Исследовательская работа «История получения и производство алюминия»

История получения и применения алюминия

В середине XIX века в Западной Европе ученые отчаянно пытались получить алюминий в чистом виде. В 1825 году датский исследователь Х.К. Эрстед первым осуществил подобный опыт, используя калий в виде амальгамы. К сожалению, тогда не удалось точно определить полученное вещество.

Однако спустя два года получением алюминия заинтересовался немецкий ученый Велер. Он использовал для восстановления металла чистый калий. Через 20 лет упорных поисков ему удалось получить чистый алюминий в виде гранул размером со спичечную головку. Алюминий оказался красивым и легким металлом, похожим на серебро. Эти свойства алюминия и определили его высокую стоимость на тот период истории: он оценивался дороже золота.

В 1855 г. на выставке в Париже алюминий являлся главной достопримечательностью. Ювелирные изделия из алюминия располагались по соседству с бриллиантами французской короны. Алюминий стал очень модным металлом. Его считали благородным элементом, созданным природой для создания шедевров искусства.

Поскольку физические и химические свойства алюминия были изучены слабо, ювелиры самостоятельно изобретали способы его обработки. Мягкость и податливость металла позволяла создавать им изделия любой формы, делать отпечатки замысловатых узоров, наносить разнообразные рисунки. Алюминий покрывали золотом, полировали, матировали.

Однако со временем алюминий стал выходить из моды. В середине 1860-х годов килограмм этого металла уже стоил всего около ста старых франков, по сравнению с 3 тысячами в 1854-1856 гг.

В настоящее время первые алюминиевые изделия представляют огромную ценность. К сожалению, большую часть из них почитатели моды заменили золотом, серебром и другими драгоценными сплавами и металлами.

Однако ученых изменчивая мода не остановила. В 1886 году химик Чарльз Мартин Холл стал автором дешевого способа получения алюминия в больших количествах. Он добавил и растворил в расплавленном криолите (соединении алюминия с натрием и фтором) небольшую часть окиси алюминия. Затем, поместив смесь в гранитный сосуд, пропустил через нее электрический ток. После нескольких часов ожидания на дне сосуда он увидел блестящие «пуговицы» чистого алюминия. Работавший в то время в России австрийский инженер Карл Жозеф Байер не остался в стороне и предложил технологию получения глинозема, которая помогла сделать новый способ еще дешевле. В результате вариант получения алюминия, разработанный Байером и Холлом, до сих пор используется в современном производстве.

Что было первым изделием сделанным из алюминия — Металлы, оборудование, инструкции

Производство изделий из алюминия сегодня очень популярно. Для конструкций из данного материала свойственна надежность и высокая прочность. Кроме этого, изделия из алюминия реализуются по низким ценам и обладают эстетической красотой.

Основное преимущество алюминия – устойчивость к атмосферным воздействиям. Это позволяет изготавливать различные конструкции, предназначенные для установки на открытом воздухе.

Элементы алюминиевых конструкций очень легкие. Покраска изделий из алюминия не требует такой периодичности, как, например, деревянные изделия.

Данный материал очень эластичен, что позволяет изделию принимать различную форму.

Преимущества алюминия

К основным свойствам и характеристикам алюминия относят:

• высокую стойкость к коррозийному воздействию;
• металлоизделия из алюминия можно устанавливать в комнатах и зданиях с повышенным уровнем влажности;
• любые изделия из алюминия обладают высокими декоративными и эстетическими свойствами;
• широкий выбор оттенков и тонов;
• долговечность;
• выбор различной поверхности, например, матовой или зеркальной;
• устойчивость к царапинам, трещинам, потертостям и иным механическим повреждениям.

Применение алюминия

Первое изделие, сделанное из алюминия еще в 19 веке – погремушка. С тех пор металл применяют в различных областях жизнедеятельности. Алюминий часто применяется в качестве материала для производства конструкций.

Изделия из алюминиевых листов применяются в качестве кровельных и облицовывающих материалов. Не ядовитость металла обусловили популярность производства алюминиевой посуды и фольги, применяемой в пищевой промышленности. Единственный минус материала – достаточная хрупкость.

Поэтому в его состав добавляют некоторое количество цинка или меди для упрочнения конструкции.

Одно из свойств алюминия – электропроводность. Она сопоставима с медью, однако, алюминий как материал для изготовления дешевле. Этим обусловлено применение материала в электротехнической промышленности при изготовлении проводов и кабелей.

Также алюминий применяют для производства чипов для электротехники. Правда, структурные особенности металла мешают его пайке.

Алюминий успешно применяется для производства теплового оборудования.

Транспортная промышленность также не обходится без применения данного материала.

