Rozdział 1. Nazwa i historia odkrycia aluminium.

Sekcja 2. Ogólna charakterystyka aluminium, właściwości fizyczne i chemiczne.

Dział 3. Produkcja odlewów ze stopów aluminium.

Sekcja 4. Wniosek aluminium.

Aluminium jest elementem głównej podgrupy trzeciej grupy, trzeciego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 13. Oznaczony symbolem Al. Należy do grupy metali lekkich. Najczęściej metal i trzeci najobficiej występujący pierwiastek chemiczny w skorupie ziemskiej (po tlenie i krzemie).

Prosta substancja aluminium (numer CAS: 7429-90-5) - lekka, paramagnetyczna metal kolor srebrno-biały, łatwy do formowania, odlewania i obróbki mechanicznej. Aluminium ma wysoką przewodność cieplną i elektryczną oraz odporność na korozję dzięki szybkiemu tworzeniu się silnych filmów tlenkowych, które chronią powierzchnię przed dalszą interakcją.

Osiągnięcia przemysłowe w każdym rozwiniętym społeczeństwie niezmiennie kojarzą się z postępem technologii materiałów konstrukcyjnych i stopów. Jakość przetwórstwa i produktywność wytwarzania towarów handlowych są najważniejszymi wskaźnikami poziomu rozwoju państwa.

Materiały stosowane w nowoczesnych konstrukcjach, oprócz wysokich właściwości wytrzymałościowych, muszą posiadać zestaw właściwości, takich jak: podwyższona odporność na korozję, żaroodporność, przewodność cieplna i elektryczna, ogniotrwałość, a także zdolność do zachowania tych właściwości w warunkach długotrwałej eksploatacji. praca pod obciążeniem.

Rozwój nauki i procesy produkcyjne w zakresie odlewniczej produkcji metali nieżelaznych w naszym kraju odpowiadają zaawansowanym osiągnięciom postępu naukowo-technicznego. Ich rezultatem było w szczególności utworzenie nowoczesnych odlewni i form wtryskowych w Wołżskim Zakładzie Samochodowym i wielu innych przedsiębiorstwach. W Zawołżskiej Fabryce Silników z powodzeniem działają duże wtryskarki o sile blokowania formy 35 MN, które produkują bloki cylindrów wykonane ze stopów aluminium do samochodu Wołga.

Fabryka silników w Ałtaju opanowała zautomatyzowaną linię do produkcji odlewów formowanych wtryskowo. W Związku Socjalistycznych Republik Radzieckich () został on opracowany i opanowany po raz pierwszy na świecie proces ciągłe odlewanie wlewków ze stopu aluminium do krystalizatora elektromagnetycznego. Metoda ta znacząco poprawia jakość wlewków oraz zmniejsza ilość odpadów w postaci wiórów podczas toczenia.

Nazwa i historia odkrycia aluminium

Łacińskie aluminium pochodzi od łacińskiego słowa alumen, oznaczającego ałun (siarczan glinu i potasu (K) KAl(SO4)2·12H2O), który od dawna stosowany jest w garbowaniu skór oraz jako środek ściągający. Al, pierwiastek chemiczny Grupa III układ okresowy, liczba atomowa 13, masa atomowa 26, 98154. Ze względu na dużą aktywność chemiczną odkrycie i wyizolowanie czystego aluminium zajęło prawie 100 lat. Wniosek, że „” (substancja ogniotrwała, współcześnie - tlenek glinu) można otrzymać z ałunu, wysunięto już w 1754 r. Niemiecki chemik A. Markgraf. Później okazało się, że tę samą „ziemię” można wyizolować z gliny i zaczęto ją nazywać tlenkiem glinu. Dopiero w 1825 roku zaczęto produkować metaliczne aluminium. Duński fizyk H. K. Ørsted. Otrzymany z tlenku glinu chlorek glinu AlCl3 potraktował amalgamatem potasu (stop potasu (K) z rtęcią (Hg)), a po oddestylowaniu rtęci (Hg) wyizolował szary proszek aluminiowy.

Dopiero ćwierć wieku później metoda ta została nieco unowocześniona. W 1854 roku francuski chemik A.E. Sainte-Claire Deville zaproponował użycie metalicznego sodu (Na) do produkcji aluminium i uzyskał pierwsze wlewki nowego metalu. Koszt aluminium był wówczas bardzo wysoki i wykonywano z niego biżuterię.

Przemysłową metodę produkcji aluminium poprzez elektrolizę stopu złożonych mieszanin, w tym tlenku glinu, fluoru i innych substancji, opracowali niezależnie w 1886 r. P. Héroux () i C. Hall (USA). Produkcja aluminium wiąże się z dużym zużyciem energii elektrycznej, dlatego na szeroką skalę wdrożono ją dopiero w XX wieku. W Związek Socjalistycznych Republik Radzieckich (CCCP) Pierwsze aluminium przemysłowe wyprodukowano 14 maja 1932 roku w Wołchowskiej fabryce aluminium, zbudowanej obok elektrowni wodnej Wołchów.

Aluminium o czystości ponad 99,99% po raz pierwszy otrzymano metodą elektrolizy w 1920 roku. W 1925 r praca Edwards opublikował pewne informacje na temat właściwości fizycznych i mechanicznych takiego aluminium. W 1938 r Taylor, Wheeler, Smith i Edwards opublikowali artykuł pokazujący niektóre właściwości aluminium o czystości 99,996%, również otrzymywanego we Francji metodą elektrolizy. Pierwsze wydanie monografii dotyczącej właściwości aluminium ukazało się w 1967 roku.

W kolejnych latach, ze względu na względną łatwość przygotowania i atrakcyjne właściwości, wiele fabryka o właściwościach aluminium. Znaleziono czyste aluminium szerokie zastosowanie głównie w elektronice - od kondensatorów elektrolitycznych po szczyty inżynierii elektronicznej - mikroprocesory; w krioelektronice, kriomagnetyce.

Nowszymi metodami otrzymywania czystego aluminium są metoda oczyszczania strefowego, krystalizacja z amalgamatów (stopów aluminium z rtęcią) oraz izolacja z roztworów alkalicznych. Stopień czystości aluminium jest kontrolowany przez wartość oporu elektrycznego w niskich temperaturach.

Ogólna charakterystyka aluminium

Naturalne aluminium składa się z pojedynczego nuklidu 27Al. Konfiguracja zewnętrznej warstwy elektronowej to 3s2p1. W prawie wszystkich związkach stopień utlenienia glinu wynosi +3 (wartościowość III). Promień obojętnego atomu glinu wynosi 0,143 nm, promień jonu Al3+ wynosi 0,057 nm. Energie sekwencyjnej jonizacji obojętnego atomu glinu wynoszą odpowiednio 5 984, 18, 828, 28, 44 i 120 eV. Według skali Paulinga elektroujemność aluminium wynosi 1,5.

Aluminium jest miękkie, lekkie, srebrzystobiałe, którego sieć krystaliczna jest sześcienna centralnie, parametr a = 0,40403 nm. Temperatura topnienia czystego metalu wynosi 660°C, temperatura wrzenia około 2450°C, gęstość 2,6989 g/cm3. Współczynnik temperaturowy Rozszerzalność liniowa aluminium wynosi około 2,5·10-5 K-1.

Chemiczne aluminium jest dość aktywnym metalem. W powietrzu jego powierzchnia natychmiast pokrywa się gęstą warstwą tlenku Al2O3, co uniemożliwia dalszy dostęp tlenu (O) do metalu i prowadzi do ustania reakcji, co decyduje o wysokich właściwościach antykorozyjnych aluminium. Na powierzchni aluminium tworzy się również ochronny film, jeśli zostanie on umieszczony w stężonym kwasie azotowym.

Aluminium aktywnie reaguje z innymi kwasami:

6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,

3H2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.

Co ciekawe, reakcja pomiędzy proszkami glinu i jodu (I) rozpoczyna się o godz temperatura pokojowa, jeśli do początkowej mieszaniny dodamy kilka kropel wody, która w tym przypadku pełni rolę katalizatora:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

Oddziaływanie aluminium z siarką (S) po podgrzaniu prowadzi do powstania siarczku glinu:

2Al + 3S = Al2S3,

który łatwo ulega rozkładowi pod wpływem wody:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S.

Aluminium nie oddziałuje bezpośrednio z wodorem (H), jednak w sposób pośredni, np. stosując związki glinoorganiczne, można zsyntetyzować stały polimer wodorek glinu (AlH3)x, silny środek redukujący.

W postaci proszku aluminium można spalić na powietrzu i powstaje biały, ogniotrwały proszek tlenku glinu Al2O3.

Wysoka siła wiązania Al2O3 determinuje wysokie ciepło jego powstawania z substancji prostych oraz zdolność aluminium do redukcji wielu metali z ich tlenków, np.:

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe i parzyste

3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca.

Ta metoda wytwarzania metali nazywa się aluminotermią.

Będąc w naturze

Pod względem liczebności w skorupie ziemskiej aluminium zajmuje pierwsze miejsce wśród metali i trzecie wśród wszystkich pierwiastków (po tlenie (O) i krzemie (Si)), stanowiąc około 8,8% masy skorupy ziemskiej. Aluminium występuje w ogromnej liczbie minerałów, głównie glinokrzemianów i skał. Związki aluminium zawierają granity, bazalty, gliny, skalenie itp. Ale tu pojawia się paradoks: z ogromną liczbą minerały i skał zawierających aluminium, złoża boksytu – głównego surowca do przemysłowej produkcji aluminium – są dość rzadkie. W Federacja Rosyjska Złoża boksytu występują na Syberii i Uralu. Alunity i nefeliny mają również znaczenie przemysłowe. Jako pierwiastek śladowy aluminium występuje w tkankach roślin i zwierząt. Istnieją organizmy - koncentratory gromadzące aluminium w swoich narządach - niektóre mchy klubowe i mięczaki.

Produkcja przemysłowa: we wskaźniku produkcji przemysłowej boksyt poddawany jest w pierwszej kolejności obróbce chemicznej, usuwającej zanieczyszczenia tlenkami krzemu (Si), żelaza (Fe) i innych pierwiastków. W wyniku takiej obróbki otrzymuje się czysty tlenek glinu Al2O3 - główny przy produkcji metalu metodą elektrolizy. Jednakże ze względu na bardzo wysoką temperaturę topnienia Al2O3 (ponad 2000°C) nie ma możliwości wykorzystania jego stopu do elektrolizy.

Naukowcy i inżynierowie znaleźli następujące rozwiązanie. W kąpieli elektrolitycznej najpierw topi się kriolit Na3AlF6 (temperatura topnienia nieco poniżej 1000°C). Kriolit można otrzymać np. poprzez obróbkę nefelinów z Półwyspu Kolskiego. Następnie do tego stopu dodaje się trochę Al2O3 (do 10% wag.) i inne substancje, aby poprawić warunki późniejszego proces. Podczas elektrolizy tego stopu tlenek glinu rozkłada się, kriolit pozostaje w stopie, a na katodzie tworzy się roztopione aluminium:

2Al2O3 = 4Al + 3O2.

Stopy aluminium

Większość elementów metalowych jest stopowych z aluminium, ale tylko kilka z nich pełni rolę głównych składników stopowych w przemysłowych stopach aluminium. Jednakże znaczna liczba pierwiastków stosowana jest jako dodatki poprawiające właściwości stopów. Najczęściej stosowane:

Beryl dodaje się w celu ograniczenia utleniania w podwyższonych temperaturach. Niewielkie dodatki berylu (0,01 - 0,05%) stosuje się w stopach odlewniczych aluminium w celu poprawy płynności w produkcji części silników spalinowych (tłoki i głowice cylindrów).

Bor wprowadza się w celu zwiększenia przewodności elektrycznej oraz jako dodatek uszlachetniający. Bor jest wprowadzany do stopów aluminium stosowanych w energetyce jądrowej (z wyjątkiem części reaktorów), ponieważ pochłania neutrony, zapobiegając rozprzestrzenianiu się promieniowania. Bor wprowadza się w średniej ilości 0,095 – 0,1%.

Bizmut. Metale o niskich temperaturach topnienia, takie jak bizmut i kadm, wprowadza się do stopów aluminium w celu poprawy obrabialności. Pierwiastki te tworzą miękkie, topliwe fazy, które przyczyniają się do łamliwości wiórów i smarowania ostrza.

Gal dodawany jest w ilości 0,01 – 0,1% do stopów, z których następnie wykonuje się anody eksploatacyjne.

Żelazo. Wprowadza się go w małych ilościach (»0,04%) do produkcji drutów w celu zwiększenia wytrzymałości i poprawy charakterystyki pełzania. Również żelazo zmniejsza przywieranie do ścianek form podczas odlewania w formie chłodniczej.

Ind. Dodatek 0,05 - 0,2% wzmacnia stopy aluminium podczas starzenia, zwłaszcza o niskiej zawartości miedzi. Dodatki indu stosuje się w stopach łożyskowych aluminiowo-kadmowych.

Aby zwiększyć wytrzymałość i poprawić właściwości korozyjne stopów, wprowadza się około 0,3% kadmu.

Wapń nadaje plastyczność. Przy zawartości wapnia wynoszącej 5% stop wykazuje efekt superplastyczności.

Krzem jest najczęściej stosowanym dodatkiem w stopach odlewniczych. W ilości 0,5 - 4% zmniejsza skłonność do pękania. Połączenie krzemu i magnezu umożliwia zgrzewanie stopu.

Magnez. Dodatek magnezu znacznie zwiększa wytrzymałość bez zmniejszania ciągliwości, zwiększa spawalność i zwiększa odporność stopu na korozję.

Miedź wzmacnia stopy, maksymalne utwardzenie osiąga się po zawarciu kupruma 4 - 6%. Stopy z dodatkiem miedzi wykorzystywane są do produkcji tłoków do silników spalinowych oraz wysokiej jakości części odlewanych do samolotów.

Cyna poprawia obróbkę skrawania.

Tytan. Głównym zadaniem tytanu w stopach jest uszlachetnienie ziarna w odlewach i wlewkach, co znacznie zwiększa wytrzymałość i jednorodność właściwości w całej objętości.

Chociaż aluminium jest uważane za jeden z najmniej szlachetnych metali przemysłowych, jest dość stabilne w wielu środowiskach utleniających. Powodem takiego zachowania jest obecność ciągłego filmu tlenkowego na powierzchni aluminium, który natychmiast tworzy się ponownie na czyszczonych obszarach pod wpływem tlenu, wody i innych środków utleniających.

W większości przypadków topienie odbywa się w powietrzu. Jeżeli oddziaływanie z powietrzem ogranicza się do tworzenia na powierzchni związków nierozpuszczalnych w stopie, a powstały film tych związków znacznie spowalnia dalsze oddziaływanie, to zwykle nie podejmuje się działań mających na celu stłumienie takiego oddziaływania. W tym przypadku wytapianie odbywa się w temperaturze bezpośredni kontakt stopić się z atmosferą. Odbywa się to podczas przygotowywania większości stopów aluminium, cynku, cyny i ołowiu.

Przestrzeń, w której stopy topią się, jest ograniczona wyłożeniem ogniotrwałym wytrzymującym temperatury 1500 - 1800 ˚C. Wszystkie procesy wytapiania obejmują fazę gazową, która powstaje podczas spalania paliwa, oddziałując z otoczeniem i wyściółką jednostki topiącej itp.

Większość stopów aluminium ma wysoką odporność na korozję w atmosferze naturalnej, wodzie morskiej, roztworach wielu soli i chemikaliów oraz w większości produkty spożywcze. Konstrukcje ze stopów aluminium są często stosowane w wodzie morskiej. boje morskie, łodzie ratunkowe, statki i barki budowane są ze stopów aluminium od 1930 roku. Obecnie długość kadłubów statków wykonanych ze stopów aluminium sięga 61 m. Istnieją doświadczenia w zakresie podziemnych rurociągów aluminiowych. Stopy aluminium charakteryzują się dużą odpornością na korozję gruntu. W 1951 roku na Alasce zbudowano rurociąg o długości 2,9 km. Po 30 latach eksploatacji nie wykryto ani jednego wycieku ani poważnych uszkodzeń spowodowanych korozją.

Aluminium stosowane jest w dużych ilościach w budownictwie w postaci paneli elewacyjnych, drzwi, ramy okienne, kable elektryczne. Stopy aluminium nie ulegają silnej korozji przez długi czas w kontakcie z betonem, zaprawą lub tynkiem, zwłaszcza jeśli konstrukcje nie są często mokre. W przypadku częstego zawilgocenia powierzchni aluminium przedmioty handlowe niepoddawany dalszej obróbce może ciemnieć, a nawet czernieć w miastach przemysłowych o dużej zawartości utleniaczy w powietrzu. Aby tego uniknąć, produkowane są specjalne stopy w celu uzyskania błyszczących powierzchni poprzez błyszczące anodowanie - nałożenie warstwy tlenku na powierzchnię metalu. W takim przypadku powierzchni można nadać wiele kolorów i odcieni. Na przykład stopy aluminium i krzemu umożliwiają uzyskanie całej gamy odcieni, od szarości po czerń. Stopy aluminium i chromu mają złocisty kolor.

