Сколько в 1 кубе газосиликатных блоков: Сколько газосиликатных блоков в кубе

Блоки газосиликатные, как рассчитать, сколько блоков в одном кубическом метре

Сколько газосиликатных блоков в 1 м3, формулы, пример расчета

Газосиликатные блоки относятся к востребованным кладочным и теплоизоляционным материалам, одним из главных преимуществ которых является монтаж на строительный клей. Это свойство и кратные высокоточные размеры изделий упрощает расчет их необходимого количества, толщиной швов можно пренебречь. Продукция отгружается в паллетах или поштучно, но ее стоимость обычно указывается в рублях за 1 м3. Это приводит к потребности перерасчета с учетом точного размера блоков и их необходимого количества для возведения конструкции. Процесс проводится на стадии подготовки проекта или составления схемы кладки.

Количество штук в 1 м3 в зависимости от размеров

Продукция из газосиликата характеризуется высокой точностью геометрических форм (особенно прошедшая автоклавную обработку), согласно требованиям качества отклонения не превышают 0,8 мм по длине (стандарт – 60 см), 0,7 – по ширине (обычно от 100 до 500), 0,7 – по высоте (100-300).

Пример расчета газосиликата

Определить количество в 1 м3 очень просто: достаточно найти объем одной штуки и разделить на это значение 1. На примере газосиликатного блока 400х300х600 см:

V=0,4·0,3·0,6=0,072 м3.

Один кубометр газосиликата включает:

N=1/0,072=13,89 штук с типоразмером 400х300х600.

Все что требуется на этом этапе – не забывать переводить единицы измерения в метры. Значение не целое, при приобретении партии оптом владелец будущей постройки получит лишние штуки в случае округления в большую сторону и недостачу при уменьшении. Для исключения подобной ошибки продукцию реализуют в паллетах, где наряду с объемом указывается точное количество изделий.

Определить, сколько газосиликатных блоков в одном кубе кладки для конкретной строительной конструкции, сложнее. Обычно размеры стен делают кратными их длине или ширине, схема размещения и перевязки продумывается заранее. Исходными данными для расчета являются: габариты изделия, периметр здания, высота по углам, толщина будущей постройки, которая в свою очередь зависит от типа кладки (в полблока, 1, 1,5 или 2), вида используемого раствора (клея или цементно-песчаной смеси), выбранного армирования (отсутствия или частоты металлической сетки).

Для расчета общего числа газосиликатных блоков проще всего воспользоваться онлайн-калькуляторами, но полученные результаты стоит проверить с учетом выбранной схемы монтажа. Рекомендуемая последовательность действий в этом случае:

• Составление плана, выбор толщины стен. При отсутствии опыта проще купить стандартные изделия, у которых длина больше ширины ровно в 2 раза (например, 600х300х200), проблем с подготовкой проекта, перевязкой и кладкой углов при их использовании не возникает.
• Расчет периметра и общей площади. На этом этапе легко найти количество стройматериала для монтажа одного ряда, по понятным причинам оно должно быть целым.
• Определение объема стен. При кладке на клей высота швов не превышает 2 мм, ей можно пренебречь. Но при использовании стандартных цементно-песочных смесей расстояния между рядами и соседними изделиями возрастает на 10-20 мм, что сказывается на итоговом числе газосиликатных блоков. На этом этапе периметр постройки умножают на высоту стен.
• Расчет требуемого количества путем деления объема конструкции на параметры одной штуки.

На примере расчета небольшой постройки из газосиликата 6×4,2 м высотой в 3 м при кладке на клей в полблока, при размере 600х300х200 см толщина конструкции составит 30 см, периметр – 20,4, объем – (20,4·0,3)·3=18,36 м3.

Соответственно требуемое количество составляет 18,36/0,036=510 штук (или 15 рядов по 34 шт). С учетом толщины клея реальная высота стен увеличится на 3 см. Результат не учитывает размеры дверных или оконных проемов, на практике их также подгоняют к габаритам блоков и отнимают их объем от общего. На всех этапах расчета исходными являются проектные данные для конкретного сооружения. Полученные результаты также используются для определения веса возводимых стен (объем кладки делится на плотность газосиликата, последняя зависит от марки).

Lava Building Blocks — Учителя (Служба национальных парков США)

Национальный парк Маунт-Рейнир

Скачать план урока 3545KB

Уровень оценки:

Средняя школа: с шестого по восьмой классы

Тема:

Наука

Продолжительность урока:

60 минут

Общие основные стандарты:

6-8. RST.1, 6-8.RST.2, 6-8.RST.4, 6-8.RST.8

ГОСТ:

Научный стандарт штата Вашингтон EALR 4 Науки о Земле и космосе — 6–8 классы, циклы по системам Земли

Навыки мышления:

Понимание: Понимание основной идеи прослушанного, просмотренного или прочитанного материала. Интерпретируйте или обобщите идеи своими словами. Применение: применить абстрактную идею в конкретной ситуации, чтобы решить проблему или связать ее с предыдущим опытом. Анализ: Разбейте концепцию или идею на части и покажите отношения между частями. Оценка: делайте обоснованные суждения о ценности идей или материалов. Используйте стандарты и критерии для поддержки мнений и взглядов.

