铝材也被广泛地应用在加工设备、纺织设备、煤矿机械、移动式灌溉管与工具等。
铝及其合金可以用已知的所有方法浇铸成铸件或加工成材。铝及其合金的加工产品可以划分为两类:一类是通用产品,包括薄板、厚板、箔、棒材、线材、管材以及结构型材,其中板材可细分为圆棒和非圆形棒,其中管材可细分为标准圆管和非标准圆形管。另一类是非通用的产品,这是为了某个特定用途而设定的产品,包括挤压型材、锻件、冲挤件、铸件、冲压件、粉末冶金(P/M)零件、机加工件和铝基复合材料。挤压件其是挤压固体金属通过开孔模而生产出来的。具有轴对称的设计件特别适合于用挤压形式生产。使用现行的工艺,也能挤压复杂的、有心轴的和不对称的外形,精密挤压可显出非同寻常的严格呎吋和表面光洁度,工件的主要呎吋通常不需要机加工;挤压后产品的精度可容许用简单的切割、礸孔、扩孔和其他小量的机加工来达到。挤压、挤压与拉拔结合生产的无缝管可与机械制造的有缝管和焊接管相匹敌。
冶炼铝可以用热还原法,但是成本太高。工业上冶炼铝应用电解法,主要原理是霍尔-埃鲁铝电解法:以纯净的氧化铝为原料采用电解制铝,因纯净的氧化铝熔点高(约2045℃),很难熔化,所以工业上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔剂,使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石中,成为冰晶石和氧化铝的熔融体,然后在电解槽中,用碳块作阴阳两极,进行电解。
矿石的铝硅比来决定的。从一般技术和经济的观点看,矿石铝硅比为3左右通常选用烧结法;铝硅比高于10的矿石可以采用拜耳法;当铝土矿的品位处于二者之间时,可采用联合法处理,以充分发挥拜耳法和烧结法各自的优点,达到较好的技术经济指标。目前全球氧化铝年产量在5500万吨左右,我国的氧化铝产量约为680万吨。
II.人造非金属资源
①化工产品
化学工业、化学工程和化学工艺都简称为化工,它们出现于不同历史时期,各有不同含义,却又关系密切,互相渗透。在人们头脑里,“化工”这个词,习惯上已成为一个总的知识门类和事业的代名词,它在国民经济和工程技术上所具有的重要意义,引起了人们广泛的兴趣,吸引着成千上万的人,为之献出毕生精力。
人类与化工的关系十分密切,在现代生活中,几乎随时随地都离不开化工产品,从衣、食、住、行等物质生活到文化艺术、娱乐等精神生活,都需要化工产品为之服务。有些化工产品在人类发展历史中,起着划时代的重要作用。它们的生产和应用,甚至代表着人类文明的一定历史阶段。
化学工业包括石油化工,农业化工,化学医药,高分子,涂料,油脂等。人类早期的生活更多地依赖于对天然物质的直接0利用。渐渐地这些物质的固有性能满足不了人类的需求,于是产生了各种加工技术,有意识有目的地将天然物质转变为具有多种性能的新物质,并且逐步在工业生产的规模上付诸实现。广义地说,凡运用化学方法改变物质组成或结构或合成新物质的,都属于化学生产技术,也就是化学工艺,所得的产品被称为化学品或化工产品。
化工向人们提供的产品是丰富多彩的,它除了生产大量材料用于制成各种制品为人所用以外,还有用量很少但效果十分明显的产品,使人们的生活得到不断改善。例如:用于食品防腐、调味、强化营养的各种食品添加剂;提高蔬菜、水果产量和保持新鲜程度的植物生长调节剂和保鲜剂;促使肉、蛋丰产的饲料添加剂;生产化妆品和香料、香精的基础原料和助剂;房屋、家具和各种工、器具装饰用的涂料;各种印刷油墨用的颜料;以及洗涤用品用的表面活性剂等等,不胜枚举。还有电影胶片(感光材料)、录音(像)磁带(磁记录材料),以及激光电视唱片(光盘)等。利用这些传播声像的手段,可加强通信联络,再现历史场景,表演精湛艺术。借助于信息记录材料,把人们的视野扩展到宇宙空间、海底深处或深入脏腑内部,甚至于解剖原子结构,为提高人类的精神文明,揭开自然界的奥秘,提供了条件。
