Размещено на http://www.allbest.ru

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. М.В. ЛОМОНОСОВА

Географический факультет

Кафедра социально-экономической географии зарубежных стран

Реферат

по курсу География промышленности зарубежных стран

на тему «Алюминиевая промышленность мира

Выполнил: студент 3 курса

Миннуллин Б. И.

Проверил:

к.г.н. Сокольский В.М.

Москва -- 2016

Введение

Глава I. История мировой алюминиевой промышленности

Первое упоминание о металле, который по внешнему виду и физическим характеристикам был похож на алюминий, зафиксировано в "Естественной истории" римского писателя Плиния Старшего, который жил в I веке нашей эры. По легенде, римскому императору Тиберию был подарен чрезвычайно легкий и красивый кубок, из металла серебристо-серого цвета. Даритель, который вручил этот кубок, ждал от императора ответной благодарности, но император в ответ повелел казнить его. Плиний объясняет это тем, что император боялся, что на фоне этого металла может обесцениться золото и серебро.

Следующее документированное появление алюминия относится к XVI веку, когда известный алхимик Парацельс, смог выделить из квасцов "квасцовую землю", содержащую окись неизведанного металла. Такой же химический процесс в XVIII веке произвел Андреас Маргграф, немецкий химик, а получившийся оксид алюминия он назвал "alumina". Именно тогда об алюминии узнала наука. Но этот металл не получил широкого применения, пока не был найден в чистом виде.

В то же время, но уже в Великобритании, английский физик Хэмфри Дэви делал попытки получить алюминий с помощью электролиза. Эти попытки не были успешными, однако сам металл приобрел свое нынешнее название.

Успехом увенчались опыты учёного-физика из Дании Ханса Христиана Эрстеда, который через сильно нагретую смесь глинозема и угля пропустил газ хлор. В результате был получен хлорид алюминия. Затем, подогрев эту соль с амальгамой калия, Ханс Эрстед выделил металл, который по своим физическим свойствам был похож на олово. Учёный опубликовал статью о своём опыте в журнале, после чего прекратил свои эксперименты с этим металлом.

Этот способ выделения чистого алюминия путём нагревания хлористого алюминия вперемешку с калием в 1827 году использовал немецкий химик Фридрих Вёлер, и ему понадобилось приблизительно 20 лет на то, чтобы получить алюминий в слитке.

Широкое распространение металл получил в 1854 году, когда французский физик и химик Анри Сент-Клер Девиль изобрёл промышленный способ получения алюминия. Этот химический процесс был основан на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия. Таким образом был заменен дорогостоящий калий. Этим способом было получено более 200 тонн металлического алюминия в течение последующих 36 лет. А уже в 1856 году этот французский учёный получил алюминий методом электролиза из расплавленного двойного хлорида натрия-алюминия.

Французский император Наполеон III восхитился способом получения металла из глинозёма и имел планы по вооружению всей своей армии оружием из того очень легкого металла. С этой целью было построено несколько алюминиевых заводов во Франции. Это был первый шаг в формировании будущей алюминиевой промышленности мира

Однако процесс получения алюминия всё ещё оставался дорогостоящим. Более дешевый метод получения металла появился во второй половине XIX века. Независимо друг от друга, новый способ выделения алюминия искали двое ученых - американский инженер и химик из Соединённых Штатов Америки Холл Чарльз и французский инженер-химик Поль Луи-Туссен Эру. В 1887 году Холл получил патент на новый электролитический способ получения алюминия. Этот способ заключался в электролизе расплавленного в криолите оксида алюминия и требовал большого количества электроэнергии, потому также был довольно дорогим.

Чуть позже австрийский инженер Байер, создал новую технологию получения глинозема, и тогда этот способ стал ещё более дешевым. С тех времен и поныне способы Байера и Поля Эру применяются на современных алюминиевых заводах.

