Алюминий и его сплавы, техника безопасности в производстве алюминия

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Января 2011 в 16:28, курсовая работа

Описание работы

В периодической таблице металлы по своим свойствам делятся на группы. Рассмотрим металлы главной подгруппы III группы. К металлам главной подгруппы III группы относятся алюминий, галлий, индий и таллий. Эти металлы являются p – элементами. Их атомы содержат на внешнем энергетическом уровне по три валентных электрона – два на s – подуровне и один на p – подуровне. При возбуждении атома рассматриваемых элементов один из s – электронов внешнего уровня переходит на p – подуровень. Поэтому для них характерно трехвалентное состояние, а для таллия также одновалентное. Металлические свойства элементов усиливаются от алюминия к таллию.

Содержание работы

.Введение …………………………………………………………………3

2.История алюминия и его сплавов……………………………………....4

3.Свойства алюминия ……………………………………………………..6

3.1 Физические свойства…………………………………………..6

3.2 Химические свойства…………………………………………..8

3.3 Ядерные свойства ……………………………………………...12

4.Сплавы алюминия………………………………………………...............13

5.Получение…………………………………………………………………20 6.Применение ……………………………………………………………....24

7. Алюминий и жизнь……………………………………………………....26

8.Главные проблемы алюминия…………………………………………...28

9.Техника безопасности в производстве алюминия ……………………..29

9.1 безопасная организация рабочих мест …………………….....29

9.2 безопасность при обслуживании электролизов ……………..32

9.3 техника безопасности при основных технологических

операциях алюминиевого производства ……………………..34

10.Заключение……………………………………………………................37

11.Список литературы……………………………………………………...38

Файлы: 1 файл

химия. алюминий.doc

— 1.16 Мб (Скачать файл)

В организмах млекопитающих, человека в том числе, алюминия совсем немного – 10-3  - 10-5 процента. Есть он в печени, в некоторых железах – поджелудочной и щитовидной, но функции его так окончательно и не выяснены.

Другое дело в растениях  и плодах. Там его тоже немного – 4 мг. на килограмм сухого вещества в картофеле, 46 мг/кг в репе. Но именно в растениеводстве роль алюминия, окажись он в доступной для усвоения растениями форме, могла бы стать отрицательной. Реагируя с находящимися в почве или искусственно введенными в нее фосфатами, этот металл связывает их в нерастворимые соединения и тем самым нарушает снабжение растений фосфором, который для них крайне важен.

Раньше об этом процессе писали как о маловероятном, поскольку  практически весь земной алюминий химически связан в нерастворимые соединения. Сейчас с ним приходится считаться из-за так называемых кислотных дождей – как одного из результатов негативного воздействия на природу производственной деятельности человека.

Под действием этих слабых по концентрации, но все же кислот часть находящихся в земной коре и почвенном слое нерастворимых соединений алюминия начинает растворяться, и элемент № 13 попадает в почву и водоемы. В почве он связывается вновь прежде всего фосфатами. Кроме того, алюминий снижает продуктивность азотфиксирующих бактерий. Соли его токсичны для корневой системы растений.

Ещё значительнее влияние  растворенного алюминия на жизнь  в водоемах.

Правильно считают  медики: малые дозы – лекарство, большие – яд. Алюминий не стал исключением из этого правила. Живые организмы нашей планеты привыкли к малым дозам алюминия, приспособились к ним. Когда же в результате кислотных дождей концентрация его стала расти, это привело к определенным экологическим последствиям. То факт, что в озерах, особенно часто подвергавшихся действию кислых дождей, например, на юге Швеции, напрочь перевелась всякая живность, биологи связывают с токсическим действием алюминия. Появился даже термин – «алюминиевая болезнь». К счастью, человек и другие млекопитающие этой болезни не подвержены.

Ясно одно: сам по себе алюминий какой-либо опасности для существования человечества как биологического вида не представляет. Но, как и всякий широко используемый химический элемент, он требует внимания к себе со стороны биологической науки. И перед ней стоит задача изучения его биохимических качеств, его биологических ролей. 

 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     8. Главные проблемы алюминия  

    1. Проблема познания и опознания

В длинных трубах из кварцевого стекла находятся нехитрые в принципе устройства, в лабораторном и промышленном обиходе именуемые графитовыми лодочками. Они – из графита высшей чистоты, а формой больше напоминают не лодки, а пироги индейцев.

В трубках – серебристый  металл. Вокруг каждой пироги медленно движутся три витка докрасна раскаленной толстой проволоки. Идет зонная плавка, цель которой – превратить высокочистотный заводской алюминий в продукт марки ОСЧ – особой степени чистоты, в котором сумма всех примесей не превышает 0,0001%.

    2. Проблема сырья

Они существуют - во всяком случае для нашей страны. И решаются пока недостаточно быстро и комплексно.