Aluminium przemysłowe produkowane jest w postaci dwóch rodzajów stopów – stopów odlewniczych, z których powstają części poprzez odlewanie, oraz stopów odkształcalnych, wytwarzanych w postaci odkształcalnych półproduktów – arkuszy, folii, płyt, profili, drutu. Odlewy ze stopów aluminium odbiera każdy możliwe sposoby odlew Najczęściej pod ciśnieniem, w formach chłodniczych i w formach piaskowo-gliniastych. Kiedy robisz małe partie polityczne ma zastosowanie odlew w gipsowe formy łączone i odlew przez modele z utraconego wosku. Ze stopów odlewniczych wykonuje się odlewane wirniki silników elektrycznych, części odlewane samolotów itp. Stopy kute wykorzystywane są w produkcji samochodów do dekoracja wnętrz, zderzaki, panele nadwozia i części wewnętrzne; w budownictwie jako materiał wykończeniowy; w samolocie itp.

W przemysł Stosuje się również proszki aluminiowe. Stosowany w hutnictwie przemysł: w aluminotermii, jako dodatki stopowe, do produkcji półproduktów metodą prasowania i spiekania. Dzięki tej metodzie powstają bardzo trwałe części (przekładnie, tuleje itp.). Proszki wykorzystuje się także w chemii do produkcji związków glinu i as katalizator(na przykład przy produkcji etylenu i acetonu). Biorąc pod uwagę wysoką reaktywność aluminium, szczególnie w postaci proszku, stosuje się go w materiałach wybuchowych i stałym paliwie rakietowym, wykorzystując jego zdolność do szybkiego zapłonu.

Ze względu na wysoką odporność aluminium na utlenianie, proszek stosowany jest jako pigment w powłokach urządzeń malarskich, dachach, papierze drukarskim i błyszczących powierzchniach paneli samochodowych. Stal i żeliwo są również pokrywane warstwą aluminium. przedmiot handlu aby uniknąć ich korozji.

Pod względem skali zastosowania aluminium i jego stopy zajmują drugie miejsce po żelazie (Fe) i jego stopach. Powszechne zastosowanie aluminium w różnych dziedzinach techniki i życia codziennego wiąże się z połączeniem jego właściwości fizycznych, mechanicznych i chemicznych: małej gęstości, odporności na korozję w powietrze atmosferyczne, wysoką przewodność cieplną i elektryczną, plastyczność i stosunkowo dużą wytrzymałość. Aluminium jest łatwe w obróbce na różne sposoby- kucie, tłoczenie, walcowanie itp. Do produkcji drutu używa się czystego aluminium (przewodność elektryczna aluminium stanowi 65,5% przewodności elektrycznej miedzi, ale aluminium jest ponad trzy razy lżejsze od miedzi, dlatego aluminium jest często zastępowane w elektrotechnice) oraz folię stosowaną jako materiał opakowaniowy. Główną część wytopionego aluminium przeznacza się na produkcję różnych stopów. Powłoki ochronne i dekoracyjne można z łatwością nakładać na powierzchnie stopów aluminium.

Różnorodność właściwości stopów aluminium wynika z wprowadzenia do aluminium różnych dodatków, które tworzą z nim roztwory stałe lub związki międzymetaliczne. Większość aluminium wykorzystywana jest do produkcji stopów lekkich - duraluminium (94% aluminium, 4% miedzi (Cu), po 0,5% magnezu (Mg), manganu (Mn), (Fe) i krzemu (Si)), siluminu ( 85 -90% - aluminium, 10-14% krzem (Si), 0,1% sód (Na)) itp. W metalurgii aluminium stosuje się nie tylko jako bazę do stopów, ale także jako jeden z powszechnie stosowanych dodatków stopowych w stopy na bazie miedzi (Cu), magnezu (Mg), żelaza (Fe), >niklu (Ni) itp.

Stopy aluminium znajdują szerokie zastosowanie w życiu codziennym, w budownictwie i architekturze, w przemyśle motoryzacyjnym, stoczniowym, lotniczym i technologii kosmicznej. W szczególności pierwszy sztuczny satelita Ziemi został wykonany ze stopu aluminium. Stop aluminium i cyrkonu (Zr) - szeroko stosowany w budowie reaktorów jądrowych. Aluminium wykorzystywane jest do produkcji materiałów wybuchowych.

Podczas codziennego obchodzenia się z aluminium należy pamiętać, że w aluminiowych pojemnikach można podgrzewać i przechowywać wyłącznie ciecze o neutralnej (kwasowości) (na przykład zagotowaną wodę). Jeśli na przykład ugotujesz kiszoną kapustę na aluminiowej patelni, aluminium przedostanie się do potrawy i nabierze nieprzyjemnego „metalicznego” smaku. Ponieważ warstwa tlenku bardzo łatwo ulega uszkodzeniu w życiu codziennym, używanie aluminiowych naczyń kuchennych jest nadal niepożądane.

Srebrno-biały metal, lekki

gęstość - 2,7 g/cm3

Temperatura topnienia aluminium technicznego wynosi 658°C, a aluminium o wysokiej czystości 660°C.

ciepło właściwe topnienia - 390 kJ/kg

temperatura wrzenia - 2500°C

ciepło właściwe parowania - 10,53 MJ/kg

wytrzymałość na rozciąganie odlewów aluminiowych - 10-12 kg/mmI, odkształcalnych - 18-25 kg/mmI, stopów - 38-42 kg/mmI

Twardość Brinella - 24...32 kgf/mm²

wysoka ciągliwość: techniczna – 35%, czysta – 50%, walcowana na cienkie arkusze, a nawet folię

Moduł Younga - 70 GPa

Aluminium ma wysoką przewodność elektryczną (0,0265 μOhm · m) i przewodność cieplną (203,5 W / (m·K)), co stanowi 65% przewodności elektrycznej miedzi i ma wysoki współczynnik odbicia światła.

Słaby paramagnetyk.

Współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej 24,58·10−6 K−1 (20…200 °C).

Współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego wynosi 2,7·10−8K−1.

Aluminium tworzy stopy z prawie wszystkimi metalami. Najbardziej znane stopy to miedź i magnez (duraluminium) oraz krzem (silumin).

Naturalne aluminium składa się prawie wyłącznie z jednego stabilnego izotopu 27Al ze śladami 26Al, izotopu radioaktywnego o okres okres półtrwania wynoszący 720 tysięcy lat, powstający w atmosferze podczas bombardowania jąder argonu protonami promieniowania kosmicznego.

Pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej zajmuje 1. miejsce wśród metali i 3. wśród pierwiastków, ustępując jedynie tlenowi i krzemowi. zawartość glinu w skorupie ziemskiej wg dane różni badacze wahają się od 7,45 do 8,14% masy skorupy ziemskiej.

W przyrodzie aluminium, ze względu na dużą aktywność chemiczną, występuje niemal wyłącznie w postaci związków. Niektóre z nich:

Boksyt - Al2O3 H2O (z domieszkami SiO2, Fe2O3, CaCO3)

Alunity - (Na,K)2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3

Tlenek glinu (mieszaniny kaolinów z piaskiem SiO2, wapieniem CaCO3, magnezytem MgCO3)

Korund (szafir, rubin, szmergiel) – Al2O3

Kaolinit - Al2O3 2SiO2 2H2O

Beryl (szmaragd, akwamaryn) - 3BeO Al2O3 6SiO2

Chryzoberyl (aleksandryt) - BeAl2O4.

Jednakże w pewnych specyficznych warunkach redukujących możliwe jest utworzenie rodzimego aluminium.

Wody naturalne zawierają glin w postaci niskotoksycznych związków chemicznych, np. fluorku glinu. Rodzaj kationu lub anionu zależy przede wszystkim od kwasowości środowiska wodnego. Stężenia glinu w wodach powierzchniowych Federacja Rosyjska wahają się od 0,001 do 10 mg/l, w wodzie morskiej 0,01 mg/l.

Aluminium jest

Produkcja odlewów ze stopów aluminium

Głównym zadaniem stojącym przed produkcją odlewniczą w naszej firmie kraj, polega na znacznej ogólnej poprawie jakości odlewów, co powinno przełożyć się na zmniejszenie grubości ścianek, zmniejszenie naddatków na obróbkę skrawaniem oraz na układy wlewowo-zasilające przy zachowaniu właściwych właściwości eksploatacyjnych jednostek handlowych. Końcowym efektem tych prac powinno być zaspokojenie zwiększonych potrzeb inżynierii mechanicznej wymagana ilość odlewów bez istotnego wzrostu całkowitej emisji pieniężnej odlewów wagowo.

Odlewanie piasku

Spośród powyższych metod odlewania w formach jednorazowych, najpowszechniej stosowanym przy wytwarzaniu odlewów ze stopów aluminium jest odlewanie w formach mokrych piaskowych. Wynika to z małej gęstości stopów, małego działania siły metalu na formę oraz niskich temperatur odlewania (680-800C).

Do produkcji form piaskowych stosuje się mieszanki formierskie i rdzeniowe przygotowane z piasków kwarcowych i gliniastych (GOST 2138-74), glin formierskich (GOST 3226-76), spoiw i materiałów pomocniczych.

Rodzaj układu wlewowego dobiera się biorąc pod uwagę wymiary odlewu, złożoność jego konfiguracji i umiejscowienie w formie. Zalewanie form do odlewów o skomplikowanych konfiguracjach i małej wysokości odbywa się z reguły przy użyciu dolnych systemów wlewowych. W przypadku dużych wysokości odlewów i cienkich ścian zaleca się stosowanie pionowych szczelin lub kombinowanych systemów wlewowych. Formy do odlewów małogabarytowych można napełniać poprzez górne systemy wlewowe. W takim przypadku wysokość opadania metalowego strupu do wnęki formy nie powinna przekraczać 80 mm.

Aby zmniejszyć prędkość ruchu wytopu po wejściu do gniazda formy i lepiej oddzielić warstwy tlenkowe i zawieszone w nim wtrącenia żużla, do układów wlewowych wprowadza się dodatkowy opór hydrauliczny - instaluje się siatki (metalowe lub z włókna szklanego) lub przelewa przez granulat filtry.

Wlewy (podajniki) z reguły doprowadza się do cienkich odcinków (ścian) odlewów rozmieszczonych na obwodzie, biorąc pod uwagę wygodę ich późniejszego oddzielania podczas obróbki. Doprowadzanie metalu do masywnych zespołów jest niedopuszczalne, gdyż powoduje powstawanie w nich wnęk skurczowych, zwiększoną chropowatość oraz „zapadki” skurczowe na powierzchni odlewów. W przekroju poprzecznym kanały wlewowe mają najczęściej kształt prostokąta o boku szerokim 15-20 mm i wąskim 5-7 mm.

Stopy o wąskim przedziale krystalizacji (AL2, AL4, AL), AL34, AK9, AL25, ALZO) są podatne na tworzenie się skoncentrowanych wnęk skurczowych w jednostkach cieplnych odlewów. Aby wyprowadzić te muszle poza odlewy, powszechnie stosuje się instalację zapewniającą ogromne zyski. W przypadku odlewów cienkościennych (4-5 mm) i małych odlewów masa zysku jest 2-3 razy większa od masy odlewów, w przypadku grubościennych do 1,5 razy. Wysokość zysk dobierany w zależności od wysokości odlewu. Dla wysokości mniejszej niż 150 mm zysk H-ok. przyjąć jako równą wysokości odlewu Notl. Dla wyższych odlewów przyjmuje się, że stosunek Nprib/Notl wynosi 0,3 · 0,5.

Największe zastosowanie w odlewaniu stopów aluminium znajdują się w zyskach górnych otwartych o przekroju okrągłym lub owalnym; W większości przypadków zyski poboczne są zamknięte. Aby poprawić efektywność pracy zyski są izolowane, wypełniane gorącym metalem i uzupełniane. Izolację zwykle wykonuje się poprzez naklejenie arkuszy azbestu na powierzchnię formy, a następnie suszenie płomieniem gazowym. Stopy o szerokim zakresie krystalizacji (AL1, AL7, AL8, AL19, ALZZ) są podatne na powstawanie rozproszonej porowatości skurczowej. Impregnacja porów skurczowych zyski nieskuteczny. Dlatego przy wykonywaniu odlewów z wymienionych stopów nie zaleca się stosowania instalacji o ogromnych zyskach. Aby uzyskać wysokiej jakości odlewy, przeprowadza się krystalizację kierunkową, szeroko wykorzystując w tym celu instalacje chłodnicze wykonane z żeliwa i stopów aluminium. Optymalne warunki dla krystalizacji kierunkowej stwarza układ bramkowania z pionową szczeliną. Aby zapobiec wydzielaniu się gazu podczas krystalizacji i zapobiec tworzeniu się porowatości gazowo-skurczowej w grubościennych odlewach, powszechnie stosuje się krystalizację pod ciśnieniem 0,4-0,5 MPa. W tym celu formy odlewnicze przed wylaniem umieszcza się w autoklawach, wypełnia metalem i odlewy poddaje się krystalizacji pod ciśnieniem powietrza. Do produkcji wielkogabarytowych (do 2-3 m wysokości) cienkościennych odlewów stosuje się metodę odlewania z sekwencyjnie ukierunkowanym krzepnięciem. Istotą metody jest sekwencyjna krystalizacja odlewu od dołu do góry. W tym celu formę odlewniczą umieszcza się na stole podnośnika hydraulicznego i opuszcza się do niej metalowe rurki o średnicy 12–20 mm, nagrzane do temperatury 500–700°C, pełniąc funkcję pionów. Rurki są trwale zamocowane w misce wlewowej, a znajdujące się w nich otwory zamykane są zatyczkami. Po napełnieniu misy wlewowej wytopem zatyczki zostają podniesione, a stop przepływa rurkami do studzienek wlewowych, połączonych z wnęką formy za pomocą wlewów szczelinowych (podajników). Gdy poziom stopu w studzienkach podniesie się o 20-30 mm powyżej dolnego końca rur, włącza się hydrauliczny mechanizm opuszczania stołu. Prędkość opuszczania przyjmuje się tak, aby forma została napełniona poniżej poziomu zalania, a surówka w sposób ciągły wpływa do górnych części formy. Zapewnia to kierunkowe krzepnięcie i pozwala na produkcję skomplikowanych odlewów bez wad skurczowych.

Formy piaskowe zalewane są metalem z kadzi wyłożonych materiałem ogniotrwałym. Kadzie ze świeżą wyściółką przed napełnieniem metalem suszy się i kalcynuje w temperaturze 780-800°C w celu usunięcia wilgoci. Przed wylaniem utrzymuję temperaturę topnienia na poziomie 720–780°C. Formy do odlewów cienkościennych wypełnia się wytopem podgrzanym do temperatury 730–750°C, a do odlewów grubościennych do 700–720°C.

Odlewanie w formach gipsowych

Odlewanie w formach gipsowych stosuje się w przypadkach, gdy odlewom stawiane są zwiększone wymagania w zakresie dokładności, czystości powierzchni i odwzorowania najdrobniejszych szczegółów reliefu. W porównaniu do form piaskowych formy gipsowe charakteryzują się wyższą wytrzymałością, dokładnością wymiarową, lepszą odpornością na wysokie temperatury oraz umożliwiają wykonywanie odlewów o skomplikowanych konfiguracjach o grubości ścianki 1,5 mm w 5-6 klasie dokładności. Formy wykonuje się przy użyciu modeli woskowych lub metalowych (mosiądz) chromowanych. Płytki modelowe wykonane są ze stopów aluminium. Aby ułatwić wyjmowanie modeli z form, ich powierzchnię pokrywa się cienką warstwą smaru naftowo-stearynowego.

Małe i średnie formy do skomplikowanych odlewów cienkościennych wykonywane są z mieszanki składającej się z 80% gipsu, 20% kwarcu piasek lub azbestu i 60-70% wody (w przeliczeniu na suchą mieszankę). Skład mieszanki do form średnich i dużych: gips 30%, 60% piasek, 10% azbestu, 40-50% wody. Aby spowolnić wiązanie, do mieszaniny dodaje się 1-2% wapna gaszonego. Wymaganą wytrzymałość form uzyskuje się poprzez uwodnienie gipsu bezwodnego lub półwodnego. W celu zmniejszenia wytrzymałości i zwiększenia przepuszczalności gazów surowe formy gipsowe poddaje się obróbce hydrotermalnej - przechowuje się w autoklawie przez 6-10 godzin pod ciśnieniem pary wodnej 0,13-0,14 MPa, a następnie w powietrzu przez 24 godziny. Następnie formy poddaje się stopniowemu suszeniu w temperaturze 350-500°C.