Алюминиевые детали используют в авиастроении, судостроении. Алюминиевые сплавы отлично подходят для изготовления корпуса кораблей, надстроек, специального оборудования и механизмов. Сварные изделия из алюминия также пользуются большой популярностью в строительстве.

Производство алюминия

Алюминий в чистом виде не встречается в природе. Метод его производства был открыт в конце 19 столетия и с тех пор практически не изменился. Металл получают обработкой бокситов – специальной горной породы, залежи которой расположены в тропиках.

Оборудование для алюминиевого производства включает в себя специальные дробилки, с помощью которых происходит измельчение бокситов. Бокситный песок высушивают и размалывают в мельницах с небольшим количеством воды. Полученная густая масса собирается в сосуды и нагревается воздействием пара. Таким образом из массы выводится кремний.

Первичный алюминий после гидролиза отливается в формы. Он либо отправляется на реализацию, либо следует дальше для производства конкретных деталей и изделий. В конце жизненного цикла алюминиевое изделие может быть переработано для создания новой детали.

Где оформить заказ

Заслуживает упоминания тот факт, что стоимость на изделия из алюминия значительно ниже, чем на изделия из большинства других материалов. При этом низкая стоимость никоим образом не влияет на качество материала.

Сегодня изделия из алюминия на заказ реализуются во многих магазинах, в том числе через сеть интернет. Наибольшей популярностью пользуется обращение за услугами в частные мастерские. Это помогает в полной мере контролировать процесс производства изделия. Частные мастерские выполняют заказы по оригинальным эскизам и чертежам, которые предоставляют сами заказчики.

В частных мастерских также можно оформить заявку на изделие через электронную почту или официальный сайт предприятия. Это очень удобно, так как экономит время клиента.

Также можно обсудить все нюансы заказа и заранее определится со стоимостью работы.

Возврат к списку

Алюминиевые смартфоны: Apple и другие

Не важно, какой у вас смартфон – iPhone, Samsung или Lenovo, никто не станет возражать против того, что металлические — алюминиевые — айфоны компании Apple – самые «крутые».

Справедливости ради надо признать, что еще в конце 1990-х годов компания Motorola первая применила алюминиевые профили в конструкции металлического корпуса своих мобильных телефонов Razr.

Стив Джобс – человек, который сделал алюминий модным

Однако легендарный Стив Джобс и великая компания Apple были первыми, кто поставил алюминий в самый центр конструирования своих металлических ноутбуков, айфонов, айпадов и айподов, а также своих умных часов Watch Sport. Еще в 2008 году компания Apple презентовала свою концепцию the unibody – металлического корпуса ноутбука Macbook из цельного куска прессованного алюминиевого профиля.

Именно Стив Джобс сделал алюминиевые смартфоны и ноутбуки модными и престижными.

Он был настолько фанатом алюминия, что заказал себе алюминиевую яхту, которая, к сожалению, была построена только через год после его смерти, в 2012 году.

Конструкция и дизайн этой алюминиевой яхты по имени «Venus» выполнены в том же минималистском духе, который Джобс продвигал в Apple. Она тоже выглядит так, как будто сделана из одного куска алюминия.

Алюминиевая яхта Стива Джобса в голландском корабельном доке

Металлические смартфоны компаний HTC, Nokia и Samsung

Компания НТС недавно выпустила свой металлический — алюминиевый — телефон the One. Его металлический корпус изготовлен из цельной алюминиевой заготовки – отрезка прессованного алюминиевого профиля.

Фирма Nokia также планирует выпустить свою металлическую модель, конечно, из алюминия, модель под названием Catwalk.

Samsung традиционно привержен к пластику в конструкциях своих смартфонов. Однако и он уже готовит свои алюминиевые «умные телефоны». Текущая модель Galaxy S4 пока имеет пластиковый корпус, но уже следующие модели, такие как Galaxy Note и Galaxy S6 уже имеют металлический корпус из алюминиевого сплава.

Алюминиевые ноутбуки (лаптопы, лэптопы)

Многие компании последовали примеру Apple и все активнее применяют алюминий в конструкциях ноутбуков (или лаптопов, или, лучше, лЭптопов) вместо традиционного пластика или окрашенного металла.

Компания Google в своем новом ноутбуке Chromebook Pixel применяет металлический — алюминиевый — корпус, который получают механической обработкой из цельной алюминиевой прессованной заготовки. Это – прямой последователь и конкурент знаменитой конструкции ноутбука Macbook the unibody, который еще в 2008 году разработала компания Apple.

Компании Samsung и Sony также уже производят свои алюминиевые ноутбуки.

Лучший металл для смартфона — алюминий

Почему конкуренты Apple так долго медлили с применением алюминия в своих изделиях и вдруг заинтересовались им? Эксперты находят этому, как минимум, два объяснения.

