Как изготавливают листы алюминия

Производство алюминиевого листа

Алюминиевый лист производят из различных сплавов алюминия методом деформации с последующей прокаткой.

В соответствии с государственными стандартами алюминиевый лист производится двумя способами:

• Горячий прокат. Таким методом изготавливаются листы, минимальная толщина которых может составлять 6 мм.
• Холодный прокат. Позволяет изготавливать достаточно тонкие листы толщиной от 0,3 мм.

Метод проката заключается в обжатии металла между вращающимися валками прокатного станка. Валки соединены с двигателем, который является источником энергии для осуществления деформации металла. Скорость прокатки может достигать 50 метров в секунду. После каждого пропуска заготовки через валки толщина ее уменьшается, но увеличивается ее длина и ширина. Здесь же применяется

кой термин, как коэффициент вытяжки, обозначающий отношение конечной длины заготовки к первоначальной за один пропуск через валки.

Чтобы придать прочность получившемуся листу, его можно покрыть дополнительным тонким слоем алюминия.

В каталоге нашей компании Вы можете легко подобрать алюминиевые листы подходящие для Ваших целей. Вся поставляемая продукция производится из высококачественного алюминиевого сплава и соответствует требованиям ГОСТ.

Как изготавливают листы алюминия

В статье мы расскажем о том, как изготавливается в настоящее время алюминиевый лист, признаваемый одним из самых практичных типов цветного проката, дадим полное описание такой продукции и сферы ее использования.

1. Общая информация об алюминии и алюминиевых сплавах

Алюминий – это серебристо-белый металл, характеризуемый высокой стойкостью против коррозии, малым показателем плотности, отличной пластичностью, хорошей электропроводностью, достаточно высокой теплопроводностью (ее показатель уступает только теплопроводности меди, золота и серебра). Механизм защиты металла от коррозионных явлений обусловлен тем, что он очень быстро окисляется на воздухе с формированием Al2O3 – оксидной пленки, способной впоследствии эффективно защищать алюминиевые изделия от ржавчины, причем в самых разных средах.

При контакте с продуктами питания металл сохраняет нейтральные свойства, он обладает устойчивостью к большинству кислот органического происхождения и даже к азотной концентрированной кислоте. Кроме того, он великолепно обрабатывается давлением, что дает возможность изготавливать широкий ассортимент разнообразных конструкций из алюминиевого проката. Чтобы придать материалу те или иные специальные характеристики, а также усилить первоначальные свойства, его легируют разными элементами (магнием, медью, цинком, кремнием, марганцем).

Все алюминиевые сплавы принято подразделять на деформируемые (из них изготавливают поковки и прокат) и литейные (изготовление отливок). Так как мы описываемым алюминиевый прокат (а горячекатаный лист является именно прокатом), нас интересуют композиции первого вида. Их химический состав регламентируется Государственными стандартами 1131 и 4784–97.
По типу упрочнения такие сплавы делят на термоупрочняемые и упрочняемые давлением. Однако чаще применяется другая их классификация, которая базируется на основных характеристиках сплавов. Термоупрочняемые, согласно таковой, могут быть:

• жаропрочными: АК4, АК4–1, Д20, 1201;
• высокопрочными: В93 и В95;
• высокопластичными средней прочности: АД33, АД31 и АД35 (их называют – авиали, они легируются системой «алюминий-магний-кремний»);
• свариваемыми со стандартным показателем прочности: 1925 и 1915;
• нормальной прочности (дюрали): Д16, Д1 и Д18 (система легирования – «алюминий-медь-магний»);
• ковочными: АК8 и АК6.

Нетермонеупрочняемые же, характеризующиеся стойкостью против коррозии и хорошей свариваемостью, бывают двух видов:

• высокопластичными со средней прочностью (магналии): АМг1, АМг6, АМг2 и другие;
• высокопластичными с низкой прочностью: Д12 и АМц – легированы алюминием и магнием; АД1 и АД0 – без легирования (так называемый «технический алюминий»).

