Алюминий и его сплавы

Алюминий и его сплавы

30

Контрольная работа

по курсу: «СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЙ»

на тему: «АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Алюминий и его сплавы

Технологический процесс производства алюминия

Использование «толлинга» в производстве алюминия

Состояние алюминиевой промышленности

Мировой рынок алюминия в конце 2007 - начале 2008 гг

Применение алюминия и его сплавов

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение

Алюминии--химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98.

Алюминий - металл, сферы потребления которого постоянно расширяются. В ряде областей промышленности он успешно вытесняет традиционно применяемые металлы и сплавы. Бурное развитие потребления алюминия обусловлено замечательными его свойствами, среди которых в первую очередь следует назвать высокую прочность в сочетании с малой плотностью, удовлетворительную коррозионную стойкость, хорошую способность к формоизменению путем литья, давления и резания; возможность соединения алюминиевых деталей в различных конструкциях с помощью сварки, пайки, склеивания и других способов; способность к нанесению защитных и декоративных покрытий.

Все это в сочетании с большими запасами алюминия в земной коре делает перспективы развития производства и потребления алюминия весьма широким.

Цель работы - ознакомиться с современным уровнем развития алюминиевой промышленности и сферами применения алюминия и его сплавов.

Основные задачи:

· изучение основных характеристик;

· усвоение технологии производства алюминия;

· проанализировать состояния промышленности;

· выяснить основные тенденции развития алюминия и его сплавов в мире и т.д.

Объектом исследования является алюминиевая промышленность.

Предмет исследования - современный уровень развития алюминиевой промышленности и сферы применения алюминия и его сплавов.

Методы исследования:

1. анализ экономической, научной и методической литературы;

2. анализ периодических изданий по исследуемой теме.

Алюминий и его сплавы

Алюминий сравнительно молодой металл. Название его происходит от латинского слова ALUMEN - так 500 лет до н.э. называли алюминиевые квасцы, которым использовались для протравливания при крашении тканей и дубления кож.

Алюминий как элемент был открыт в 1825г., когда были получены первые небольшие комочки этого металла. Начало его промышленного освоения относится к концу 19-го столетия - после открытия технологии его получения путем электролиза глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Этот принцип лежит и в основе современного промышленного извлечения алюминия из глинозема во всех странах мира.

В России над технологией получения алюминия во второй половине прошлого века работал известный ученый-химик Н.Н.Бекетов, трудами которого воспользовались немцы, построившие первый алюминиевый завод в Гмелингине. Первый алюминиевый завод в нашей стране был пущен в эксплуатацию в 1932г. На базе Волховской гидростанции. Строительство Днепрогэса позволило запустить в 1933г. второй алюминиевый завод. Развитие электроэнергетического комплекса в 60-70 гг. позволило построить большое количество мощных алюминиевых заводов и занять ведущее место на мировом рынке алюминия.

Алюминий представляет собой серебристо-белый пластичный металл. В воздушной среде он быстро покрывается окисной пленкой, которая защищает его от коррозии. Алюминий химически стоек против азотной и органических кислот, но разрушается щелочами, а также соляной и серной кислотами. Важнейшее свойство алюминия - небольшая плотность, он в три раза легче железа. Механические свойства алюминия невысоки: сопротивление на разрыв - 5-9 кгс/ммІ, относительное удлинение - 25-45%. Высокая пластичность (достигается отжигом при температурах 350-410°С) этого металла позволяет прокатывать его в очень тонкие листы, например, фольга может иметь толщину до 0,005мм. Алюминий хорошо сваривается, однако трудно обрабатывается резанием. Для повышения прочности в алюминий вводят кремний, марганец, медь и другие компоненты. Значительные природные запасы алюминия, его небольшая плотность, высокие антикоррозийные свойства, хорошая электропроводность способствовали широкому распространению этого металла в различных отраслях техники. Алюминий и его сплавы применяются в самолето- и машиностроении, при строительстве зданий и линий электропередачи, во многих отраслях промышленности. Из него изготавливают различные емкости и арматуру для химической промышленности, в пищевой промышленности применяется упаковочная фольга из алюминия и его сплавов (для обертки кондитерских и молочных изделий). Широкое признание получила алюминиевая посуда. Алюминий хорошо подвергается различным тонким покрытиям и окраске, поэтому его используют и как декоративный материал.