Cechą form gipsowych jest ich niska przewodność cieplna. Okoliczność ta utrudnia otrzymanie gęstych odlewów ze stopów aluminium o szerokim zakresie krystalizacji. Dlatego głównym zadaniem przy opracowywaniu systemu wlewowego do form gipsowych jest zapobieganie tworzeniu się wnęk skurczowych, luzów, filmów tlenkowych, pęknięć na gorąco i niedopełnienia cienkich ścianek. Osiąga się to poprzez zastosowanie rozprężnych układów wlewowych zapewniających niską prędkość ruchu wytopu we wnęce formy, ukierunkowanie krzepnięcia jednostek termicznych na zyski przy użyciu lodówek oraz zwiększenie podatności formy poprzez zwiększenie zawartości piasku kwarcowego w mieszance. Odlewy cienkościenne wlewa się do form nagrzanych do temperatury 100-200°C metodą zasysania próżniowego, co pozwala na wypełnienie ubytków o grubości do 0,2 mm. Odlewy grubościenne (powyżej 10 mm) produkowane są metodą zalewania form w autoklawach. Krystalizacja metalu w tym przypadku odbywa się pod ciśnieniem 0,4-0,5 MPa.

Odlewanie skorupy

Do seryjnej i wielkoseryjnej produkcji odlewów o ograniczonych rozmiarach, o zwiększonej czystości powierzchni, większej dokładności wymiarowej i mniejszej obróbce mechanicznej niż odlewy piaskowe, zaleca się stosowanie odlewów skorupowych.

Formy skorupowe wykonywane są przy użyciu gorącego (250-300°C) sprzętu metalowego (stalowego) metodą bunkrową. Urządzenia modelujące wykonywane są w klasach dokładności 4-5, przy nachyleniu od 0,5 do 1,5%. Skorupy wykonane są z dwóch warstw: pierwsza warstwa jest z mieszanki z 6-10% żywicy termoutwardzalnej, druga z mieszanki z 2% żywicy. W celu lepszego usunięcia skorupy, przed napełnieniem masy formierskiej płytkę modelową pokrywa się cienką warstwą emulsji uwalniającej (5% płyn silikonowy nr 5; 3% mydło do prania; 92% woda).

Do produkcji form skorupowych stosuje się drobnoziarniste piaski kwarcowe zawierające co najmniej 96% krzemionki. Połączenie połówek odbywa się poprzez klejenie na specjalnych prasach kołkowych. Skład kleju: 40% żywicy MF17; 60% marszalitu i 1,5% chlorku glinu (utwardzanie). Zmontowane formy wlewa się do pojemników. Podczas odlewania do form skorupowych stosuje się te same systemy wlewowe i warunki temperaturowe jak przy odlewaniu w piasku.

Niski stopień krystalizacji metalu w formach płaszczowych oraz mniejsze możliwości wytworzenia krystalizacji kierunkowej powodują, że powstają odlewy o niższych właściwościach niż przy odlewaniu w formach piaskowych surowych.

Odlew z utraconego wosku

Odlewanie z wosku traconego służy do wykonywania odlewów o podwyższonej dokładności (3-5 klasa) i czystości powierzchni (4-6 klasa chropowatości), dla których metoda ta jest jedyną możliwą lub optymalną.

Modele w większości przypadków wykonywane są z pastowych kompozycji parafinostearyny (1:1) poprzez wtłaczanie do form metalowych (odlewanych i prefabrykowanych) na instalacjach stacjonarnych lub obrotowych. Przy wytwarzaniu skomplikowanych odlewów o średnicy większej niż 200 mm, w celu uniknięcia deformacji modelu, do masy modelowej wprowadzane są substancje zwiększające temperaturę ich mięknienia (topnienia).

Zawiesinę zhydrolizowanego krzemianu etylu (30-40%) i pyłu kwarcowego (70-60%) stosuje się jako powłokę ogniotrwałą przy produkcji form ceramicznych. Bloki modelowe pokrywane są piaskiem kalcynowanym 1KO16A lub 1K025A. Każdą warstwę powłoki suszy się na powietrzu przez 10-12 godzin lub w atmosferze zawierającej pary amoniaku. Wymaganą wytrzymałość formy ceramicznej osiąga się przy grubości powłoki 4-6 mm (4-6 warstw powłoki ogniotrwałej). Aby zapewnić płynne wypełnienie formy, do dostarczania metalu do grubych profili i masywnych jednostek stosuje się rozprężne systemy wlewowe. Odlewy podawane są najczęściej z masywnego pionu poprzez pogrubione wlewy (podajniki). W przypadku skomplikowanych odlewów dozwolone jest wykorzystywanie ogromnych zysków do zasilania górnych masywnych jednostek obowiązkowym ich wypełnieniem z pionu.

Aluminium jest

Topienie modeli z form odbywa się w gorącej wodzie (85-90°C), zakwaszonej kwasem solnym (0,5-1 cm3 na litr wody), aby zapobiec zmydlaniu stearyny. Po przetopieniu modeli formy ceramiczne suszy się w temperaturze 150–170°C przez 1–2 godziny, umieszcza w pojemnikach, przykrywa suchym wypełniaczem i kalcynuje w temperaturze 600–700°C przez 5–8 godzin. Nalewanie odbywa się w formie zimnej i podgrzewanej. Temperatura nagrzewania form (50-300°C) zależy od grubości ścianek odlewu. Wypełnianie form metalem odbywa się w zwykły sposób, a także przy użyciu próżni lub siły odśrodkowej. Większość stopów aluminium przed wylaniem podgrzewa się do temperatury 720–750°C.

Relaksujący casting

Odlewanie na zimno jest główną metodą seryjnej i masowej produkcji odlewów ze stopów aluminium, która pozwala na otrzymanie odlewów w 4-6 klasach dokładności o chropowatości powierzchni Rz = 50-20 i minimalna grubośćścianki 3-4 mm. Podczas odlewania w formie chłodzącej, wraz z wadami spowodowanymi dużymi prędkościami ruchu wytopu we wnęce formy i nieprzestrzeganiem wymagań krzepnięcia kierunkowego (porowatość gazowa, folie tlenkowe, luźność skurczowa), główne rodzaje wad i w odlewach występują niedopełnienia i pęknięcia. Pojawienie się pęknięć jest spowodowane trudnym skurczem. Pęknięcia występują szczególnie często w odlewach wykonanych ze stopów o szerokim zakresie krystalizacji i charakteryzujących się dużym skurczem liniowym (1,25-1,35%). Zapobieganie powstawaniu tych wad osiąga się różnymi metodami technologicznymi.

W przypadku doprowadzenia metalu do grubych profili należy przewidzieć zasilanie miejsca dostaw poprzez zainstalowanie złączki zasilającej (zysk). Wszystkie elementy układów wlewowych rozmieszczone są wzdłuż łącznika matrycowego. Zalecane są następujące stosunki pól przekroju kanałów wlewowych: dla małych odlewów EFst: EFshl: EFpit = 1:2:3; dla dużych odlewów EFst: EFsh: EFpit = 1:3:6.

Aby zmniejszyć szybkość przepływu stopionego materiału do wnęki formy, stosuje się zakrzywione piony, siatki z włókna szklanego lub metalu oraz filtry ziarniste. Jakość odlewów ze stopów aluminium zależy od szybkości narastania stopu we wnęce formy odlewniczej. Prędkość ta musi być wystarczająca, aby zapewnić wypełnienie cienkich odcinków odlewów w warunkach zwiększonego oddawania ciepła, a jednocześnie nie powodować niedopełnienia na skutek niepełnego uwolnienia powietrza i gazów przez kanały wentylacyjne oraz uzysków, turbulencji i wypływu wytopu podczas przejście z wąskich odcinków na szerokie. Zakłada się, że szybkość wzrostu metalu we wnęce formy podczas odlewania w formie chłodzącej jest nieco większa niż w przypadku odlewania w formach piaskowych. Minimalną dopuszczalną prędkość podnoszenia oblicza się za pomocą wzorów A. A. Lebiediewa i N. M. Galdina (patrz rozdział 5.1, „Odlewanie piaskowe”).

Aby uzyskać gęste odlewy, następuje ukierunkowane krzepnięcie, podobnie jak przy odlewaniu w formach piaskowych, poprzez odpowiednie umiejscowienie odlewu w formie i regulację odprowadzania ciepła. Z reguły masywne (grube) zespoły odlewnicze znajdują się w górnej części formy. Dzięki temu możliwe jest zrekompensowanie zmniejszenia ich objętości podczas hartowania bezpośrednio z zainstalowanych nad nimi zysków. Regulacja intensywności odprowadzania ciepła w celu wytworzenia kierunkowego krzepnięcia odbywa się poprzez chłodzenie lub izolowanie poszczególnych sekcji formy odlewniczej. Aby miejscowo zwiększyć odprowadzanie ciepła, powszechnie stosuje się wkładki wykonane z miedzi przewodzącej ciepło, które zapewniają zwiększenie powierzchni chłodzącej formy chłodzącej za pomocą żeberek i przeprowadzają lokalne chłodzenie form chłodzących sprężonym powietrzem lub wodą. Aby zmniejszyć intensywność odprowadzania ciepła, na powierzchnię roboczą formy chłodzącej nakłada się warstwę farby o grubości 0,1–0,5 mm. W tym celu na powierzchnię kanałów wlewowych nakłada się warstwę farby o grubości 1-1,5 mm i zyskuje. Spowolnienie wychładzania metalu w formie można również osiągnąć poprzez miejscowe pogrubienie ścianek matrycy, zastosowanie różnych powłok o niskiej przewodności cieplnej oraz izolację formy naklejkami azbestowymi. Poprawia się malowanie powierzchni roboczej formy chłodzącej wygląd odlewów, pomaga wyeliminować pęcherze gazowe na ich powierzchni i zwiększa trwałość form. Przed malowaniem formy chłodzące podgrzewa się do temperatury 100-120°C. Zbyt wysoka temperatura ogrzewania jest niepożądana, ponieważ zmniejsza szybkość krzepnięcia odlewów i czas trwania termin ostateczny usługa relaksu. Ogrzewanie zmniejsza różnicę temperatur pomiędzy odlewem a formą oraz rozszerzanie formy w wyniku jej nagrzewania przez metal odlewniczy. Dzięki temu zmniejszają się naprężenia rozciągające w odlewie powodujące pęknięcia. Jednak samo podgrzanie formy nie wystarczy, aby wyeliminować możliwość pęknięć. Konieczne jest terminowe usunięcie odlewu z formy. Odlew należy zdjąć z matrycy przed momentem, gdy jego temperatura zrówna się z temperaturą matrycy, a naprężenie skurczowe osiągnie największą wartość. Zwykle odlew usuwa się w momencie, gdy jest na tyle mocny, że można go przenosić bez zniszczenia (450-500°C). W tym momencie system wlewowy nie uzyskał jeszcze wystarczającej wytrzymałości i ulega zniszczeniu pod wpływem lekkich uderzeń. Czas przebywania odlewu w formie zależy od szybkości krzepnięcia i zależy od temperatury metalu, temperatury formy i prędkości odlewania.

Aby wyeliminować przyczepność metalu, zwiększyć żywotność i ułatwić demontaż, metalowe pręty są smarowane podczas pracy. Najpopularniejszym smarem jest zawiesina wodno-grafitowa (3-5% grafitu).

Części form tworzące zewnętrzne obrysy odlewów wykonane są z szarego koloru lane żelazo. Grubość ścianek form określa się w zależności od grubości ścianek odlewów zgodnie z zaleceniami GOST 16237-70. Wnęki wewnętrzne w odlewach wykonuje się przy użyciu prętów metalowych (stalowych) i piaskowych. Pręty piaskowe służą do tworzenia skomplikowanych wnęk, których nie można wykonać za pomocą metalowych prętów. Aby ułatwić wyjmowanie odlewów z form, zewnętrzne powierzchnie odlewów muszą mieć nachylenie odlewu od 30" do 3° w kierunku łącznika. Wewnętrzne powierzchnie odlewów wykonanych z prętów metalowych muszą mieć nachylenie co najmniej 6°. W odlewach nie dopuszcza się ostrych przejść od grubych do cienkich profili. Promienie krzywizn muszą wynosić co najmniej 3 mm. Dla małych odlewów wykonuje się otwory o średnicy większej niż 8 mm, 10 mm dla średnich i 12 mm dla dużych. z prętami Optymalny stosunek głębokości otworu do jego średnicy wynosi 0,7-1.

Powietrze i gazy usuwane są z wnęki matrycy za pomocą kanały wentylacyjne, umieszczone w płaszczyźnie złącza, a wtyczki umieszczone w ściankach w pobliżu głębokich wnęk.

W nowoczesnych odlewniach formy chłodzące montowane są na jednopozycyjnych lub wielopozycyjnych półautomatycznych maszynach odlewniczych, w których zautomatyzowane jest zamykanie i otwieranie formy chłodzącej, montaż i demontaż rdzeni, wyrzut i zdejmowanie odlewu z formy. . Istnieje również automatyczna kontrola temperatury nagrzewania formy chłodzącej. Napełnianie form chłodniczych na maszynach odbywa się za pomocą dozowników.

Aby poprawić wypełnienie cienkich wnęk form oraz usunąć powietrze i gazy uwalniające się podczas niszczenia spoiw, formy są opróżniane i napełniane pod niskim ciśnieniem lub przy użyciu siły odśrodkowej.

Wyciśnij odlew

Odlewanie przez wyciskanie jest rodzajem odlewania na zimno. Przeznaczone jest do produkcji wielkogabarytowych odlewów panelowych (2500x1400 mm) o grubości ścianki 2-3 mm. W tym celu stosuje się półformy metalowe, które montowane są na specjalistycznych maszynach odlewniczych i prasujących z jednostronnym lub dwustronnym dosuwem półform. Osobliwość Ta metoda odlewania polega na wymuszonym wypełnianiu gniazda formy szerokim strumieniem stopionego materiału w miarę zbliżania się połówek formy. Forma odlewnicza nie zawiera elementów konwencjonalnego układu wlewowego. Dane Metodą tą powstają odlewy ze stopów AL2, AL4, AL9, AL34, które charakteryzują się wąskim zakresem krystalizacji.

Szybkość chłodzenia stopu reguluje się poprzez nałożenie powłoki termoizolacyjnej o różnej grubości (0,05–1 mm) na powierzchnię roboczą gniazda formy. Przegrzanie stopów przed zalewaniem nie powinno przekraczać 15-20°C powyżej temperatury likwidusu. Czas zbliżania się półform wynosi 5-3 s.

Odlewanie pod niskim ciśnieniem

Odlewanie pod niskim ciśnieniem to kolejna odmiana odlewania ciśnieniowego. Stosowany jest do produkcji wielkogabarytowych cienkościennych odlewów ze stopów aluminium o wąskim zakresie krystalizacji (AL2, AL4, AL9, AL34). Podobnie jak w przypadku odlewania na zimno, zewnętrzne powierzchnie odlewów są wykonane za pomocą metalowej formy, a wewnętrzne wnęki są wykonane z prętów metalowych lub piaskowych.

Do wykonania prętów należy użyć mieszanki składającej się z 55% piasku kwarcowego 1K016A; 13,5% piasek półtłusty P01; 27% sproszkowanego kwarcu; 0,8% kleju pektynowego; 3,2% żywicy M i 0,5% nafty. Ta mieszanina nie powoduje oparzeń mechanicznych. Napełnianie form metalem odbywa się pod ciśnieniem sprężonego, osuszonego powietrza (18–80 kPa), podawanego na powierzchnię wytopu w tyglu ogrzanym do temperatury 720–750 °C. Pod wpływem tego ciśnienia stop jest wypychany z tygla na metalowy drut, a stamtąd do układu wlewowego i dalej do wnęki formy odlewniczej. Zaletą odlewania niskociśnieniowego jest możliwość automatycznej kontroli szybkości narastania metalu w gnieździe formy, co pozwala na uzyskanie odlewów cienkościennych o wyższej jakości niż przy odlewaniu pod wpływem siły ciężkości.

Krystalizacja stopów w formie odbywa się pod ciśnieniem 10–30 kPa przed utworzeniem stałej skorupy metalicznej i 50–80 kPa po utworzeniu skorupy.