Рис.1. Схема получения глинозёма по способу Байера [8]

Чистый алюминий является непрочным металлом, потому не подходит для многих сфер применения. Эта проблема была решена немецким инженером-металлургом Альфредом Вильмом.

В 1903 году Альфред Вильм зафиксировал, что сплав алюминия с 4-процентной медью при температуре закалки 500 градусов Цельсия после охлаждения при комнатной температуре около 100-120 часов, становится более твердым и прочным, но при этом не теряет своей пластичности. В 1911 году в городе Дюрен была выпущена первая партия такого сплава алюминия и меди. Полученный металл был назван в честь города - дюралюминий. В 1919 году из него был изготовлен первый самолет.

Таким образом, зародилась мировая алюминиевая промышленность, а сам металл получил широкое применение. В начале XX века мировое производство алюминия составляло около 8000 тонн. А в XXI веке объем мирового производства металла достиг 24000000 тонн.

Глава II. Современное состояние алюминиевой промышленности

Производство алюминия особенно быстрыми темпами развивалось во время и после Второй мировой войны. Производство первичного алюминия (без учёта СССР) составляло 620000 тон в 1939 году. В 1943 году оно составило 1900000 тонн. В 1956 году во всем мире производилось 3400000 тонн первичного алюминия, в 1965 году мировое производство алюминия составило 5400000 тонн, в 1980 -- 16100000 тонн, а в 1990 -- 18000000 тонн. Производство алюминия в мире в 2007 году составило 37410000 тонн (по данным Международного института алюминия) и оно продолжает расти. В 2014 году в мире было произведено более 52000000 тонн алюминия [1].

По уровню потребления и производства алюминий занимает лидирующее положение среди отраслей цветной металлургии, а в металлургии по объемам производства уступает лишь стали.

В России алюминиевая промышленность является одной из крупнейших металлургических отраслей. Россия занимает первое место в мире как экспортер алюминия и второе как производитель. Мировым лидером по производству алюминия является Китай, однако большая часть произведенного металла уходит на внутреннее потребление.

Таблица 1. Крупнейшие страны по объему производства алюминия [4]

Сырьевая база

Главным природным сырьём, из которого получают глинозём, являются бокситы. Сам глинозём используется для получения из него алюминия. Чтобы получить одну тонну металлического алюминия требуется примерно 1930 килограмм глинозёма, (а также 50 килограмм солей фтора и 550 килограмм угольных электродов). Энергетические затраты составляют около 18000 киловатт/час электроэнергии [3]. Алюминиевая промышленность является одной из наиболее энергоёмких отраслей промышленности. По этой причине самым важным фактором её развития является наличие мощных источников электроэнергии. Одним из наиболее дешёвых и массовых способов производства энергии является гидроэнергетика, потому большинство предприятий по производству алюминия приурочено к крупным ГЭС.

Рис. 2 Крупнейшие мировые месторождения бокситов, млн. т. Составил: Миннуллин Б.И. по данным с Wikipedia.ru [5]

Химический состав бокситов разнообразен. Он зависит от минералогической формы гидроксида алюминия, также от количества примесей. Качество и пригодность бокситов для использования в алюминиевой промышленности зависит от содержания в них глинозёма и кремнезёма: чем меньше содержание SiO2 и больше Аl2О3, тем более высоким считается качество. Очень важным фактором является вскрываемость боксита - лёгкость извлечения из него глинозёма.

Более 90 % мировых запасов бокситов находятся в восемнадцати странах. Основные месторождения бокситов приурочены к латеритным корам выветривания, которые образуются в результате продолжительного выветривания пород-носителей в жарком и влажном климата. В латеритных месторождениях лежит около 9/10 всех мировых бокситов. Крупнейшими запасами обладают Гвинея (20000000000 тонн), Австралия (7000000000 тонн), Бразилия (6000000000 тонн), Вьетнам (3000000000 т), Индия (2500000000 тонн), Индонезия (2000000000 тонн) [4]. В этих шести странах сконцентрировано почти 70% мировых запасов бокситов. Россия не обладает крупными месторождениями бокситов, поэтому большую часть сырья импортирует. Наиболее высокое качество среди российских месторождений - у бокситов Северо-Уральского месторождения. Также значимое бокситовое месторождение есть в Бокситогорском районе Ленинградской области.