Алюминий всех марок содержит более 99% чистого алюминия. В зависимости от химического состава он подразделяется на алюминий особой, высокой и технической частоты, обозначается буквой А и цифрой, показывающей десятые и сотые доли процента после 99%, например, А85 - содержит 99,85% алюминия.

Так как прочность алюминия очень незначительна, то в качестве конструкционных материалов применяют его сплавы. Сплавы подразделяются на деформированные - в основном, дюралюминий и литейные - главным образом силумин.

Дюралюминий - сплав алюминия с медью (2,2-5,2%), магнием (2-2,7%) и марганцем (0,2-1,0%). Его подвергают закалке в воде после нагрева до температуры около 500°С и упрочняющему старению. По своим механическим свойствам он приближается к среднеуглеродистым сталям. Применяется, главным образом, в виде различного проката - листы, уголок, трубы и т.д. как конструкционный материал он используется для транспортного и авиационного машиностроения.

Силумин - сплав алюминия и кремния, обладает хорошими литейными свойствами, мягкий, применяется для изготовления неответственных деталей методом литья и давления. Кроме алюминия и кремния (10-13%) в этот сплав входят: железо (0,2-0,7%), марганец (0,05-0,5%), кальций (0,07-0,2%), титан (0,05-0,2%), медь (0,03%) и цинк (0,08%). Могут использоваться сплавы алюминия с цинком, магнием и т.д. [1].

Технологический процесс производства алюминия

Производство алюминия - сложный технологический процесс. В свободном виде алюминий вследствие своей активности не встречается. Его получают из минералов - бокситов, нефелинов и алунитов, при этом сначала производят глинозем, а затем из глинозема путем электролиза получают алюминий. Технологическая схема производства алюминия состоит из процессов:

1. получение глинозема Al2O3 путем выщелачивания концентрированным раствором щелочи измельченного боксита и его последующего прокаливания.

2. растворение глинозема в расплаве криолита и его электролиз в ванне с угольным анодом и покрытым угольными блоками катодом (рис. 1). Анионы алюминия нейтрализуют на катоде и выпадают в расплав. На производство 1 т алюминия уходит 17-18 тыс. кВт электроэнергии.

3. электролитическое рафинирование, аналогичное рафинированию меди, где анодом являются алюминиевые блоки.

Алюминий всех марок содержит более 99% алюминия [1].

Рис. 1. Схема электролизера для производства алюминия

Использование «толлинга» в производстве алюминия

Таможенный режим переработки на таможенной территории («толлинг») - весьма распространенное явление. Под ним понимается переработка в какой-либо стране импортируемого товара или давальческого сырья с условным освобождением от уплаты ввозных таможенных пошлин, налогов, если они предназначены для производства, переработки или ремонта и последующего вывоза конечного продукта за пределы страны - переработчика.

Сегодня к толлингу в мире относятся неоднозначно.

В настоящее время толлинг, в частности, в производстве алюминия, используется крупными интегрированными компаниями и создаваемыми ими за рубежом коммерческими структурами в качестве способа снижения затрат производства металлопродукции с его перебазированием в страны, обладающие наиболее дешевыми природными и энергетическими ресурсами, рабочей силой и обеспечивающие минимальные налоговые и транспортные издержки. Толлинговые операции превратились в инструмент перераспределения ресурсов и повышения эффективности производства в глобальном масштабе.