2. Плоский алюминиевый лист – ГОСТ, виды изделий

В настоящее время такие листы изготавливают в соответствии с ГОСТ 21631–76 и делят по сферам использования и свойствам на несколько типов:

• Кислотостойкие: применяются для производства баков для топлива, сварных емкостей и некоторых иных элементов самолетов, что обусловлено их хорошей свариваемостью и отличной коррозионной стойкостью. Изготавливается кислотостойкий лист алюминиевый плоский из сплавов марок АМг (2, 3, 5 и 6), которые легируются марганцем и магнием. Также подобные легкодеформируемые и повышеннопластичные изделия применяются для выпуска заклепок, рам и радиаторов транспортных средств.
• Технические: превосходный отделочный и изоляционный материал, использование которого считается экономически выгодным за счет высокой гибкости и малой массы листов.
• Гладкие перфорированные: предназначены для строительной области (решетки воздуховодов, декоративные интерьерные детали, усиление гипсокартонных углов бытовых конструкций). Перфорированные изделия могут иметь прямоугольные, круглые или ромбовидные отверстия, получаемые на специальных прессах координатно-пробивного типа.
• Пищевые: для производства листа используются отожженные, полунагартованные и нагартованные (холоднодеформированные с целью упрочнения материала) сплавы (А5М, А5Н2, А5Н), а также первичный алюминий А7 либо АД0, который не подвергается термической обработке. Подобные листы обладают повышенной гигиеничностью, в них отсутствуют любые примеси и легирующие элементы.

Толщина готового проката варьируется от 0,3–2 мм (тонкий алюминиевый лист) до 10,5 мм (алюминиевые плиты), ширина – от 500 до 2000 мм, длина – от 2 до 7,2 м.

3. Гофрированные и анодированные изделия для специальных целей

Отдельно стоит сказать о гофрированных листах из алюминия (их еще именуют профилированными), с помощью которых обустраивают кровли, отличающиеся замечательными эксплуатационными свойствами и долговечностью. Достоинства профилированных изделий:

• Малый вес листов подходит для тех случаев, когда производится реконструкция сооружений старых годов постройки. Подобные здания не всегда способны выдержать серьезные нагрузки, поэтому замены легким гофрированным листам для них просто-напросто нет.
• Возможность использования конструкций для крыш многоэтажных домов и одноэтажных частных зданий.
• Гибкость. Это свойство изделий из алюминиевых сплавов дает возможность проводить работы на кровлях, отличающихся особо сложным дизайном.
• Простота монтажа. Определенные профессиональные навыки для работы с листами, конечно же, необходимы, но освоить их совсем не сложно.

Сейчас также применяются анодированные листы из алюминия, которые могут иметь матовую, зеркальную либо полуматовую поверхность. Для выпуска различных бытовых приборов, жалюзи для окон, растровых осветительных приборов, деталей декора жилых помещений, солнечных батарей обычно используется аланод – лист с зеркальной поверхностью. Он характеризуется большими светоотражающими возможностями, что и обуславливает сферу его применения.

Под анодированием понимают относительно простую электрохимическую процедуру формирования на алюминиевой поверхности оксидной защитной пленки кристаллической структуры. Необходимость в создании такой дополнительной пленки вызвана тем, что образовывающаяся самопроизвольно «защита» алюминия при комнатной температуре обладает достаточно аморфной структурой и малой толщиной. По этой причине указанные выше алюминиевые изделия не получается изготовить из материала со стандартными свойствами.

4. Лист алюминиевый – производство и его тонкости

Процесс изготовления листов из алюминиевых сплавов разного вида состоит из нескольких этапов: горячая деформация; холодная деформация (прокатка либо волочение).
Требуемую форму и заданные размеры листа получить легко, так как алюминий за счет своей пластичности превосходно обрабатывается в процессе холодной деформации. Конечный продукт не должен содержать надрывов, пузырей, трещин, коррозионных отметин, а делится он на следующие виды:

• плакированные листы (плакировка бывает утолщенной и нормальной) и неплакированные;
• естественно или искусственно состаренные и закаленные нагартованные;
• без термообработки;
• отожженные;
• полунагартованные;
• нагартованные, прошедшие закалку, а также старение (естественное).