Совершенствование свойств алюминия

Новый материал, который теперь можно было применять в промышленности, был всем хорош. Однако отмечалось, что чистый алюминий недостаточно прочен для некоторых областей применения.

В борьбу с этой проблемой вступил немецкий химик Альфред Вильм, который сплавил его с небольшим количеством магния, меди и марганца. Полученный сплав был настолько прочен, что в 1911 году в городке Дюрене была выпущена партия материала, названного в его честь дюралюминием. Чуть позже в 1919 году из него был выполнен первый самолет. Так алюминий с триумфом завоевал весь мир.

В настоящее время трудно назвать отрасль промышленности, обходящуюся без этого легкого серебристого металла. Алюминий, занимающий 3 место по концентрации в земной коре после кислорода и кремния, с новой силой притягивает к себе внимание специалистов как металл будущего. Совокупность таких его достоинств, как малая плотность, высокая тепло- и электропроводность, прочностные характеристики, а также высокая устойчивость к коррозии и технологичность, позволяют отнести алюминий к числу самых ценных материалов планеты.

Что было первым изделием сделанным из алюминия

25 апреля 2022 г. в 16:01

О том, где еще может использоваться алюминий, рассказывает Life.ru.

В автопроме и на транспорте

Сегодня у новых моделей Range Rover и Jaguar доля алюминия в конструкции кузова составляет 81%. Первые же эксперименты с алюминиевыми кузовами принято приписывать компании Audi, презентовавшей A8 из лёгких сплавов в 1994 году.

Однако ещё в начале ХХ века этот лёгкий металл на деревянном каркасе был фирменным стилем кузовов знаменитых британских спорткаров Morgan.

Настоящее «алюминиевое вторжение» в автопром началось в 1970-е, когда заводы массово принялись использовать этот металл для блоков цилиндров двигателей и картеров коробок передач вместо привычного чугуна; чуть позже распространение получили легкосплавные колёса вместо штампованных стальных.

В наши дни ключевой тренд автопрома — электричество. И лёгкие сплавы на основе алюминия приобретают особую актуальность в кузовостроении: «энергосберегающий» металл делает электромобиль легче, а значит, увеличивает пробег на одном заряде батарей. Алюминиевые кузова использует марка Tesla — законодатель мод на рынке автомобилей будущего, и этим, собственно, всё сказано!

Отечественных автомобилей с алюминиевыми кузовами пока нет. Но нержавеющий и лёгкий материал уже начинает проникать в российскую транспортную сферу.

Характерный пример — ультрасовременные скоростные трамваи «Витязь-М», чьи салоны полностью выполнены из алюминиевых сплавов, практически вечных и не нуждающихся в постоянной подкраске.

Стоит отметить, что на создание одного трамвайного интерьера требуется до 1,7 тонны алюминия, который поставляет Красноярский алюминиевый .

«Потолок, стены, стойки — всё алюминиевое.

И это не просто обшивка листами, детали сложные, совмещающие в себе и отделочные, и несущие элементы, и туннели для вентиляции и проводки, — рассказывает Виталий Деньгаев, гендиректор , где были созданы алюминиевые салоны «Витязя». — Плюс помимо эстетики мы получаем ещё и высочайшую безопасность: в отличие от пластиков и синтетики алюминиевый салон не выделяет вредных веществ, если возникло возгорание!»

С 17 марта этого года 13 трамваев «Витязь-М» начали ходить по Москве и к 5 апреля уже перевезли первую сотню тысяч пассажиров! Этот быстрый и бесшумный городской транспорт с салонами на 260 человек, с Wi-Fi, климат-контролем, местами для инвалидов и детских колясок и прочими элементами комфорта, рассчитан на срок службы в 30 лет, что вдвое больше, чем у составов прошлых моделей. В ближайшие три года столица получит 300 «Витязей», 100 из которых встанут на рельсы уже в этом сезоне.

В принтерах будущего

Элементарными любительскими 3D-принтерами, печатающими из пластиковой нити, уже никого не удивишь. Сегодня начинается эра полноценной серийной 3D-печати деталей из металла.

Алюминиевый порошок — едва ли не самый распространённый материал для технологии, называемой AF (от Additive Fabrication, «аддитивное производство»).

Additive по-английски — «добавка», и в этом глубокий смысл названия технологии: деталь производится не из болванки, от которой в процессе обработки отрезается лишний материал, а наоборот — добавлением материала в рабочую зону инструмента.

Металлический порошок выходит из дозатора AF-машины и послойно спекается лазером в единую прочную массу монолитного алюминия.