Odlewy ze stopów aluminium o większej gęstości są produkowane metodą odlewania pod niskim ciśnieniem. Wypełnianie wnęki formy podczas odlewania podciśnieniowego odbywa się dzięki różnicy ciśnień w tyglu i formie (10-60 kPa). Krystalizacja metalu w formie odbywa się pod ciśnieniem 0,4-0,5 MPa. Zapobiega to uwalnianiu się wodoru rozpuszczonego w metalu i tworzeniu się porów gazowych. Zwiększone ciśnienie przyczynia się do lepszego odżywiania masywnych zespołów odlewniczych. Poza tym technologia odlewania pod ciśnieniem nie różni się od technologii odlewania pod niskim ciśnieniem.

Odlewanie pod ciśnieniem z powodzeniem łączy w sobie zalety odlewania pod niskim ciśnieniem i krystalizacji pod ciśnieniem.

Odlewanie ciśnieniowe

W procesie wtrysku ze stopów aluminium AL2, ALZ, AL1, ALO, AL11, AL13, AL22, AL28, AL32, AL34 wykonujemy odlewy o złożonej konfiguracji w 1-3 klasach dokładności o grubościach ścianek od 1 mm i większych, otwory odlewane o średnicy średnica do 1,2 mm, formowana na zewnątrz i gwint wewnętrzny o minimalnej podziałce 1 mm i średnicy 6 mm. Czystość powierzchni takich odlewów odpowiada klasom chropowatości 5–8. Produkcja tego typu odlewów odbywa się na maszynach z zimnymi poziomymi lub pionowymi komorami prasowania, o właściwym ciśnieniu prasowania 30-70 MPa. Preferowane są maszyny z poziomą komorą prasowania.

Wymiary i masa odlewów ograniczone są możliwościami wtryskarek: objętością komory prasującej, właściwym ciśnieniem prasowania (p) i siłą zamykającą (0). Powierzchnia projekcji (F) odlewu, kanałów wlewowych i komory prasującej na ruchomą płytę formy nie powinna przekraczać wartości określonych wzorem F = 0,85 0/r.

Optymalne wartości nachylenia dla powierzchni zewnętrznych wynoszą 45°; dla wewnętrznego 1°. Minimalny promień krzywizny wynosi 0,5-1mm. Otwory o średnicy większej niż 2,5 mm wykonuje się metodą odlewania. Odlewy ze stopów aluminium z reguły są obrabiane tylko wzdłuż powierzchni gniazd. Naddatek na obróbkę przydzielany jest z uwzględnieniem wymiarów odlewu i wynosi od 0,3 do 1 mm.

Stosowany do produkcji form różne materiały. Części form mające kontakt z ciekłym metalem wykonane są ze stali 3Х2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, płyty mocujące i klatki matrycowe wykonane są ze stali stale 35, 45, 50, sworznie, tuleje i kolumny prowadzące - wykonane ze stali U8A.

Doprowadzanie metalu do wnęki formy odbywa się za pomocą zewnętrznych i wewnętrznych systemów wlewowych. Do obszarów odlewu poddawanych obróbce mechanicznej doprowadzane są podajniki. Ich grubość ustalana jest w zależności od grubości ścianki odlewu w miejscu dostawy i określonego charakteru wypełnienia formy. Zależność tę wyznacza stosunek grubości podajnika do grubości ścianki odlewu. Płynne wypełnianie form, bez turbulencji i zapowietrzeń, następuje, gdy stosunek ten jest bliski jedności. Do odlewów o grubości ścianki do 2 mm. podajniki mają grubość 0,8 mm; o grubości ścianki 3mm. grubość podajników wynosi 1,2 mm; o grubości ścianki 4-6 mm-2 mm.

Aby otrzymać pierwszą porcję wytopu, wzbogaconą wtrąceniami powietrza, w pobliżu wnęki formy znajdują się specjalne zbiorniki płuczące, których objętość może sięgać 20 - 40% objętości odlewu. Podkładki połączone są z wnęką formy kanałami, których grubość jest równa grubości podajników. Powietrze i gaz usuwane są z gniazda formy poprzez specjalne kanały wentylacyjne oraz szczeliny pomiędzy prętami (eżektorami) a matrycą formy. Kanały wentylacyjne wykonano w płaszczyźnie łącznika na nieruchomej części formy oraz wzdłuż ruchomych prętów i wypychaczy. Głębokość kanałów wentylacyjnych przy odlewaniu stopów aluminium przyjmuje się 0,05-0,15 mm, a szerokość 10-30 mm, aby poprawić wentylację, formy wnęk podkładek łączą się z cienkimi kanałami (0,2-0,5 mm) do atmosfery.

Do głównych wad odlewów otrzymywanych metodą wtryskiwania zalicza się porowatość podkorową powietrza (gazu), spowodowaną zatrzymywaniem powietrza przy dużych prędkościach wlotu metalu do gniazda formy oraz porowatość skurczową (lub wnęki) w jednostkach cieplnych. Na powstawanie tych defektów duży wpływ mają parametry technologii odlewania, prędkość tłoczenia, ciśnienie tłoczenia oraz warunki termiczne formy.

Szybkość prasowania określa sposób wypełnienia formy. Im wyższa prędkość prasowania, tym większa prędkość przemieszczania się stopu przez kanały wlewowe, tym większa prędkość wlotu stopu do gniazda formy. Wysokie prędkości prasowania przyczyniają się do lepszego wypełnienia cienkich i wydłużonych wnęk. Jednocześnie powodują, że metal zatrzymuje powietrze i tworzy porowatość podkorową. Podczas odlewania stopów aluminium duże prędkości prasowania stosuje się tylko do produkcji skomplikowanych odlewów cienkościennych. Ciśnienie ma ogromny wpływ na jakość odlewów. Wraz ze wzrostem wzrasta gęstość odlewów.

Wielkość ciśnienia prasowania jest zwykle ograniczona wielkością siły blokującej maszyny, która musi przekraczać nacisk wywierany przez metal na ruchomą matrycę (pF). Dlatego też lokalne wstępne prasowanie grubościennych odlewów, zwane „procesem Ashigai”, cieszy się dużym zainteresowaniem. Niska prędkość podawania metalu do wnęki form poprzez wielkoprzekrojowe podajniki oraz efektywne wstępne prasowanie krystalizującego wytopu za pomocą podwójnego tłoka umożliwiają uzyskanie gęstych odlewów.

Na jakość odlewów istotny wpływ ma także temperatura stopu i formy. Przy wytwarzaniu odlewów grubościennych o prostej konfiguracji, wytop wlewa się w temperaturze 20-30°C poniżej temperatury likwidusu. Odlewy cienkościenne wymagają stosowania stopu przegrzanego powyżej temperatury likwidusu o 10-15°C. Aby zmniejszyć wielkość naprężeń skurczowych i zapobiec powstawaniu pęknięć w odlewach, formy przed zalewaniem są podgrzewane. Zalecane są następujące temperatury ogrzewania:

Grubość ścianki odlewu, mm 1–2 2–3 3–5 5–8

Temperatura ogrzewania

formy, °C 250–280 200–250 160–200 120–160

Stabilność reżimu termicznego zapewnia ogrzewanie (elektryczne) lub chłodzenie (woda) form.

Aby zabezpieczyć powierzchnię roboczą form przed przywieraniem i erozyjnym działaniem stopu, aby zmniejszyć tarcie przy wyjmowaniu rdzeni i ułatwić wyjmowanie odlewów, formy są smarowane. W tym celu stosuje się smary tłuszczowe (olej z grafitem lub proszkiem aluminiowym) lub wodne (roztwory soli, preparaty wodne na bazie grafitu koloidalnego).

Gęstość odlewów ze stopów aluminium znacznie wzrasta w przypadku odlewania za pomocą form próżniowych. W tym celu formę umieszcza się w szczelnej obudowie, w której wytwarzana jest niezbędna próżnia. Dobre wyniki można otrzymać stosując „proces tlenowy”. W tym celu powietrze we wnęce formy zostaje zastąpione tlenem. Przy dużych prędkościach wlotu metalu do wnęki formy, powodujących wychwytywanie tlenu przez stop, w odlewach nie tworzy się porowatość podkorowa, gdyż cały uwięziony tlen jest zużywany na tworzenie drobno zdyspergowanych tlenków glinu, które nie wpływają znacząco na właściwości mechaniczne odlewy Takie odlewy można poddać obróbce cieplnej.

W zależności od wymagań technicznych mogą być poddawane odlewy ze stopów aluminium różne typy kontrola: rentgen, defektoskopia gamma lub ultradźwięki w celu wykrycia defektów wewnętrznych; oznaczenia umożliwiające określenie odchyłek wymiarowych; luminescencyjny do wykrywania pęknięć powierzchniowych; sterowanie hydro- lub pneumatyczne w celu oceny szczelności. Częstotliwość wymienionych rodzajów kontroli jest określona przez warunki techniczne lub ustalana przez dział głównego metalurga zakładu. Stwierdzone wady, jeśli pozwalają na to specyfikacje techniczne, usuwa się poprzez spawanie lub impregnację. Spawanie łukiem argonowym służy do spawania niedopełnień, ubytków i luźnych pęknięć. Przed spawaniem uszkodzony obszar wycina się tak, aby ścianki wgłębień miały nachylenie 30 - 42°. Odlewy poddawane są miejscowemu lub ogólnemu nagrzewaniu do temperatury 300-350C. Ogrzewanie miejscowe odbywa się płomieniem acetylenowo-tlenowym, ogrzewanie ogólne odbywa się w piecach komorowych. Spawanie odbywa się z tych samych stopów, z których wykonane są odlewy, przy użyciu nietopliwej elektrody wolframowej o średnicy 2-6 mm przy konsumpcja argon 5-12 l/min. Prąd spawania wynosi zwykle 25-40 A na 1 mm średnicy elektrody.

Porowatość w odlewach eliminowana jest poprzez impregnację lakierem bakelitowym, lakierem asfaltowym, olejem schnącym lub płynnym szkłem. Impregnację przeprowadza się w specjalnych kotłach pod ciśnieniem 490-590 kPa przy wstępnej ekspozycji odlewów w atmosferze rozrzedzonej (1,3-6,5 kPa). Temperaturę cieczy impregnującej utrzymuje się na poziomie 100°C. Po impregnacji odlewy suszy się w temperaturze 65-200°C, podczas których płyn impregnujący twardnieje i poddaje ponownemu przeglądowi.

Aluminium jest

Zastosowanie aluminium

Szeroko stosowany jako materiał konstrukcyjny. Głównymi zaletami aluminium tej jakości są lekkość, plastyczność przy tłoczeniu, odporność na korozję (w powietrzu aluminium natychmiast pokrywa się trwałą powłoką Al2O3, która zapobiega jego dalszemu utlenianiu), wysoka przewodność cieplna i nietoksyczność zawartych w nim związków. W szczególności te właściwości sprawiły, że aluminium stało się niezwykle popularne w produkcji naczyń kuchennych, folia aluminiowa w przemyśle spożywczym i do pakowania.

Główną wadą aluminium jako materiału konstrukcyjnego jest jego niska wytrzymałość, dlatego w celu jego wzmocnienia zwykle dodaje się do niego niewielką ilość miedzi i magnezu (stop ten nazywany jest duraluminium).

Przewodność elektryczna aluminium jest tylko 1,7 razy mniejsza niż miedzi, podczas gdy aluminium jest około 4 razy tańsze w przeliczeniu na kilogram, ale ze względu na 3,3 razy mniejszą gęstość, aby uzyskać równy opór, potrzebuje około 2 razy mniejszej masy. Dlatego jest szeroko stosowany w elektrotechnice do produkcji drutów, ich ekranowania, a nawet w mikroelektronice do produkcji przewodników w chipach. Niższa przewodność elektryczna aluminium (37 1/ohm) w porównaniu z miedzią (63 1/ohm) jest kompensowana przez zwiększenie przekroju poprzecznego przewodów aluminiowych. Wadą aluminium jako materiału elektrycznego jest obecność mocnej warstwy tlenku, która utrudnia lutowanie.

Ze względu na swoje kompleksowe właściwości znajduje szerokie zastosowanie w urządzeniach grzewczych.

Aluminium i jego stopy zachowują wytrzymałość w bardzo niskich temperaturach. Z tego powodu jest szeroko stosowany w technologii kriogenicznej.

Wysoki współczynnik odbicia w połączeniu z niskim kosztem i łatwością osadzania sprawia, że ​​aluminium jest idealnym materiałem do produkcji luster.

W produkcji materiałów budowlanych jako czynnik gazotwórczy.

Aluminiowanie zapewnia odporność na korozję i kamień stali i innych stopów, na przykład zaworów tłokowych silników spalinowych, łopatek turbin, platform do wydobycia ropy naftowej, urządzeń do wymiany ciepła, a także zastępuje cynkowanie.

Siarczek glinu służy do produkcji siarkowodoru.

Trwają badania nad opracowaniem spienionego aluminium jako materiału szczególnie wytrzymałego i lekkiego.

Jako składnik termitu, mieszaniny do glinotermii

Aluminium służy do odzyskiwania metali rzadkich z ich tlenków lub halogenków.

Aluminium jest ważnym składnikiem wielu stopów. Na przykład w brązach aluminiowych głównymi składnikami są miedź i aluminium. W stopach magnezu jako dodatek najczęściej stosuje się aluminium. Do produkcji spiral w elektrycznych urządzeniach grzewczych stosuje się fechral (Fe, Cr, Al) (wraz z innymi stopami).

kawa aluminiowa" height="449" src="/pictures/investments/img920791_21_Klassicheskiy_italyanskiy_proizvoditel_kofe_iz_alyuminiya.jpg" title="21. Klasyczny włoski producent kawy aluminiowej" width="376" />!}

Kiedy aluminium było bardzo drogie, wytwarzano z niego różnorodną biżuterię. I tak Napoleon III zamówił aluminiowe guziki, a w 1889 roku Dmitrij Iwanowicz Mendelejew otrzymał wagę z misami wykonanymi ze złota i aluminium. Moda na nie minęła natychmiast, gdy pojawiły się nowe technologie (rozwiązania) do ich produkcji, co wielokrotnie obniżyło koszty. Obecnie aluminium jest czasami wykorzystywane do produkcji biżuterii kostiumowej.

W Japonii aluminium wykorzystywane jest do produkcji tradycyjnej biżuterii, zastępując .

Aluminium i jego związki stosuje się jako wysoce wydajny materiał pędny w dwumateriałowych paliwach rakietowych oraz jako składnik palny w stałych paliwach rakietowych. Następujące związki glinu mają największe praktyczne znaczenie jako paliwo rakietowe:

Sproszkowane aluminium jako paliwo w stałych paliwach rakietowych. Stosowany jest również w postaci proszku i zawiesin w węglowodorach.

Wodorek glinu.

Boran glinu.

Trójmetyloglin.

Trietyloglin.

Trójpropyloaluminium.

Trietyloglin (zwykle razem z trietylborem) jest również używany do zapłonu chemicznego (tj. jako paliwo rozruchowe) w silnikach rakietowych, ponieważ zapala się samorzutnie w gazowym tlenie.

Ma lekkie działanie toksyczne, ale wiele rozpuszczalnych w wodzie nieorganicznych związków glinu pozostaje w stanie rozpuszczonym długo i może mieć szkodliwy wpływ na ludzi i zwierzęta stałocieplne poprzez wodę pitną. Najbardziej toksyczne są chlorki, azotany, octany, siarczany itp. W przypadku człowieka następujące dawki związków glinu (mg/kg masy ciała) mają działanie toksyczne po spożyciu:

octan glinu - 0,2-0,4;

wodorotlenek glinu - 3,7-7,3;

ałun glinowy - 2,9.

Przede wszystkim wpływa układ nerwowy(kumuluje się w tkance nerwowej, powodując poważne zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego). Jednakże neurotoksyczność aluminium bada się od połowy lat 60. XX wieku, ponieważ mechanizm jego eliminacji zapobiega gromadzeniu się metalu w organizmie człowieka. W normalnych warunkach z moczem może zostać wydalone do 15 mg pierwiastka dziennie. W związku z tym największy negatywny efekt obserwuje się u osób z zaburzeniami czynności wydalniczej nerek.

Według niektórych badań biologicznych spożycie glinu w organizmie człowieka uznano za czynnik wywołujący chorobę Alzheimera, jednak badania te zostały później skrytykowane i odrzucono wniosek o powiązaniu jednego z drugim.