Дополнительно листы из алюминия классифицируются по:

Технология производства алюминиевого листа

/> />
Ста­нок «Англий­ское коле­со» тех­ни­че­ски пред­став­ля­ет собой про­кат­ную уста­нов­ку – два сталь­ных роли­ка, кото­рые могут отфор­мо­вать листо­вой металл. Его поли­ро­ван­ные роли­ки назы­ва­ют­ся нако­валь­ня­ми. Они быва­ют раз­ных форм и раз­ме­ров, в зави­си­мо­сти от фор­мы, кото­рую нуж­но сде­лать из листа. Дви­гая лист метал­ла впе­рёд-назад меж­ду роли­ка­ми, он рас­тя­ги­ва­ет­ся, созда­вая изгиб. Изме­няя угол или меняя сто­ро­ну про­ка­ты­ва­ния, мож­но созда­вать более слож­ный изгиб.

«Англий­ское коле­со» может фор­мо­вать как сталь, так и алю­ми­ний. Рабо­та с алю­ми­ни­ем, конеч­но же, менее тру­до­ём­ка. Рабо­та со ста­лью тре­бу­ет боль­ше тер­пе­ния и вре­ме­ни. Весь про­цесс осу­ществ­ля­ет­ся без при­ме­не­ния элек­три­че­ства или гид­рав­ли­ки.

Пане­ли, сде­лан­ные спо­со­бом фор­мов­ки на «Англий­ском коле­се» име­ют высо­кую сто­и­мость, по срав­не­нию с отштам­по­ван­ны­ми. Это свя­за­но с тру­до­ём­ко­стью и необ­хо­ди­мо­стью обла­да­ния высо­ким мастер­ством.

«Англий­ское коле­со» спрес­со­вы­ва­ет и рас­тя­ги­ва­ет листо­вой металл. Чаще исполь­зу­ет­ся сплав алю­ми­ния для фор­мов­ки. В отли­чие от штам­па, фор­мо­воч­ный ста­нок более гибок и спо­со­бен фор­мо­вать пане­ли раз­лич­ной фор­мы.

Для более тол­сто­го метал­ла может исполь­зо­вать­ся «Англий­ское коле­со» боль­ше­го раз­ме­ра и иметь элек­три­че­ский при­вод.

История возникновения

По неко­то­рым дан­ным пер­вая про­кат­ная уста­нов­ка появи­лась в сред­не­ве­ко­вой Фран­ции. Этот ста­нок вытес­нил часть тра­ди­ци­он­ной ков­ки, где исполь­зо­ва­лись киян­ки и меш­ки с пес­ком, что­бы выко­ла­чи­вать доспе­хи или части авто­мо­биль­ных пане­лей.

Назва­ние «Англий­ское коле­со» появи­лось в 20 веке, когда этот ста­нок был вве­зён англий­ски­ми фор­мов­щи­ка­ми метал­ла. Он не стал исполь­зо­вать­ся в мас­со­вом про­из­вод­стве, но полу­чил попу­ляр­ность в рабо­тах с малым объ­ё­мом.

Фор­мо­воч­ный ста­нок при­ме­ня­ли при изго­тов­ле­нии пер­вых авто­мо­би­лей Гран-при и боль­шин­ства евро­пей­ских клас­си­че­ских спор­тив­ных авто­мо­би­лей, а так­же мно­же­ства раз­лич­ных само­лё­тов.