Задача

Студенты исследуют влияние вязкости магмы на форму вулканического конуса. Затем они исследуют природу и движение потоков лавы и узнают о важности потоков лавы как строительных блоков горы Ренье. Учащиеся будут:

Как потоки лавы влияют на структуру и тип вулканов, особенно на горе Рейнир,
на горе Сент-Хеленс и Килауэа?

Фон

Лавовые потоки — строительные блоки горы Рейнир

Гора Рейнир состоит из сотен перекрывающихся слоев потока лавы. Между потоками лавы зажаты слои рыхлого каменного щебня. Эти потоки лавы образовались во время сотен отдельных извержений за последние 500 000 лет. Хотя в это время вулкан извергался часто, большая часть лавы извергалась между 500 000–420 000 лет назад и 280 000–180 000 лет назад. Сегодня потоки охлажденной и затвердевшей лавы простираются на 22 километра (14 миль) от вершины вулкана. Будущие потоки лавы, скорее всего, будут меньше и будут перемещаться не дальше, чем на 10 километров (6 миль) от вершины. Самые последние потоки лавы на горе Рейнир извергались примерно от 1100 до 2200 лет назад, и некоторые из этих молодых потоков лавы можно увидеть в виде приподнятых скальных хребтов, которые делят пополам ледник Эммонс, и в виде приподнятых участков подо льдом. Лавовые потоки горы Ренье состоят из андезита и небольшого количества дацитов с низким содержанием кремнезема, а некоторые небольшие лавовые потоки содержат андезит-базальт.

Объем лавы на горе Рейнир составляет примерно 150 кубических километров (36 кубических миль), этого количества достаточно, чтобы заполнить стадион Safeco в Сиэтле 100 000 раз! Потоки лавы от каждого нового извержения накапливаются поверх более старых потоков, делая конус более высоким и широким. Потоки лавы на верхнем конусе относительно тонкие, обычно их толщина составляет 30 метров (100 футов) или меньше. Однако потоки лавы, стекавшиеся вдоль основания конуса, образовывали слои толщиной в сотни метров. Когда извержение заканчивается, конус начинают разрушать многие процессы, в том числе ледниковая эрозия, потоки воды, камнепады и оползни. Вулкан будет увеличиваться в размерах, если объем извергнутой лавы превышает количество, потерянное в результате эрозии.

Как образуются потоки лавы на вулканах с крутыми склонами?

Извержения вулканов часто начинаются с выброса пара и других вулканических газов , которые были захвачены магмой во время ее длительного подъема из магматического очага. Настоящее горообразование начинается после выхода большинства вулканических газов. Внутри жерла расплавленная лава неоднократно поднимается и опускается. Лава внутри кратера в конечном итоге поднимается достаточно высоко, чтобы перелиться через край кратера в виде светящегося потока лавы, часто с температурой от 900-1100 градусов по Цельсию (от 1650 до 2000 градусов по Фаренгейту). Внешняя часть потока лавы остывает и затвердевает в каменистую корку в течение нескольких минут, в то время как внутренняя часть потока остается горячей и липкой и продолжает течь вниз по склону. Но это еще не конец истории.

Пирокластические потоки, лавины горячих камней и газа 

Многие потоки лавы, исходящие из вулканов с крутыми склонами, распадаются на глыбы и щебень, которые лавиной спускаются вниз по долине, сопровождаемой вздымающимся облаком каменной пыли и пара. Пирокластические потоки также могут образовываться в результате обрушения эруптивных колонн. Быстрое таяние снега и льда под действием пирокластических потоков может привести к возникновению лахаров, которые перемещаются на большие расстояния за пределы склона горы и угрожают близлежащим населенным пунктам. Геологи предполагают, что в вулканах Каскад с крутыми склонами часть каменных обломков, обнаруженных зажатыми между потоками лавы, возникла как пирокластические потоки. Узнайте больше о потоках лавы, пирокластических потоках и связанных с ними опасностях в видеороликах «Рок-звезды», «Вулканические процессы» и «Понимание опасности вулканов».

Где находятся потоки лавы на горе Рейнир?

Потоки лавы видны на горе Рейнир в двух основных формах: в виде тонких каменных уступов, выступающих из конуса вулкана, и в виде огромных хребтов, расходящихся от вулкана во всех направлениях. Потоки лавы на уступах скал, обычно толщиной 30 метров (100 футов), — это все, что осталось от более длинных потоков, которые во время извержений распались на пирокластические потоки или после извержения были разрушены ледниковым действием. Огромные хребты потоков лавы, представленные Парадайз-Ридж, Риксекер-Пойнт, Мазама-Ридж и Рэмпарт-Ридж, возвышаются на сотни метров (сотни футов) над дном долины. Их каменно-щебнистые вершины бывает трудно наблюдать из-за густой луговой и лесной растительности. Почти каждый шаг на этих хребтах сделан по застывшим потокам лавы. Со дна долины образованный наблюдатель может увидеть многочисленные потоки лавы, образовавшие хребет. Лавовые породы обычно кажутся серыми, а в некоторых местах образуют столбы. См. примеры тонких и толстых потоков лавы на графике «Фотографии потоков лавы на горе Рейнир».

