История развития отрасли

Алюминиевая промышленность

 

Ключевые слова: алюминиевая руда, бокситы, квасцы, электролитический способ производства алюминия

 

Одна из наиболее динамично развивающих отраслей в мире является именно производство алюминия.

Алюминиевая промышленность - это подотрасль цветной металлургии, которая занимается добычей алюминиевого сырья и производством глинозема (окиси алюминия), а также кристаллического кремния, металлического алюминия и других видов продукции.

 

История развития отрасли

Человечество сталкивалось с алюминием задолго до того, как этот металл был получен. В «Естественной истории» римского ученого Плиния Старшего говорится о легенде I века, в которой мастер дарит императору Тиберию чашу из неизвестного металла – похожую на серебряную, но при этом очень легкую.

Достаточно широко в древности применялись квасцы – соль на основе алюминия. Полководец Архелай обнаружил, что дерево практически не горит, если его выдержать в растворе квасцов – этим пользовались для защиты деревянных укреплений от поджогов. В античные времена квасцы применялись в медицине, при выделке кож, в качестве протравы при крашении тканей. В Европе, начиная с XVI века квасцы использовались повсеместно: в кожевенной промышленности в качестве дубильного средства, в целлюлозно-бумажной – для проклеивания бумаги, в медицине – в дерматологии, косметологии, стоматологии и офтальмологии.

Именно квасцам (по-латински – alumen) алюминий обязан своим именем. Его металлу дал английский химик Гемфри Дэви, который в 1808 году установил, что получить алюминий можно методом электролиза из глинозема (оксид алюминия), но подтвердить теорию практикой он не смог.

Это сделал датчанин Ханс Кристиан Эрстед в 1825 году. Правда, судя по всему, ему удалось получить не чистый металл, а некий сплав алюминия с элементами, участвовавшими в опытах. Ученый сообщил об открытии и прекратил эксперименты.

Его работу продолжил немецкий химик Фридрих Вёлер, который 22 октября 1827 года получил около 30 граммов алюминия в виде порошка. Ему понадобилось еще 18 лет непрерывных опытов, чтобы в 1845 году получить небольшие шарики застывшего расплавленного алюминия (корольки).

Открытие алюминиевой руды. В 1821 году геолог Пьер Бертье обнаружил во Франции залежи глинистой красноватой породы. Свое название «боксит» (bauxite) порода получила по наименованию местности, где была найдена – Les Baux.

Открытый учеными химический метод получения алюминия довел до промышленного применения выдающийся французский химик и технолог Анри-Этьенн Сент-Клер Девиль. Он усовершенствовал метод Вёлера и в 1856 году совместно со своими партнерами организовал первое промышленное производство алюминия на заводе братьев Шарля и Александра Тиссье в Руане (Франция).

Получаемый металл был похож на серебро, был легким и при этом дорогим, поэтому в то время алюминий считался элитным материалом, предназначенным для изготовления украшений и предметов роскоши. Первыми продуктами из алюминия считаются медали с барельефами Наполеона III, который всячески поддерживал развитие производства алюминия, и Фридриха Вёлера, а также погремушка наследного принца Луи-Наполеона, выполненная из алюминия и золота.

Однако уже тогда Сент-Клер Девиль понимал, что будущее алюминия связано отнюдь не с ювелирным делом.

Сент-Клер Девиль

Французский химик

«Нет ничего труднее, чем заставить людей использовать новый металл. Предметы роскоши и украшения не могут служить единственной областью его применения. Я надеюсь, что настанет время, когда алюминий будет служить удовлетворению повседневных нужд». Сент-Клер Девиль.

200 тонн алюминия было получено химическим способом Сент-Клер Девиля в период с 1855 по 1890 годы.

Метод Холла-Эру

Ситуация изменилась с открытием более дешевого электролитического способа производства алюминия в 1886 году. Его одновременно и независимо друг от друга разработали французский инженер Поль Эру и американский студент Чарльз Холл. Предложенный ими метод подразумевал электролиз расплавленной в криолите окиси алюминия и давал прекрасные результаты, но требовал большого количества электроэнергии.