Производственная база

Процесс производства алюминия состоит из добычи бокситов, их переработки в глинозем и последующее производство алюминия. Доступ к запасам бокситов ограничен по причине истощения руд, это является лимитирующим фактором для развития алюминиевой промышленности.

Алюминиевая промышленность характеризуется острой конкуренцией и значительной концентрацией производственных мощностей: на долю шести крупнейших мировых производителей алюминия приходится более чем 40% мирового производства этого металла.

Такое положение дел во многом обусловлено высокими входными барьерами для вступления в отрасль новых производителей, поскольку процесс производства алюминия является довольно энерго- и материалоёмким.

Рис. 3. Крупнейшие мировые фирмы-производители алюминия [4]

Алюминий бывает первичный и вторичный. Вторичный переплавляют в слитки из алюминиевого лома. Получение же первичного алюминия происходит из руд. Выделяют две стадии производства первичного алюминия:

1) из бокситов или других алюминиевых руд выделяют глинозем,

2) в расплавленных солях глинозем восстанавливают электролизом до металлического алюминия.

Получение глинозема производится одним из трех способов: щелочным, кислотным или электротермическим. Наиболее распространён щелочной способ.

Щелочной способ заключается в том, что размельченную руду обрабатывают в стальной ванне при температуре 250 градусов Цельсия щелочью под значительным давлением - около 25--30 кГ/см2 (см. рис 3.). Выделяется соль - алюминат натрия, происходит осаждение примесей. Выпавший осадок фильтруется. Затем из раствора алюмината натрия осаждается гидрат окиси алюминия. Гидрат высушивают, прокаливают и охлаждают, таким образом образуется чистая окись алюминия. В свою очередь, выделение чистого алюминия из глинозема производится с помощью электролиза.

Затем в ванну загружают глинозем, который растворяется в электролите. Из него выделяется алюминий и осаждается на катоде (рис. 3). Электролит находится над слоем полученного алюминия. На нем образуется корка, на которую вновь загружают глинозем, который подвергается предварительному подогреву.

Выделенный алюминий подвергается рафинированию для удаления примесей и газов. Это происходит путём переплавки алюминия в электрических печах, продувки жидкого металла хлором или путём дополнительного электролитического рафинирования, что позволяет выделить химически чистый алюминий. Затем алюминий через миксер разливают в изложницы на чушки и отливают готовые слитки.

Как было указано выше, для получения одной тонны алюминия требуется около двух тонн глинозема, приблизительно полтонны угольных электродов, 100 килограмм криолита и около 16-18 мегаватт/час электроэнергии. Таким образом, электроэнергия составляет до 30% стоимости полученного алюминия. Суточная производительность ванны составляет примерно 350 килограмм алюминия. Длительность непрерывной работы электролизера 2-3 года [инет].

Рис. 4 Схема получения алюминия в электролизере щелочным способом [7]

Глава IІІ. Значение и перспективы развития алюминиевой промышленности

Рост численности мирового населения, экономический и промышленный рост, а также активная урбанизация в развивающихся странах являются ключевыми факторами стабильного роста спроса на алюминий. По оценкам экспертов, к 2018 году общемировой объем потребления алюминия достигнет 66,4 млн. тонн, а средние темпы роста спроса в 2014-2018 годах составят 5% [5].

Самым крупным и наиболее динамично развивающимся рынком алюминия является Китай, который показывает колоссальные темпы роста населения и урбанизации. На данный момент доля Китая в мировом объеме потребления алюминия составляет почти 50%. Согласно прогнозам, в ближайшие 10 лет она вырастет ещё на 10%.

