Процесс производства алюминия
Как производится алюминий
Алюминий в чистом виде в природе не встречается, именно поэтому еще 200 лет назад человечество ничего не знало об этом металле. Метод получения алюминия при помощи электричества был разработан в 1886 году и применяется до сих пор. Вот как это происходит.
ДОБЫЧА БОКСИТОВ
Производство алюминия начинается с добычи бокситов. Эта горная порода богата алюминием, который содержится в ней в форме гидрооксидов. Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточены в тропическом поясе.
ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА
Боксит дробят, высушивают и размалывают в мельницах вместе с небольшим количеством воды.
Руду загружают в автоклав и обрабатывают щелочью – едким натром. В получившейся щелочной раствор из руды переходит практически весь оксид алюминия, а все посторонние примеси формируют твердый осадок — красный шлам.
Раствор алюмината натрия несколько суток перемешивают в декомпозерах, в результате чего в осадок выпадает чистый глинозем – Al2O3.
ЭЛЕКТРОЛИЗ АЛЮМИНИЯ
На алюминиевом заводе глинозем засыпают в ванны с расплавленным криолитом при температуре 950 ⁰С. Через раствор пропускают электрический ток силой до 400 кА и выше – он разрывает связь между атомами алюминия и кислорода, в результате металл в жидкой форме собирается на дне ванны.
ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ
Первичный алюминий отливается в слитки и отправляется потребителям, а также используется
для дальнейшего производства алюминиевых сплавов для различных целей.
АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Литейные алюминиевые сплавы служат для получения готовых изделий путем отливки металла в формы. При этом необходимых свойств от сплава добиваются добавлением к нему различных добавок: кремния, меди и магния. Из таких сплавов, например, производят детали автомобильных и авиационных двигателей или колесные диски.
Благодаря высокой пластичности алюминий легко прокатывается в тончайшие листы. Для этих целей соответствующие алюминиевые сплавы выливают в прямоугольные бруски, достигающие 9 метров в длину и более. Из них производят алюминиевую фольгу и банки для напитков, а также детали автомобильных кузовов и многое другое.
Путем экструзии – получения нужной формы продавливанием размягченного металла через формовое отверстие – сегодня изготавливается большинство изделий из алюминия: от оправы очков или корпуса телефона, до фюзеляжа самолета или космического корабля.
ПЕРЕРАБОТКА АЛЮМИНИЯ
В отличие от железа алюминий не подвержен коррозии, поэтому изделия из него можно переплавлять и использовать металл бесконечное количество раз. При этом переработка алюминия требует всего 5% энергии, затраченной на изготовление алюминия впервые.
Производство алюминия включает
несколько этапов
Алюминий в чистом виде в природе не встречается, именно поэтому еще 200 лет назад человечество ничего не знало об этом металле.
Метод получения алюминия при помощи электричества был разработан в 1886 году и применяется до сих пор. Вот как это происходит.
Добыча бокситов
ДОБЫЧА БОКСИТОВ
Производство алюминия начинается с добычи бокситов. Эта горная порода богата алюминием, который содержится в ней в форме гидрооксидов. Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточены в тропическом поясе.
Дробление
ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА
Выщелачивание
Руду загружают в автоклав и обрабатывают щелочью – едким натром.
В получившейся щелочной раствор из руды переходит практически весь
оксид алюминия, а все посторонние примеси формируют твердый осадок — красный шлам.
Декомпозиция
Раствор алюмината натрия несколько суток перемешивают в декомпозерах, в результате чего в осадок выпадает чистый глинозем – Al 2O3.
Электролиз
ЭЛЕКТРОЛИЗ АЛЮМИНИЯ
На алюминиевом заводе глинозем засыпают в ванны с расплавленным криолитом при температуре 950 ⁰С. Через раствор пропускают электрический ток силой до 400 кА и выше – он разрывает связь между атомами алюминия и кислорода, в результате металл в жидкой форме собирается на дне ванны.
Разливочная линия
ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ
Первичный алюминий отливается в слитки и отправляется потребителям, а также используется
для дальнейшего производства
алюминиевых сплавов для различных целей.
Литейные сплавы
АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Прокат
Благодаря высокой пластичности алюминий легко прокатывается в тончайшие листы. Для этих целей соответствующие алюминиевые сплавы выливают в прямоугольные бруски, достигающие 9 метров в длину и более. Из них производят алюминиевую фольгу и банки для напитков, а также детали автомобильных кузовов и многое другое.
Экструзия
Путем экструзии – получения нужной формы продавливанием размягченного металла через формовое отверстие – сегодня
изготавливается большинство изделий из алюминия: от оправы очков или корпуса телефона, до фюзеляжа самолета или космического корабля.
Переплавка
ПЕРЕРАБОТКА АЛЮМИНИЯ
В отличие от железа алюминий не подвержен коррозии, поэтому изделия из него можно переплавлять и использовать металл бесконечное количество раз. При этом переработка алюминия требует всего 5% энергии, затраченной на изготовление алюминия впервые.
Производство алюминия: victorborisov — LiveJournal
АО «Казахстанский электролизный завод» (КЭЗ), входящий в состав ENRC (Eurasian Natural Resources Corporation) — единственный завод в Казахстане по производству первичного алюминия. Завод находится в Павлодаре. Открыт в 2007 году. Включает в себя электролизный цех, литейный цех, цех по изготовлению анодов и другие вспомогательные отделения. На его базе образован металлургический кластер с полным циклом производства: добыча бокситов, получение глинозема, выработка «крылатого металла». В настоящий момент производственная мощность завода — 125 000 тонн в год.
Алюминий выпускается в двадцатикилограммовых слитках марки А-85 (содержит 99,85 % алюминия).А мы тем временем приступим к изучению технологии производства алюминия в фотографиях.
Общая информация
Алюминий — химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. По содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Земная кора на 8,8% состоит из алюминия (для сравнения, содержание в земной коре железа – 4,2%, меди – 0,003, золота – 0,000005%). В природе алюминий встречается только в виде различных и очень разнообразных по своему составу соединений. Основная их масса приходится на оксид алюминия — в обиходе он называется глиноземом , или просто глиной. Глина примерно на треть состоит из оксида алюминия и является потенциальным сырьем для его производства.
Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Это — небольшая плотность алюминия, хорошая пластичность и достаточная механическая прочность, высокие тепло- и электропроводность.
Алюминий нетоксичен, немагнитен и коррозионностоек к ряду химических веществ.
Важнейшие потребители алюминия и его сплавов — авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.
Производство алюминия
Сущность процесса производства алюминия заключается в получении безводного, свободного от примесей оксида алюминия (глинозёма) с последующим получением металлического алюминия путем электролиза растворенного глинозема в криолите.
Технологический процесс получения алюминия состоит из двух основных стадий:
• Получение глинозема (Al2O3) из алюминиевых руд;
• Электролиз и рафинирование алюминия из глинозема;
Глинозем получают из бокситов путем их обработки щелочью. Полученный алюминат натрия подвергают гидролизу.
В результате в осадок выпадают кристаллы гидроксида алюминия. Гидроксид алюминия обезвоживают путем нагрева во вращающихся печах и получают обезвоженный глинозем.
Для производства криолита сначала из плавикового шпата получают фтористый водород, а затем плавиковую кислоту. В раствор плавиковой кислоты вводят гидроксид алюминия, в результате чего образуется фторалюминиевая кислота, которую нейтрализуют содой и получают криолит, выпадающий в осадок. Его отфильтровывают и просушивают в сушильных барабанах.
Таким образом получают глинозем, представляющий из себя серый порошок. Следующая задача выделить из него чистый алюминий с помощью электролиза. Вот теперь начинается самое интересное:
Цех по изготовлению анодов
2. Алюминиевая промышленность является крупным потребителем угольных электродов, которые служат для подвода тока к электролиту в электролизерах.
3. Здесь производят прессованные предварительно обожженные электроды.
4. Анод представляет собой призматический блок, на верхней плоскости которого имеется несколько ниппельных гнезд (углублений).
5. Анодные блоки изготавливают из малозольных и малосернистых коксов.
6. Для подвода тока к аноду служат стальные ниппеля, которые вставляют в ниппельные гнезда и заливают расплавленным чугуном или заделывают углеродистой пастой.
7. Для производства углеродистых изделий применяют твердые углеродистые материалы, составляющие основу электрода, и связующие углеродистые вещества, заполняющие промежутки между зернами твердых углеродистых материалов. При обжиге изделий связующие вещества коксуются и прочно связывают зерна твердых углеродистых материалов между собой.
8.
9.
Электролизный цех
10. Современный цех электролиза представляет собой территориально и административно обособленную хозрасчетную единицу с полным циклом производства — от приемных складов сырья до складов товарной продукции, основу которого составляет одна или несколько серии последовательно соединенных электролизных ванн.
11. Электролизер представляет собой ванну с расплавленным криолитом, двойным фторидом натрия и алюминия, в котором растворено 3–5% глинозема, – плавающим на подушке из расплавленного алюминия. Стальные шины, проходящие через подину из углеродистых плит, используются для подачи напряжения на катод, а подвешенные угольные бруски, погруженные в расплавленный криолит, служат анодами. Рабочая температура процесса близка к 950° С, что значительно выше температуры плавления алюминия. Температура в электролизной ванне регулируется изменением зазора между анодами и катодным металлоприемником, на который осаждается расплавленный алюминий.
12.
13.
14. Жидкий алюминий выделившийся на подине, служащей катодом, тяжелее расплава соли электролита, поэтому собирается на угольном основании, откуда его периодически откачивают. Сверху в электролит погружены угольные аноды, которые сгорают в атмосфере выделяющегося из окиси алюминия кислорода, с выделением окиси углерода СО и двуокиси углерода CO2.
15. Сила тока на электролизерах составляет 150 000 А. Рабочее напряжение на ванне 4-5 В. Рядом с электролизерами присутствует сильное электромагнитное поле.
16. Специальная машина транспорта анодных паллет. Применяются для транспортировки свежих анодов и анодных огарков между анодо-монтажным отделением (АМО) и корпусом электролиза.
17. Общие размеры цеха впечатляют. Позади такой же ряд электролизеров, а также рядом находится второй цех аналогичных размеров.
18. Характерным для производства глинозема, фтористых солей и углеродистых изделий является требование максимальной степени чистоты этих материалов.
19. В состав электролита промышленных алюминиевых электролизеров, помимо основных компонентов — криолита, фтористого алюминия и глинозема, входят небольшие количества (в сумме до 8-9%) некоторых других солей, которые улучшают некоторые физико-химические свойства электролита и тем самым повышают эффективность работы электролизеров.
20. По мере обеднения электролита глиноземом в него вводят очередную порцию глинозема.
Литейный цех
21. Литейное отделение расположено на территории электролизного цеха с таким расчетом, чтобы транспортные пути жидкого металла из корпусов электролиза в литейное отделение были минимальными. Основное оборудование этого отделения — отражательные печи (миксеры) с электрическим обогревом.
22. Обычно для повышения качества продукции устанавливают последовательно две спаренные отражательные печи, одна из которых (отстойник) предназначается для приема, отстаивания, усреднения температуры и состава металла, а другая (разливочная) — для литья из нее различных видов продукции. Система стационарных печей в отличие от поворотных позволяет осуществить непрерывный процесс литья.
23. Жидкий алюминий выдерживают в электропечи в течение 30—45 минут при температуре 690—730 °С для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла.
24. Примеси удаляют рафинированием, для чего продувают хлор через
расплав алюминия. Образующийся парообразный хлористый алюминий, проходя через расплавленный металл, обволакивает частички примесей, которые всплывают на поверхность металла, где их удаляют. Хлорирование алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg и газов, растворенных в алюминии. После рафинирования чистота первичного алюминия составляет 99,5—99,85%.
25. Разливка мелкоформатной чушки производится в изложницы на разливочной машине конвейерного типа, оборудованной устройством для механического клеймения чушек и системой воздушного или водяного охлаждения изложниц.
