Введення
Алюміній єнайважливішим металом, обсяг його виробництва набагато випереджає випуск всіхінших кольорових металів і поступається тільки виробництву сталі. Високі темпиприросту виробництва алюмінію обумовлені його унікальними фізико-хімічнимивластивостями, завдяки яким він знайшов широке застосування в електротехніці,авіа-і автобудуванні, транспорті, виробництві побутової техніки, будівництві,упаковці харчових продуктів та ін
Алюмінієвапромисловість Росії, створена в радянський час, займає домінуюче положенняу виробництві кольорових металів в країні і з випуску металу перебуває надругому місці в світі. В останні роки, в силу відомих причин, техніка длявиробництва алюмінію практично не модернізується, технологія електролізу неудосконалюється, обсяг наукових досліджень неприпустимо скорочений і помітновідстає від передових країн. У той же час за кордоном широко ведетьсямодернізація обладнання, удосконалюється технологія, що дозволило різкопідняти економічну ефективність та екологічну безпеку виробництваалюмінію.
В останній часмашинобудування у все більшій мірі вимагає легких металів, особливо вавіабудуванні, залізничному транспорті. Тому розвиток нових і більшекономічних методів одержання алюмінію та удосконалення вже існуючихметодів має велике значення.
1. Історія розвитку алюмінієвоїпромисловості
В даний час пообсягом виробництва алюміній займає перше місце серед кольорових металів, івиробництво його постійно розширюється.
Історично першоюзгадка про металевому алюмінії мало місце в працях First Century Roman. Взнаменитій енциклопедії "Historia naturalis" можна знайти наступнуісторію. Одного разу римському ювелірові було дозволено показати імператору Тіберіусобідню тарілку з нового металу. Тарілка була дуже світлою і блищала, яксрібло. Ювелір розповів імператору, що він добув метал зі звичайноїглини. Він також запевнив імператора, що тільки він і боги знають, як отриматиметал з глини. Імператор дуже зацікавився. Однак він відразу зрозумів, щовся його скарбниця, яка складається із золота і срібла прийде в занепад, якщо люди почнутьвиробляти цей світлий метал з глини. Тому, замість очікуваного ювеліромвинагороди, він був обезголовлений.
Невідомо, наскількиправдива ця історія, але описані події відбувалися за 2000 років до відкриттялюдством способу виробництва алюмінію. Це сталося в 1825 р., колидатський фізик Г. Ерстед отримав кілька міліграмів металевого алюмініютермічним відновленням хлориду алюмінію калієвої амальгамою.
Чималі труднощі вотриманні алюмінію виникли внаслідок наступних факторів:
-велику спорідненістьалюмінію до кисню. Алюміній може бути відновлений вуглецем з оксиду притемпературі близько 2000 В° С. Проте вже при 1200 В° С карбон взаємодіє залюмінієм, даючи карбід;
-високийелектрохімічний потенціал алюмінію (-1,67 В). З водних розчинів отриматиалюміній неможливо, так як на катоді практично буде йти процес виділенняводню (розкладання води);
-висока температураплавлення глинозему (2050 В° С), що виключає можливість проведення електролізурозплавленого глинозему.
Промислове виробництвоалюмінію пов'язане з ім'ям француза Анрі Сент-Клер Девіль. Йому добре буловідомі експерименти Г. Ерстеда і іншого вченого - Ф. Велера, якому в 1827м. вдалося виділити крупинки алюмінію. Причиною невдачі Ф. Велера було те, щоці крупинки на повітрі негайно покривалися найтоншою плівкою оксидуалюмінію.
Перш за все, А.С.-К.Девіль в процесі отримання металу замінює калій дешевшим натрієм іпроводить лабораторні досліди у великому масштабі. Отриманий хлорид алюмініюзавантажувався у велику сталеву трубу, в якій на рівній відстані один віддруга були розставлені посудини, наповнені металевим натрієм. При нагріваннівідбувалося взаємодія хлориду алюмінію з натрієм в газовій фазі і частинкиалюмінію осідали на дно труби. Утворені в результаті реакції зерняткаретельно збирали, плавили і отримували злитки металу.