Кремнезем влияет на вязкость лавы и общую форму вулкана

Содержание кремнезема является основным фактором, определяющим вязкость магмы. Молекулы кремнезема образуют прочную связь, которая позволяет захватывать вулканические газы и способствует взрывным извержениям вулканов. Магмы с низким содержанием кремнезема обеспечивают быстрый выход газов и извержения с низкой взрывоопасностью. Другие факторы, которые контролируют вязкость магмы, включают температуру магмы, содержание газа и воды, а также количество кристаллов в магме. Массивные щитовые вулканы Килауэа и Мауна-Лоа на Гавайях содержат 50 процентов кремнезема в своей магме, тогда как стратовулкан на горе Рейнир содержит почти 60 процентов кремнезема. Гора Сент-Хеленс имеет самое высокое среднее содержание кремнезема — 64 процента. Для получения дополнительной информации о магме посетите мероприятие Magma Mash и страницу интернет-ресурсов.

Не все вулканы созданы одинаковыми

Несмотря на то, что существует множество способов классификации типов вулканов, одна очень упрощенная и общая система классификации разделяет все вулканы на три типа на основе общей формы: вулканы-щиты, шлаковые конусы и стратовулканы, иногда известные как составные вулканы. Общая форма вулкана дает представление о структуре и химическом составе лавы, из которой он образовался. Магма, извергающаяся из щитовых вулканов, производит жидкую лаву, которая быстро и тонко распространяется на большие расстояния по поверхности. Это создает пологий наклон, похожий по форме на круглые щиты, которые использовали римские солдаты. Щитовые вулканы имеют большие основания, покрывающие огромные площади. Стратовулкан состоит из скоплений вязких потоков лавы и каменных обломков. Их склоны значительно круче склонов щитовых вулканов. Тип магмы, образующей шлаковый конус, аналогичен типу магмы, образующей щитовые вулканы. Во время извержения расширяющиеся газы раздувают небольшие куски породы, называемые пеплом, которые накапливаются в кучу, образуя каменный конус. Многие шлаковые конусы также содержат небольшие потоки лавы. На рисунке «Три типа вулканических конусов» изображены примеры этих вулканических конусов.

Получить представление о потоках лавы

• Цвет. Цвет и текстура лавы значительно различаются в зависимости от условий охлаждения. Лавовые породы при высоких температурах имеют цвет от красного до оранжевого, но быстро остывают до оттенков красного (из-за окисления) и серого.
Звук
•  – свидетели медленно движущихся частично остывших потоков лавы сообщают о звуках, похожих на бьющееся стекло и керамику, вызванных раскалыванием остывшей внешней оболочки потока лавы. Напротив, прохождение пирокластического потока устрашающе тихое. Некоторые люди говорят, что это происходит потому, что его звуковая энергия поглощается вздымающимся облаком пепла.
• Запах – Наблюдатели за потоками лавы сообщают о легком запахе серы в воздухе и запахе горящей растительности.
• Текстура – лава на горе Рейнир не такая жидкая, как лава вулканов на Гавайях, где потоки лавы иногда напоминают горячую патоку, и не такая вязкая, как лава на горе Сент-Хеленс.

Сравнение гор Рейнир и Сент-Хеленс

Горы Рейнир и Сент-Хеленс имеют очень разный возраст (самые старые породы 500 000 лет назад и 40 000 лет назад соответственно) и стили извержения, что объясняет их различие в форме и размер. Склонность горы Ренье извергать больше лавы, чем тефры, является одной из причин, по которой она смогла вырасти до такой большой высоты. С другой стороны, гора Сент-Хеленс производит огромное количество тефры, которая уносится ветром с вулкана и не способствует формированию конуса вулкана. Лава на горе Сент-Хеленс может быть настолько вязкой, что кажется, что она выдавливается из-под земли, как зубная паста из тюбика. Это создает элемент в форме маффина, который называется 9.0100 лавовый купол  , который растет над жерлом. Более поздние взрывные извержения разрушат более ранние лавовые купола и предотвратят рост вулкана до больших высот.

Вязкость 
Это сопротивление материала (обычно жидкости) течению. Примерами более высокой и более низкой вязкости может быть более высокое сопротивление течению теста для пирога по сравнению с водой.

Подготовка

* Сделайте по одной копии каждого из следующих материалов на каждого учащегося: страницу учащегося «Бегущая лава» и иллюстрацию «Три типа вулканических конусов»

*Либо подготовьте проект на доске, либо раздайте каждому учащемуся копии иллюстраций «Фотографии потоков лавы на горе Рейнир» и «Вулканические породы современной горы Рейнир»

*Для каждой студенческой группы подготовьте следующие материалы: Газета , бумажные стаканчики, карандаш, линейка, секундомер, мерная ложка и картон 1×1 метр (3×3 фута) Необязательно: предоставьте образцы лавовых пород  

*Выберите три продукта для представления образцов лавы Продукты должны иметь разный состав и текстуру и вязкости (шоколадный сироп, кукурузный сироп, шампунь, овсянка, желе, кетчуп, резиновый клей и т. д.). Поместите каждый из этих материалов в небольшие контейнеры, чтобы раздать каждой группе лаборатории, например бумажные стаканчики или другие контейнеры.  

Материалы

Пример графика, который должен быть получен в ходе эксперимента «Лава в бегах».