Дизайн «Англий­ско­го коле­са» мало изме­нил­ся со вре­мён 19 века. Рань­ше раму стан­ка дела­ли толь­ко из чугу­на и исполь­зо­ва­лись под­шип­ни­ки сколь­же­ния на колё­сах, что услож­ня­ло про­ка­ты­ва­ние метал­ли­че­ско­го листа. Поз­же, когда ста­ли исполь­зо­вать шари­ко­под­шип­ни­ки, стан­ки ста­ли более лёг­ки­ми в управ­ле­нии и лег­ко про­ка­ты­ва­ли 3 мм сталь. Поз­же чугун­ную раму «Англий­ско­го коле­са» нача­ли про­из­во­дить так­же и из ста­ли, а ещё поз­же уже изго­тав­ли­ва­ли из про­филь­ных труб. Это уде­ше­ви­ло кон­струк­цию стан­ка «Англий­ское коле­со» и сде­ла­ло его более попу­ляр­ным и доступ­ным.

Обо­ру­до­ван­ное «Англий­ское коле­со» име­ет целый ассор­ти­мент опор­ных вали­ков раз­лич­ных форм.

Раз­лич­ные вари­а­ции фор­мо­воч­ных стан­ков по-преж­не­му исполь­зу­ют­ся в мно­го­чис­лен­ных част­ных авто­ма­стер­ских для рестав­ра­ции ста­рых кузо­вов и изго­тов­ле­нии новых.

Условия формовки

Число клетей, расстояние между ними, угол сворачивания полосы в каждой клети — определяются, исходя из двух условий: 1) обеспечение бесперебойного продвижения полосы через стан. 2) устранение гофрообразования. Первое условие подразумевает соблюдение в установленном процессе захват металла валками. По факту на станах разных типоразмеров применяются от 6 до 11 приводных клетей с горизонтальными валками. Между клетями устанавливают роликовые проводки, либо другие клети с вертикальными безприводными валками (эджерные клети).

Устройство и принцип работы на станке «Английское колесо»

Как было напи­са­но выше, «Англий­ское коле­со» исполь­зу­ет­ся, когда листу метал­ла нуж­но при­дать выпук­лую фор­му. Так­же, его часто при­ме­ня­ют для раз­гла­жи­ва­ния метал­ла, кото­рый был гру­бо сфор­мо­ван киян­ка­ми и молот­ка­ми.

Верх­нее коле­со про­ка­ты­ва­ет металл, а ниж­ний валик слу­жит нако­валь­ней (опо­рой). Опор­ный валик мень­ше­го ради­у­са, чем верх­нее коле­со. Верх­нее коле­со обыч­но име­ет шири­ну 8 см или мень­ше и 25 см диа­метр или мень­ше. Оно плос­кое в попе­реч­ном сече­нии, в то вре­мя как ниж­ний опор­ный валик име­ет выпук­лую фор­му.

Раз­мер рамы с фор­мой, похо­жей на бук­ву «С» состав­ля­ет от 60 до 120 см. Этот раз­мер опре­де­ля­ет наи­боль­ший раз­мер листа, с кото­рым мож­но рабо­тать на стан­ке. На неко­то­рых стан­ках мож­но пово­ра­чи­вать верх­нее коле­со и ниж­ний валик на 90 гра­ду­сов, что­бы уве­ли­чить место для листа метал­ла.

Так как ста­нок рабо­та­ет, созда­вая неко­то­рое дав­ле­ние меж­ду коле­сом и опор­ным вали­ком, кото­рое воз­дей­ству­ет на лист метал­ла, а металл ста­но­вит­ся тонь­ше при про­ка­ты­ва­нии, ниж­няя часть стан­ка, на кото­рой кре­пит­ся опор­ный валик, может регу­ли­ро­вать­ся. Как толь­ко металл ста­но­вит­ся тонь­ше, нуж­но при­бли­жать опор­ный валик.

Ста­нок рас­тя­ги­ва­ет металл. Нуж­но быть очень осто­рож­ным, что­бы не рас­тя­нуть металл слиш­ком силь­но. Для это­го нуж­но рабо­тать мед­лен­но. Фор­мов­ка долж­на осу­ществ­лять­ся поэтап­но. Пери­о­ди­че­ски фор­му нуж­но про­ве­рять шаб­ло­ном или при­кла­ды­вать к кар­ка­су, что­бы про­ве­рить сов­па­де­ние изги­ба пане­ли.