В то же время в Правительстве РФ неоднократно обсуждался вопрос об отмене импортного сырья в алюминиевой промышленности, имея в виду, что толлинг существенно сдерживает развитие собственной сырьевой базы для производства алюминия, ставит это производство в прямую зависимость от импорта сырья, конъюнктуры мирового рынка. При этом российские предприятия, перерабатывающие сырье (в частности, глинозем) по толлинговым контрактам, лишаются значительной части прибыли от реализации продукции основного производства (первичного алюминия). Кроме того, Толлинговые операции значительно сокращают поступления доходов в бюджет от взимания таможенных пошлин. В настоящее время алюминиевая отрасль располагает значительными финансовыми и материальными средствами для полного отказа от толлинга и осуществления внешнеторговых операций на обычных коммерческих условиях.

Производство первичного алюминия - процесс чрезвычайно вредный с экологической точки зрения. При этом экологические последствия, связанные с производством, включая затраты на здравоохранение, в основном ложатся на плечи государства.

В России в числе основных аргументов в пользу сохранения толлинговых операций часто приводятся факты отсутствия или недостатка собственных оборотных средств у предприятий-переработчиков на закупку сырья для производства алюминия. При осуществлении толлинговых операций переработчики избавлены от затрат по закупке сырья, по сравнению с осуществлением бизнеса на обычных коммерческих условиях. Кроме того, при толлинге намного меньше и размер налоговых и таможенных платежей.

По нашим оценкам, с заменой толлинга на экспортно-импортные операции никаких серьезных последствий для алюминиевой отрасли не будут, а скорее всего наоборот: роль России на мировом рынке сохраниться, существенно увеличатся поступления доходов в бюджеты всех уровней, в том числе в доход федерального бюджета от взимания таможенных пошлин (в случае принятия решения об их введении).

В настоящие время экономические условия работы предприятий, производящих алюминий, существенно изменились:

- с 29 февраля 2004 г. отменены ввозные таможенные пошлины на оксид алюминия (глинозем) - основное сырье для производства первичного алюминия;

- с 29 августа 2005 г. отменены вывозные таможенные пошлины на алюминий первичный и сплавы алюминиевые;

- средний уровень цен на первичный алюминий на Лондонской бирже металлов в 2005 г., по сравнению с 2000 г., увеличился более, чем на 19%, а по сравнению с относительно неблагоприятной конъюнктурой рынка в 2002-2003 г. - более чем на 37%;

- прогнозируется стабилизация и снижение цен на глинозем на мировых рынках;

- существенно снижена ставка рефинансирования по привлекаемым кредитам, которая установлена с 15 июня 2004 г. в размере 13%;

- предприятиями осуществляются мероприятия по снижению себестоимости выпускаемой продукции, в том числе за счет модернизации производства, внедрения новых современных технологий.

Перечисленные факторы, несомненно, позволят значительно повысить рентабельность реализации алюминия на экспорт, отказаться от использования таможенного режима переработки на таможенной территории (толлинга) в алюминиевой промышленности и полностью перейти к прямым экспортно-импортным операциям на обычных коммерческих условиях. При этом целесообразно возвратиться к вопросу о пересмотре принятых решений об отмене ввозных таможенных на глинозем и вывозных таможенных пошлин на алюминий, имея в виду, что за счет этого в настоящее время предприятия получают сверхприбыль, а государство вынуждено изыскивать дополнительные средства для финансирования расходов на здравоохранение и другие цели связанные с преодолением экологических последствий при производстве первичного алюминия [2].

Состояние алюминиевой промышленности

Рост производства алюминия первичного, включая силумин, в 2007 году составил 106% к уровню 2006 года (Приложение 1). Использование производственных мощностей по производству первичного алюминия составило около 98%. Доля поставок первичного алюминия российскими предприятиями на экспорт оценивается на уровне 70% от объема производства.
В 2007 г. объем производства первичного алюминия на 12,5% превысил уровень 1990 г. В настоящее время по количеству производимого первичного алюминия Россия уступает только Китаю. В нашей стране выпускается 15% мирового глинозема и 12% -- алюминия.