     Поль Эру (1863-1914)        Чарльз Холл (1863-1914)

Поэтому свое первое производство Эру организовал на металлургическом заводе в Нейгаузене (Швейцария), рядом со знаменитым Рейнским водопадом, сила падающей воды которого приводила в действие динамо-машины предприятия.

18 ноября 1888 года, между Швейцарским металлургическим обществом и немецким

промышленником Ратенау было подписано соглашение об учреждении в Нейгаузене.

       Акционерного общества алюминиевой промышленности с общим капиталом в 10 миллионов швейцарских франков. Позднее его переименовали в Общество алюминиевых заводов. На его торговой марке было изображено солнце, восходящее из-за алюминиевого слитка, что должно было, по замыслу Ратенау, символизировать зарождение алюминиевой промышленности. За пять лет производительность завода возросла более чем в 10 раз. Если в 1890 году в Нейгаузене было выплавлено всего 40 тонн алюминия, то в 1895 году – 450 тонн.

Чарльз Холл, воспользовавшись поддержкой друзей, организовал Питтсбургскую восстановительную компанию, которая запустила свой первый завод в Кенсингтоне неподалеку от Питтсбурга 18 сентября 1888 года. В первые месяцы он выпускал лишь около 20-25 кг алюминия в сутки, а в 1890 – уже по 240 кг ежедневно.

Свои новые заводы компания расположила в штате Нью-Йорк вблизи новой Ниагарской гидроэлектростанции. Алюминиевые заводы и в наше время строятся в непосредственной близости от мощных, дешевых и экологичных источников энергии, таких как ГЭС. В 1907 году Питтсбургская восстановительная компания была реорганизована в Американскую алюминиевую компанию или сокращенно Alcoa.

В 1889 году технологичный и дешевый метод производства глинозема – оксида алюминия, основного сырья для производства металла – изобрел австрийский химик Карл Иосиф Байер, работая в Санкт-Петербурге (Россия) на Тентелевском заводе. В одном из экспериментов ученый добавил в щелочной раствор боксит и нагрел в закрытом сосуде – боксит растворился, но не полностью. В нерастворившемся остатке Байер не обнаружил алюминия – оказалось, что при обработке щелочным раствором весь алюминий, содержащийся в боксите, переходит в раствор.

На основе методов Байера и Холла-Эру основаны современные технологии получения алюминия. Таким образом, за несколько десятилетий была создана алюминиевая промышленность, завершилась история о «серебре из глины» и алюминий стал новым промышленным металлом.

Применение

На рубеже XIX и XX веков алюминий стал применяться в самых разных сферах и дал толчок для развития целых отраслей.

В 1891 году по заказу Альфреда Нобеля в Швейцарии создается первый пассажирский катер Le Migron с алюминиевым корпусом. А через три года шотландская судостроительная верфь Yarrow & Co представила изготовленную из алюминия 58-метровую торпедную лодку. Этот катер назывался «Сокол», был сделан для военно-морского флота Российской империи и развивал рекордную для того времени скорость в 32 узла.

В 1894 году американская железнодорожная компания New York, New Haven, and Hartford Railroad, принадлежавшая тогда банкиру Джону Пирпонту Моргану (J.P. Morgan), начала выпускать специальные легкие пассажирские вагоны, сидения которых были выполнены из алюминия. А всего через 5 лет на выставке в Берлине Карл Бенц представил первый спортивный автомобиль с алюминиевым корпусом.

 

На площади Пиккадили в Лондоне в 1893 году появилась алюминиевая статуя древнегреческого бога Антероса. Высотой почти в два с половиной метра она стала первой крупной работой из этого металла в сфере искусства – а ведь всего несколько десятков лет назад каминные часы или статуэтки в кабинетах считались роскошью, доступной только высшему обществу.

Но настоящую революцию алюминий совершил в авиации, за что навсегда заслужил свое второе имя – «крылатый металл». В этот период изобретатели и авиаторы во всем мире работали над созданием управляемых летательных аппаратов – самолетов.