26. Разливку металла в изложницы ведут короткой ровной струей. После заполнения изложниц с поверхности металла удаляют оксидную пленку.
27. Устройство для механического клеймения чушек.
28. Отлитые чушки укладываются в штабеля с помощью чушкоукладчика, установленного в конце конвейерной машины.
29. После этого готовая продукция упаковывается в паллеты по 1000 кг и отправляется на склад.
30. Для производства одной тонны алюминия требуется около 14 000 киловатт-часов электроэнергии и окол двух тонн глинозема. В то же самое время, для производства одной тонну глинозера требуется переработать около 5 тонн бокситовой руды. В настоящее время стоимость алюминия на лондонской бирже металлов составляет 2600 долларов за тонну.
Видео с электролизного завода. Я совершил небольшую ошибку пытаясь одновременно снимать фото и видео, в результате на видео имеются паузы в момент экспонирования.
Книга для самостоятельного изучения: Металлургия алюминия
Репортажи с этого завода также смотрите в ближайшее время в журналах russos и gelio (здесь).
Ранее в серии «Индустриальный Казахстан»:
Производство металлургического кремния
Производство стеклопластиковых труб
Локомотивосборочный завод по производству тепловозов ТЭ33А «Evolution»
Карьер золотоизвлекательной фабрики АО «Васильковский ГОК»
Алматинский метрополитен.
Часть 1/2
По вопросам организации фотосессий со мной можно связаться по электронной почте — [email protected]
Как производят алюминий
Все об алюминии
Несмотря на то, что алюминий является самым распространенным металлом на планете, чистый алюминий в природе не встречается. Атомы алюминия легко связываются с другими металлами, образуя соединения. В то же время алюминий невозможно выделить, просто расплавив соединения в печи, как, например, железо. Процесс производства алюминия намного сложнее и требует огромного количества электроэнергии. По этой причине алюминиевые заводы всегда строятся вблизи источников энергии, как правило, гидроэлектростанций, которые не загрязняют окружающую среду. Но давайте начнем с самого начала.
- Добыча бокситов
- Производство глинозема
- Криолит
- Производство алюминия
- Литейный дом
- Новые технологии
- Переработка
« Ничто в природе не возникает из ничего и
Ничто не возникает готовым к использованию ».
Александр Герцен
Русский публицист и писатель
Добыча бокситов
Процесс производства алюминия можно разделить на три этапа; из земли добывают первые бокситы, содержащие алюминий. Во-вторых, бокситы перерабатываются в глинозем или оксид алюминия, и, наконец, на третьем этапе чистый алюминий производится с помощью электролитического восстановления — процесса, в котором оксид алюминия расщепляется на компоненты с помощью электрического тока. Около 4-5 тонн бокситов перерабатываются в 2 тонны глинозема, из которых можно получить около 1 тонны алюминия.
В мире существует несколько полезных ископаемых, из которых можно получить алюминий, но наиболее распространенным сырьем является боксит. Бокситы – это минералы, состоящие в основном из оксида алюминия, смешанного с некоторыми другими минералами. Бокситы считаются качественными, если они содержат более 50% оксида алюминия.
Запасы бокситов
Подтвержденные мировые запасы бокситов оцениваются в 18,6 миллиардов тонн.
Существует множество разновидностей бокситов. По структуре они могут быть сплошными и плотными или рассыпчатыми. Обычный цвет кирпично-красный, огненно-красный или коричневый из-за оксида железа. Если содержание железа низкое, бокситы могут быть серыми или белыми. Но встречаются и желтые, темно-зеленые и даже разноцветные бокситы с голубоватыми, пурпурными, красными и черными оттенками.
Около 90% мировых запасов бокситов приходится на тропические и субтропические районы, при этом 73% приходится всего на пять стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. Гвинея имеет самые большие запасы бокситов, 5,3 миллиарда тонн (28,4% мировых запасов) и гвинейские бокситы очень высокого качества, содержащие минимальное количество примесей. Они также находятся очень близко к поверхности, что делает их добычу очень легкой.
Крупнейшие производители бокситов в мире, 2014 г.
Наиболее распространенным способом добычи бокситов является использование карьеров. С помощью специального оборудования с поверхности срезается один слой за другим, а затем порода транспортируется в другое место для дальнейшей обработки. Однако есть места, где алюминиевую руду приходится добывать глубоко под землей, и для ее добычи необходимо построить подземные шахты. Одна из самых глубоких шахт — Черемховская-Глубокая на Урале в России, ее стволы проходят на глубину 1550 метров.
Производство глинозема
Следующим этапом производственной цепочки является переработка бокситов в глинозем, или оксид алюминия — Al 2 O 3 , — белый порошок. Наиболее распространенным процессом производства глинозема из бокситов является процесс Байера, который был впервые обнаружен более 100 лет назад, но широко используется и сегодня. Около 90% глиноземных заводов в мире используют процесс Байера. Он очень эффективен, но его можно использовать только на высококачественных бокситах с довольно низким содержанием примесей, особенно кремния.
Принцип процесса Байера заключается в следующем: кристаллизованный гидрат алюминия, находящийся в бокситах, легко растворяется в концентрированной каустической соде (NaOH) при высоких температурах, а при понижении температуры и повторном увеличении концентрации раствора гидрат алюминия кристаллизуется, но остальные элементы, содержащиеся в боксите (так называемый балласт), либо не растворяются, либо перекристаллизовываются и оседают на дно задолго до кристаллизации гидрата алюминия. Это означает, что после растворения гидрата алюминия в едком натре балласт можно легко выделить и удалить. Этот балласт известен как красный шлам.
Красный шлам представляет собой густую красно-коричневую пасту, состоящую из соединений кремния, железа, титана и других. Его утилизируют на специальных изолированных площадках, называемых шламоотвалами. Площадки шламоотвала предназначены для предотвращения просачивания щелочи, содержащейся в шламе, в грунтовые воды.