В 2007 г. в России было добыто 5,495 млн. тонн бокситов, произведено 3,319 млн. тонн глинозема, 3,973 млн. тонн первичного алюминия (в том числе из российского сырья -- 1,7 млн. тонн) и 811,8 тыс. тонн алюминиевого проката. Экспорт первичного алюминия в 2007 г. составил 2,853 млн. тонн, алюминиевого проката -- 347,8 тыс. тонн. Было импортировано 4,662 млн. тонн глинозема, 14,5 тыс. тонн первичного алюминия, включая сплавы, 123,4 тыс. тонн алюминиевого проката. Предполагается, что реализация российских проектов позволит увеличить производство алюминия к 2015 г. до 5,39-5,743 млн. тонн, то есть в 1,3-1,4 раза. Потребление первичного алюминия на внутреннем рынке составило около 800 тыс. тонн (по неофициальным оценкам -- около 1 млн. тонн) [3].

Мировой рынок алюминия в конце 2007 - начале 2008 гг

Со второй половины 2007 г. рынок алюминия находился под значительным влиянием беспокойства на финансовых рынках из-за кризиса в ипотечном кредитовании в США. В августе и сентябре это привело к падению цен на первичный алюминий - в сентябре цена по трёхмесячным контрактам опускалась ниже 2400 дол./т, что в последний раз наблюдалось в марте 2006 г.

Однако уже октябре-ноябре 2007 г. на рынке алюминия наблюдался рост цен, связанный с ослаблением доллара (рис.2), и металл торговался по ценам в пределах 2391-2634 дол./т. Складские запасы алюминия на ЛБМ, превысившие в сентябре 900 тыс.т, в октябре-ноябре несколько снизились; уменьшились и мировые складские запасы (рис.3).

В начале октября цена первичного алюминия держалась на уровне 2500 дол./т, затем последовало непродолжительное снижение, связанное с понижательным давлением кратковременного укрепления доллара и понижательными тенденциями мировых финансовых индексов, но к середине октября цена вновь приблизилась к отметке 2500 дол./т благодаря вновь ослабевшему доллару. Складские запасы алюминия на ЛБМ временно перестали расти, помогая удерживать цену на металл, и до конца октября она оставалась на том же уровне 2500 дол./т.

В начале ноября новое ослабление доллара подняло цену алюминия до 2600 дол./т, однако уже во второй половине ноября цена вновь снизилась до 2500 дол./т и держалась вблизи этой отметки до конца месяца. Среднемесячная цена по трёхмесячным контрактам в октябре составила 2492,5 дол./т, а в ноябре выросла до 2556,06 дол./т.

В декабре, по данным World Bureau of Metal Statistics (WBMS), в мире было произведено 3,2958 млн. т первичного алюминия, а потребление металла составило 3,1445 млн. т, в результате цена алюминия вновь упала, составив в среднем за декабрь 2436 дол./т (рис.2). Мировые складские запасы первичного алюминия на конец декабря составили 2,848 млн. т, что эквивалентно примерно четырёхнедельному потреблению. Складские запасы алюминия на трёх биржах металлов: Лондонской, Шанхайской и Токийской - выросли до 1,043 млн. т против 745 тыс.т в конце декабря 2006 г.

По данным WBMS, за 12 месяцев 2007 г. в мире наблюдалось превышение производства алюминия над его потреблением на 499 тыс.т, в то время как по данным за 11 месяцев оно равнялось 341 тыс.т. Производство алюминия за 2007 г. выросло на 12,6% и достигло 38,02 млн. т, а мировое потребление металла - на 9,3%, до 37,52 млн. т. В Китае за этот период потребление алюминия выросло на 40%.