Właściwości geochemiczne aluminium wynikają z jego dużego powinowactwa do tlenu (wg minerały aluminium wchodzi w skład oktaedrów i czworościanów tlenu), stała wartościowość (3), niska rozpuszczalność większości naturalnych związków. W procesach endogenicznych podczas krzepnięcia magmy i powstawania skał magmowych aluminium przedostaje się do sieci krystalicznej skaleni, mików i innych minerałów - glinokrzemianów. W biosferze aluminium jest słabym migrantem; występuje rzadko w organizmach i hydrosferze. W wilgotnym klimacie, gdzie rozkładające się pozostałości bujnej roślinności tworzą wiele kwasów organicznych, glin migruje do gleb i wód w postaci organiczno-mineralnych związków koloidalnych; aluminium jest adsorbowane przez koloidy i odkładane w dolnych partiach gleby. Wiązanie aluminium z krzemem zostaje częściowo zerwane i w niektórych miejscach w tropikach tworzą się minerały - wodorotlenki glinu - bemit, diaspory, hydrargillit. Większość aluminium wchodzi w skład glinokrzemianów – kaolinitu, beidellitu i innych minerałów ilastych. Słaba mobilność determinuje resztkową akumulację aluminium w wietrzejącej skorupie wilgotnych tropików. W rezultacie powstaje boksyt eluwialny. W poprzednich epokach geologicznych boksyt gromadził się także w jeziorach i strefach przybrzeżnych mórz w regionach tropikalnych (na przykład boksyty osadowe Kazachstanu). Na stepach i pustyniach, gdzie jest mało materii żywej, a wody są neutralne i zasadowe, aluminium prawie nie migruje. Migracja aluminium jest najbardziej energetyczna na obszarach wulkanicznych, gdzie obserwuje się silnie kwaśne wody rzeczne i gruntowe bogate w glin. W miejscach, gdzie wody kwaśne mieszają się z alkalicznymi wodami morskimi (przy ujściach rzek i nie tylko), aluminium wytrąca się, tworząc złoża boksytu.

Aluminium wchodzi w skład tkanek zwierząt i roślin; w narządach ssaków stwierdzono od 10-3 do 10-5% glinu (w przeliczeniu na surowiec). Aluminium gromadzi się w wątrobie, trzustce i tarczycy. W produktach roślinnych zawartość glinu waha się od 4 mg na 1 kg suchej masy (ziemniaki) do 46 mg (rzepa żółta), w produktach pochodzenia zwierzęcego od 4 mg (miód) do 72 mg na 1 kg suchej masy ( ). W codziennej diecie człowieka zawartość glinu sięga 35-40 mg. Do organizmów skupiających aluminium zalicza się mchy (Lycopodiaceae), które w popiele zawierają do 5,3% glinu oraz mięczaki (Helix i Lithorina), które w popiele zawierają 0,2-0,8% glinu. Tworząc nierozpuszczalne związki z fosforanami, glin zaburza odżywianie roślin (wchłanianie fosforanów przez korzenie) i zwierząt (wchłanianie fosforanów w jelitach).

Głównym odbiorcą jest lotnictwo. Najbardziej obciążone elementy samolotu (poszycie, wzmocnienie zasilania) wykonane są z duraluminium. I ten stop został zabrany w kosmos. Poleciał nawet na Księżyc i wrócił na Ziemię. A stacje Luna, Wenus i Mars, stworzone przez projektantów biura, którym przez wiele lat kierował Georgy Nikolaevich Babakin (1914–1971), nie mogły obejść się bez stopów aluminium.

Podstawowym materiałem na kadłuby szybkich „rakiet” i „meteorów” – wodolotów są stopy układów aluminium – mangan i aluminium – magnez (AMts i AMg).

Ale stopy aluminium znajdują zastosowanie nie tylko w transporcie kosmicznym, lotniczym, morskim i rzecznym. Aluminium ma silną pozycję także w transporcie lądowym. Poniższe dane wskazują na szerokie zastosowanie aluminium w przemyśle motoryzacyjnym. W 1948 r. na jednego przypadało 3,2 kg aluminium, w 1958 r. – 23,6, w 1968 r. – 71,4, a dziś liczba ta przekracza 100 kg. Aluminium pojawiło się także w transporcie kolejowym. A superekspres „Rosyjska Trojka” jest w ponad 50% wykonany ze stopów aluminium.

Coraz częściej w budownictwie wykorzystuje się aluminium. W nowych budynkach często stosuje się mocne i lekkie belki, podłogi, kolumny, balustrady, ogrodzenia i elementy systemów wentylacyjnych wykonane ze stopów na bazie aluminium. W ostatnich latach stopy aluminium znalazły zastosowanie przy budowie wielu obiektów użyteczności publicznej i kompleksów sportowych. Istnieją próby wykorzystania aluminium jako pokrycia dachowego. Taki dach nie boi się zanieczyszczeń dwutlenkiem węgla, związków siarki, związków azotu i innych szkodliwych zanieczyszczeń, które znacznie zwiększają korozję atmosferyczną żelaznego pokrycia dachowego.

Jako stopy odlewnicze stosowane są siluminy, stopy układu aluminiowo-krzemowego. Stopy takie charakteryzują się dobrą płynnością, dają niski skurcz i segregację (niejednorodność) w odlewach, co umożliwia wytwarzanie poprzez odlewanie najbardziej skomplikowanych konfiguracji części, np. obudowy silników, wirniki pomp, obudowy przyrządów, bloki silników spalinowych, tłoki , głowice cylindrów i płaszcze silników tłokowych.

Walcz o upadek koszt stopy aluminium również odniosły sukces. Na przykład silumin jest 2 razy tańszy niż aluminium. Zwykle jest odwrotnie - stopy są droższe (aby otrzymać stop, trzeba zdobyć czystą bazę, a następnie ją stopić, aby otrzymać stop). W 1976 roku radzieccy hutnicy w Dniepropietrowsku Fabryki Aluminium opanowali wytapianie siluminów bezpośrednio z glinokrzemianów.

Aluminium jest od dawna znane w elektrotechnice. Jednak do niedawna zastosowanie aluminium ograniczało się do linii energetycznych i, w rzadkich przypadkach, kabli elektroenergetycznych. Przemysł kablowy był zdominowany przez miedź i Ołów. Elementy przewodzące konstrukcji kabla wykonano z miedzi, z której wykonano metalową osłonę Ołów lub stopy na bazie ołowiu. Przez wiele dziesięcioleci (powłoki ołowiane do ochrony żył kablowych zostały po raz pierwszy zaproponowane w 1851 r.) był jedynym materiałem metalicznym na powłoki kablowe. Jest doskonały w tej roli, ale nie bez wad - duża gęstość, niska wytrzymałość i niedobór; To tylko te główne, które zmusiły ludzi do poszukiwania innych metali, które mogą odpowiednio zastąpić ołów.

Okazało się, że jest to aluminium. Początki jego służby na tym stanowisku można rozpatrywać na rok 1939, a prace rozpoczęto w 1928. Jednak poważna zmiana w zastosowaniu aluminium w technologii kablowej nastąpiła w roku 1948, kiedy to opracowano i opanowano technologię wytwarzania powłok aluminiowych.

Również miedź przez wiele dziesięcioleci była jedynym metalem do produkcji przewodów przewodzących prąd. Badania nad materiałami, które mogłyby zastąpić miedź, wykazały, że takim metalem powinno i może być aluminium. Zatem zamiast dwóch metali o zasadniczo różnych celach, w technologii kabli pojawiło się aluminium.

Zamiennik ten ma wiele zalet. Po pierwsze, możliwość zastosowania aluminiowej powłoki jako przewodu neutralnego oznacza znaczną oszczędność metalu i redukcję masy. Po drugie, większa wytrzymałość. Po trzecie, ułatwia instalację, zmniejsza koszty transportu, zmniejsza koszty kabli itp.

Druty aluminiowe są również stosowane w napowietrznych liniach energetycznych. Jednak wykonanie równoważnego zamiennika wymagało dużo wysiłku i czasu. Opracowano wiele opcji i stosuje się je w zależności od konkretnej sytuacji. [Produkuje się druty aluminiowe o podwyższonej wytrzymałości i podwyższonej odporności na pełzanie, które uzyskuje się poprzez dodawanie stopów magnezu do 0,5%, krzemu do 0,5%, żelaza do 0,45%, hartowanie i starzenie. Druty stalowo-aluminiowe stosuje się zwłaszcza do wykonywania dużych rozpiętości, wymaganych tam, gdzie linie energetyczne przecinają różne przeszkody. Istnieją przęsła o długości ponad 1500 m, na przykład przy przekraczaniu rzek.

Aluminium w technologii przekładni elektryczność na długich dystansach wykorzystywane są nie tylko jako materiał przewodzący. Półtora dekady temu zaczęto stosować stopy na bazie aluminium do produkcji podpór linii elektroenergetycznych. Po raz pierwszy zbudowano je w naszym kraj na Kaukazie. Są około 2,5 razy lżejsze od stali i nie wymagają zabezpieczenia antykorozyjnego. Tym samym ten sam metal zastąpił żelazo, miedź i ołów w elektrotechnice i technologii przesyłu energii elektrycznej.

I to lub prawie to samo miało miejsce w innych obszarach technologii. W przemyśle naftowym, gazowym i chemicznym sprawdzają się zbiorniki, rurociągi i inne zespoły montażowe wykonane ze stopów aluminium. Zastąpiły one wiele odpornych na korozję metali i materiałów, jak np. pojemniki ze stopów żelaza i węgla, emaliowane od wewnątrz do przechowywania żrących cieczy (pęknięcie warstwy emalii tej drogiej konstrukcji mogłoby prowadzić do strat, a nawet wypadków).

Do produkcji folii na świecie zużywa się rocznie ponad 1 milion ton aluminium. Grubość folii w zależności od jej przeznaczenia mieści się w przedziale 0,004-0,15 mm. Jego zastosowanie jest niezwykle różnorodne. Służy do pakowania różnych produktów spożywczych i przemysłowych - czekolady, cukierków, leków, kosmetyków, produktów fotograficznych itp.

Folia wykorzystywana jest także jako materiał konstrukcyjny. Istnieje grupa tworzyw sztucznych wypełnionych gazem – tworzywa o strukturze plastra miodu – materiałów komórkowych z systemem regularnie powtarzających się regularnych komórek geometryczny kształt, którego ścianki wykonane są z folii aluminiowej.

Encyklopedia Brockhausa i Efrona

ALUMINIUM- (glina) chemiczna zn. GLIN; Na. V. = 27,12; pokonać V. = 2,6; t.t. około 700°. Srebrzystobiały, miękki, dźwięczny metal; jest głównym w połączeniu z kwasem krzemowym integralna część gliny, skaleń, mika; występuje we wszystkich glebach. Idzie do... ... Słownik obcych słów języka rosyjskiego

ALUMINIUM- (symbol Al), metal srebrzystobiały, pierwiastek trzeciej grupy układ okresowy. Po raz pierwszy w czysta forma uzyskano w 1827 r. Najpopularniejszy metal w korze glob; Jego głównym źródłem jest ruda boksytu. Proces… … Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny

ALUMINIUM- ALUMINIUM, Aluminium (symbol chemiczny A1, masa 27,1), najpowszechniejszy metal na powierzchni Ziemi i po O i krzemie najważniejszy składnik skorupy ziemskiej. A. występuje w przyrodzie głównie w postaci soli kwasu krzemowego (krzemianów);... ... Wielka encyklopedia medyczna

Aluminium- jest niebiesko-białym metalem, który jest szczególnie lekki. Jest bardzo plastyczny i można go łatwo walcować, ciągnić, kuć, tłoczyć i odlewać itp. Podobnie jak inne miękkie metale, aluminium również nadaje się bardzo dobrze... ... Oficjalna terminologia

Aluminium- (Aluminium), Al, pierwiastek chemiczny III grupy układu okresowego, liczba atomowa 13, masa atomowa 26,98154; metal lekki, temperatura topnienia 660°C. Zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 8,8% wagowo. Aluminium i jego stopy są stosowane jako materiały konstrukcyjne w... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny

ALUMINIUM- ALUMINIUM, aluminium, chemiczne. metal alkaliczny glina, baza tlenku glinu, glina; a także podstawa rdzy, żelaza; i spalić miedź. Aluminiowy męski skamielina podobna do ałunu, uwodniony siarczan tlenku glinu. Mąż Alunit. skamielina, bardzo blisko... ... Słownik wyjaśniający Dahla

aluminium- (srebrny, lekki, skrzydlaty) metal Słownik rosyjskich synonimów. rzeczownik aluminium, liczba synonimów: 8 glina (2) ... Słownik synonimów

ALUMINIUM- (łac. Aluminium z ałunu glinowego), Al, pierwiastek chemiczny III grupy układu okresowego, liczba atomowa 13, masa atomowa 26,98154. Srebrnobiały metal, lekki (2,7 g/cm³), ciągliwy, o wysokiej przewodności elektrycznej, temperatura topnienia 660.C.... ... Wielki słownik encyklopedyczny

Aluminium- Al (od łacińskiej nazwy ałunu, używanej w starożytności jako zaprawa do barwienia i garbowania * a. aluminium; n. Aluminium; f. aluminium; i. aluminio), chemiczny. pierwiastek okresowy grupy III. System Mendelejewa, godz. N. 13, o godz. m. 26,9815 ... Encyklopedia geologiczna

ALUMINIUM- ALUMINIUM, aluminium i wiele innych. nie, mąż (od łacińskiego ałunu glinowego). Srebrnobiały, ciągliwy metal lekki. Słownik objaśniający Uszakowa. D.N. Uszakow. 1935 1940… Słownik wyjaśniający Uszakowa

Metale są jednymi z najwygodniejszych materiałów w obróbce. Mają też swoich przywódców. Na przykład podstawowe właściwości aluminium są ludziom znane od dawna. Są na tyle odpowiednie do codziennego użytku, że metal ten stał się bardzo popularny. Czym jest zarówno prosta substancja, jak i atom, rozważymy w tym artykule.

Historia odkrycia aluminium

Związek tego metalu był znany człowiekowi od dawna – stosowano go jako środek pęczniejący i wiążący składniki mieszaniny, było to konieczne także przy wytwarzaniu wyrobów skórzanych. O istnieniu tlenku glinu w czystej postaci dowiedziano się już w XVIII wieku, w jego drugiej połowie. Jednak nie został on odebrany.

Naukowiec H. K. Ørsted jako pierwszy wyizolował metal z jego chlorku. To on potraktował sól amalgamatem potasowym i wydzielił z mieszaniny szary proszek, którym było aluminium w czystej postaci.

Wtedy stało się jasne, że właściwości chemiczne aluminium przejawiają się w jego wysokiej aktywności i silnych zdolnościach redukujących. Dlatego od dawna nikt inny z nim nie współpracował.

Jednak w 1854 roku Francuzowi Deville udało się uzyskać wlewki metalowe poprzez elektrolizę stopu. Ta metoda jest nadal aktualna. Szczególnie masowa produkcja cennych materiałów rozpoczęła się w XX wieku, kiedy rozwiązano problemy wytwarzania dużych ilości energii elektrycznej w przedsiębiorstwach.

Dziś metal ten jest jednym z najpopularniejszych i stosowanych w budownictwie i gospodarstwie domowym.

Ogólna charakterystyka atomu glinu

Jeśli scharakteryzujemy dany pierwiastek poprzez jego położenie w układzie okresowym, wówczas można wyróżnić kilka punktów.

1. Numer seryjny - 13.
2. Znajduje się w trzecim małym okresie, trzeciej grupie, głównej podgrupie.
3. Masa atomowa - 26,98.
4. Liczba elektronów walencyjnych wynosi 3.
5. Konfigurację warstwy zewnętrznej wyraża wzór 3s 2 3p 1.
6. Nazwa elementu to aluminium.
7. mocno wyrażone.
8. Nie ma w naturze izotopów; istnieje tylko w jednej formie, o liczbie masowej 27.
9. Symbolem chemicznym jest AL, we wzorach czytane jako „aluminium”.
10. Stopień utlenienia wynosi jeden, równy +3.

Właściwości chemiczne aluminium w pełni potwierdza budowa elektronowa jego atomu, ponieważ mając duży promień atomowy i niskie powinowactwo elektronowe, może działać jako silny środek redukujący, jak wszystkie metale aktywne.

Aluminium jako substancja prosta: właściwości fizyczne

Jeśli mówimy o aluminium jako o prostej substancji, to jest to srebrzystobiały błyszczący metal. Na powietrzu szybko się utlenia i pokrywa gęstym filmem tlenkowym. To samo dzieje się pod wpływem stężonych kwasów.

Obecność takiej cechy sprawia, że ​​produkty wykonane z tego metalu są odporne na korozję, co oczywiście jest bardzo wygodne dla ludzi. Dlatego aluminium jest tak szeroko stosowane w budownictwie. Są ciekawe również dlatego, że metal ten jest bardzo lekki, a jednocześnie trwały i miękki. Kombinacja takich cech nie jest dostępna dla każdej substancji.

Jest kilka głównych właściwości fizyczne, które są typowe dla aluminium.

1. Wysoki stopień plastyczności i ciągliwości. Z tego metalu wytwarzana jest lekka, mocna i bardzo cienka folia, a także zwijana na drut.
2. Temperatura topnienia - 660 0 C.
3. Temperatura wrzenia - 2450 0 C.
4. Gęstość - 2,7 g/cm3.
5. Siatka krystaliczna jest wolumetryczna, wycentrowana na powierzchni, metalowa.
6. Rodzaj połączenia - metal.