После засыпки шламоотвала территорию можно рекультивировать, засыпав ее песком, пеплом или грязью и посадив там определенные виды деревьев и растений. Хотя на полную рекультивацию могут уйти годы, в итоге территория вернется в исходное состояние.
Многие специалисты не считают красный шлам отходами, поскольку его можно использовать в качестве сырья. Например, из него можно получить скандий, а затем использовать его в алюминиево-скандиевых сплавах. Скандий придает алюминиевым сплавам особую прочность, и такие сплавы можно использовать в автомобилях, ракетах, спортивном инвентаре и в производстве электрических проводов.
Красный шлам также можно использовать в производстве чугуна, бетона и редкоземельных металлов.
Крупные частицы гидрата алюминия можно относительно легко отфильтровать из раствора. Затем их промывают водой, сушат и прокаливают, то есть нагревают для удаления воды. Выходом этого процесса является глинозем.
Нефелин
Бокситы являются наиболее распространенным сырьем для производства глинозема, но не единственным.
Глинозем также можно получить из нефелина. Нефелин встречается в виде апатито-нефелиновой породы (апатит — оксид кальция и фосфора). В процессе производства глинозема из нефелина также образуются побочные продукты: сода, поташ (материал, используемый в строительстве, производстве некоторых химикатов, пищевой промышленности и т. д.) и редкий металл галлий. Отходы производства, белый шлам, могут быть использованы для производства высококачественного цемента. Для производства 1 тонны глинозема требуется 4 тонны нефелина и 7,5 тонн известняка 9.0003
Глинозем имеет неограниченный срок годности, но его необходимо хранить в правильных условиях, так как он при первой же возможности впитает влагу, поэтому производители глинозема предпочитают отправлять его на плавильные заводы как можно скорее. Первый глинозем укладывается в штабели весом до 30 000 тонн. В итоге таким образом строится своего рода слоеный пирог высотой 10-12 метров. Затем куча разрезается и загружается в железнодорожные вагоны по 60-75 тонн в вагоне (в зависимости от типа вагона) для отправки на плавильные заводы.
Существует еще один, гораздо менее распространенный метод получения глинозема. Это называется спеканием. Идея состоит в том, чтобы делать твердые материалы из порошков при высокой температуре. Бокситы спекаются с содой и известью. Последние два элемента связывают кремнезем в нерастворимые силикаты, которые затем можно легко отделить от глинозема. Процесс спекания более энергоемкий, чем процесс Байера, но с его помощью можно получать глинозем из бокситов с высоким содержанием токсичных примесей кремнезема.
Криолит
Ивиттууит
Одно из немногих природных месторождений криолита на Земле находится в городе Ивитууит в Гренландии. Он был открыт в 1799 году. Добыча криолита прекратилась в 1987 году, когда был разработан процесс производства искусственного криолита. Позднее криолит был обнаружен в Ильменских горах на Южном Урале (в Миассе) и в Колорадо, США.
Глинозем является непосредственным источником алюминия в процессе производства алюминия, но для создания подходящей среды для электролиза необходим еще один компонент, и этим компонентом является криолит.
Это редкий природный минерал фтора, который из-за его дефицита в естественной форме был получен искусственно. В современном металлургическом производстве криолит получают путем смешивания плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия и содой.
Производство алюминия
Итак, мы добыли боксит, сделали из него глинозем и накопили криолит, и теперь все готово к последнему этапу: электролитическому восстановлению для получения алюминия. Участок восстановления — это сердце алюминиевого завода, и он сильно отличается от производственных цехов на ваших типичных сталелитейных заводах, производящих чугун или сталь. Район редукции состоит из нескольких прямоугольных зданий, длина которых иногда превышает 1 километр. Внутри сотни редукционных ячеек или котлов, расположенных рядами и подключенных к источникам питания через массивные кабели. Постоянное напряжение на электродах каждой восстановительной ячейки колеблется в пределах от 4 до 6 вольт, при этом сила тока может достигать 300, 400 кА и более.
Именно электрический ток является основной производительной силой в этом процессе. В типичной зоне сокращения находится всего несколько человек, поскольку все ключевые процессы автоматизированы.
Ток для производства алюминия
Для запуска двигателя автомобиля необходим ток 300-350А в течение 30 секунд. Это в 1000 раз меньше, чем требуется одной ячейке редуктора на постоянной основе.
В каждом электролизере алюминий производится из глинозема в процессе электролитического восстановления. Вся ячейка заполнена расплавленным криолитом, создающим проводящую среду при температуре 950°С. Дно ячейки работает как катод, а роль катода играют специальные криолито-углеродные блоки длиной 1,5 метра и шириной 0,5 метра, которые опускают в ячейку. Эти блоки выглядят как массивные молотки.
Каждые тридцать минут автоматическая система подачи глинозема сбрасывает в электролизер новую порцию глинозема. Электрический ток, протекающий через ячейку, разрушает связь между алюминием и кислородом, в результате чего алюминий оседает на дно ячейки и образует слой толщиной 10-15 см, а кислород связывается с углеродом в анодных блоках с образованием углекислого газа.
.
Два-четыре раза в день алюминий извлекают из электролизера специальными вакуумными ковшами. В криолитовой корке, образующейся на поверхности восстановительной камеры, пробивают отверстие, затем через отверстие опускают трубу. По этой трубе в ведро засасывается жидкий алюминий, из которого заранее откачивается весь воздух. В среднем из каждой электролизера извлекается около 1 тонны металла, а вакуумный ковш может вместить 4 тонны расплавленного алюминия. Как только ведро наполнится, его отвезут в литейный двор.
На каждую тонну произведенного алюминия выбрасывается 280 000 кубометров газа. По этой причине каждая электролизер, независимо от ее конструкции, оснащена системой газоудаления, которая улавливает выделяющиеся в процессе восстановления газы и направляет их на установку газоочистки. Современные системы очистки сухих газов используют глинозем для фильтрации токсичных соединений фтора из газов. Таким образом, прежде чем использовать в производстве алюминия, глинозем сначала используется для обработки газов, выбрасываемых при более раннем производстве алюминия.