По данным Международного института алюминия, мировое (без Китая) производство первичного алюминия в 2007 г. выросло на 3,9%, до 24,803 млн т. Основными факторами, действовавшими на рынке алюминия в 2007 г., были продолжающийся интенсивный рост производства металла в Азии, ускорившийся рост производства в Восточной Европе и обратный тренд в Северной и Южной Америке и в Западной Европе. По данным China Nonferrous Metals Industry Association, в Китае производство первичного алюминия в 2007 г. выросло на 34,9%, до 12,607 млн. т, то есть была выпущена почти половина металла, произведенного в мире (рис.4).

В 2007 г. Китай снизил экспорт первичного алюминия на 55%, до 546,6 тыс.т, из-за увеличения в ноябре 2006 г. экспортной пошлины на этот металл до 15%, и увеличил на 18,4%, до 2,09 млн. т, импорт алюминиевого лома для производства вторичного алюминия.

Аналитики полагают, что в 2008 г. рост производства алюминия в Китае замедлится на 20-25%, чему будут способствовать введённые китайским правительством в ноябре 2007 г. новые ограничения - по минимальной мощности, размещению предприятий и энергопотреблению, призванные не допустить «перегрева» алюминиевой отрасли.

Правительственными документами предусматривается, что новые алюминиевые проекты до начала строительства должны получить разрешение Национальной комиссии по развитию и реформам (National Development and Reform Commission - NDRC). Проекты расширения мощностей по производству первичного алюминия также должны получать разрешения NDRC, которое будет даваться только проектам, предусматривающим улучшение экологических показателей и замену устаревших мощностей. Проекты предприятий по выпуску глинозёма, которые будут использовать в качестве сырья китайские бокситы, могут иметь годовую мощность, не превышающую 800 тыс.т глинозёма в год, и обеспечиваться собственными поставками бокситов не менее чем на 85%. Проекты, рассчитанные на использование импортных бокситов, могут иметь мощность не менее 600 тыс.т глинозёма в год и должны быть на 60% обеспечены поставками бокситов через совместные предприятия в течение не менее пяти лет.

Минимальная мощность проектируемых бокситовых рудников установлена в 300 тыс.т/год при минимальном сроке эксплуатации 15 лет. Более того, если общие инвестиции в проект превышают 500 млн. юаней (67,29 млн. дол.), проект потребует одобрения не только местных властей и NDRC, но и центрального правительства Китая.

Проектируемые предприятия по производству вторичного алюминия могут иметь проектную мощность не менее 50 тыс.т/год, а мощности действующих предприятий должны составлять не менее 20 тыс.т/год, в противном случае они будут остановлены. Разрешения на реконструкцию или расширение получат только проекты с годовой мощностью, превышающей 30 тыс.т/год.

Проектируемые предприятия по переработке алюминия с выпуском широкого ассортимента продукции, включающего листы, полосы, фольгу, трубы и профиль, должны иметь минимальную мощность 100 тыс.т алюминиевой продукции в год. Минимальная годовая мощность предприятий, выпускающих только листы и полосы, - 50 тыс.т, только фольгу - 30 тыс.т, трубы и профиль - 50 тыс.т.

Не менее 35% инвестиций в горные предприятия, алюминиевые заводы и заводы вторичной металлургии должны быть внесены наличными.

Новые проекты глинозёмных заводов с применением технологии Байера могут потреблять не более 500 кг стандартного угля на тонну выпускаемого глинозёма, глинозёмные предприятия с комбинированными технологиями и технологией спекания - не более 800 кг угля на 1 т глинозёма. Энергопотребление новых и модернизируемых алюминиевых заводов ограничивается 14,3 кВт-ч на тонну произведенного металла.

Новые правила запрещают строительство новых алюминиевых заводов ближе, чем в 1 км от охранных зон средних и крупных городов и их пригородов, от жилых районов и медицинских учреждений, от предприятий по выпуску электроники и пищевых продуктов.

Правительство надеется, что новые ограничения обеспечат структурные улучшения и позволят регулировать инвестиции в алюминиевой промышленности страны с целью обеспечения стабильного роста, энергосбережения и ограничения вредных выбросов.