Коле­со и роли­ки сде­ла­ны из зака­лён­ной ста­ли и отпо­ли­ро­ва­ны. Они вра­ща­ют­ся вокруг сво­ей оси при помо­щи шари­ко­под­шип­ни­ков.

Неко­то­рые моде­ли стан­ков могут иметь нож­ную регу­ли­ров­ку ниж­не­го опор­но­го вали­ка, что­бы под­дер­жи­вать посто­ян­ное дав­ле­ние при изме­не­нии тол­щи­ны метал­ла, без при­ме­не­ния рук, кото­рые заня­ты листом в про­цес­се про­кат­ки.

Быва­ют моде­ли с рыча­гом, уби­ра­ю­щим ниж­ний опор­ный валик для быст­ро­го высво­бож­де­ния листа метал­ла. При этом настрой­ки поло­же­ния вали­ка по высо­те сохра­ня­ют­ся и фор­мов­ка может быть быст­ро воз­об­нов­ле­на. Это очень эко­но­мит вре­мя.

Технология производства алюминиевого листа

Алюминий в чистом виде в природе не встречается. Добыча бокситов, 90% которых находится в тропических районах, предшествует производству алюминия в том виде, в котором промышленность использует этот материал. Метод получения алюминия разработан в 1886 году, в основе лежит электролиз алюминия. За более чем 150 лет в технологии ничего не изменилось.

На начальном этапе происходит производство глинозема из природного сырья – бокситов, в мельницах его размалывают и дробят, смешивая с водой. Специальные предприятия, перерабатывающие сырье оборудованы технологическими линиями, которые представляют собой ванны с расплавленным криолитом, рабочая температура процесса 9500С. Электролиз основан на воздействии электрического тока силой 400 кА на рабочую среду.

Алюминий, полученный на первичной переработке, отливают в слитки и используют для последующей переработки. В дальнейшем происходит производство сплавов, которые составляют путем добавления кремния, меди, магния и используют для производства деталей автомобильной и авиационной промышленности. Алюминий не имеет свойства подвергаться коррозии, вторичная переработка металла может проводиться неоднократно, благодаря экономии электроэнергии, которая используется на повторную переработку алюминия.

Производство алюминиевой фольги и алюминиевого листа сегодня современный автоматизированный процесс, где в качестве исходного материала используется жидкий алюминий. Металл, проходя через валки, кристаллизуется и выходит в окончательном варианте в виде полотна определенной толщины. Толщина готовых листов колеблется от 8 до 12 мм, при ширине от 1 до 1.6 м.

Алюминиевые листы используют в строительной индустрии, в авиации из него изготавливают обшивку для летательных аппаратов. Не обходится без алюминия и производство судов и автомобильного транспорта. Материал прост в эксплуатации, не подвергается коррозии, имеет низкие эксплуатационные затраты. По качеству отделки поверхности материал имеет нормальную точность и повышенную точность. Наиболее важный показатель, это из какой марки алюминиевого сплава изготовлен лист. Самые востребованные сплавы АМц и АМг2.

Алюминиевый лист изготавливается в соответствии с нормативно-техническими документами, ГОСТы нормируют стандарты на различные сплавы. Производителям часто приходится руководствоваться и другими национальными и международными стандартами в зависимости от вида готовых изделий.

Литьё изделий из алюминиевых сплавов

Литье под давлением

Для получения качественных прочных деталей из алюминиевого сплава используется метод алюминиевого литья под давлением. Процесс происходит в прочных стальных разъемных формах с помощью специальных поршневых машин. Высокое давление нагнетается гидравлическим прессом или особым поршнем, который действует под влиянием сжатого газа или масляного состава горячим или холодным способом. Высокая скорость прессования и качество готовых деталей обеспечивается давлением в 100-200 атмосфер, под воздействием которого отливки приобретают 3-5 класс точности и стабильно ровную поверхность, которая характеризуется по 5-8 классу.
Благодаря высокой точности отливки готовые детали не нуждаются в шлифовке и полировании, а их качество позволяет использовать эти детали на ответственных участках, где важное значение приобретает их точность. Таким способом отливаются детали сложных форм, с тонкими стенками, а также те из них, которые предназначены для сложных конструкций и комплектаций. Отличные технические свойства деталей из алюминиевых сплавов, отлитых методом горячего прессования, позволяют использовать их для отливки комбинированных усиленных деталей с армированием из другого, более прочного металла.