Так что в каком-то смысле это замкнутый круг.
Процесс восстановления алюминия требует огромного количества электроэнергии, поэтому важно использовать возобновляемые источники энергии, не загрязняющие окружающую среду. Наиболее распространенным возобновляемым источником энергии являются гидроэлектростанции, поскольку они могут выдавать необходимую мощность, не загрязняя атмосферу. Например, в России 95% алюминиевых заводов получают электроэнергию от гидроэлектростанций. Однако в мире есть места, где по-прежнему доминирует угольная генерация, например, в Китае, 93% производства алюминия получают энергию от электростанций, работающих на угле. При использовании гидроэлектроэнергии в атмосферу выбрасывается всего 4 тонны углекислого газа на каждую тонну произведенного алюминия, а при использовании угольной генерации выбрасывается в пять раз больше углекислого газа на каждую тонну произведенного алюминия, или 21,6 тонны. углекислый газ.
Углекислый газ
За один солнечный день один гектар леса потребляет из атмосферы 120-280 кг углекислого газа и выделяет 180-200 кг кислорода.
Литейный цех
Расплавленный алюминий транспортируется в ведрах в литейный цех плавильного завода. На этой стадии металл еще содержит много железа, кремния, меди и других элементов. Однако даже самые незначительные количества примесей могут резко повлиять на свойства алюминия, поэтому в литейном цехе все примеси удаляются путем переплавки алюминия в специальной печи при температуре 800 o С. Полученный чистый алюминий отливается в специальные формы, где он может затвердеть.
Самые маленькие алюминиевые слитки, часто называемые чушками, весят от 6 до 22,5 кг. Когда клиенты получают алюминий, доставленный им в болванках, они переплавляют его, добавляют любые необходимые компоненты, а затем перерабатывают их в форме, необходимой для их целей.
Самые крупные слитки, 30-тонные слябы длиной 11,5 метров, изготавливаются в специальных изложницах, заглубленных на глубину до 13 метров в землю. Горячий алюминий заливают в такую форму в течение двух часов, при этом сляб «растет» в форме, как сосулька, только снизу вверх.
По мере литья сляб охлаждается водой и, как только процесс литья завершен, сляб готов к отгрузке. Затем плиты обычно раскатывают в тонкие листы, которые затем используются при производстве фольги, банок для напитков или панелей кузова автомобиля.
Алюминиевые заготовки длиной 7 метров используются для изготовления прессований – это когда заготовка проталкивается через отверстие необходимой формы. Экструзия — это процесс, используемый для изготовления подавляющего большинства алюминиевых изделий.
В литейном цехе алюминию придают не только необходимую форму, но и необходимый химический состав. Дело в том, что чистый алюминий используется гораздо реже, чем алюминиевые сплавы.
Алюминиевые сплавы получают путем смешивания алюминия с различными другими металлами (так называемыми легирующими элементами). Одни повышают прочность алюминия, другие делают его более плотным, третьи изменяют его теплопроводные свойства и т. д. Распространенными легирующими элементами являются бор, железо, кремний, магний, марганец, медь, никель, свинец, титан, хром, цинк, цирконий, литий, скандий, серебро и другие.
Кроме того, в состав алюминиевых сплавов могут входить десятки других легирующих элементов, таких как стронций, фосфор и другие, поэтому общее количество возможных сплавов весьма внушительно. Сегодня в промышленности используется более 100 алюминиевых сплавов.
Новые технологии
Производители алюминия постоянно совершенствуют свои производственные процессы, чтобы добиться максимального качества при минимальных затратах и воздействии на окружающую среду. Уже разработаны электролизеры, работающие на ток 400 и 500 кА, модернизируются электролизеры старого поколения.
Одной из самых передовых технологий, над которой сегодня работают производители алюминия, является процесс инертного анода. Это уникальный революционный процесс, который может позволить производителям алюминия полностью отказаться от использования угольных анодов. Инертный анод потенциально можно использовать до бесконечности, но, что наиболее важно, процесс восстановления на основе инертного анода выбрасывает в атмосферу не углекислый газ, а чистый кислород.
Один звонок инертного анода может произвести столько кислорода, сколько 70 гектаров леса. В настоящее время процесс инертного анода разрабатывается в секрете и проходит промышленные испытания, но кто знает, может быть, в ближайшем будущем он превратит алюминиевую промышленность в легкие нашей планеты.
Переработка
Одним из важных свойств алюминия является то, что он сохраняет свои свойства после обработки, что означает, что изделия из алюминия могут быть переработаны в новые изделия. Это помогает сохранить колоссальное количество энергии, которое необходимо использовать для производства первичного алюминия.
По оценкам Международного института алюминия, с 1880 года в мире было произведено почти миллиард тонн алюминия, и три четверти этого количества все еще используются сегодня. Около 35 % используется в зданиях и сооружениях, 30 % — в электрических кабелях и оборудовании и 30 % — в транспорте.
Здания и сооружения
Кабели электрические
Транспорт
Алюминиевый лом собирают по всему миру.
В быту это в основном алюминиевые банки из-под напитков. Было подсчитано, что 1 кг переработанных пустых банок из-под напитков экономит 8 кг бокситов, 4 кг различных фторидов и 14 кВт/ч электроэнергии. Кроме того, переработка алюминия значительно снижает негативное воздействие постоянно расширяющихся свалок на окружающую среду. По мере того, как идея экологической ответственности набирает все большую популярность, раздельная переработка мусора становится все более популярной во всем мире.
Алюминиевые банки — один из самых перерабатываемых продуктов в мире. Примерно через 6 недель после использования алюминиевые банки снова появляются на полках магазинов
Каждый год в мире производится 220 миллиардов банок для напитков, 90% из них перерабатываются в Европе, и часто эти банки перерабатываются, а полученный из них алюминий используется для изготовления новых алюминиевых банок. Это одна из причин, по которой алюминиевые банки для напитков часто называют вечным продуктом.
Но все может быть переработано: автомобильные детали, использованная алюминиевая фольга для приготовления пищи, велосипедные рамы, что угодно, если это сделано из алюминия, его можно переработать.