Загрузить страницу учителя — Лава в бегах Образец диаграммы

Инструкции учащихся по эксперименту Лава в бегах. Скопируйте по одному на каждого учащегося.

Загрузить студенческие страницы — Лава в бегах

Графическая страница, иллюстрирующая потоки лавы на горе Рейнир. Либо спроектируйте на доске для класса, либо сделайте по одной копии для каждого учащегося.

Загрузить графику — Фотографии потока лавы на горе Рейнир

Страница с изображением вулканических пород на горе Рейнир. Либо спроектируйте на доске для класса, либо сделайте по одной копии для каждого учащегося.

Загрузить графику — Вулканические породы на современной горе Рейнир

Страница с графикой, описывающая три различных типа вулканов. Сделайте по одной копии на каждого учащегося или проект на доске для всего класса.

Загрузить иллюстрацию — Три типа вулканических конусов

Урок/предварительный просмотр

Обзор типов вулканов

1. Раздайте рисунок «Три типа вулканов», чтобы сравнить формы и размеры щитов, шлаковых конусов и стратовулканов.

2. Объясните учащимся, что сегодня они будут отвечать на вопрос: почему вулканы имеют разную форму?

3. Покажите учащимся изображение горы Рейнир и изображение горы Сент-Хеленс. Попросите учащихся определить типы вулканов и предсказать, почему эти два вулкана имеют такие разные размеры. Гора Ренье составляет 14 409 футов (4392 м), а гора Сент-Хеленс — 8 366 футов (2550 м). Не стесняйтесь намекнуть им, что это как-то связано с лавой.

Процедура

Введение вязкости

4. Введите термин вязкость и опишите, как вязкость лавы будет определять стиль извержения и тип образовавшегося вулкана.

Лава в бегах

Учащиеся проверяют вязкость трех «образцов лавы» и делают выводы о типе вулкана, который может образоваться.

5. Предоставьте каждому учащемуся страницу учащегося «Lava on the Run».

6. Разделите класс на группы по три-четыре человека. У каждого члена команды должна быть по крайней мере одна роль в эксперименте, например, регистратор, хронометрист, маркер и замерщик и разливщик образцов.

7. Учащиеся расстилают газеты или пластиковую пленку на местах проведения занятий, чтобы облегчить уборку.

8. Учащиеся маркером проводят начальную линию в верхней части картона, а затем прислоняют картон к предмету под крутым углом.

9. Раздайте каждой группе образцы потока лавы. Поручите учащимся изучить образцы лавы. На странице ученика студенты пишут свой прогноз относительно того, какой образец является наиболее вязким (самым медленным) и наименее вязким (самым быстрым).

10. Поручите учащимся отмерить одну столовую ложку образца и держать ее над стартовой линией, готовясь к разливанию, когда хронометрист скажет: «Давай». Нанесите образец на картон. Через десять секунд хронометрист скажет стоп, а маркер нарисует линию, где в это время находилась «лава». Измеритель определяет расстояние, пройденное за это время. Диктофон записывает расстояние на странице ученика.

11. Учащиеся повторяют процесс со всеми образцами. Усредните результаты каждого образца «лавы» для всех групп.

12. Попросите каждую группу нарисовать графически результаты, показывающие, какой образец является более вязким или устойчивым к течению в эксперименте.

Завершение эксперимента  

13. Обсудите результаты с классом. Обратите внимание на сходства и различия между групповыми результатами.

• Каждая группа отметила один и тот же образец как наиболее или наименее вязкий? Предложите учащимся объяснить свои ответы.
• Какой экземпляр может представлять каждый тип вулкана?
• Как наклон повлиял на результаты?
• Как форма или наклон вулкана и изменения в содержании кремнезема повлияют на вулкан?
• Обсудите, как каждый последующий поток лавы увеличивает высоту вулкана.

14. Покажите иллюстрации «Три типа вулканических конусов», «Фотографии потоков лавы на горе Рейнир» и «Вулканические породы современной горы Рейнир». Попросите учащихся определить образцы, из которых можно построить щит и стратовулкан. Обратите внимание на наличие тонких потоков на Success Cleaver и толстых потоков на Lava Flow на мысе Ricksecker. Объясните, как тонкие потоки лавы формируются высоко на вулкане, в то время как лава скапливается вдоль основания вулкана, образуя толстые потоки и хребты, расходящиеся от вулкана.

Словарь

• Андезит — темная, мелкозернистая, коричневая или сероватая вулканическая порода, промежуточная по составу между риолитом и базальтом.

• Андезит-базальт — черная вулканическая порода, содержащая около 55% кремнезема.

• Составной вулкан. Также известный как стратовулкан, представляет собой конический вулкан, образованный множеством слоев (пластов) затвердевшей лавы, тефры, пемзы и вулканического пепла.

• Вулкан шлакового конуса — наиболее распространенный тип вулкана; это симметричные конусообразные вулканы, о которых мы обычно думаем. Они могут встречаться как одиночные вулканы или как вторичные вулканы по бокам стратовулканов или щитовых вулканов.

• Конус — холм треугольной формы, образованный в результате накопления материала в результате вулканических извержений вокруг вулканического жерла или отверстия в земной коре.