Алюминиевое литье под давлением — более экономически выгодный и более безопасный экологически способ. В течение короткого промежутка времени можно выполнить несколько отливок, используя лишь одну пресс-форму. В связи с тем, что при этом способе не возникает потребности в использовании алюминиевых формовочных смесей, такое производство является менее вредным и более предпочтительным, а точность конструкций снижает затраты на расход металла и в целом на производство.

Минимальная допустимая толщина стенок: 0,8-1,2 мм. Масса отливок — 8 кг.

Литье алюминия в кокиль

Второй популярный способ отливки деталей из алюминиевых сплавов называется кокилем. Это специальная металлическая разъемная или неразъемная форма, которая применяется для формовки простых и сложных деталей из алюминиевых сплавов. Для простых деталей используют неразъемные формы, готовые отливки просто вытряхивают из них с помощью специальных приспособлений. Разъемные кокиля могут быть с разными плоскостями разъемов:

• вертикальная,
• горизонтальная,
• криволинейная.

Кокиль с вертикальной плоскостью разъема состоит из двух половинок, точность соединения которых обеспечивается использованием особых втулок и штырей. Перед использованием формы нагревают до 270-300°С и покрывают специальной огнеупорной краской, затем в него устанавливают специальные стержни, максимально точно и прочно скрепляют обе половинки формы.

Жидкий алюминий заливают в форму-кокиль и оставляют до полного остывания. Этот процесс не отличается быстротой, поэтому для изготовления большого количества деталей необходимо соответствующее количество кокилей. Точность отливки при этом способе формовки соответствует 5-9 классам, неровность поверхности — 4-6 классу. По сравнению с отливкой деталей под высоким давлением, в этом случае расход металла на припуски увеличивается на 0,5-2 мм. Такой способ отливки, как алюминиевое литье в кокиль, также довольно экономичен, а детали отличаются высокой точностью и прочностью. Форму-кокиль можно использовать многократно.

Минимально допустимая толщина стенок — 1,5 мм. Масса отливок от 20 г до 100 кг.

Литье в песчано-глинистые формы

Этот способ получения отливок является наиболее древним. Они выполняются из специальных смесей в виде двух полуформ, которые составляются вместе и образуют единый объем для заливки расплава. В верхней полуформе делают заливочную воронку литник и каналы для выхода воздуха и газов. Верхняя часть канала, отводящего газы, которая не входит в объем литой детали, называется прибылью. После остывания металла литник и прибыль должны быть удалены. Детали больших габаритов и весом до десятков тонн льют в формы, которые выполняют прямо в полу формовочного цеха. Форму для деталей небольших размеров делают в опоках, представляющих собой ящики, собираемые из пластин, образующих стенки опоки. Формовка осуществляется по моделям и шаблонам. Модель часто выполняется из дерева и повторяет объемные очертания будущей детали. Шаблоном называют профильные доски, которой формуют в песчано-глинистой смеси необходимую поверхность. При большом количестве и простой форме выпускаемых изделий формовка осуществляется с помощью формовочных машин по модельному комплекту.

Процесс изготовления литой детали включает в себя изготовление модели или специальных шаблонов, приготовление формовочной смеси, выполнение полуформ с литниками и газовыми каналами, сборку полуформ, заливку форм расплавом. Некоторое время выдерживают изделие для кристаллизации, а затем производят выбивку форм, т.е. разрушение формы для извлечения готовой детали. Далее очищают поверхности от остатков формовочной смеси металлическими щетками или с помощью пескоструйной машины, обрубают остатки литниковой системы, прибыли и облой. Облоем называют металл, застывший в зазоре между полуформами.