17 декабря 1903 года американские авиаконструкторы братья Уилбур и Орвилл Райт впервые в истории человечества совершили полет на управляемом летательном аппарате «Флайер-1». Для того чтобы заставить его полететь они попытались использовать автомобильный двигатель, однако он оказался слишком тяжелым. Поэтому специально для «Флайера-1» разработали полностью новый двигатель, детали которого были изготовлены из алюминия. Легкий 13-сильный мотор поднял первый в мире самолет с Орвиллом Райтом за штурвалом в воздух на 12 секунд, за которые он пролетел 36,5 метров. Братья совершили еще два полета по 52 и 60 метров на высоте около 3 метров от уровня земли.

В 1909 году был изобретен один из ключевых алюминиевых сплавов – дюралюминий. На его получение у немецкого ученого Альфреда Вильма ушло семь лет, но они того стоили. Сплав с добавлением меди, магния и марганца был таким же легким, как алюминий, но при этом значительно превосходил его по твердости, прочности и упругости. Дюралюминий быстро стал главным авиационным материалом. Из него был сделан фюзеляж первого цельнометаллического самолета в мире Junkers J1, разработанного в 1915 году одним из основателей мирового авиастроения, знаменитым немецким авиаконструктором Хуго Юнкерсом.

Мир входил в этап войн, в которых авиация стала играть стратегическую, а иногда решающую роль. Поэтому дюралюминий первое время являлся военной технологией и метод его получения держался в секрете.

Тем временем, алюминий осваивал новые и новые сферы применения. Из него начали массово производить посуду, которая быстро и почти полностью вытеснила медную и чугунную утварь. Алюминиевые сковородки и кастрюли легкие, быстро нагреваются и остывают, а также не ржавеют.

В 1907 году в Швейцарии Роберт Виктор Неер изобретает способ получения алюминиевой фольги методом непрерывной прокатки алюминия. В 1910 году он уже запускает первый в мире фольгопрокатный завод. А еще через год компания Tobler использует фольгу для упаковки шоколада. В нее, в том числе, заворачивают и знаменитый треугольный Toblerone.

Очередной переломный момент для алюминиевой промышленности наступает в 1920 году, когда группа ученых под руководством норвежца Карла Вильгельма Содерберга изобретает новую технологию производства алюминия, которая существенно удешевляла метод Холла-Эру. До этого в качестве анодов в процессе электролиза использовались предварительно обожженные угольные блоки – они быстро расходовались, поэтому постоянно требовалась установка новых. Содерберг решил эту проблему с помощью постоянно возобновляемого электрода. Он формируется в специальной восстановительной камере из коксосмоляной пасты и по мере необходимости добавляется в верхнее отверстие электролизной ванны.

Технология Содерберга быстро распространяется по всему миру и приводит к увеличению объемов его выпуска. Именно ее берет на вооружение СССР, не имевший тогда собственной алюминиевой промышленности. В дальнейшем развитие технологий вновь сделало применение электролизеров с обожженными анодами предпочтительнее из-за отсутствия на них выбросов смолистых веществ и меньшего расхода электроэнергии. Кроме того, одним из основных достоинств электролизеров с обожженными анодами является возможность увеличения силы тока, то есть производительности.

В это время алюминий активно использовался в авиации, судостроении и автомобилестроении, а также начинал свой путь в строительстве. В США в 1931 году был построен знаменитый небоскреб Empire State Building, вплоть до 1970 года, являвшийся самым высоким зданием в мире. Это было первое здание, при строительстве которого широко использовался алюминий, как в основных конструкциях, так и в интерьере.

Вторая мировая война видоизменила основные рынки спроса на алюминий – на первый план выходит авиация, изготовление танковых и автомобильных моторов. С окончанием войны заводы переориентировались на гражданскую продукцию.

В середине XX века человек шагнул в космос. Чтобы сделать это вновь понадобился алюминий, для которого аэрокосмическая отрасль с тех пор стала одной из ключевых сфер применения.

В 1958 году в США появился алюминиевый продукт, ставший впоследствии одним из самых массовых товаров из алюминия, символом экологичности этого металла и даже культовым предметом в области искусства и дизайна. Это алюминиевая банка. Ее изобретение делят между собой алюминиевая компания Kaiser Aluminum и пивоваренная Coors. К слову, последняя не только первой стала продавать пиво в алюминиевых банках, но и организовала систему сбора и переработки использованных банок. В 1967 году разливать свои напитки в алюминиевые банки начинают Coca-Cola и Pepsi.