• Кратер — это круглая или центральная депрессия, образовавшаяся в результате вулканической активности.

• Дацит — вулканическая порода, напоминающая андезит, но содержащая свободный кварц.

• Извержение — активируйте и выбрасывайте лаву, пепел и газы.

• Столб извержения — состоит из горячего вулканического пепла, выброшенного во время эксплозивного извержения вулкана. Пепел образует столб, поднимающийся на много километров в воздух над вершиной вулкана.

• Ледник — медленно движущаяся масса или река льда, образованная накоплением и уплотнением снега в горах или вблизи полюсов.

• Лахар — разрушительный селевой поток на склонах вулкана.

• Оползни — соскальзывание массы земли или камня с горы или утеса.

• Лава — горячая расплавленная или полужидкая порода, извергнутая из вулкана или трещины, или твердая порода, образовавшаяся в результате их охлаждения.

• Лавовый купол — насыпь вязкой лавы, выброшенной из вулканического жерла.

• Лавовый поток — масса текущей или застывшей лавы.

• Магма — горячий жидкий или полужидкий материал ниже или внутри земной коры, из которого при охлаждении образуются лава и другие магматические породы.

• Магматическая камера — большой подземный резервуар жидкой породы, обнаруженный под поверхностью Земли.

• Пирокластический поток — плотная, разрушительная масса очень горячего пепла, фрагментов лавы и газов, взрывоопасно выбрасываемая из вулкана и обычно стекающая вниз по склону с большой скоростью.

• Скальный щебень — необработанные фрагменты щебня или камня

• Щитовой вулкан — широкий куполообразный вулкан с пологими склонами, характерный для извержения жидкой базальтовой лавы.

• Кремнезем — твердое, нереакционноспособное, бесцветное соединение, которое встречается в виде минерального кварца и в качестве основного компонента песчаника и других горных пород.

• Стратовулкан. Также известный как составной вулкан – конический вулкан, построенный множеством слоев (пластов) затвердевшей лавы, тефры, пемзы и вулканического пепла.

• Вентиляционное отверстие — отверстие, позволяющее воздуху, газу или жидкости выходить из замкнутого пространства или попадать в него.

• Вязкость — состояние густой, липкой и полужидкой консистенции из-за внутреннего трения.

• Вулканические газы. Расплавленная порода (магма или лава) вблизи атмосферы выделяет высокотемпературный вулканический газ.

Материалы для оценки

Рецепт приготовления вулкана Рейнир

Чтобы оценить, понимают ли учащиеся, как образуются вулканы, попросите учащихся перечислить ингредиенты и этапы приготовления вулкана Рейнир. Объясните учащимся, что в их рецепте должна использоваться научная лексика, изученная на уроке.

Рецепт для Маунт-Рейнир

Загрузить оценку

Помощь отстающим учащимся

* Проведите «Лава в бегах» в качестве демонстрации в классе, чтобы дать учителям дополнительные рекомендации.

*Создание разнородных групп по выбору учителя для эксперимента.

*Вместо предоставления каждой группе всех трех образцов разделите класс на три группы и попросите каждую группу протестировать один образец.

Деятельность по обогащению

*Назначить исследование в Интернете или библиотеке относительно темпов роста вулканов. Поручите учащимся изучить истории жизни других вулканов Каскад.

*Иллюстрирование типов вулканов с помощью простых продуктов. Покажите классу шоколадную крошку, шоколадный поцелуй и вафельное печенье. Шоколадный поцелуй представляет собой крутой стратовулкан или составной вулкан; шоколадная крошка представляет собой угольный конус; пластина иллюстрирует широкий склон щитового вулкана. Спросите студентов, какой тип вулкана представляет каждый из продуктов. Использовано с любезного разрешения доктора Роберта Лилли, Университет штата Орегон

Дополнительные ресурсы

Сиссон, Т. В.; Валланс, JW; Прингл, П. Т., 2001 г., Прогресс в понимании опасностей Маунт-Рейнир: EOS (Транзакции Американского геофизического союза), т. 82, вып. 9, п. 113, 118-120.

Связанные уроки или учебные материалы

Этот план урока является частью учебной программы «Жизнь с вулканом на заднем дворе», созданной в результате партнерства между Национальным парком Маунт-Рейнир и Геологической службой США Каскадной вулканической обсерватории.

Контактная информация

Напишите нам об этом плане урока

Как производится алюминий

Все об алюминии

Несмотря на то, что алюминий является самым распространенным металлом на планете, чистый алюминий в природе не встречается. Атомы алюминия легко связываются с другими металлами, образуя соединения. В то же время алюминий невозможно выделить, просто расплавив соединения в печи, как, например, железо. Процесс производства алюминия намного сложнее и требует огромного количества электроэнергии. По этой причине алюминиевые заводы всегда строятся вблизи источников энергии, как правило, гидроэлектростанций, которые не загрязняют окружающую среду. Но давайте начнем с самого начала.

• Добыча бокситов
• Производство глинозема
• Криолит
• Производство алюминия
• Литейный дом
• Новые технологии
• Переработка

« Ничто в природе не возникает из ничего и
ничто не возникает готовым к использованию ».