Литейное производство очень трудоемкое и вредное, поэтому его всегда стремятся механизировать и уменьшить долю ручного труда. Литье в песчано-глинистую форму позволяет получить детали сложной формы и уникальной конфигурации. При большом объеме производства применяют более прогрессивные методы образования форм и литья.

Производство алюминия

Производство металла делится на три основных этапа: добыча бокситов – алюминийсодержащей руды, их переработка в глинозем – оксид алюминия, и, наконец, получение чистого металла с использованием процесса электролиза – распада оксида алюминия на составные части под воздействием электрического тока. Из 4-5 тонн бокситов получается 2 тонны глинозема, из которого производят 1 тонну алюминия.

В мире существуют несколько видов алюминиевых руд, но основным сырьем для производства этого металла являются именно бокситы. Это горная порода, состоящая, в основном, из оксида алюминия с примесью других минералов. Боксит считается качественным, если он содержит более 50% оксида алюминия.

Бокситы могут сильно отличаться друг от друга. По структуре они бывают твердые и плотные либо рыхлые и рассыпчатые. По цвету – как правило, кирпично-красные, рыжеватые или коричневые из-за примеси оксида железа. При небольшом содержании железа бокситы имеют белый или серый цвет. Но иногда встречаются руды желтого, темно-зеленого цвета и даже пестрые – с голубыми, красно-фиолетовыми или черными прожилками.

Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточено в странах тропического и субтропического поясов – из них 73% приходится на пять стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. В Гвинее бокситов больше всего – 5,3 миллиарда тонн (28,4%), при этом они высокого качества, содержат минимальное количество примесей и залегают практически на поверхности.

Следующим этапом является производственной цепочки является переработка бокситов в глинозем – это оксид алюминия Al₂O₃, который представляет собой белый рассыпчатый порошок. Основным способом получения глинозема в мире является метод Байера, открытый более ста лет назад, но актуальный до сих пор – около 90% глинозема в мире производятся именно так. Этот способ весьма экономичен, но использовать его можно только при переработке высококачественных бокситов со сравнительно низким содержанием примесей – в первую очередь кремнезема.

Метод Байера основан на следующем: кристаллическая гидроокись алюминия, входящая в состав боксита, хорошо растворяется при высокой температуре в растворе едкого натра (каустической щёлочи, NaOH) высокой концентрации, а при понижении температуры и концентрации раствора вновь кристаллизуется. Посторонние, входящие в состав боксита (так называемый балласт), не переходят при этом в растворимую форму или перекристаллизовываются и выпадают в осадок до того, как производится кристаллизация гидроокиси алюминия. Поэтому после растворения гидроокиси алюминия балласт легко может быть отделен – он называется красный шлам.

Это густая масса красно-бурого цвета, состоящая из соединений кремния, железа, титана и других элементов. Его складируют на тщательно изолированных территориях – шламохранилищах. Их обустраивают таким образом, чтобы содержащиеся в отходах щёлочи не проникали в грунтовые воды. Как только хранилище отрабатывает свой потенциал, территорию можно вернуть в первоначальный вид, покрыв её песком, золой или дёрном и посадив определённые виды деревьев и трав. На полное восстановление могут уйти годы, но в итоге местность возвращается в изначальное состояние.

Многие специалисты не считают красный шлам отходом, так как он может служить сырьем для переработки. Например, из него извлекают скандий для дальнейшего производства алюминиево-скандиевых сплавов. Скандий придает таким сплавом особую прочность, сферы использования – автомобиле- и ракетостроение, спортивная экипировка, производство электропроводов.

Также красный шлам может использоваться для производства чугуна, бетона, получения редкоземельных металлов.