В 1962 году легендарный гонщик Микки Томпсон и его гоночный болид Harvey Aluminium Special Indianapolis 500 car, выполненный из алюминиевых сплавов, стали сенсацией. Несмотря на то, что машина уступала конкурентам по мощности на целых 70 лошадиных сил, Томпсону удалось занять восьмое место в квалификации и быть девятым по ходу гонок. В результате его команда получила награду Mechanical Achievement Award за прорыв в дизайне гоночных болидов.

Спустя два года в Японии был запущен знаменитый Shinkansen — первый в мире высокоскоростной поезд, прообраз всех современных поездов такого типа, в которых алюминий является ключевым материалом. Он курсировал между Токио и Осакой и преодолевал расстояние в 515 км за 3 часа 10 минут, разгоняясь до 210 км/ч.

В 1970-х возросшие объемы производства алюминия в мире и спрос приводят к тому, что этот металл становится биржевым товаром. Торги алюминиевыми контрактами в 1978 году начинаются на Лондонской бирже металлов (LME) – старейшей в мире бирже, образованной в 1877 году. С тех пор цена на первичный алюминий становится единой для всего мира и формируется в ходе биржевых торгов на LME.

На сегодняшний день продукция из алюминия находится на первом месте по производству и потреблению в мире.

Алюминий применяется для изготовления деталей фюзеляжа самолетов, корпусов автотранспорта и поездов, систем кондиционирования, морских судов, космических кораблей и т.д. он незаменим при производстве телекоммуникационных систем и линий электропередач, телевизионных и спутниковых «тарелок».

Широкое распространение алюминий получил и в химической и металлургической промышленности. Он используется для изготовления упаковочных материалов, банок, баллончиков и аэрозолей.

Мировые корпорации по производству мобильных средств связи применяют алюминий при изготовлении своей продукции: Samsung, Sony, Lenovo, HTC, и iPhone.

Факторы размещения

На размещение предприятий алюминиевой промышленности влияют несколько факторов, но основными являются сырьевой и топливно-энергетический фактор.

Сырьевой

Особенно на первой стадии производства - для производства глинозема

Энергетический

При изготовлении алюминиевых изделий тратится значительное количество электроэнергии, поэтому алюминиевая промышленность считается одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Предприятия данной сферы размещаются в районе мощных источников дешевой электроэнергии. Обычно заводы строятся рядом с ГЭС.

 

Сырье

Алюминиевым сырьем являются высококачественные кварциты для производства фтористых солей и концентраты плавикого шпата (флюорита). Также для производства глинозема с целью последующего получения из него алюминия применяются бокситы.

 

Структура

В структуру алюминиевой промышленности входят следующие производства: добыча алюминиевых руд; производство глинозема из руд или их концентратов; изготовление электродов и анодной массы; создание фтористых солей; выплавка металлического алюминия; получение полуфабрикатов из алюминия.

 

География отрасли

Мировые лидеры - производители алюминия представляют собой вертикально-интегрированные холдинги. В их структуру входят не только месторождения бокситов, но и заводы по производству глинозема. Вертикальная интеграция способствует отсутствию зависимости деятельности от внешних факторов (колебания цен на мировом рынке, обеспечение сырьем и т.д.). Это позволяет не нарушать непрерывность производственного процесса. При этом головные офисы таких холдингов располагаются в крупных городах мира, а добыча и производство в развивающихся странах с дешевыми ресурсами (труд, полезные ископаемые, электроэнергия и пр.).

Мировая алюминиевая промышленность представлена двумя группами компаний: Upstream-производители (разведка и добыча) – российская компания РУСАЛ, американская компания Alcoa, австралийско-британский концерн RioTinto, норвежская Hydro в Западной Европе, китайские компании – Chalco, Hongqiao, Xinfa, EastHope; Downstream-производители (производство и сбыт) - американские Novelis и Aleris, британская Rexam, европейские Constellium и SAPA. Мировую алюминиевую промышленность контролируют 6 ведущих предприятий. Это свыше 40% производства всего алюминия в мире.