Właściwości fizyczne i chemiczne aluminium determinują obszary jego zastosowań i zastosowań. Jeśli mówimy o aspektach codziennych, dużą rolę odgrywają cechy, które już omówiliśmy powyżej. Jako lekki, trwały i antykorozyjny metal aluminium jest stosowane w przemyśle lotniczym i stoczniowym. Dlatego znajomość tych właściwości jest bardzo ważna.

Właściwości chemiczne aluminium

Z chemicznego punktu widzenia metal, o którym mowa, jest silnym środkiem redukującym, który będąc czystą substancją może wykazywać wysoką aktywność chemiczną. Najważniejsze jest usunięcie filmu tlenkowego. W tym przypadku aktywność gwałtownie wzrasta.

O właściwościach chemicznych aluminium jako substancji prostej decyduje jego zdolność do reagowania z:

• kwasy;
• zasady;
• halogeny;
• szary.

W normalnych warunkach nie wchodzi w interakcję z wodą. W tym przypadku z halogenów, bez ogrzewania, reaguje on tylko z jodem. Inne reakcje wymagają temperatury.

Można podać przykłady ilustrujące właściwości chemiczne aluminium. Równania reakcji oddziaływania z:

• kwasy- AL + HCL = AlCL3 + H2;
• alkalia- 2Al + 6H2O + 2NaOH = Na + 3H2;
• halogeny- AL + Hal = ALHal3;
• szary- 2AL + 3S = AL 2 S 3.

Ogólnie rzecz biorąc, najważniejszą właściwością danej substancji jest jej wysoka zdolność do przywracania innych pierwiastków z ich związków.

Zdolność regeneracyjna

Właściwości redukujące aluminium są wyraźnie widoczne w reakcjach interakcji z tlenkami innych metali. Z łatwością wydobywa je ze składu substancji i pozwala im zaistnieć w prostej formie. Na przykład: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

W metalurgii istnieje cała metoda wytwarzania substancji oparta na podobnych reakcjach. Nazywa się to aluminotermią. Dlatego w przemyśle chemicznym pierwiastek ten jest wykorzystywany specjalnie do produkcji innych metali.

Dystrybucja w przyrodzie

Pod względem rozpowszechnienia wśród innych elementów metalowych na pierwszym miejscu znajduje się aluminium. Zawarty jest w skorupie ziemskiej w 8,8%. Jeśli porównamy go z niemetalami, wówczas jego miejsce zajmie trzecie miejsce, po tlenie i krzemie.

Ze względu na dużą aktywność chemiczną nie występuje w czystej postaci, a jedynie jako część różnych związków. Na przykład istnieje wiele znanych rud, minerałów i skał zawierających aluminium. Pozyskuje się go jednak wyłącznie z boksytu, którego zawartość w przyrodzie nie jest zbyt wysoka.

Najpopularniejsze substancje zawierające dany metal:

• skalenie;
• boksyt;
• granity;
• krzemionka;
• glinokrzemiany;
• bazalty i inne.

W małych ilościach aluminium koniecznie znajduje się w komórkach organizmów żywych. Niektóre gatunki mchów klubowych i mieszkańców mórz są w stanie gromadzić ten pierwiastek w swoich ciałach przez całe życie.

Paragon

Właściwości fizyczne i chemiczne aluminium umożliwiają jego otrzymanie tylko w jeden sposób: poprzez elektrolizę stopu odpowiedniego tlenku. Proces ten jest jednak skomplikowany technologicznie. Temperatura topnienia AL 2 O 3 przekracza 2000 0 C. Z tego powodu nie można go bezpośrednio poddawać elektrolizie. Dlatego postępuj w następujący sposób.

Wydajność produktu wynosi 99,7%. Można jednak uzyskać jeszcze czystszy metal, który wykorzystuje się do celów technicznych.

Aplikacja

Właściwości mechaniczne aluminium nie są na tyle dobre, aby można było go stosować w czystej postaci. Dlatego najczęściej stosuje się stopy na bazie tej substancji. Jest ich wiele, można wymienić te najbardziej podstawowe.

1. Duraluminium.
2. Aluminium-mangan.
3. Aluminium-magnez.
4. Aluminium-miedź.
5. Siluminy.
6. Avial.

Ich główną różnicą są oczywiście dodatki innych firm. Wszystkie bazują na aluminium. Inne metale sprawiają, że materiał jest trwalszy, odporny na korozję, odporny na zużycie i łatwy w obróbce.

Istnieje kilka głównych obszarów zastosowań aluminium, zarówno w postaci czystej, jak i w postaci jego związków (stopów).

Obok żelaza i jego stopów najważniejszym metalem jest aluminium. To właśnie ci dwaj przedstawiciele układu okresowego znaleźli w ludzkich rękach najszersze zastosowanie przemysłowe.

Właściwości wodorotlenku glinu

Wodorotlenek jest najpowszechniejszym związkiem, jaki tworzy aluminium. Jego właściwości chemiczne są takie same jak samego metalu – jest amfoteryczny. Oznacza to, że może wykazywać dwoistą naturę, reagując zarówno z kwasami, jak i zasadami.

Sam wodorotlenek glinu jest białym galaretowatym osadem. Można go łatwo otrzymać w reakcji soli glinu z zasadą lub w reakcji z kwasami, wodorotlenek ten daje zwykle odpowiednią sól i wodę. Jeśli reakcja zachodzi z zasadą, powstają hydroksykompleksy glinu, w których liczba koordynacyjna wynosi 4. Przykład: Na - tetrahydroksoglinian sodu.

Przygotowanie ałunu potasowego

Aluminium(łac. Aluminium), – w układzie okresowym aluminium znajduje się w trzecim okresie, w głównej podgrupie trzeciej grupy. Ładunek rdzenia +13. Struktura elektronowa atomu to 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Metaliczny promień atomowy wynosi 0,143 nm, promień kowalencyjny wynosi 0,126 nm, konwencjonalny promień jonu Al 3+ wynosi 0,057 nm. Energia jonizacji Al – Al + 5,99 eV.

Najbardziej charakterystyczny stopień utlenienia atomu glinu to +3. Rzadko występują ujemne stany utlenienia. W zewnętrznej warstwie elektronowej atomu znajdują się wolne podpoziomy d. Z tego powodu jego liczba koordynacyjna w związkach może wynosić nie tylko 4 (AlCl 4-, AlH 4-, glinokrzemiany), ale także 6 (Al 2 O 3, 3+).

Tło historyczne. Nazwa Aluminium pochodzi z języka łacińskiego. alumen - tak już w 500 rpne. zwany ałunem aluminiowym, który był używany jako zaprawa do barwienia tkanin i garbowania skór. Duński naukowiec H. K. Oersted w 1825 roku działając amalgamatem potasu na bezwodny AlCl 3, a następnie oddestylowując rtęć, otrzymał stosunkowo czysty glin. Pierwszą przemysłową metodę produkcji aluminium zaproponował w 1854 roku francuski chemik A.E. Sainte-Clair Deville: metoda polegała na redukcji podwójnego glinu i chlorku sodu Na 3 AlCl 6 metalicznym sodem. Aluminium, podobne kolorem do srebra, było początkowo bardzo drogie. W latach 1855–1890 wyprodukowano zaledwie 200 ton aluminium. Nowoczesną metodę wytwarzania aluminium metodą elektrolizy stopionego kriolitu i tlenku glinu opracowali w 1886 roku jednocześnie i niezależnie C. Hall w USA i P. Heroux we Francji.

Będąc w naturze

Aluminium jest najpowszechniejszym metalem w skorupie ziemskiej. Stanowi 5,5–6,6 mola. % frakcji lub 8 % wag. Jego główna masa jest skoncentrowana w glinokrzemianach. Niezwykle powszechnym produktem zniszczenia utworzonych przez nie skał jest glina, której główny skład odpowiada wzorowi Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Spośród innych naturalnych form glinu największe znaczenie ma boksyt Al 2 O 3. xH 2 O i minerały korund Al 2 O 3 i kriolit AlF 3 . 3NaF.

Paragon

Obecnie w przemyśle aluminium wytwarza się poprzez elektrolizę roztworu tlenku glinu Al 2 O 3 w stopionym kriolicie. Al 2 O 3 musi być w miarę czysty, ponieważ zanieczyszczenia z wytopionego aluminium są trudne do usunięcia. Temperatura topnienia Al 2 O 3 wynosi około 2050 o C, a kriolitu 1100 o C. Stopiona mieszanina kriolitu i Al 2 O 3 zawierająca około 10% wag. Al 2 O 3 poddawana jest elektrolizie, która topi się w temperaturze 960°C. o C i ma najkorzystniejszą dla procesu przewodność elektryczną, gęstość i lepkość. Po dodaniu AlF 3, CaF 2 i MgF 2 elektroliza staje się możliwa w temperaturze 950 o C.

Elektrolizer do wytopu aluminium to żelazna obudowa wyłożona od wewnątrz cegłami ogniotrwałymi. Jej dno (pod spodem), złożone z bloków sprężonego węgla, pełni funkcję katody. Anody znajdują się na górze: są to aluminiowe ramy wypełnione brykietami węglowymi.

Al 2 O 3 = Al 3+ + AlO 3 3-

Na katodzie wydziela się ciekły aluminium:

Al 3+ + 3e - = Al

Aluminium zbiera się na dnie pieca, skąd jest okresowo uwalniane. Na anodzie wydziela się tlen:

4AlO 3 3- – 12e - = 2Al 2 O 3 + 3O 2

Tlen utlenia grafit do tlenków węgla. Podczas spalania węgla powstaje anoda.

Aluminium jest również stosowane jako dodatek stopowy do wielu stopów w celu nadania im odporności na ciepło.

Właściwości fizyczne aluminium. Aluminium łączy w sobie bardzo cenny zestaw właściwości: niską gęstość, wysoką przewodność cieplną i elektryczną, wysoką ciągliwość i dobrą odporność na korozję. Można go łatwo poddawać kuciu, stemplowaniu, walcowaniu, ciągnieniu. Aluminium jest dobrze spawane za pomocą spawania gazowego, kontaktowego i innych rodzajów spawania. Krata aluminiowa jest sześcienna wyśrodkowana na ścianie z parametrem a = 4,0413 Å. Właściwości aluminium, podobnie jak wszystkich metali, zależą zatem od jego czystości. Właściwości aluminium o wysokiej czystości (99,996%): gęstość (w 20°C) 2698,9 kg/m 3 ; t pl 660,24 °C; temperatura wrzenia około 2500 °C; współczynnik rozszerzalności cieplnej (od 20° do 100°C) 23,86·10 -6; przewodność cieplna (przy 190 °C) 343 W/m·K, ciepło właściwe (przy 100 °С) 931,98 J/kg·K. ; przewodność elektryczna w stosunku do miedzi (przy 20 °C) 65,5%. Aluminium charakteryzuje się niską wytrzymałością (wytrzymałość na rozciąganie 50–60 Mn/m2), twardością (170 Mn/m2 według Brinella) i dużą ciągliwością (do 50%). Podczas walcowania na zimno wytrzymałość aluminium na rozciąganie wzrasta do 115 Mn/m2, twardość do 270 Mn/m2, wydłużenie względne spada do 5% (1 Mn/m2 ~ i 0,1 kgf/mm2). Aluminium jest wysoko polerowane, anodowane i ma wysoki współczynnik odbicia zbliżony do srebra (odbija do 90% padającej energii świetlnej). Mając duże powinowactwo do tlenu, aluminium w powietrzu pokrywa się cienką, ale bardzo mocną warstwą tlenku Al 2 O 3, która chroni metal przed dalszym utlenianiem i decyduje o jego wysokich właściwościach antykorozyjnych. Wytrzymałość warstwy tlenkowej i jej działanie ochronne znacznie zmniejszają się w obecności zanieczyszczeń rtęcią, sodem, magnezem, miedzią itp. Aluminium jest odporne na korozję atmosferyczną, wodę morską i słodką, praktycznie nie wchodzi w interakcje ze stężonym lub silnie rozcieńczonym azotem kwasy, kwasy organiczne, produkty spożywcze.

Właściwości chemiczne

Po podgrzaniu drobno pokruszonego aluminium pali się energicznie na powietrzu. Podobnie przebiega jego oddziaływanie z siarką. Połączenie z chlorem i bromem następuje w zwykłych temperaturach, a z jodem - po podgrzaniu. W bardzo wysokich temperaturach aluminium łączy się również bezpośrednio z azotem i węglem. Wręcz przeciwnie, nie wchodzi w interakcję z wodorem.

Aluminium jest dość odporne na wodę. Jeśli jednak działanie ochronne warstwy tlenkowej zostanie usunięte mechanicznie lub przez amalgamację, następuje energiczna reakcja:

Wysoko rozcieńczone i bardzo stężone HNO3 i H2SO4 nie mają prawie żadnego wpływu na aluminium (na zimno), natomiast przy średnich stężeniach tych kwasów stopniowo się rozpuszczają. Czyste aluminium jest dość odporne na kwas solny, ale rozpuszcza się w nim zwykły metal przemysłowy.

Gdy aluminium zostanie wystawione na działanie wodnych roztworów zasad, warstwa tlenku rozpuszcza się i powstają gliniany - sole zawierające glin jako część anionu:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na

Pozbawione filmu ochronnego aluminium oddziałuje z wodą wypierając z niej wodór:

2Al + 6H 2O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

Powstały wodorotlenek glinu reaguje z nadmiarem zasad, tworząc hydroksyglinian:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Ogólne równanie rozpuszczania glinu w wodnym roztworze alkalicznym:

2Al + 2NaOH + 6H 2O = 2Na + 3H 2

Aluminium rozpuszcza się zauważalnie w roztworach soli, które w wyniku hydrolizy mają odczyn kwaśny lub zasadowy, na przykład w roztworze Na2CO3.

W szeregu naprężeń znajduje się pomiędzy Mg i Zn. We wszystkich swoich stabilnych związkach glin jest trójwartościowy.

Połączenie aluminium z tlenem wiąże się z ogromnym wydzielaniem ciepła (1676 kJ/mol Al 2 O 3), znacznie większym niż w przypadku wielu innych metali. W związku z tym podczas ogrzewania mieszaniny tlenku odpowiedniego metalu z proszkiem aluminium następuje gwałtowna reakcja, która prowadzi do uwolnienia wolnego metalu z pobranego tlenku. Często stosuje się metodę redukcji z wykorzystaniem Al (aluminotermia), aby otrzymać szereg pierwiastków (Cr, Mn, V, W itp.) w stanie wolnym.

Aluminotermię czasami wykorzystuje się do spawania pojedynczych elementów stalowych, w szczególności połączeń szyn tramwajowych. Stosowana mieszanina („termit”) składa się zazwyczaj z drobnych proszków aluminium i Fe 3 O 4 . Zapala się go za pomocą zapalnika wykonanego z mieszaniny Al i BaO 2. Główna reakcja przebiega według równania:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 kJ

Co więcej, temperatura kształtuje się w okolicach 3000 o C.

Tlenek glinu jest białym, bardzo ogniotrwałym (t.t. 2050 o C) i nierozpuszczalnym w masie wody. Naturalny Al 2 O 3 (korund mineralny), jak również ten otrzymywany sztucznie, a następnie silnie kalcynowany, wyróżnia się dużą twardością i nierozpuszczalnością w kwasach. Al 2 O 3 (tzw. tlenek glinu) można przekształcić w stan rozpuszczalny poprzez stopienie z zasadami.

Zazwyczaj korund naturalny zanieczyszczony tlenkiem żelaza, ze względu na jego ekstremalną twardość, używany jest do produkcji ściernic, osełek itp. W postaci drobno rozdrobnionej nazywa się go szmerglem i służy do czyszczenia powierzchni metalowych i wytwarzania papieru ściernego. Do tych samych celów często stosuje się Al 2 O 3, otrzymywany przez stapianie boksytu (nazwa techniczna - alundum).

Przezroczyste kolorowe kryształy korundu - czerwony rubin - domieszka chromu - i niebieski szafir - domieszka tytanu i żelaza - kamienie szlachetne. Pozyskuje się je również sztucznie i wykorzystuje do celów technicznych, np. do produkcji części instrumentów precyzyjnych, kamieni do zegarków itp. Kryształy rubinu zawierające niewielką domieszkę Cr 2 O 3 wykorzystywane są jako generatory kwantowe – lasery tworzące ukierunkowaną wiązkę promieniowania monochromatycznego.

