Введение
Алюминиевая отрасль играет ключевую роль в металлургии легких ме-таллов. Сегодня развитие алюминиевого производства – это одна из стратеги-ческих задач России. В «Стратегии развития цветной металлургии России на 2014–2020 гг. и на перспективу до 2030 года» (Приказ Минпромторга России от 05.05.2014 № 839) к 2030 г. запланирован рост производства и экспорта алюминия порядка 30 %. В других странах мира алюминиевое производство также является одним из приоритетных направлений. При этом в структуре производства алюминия в мире лидирующие позиции занимает Китай, кото-рый продолжает укреплять свои позиции и на долю которого в 2017 г. при-шлось 57 % (35,9 млн т). На фоне Китая Россия производит порядка 3,6–3,8 млн т алюминия в год, что в 2017 г. составило около 6 %.
Основной объем алюминия в России производит группа компаний РУ-САЛ, которая на сегодняшний день является одним из крупнейших произво-дителей первичного алюминия в мире [5]. Одновременно, следует отметить, что значительную конкуренцию РУСАЛу в последние годы составили компа-нии Китая, в том числе China Hongqiao Group Ltd.
Одновременно следует отметить тенденции к развитию рынка алюминия из вторичного сырья. Такие тенденции сопряжены как с потребностями эко-номического развития, так и с потребностями экологической безопасности и ограниченностью первичного сырья для изготовления алюминия, в связи с чем многие исследователи и эксперты рынка указывают на необходимость по-иска источников вторичного сырья металла и увеличения доли вторичного алюминия в общей структуре его производства. По оценкам экспертов при существующем уровне потребления разведанных запасов бокситов (основного сырья для производства первичного алюминия) хватит примерно на 80–100 лет, а при растущих темпах потребления и вовсе на 20 лет. Среди крупнейших производителей алюминия из вторичного сырья можно выделить такие ком-пании, как Novelis и Aleris (Америка), Rexam (Великобритания), Constellium и SAPA, которые также производят такие виды продукции из алюминия, как банки, фасадные материалы, кузовные части автомобилей, упаковочные мате-риалы и прочие виды продукции.
Отмечено, что в последнее время среди компаний-производителей пер-вичного алюминия наметилась тенденция к развитию собственных направле-ний по производству вторичного сырья. Среди зарубежных компаний воз-можно отметить следующие: «Alcoa» (США) и «Hydro» (Норвегия). Россий-ский производитель алюминия – компания РУСАЛ, являющийся крупнейшим мировым производителем алюминия, также развивает алюминиевое произ-водство в данном сегменте.
Основной мировой тенденцией развития алюминиевого производства является модернизация производства и внедрение передовых технологий про-изводства, дающих возможность получать изделия, отвечающие требованиям рынка. В России ведется работа по совершенствованию технологии Содербер-га в тесном сотрудничестве с научно-техническими центрами.
Компания РУСАЛ в сотрудничестве с крупнейшими заводами мира с 2004 г. реализует программу модернизации производства за счет внедрения новых моделей электролизеров (РА-300 и РА-400), позволяющих освоить тех-нологию «сухого» анода. Вместе с тем применение указанного оборудования позволяет снизить уровень загрязнений окружающей среды.
Другой перспективной инновационной технологией, внедряемой рос-сийскими алюминиевыми производителями, является технология обожжен-ных анодов. Концепция обожженных анодов была принята в качестве основ-ной еще в середине 2000-х гг. руководством холдинга СУАЛ (в настоящее время РУСАЛ). Данная технология является более дорогой по сравнению с электролизерами Содерберга. Вместе с тем, по сравнению с электролизерами, она является более производительной и более экологобезопасной.
Экологичность производства является важным требованием в развитии про-мышленности и зависит от таких факторов, как применяемые технологии, со-стояние используемого оборудования, квалификация и дисциплина обслужи-вающего персонала.
Страны Центральной и Восточной Европы, к которым IAI относит Рос-сию, в 2020 году произвели, по данным Института, 4,15 млн. т алюминия. Этот результат оказался на 0,1% меньше, чем в 2019 г. Более 57% мирового производства первичного алюминия в 2020 г. пришлось на Китай. По сравне-нию с аналогичными периодами годичной давности рост составил соответ-ственно 4,3 и 7,8%.