 

Россия. Предприятия

№/№	Предприятие	Местоположение	Основная продукция
1	Анкувер	Офис - Владивосток Производство – г. Артем	ООО «Анкувер» была основана в 1997 году и в настоящее время специализируется на закупке, переработке лома цветных и черных металлов, производстве сплавов алюминия. В 2006 году был запущен металлургический завод и предприятие приступило к производству вторичных алюминиевых сплавов. Линия непрерывного литья для латунных и медных сплавов была введена в эксплуатацию в 2008 году. В 2010 году завод начал производство высоколегированных алюминиевых сплавов соответствующих международным стандартам. Вторичные алюминиевые сплавы в чушках
2	Богословский алюминиевый завод (БАЗ)	Краснотурьинск	Основная продукция: глинозем, гидрооксид алюминия. Мощности по выпуску: 183.000 тонн алюминия, 1.100.000 тонн глинозема в год. Основные потребители - предприятия химической и абразивной промышленности, алюминиевые заводы. Экспорт продукции: Польша, Чехия, Румыния, Германия, Великобритания, США, Вьетнам, Китай, СНГ. Входит в состав РУСАЛ
3	Богучанский алюминиевый завод (БоАЗ)	п. Богучаны	Основная продукция: первичный алюминий (мелкая чушка, Т-образная чушка, плоские и цилиндрические слитки). Мощности по выпуску: 600.000 тонн алюминия в год. Входит в состав: группа компаний «РУСАЛ».
4	Братский алюминиевый завод (РУСАЛ Братск)	Братск	Основная продукция - первичный алюминий и продукция из него: - алюминий высокой чистоты в чушках марок А995-А95 (масса 15 кг); - алюминий технической чистоты в Т-образные чушках (слитках); - слитки алюминиевые и алюминиевые сплавы: слитки плоские для проката из алюминия технической чистоты, алюминиевых сплавов марок АМг2 и АМг3. Мощности по выпуску: до 1000.000 тонн алюминия в год Экспорт продукции: страны СНГ и Азии, ЕС, США, Япония Входит в состав: группа компаний «Русал»
5	Волгоградский алюминиевый завод (ВгАЗ)	Волгоград	Основная продукция - первичный алюминий: - алюминиевые гранулы; - алюминиевые литейные сплавы; - алюминиевые порошки, пудры; - алюминий первичный технической чистоты в чушках; - слитки плоские для проката, для производства тонкой фольги, круглые из сплава АД 31 (6063). Мощности по выпуску: 168000 тонн алюминия в год. Входит в состав: группа компаний «Русал»
6	Всеволожский завод алюминиевых сплавов (ВЗАС)	СПб Всеволожск	Основная продукция - вторичные алюминиевые сплавы - деформируемые сплавы зарубежные и отечественные: Д16 по ГОСТ 4784-97; - зарубежные литейные сплавы DIN226 по DIN1725-T5-8 (Германия); - зарубежные литейные сплавы ADC 12 по JIS H 2118 (Япония); - зарубежные литейные сплавы LM24 по BS1490 (Великобритания), DIN231; - зарубежные литейные сплавы А319, А380, А383 по ASTM B 179-92a (США); - отечественные литейные сплавы АК5М2, АК5М4, АК5М7, АК8М, АК8М3, АК9, АК9М2, АК12М2, АК12М2МгН по ГОСТ 1583-93; - раскислители АВ87, АВ91, АВ92 и АВ97 по ГОСТ 295-98, АВ95; - реактивные алюмосодержащие флюсы и концентраты для черной металлургии; - сплавы 1105, 3104, 5182 по EN 571-1994. Мощности по выпуску: 45.000 тонн алюминия в год. Входит в состав: группа компаний «РУСАЛИТ». Всеволожский завод алюминиевых сплавов является одним из крупнейших производителей вторичных алюминиевых сплавов в России. Основан в 1999 году в городе Всеволожске Ленинградской области. В настоящее время находится в промзоне «Рыбацкое» города Санкт-Петербурга. Передовые технологии производства позволяют заводу эффективно использовать самые сложные виды ломов, в том числе невостребованные другими предприятиями. ВЗАС является единственным специализированным предприятием в России по рециклингу алюминиевой банки и крупнейшим потребителем этого сырья.