Новий спосіб виробництваалюмінію виявився дуже трудомістким. Крім того, взаємодія парів хлоридуалюмінію з натрієм нерідко протікає з вибухом. У лабораторних умовах це неявляло серйозної небезпеки, а в заводських умовах могло викликатикатастрофу. А.С.-К. Девіль замінив хлорид алюмінію сумішшю А1С1 3 зNaCl. Тепер учасники реакції знаходилися в розплавленому стані. Вибухиприпинилися, але, що найголовніше, замість невеликих корольків металу,які треба було збирати вручну, отримували значну кількість рідкогоалюмінію.
Досліди на заводі Жавеляувінчалися успіхом. У 1855 р. було отримано перший злиток металу масою 6 - 8кг.
Естафету виробництваалюмінію хімічним способам продовжив російський учений Н. Н. Бекетов. Вінпроводив реакцію взаємодії між кріоліту (Na 3 AlF 6 )і магнієм. Спосіб Н. Н. Бекетова мало чим відрізнявся від методу А.С.-К. Девіль,але був простіше. У німецькому місті Гмелінгеме в 1885 р. був побудований завод,використовує спосіб Н. Н. Бекетова, де за п'ять років було отримано 58 т алюмінію- Більше чверті всього світового виробництва металу хімічним шляхом в періодз 1854 по 1890 р.
Одержання алюмініюхімічним способом не могло забезпечити промисловість дешевим металом. Він бувмалопроизводителен і не давав чистий без домішок алюміній. Це змусило дослідниківрізних країн світу шукати нові способи виробництва алюмінію.
На допомогу вченим прийшовелектричний струм. Ще в 1808 р. Г. Деві намагався розкласти глинозем за допомогоюпотужної електричної батареї, але безуспішно. Через майже 50 років Р. Бунзен іА.С.-К. Девіль незалежно один від одного провели електроліз суміші хлоридівалюмінію і натрію. Вони були більш вдалими свого попередника і зуміли отриматималенькі крапельки алюмінію. Однак у ті часи не було ще дешевших ідосить потужних джерел електроенергії. Тому електроліз алюмінію мавтільки чисто теоретичний інтерес.
У 1867 р. була винайденадинамо-машина, а незабаром електроенергію навчилися передавати на великівідстані. Електрика початок вторгатися в промисловість.
У 1886 р. П. Еру у Франціїі Ч. Хол у США майже одночасно поклали початок сучасному способувиробництва алюмінію, запропонувавши отримувати його електролізом глинозему,розчиненого в розплавленому кріоліті (спосіб Холла - Еру). З цього моментуновий спосіб виробництва алюмінію починає швидко розвиватися, чомусприяли удосконалення електротехніки, а також розробка способіввитягу глинозему з алюмінієвих руд. Значний внесок у розвитоквиробництва глинозему внесли російські вчені К. І. Байєр, Д. А. Пеняк, А. Н.Кузнецов, Є. І. Жуковський, А. А. Яковкін та ін У царській Росії неіснувало власної алюмінієвої промисловості. Однак першітеоретичні дослідження в області електролізу алюмінію належаливидатному російському вченому, основоположнику електрометалургії кольоровихметалів в нашій країні проф. П. П. Федотьева. У 1912 р. ним спільно з В.П.Ільїнським було опубліковано працю "Експериментальні; дослідження поелектрометалургії алюмінію ", який був відразу переведений на багатоіноземні мови і став настільною книгою для металургів всього світу. П.П.Федотов і Іллінський в Петербурзькому політехнічному інституті (С. Петербурзькийдержавний технічний університет) провели ретельні дослідження повибору оптимального складу електроліту, а також з'ясували, як впливають нарозчинність глинозему в кріоліті і температуру кристалізації добавкифторидів натрію, алюмінію та кальцію.
28 березня 1929 в газеті"Ленінградська правда" була опублікована замітка, в якійповідомлялося про те, що на дослідній установці заводу "Червоний Виборжец"вперше отримано з однієї ванни 8 кг металевого алюмінію. Це поклалопочаток нашої алюмінієвої промисловості.
У 1931р. був організованийнауково-дослідний інститут алюмінієво-магнієвої промисловості (ВАМИ), в1932р. пущений Волховський, а в 1933р. - Дніпровський алюмінієві заводи. З тих піралюмінієва промисловість почала бурхливо розвиватися в різних р...