化学工业从它形成之时起,就为各工业部门提供必需的基础物质。作为各个时期工业革命的助手,正是它所担负的历史使命。18~19世纪的产业革命时期,手工业生产转变为机器生产,蒸汽机发明了,社会化大生产开始了,这正是近代化学工业形成的时候。面临产业革命的急需,吕布兰法制纯碱等技术应运而生,这使已有的铅室法制硫酸也得到发展,解决了纺织、玻璃、肥皂等工业对酸、碱的需要。同时,随着炼铁、炼焦工业的兴起,以煤焦油分离出的芳烃和以电石生产的乙炔为基础的有机化工也得到发展。合成染料、化学合成药、合成香料等相继问世,橡胶轮胎、赛璐珞和硝酸纤维素等也投入生产。这样,早期的化学工业就为纺织工业、交通运输业、电力工业和机器制造业提供了所必需的原材料和辅助品,促成了产业革命的成功。
20世纪经过两次世界大战,一方面石油炼制工业中的催化裂化、催化重整等技术先后出现,使汽、煤、柴油和润滑油的生产有了大幅度增长,特别是丙烯水合制异丙醇工业化以后,烃类裂解制取乙烯和丙烯等工艺相继成功,使基本有机化工生产建立在石油化工雄厚的技术基础之上,从而得以为各工业部门提供大量有机原料、溶剂、助剂等。从此,人们常以烃类裂解生产乙烯的能力,作为一个国家石油化工生产力发展的标志。另一方面,哈伯-博施法合成氨高压高温技术在工业上实现,硝酸投入生产,使大量的硝化物质出现,尤其是使火炸药工业从黑火药发展到奥克托今,炸药的比能量提高了十几倍。这不仅解决了战争之急需,更重要的是在矿山、铁路、桥梁等民用爆破工程上,得到了应用。此外,对于核工程中同位素分离和航天事业中火箭推进剂的应用,化工都做出了关键性的贡献。
消耗量十分巨大的世界能源,主要是化石燃料。1985年世界一次能源消费量达10610Mt标准煤,其中石油39.9%、煤29.7%、天然气21.1%、水电7.7%、核电4.9%;中国一次能源消费量达764Mt标准煤,其中煤75.9%、石油17.1%、水电4.8%、天然气2.2%。二次能源(除电外)通常是指从一次能源(主要是化石燃料)经过各种化工过程加工制得的、使用价值更高的燃料。例如:由石油炼制获得的汽油、喷气燃料、柴油、重油等液体燃料,它们广泛用于汽车、飞机、轮船等,是现代交通运输和军事的重要物资;还有煤加工所制成的工业煤气、民用煤气等重要的气体燃料;此外,也包括从煤和油页岩制取的人造石油。
化工与能源的关系非常密切,还表现在化石燃料及其衍生的产品不仅是能源,而且还是化学工业的重要原料。以石油为基础,形成了现代化的强大的石油化学工业,生产出成千上万种石油化工产品。在化工生产中,有些物料既是某种加工过程(如合成气生产)中的燃料,同时又是原料,两者合而为一。所以化工生产既是生产二次能源的部门,本身又往往是耗能的大户。
②化纤产品
化纤产品是用天然的或人工合成的高分子物质为原料、经过化学或物理方法加工而制得的纤维的统称。
因所用高分子化合物来源不同,可分为以天然高分子物质为原料的人造纤维和以合成高分子物质为原料的合成纤维。纤维的长短、粗细、白度、光泽等性质可以在生产过程中以调节。一般可将高分子化合物制成溶液或熔体,从喷丝头细孔中压出,再经凝固而成纤维。产品可以是连绵不断的长丝、截成一定长度的短纤维或未经切断的丝束等。化纤的名称,中国暂行规定合成短纤维一律名“纶”(例如,锦纶、涤纶),纤维素短纤维一律名“纤”(例如,粘纤、铜氨纤),长丝则在末尾加一“丝”字,或将“纶”、“纤”、改为“丝”。
化学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料,经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有纺织性能的纤维。
化学纤维又分为两大类:
A.人造纤维,以天然高分子化合物(如纤维素)为原料制成的化学纤维,如粘胶纤维、醋酯纤维。
B.合成纤维,以人工合成的高分子化合物为原料制成的化学纤维,如聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维。化学纤维具有强度高、耐磨、密度小、弹性好、不发霉、不怕虫蛀、易洗快干等优点,但其缺点是染色性较差、静电大、耐光和耐候性差、吸水性差。