Александр Герцен
Русский публицист и писатель

Добыча бокситов

Процесс производства алюминия можно разделить на три этапа; из земли добывают первые бокситы, содержащие алюминий. Во-вторых, бокситы перерабатываются в глинозем или оксид алюминия, и, наконец, на третьем этапе чистый алюминий производится с помощью электролитического восстановления, процесса, в котором оксид алюминия расщепляется на компоненты с помощью электрического тока. Около 4-5 тонн бокситов перерабатываются в 2 тонны глинозема, из которых можно получить около 1 тонны алюминия.

В мире существует несколько полезных ископаемых, из которых можно получить алюминий, но наиболее распространенным сырьем является боксит. Бокситы – это минералы, состоящие в основном из оксида алюминия, смешанного с некоторыми другими минералами. Бокситы считаются качественными, если они содержат более 50% оксида алюминия.

Запасы бокситов
Подтвержденные мировые запасы бокситов оцениваются в 18,6 миллиардов тонн. При нынешнем уровне добычи этого должно хватить более чем на сто лет.

Существует множество разновидностей бокситов. По структуре они могут быть сплошными и плотными или рассыпчатыми. Обычный цвет кирпично-красный, огненно-красный или коричневый из-за оксида железа. Если содержание железа низкое, бокситы могут быть серыми или белыми. Но встречаются и желтые, темно-зеленые и даже разноцветные бокситы с голубоватыми, пурпурными, красными и черными оттенками.

Около 90% мировых запасов бокситов приходится на тропические и субтропические районы, при этом 73% приходится всего на пять стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. Гвинея имеет самые большие запасы бокситов, 5,3 миллиарда тонн (28,4% мировых запасов) и гвинейские бокситы очень высокого качества, содержащие минимальное количество примесей. Они также находятся очень близко к поверхности, что делает их добычу очень легкой.

Крупнейшие производители бокситов в мире, 2014 г.

Наиболее распространенным способом добычи бокситов является использование карьеров. С помощью специального оборудования с поверхности срезается один слой за другим, а затем порода транспортируется в другое место для дальнейшей обработки. Однако есть места, где алюминиевую руду приходится добывать глубоко под землей, и для ее добычи необходимо построить подземные шахты. Одна из самых глубоких шахт — Черемховская-Глубокая на Урале в России, ее стволы проходят на глубину 1550 метров.

Производство глинозема

Следующим этапом производственной цепочки является переработка бокситов в глинозем, или оксид алюминия — Al ₂ O ₃ , — белый порошок. Наиболее распространенным процессом производства глинозема из бокситов является процесс Байера, который был впервые обнаружен более 100 лет назад, но широко используется и сегодня. Около 90% глиноземных заводов в мире используют процесс Байера. Он очень эффективен, но его можно использовать только на высококачественных бокситах с довольно низким содержанием примесей, особенно кремния.

Принцип процесса Байера заключается в следующем: кристаллизованный гидрат алюминия, находящийся в бокситах, легко растворяется в концентрированной каустической соде (NaOH) при высоких температурах, а при понижении температуры и повторном увеличении концентрации раствора гидрат алюминия кристаллизуется, но остальные элементы, содержащиеся в боксите (так называемый балласт), либо не растворяются, либо перекристаллизовываются и оседают на дно задолго до кристаллизации гидрата алюминия. Это означает, что после растворения гидрата алюминия в едком натре балласт можно легко выделить и удалить. Этот балласт известен как красный шлам.

Красный шлам представляет собой густую красно-коричневую пасту, состоящую из соединений кремния, железа, титана и других. Его утилизируют на специальных изолированных площадках, называемых шламоотвалами. Площадки шламоотвала предназначены для предотвращения просачивания щелочи, содержащейся в шламе, в грунтовые воды. После засыпки шламоотвала территорию можно рекультивировать, засыпав ее песком, пеплом или грязью и посадив там определенные виды деревьев и растений. Хотя на полную рекультивацию могут уйти годы, в итоге территория вернется в исходное состояние.

Многие специалисты не считают красный шлам отходами, поскольку его можно использовать в качестве сырья. Например, из него можно получить скандий, а затем использовать его в алюминиево-скандиевых сплавах. Скандий придает алюминиевым сплавам особую прочность, и такие сплавы можно использовать в автомобилях, ракетах, спортивном инвентаре и в производстве электрических проводов.

Красный шлам также можно использовать в производстве чугуна, бетона и редкоземельных металлов.

Крупные частицы гидрата алюминия можно относительно легко отфильтровать из раствора. Затем их промывают водой, сушат и прокаливают, то есть нагревают для удаления воды. Выходом этого процесса является глинозем.

Нефелин
Бокситы являются наиболее распространенным сырьем для производства глинозема, но не единственным. Глинозем также можно получить из нефелина. Нефелин встречается в виде апатито-нефелиновой породы (апатит — оксид кальция и фосфора). В процессе производства глинозема из нефелина также образуются побочные продукты: сода, поташ (материал, используемый в строительстве, производстве некоторых химических веществ, пищевой промышленности и т. д.) и редкий металл галлий. Отходы производства, белый шлам, могут быть использованы для производства высококачественного цемента. Для производства 1 тонны глинозема требуется 4 тонны нефелина и 7,5 тонн известняка 9. 0003

Глинозем имеет неограниченный срок хранения, но его необходимо хранить в правильных условиях, так как он при первой же возможности впитает влагу, поэтому производители глинозема предпочитают отправлять его на плавильные заводы как можно скорее. Первый глинозем укладывается в штабели весом до 30 000 тонн. В итоге таким образом строится своего рода слоеный пирог высотой 10-12 метров. Затем куча разрезается и загружается в железнодорожные вагоны по 60-75 тонн в вагоне (в зависимости от типа вагона) для отправки на плавильные заводы.