Минерально-сырьевая база алюминиевой промышленности России пред-ставлена двумя видами сырья: бокситовыми и нефелиновыми рудами, которые по качеству существенно уступают зарубежным. С целью выхода из сложив-шейся ситуации в России применялся режим толлинга, гарантировавший од-новременно и поставки качественного сырья и реализацию готовой продук-ции. Все это позволило отечественной алюминиевой промышленности отно-сительно благополучно пережить изменение условий хозяйствования, но предопределило (вкупе с падением внутреннего спроса на алюминий) экс-портную ориентацию производства. Известно около 250 минералов, содержа-щих алюминий. Наиболее распространены в природе соединения алюминия с кислородом.
Алюминий по распространенности в природе уступает только кислороду и кремнию. Кларк алюминия равен 8,05, что в пересчете на А1203 составляет около 15%. Из-за высокой химической активности он встречается в природе только в виде химических, соединений. Алюминий химически активен, в обычных условиях он взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь очень тонкой и прочной окиси AI2O3. Эта пленка защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его довольно высокую коррозионную стойкость, а так же ослабляет металлический блеск. В присутствии примесей ртути, натрия, магния и некоторых других прочность окисной пленки и ее защитное действие сильно понижаются.
Температура плавления алюминия технической чистоты 99,5% 658°С. С повышением степени чистоты температура плавления алюминия возрастает и для металла высокой чистоты 99,996% составляет 660,24°С. Скрытая теплота плавления алюминия около 0,93 кал/г, теплоемкость при 0°С 0,21 кал/(г·°С). При переходе из жидкого состояния в твердое объем его уменьшается на 6,6% для алюминия 99,75%. Кипит алюминий при температуре 2500°С.
В твердом виде алюминий легко подвергается ковке, прокатке, резанью, волочению. Из него можно вытягивать тончайшую проволоку и катать фоль-гу. Пластичность алюминия возрастает по мере повышения его чистоты. Так предел прочности на разрыв литого алюминия технической чистоты составля-ет 9-12 кгс/мм2, прокатанного 18-28 кгс/мм2. Относительное удлинение соот-ветственно равно 18-25 3-5%, а твердость по Бринеллю 24-32 и 45-60 кгс/мм2.
Малая плотность, высокая электропроводность, низкая коррозионная стойкость, достаточно высокая механическая прочность, пластичность обеспе-чили высокое применение, как чистого металла, так и сплавов на его основе. К тому же алюминий, как известно, относится к числу наиболее распростра-ненных элементов. Содержание его в земной коре достигает 7,45%, и по рас-пространенности он занимает третье место после кислорода (49,3%) и крем-ния (26%).
Чистый алюминий применяется в электротехнической промышленности для изготовления проводов и кабеля, шинопроводов, конденсаторов, выпря-мителей. В силу большой коррозионной стойкости он широко применяется в химическом машиностроении, для изготовления бытовых приборов, в пище-вой промышленности для хранения пищевых продуктов (упаковочные мате-риалы).
Алюминиевые сплавы – литейные и деформируемые – также находят широкое применение в различных областях техники, главным образом в авиастроении, автомобильной промышленности, транспортном машинострое-нии, в промышленном и гражданском строительстве.
Всё большое значение приобретают спечённые алюминиевые порошки (САП) и сплавы (САС). Помол порошка осуществляют с таким расчетом, что-бы получить на поверхности частиц требуемый слой оксида алюминия. Затем пудру брикетируют и спекают. Полученные заготовки также обрабатывают, как и металл. Однако, наличие дисперсных частиц оксида алюминия приводит к упрочнению САП и прочность сохраняется до температуры 500 градусов.
Единственным промышленным методом получения металлического алюминия из его оксида является электролиз его расплава.
Эффективность электролитического производства алюминия из крио-лит-глиноземных расплавов определяется конструкцией и техническим уров-нем
основного и вспомогательного оборудования, а также технологическими осо-бенностями и доступностью энергетических и сырьевых ресурсов.
Одним из решений задачи обеспечения ресурсами российских произ-водителей алюминия является разработка новых отечественных месторожде-ний. Наиболее перспективным на сегодняшний день является Средне-Тиманское месторождение низкокачественных бокситов в Республике Коми.
Общие запасы на Тимане, по различным оценкам, составляют от 260 до 360 млн т. Одним из достоинств месторождения является то, что его разработ-ку можно вести открытым способом, а это снижает себестоимость добычи на 15 % -20 % по сравнению с шахтными разработками.
В ближайшее время импорт бокситов и глинозема неизбежен, что де-лает алюминиевую промышленность Российской Федерации зависимой от за-рубежных поставщиков.