Фото: © Shutterstock и © Русал.
Как производится алюминий?
Разное
Как использовать: Нажимайте на стрелки справа, чтобы увидеть следующий этап производства алюминия.
Как производится алюминий?
Алюминий — один из наиболее широко используемых металлов, который можно найти во всем, от пивных банок до деталей самолетов.
Однако легкий металл не встречается в природе, и его производство представляет собой сложный процесс.
Приведенная выше инфографика использует данные USGS, Aluminium Leader и других источников для разбивки на три этапа производства алюминия.
Три этапа производства алюминия
Каждый год в мире производится около 390 миллионов тонн бокситов горных пород, 85% которых используется для производства алюминия.
Бокситы представляют собой горные породы, состоящие из оксидов алюминия наряду с другими минералами, и являются основным источником алюминия в мире. После добычи бокситы перерабатываются в глинозема , который затем превращается в алюминий.
Таким образом, алюминий обычно превращается из руды в металл в три этапа.
Стадия 1: Добыча бокситов
Бокситы обычно добываются из-под земли открытым способом, и только на три страны — Австралию, Китай и Гвинею — приходится 72% мировой добычи.
| Страна | 2021 Шахта Добыча бокситов (тонн) | % от общего количества |
|---|---|---|
| Австралия 🇦🇺 | 110 000 000 | 28,2% |
| Китай 🇨🇳 | 86 000 000 | 22,1% |
| Гвинея 🇬🇳 | 85 000 000 | 21,8% |
| Бразилия 🇧🇷 | 32 000 000 | 8,2% |
| Индия 🇮🇳 | 22 000 000 | 5,6% |
| Индонезия 🇮🇩 | 18 000 000 | 4,6% |
| Россия 🇷🇺 | 6 200 000 | 1,6% |
| Ямайка 🇯🇲 | 5 800 000 | 1,5% |
| Казахстан 🇰🇿 | 5 200 000 | 1,3% |
| Саудовская Аравия 🇸🇦 | 4 300 000 | 1,1% |
| Остальной мир 🌍 | 15 500 000 | 4,0% |
| Итого | 390 000 000 | 100,0% |
Австралия, безусловно, является крупнейшим производителем бокситов, а также здесь находится рудник Вейпа, крупнейшее предприятие по добыче бокситов в мире.
Гвинея, третий по величине производитель, обладает более чем семью миллиардами тонн запасов бокситов, больше, чем любая другая страна. Кроме того, Гвинея является крупнейшим экспортером бокситов в мире: 76% ее экспорта бокситов идет в Китай.
После извлечения боксита из-под земли его отправляют на нефтеперерабатывающие заводы по всему миру для производства глинозема, что является вторым этапом производственного процесса.
Стадия 2: Производство глинозема
В 1890-х годах австрийский химик Карл Йозеф Байер изобрел революционный процесс извлечения глинозема из бокситов. Сегодня — более 100 лет спустя — около 90% глиноземных заводов все еще используют процесс Байера для очистки бокситов.
Вот четыре ключевых этапа процесса Байера:
- Разложение:
Боксит смешивают с гидроксидом натрия и нагревают под давлением. На этом этапе гидроксид натрия селективно растворяет оксид алюминия из боксита, оставляя другие минералы в виде примесей.
- Фильтрация:
Примеси отделяются и фильтруются из раствора с образованием остатка, известного как красный шлам . После удаления бурового раствора оксид алюминия превращается в алюминат натрия. - Осаждение:
Раствор алюмината натрия охлаждают и осаждают в твердую кристаллическую форму гидроксида алюминия. - Прокаливание:
Кристаллы гидроксида алюминия промывают и нагревают в кальцинаторах с образованием чистого оксида алюминия — песчано-белого материала, известного как оксид алюминия.
Примеси или красный шлам, остающиеся в процессе производства глинозема, представляют серьезную экологическую проблему. Фактически, на каждую тонну глинозема нефтеперерабатывающие заводы производят 1,2 тонны красного шлама, и сегодня в мире хранится более трех миллиардов тонн .
Китай, второй по величине производитель и крупнейший импортер бокситов, поставляет более половины мирового глинозема.
| Страна | 2021 Производство глинозема (тонн) | % от общего числа |
|---|---|---|
| Китай 🇨🇳 | 74 000 000 | 53% |
| Австралия 🇦🇺 | 21 000 000 | 15% |
| Бразилия 🇧🇷 | 11 000 000 | 8% |
| Индия 🇮🇳 | 6 800 000 | 5% |
| Россия 🇷🇺 | 3 100 000 | 2% |
| Германия 🇩🇪 | 1 900 000 | 1% |
| Ирландия 🇮🇪 | 1 900 000 | 1% |
| Саудовская Аравия 🇸🇦 | 1 800 000 | 1% |
| Украина 🇺🇦 | 1 700 000 | 1% |
| Испания 🇪🇸 | 1 600 000 | 1% |
| Остальной мир 🌍 | 15 100 000 | 11% |
| Итого | 139 900 000 | 100% |
Несколько крупных производителей бокситов, включая Австралию, Бразилию и Индию, входят в число крупнейших производителей глинозема, хотя ни один из них не приближается к Китаю.
Глинозем применяется во многих отраслях промышленности, включая производство пластмасс, косметики и химической продукции. Но, конечно, большая его часть отправляется на плавильные заводы для производства алюминия.
Стадия 3: Производство алюминия
Глинозем превращается в алюминий путем электролитического восстановления. Помимо самого глинозема, еще один минерал, называемый криолитом, играет ключевую роль в процессе наряду с большим количеством электричества. Вот упрощенный обзор того, как работает плавка алюминия:
- На алюминиевых заводах сотни электролизеров заполнены расплавленным криолитом. Глинозем
- (состоящий из двух атомов алюминия и трех атомов кислорода) затем сбрасывается в эти ячейки, и сильный электрический ток разрывает химическую связь между атомами алюминия и кислорода.