Существует еще один, гораздо менее распространенный метод получения глинозема. Это называется спеканием. Идея состоит в том, чтобы делать твердые материалы из порошков при высокой температуре. Бокситы спекаются с содой и известью. Последние два элемента связывают кремнезем в нерастворимые силикаты, которые затем можно легко отделить от глинозема. Процесс спекания более энергоемкий, чем процесс Байера, но с его помощью можно получать глинозем из бокситов с высоким содержанием токсичных примесей кремнезема.

Криолит

Ивиттууит
Одно из немногих природных месторождений криолита на Земле находится в городе Ивитууит в Гренландии. Он был открыт в 1799 году. Добыча криолита прекратилась в 1987 году, когда был разработан процесс производства искусственного криолита. Позднее криолит был обнаружен в Ильменских горах на Южном Урале (в Миассе) и в Колорадо, США.

Глинозем является непосредственным источником алюминия в процессе производства алюминия, но для создания подходящей среды для электролиза необходим еще один компонент, и этим компонентом является криолит. Это редкий природный минерал фтора, который из-за его дефицита в естественной форме был получен искусственно. В современном металлургическом производстве криолит получают путем смешивания плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия и содой.

Производство алюминия

Итак, мы добыли боксит, сделали из него глинозем и накопили криолит, и теперь все готово к последнему этапу: электролитическому восстановлению для получения алюминия. Участок восстановления — это сердце алюминиевого завода, и он сильно отличается от производственных цехов на ваших типичных сталелитейных заводах, производящих чугун или сталь. Район редукции состоит из нескольких прямоугольных зданий, длина которых иногда превышает 1 километр. Внутри сотни редукционных ячеек или котлов, расположенных рядами и подключенных к источникам питания через массивные кабели. Постоянное напряжение на электродах каждой восстановительной ячейки колеблется в пределах от 4 до 6 вольт, при этом сила тока может достигать 300, 400 кА и более. Именно электрический ток является основной производительной силой в этом процессе. В типичной зоне сокращения находится всего несколько человек, поскольку все ключевые процессы автоматизированы.

Ток для производства алюминия
Для запуска двигателя автомобиля необходим ток 300-350А в течение 30 секунд. Это в 1000 раз меньше, чем требуется одной ячейке редуктора на постоянной основе.

В каждом электролизере алюминий производится из глинозема в процессе электролитического восстановления. Вся ячейка заполнена расплавленным криолитом, создающим проводящую среду при температуре 950°С. Дно ячейки работает как катод, а роль катода играют специальные криолито-углеродные блоки длиной 1,5 метра и шириной 0,5 метра, которые опускают в ячейку. Эти блоки выглядят как массивные молотки.

Каждые тридцать минут автоматическая система подачи глинозема сбрасывает в электролизер новую порцию глинозема. Электрический ток, протекающий через ячейку, разрушает связь между алюминием и кислородом, в результате чего алюминий оседает на дно ячейки и образует слой толщиной 10-15 см, а кислород связывается с углеродом в анодных блоках с образованием углекислого газа. .

Два-четыре раза в день алюминий извлекают из электролизера специальными вакуумными ковшами. В криолитовой корке, образующейся на поверхности восстановительной камеры, пробивают отверстие, затем через отверстие опускают трубу. По этой трубе в ведро засасывается жидкий алюминий, из которого заранее откачивается весь воздух. В среднем из каждой электролизера извлекается около 1 тонны металла, а вакуумный ковш может вместить 4 тонны расплавленного алюминия. Как только ведро наполнится, его отвезут в литейный двор.

На каждую тонну произведенного алюминия выбрасывается 280 000 кубометров газа. По этой причине каждая электролизер, независимо от ее конструкции, оснащена системой газоудаления, которая улавливает выделяющиеся в процессе восстановления газы и направляет их на установку газоочистки. Современные системы очистки сухих газов используют глинозем для фильтрации токсичных соединений фтора из газов. Таким образом, прежде чем использовать в производстве алюминия, глинозем сначала используется для обработки газов, выбрасываемых при более раннем производстве алюминия. Так что в каком-то смысле это замкнутый круг.

Процесс восстановления алюминия требует огромного количества электроэнергии, поэтому важно использовать возобновляемые источники энергии, не загрязняющие окружающую среду. Наиболее распространенным возобновляемым источником энергии являются гидроэлектростанции, поскольку они могут выдавать необходимую мощность, не загрязняя атмосферу. Например, в России 95% алюминиевых заводов получают электроэнергию от гидроэлектростанций. Однако в мире есть места, где по-прежнему доминирует угольная генерация, например, в Китае, 93% производства алюминия получают энергию от электростанций, работающих на угле. При использовании гидроэлектроэнергии в атмосферу выбрасывается всего 4 тонны углекислого газа на каждую тонну произведенного алюминия, а при использовании угольной генерации выбрасывается в пять раз больше углекислого газа на каждую тонну произведенного алюминия, или 21,6 тонны. углекислый газ.