Все знают, что получению  алюминия электролизом предшествуют выделением из минерального сырья его оксида, глинозема. Добывать глинозем из глины  очень трудно и накладно. Из всех видов алюминийсодержащего сырья мировая промышленность неизменно отдает предпочтение бокситу – довольно распространенной горной породе, получившей свое название по местности Ле-Бо на юге Франции, где ее залежи впервые были обнаружены.

    3. Проблема материалов

Алюминию свойственен  один порок, который мог бы свести на нет все его положительные  качества. Это – малая прочность  чистого алюминия – всего 6-8 кг/мм². Поэтому фактически весь выплавляемый в промышленности алюминий превращается в сплавы на алюминиевой основе.  
 
 
 
 

  

   

9. Техника безопасности в

   производстве алюминия

 9.1 Безопасная организация рабочих мест 

Под рабочим местом подразумевается ограниченный участок  производственной площади, оснащенной оборудованием, инструментом, аппаратурой, средствами связи и прочными орудиями труда и обслуживаемый одним или несколькими рабочими. В условиях электролизного цеха участки, как правило, взаимосвязаны и от организации труда на каждом из них зависит общий ритм работы. Такая зависимость требует, чтобы каждый работающий в цехе уделял внимание улучшению организации труда, в первую очередь подготовке рабочего места – одно из основных условий безопасности труда. Приступая к работе, необходимо тщательно осмотреть рабочее место. Перекрытие шинных каналов или продольных проемов у электролизеров должны быть исправными, правильно уложенными, на рабочем месте не должно быть лишних предметов.

Вопрос организации  рабочих мест обширный, учитывает  правильное размещения в пространстве средств технического оснащения, включающих в себя технологическое оборудование (электролизеры, плавильные печи, разливочные конвейеры и т.д.), инструменты, контрольно-измерительную аппаратуру, подъемно-транспортные устройства, средства связи и сигнализации, а также степень механизации и автоматизации выполняемых операций и т.д.

Физиологами труда  установлена оптимальная рабочая  зона, т.е. пространство, в пределах которого наиболее удобно располагать  органы управления (рычаги, рукоятки, кнопки, маховики и др.). для работы в позе сидя эта зона составляет 1м по фронту, 0,35м высоту и столько же в глубину. В позе стоя величина оптимально рабочей зоны несколько иная: 1,2м по фронту, 1-1,4м в высоту от уровня пола и 0,35м в глубину. Соответствующая оптимальная зона установлена и для движения ног при управлении педалями.

Правило удобного расположения относится не только к органам  управления оборудования, но и к  размещению инструментов, приспособлений и сырья на рабочем месте.

Наблюдения показывают, что даже небольшие усовершенствования рабочего места электролизника, анодчика, литейщика, выливщика и других рабочих электролизного цеха облегчает работу, уменьшает ее утомляемость. Рациональная организация труда требует систематического обслуживания рабочих мест, своевременного удаления готовой продукции и уборки рабочих мест. Большое внимание должно уделяться культурному содержанию рабочего места, что во многом зависит от самих рабочих. Под ногами рабочего не должно быть никаких материалов, готовых изделий, отходов производства. Рабочее место должно содержаться в чистоте и порядке. 

прежде чем получить из сплава отливки нужных форм, металл необходимо очистить от газовых и неметаллических включений.

Из газов в жидком алюминии больше всего водорода, хотя вроде бы по всем законам он должен в этих условиях нацело выгореть. Он и выгорает, но не весь, и если его не удалить, в застывающем металле образуются каверны и поры. Как это скажется на свойствах будущих изделий, подумать страшно. Поэтому расправленный алюминий обязательно вакуумируют или же обрабатывают хлором.

Хлор не только активно  взаимодействует с растворенным в массе металла водородом, но и окисляет, превращая в легкие шлаки, многие неметаллические включения. Влияние последних особенно сильно сказывается на свойствах металла, если он кристаллизуется медленно. Вообще быстрая кристаллизация полезнее. По этой причине алюминиевые сплавы издавна старались отливать не в земляные формы, а в металлические, охлаждаемые водой. Лучше всего – в медные: общеизвестна высокая теплопроводность меди.

Однако на этом пути были свои сложности. Представьте себе хорошо омываемую проточной водой медную форму. Наиболее интенсивно охлаждение жидкого металла идет, естественно, возле ее стенок. Значит, в первые же мгновенья здесь образуется твердая металлическая корочка, и, естественно, происходит усадка. А раз так, то между формой и твердеющим сплавов неизбежно возникает воздушный зазор. Теплопроводность воздуха по сравнению с металлом очень мала. Скорость кристаллизации падает…

Разными способами  пытались устранить вредное действие этого воздушного зазора, пока не догадались ликвидировать его вообще. Но как? Только одним путем: подавать воду не в охлаждающую систему форм, а непосредственно на застывающий металл. Эта идея стала главной предпосылкой для создания способа непрерывного литья алюминиевых сплавов. В самых общих чертах непрерывное литье выглядит так. Расплавленный металл из ковша льется в медный или алюминиевый кристаллизатор небольшой высоты. Дна у кристаллизатора нет, вместо него – подвижный поддон, опускающийся с той же скоростью, с какой идет твердение охлаждаемого водой металла. Вода подается сверху непосредственно на образующийся слиток. Сюда же поступает расплавленный металл, причем его поверхность всегда находится намного ниже верхнего обреза кристаллизатора.