Рис. 5 Рост мирового потребления алюминия [5]

Рис.6. Рост мирового потребления алюминия по странам в 2013 и прогноз на 2025 [5]

Ввиду своих уникальных характеристик алюминий находит все большее применение во многих сферах человеческой деятельности. На протяжении последних тридцати лет потребление алюминия росло наиболее быстрыми темпами по сравнению с остальными металлами. Важнейшими отраслями применения алюминия являются строительство и транспорт.

Рис. 6 показывает, что столь сильный рост спроса на алюминий в мире обусловлен, прежде всего, ускоряющимся экономическим развитием и ростом урбанизации Китая. Также крупными потребителями алюминия на данный момент являются Япония, страны Европы и Северной Америки.

Рис.7 Структура потребления алюминия в развитых и в развивающихся странах [5]

В развитых странах основным потребителем алюминия является транспортная индустрия (см. рис. 7). В странах с развитой экономикой алюминий широко применяется в автомобилестроении, т.к. ввиду своей легкости этот металл позволяет создавать эффективный по энергозатратам транспорт. Это удовлетворяет требованиям экологической политики США, Японии и стран Евросоюза, которые стремятся сократить объемы выбросов вредных веществ в атмосферу.

Развивающиеся же страны в первую очередь применяют алюминий в строительстве, расширяют и усложняют собственную инфраструктуру, чтобы удовлетворить потребности растущего населения, которое массово переезжает в крупные города. Потому основную потребность в алюминии в странах с развивающейся экономикой создаёт строительная отрасль и транспорт.

Рис. 8. Сравнение объемов вредных выбросов в атмосферу при выплавке алюминия и других металлов [5]

Алюминий является одним из наиболее экологически безопасных металлов, как в производстве производства, так и в применении. Его можно легко утилизировать.

Процесс электролиза алюминия наносит окружающей среде значительно меньший ущерб, по сравнению с производством большинства металлов. Например, объем выбросов вредных веществ при производстве никеля превышает аналогичные показатели алюминиевой отрасли в 31 раз (см.рис.8).

Алюминий можно подвергнуть стопроцентной переработке, при этом без потерь его ценных свойств. Перерабатывать алюминий можно неограниченное количество раз. На данный момент около 75% алюминия, который был выпущен за все время алюминиевой промышленности, используется до сих пор. Для того, чтобы обработать алюминий, требуется всего 5% от объема энергии, который нужен для производства из глинозема. При этом объем выбросов CO2, который выделяется при производстве вторичного алюминия, составляет 5% от объема выбросов при выпуске первичного алюминия [6].

На данный момент производство вторичного алюминия занимает приблизительно 30% от общего объема выпуска и его доля продолжает расти.

Список использованной литературы и источников:

1. Максаковский В. П. Новое в мире: цифры и факты: Дополнительные главы к учебнику 10 кл. - М.: Дрофа, 2006.

2.Социально-экономическая география зарубежного мира: Учебник для вузов / Под общей ред. В. В. Вольского. - М.: Дрофа, 2001.

3. Родионова И. А. Экономическая география. Полный курс для поступающих в вузы. - М.: Экзамен, 2003.

4. Материалы сайта https://ru.wikipedia.org/Алюминиевая_промышленность

5. Материалы сайта http://www.rusal.ru/

6. Материалы сайта https://www.scienceforum.ru/2016/1536/25820

7. Материалы сайта http://engineeringsystems.ru/procesi-proizvodstva-chernih-i-cvetnih-metaliv-i-ih-splavov/proizvodstvo-aluminiya.php

8. Материалы сайта http://xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai/uchebniki/osnovy-metallurgicheskogo-proizvodstva/6-proizvodstvo-cvetnyx-metallov/6-2-proizvodstvo-alyuminiya

4. Материалы сайта http://www.aluminiumleader.com.

Размещено на Allbest.ru