У глинозема нет срока годности, но хранить его непросто, так как при малейшей он возможности активно впитывает влагу – поэтому производители предпочитают как можно быстрее отправлять его на алюминиевое производство. Сначала глинозем складывают в штабели весом до 30 тысяч тонн – получается своеобразный слоеный пирог высотой до 10-12 метров. Потом пирог «нарезают» и грузят для отправки в железнодорожные вагоны – в среднем, в один вагон от 60 до 75 тонн (зависит от вида самого вагона).

Существует еще один, гораздо менее распространенный способ получения глинозема – метод спекания. Его суть заключается в получения твердых материалов из порошкообразных при повышенной температуре. Бокситы спекают с содой и известняком – они связывают кремнезем в нерастворимые в воде силикаты, которые легко отделить от глинозема. Этот способ требует больших затрат, чем способ Байера, но в то же время дает возможность перерабатывать бокситы с высоким содержанием вредных примесей кремнезема.

Глинозем выступает непосредственным источником металла в процессе производства алюминия. Но для создания среды, в которой этот процесс будет происходить, необходим еще один компонент – криолит.

Это редкий минерал из группы природных фторидов состава Na3AlF6. Обычно он образует бесцветные, белые или дымчато-серые кристаллические скопления со стеклянным блеском, иногда – почти черные или красновато-коричневые. Криолит хрупкий и легко плавится.

Природных месторождений этого минерала крайне мало, поэтому в промышленности используется искусственный криолит. В современной металлургии его получают взаимодействием плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия и содой.

Ток для производства алюминия

Для запуска двигателя автомобильный аккумулятор должен обеспечить электрический ток в 300-350 А в течение 30 секунд. То есть в 1000 раз меньше, чем нужно одному электролизеру для постоянной работы.

В каждой ванне происходит процесс электролиза алюминия. Емкость ванны заполняется расплавленным криолитом, который создает электролитическую (токопроводящую) среду при температуре 950°С. Роль катода выполняет дно ванны, а анода – погружаемые в криолит угольные блоки длиной около 1,5 метров и шириной 0,5 метра, со стороны они выглядят как впечатляющих размеров молот.

Каждые полчаса при помощи автоматической системы подачи глинозема в ванну загружается новая порция сырья. Под воздействием электрического тока связь между алюминием и кислородом разрывается – алюминий осаждается на дне ванны, образуя слой в 10-15 см, а кислород соединяется с углеродом, входящим в состав анодных блоков, и образует углекислый газ.

Примерно раз в 2-4 суток алюминий извлекают из ванны при помощи вакуумных ковшей. В застывшей на поверхности ванны корке электролита пробивают отверстие, в которое опускают трубу. Жидкий алюминий по ней засасывается в ковш, из которого предварительно откачан воздух. В среднем, из одной ванны откачивается около 1 тонны металла, а в один ковш вмещается около 4 тонн расплавленного алюминия. Далее этот ковш отправляется в литейное производство.

При производстве каждой тонны алюминия выделяется 280 000 м 3 газов. Поэтому каждый электролизер независимо от его конструкции оснащен системой газосбора, которая улавливает выделяющиеся при электролизе газы и направляет их в систему газоочистки. Современные «сухие» системы газоочистки для улавливания вредных фтористых соединений используют ни что иное, а глинозем. Поэтому перед тем как использоваться для производства алюминия, глинозем на самом деле сначала участвует в очистке газов, которые образовались в процессе производства металла ранее. Вот такой замкнутый цикл.

Для процесса электролиза алюминия требуется огромное количество электроэнергии, поэтому важно использовать возобновляемые и не загрязняющие окружающую среду источники этой энергии. Чаще всего для этого используются гидроэлектростанции – они обладают достаточной мощностью и не имеют выбросов в атмосферу. Например, в России 95% алюминиевого мощностей обеспечены гидрогенерацией. Однако есть в места в мире, где угольная генерация пока доминирует – в частности, в Китае на нее приходится 93% производства алюминия. В результате для производства 1 тонны алюминия с использованием гидрогенерации в атмосферу выделяется чуть более 4 тонн углекислого газа, а при использовании угольной генерации – в пять раз больше – 21,6 тонны.