австралийская корпорация Alcoa, которые являются и крупными производителями алюминия.