В США за счёт работ, проводившихся в течение года по возобновлению производства на ранее остановленных мощностях, к концу 2007 г. выросло производство первичного алюминия: компания Alcoa Inc. возобновила эксплуатацию второй электролизной линии на алюминиевом заводе Ферндейл в штате Вашингтон, Glencore International AG восстановила производство на второй электролизной линии завода Коламбиа-Фолс в штате Монтана, компания Ormet Corp. в ноябре 2007 г. завершила реактивацию алюминиевого завода Ганнибал мощностью 267 тыс.т/год в штате Огайо.

В Казахстане 12 декабря 2007 г. казахстанским холдингом Eurasian Natural Resources Corporation plc (ENRC) введён в эксплуатацию первый пусковой комплекс электролизного завода в г.Павлодар мощностью 62,5 тыс.т первичного алюминия в год. К концу 2008 г. завод выйдет на годовое производство алюминия в 125 тыс.т, а после ввода второй очереди в 2011 г. будет выпускать 250 тыс.т продукции в год. Общая стоимость строительства завода составила около 900 млн. дол. Завод включает два корпуса электролизного цеха, литейный цех, цех по производству анодов и прочие вспомогательные отделения. Поставщиком электроэнергии для предприятия является Аксуская ТЭЦ, также входящая в корпорацию ENRC. Для поставки электроэнергии на завод построена ЛЭП 500 протяжённостью 27 км, из которых около 800 м протянуто над водной поверхностью реки Иртыш.

Швейцарская Glencore подписала соглашение с ENRC сроком на 10 лет о покупке всего первичного алюминия, который будет произведен Казахстанским электролизным заводом в Павлодаре. В ближайшие годы завод будет выпускать только первичный алюминий в слитках; производство продукции с более высокой добавленной стоимостью пока не планируется.

Конец 2007 г. был ознаменован поглощениями и попытками поглощения алюминиевых компаний. В начале ноября 2007 г. Rio Tinto за 38,1 млрд. дол. приобрела канадскую алюминиевую компанию Alcan Inc. и организовала внутри себя подразделение, занимающееся алюминиевым бизнесом, - Rio Tinto Alcan. Мощности объединённой компании Rio Tinto по добыче бокситов выросли до 34,4 млн. т/год, по производству глинозёма - до 8,3 млн. т/год, первичного алюминия - до 4,15 млн. т/год. По результатам 2007 г. Rio Tinto оказалась второй в мире по производству первичного алюминия (4,15 млн. т) после Объединённой компании «Российский алюминий» (4,202 млн. т).

Буквально через несколько часов после завершения сделки по приобретению компании Alcan сама Rio Tinto получила предложение об объединении с компанией BHP Billiton путём обмена одной акции Rio Tinto на три акции BHP Billiton и отвергла его. После того как 1 февраля китайская Chinalco и американская Alcoa Inc. сообщили о намерении совместно приобрести 12% акций Rio Tinto и получили её согласие, компания BHP Billiton сделала новую попытку поглощения Rio Tinto, предложив 147 млрд. дол. за 100% её акций, но та вновь отклонила её как неприемлемую из-за значительной недооценки стоимости активов. Чтобы избежать недружественного поглощения, Rio Tinto в начале 2008 г. предприняла попытки поднять капитализацию компании, для чего заметно увеличила ресурсы железных руд в Австралии и приняла решение о модернизации крупнейшего австралийского алюминиевого завода Бойн-Айленд в штате Квинсленд (Rio Tinto - 59,4%, консорциум японских компаний - 40,6%), в которую вложит 617 млн дол. и которая позволит продлить срок эксплуатации завода. Модернизацию планируется выполнить в течение трёх лет; в результате выбросы вредных веществ в атмосферу снизятся на 20 тыс.т/год и будет повышена эффективность системы транспортировки и подачи глинозёма.

Страницы: 1, 2