Детали, которые делаются цельными по методу AF, поражают воображение своей пространственной сложностью; выполнить их классическими методами даже на самых современных металлообрабатывающих станках — невозможно! За счёт ажурной конструкции детали, созданные на машинах аддитивной печати из порошков алюминиевых сплавов, имеют прочность, как у монолита, будучи при этом в несколько раз легче. Производятся они безотходно и быстро — такие металлические «кружева» незаменимы в биомедицине, авиации и космонавтике, в точной механике, при изготовлении пресс-форм и так далее.

Ещё недавно все технологии, связанные с Additive Fabrication, были иностранными. Но сейчас активно развиваются отечественные аналоги.

Например, в Уральском федеральном университете (УрФУ) готовится к запуску экспериментальная установка по производству металлических порошков для AF-3D-печати.

Установка работает на принципе распыления расплавленного алюминия струёй инертного газа, такой метод позволит получать металлические порошки с любыми заданными параметрами размерности зерна.

Начало развития алюминиевой промышленности в России

Дореволюционная Россия не имела собственной алюминиевой промышленности. Однако в конце прошлого века и в начале этого века российские ученые (Н.Н. Бекетов, П.П. Федотиев, Н.А. Пушин, Д.А. Пеньяков, Е.И. Жуковский и др.) провели ряд исследований, сыгравших важную роль в развитии мировой алюминиевой промышленности. Под руководством П.П. Федотьева проведены глубокие исследования теоретических основ электролиза алюминия, в частности, изучены двойные системы фторид-натрия и криолит-алюминиев, явления растворимости алюминия в электролите, анодный эффект и некоторые другие процессы, связанные с электролизом криолит-алюминиевских расплавов. Результаты этих исследований были всемирно известны.

В 1882-1892 гг. химик К.П. Байер разработал в России щелочной глиноземный процесс, который остается основополагающим для мировой алюминиевой промышленности. В 1895 г. Д. А. Пеньяков предложил способ извлечения глинозема из бокситов путем спекания с сульфатом натрия в присутствии угля, а в 1915 г. А. Н. Кузнецов и Е. И. Жуковский. — Способ получения глинозема из низкосортных руд восстановительной плавкой до шлаков алюминатов щелочноземельных металлов. В 1914 г. Н.А. Пушин и его сподвижники первыми в нашей стране получили алюминий «русского происхождения», т.е. из отечественного сырья и материалов.

Только после Великой Октябрьской социалистической революции в нашей стране появились условия для появления алюминиевой промышленности, которая была основным потребителем электроэнергии. Решающую роль в этом процессе сыграл план ГОЭЛРО, разработанный в 1920 году по инициативе и под руководством В.И. Ленина, который заложил основу для создания в нашей стране прочной энергетической базы. Первая крупная гидроэлектростанция на реке Волхов, построенная в 1926 году по плану ГОЭЛРО, стала энергетической базой первого в СССР алюминиевого завода — Волховского. В декабре 1927 г. 15-й съезд ВКП(б) принял постановление о создании алюминиевой промышленности в нашей стране, а в августе 1929 г. Совет труда и обороны принял постановление о строительстве Волховского и Днепровского алюминиевых заводов. В 1929 г. на Ленинградском опытном под руководством П.П. Федотьева были проведены многолетние производственные испытания по изготовлению алюминия электролитическим способом из отечественных материалов. В 1930 году в Ленинграде был введен в эксплуатацию опытный завод, который сыграл важную роль в развитии советской алюминиевой промышленности. Здесь испытывалось оборудование, осваивались методы производства, готовились рабочие, инженеры и техники для первых советских алюминиевых заводов. Одновременно были проведены исследования по изготовлению электродной продукции, необходимой для производства алюминия. Результаты этих исследований легли в основу строительства первых электродных заводов — заводов в Москве и Днепропетровске. Разработанный в Институте прикладной минералогии метод получения криолита послужил основой для проектирования производства криолита на Полевском заводе криолитов.

Для фронта и для Победы

Однако через год началась война. Волховский алюминиевый завод и Тихвинский глиноземный комбинат были перевезены на Урал — в Свердловск, Каменск-Уральский и на строительную площадку нового Богословского алюминиевого завода. 7 января 1943 года заработал первый алюминиевый завод в Сибири — Новокузнецкий (в то время — Сталинский). Богословский алюминиевый завод — вообще ровесник нашей Победы: он был запущен 9 мая 1945 года.

Продуманная промышленная политика — даже в суровых условиях военной экономики — принесла свои плоды: за время Великой Отечественной производство алюминия в СССР не только не снизилось, а наоборот, возросло. Поставки «крылатого металла» обеспечили бесперебойную работу военно-промышленного комплекса страны, в первую очередь авиационной и кораблестроительной промышленности.