Ze względu na nierozpuszczalność Al 2 O 3 w wodzie, odpowiadający temu tlenkowi wodorotlenek Al(OH) 3 można otrzymać jedynie pośrednio z soli. Wytwarzanie wodorotlenku można przedstawić na następującym schemacie. Pod wpływem zasad jony OH – w kompleksach wodnych są stopniowo zastępowane przez 3+ cząsteczki wody:

3+ + OH - = 2+ + H 2 O

2+ + OH - = + + H 2 O

OH - = 0 + H 2 O

Al(OH) 3 to obszerny, galaretowaty, biały osad, praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, ale łatwo rozpuszczalny w kwasach i mocnych zasadach. Ma zatem charakter amfoteryczny. Jednak jego podstawowe, a zwłaszcza kwasowe właściwości są raczej słabo wyrażone. Wodorotlenek glinu jest nierozpuszczalny w nadmiarze NH4OH. Jedna z postaci odwodnionego wodorotlenku, żel aluminiowy, stosowana jest w technologii jako adsorbent.

Podczas interakcji z mocnymi zasadami powstają odpowiednie gliniany:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

Gliniany najbardziej aktywnych metali jednowartościowych są dobrze rozpuszczalne w wodzie, jednak ze względu na silną hydrolizę ich roztwory są stabilne tylko w obecności wystarczającego nadmiaru zasady. Gliniany, produkowane ze słabszych zasad, są prawie całkowicie hydrolizowane w roztworze i dlatego można je otrzymać tylko na sucho (poprzez stopienie Al 2 O 3 z tlenkami odpowiednich metali). Powstają metagliniany, których skład wywodzi się z kwasu metaglinowego HAlO 2. Większość z nich jest nierozpuszczalna w wodzie.

Al(OH) 3 tworzy sole z kwasami. Pochodne większości mocnych kwasów są dobrze rozpuszczalne w wodzie, ale ulegają dość znacznej hydrolizie, dlatego ich roztwory wykazują odczyn kwasowy. Rozpuszczalne sole glinu i słabe kwasy ulegają jeszcze większej hydrolizie. Z powodu hydrolizy z roztworów wodnych nie można otrzymać siarczków, węglanów, cyjanków i niektórych innych soli glinu.

W środowisku wodnym anion Al 3+ jest bezpośrednio otoczony przez sześć cząsteczek wody. Taki uwodniony jon jest nieco zdysocjowany według schematu:

3+ + H. 2O = 2+ + OH 3 +

Jego stała dysocjacji wynosi 1. 10 -5, tj. jest słabym kwasem (mocą zbliżoną do kwasu octowego). Oktaedryczne środowisko Al 3+ z sześcioma cząsteczkami wody jest również zachowane w krystalicznych hydratach szeregu soli glinu.

Glinokrzemiany można uznać za krzemiany, w których część czworościanów krzemowo-tlenowych SiO 4 4 - zostaje zastąpiona czworościanami glinowo-tlenowymi AlO 4 5. Spośród glinokrzemianów najpowszechniejsze są skalenie, które stanowią ponad połowę masy skorupa ziemska. Ich głównymi przedstawicielami są minerały

ortoklaz K 2 Al 2 Si 6 O 16 lub K 2 O . Al2O3. 6SiO2

albit Na 2 Al 2 Si 6 O 16 lub Na 2 O. Al2O3. 6SiO2

anortyt CaAl 2 Si 2 O 8 lub CaO. Al2O3. 2SiO2

Minerały z grupy mików są bardzo powszechne, na przykład muskowit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Duże znaczenie praktyczne ma minerał nefelina (Na, K) 2, który wykorzystuje się do produkcji tlenku glinu, wyrobów sodowych i cementu. Produkcja ta obejmuje następujące operacje: a) nefelin i wapień spiekane są w piecach rurowych w temperaturze 1200 o C:

(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2

b) powstałą masę ługuje się wodą - powstaje roztwór glinianów sodu i potasu oraz zawiesina CaSiO 3:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O = Na + K

c) CO2 powstający podczas spiekania przepuszcza się przez roztwór glinianu:

Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3

d) przez ogrzewanie Al(OH) 3 otrzymuje się tlenek glinu:

2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O

e) poprzez odparowanie ługu macierzystego oddziela się sodę i polewkę, a uzyskany wcześniej osad wykorzystuje się do produkcji cementu.

Przy produkcji 1 tony Al 2 O 3 otrzymuje się 1 tonę produktów sodowych i 7,5 tony cementu.

Niektóre glinokrzemiany mają luźną strukturę i są zdolne do wymiany jonowej. Takie krzemiany – naturalne i szczególnie sztuczne – wykorzystywane są do zmiękczania wody. Dodatkowo ze względu na mocno rozwiniętą powierzchnię znajdują zastosowanie jako nośniki katalizatorów tj. jako materiały impregnowane katalizatorem.

Halogenki glinu w normalnych warunkach są bezbarwnymi substancjami krystalicznymi. W serii halogenków glinu AlF 3 bardzo różni się właściwościami od swoich analogów. Jest ogniotrwały, słabo rozpuszczalny w wodzie i nieaktywny chemicznie. Główna metoda wytwarzania AlF 3 opiera się na działaniu bezwodnego HF na Al 2 O 3 lub Al:

Al 2O 3 + 6HF = 2AlF 3 + 3H 2 O

Związki glinu z chlorem, bromem i jodem są topliwe, bardzo reaktywne i dobrze rozpuszczalne nie tylko w wodzie, ale także w wielu rozpuszczalnikach organicznych. Oddziaływaniu halogenków glinu z wodą towarzyszy znaczne wydzielanie ciepła. W roztworze wodnym wszystkie ulegają silnej hydrolizie, ale w przeciwieństwie do typowych kwaśnych halogenków niemetali ich hydroliza jest niepełna i odwracalna. Będąc zauważalnie lotnymi nawet w normalnych warunkach, AlCl 3, AlBr 3 i AlI 3 dymią w wilgotnym powietrzu (w wyniku hydrolizy). Można je otrzymać poprzez bezpośrednie oddziaływanie prostych substancji.

Gęstości par AlCl 3, AlBr 3 i AlI 3 w stosunkowo niskich temperaturach mniej więcej dokładnie odpowiadają podwójnym wzorom - Al 2 Hal 6. Struktura przestrzenna tych cząsteczek odpowiada dwóm czworościanom o wspólnej krawędzi. Każdy atom glinu jest związany z czterema atomami halogenu, a każdy z centralnych atomów halogenu jest związany z obydwoma atomami glinu. Z dwóch wiązań centralnego atomu halogenu jedno jest donorem-akceptorem, przy czym aluminium pełni rolę akceptora.

Z solami halogenkowymi wielu metali jednowartościowych halogenki glinu tworzą złożone związki, głównie typu M3 i M (gdzie Hal oznacza chlor, brom lub jod). W przypadku rozważanych halogenków tendencja do reakcji addycji jest na ogół bardzo wyraźna. Właśnie z tego powodu najważniejsze jest techniczne zastosowanie AlCl3 jako katalizatora (w rafinacji ropy naftowej i syntezach organicznych).

Spośród fluoroglinianów największym zastosowaniem (do produkcji Al, F2, emalii, szkła itp.) jest kriolit Na3. Produkcja przemysłowa sztuczny kriolit opiera się na obróbce wodorotlenku glinu kwasem fluorowodorowym i sodą:

2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O

Chloro-, bromo- i jodogliniany otrzymuje się przez stopienie trihalogenków glinu z halogenkami odpowiednich metali.

Chociaż aluminium nie reaguje chemicznie z wodorem, wodorek glinu można otrzymać pośrednio. Jest to biała, amorficzna masa o składzie (AlH 3) n. Rozkłada się po ogrzaniu powyżej 105 o C z wydzieleniem wodoru.

Kiedy AlH3 oddziałuje z zasadowymi wodorkami w roztworze eterowym, powstają wodorogliniany:

LiH + AlH3 = Li

Wodorogliniany są białymi ciałami stałymi. Szybko rozkłada się pod wpływem wody. Są silnymi środkami redukującymi. Wykorzystuje się je (zwłaszcza Li) w syntezie organicznej.

Siarczan glinu Al 2 (SO 4) 3. 18H2O otrzymuje się przez działanie gorącego kwasu siarkowego na tlenek glinu lub kaolin. Służy do oczyszczania wody, a także do przygotowania niektórych rodzajów papieru.

Ałun potasowo-glinowy KAl(SO 4) 2. 12H 2 O stosowany jest w dużych ilościach do garbowania skór, a także w przemyśle farbiarskim jako zaprawa do tkanin bawełnianych. W tym drugim przypadku działanie ałunu polega na tym, że powstały w wyniku jego hydrolizy wodorotlenek glinu osadza się we włóknach tkaniny w stanie drobno rozproszonym i adsorbując barwnik, mocno utrzymuje go na włóknie.

Z pozostałych pochodnych glinu należy wymienić jego octan (inaczej sól kwasu octowego) Al(CH 3COO) 3, stosowany do barwienia tkanin (jako zaprawa) oraz w medycynie (płyny i kompresy). Azotan glinu jest łatwo rozpuszczalny w wodzie. Fosforan glinu jest nierozpuszczalny w wodzie i kwasie octowym, ale rozpuszczalny w mocnych kwasach i zasadach.

Aluminium w korpusie. Aluminium wchodzi w skład tkanek zwierząt i roślin; w organach ssaków stwierdzono od 10 -3 do 10 -5% glinu (w przeliczeniu na surowiec). Aluminium gromadzi się w wątrobie, trzustce i tarczycy. W produktach roślinnych zawartość glinu waha się od 4 mg na 1 kg suchej masy (ziemniaki) do 46 mg (rzepa żółta), w produktach pochodzenia zwierzęcego od 4 mg (miód) do 72 mg na 1 kg suchej masy ( wołowina). W codziennej diecie człowieka zawartość glinu sięga 35–40 mg. Do organizmów skupiających aluminium zalicza się mchy (Lycopodiaceae), które w popiele zawierają do 5,3% glinu oraz mięczaki (Helix i Lithorina), które w popiele zawierają 0,2–0,8% glinu. Tworząc nierozpuszczalne związki z fosforanami, glin zaburza odżywianie roślin (wchłanianie fosforanów przez korzenie) i zwierząt (wchłanianie fosforanów w jelitach).

Geochemia aluminium. O cechach geochemicznych aluminium decyduje jego duże powinowactwo do tlenu (w minerałach aluminium wchodzi w skład oktaedrów i czworościanów tlenowych), stała wartościowość (3) oraz niska rozpuszczalność większości naturalnych związków. W procesach endogenicznych podczas krzepnięcia magmy i powstawania skał magmowych aluminium przedostaje się do sieci krystalicznej skaleni, mików i innych minerałów - glinokrzemianów. W biosferze aluminium jest słabym migrantem; występuje rzadko w organizmach i hydrosferze. W wilgotnym klimacie, gdzie rozkładające się pozostałości bujnej roślinności tworzą wiele kwasów organicznych, glin migruje do gleb i wód w postaci organiczno-mineralnych związków koloidalnych; aluminium jest adsorbowane przez koloidy i odkładane w dolnych partiach gleby. Wiązanie aluminium z krzemem zostaje częściowo zerwane i w niektórych miejscach w tropikach tworzą się minerały - wodorotlenki glinu - bemit, diaspory, hydrargillit. Większość aluminium wchodzi w skład glinokrzemianów – kaolinitu, beidellitu i innych minerałów ilastych. Słaba mobilność determinuje resztkową akumulację aluminium w wietrzejącej skorupie wilgotnych tropików. W rezultacie powstaje boksyt eluwialny. W poprzednich epokach geologicznych boksyt gromadził się także w jeziorach i strefach przybrzeżnych mórz w regionach tropikalnych (na przykład boksyty osadowe Kazachstanu). Na stepach i pustyniach, gdzie jest mało materii żywej, a wody są neutralne i zasadowe, aluminium prawie nie migruje. Migracja aluminium jest najbardziej energetyczna na obszarach wulkanicznych, gdzie obserwuje się silnie kwaśne wody rzeczne i gruntowe bogate w glin. W miejscach, gdzie wody kwaśne mieszają się z alkalicznymi wodami morskimi (przy ujściach rzek i nie tylko), aluminium wytrąca się, tworząc złoża boksytu.

Zastosowanie aluminium. Połączenie właściwości fizycznych, mechanicznych i chemicznych aluminium decyduje o jego powszechnym zastosowaniu w niemal wszystkich obszarach techniki, zwłaszcza w postaci jego stopów z innymi metalami. W elektrotechnice aluminium z powodzeniem zastępuje miedź, szczególnie przy produkcji masywnych przewodów, np. w liniach napowietrznych, kablach wysokiego napięcia, szynach rozdzielczych, transformatorach (przewodność elektryczna aluminium osiąga 65,5% przewodności elektrycznej miedzi, a jest ponad trzykrotnie lżejszy od miedzi; przy przekroju zapewniającym tę samą przewodność, masa drutów aluminiowych jest o połowę mniejsza od miedzi). Ultraczyste aluminium wykorzystywane jest do produkcji kondensatorów elektrycznych i prostowników, których działanie opiera się na zdolności warstwy tlenku glinu do przepuszczania prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku. Ultraczyste aluminium oczyszczone metodą topienia strefowego wykorzystywane jest do syntezy związków półprzewodnikowych typu A III B V, wykorzystywanych do produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Czyste aluminium wykorzystywane jest do produkcji różnego rodzaju odbłyśników lustrzanych. Aluminium o wysokiej czystości służy do ochrony powierzchni metalowych przed korozją atmosferyczną (okładziny, farba aluminiowa). Aluminium, posiadające stosunkowo niski przekrój poprzeczny absorpcji neutronów, jest stosowane jako materiał konstrukcyjny w reaktorach jądrowych.

Zbiorniki aluminiowe o dużej pojemności przechowują i transportują gazy płynne (metan, tlen, wodór itp.), kwasy azotowy i octowy, czystą wodę, nadtlenek wodoru i oleje jadalne. Aluminium znajduje szerokie zastosowanie w urządzeniach i aparaturze przemysłu spożywczego, do pakowania żywności (w postaci folii) oraz do produkcji różnego rodzaju artykułów gospodarstwa domowego. Gwałtownie wzrosło zużycie aluminium do wykańczania budynków, obiektów architektonicznych, transportowych i sportowych.

W metalurgii aluminium (obok stopów na nim opartych) jest jednym z najpowszechniejszych dodatków stopowych do stopów na bazie Cu, Mg, Ti, Ni, Zn i Fe. Aluminium wykorzystuje się także do odtleniania stali przed wlaniem jej do formy, a także w procesach wytwarzania niektórych metali metodą aluminotermiczną. Na bazie aluminium powstał SAP (spiekany proszek aluminiowy) przy użyciu metalurgii proszków, który charakteryzuje się wysoką wytrzymałością cieplną w temperaturach powyżej 300°C.

Aluminium wykorzystywane jest do produkcji materiałów wybuchowych (amonial, alumotol). Szeroko stosowane są różne związki aluminium.

Produkcja i zużycie aluminium stale rośnie, znacznie przewyższając tempo wzrostu produkcji stali, miedzi, ołowiu i cynku.

Wykaz używanej literatury

1. V.A. Rabinowicz, Z.Ya. Khavin „Krótki podręcznik chemiczny”

2. L.S. Guzey „Wykłady z chemii ogólnej”

3. N.S. Achmetow „Chemia ogólna i nieorganiczna”

4. B.V. Niekrasow „Podręcznik chemii ogólnej”

5. N.L. Glinka „Chemia Ogólna”

(Al), gal (Ga), ind (In) i tal (T l).

Jak widać z powyższych danych, wszystkie te pierwiastki odkryto w XIX wiek.

Odkrycie metali głównej podgrupy III grupy

Bor jest niemetalem. Aluminium jest metalem przejściowym, natomiast gal, ind i tal są metalami pełnoprawnymi. Zatem wraz ze wzrostem promieni atomów pierwiastków każdej grupy układu okresowego zwiększają się właściwości metaliczne prostych substancji.

W tym wykładzie przyjrzymy się bliżej właściwościom aluminium.

1. Pozycja aluminium w tabeli D. I. Mendelejewa. Struktura atomowa, wykazano stopnie utlenienia.

Element aluminiowy znajduje się w III grupa, główna podgrupa „A”, 3. okres układu okresowego, numer seryjny Nr 13, względna masa atomowa Ar(Al ) = 27. Jego sąsiadem po lewej stronie w tabeli jest magnez, typowy metal, a po prawej krzem, niemetal. W związku z tym aluminium musi wykazywać właściwości o charakterze pośrednim, a jego związki są amfoteryczne.

Al +13) 2) 8) 3, p – pierwiastek,

Aluminium wykazuje stopień utlenienia +3 w związkach:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Właściwości fizyczne

Aluminium w postaci wolnej jest srebrzystobiałym metalem o wysokiej przewodności cieplnej i elektrycznej.Temperatura topnienia 650 o C. Aluminium ma niską gęstość (2,7 g/cm 3) - około trzykrotnie mniejszą niż żelazo czy miedź, a jednocześnie jest metalem trwałym.