- В результате электролиза чистый жидкий алюминий оседает на дне электролизера, который затем очищается и отливается в различные формы и размеры.
Китай доминирует в мировом производстве алюминия, а также является крупнейшим потребителем. Его сосед Индия является вторым по величине производителем, производя лишь десятую часть продукции Китая.
| Страна | 2021 Алюминиевый завод Производство (тонн) | % от общего объема |
|---|---|---|
| Китай 🇨🇳 | 39 000 000 | 59% |
| Индия 🇮🇳 | 3 900 000 | 6% |
| Россия 🇷🇺 | 3 700 000 | 6% |
| Канада 🇨🇦 | 3 100 000 | 5% |
| Объединенные Арабские Эмираты 🇦🇪 | 2 600 000 | 4% |
| Австралия 🇦🇺 | 1 600 000 | 2% |
| Бахрейн 🇧🇭 | 1 500 000 | 2% |
| Исландия 🇮🇸 | 880 000 | 1% |
| США 🇺🇸 | 880,000 | 1% |
| Остальной мир 🌍 | 9 400 000 | 14% |
| Итого | 66 560 000 | 100% |
Как и в случае производства глинозема, некоторые страны, производящие бокситы и глинозем, также производят алюминий, например, Индия, Австралия и Россия.
Примерно четверть ежегодно производимого алюминия используется в строительной отрасли. Еще 23% приходится на рамы автомобилей, провода, колеса и другие части транспортной отрасли. Алюминиевая фольга, банки и упаковка также являются еще одним важным конечным продуктом с долей потребления 17%.
Широкое применение алюминия сделало его одним из самых ценных рынков металла. В 2021 году мировой рынок алюминия оценивался примерно в 245,7 млрд долларов , и по мере роста потребления прогнозируется, что к 2030 году он почти удвоится и составит 498,5 млрд долларов .
Разное
позволить себе здоровое питание в 139 странах.
3 миллиарда человек, которые не могут позволить себе здоровое питание
Несмотря на то, что средства массовой информации редко обращают на них внимание, голод и недоедание — это проблемы, от которых ежедневно страдают миллионы людей.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), в 2020 году более 3 миллиардов человек не могли позволить себе здоровое питание, что на 112 миллионов человек больше, чем в 2019 году. Отчасти это увеличение произошло из-за роста цен на продукты питания, а также средняя стоимость здорового питания выросла на 3,3% по сравнению с уровнем 2019 года.
По состоянию на август 2022 года индекс цен на продовольствие ФАО вырос на 40,6% по сравнению со средним уровнем 2020 года. Если уровень доходов не увеличится на аналогичную величину, кризис здорового питания, вероятно, усугубится, особенно в странах с низким уровнем доходов, где наблюдается безудержная продовольственная инфляция.
Используя данные ФАО, приведенная выше инфографика отображает долю людей, не способных позволить себе здоровое питание, в 138 различных странах по состоянию на 2020 год (последние доступные данные).
Стоимость и доступность здорового питания
По данным ФАО, здоровое питание — это питание, удовлетворяющее ежедневные потребности в энергии, а также требования в рамках пищевых продуктов и рекомендаций по питанию, разработанных в стране.
(Не)доступность измеряется путем сравнения стоимости здорового питания с уровнем дохода в стране. Если стоимость превышает 52% среднего дохода домохозяйства, диета считается недоступной.
Вот доля населения, которое не может позволить себе здоровое питание, и стоимость такого питания во всем мире: Диета (долл. США на человека в день)
США В 52 странах более половины населения не может позволить себе здоровое питание. Большинство из них находятся в Африке, остальные — в Азии, Океании и Америке.
Напротив, в четырех странах — Азербайджане, Исландии, Швейцарии и ОАЭ — каждый может позволить себе здоровое питание. Аналогичная картина для большинства европейских и развитых стран с высоким уровнем дохода, где более населения могут позволить себе здоровое питание.
Если перевести проценты в цифры, то в Азии проживает наибольшее количество людей, не способных позволить себе здоровое питание: 1,89 млрд , из которых 973 млн человек проживает только в Индии. Еще 1 миллиард человек проживает в Африке, из них около 151 миллиона человек — в Америке и Океании.
Хотя голод является проблемой во всем мире, он особенно остро стоит в африканских странах, которые охватывают все 20 первых мест в приведенной выше таблице.
Углубление продовольственного кризиса в Африке
Во многих странах Африки к югу от Сахары более 90% населения не могут позволить себе здоровое питание.
Африка к югу от Сахары особенно подвержена экстремальным климатическим явлениям и, как следствие, неустойчивости цен на продовольствие. Примерно одна треть засух в мире происходит в регионе, и некоторые страны к югу от Сахары также сильно зависят от импорта продовольствия.
Российское вторжение в Украину усугубило кризис, поскольку многие африканские страны импортируют более 50% своей пшеницы из двух конфликтующих стран. Рост цен на продовольствие из-за этого нарушения цепочки поставок привел к двузначной инфляции цен на продукты питания во многих африканских странах, а это означает, что больше людей, вероятно, не смогут позволить себе здоровое питание.
Район Африканского Рога на восточной оконечности Африки особенно неспокойен. Все страны региона зависят от пшеницы из России и Украины, при этом Эритрея (100%) и Сомали (>90%) занимают первые места в таблице зависимости от импорта. Кроме того, регион переживает сильнейшую за 40 лет засуху наряду с продолжающимися политическими конфликтами. В результате 22 миллиона человек находятся под угрозой голодной смерти.
Рост населения и отсутствие продовольственной безопасности
Прогнозируется, что к ноябрю 2022 года население мира превысит 8 миллиардов человек, и многие из наиболее быстро развивающихся стран также испытывают нехватку продовольствия.
К 2050 году население мира, вероятно, увеличится на 35%, и для удовлетворения растущего спроса на продукты питания производство сельскохозяйственных культур необходимо удвоить. Учитывая, что сельское хозяйство является одним из крупнейших источников выбросов парниковых газов, это увеличение производства сельскохозяйственных культур также должно быть экологически устойчивым.