Углекислый газ

За один солнечный день один гектар леса потребляет из атмосферы 120-280 кг углекислого газа и выделяет 180-200 кг кислорода.

Литейный цех

Расплавленный алюминий транспортируется в ведрах в литейный цех плавильного завода. На этой стадии металл еще содержит много железа, кремния, меди и других элементов. Однако даже самые незначительные количества примесей могут резко повлиять на свойства алюминия, поэтому в литейном цехе все примеси удаляются путем переплавки алюминия в специальной печи при температуре 800 ^o С. Полученный чистый алюминий отливается в специальные формы, где он может затвердеть.

Самые маленькие алюминиевые слитки, часто называемые чушками, весят от 6 до 22,5 кг. Когда клиенты получают алюминий, доставленный им в болванках, они переплавляют его, добавляют любые необходимые компоненты, а затем перерабатывают их в форме, необходимой для их целей.

Самые крупные слитки, 30-тонные слябы длиной 11,5 метров, изготавливаются в специальных изложницах, заглубленных на глубину до 13 метров в землю. Горячий алюминий заливается в такую ​​форму в течение двух часов, при этом плита «растет» в форме, как сосулька, только снизу вверх. По мере литья сляб охлаждается водой и, как только процесс литья завершен, сляб готов к отгрузке. Затем плиты обычно раскатывают в тонкие листы, которые затем используются при производстве фольги, банок для напитков или панелей кузова автомобиля.

Алюминиевые заготовки длиной 7 метров используются для изготовления прессований – это когда заготовка проталкивается через отверстие необходимой формы. Экструзия — это процесс, используемый для изготовления подавляющего большинства алюминиевых изделий.

В литейном цехе алюминию придают не только необходимую форму, но и необходимый химический состав. Дело в том, что чистый алюминий используется гораздо реже, чем алюминиевые сплавы.

Алюминиевые сплавы получают путем смешивания алюминия с различными другими металлами (так называемыми легирующими элементами). Одни повышают прочность алюминия, другие делают его более плотным, третьи изменяют его теплопроводные свойства и т. д. Распространенными легирующими элементами являются бор, железо, кремний, магний, марганец, медь, никель, свинец, титан, хром, цинк, цирконий, литий, скандий, серебро и другие. Кроме того, в состав алюминиевых сплавов могут входить десятки других легирующих элементов, таких как стронций, фосфор и другие, поэтому общее количество возможных сплавов весьма внушительно. Сегодня в промышленности используется более 100 алюминиевых сплавов.

Новые технологии

Производители алюминия постоянно совершенствуют свои производственные процессы для максимального повышения качества при минимальных затратах и ​​воздействии на окружающую среду. Уже разработаны электролизеры, работающие на ток 400 и 500 кА, модернизируются электролизеры старого поколения.

Одной из самых передовых технологий, над которой сегодня работают производители алюминия, является процесс инертного анода. Это уникальный революционный процесс, который может позволить производителям алюминия полностью отказаться от использования угольных анодов. Инертный анод потенциально можно использовать до бесконечности, но, что наиболее важно, процесс восстановления на основе инертного анода выбрасывает в атмосферу не углекислый газ, а чистый кислород. Один звонок инертного анода может произвести столько кислорода, сколько 70 гектаров леса. В настоящее время процесс инертного анода разрабатывается в секрете и проходит промышленные испытания, но кто знает, может быть, в ближайшем будущем он превратит алюминиевую промышленность в легкие нашей планеты.

Переработка

Одним из важных свойств алюминия является то, что он сохраняет свои свойства после обработки, что означает, что изделия из алюминия могут быть переработаны в новые изделия. Это помогает сохранить колоссальное количество энергии, которое необходимо использовать для производства первичного алюминия.

По оценкам Международного института алюминия, с 1880 года в мире было произведено почти миллиард тонн алюминия, и три четверти этого количества все еще используются сегодня. Около 35 % используется в зданиях и сооружениях, 30 % — в электрических кабелях и оборудовании и 30 % — в транспорте.

Здания и сооружения

Кабели электрические

Транспорт

Алюминиевый лом собирают по всему миру. В быту это в основном алюминиевые банки из-под напитков. Было подсчитано, что 1 кг переработанных пустых банок из-под напитков экономит 8 кг бокситов, 4 кг различных фторидов и 14 кВт/ч электроэнергии. Кроме того, переработка алюминия значительно снижает негативное воздействие постоянно расширяющихся свалок на окружающую среду. По мере того, как идея экологической ответственности набирает все большую популярность, раздельная переработка мусора становится все более популярной во всем мире.

Алюминиевые банки — один из самых перерабатываемых продуктов в мире. Примерно через 6 недель после использования алюминиевые банки снова появляются на полках магазинов

Каждый год в мире производится 220 миллиардов банок для напитков, 90% из них перерабатываются в Европе, и часто эти банки перерабатываются, а полученный из них алюминий используется для изготовления новых алюминиевых банок. Это одна из причин, по которой алюминиевые банки для напитков часто называют вечным продуктом.