人造纤维主要有粘胶纤维、硝酸酯纤维、醋酯纤维、铜铵纤维和人造蛋白纤维等,其中粘胶纤维又分普通粘胶纤维和有突出性能的新型粘胶纤维(如高湿模量纤维、超强粘胶纤维和永久卷曲粘胶纤维等)。合成纤维主要有聚酰胺6纤维(中国称锦纶或尼龙6),聚丙烯腈纤维(中国称腈纶),聚酯纤维(中国称涤纶),聚丙烯纤维(中国称丙纶),聚乙烯醇缩甲醛纤维(中国称维纶)以及特种纤维(包括用四氟乙烯聚合制成的耐腐蚀纤维,耐200℃以上温度的耐高温纤维,强度大于10克/旦、模量大于200克/旦的高强度、高模量纤维,以及难燃纤维、弹性体纤维、功能纤维等)。20世纪50年代开展合成纤维的改性研究,主要是用物理或化学方法改善合成纤维的吸湿、染色、抗静电、抗燃、抗污、抗起球等性质,同时还增加了化学纤维的品种。
我国化纤生产始于20世纪50年代末,在将近50年的发展过程中成长为一个重要的工业部门,是我国纺织服装产业的重要组成部分,化学纤维是纺织工业的基础产业,始终是我国规划发展的重点行业。近几年来,随着纺织纤维需求量的持续增长,我国化纤产能和产业规模不断扩大,行业竞争力有较大提升。2002年全世界化纤能力约为3400万吨,而产量却维持在2780万吨~3000万吨;中国化纤产能达1165万吨,约占世界产能的1/3,是唯一持续高速增长的国家。目前我国化纤年产量为1600万吨左右,占世界化纤总产量的45%以上。
目前世界化纤工业正面临一个重大的调整转折期,欧、美、日等发达国家化纤业正逐步减少或退出常规品种,同时加大了高技术化纤产品的研发力度,着手进行大范围的行业重组。韩国、中国台湾省等化纤发展迅速的地区也在调整发展战略、强化产业链整体竞争优势,计划全方位争夺中国内地市场。随着投资主体的多元化,国有和国有控股、民营、外资及合资化纤企业同时发展,进而形成鼎足竞争态势,中国化纤产品的市场竞争日益激烈,化纤行业已成为高度竞争性行业,但整体水平与国际先进水平仍有相当差距。
聚酯具有各种优越的性能和价格优势,使其在化纤内部的纤维竞争中明显处在上风,已逐渐形成化纤工业中的主体地位。据统计,目前国内在建和拟建聚酯装置累计产能超过600万吨,若全部投产后,我国2008年聚酯产量将超过1800万吨,2010年将突破1900万吨。我国聚酯已占化纤产能约3/4。
当前,我国聚酯产业具有发展速度加快;产业的边界不断扩大。非纤应用比例的不断增加,品种不断丰富,新的应用领域不断开发;产业的素质大幅提高,无论是直纺水平、国产技术的比例、大聚酯的比例还是平均规模以及国产化技术的水平都表明产业国际竞争力有了较大提高;非公经济凭借后发优势大举进入聚酯业并实现跨越式发展,成为我国聚都表明产业国际竞争力有了较大提高;非公经济凭借后发优势大举进入聚酯业并实现跨越式发展,成为我国聚酯业举足轻重的力量等行业特点。与此同时,我国聚酯业的差距也非常明显,表现在聚酯非纤用比例与世界平均水平相比仍然偏低;聚酯纤维的差别化率,在服用、家用和产业用的应用比例低;产业链发展不平衡,原料的发展滞后于聚酯,制约矛盾突出。根据纺织工业“十一五”发展规划,我国化纤工业在保持规模适度增长的同时,将重点发展以生产开发高仿真、高档次面料所急需的各类高性能差别化纤维。重点开发一细、四异(异纤度、截面、材质、收缩)多功能混纤丝,吸湿、透气、杀菌、除臭、远红外、负氧离子、舒适性、高档中空、易染、复合超细(包括海岛丝)双组分低熔点等纤维。
3.设备与工具
关于设备与工具,我们主要介绍以下几种:
(1)机器
机器是由各种金属和非金属部件组装成的装置,消耗能源,可以运转、做功。它是用来代替人的劳动、进行能量变换以及产生有用功。机器贯穿在人类历史的全过程中。但是近代真正意义上的“机器”,却是在西方工业革命后才逐步被发明出来。
第一,机器的组成
机器的组成有四个部分:
A.动力部分:是机器能量的来源,它将各种能量转变为机器能(又称机械能)。
B.工作部分:直接实现机器特定功能、完成生产任务的部分。
C.传动部分:按工作要求将动力部分的运动和动力传递、转换或分配给工作部分的中间装置。
D.控制部分:是控制机器起动、停车和变更运动参数的部分。
第二,机器的分类
机器的种类繁多,以下主要按几个不同方面分为各种类别:
A.按功能可分为动力机器、物料搬运机器、粉碎机器等;
B.按服务的产业可分为农业机器、矿山机器、纺织机器等;
C.按工作原理可分为热力机器、流体机器、仿生机器等。