7	Иркутский алюминиевый завод (РУСАЛ-ИркАЗ)	Иркутск, Шелихов	Основная продукция - первичный алюминий: -алюминиевая чушка; -алюминиевая катанка; -сплавы; -корундовая продукция; - первичные деформируемые сплавы; - первичный алюминий; - первичные литейные сплавы; - порошковая металлургия; - фольга и упаковка; - химическая продукция. Мощности по выпуску: 412.000 тонн алюминия в год. Входит в состав: группа компаний «Русал»
8	Кандалакшский алюминиевый завод (КАЗ)	Кандалакша	Основная продукция - первичный алюминий, алюминиевые сплавы: - алюминий технической чистоты марок А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е, А0, АВЕ в чушках; - катанка алюминиевая, получаемая непрерывным литьем и прокаткой; -слитки алюминиевые цилиндрические. Мощности по выпуску: 76.000 тонн алюминия в год. Основные потребители: электротехническая промышленность Входит в состав: группа компаний «Русал»
9	Красноярский алюминиевый завод («РУСАЛ Красноярск»)	Красноярск	Основная продукция - первичный алюминий - вайербарс; - мелкая алюминиевая чушка 15 кг и 22 кг; - первичный алюминий; - плоский алюминиевый слиток; - Т-образный алюминиевый слиток; - цилиндрический алюминиевый слиток. Мощности по выпуску: 865.000 тонн алюминия, 134.900 тонн сплавов фольгового качества в год. Основные потребители: предприятия-производители изделий из алюминия (автомобильные диски, тара, кабели). Экспорт продукции: страны СНГ, Китай, США. Входит в состав: РУСАЛ
10	Новокузнецкий алюминиевый завод (НкАЗ)	Новокузнецк	Основная продукция - первичный алюминий: - алюминий технической чистоты в чушках (слитках) марок А7, А7Е, А6, А5, А5Е, А0, АВ; - слитки цилиндрические для электротехнических целей из алюминия марок А7Е и А5Е; - слитки цилиндрические из алюминия технической чистоты. Мощности по выпуску: 318000 тонн алюминия в год. Входит в состав: группа компаний «РУСАЛ».
11	Самарский опытно-экспериментальный завод алюминиевых сплавов (СамЗАС)	Самара	Основная продукция - первичный алюминий: - алюминиевые сплавы марок АВ87, АВ91, АК5М2, АК5М2П, АК5М4, АК5М7, АК5Мч, АК6М2, АК7, АК7ч, АК7П, АК7М2Мг, АК8М, АК9, АК9П, АК9Ч, АК9М2, АК12, АК12П, АК12ч, АК12М2, АК12ММгН, АК12М2МгН; - отливки из алюминиевых сплавов.
12	Саяногорский алюминиевый завод (САЗ)	Саяногорск	Основная продукция - первичный алюминий: - алюминий для раскисления в чушках; - алюминий особо чистый марка А5, А6 в монокристаллических слитках; - алюминий первичный; - аноды обожженные трех- и четырехниппельные 1450х700х600 мм; - масса подовая холоднонабивная антрацитовая; - прокат алюминиевый; - силумин в чушках; - слитки алюминиевые плоские различных размеров, цилиндрические для кабельной промышленности, цилиндрические для прессования; - фольга алюминиевая; - чушки алюминиевые Т-образные и мелкие. Мощности по выпуску: 530000 тонн алюминия в год Входит в состав: группа компаний «РУСАЛ»
13	Уральский алюминиевый завод (УрАЗ)	Каменск-Уральский	Основная продукция - глинозем, алюминий первичный: - алюминий технической чистоты в чушках марок А8, А7, А6, А5; - галлий технический марок Гл-0, Гл-1; - глинозем марок Г00, Г0, Г1; - кремний кристаллический марок Кр1, Кр2, Кр3; - литейные алюминиевые сплавы в чушках АК8М и др.; - масса анодная углеродистая; - силумин в чушках марок АК12оч (Сил00), АК12пч (Сил0), АК12ч (Сил1); - слитки плоские из алюминия технической чистоты. Мощности по выпуску: 75.000 тонн первичного алюминия и 770.000 тонн глинозема в год Основные потребители: авиационная и космическая отрасли, моторостроение, радиоэлектронная промышленность, энергетика, строительство Входит в состав: группа компаний «Русал»