Вода помогает получать и алюминиевую проволоку. Струйка  металла в этом случае выливается из отверстия печи и тут же на выходе охлаждается водой. Полуотвержденную струю подхватывают вращающиеся ролики и тянут ее дальше. По качеству такая проволока не уступает холоднотянутой.

Из проволоки делаются алюминиевые заклепки, на бомбардировщики военного времени их шло около миллиона…

Первые установки  непрерывного литья обязательно окружали частоколом из рельсов. Это была неизбежная мера предосторожности: от быстрого охлаждения в слитках возникали колоссальные напряжения, и слитки иногда с грохотом разрывались. Летели осколки. Приходилось бороться с образованием трещин и с самими трещинами. Регулировали определенным образом подачу воды, делали специальные вырезы в кристаллизаторах. Исследовали эти малоприятные и достаточно опасные явления физикохимики школы академика А.А. Бочвара. Выяснили, в частности, как влияют на проведение твердеющего металла естественные микропримеси железа и кремния. От соотношения этих элементов зависят величина усадки и пластичность металла. Чтобы он, твердея, вел себя сравнительно спокойно, железа в первичном алюминии должно быть больше, чем у кремния…

Это лишь одна «деталь», одна из многочисленных трудностей, которые  преодолевали и преодолели создатели способа непрерывного литья алюминия и его сплавов.

На современных  производствах процесс непрерывной  разливки алюминия сейчас идет спокойно и буднично, хотя, как прежде, требует  четкой технологической дисциплины.

В наши дни непрерывным  методом из алюминиевых сплавов отливают круглые, плоские и полые слитки практически любых необходимых размеров. Эти слитки из сплавов на прессах и прокатных станах превращают в заготовки – листы, плиты, проволоку, трубы, прессованные полуфабрикаты. Тонкий лист из алюминия получают, как и проволоку, методом прокатки из жидкого состояния. В листы превращается почти половина всего производимого в мире алюминия. В виде прессованных полуфабрикатов используется примерно шестая его часть, а в виде фольги, как ни странно, пятнадцатая. Около 15% первичного алюминия идет на фасонное литье и около одного процента – на алюминиевую пудру.

Используемая во многих случаях жизни «серебряная» краска – это взвесь алюминиевой пудры  в определенных жидкостях. Специалисты  хорошо знают, что добавка алюминия – обычно в виде пудры – к порохам и твердым ракетным топливам увеличивает их суммарную теплотворную способность. Американская ракета «Сатурн», к примеру, сжигает за время полета более 30 тонн алюминиевого порошка. Идея же использовать алюминий в качестве компонента ракетных топлив принадлежит одному из пионеров ракетостроения – Ф.А. Цандеру.

  
 

    

9.2 Безопасность при обслуживании

      электролизеров 

Особенности технологии и условий труда в корпусах электролиза определяют повышенные требования электробезопасности. Прежде всего это обязательное и четкое представление каждым работником электролизного цеха схемы включая электролизеров и электрическую цепь. При последовательном соединении электролизеров аварийное выключение из цепи хотя бы одного агрегата приводит к обеспечению всей серии и, как следствие, связано с возможными отрицательными моментами для обслуживающего персонала.

Почти на всех алюминиевых  заводах максимальное напряжение в  цепи электролизеров относительно земли  в нормальном режиме достигает 400-415 В, а в аварийном режиме 800-830 В. При размещении в серии 80-160 агрегатов напряжение на электролизере колеблется (с учетом электропотерь в ошиновке, контактах, расплаве ванн и т.д.) от 4 до 5 В. При этом сила тока остается величиной постоянной, составляя в зависимости от конструктивных особенностей электролизеров от 70 до 160 тыс. А.

Для борьбы с утечками тока и обеспечения безопасности работ, проводимых в корпусах электролиза, необходимо устранять возможности  возникновения случайных заземлений. Для этого надежно изолируют от земли не только электролизеры, но и шинные каналы, напольные рельсы, металлические трубопроводы, шинопроводы и т.д. Так, перекрытия шинных каналов или продольных проемов укладывают с одной стороны на неэлектропроводные основание, а с другой на катодный кожух, и на участках между смежными электролизерами устраивают изоляционные разрывы из дерева шириной не менее 30 мм.

Информация о работе Алюминий и его сплавы, техника безопасности в производстве алюминия