По мере усиления последствий изменения климата и увеличения спроса на продовольствие сокращение пищевых отходов, создание устойчивой к изменению климата сельскохозяйственной инфраструктуры и повышение производительности сельского хозяйства будут играть ключевую роль в устойчивом снижении уровня отсутствия продовольственной безопасности.
Продолжить чтение
Разное
Недавние наводнения в Пакистане затронули более 33 миллионов человек. Где в мире самый высокий риск наводнения?
По всему миру нанесены риски наводнений
Опустошительные наводнения в Пакистане этим летом привели к гибели более 1400 человек и одной трети территории страны под водой.
В связи с этим возникает вопрос: какие страны и их население наиболее уязвимы к риску наводнения во всем мире?
Используя данные недавнего исследования, опубликованного в журнале Nature , этот график отображает риски наводнений по всему миру, выделяя 1,81 миллиарда человек, которые непосредственно подвергаются наводнениям раз в 100 лет. Методология учитывает потенциальные риски как внутренних, так и прибрежных наводнений.
Страны Азии, наиболее подверженные риску повышения уровня воды
Неудивительно, что в странах со значительными береговыми линиями, речными системами и равнинами высокий процент населения подвергается риску.
Нидерланды и Бангладеш — единственные две страны в мире, более половины населения которых находится в опасности из-за наводнения: 59% и 58% соответственно. Вьетнам (46%), Египет (41%) и Мьянма (40%) замыкают остальные пять ведущих стран.
Помимо Нидерландов, только две другие европейские страны входят в топ-20 стран по проценту населения, подверженного риску, Австрия (18-е место в 29%) и Албания (20-е место с 28%).
| Место | Страна | Риск наводнений, по подверженному воздействию населения (%) | Общее население, подвергшееся воздействию |
|---|---|---|---|
| #1 | 🇳🇱 Нидерланды | 58,7% | 10 100 000 |
| #2 | 🇧🇩 Бангладеш | 57,5% | 94 424 000 |
| #3 | 🇻🇳 Вьетнам | 46,0% | 45 504 000 |
| #4 | 🇪🇬 Египет | 40,5% | 38 871 000 |
| #5 | 🇲🇲 Мьянма | 39,9% | 19 104 000 |
| #6 | 🇱🇦 Лаос | 39,7% | 2 985 000 |
| #7 | 🇰🇭 Камбоджа | 38,1% | 7 431 000 |
| #8 | 🇬🇾 Гайана | 37,9% | 276 000 |
| #9 | 🇸🇷 Суринам | 37,7% | 233 000 |
| #10 | 🇮🇶 Ирак | 36,8% | 16 350 000 |
| #11 | 🇹🇭 Таиланд | 33,9% | 25 431 000 |
| #12 | 🇸🇸 Южный Судан | 32,5% | 5 437 000 |
| #13 | 🇵🇰 Пакистан | 31,1% | 71 786 000 |
| #14 | 🇳🇵 Непал | 29,4% | 11 993 000 |
| #15 | 🇨🇬 Республика Конго | 29,3% | 1 170 000 |
| #16 | 🇵🇭 Филиппины | 29,0% | 30 483 000 |
| #17 | 🇯🇵 Япония | 28,7% | 36 060 000 |
| #18 | 🇦🇹 Австрия | 27,8% | 2 437 000 |
| #19 | 🇮🇳 Индия | 27,7% | 389 816 000 |
| #20 | 🇦🇱 Албания | 27,6% | 771 000 |
| #21 | 🇨🇳 Китай | 27,5% | 394 826 000 |
| #22 | 🇹🇩 Чад | 27,4% | 4 547 000 |
| #23 | 🇮🇩 Индонезия | 27,0% | 75 696 000 |
| #24 | 🇭🇷 Хорватия | 26,9% | 1 094 000 |
| #25 | 🇸🇰 Словакия | 26,7% | 1 401 000 |
В одном только регионе Юго-Восточной Азии проживает более двух третей населения мира, подверженного риску наводнений: 1,24 миллиарда человек .
На Китай и Индию приходится 395 миллионов и 390 миллионов человек соответственно, причем обе страны лидируют по абсолютному количеству людей, которым грозит повышение уровня воды. Остальные пять стран по общей численности населения, подверженного риску, — это Бангладеш (94 миллиона человек в группе риска), Индонезия (76 миллионов человек в группе риска) и Пакистан (72 миллиона человек в группе риска).
Как наводнения уже затрагивают такие страны, как Пакистан
Несмотря на то, что прогнозируемые климатические и стихийные бедствия часто проявляются через годы, в 2021 году наводнения затронули более 100 миллионов человек. Недавние летние наводнения в Пакистане продолжили эту тенденцию в 2022 году.
С 31% его населения (72 миллиона человек) подвержены риску наводнения, Пакистан особенно уязвим для наводнений.
По оценкам, в 2010 году наводнения в Пакистане затронули более 18 миллионов человек. По оценкам, недавние наводнения, начавшиеся в июне, затронули более 33 миллионов человек, поскольку более одна треть территории страны находится под водой.
Стоимость наводнений сегодня и в будущем
Несмотря на то, что рост человеческих жертв является самой большой проблемой, связанной с наводнениями, они также влекут за собой огромные экономические издержки. В прошлом году засухи, наводнения и ураганы нанесли экономический ущерб во всем мире на общую сумму 224,2 миллиарда долларов, что почти вдвое превышает среднегодовой показатель 2001–2020 годов, составлявший 117,8 миллиарда долларов.
В недавнем отчете прогнозировалось, что к 2050 году риски, связанные с водой (вызванные засухами, наводнениями и ураганами), могут поглотить 5,6 трлн долларов мирового ВВП, причем 36% этих прямых потерь, по прогнозам, придется на наводнения.
Поскольку человеческие и экономические потери, вызванные наводнениями, продолжают расти, странам во всем мире необходимо будет сосредоточиться на превентивной инфраструктуре и восстановительных решениях для экосистем и сообществ, которые уже пострадали и подвергаются наибольшему риску наводнения.