3. Bycie na łonie natury

Pod względem rozpowszechnienia w przyrodzie plasuje się na pierwszym miejscu 1. miejsce wśród metali i 3. wśród pierwiastków ustępując jedynie tlenowi i krzemowi. Według różnych badaczy zawartość glinu w skorupie ziemskiej waha się od 7,45 do 8,14% masy skorupy ziemskiej.

W naturze aluminium występuje tylko w związkach (minerały).

Niektóre z nich:

· Boksyt - Al 2 O 3 H 2 O (z zanieczyszczeniami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefeliny - KNa 3 4

· Alunity - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Tlenek glinu (mieszaniny kaolinów z piaskiem SiO 2, wapieniem CaCO 3, magnezytem MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Skaleń (ortoklaz) - K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2

· Kaolinit - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

· Ałunit - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3

· Beryl - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Właściwości chemiczne aluminium i jego związków

Aluminium w normalnych warunkach łatwo reaguje z tlenem i jest pokryte warstwą tlenku (co nadaje mu matowy wygląd).

POKAZ FOLII TLENKOWEJ

Jego grubość wynosi 0,00001 mm, ale dzięki temu aluminium nie ulega korozji. Aby zbadać właściwości chemiczne aluminium, usuwa się warstwę tlenku. (Za pomocą papieru ściernego lub chemicznie: najpierw zanurzając go w roztworze alkalicznym w celu usunięcia warstwy tlenkowej, a następnie w roztworze soli rtęci, aby utworzyć stop aluminium z rtęcią - amalgamat).

I. Interakcja z substancjami prostymi

Już w temperaturze pokojowej aluminium aktywnie reaguje ze wszystkimi halogenami, tworząc halogenki. Po podgrzaniu reaguje z siarką (200°C), azotem (800°C), fosforem (500°C) i węglem (2000°C), z jodem w obecności katalizatora – wody:

2A l + 3 S = ZA l 2 S 3 (siarczek glinu),

2A l + N 2 = 2A lN (azotek glinu),

ZA l + P = ZA l P (fosforek glinu),

4A l + 3C = ZA l 4 C3 (węglik glinu).

2 Al +3 Ja 2 =2 Al I 3 (jodek glinu) DOŚWIADCZENIE

Wszystkie te związki ulegają całkowitej hydrolizie, tworząc wodorotlenek glinu i odpowiednio siarkowodór, amoniak, fosfinę i metan:

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

W postaci wiórów lub proszku pali się jasno w powietrzu, wydzielając dużą ilość ciepła:

4A l + 3 O 2 = 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

SPALANIE ALUMINIUM W POWIETRZU

DOŚWIADCZENIE

II. Interakcja z substancjami złożonymi

Interakcja z wodą :

2 Al + 6 H 2 O=2 Al (OH) 3 +3 H 2

bez warstwy tlenkowej

DOŚWIADCZENIE

Interakcja z tlenkami metali:

Aluminium jest dobrym środkiem redukującym, ponieważ jest jednym z metali aktywnych. Plasuje się w szeregu aktywności bezpośrednio po metalach ziem alkalicznych. Dlatego odtwarza metale z ich tlenków . Ta reakcja, aluminotermia, jest wykorzystywana do produkcji czystych metali rzadkich, takich jak wolfram, wanad itp.

3 Fe 3 O 4 +8 Al =4 Al 2 O 3 +9 Fe + Q

Do spawania termitowego stosowana jest także mieszanka termitowa Fe 3 O 4 i Al (proszek).

do r 2 O 3 + 2A l = 2C r + ZA l 2 O 3

Interakcja z kwasami :

Z roztworem kwasu siarkowego: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Nie reaguje z zimnymi stężonymi siarkami i azotem (pasywaty). Dlatego kwas azotowy transportowany jest w zbiornikach aluminiowych. Po podgrzaniu aluminium jest w stanie zredukować te kwasy bez uwalniania wodoru:

2A l + 6H 2 S O 4 (stęż.) = A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

ZA l + 6H NO 3 (stęż.) = ZA l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Interakcja z alkaliami .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na [ Al(OH)4 ] +3H 2

DOŚWIADCZENIE

Nie[Al(OH) 4] – tetrahydroksyglinian sodu

Za namową chemika Gorbowa podczas wojny rosyjsko-japońskiej reakcję tę wykorzystano do produkcji wodoru do balonów.

Z roztworami soli:

2 Al + 3 CuSO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 Cu

Jeśli powierzchnię aluminium pociera się solą rtęciową, zachodzi następująca reakcja:

2 Glin + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Uwolniona rtęć rozpuszcza aluminium, tworząc amalgamat .

Wykrywanie jonów glinu w roztworach : DOŚWIADCZENIE

5. Zastosowanie aluminium i jego związków

Właściwości fizyczne i chemiczne aluminium doprowadziły do ​​jego szerokiego zastosowania w technologii. Przemysł lotniczy jest głównym konsumentem aluminium: 2/3 samolotu składa się z aluminium i jego stopów. Samolot stalowy byłby zbyt ciężki i mógł przewozić znacznie mniej pasażerów. Dlatego aluminium nazywane jest metalem skrzydlatym. Kable i przewody wykonane są z aluminium: przy tej samej przewodności elektrycznej ich masa jest 2 razy mniejsza niż odpowiednie produkty miedziane.

Biorąc pod uwagę odporność aluminium na korozję, tak produkcja części maszyn i zbiorników na kwas azotowy. Proszek aluminiowy jest podstawą do produkcji srebrnej farby zabezpieczającej wyroby żelazne przed korozją, a odbijającej promienie cieplne farbą tą używa się do pokrywania zbiorników magazynujących ropę i kombinezonów strażackich.

Tlenek glinu służy do produkcji aluminium, a także jako materiał ogniotrwały.

Wodorotlenek glinu jest głównym składnikiem znanych leków Maalox i Almagel, które zmniejszają kwasowość soku żołądkowego.

Sole glinu są silnie hydrolizowane. Właściwość tę wykorzystuje się w procesie oczyszczania wody. Do uzdatnianej wody dodaje się siarczan glinu i niewielką ilość wapna gaszonego w celu zneutralizowania powstałego kwasu. W rezultacie uwalnia się obszerny osad wodorotlenku glinu, który osiadając, niesie ze sobą zawieszone cząstki zmętnienia i bakterie.

Zatem siarczan glinu jest koagulantem.

6. Produkcja aluminium

1) Nowoczesną, ekonomiczną metodę produkcji aluminium wynaleźli Amerykanin Hall i Francuz Héroult w 1886 roku. Polega na elektrolizie roztworu tlenku glinu w stopionym kriolicie. Stopiony kriolit Na 3 AlF 6 rozpuszcza Al 2 O 3, tak jak woda rozpuszcza cukier. Elektroliza „roztworu” tlenku glinu w stopionym kriolicie zachodzi tak, jakby kriolit był tylko rozpuszczalnikiem, a tlenek glinu elektrolitem.

2Al 2 O 3 prąd elektryczny →4Al + 3O 2

W angielskiej „Encyklopedii dla chłopców i dziewcząt” artykuł na temat aluminium rozpoczyna się następującymi słowami: „23 lutego 1886 roku rozpoczęła się nowa era metalu w historii cywilizacji – era aluminium. Tego dnia Charles Hall, 22-letni chemik, wszedł do laboratorium swojego pierwszego nauczyciela z tuzinem małych kulek srebrzystobiałego aluminium w dłoni i wiadomością, że znalazł sposób na tanie i w dużych ilościach.” Tak Hall stał się założycielem amerykańskiego przemysłu aluminiowego i anglosaskim bohaterem narodowym, jako człowiek, który zmienił naukę w wielki biznes.

2) 2Al 2 O 3 +3 C=4 Al + 3 CO 2

TO JEST INTERESUJĄCE:

• Aluminium metaliczne zostało po raz pierwszy wyizolowane w 1825 roku przez duńskiego fizyka Hansa Christiana Oersteda. Przepuszczając gazowy chlor przez warstwę gorącego tlenku glinu zmieszanego z węglem, Oersted wyodrębnił chlorek glinu bez najmniejszego śladu wilgoci. Aby przywrócić metaliczne aluminium, Oersted musiał poddać działaniu chlorku glinu amalgamatem potasu. 2 lata później niemiecki chemik Friedrich Woeller. Udoskonalił tę metodę, zastępując amalgamat potasowy czystym potasem.
• W XVIII i XIX wieku aluminium było głównym metalem do produkcji biżuterii. W 1889 r. D.I. Mendelejew w Londynie otrzymał cenny prezent za zasługi w rozwoju chemii - wagi wykonane ze złota i aluminium.
• Do 1855 roku francuski naukowiec Saint-Clair Deville opracował metodę wytwarzania aluminium z metalu na skalę techniczną. Ale metoda była bardzo kosztowna. Deville cieszył się szczególnym patronatem cesarza Francji Napoleona III. Na znak swego oddania i wdzięczności Deville wykonał dla syna Napoleona, nowonarodzonego księcia, elegancko grawerowaną grzechotkę – pierwszy „produkt konsumencki” wykonany z aluminium. Napoleon zamierzał nawet wyposażyć swoich strażników w aluminiowy kirys, lecz cena okazała się zaporowa. 1 kg aluminium kosztował wówczas 1000 marek, czyli ok. 5 razy droższe od srebra. Dopiero po wynalezieniu procesu elektrolitycznego aluminium zrównało się wartością ze zwykłymi metalami.
• Czy wiesz, że aluminium dostając się do organizmu człowieka powoduje zaburzenia układu nerwowego. W nadmiarze następuje zaburzenie metabolizmu. A środkami ochronnymi są witamina C, związki wapnia i cynku.
• Kiedy aluminium spala się w tlenie i fluorze, wydziela się dużo ciepła. Dlatego jest stosowany jako dodatek do paliwa rakietowego. Rakieta Saturn podczas lotu spala 36 ton proszku aluminiowego. Pomysł wykorzystania metali jako składnika paliwa rakietowego jako pierwszy zaproponował F. A. Zander.

ĆWICZENIA

Symulator nr 1 - Charakterystyka aluminium według pozycji w układzie okresowym pierwiastków D. I. Mendelejewa

Symulator nr 2 - Równania reakcji aluminium z substancjami prostymi i złożonymi

Symulator nr 3 - Właściwości chemiczne aluminium

ZADANIA ZADANIA

nr 1. Aby otrzymać aluminium z chlorku glinu, jako środek redukujący można zastosować wapń metaliczny. Napisz równanie tej reakcji chemicznej i scharakteryzuj ten proces za pomocą wagi elektronicznej.
Myśleć! Dlaczego tej reakcji nie można przeprowadzić w roztworze wodnym?

Nr 2. Uzupełnij równania reakcji chemicznych:
Al + H 2 SO 4 (roztwór ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO3 ( stęż. ) - t ->
Al + NaOH + H 2 O ->

Nr 3. Wykonaj przekształcenia:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

nr 4. Rozwiąż problem:
Stop aluminium i miedzi poddano podczas ogrzewania działaniu nadmiaru stężonego roztworu wodorotlenku sodu. Wydobyło się 2,24 litra gazu (n.o.). Oblicz skład procentowy stopu, jeśli jego całkowita masa wynosiła 10 g?

Każdy pierwiastek chemiczny można rozpatrywać z punktu widzenia trzech nauk: fizyki, chemii i biologii. W tym artykule postaramy się jak najdokładniej scharakteryzować aluminium. Jest to pierwiastek chemiczny, który według układu okresowego należy do trzeciej grupy i trzeciego okresu. Aluminium jest metalem o średniej reaktywności chemicznej. Właściwości amfoteryczne można zaobserwować także w jego związkach. Masa atomowa aluminium wynosi dwadzieścia sześć gramów na mol.

Właściwości fizyczne aluminium

W normalnych warunkach tak solidny. Formuła aluminium jest bardzo prosta. Składa się z atomów (niepołączonych w cząsteczki), które za pomocą sieci krystalicznej ułożone są w substancję stałą. Kolor aluminium jest srebrno-biały. Ponadto ma metaliczny połysk, jak wszystkie inne substancje z tej grupy. Kolor aluminium stosowanego w przemyśle może się różnić ze względu na obecność zanieczyszczeń w stopie. To dość lekki metal.

Jego gęstość wynosi 2,7 g/cm3, czyli jest około trzy razy lżejszy od żelaza. Pod tym względem może być jedynie gorszy od magnezu, który jest nawet lżejszy od danego metalu. Twardość aluminium jest dość niska. W nim jest gorszy od większości metali. Twardość aluminium wynosi tylko dwa. Dlatego, aby go wzmocnić, do stopów na bazie tego metalu dodaje się twardsze.

Aluminium topi się w temperaturze zaledwie 660 stopni Celsjusza. I wrze po podgrzaniu do temperatury dwóch tysięcy czterystu pięćdziesięciu dwóch stopni Celsjusza. Jest to metal bardzo plastyczny i topliwy. Na tym nie kończą się właściwości fizyczne aluminium. Chciałbym również zauważyć, że metal ten ma najlepszą przewodność elektryczną po miedzi i srebrze.

Występowanie w przyrodzie

Aluminium, specyfikacje techniczne które właśnie sprawdziliśmy, jest dość powszechne w środowisku. Można to zaobserwować w składzie wielu minerałów. Pierwiastek aluminium jest czwartym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w przyrodzie. W skorupie ziemskiej występuje prawie w dziewięciu procentach. Głównymi minerałami zawierającymi jego atomy są boksyt, korund i kriolit. Pierwsza to skała składająca się z tlenków żelaza, krzemu i danego metalu, a w jej strukturze obecne są również cząsteczki wody. Ma niejednorodną barwę: fragmenty szarości, czerwonawo-brązowego i inne kolory, zależne od obecności różnych zanieczyszczeń. Od trzydziestu do sześćdziesięciu procent tej skały stanowi aluminium, którego zdjęcie widać powyżej. Ponadto korund jest bardzo powszechnym minerałem w przyrodzie.

To jest tlenek glinu. Jego wzór chemiczny to Al2O3. Może być czerwony, żółty, niebieski lub brązowy. Jego twardość w skali Mohsa wynosi dziewięć. Odmiany korundu obejmują dobrze znane szafiry i rubiny, leukozafiry, a także padparadscha (żółty szafir).

Kriolit to minerał o bardziej złożonym wzorze chemicznym. W jego skład wchodzą fluorki glinu i sodu – AlF3.3NaF. Wygląda jak bezbarwny lub szarawy kamień o niskiej twardości wynoszącej zaledwie trzy w skali Mohsa. W współczesny świat jest syntetyzowany sztucznie w warunkach laboratoryjnych. Jest stosowany w metalurgii.

Aluminium występuje w przyrodzie również w glinach, których głównymi składnikami są tlenki krzemu i omawiany metal, związany z cząsteczkami wody. Ponadto ten pierwiastek chemiczny można zaobserwować w składzie nefelin, których wzór chemiczny jest następujący: KNa34.

Paragon

Charakterystyka aluminium obejmuje rozważenie metod jego syntezy. Istnieje kilka metod. Produkcja aluminium pierwszą metodą przebiega w trzech etapach. Ostatnim z nich jest procedura elektrolizy na katodzie i anodzie węglowej. Do przeprowadzenia takiego procesu niezbędny jest tlenek glinu oraz substancje pomocnicze takie jak kriolit (wzór - Na3AlF6) i fluorek wapnia (CaF2). Aby nastąpił proces rozkładu tlenku glinu rozpuszczonego w wodzie, należy go podgrzać wraz ze stopionym kriolitem i fluorkiem wapnia do temperatury co najmniej dziewięćset pięćdziesiąt stopni Celsjusza, a następnie przepuścić prąd o wartości osiemdziesiąt tysięcy amperów i napięcie pięciu ośmiu woltów. Zatem w wyniku tego procesu na katodzie będzie osadzać się aluminium, a na anodzie gromadzą się cząsteczki tlenu, które z kolei utleniają anodę i przekształcają ją w dwutlenek węgla. Przed tym zabiegiem boksyt, w postaci którego wydobywa się tlenek glinu, jest najpierw oczyszczany z zanieczyszczeń, a także poddawany procesowi odwodnienia.

Produkcja aluminium opisaną powyżej metodą jest bardzo powszechna w metalurgii. Istnieje również metoda wynaleziona w 1827 roku przez F. Wöhlera. Polega na tym, że aluminium można ekstrahować w wyniku reakcji chemicznej pomiędzy jego chlorkiem i potasem. Taki proces można przeprowadzić jedynie poprzez stworzenie specjalnych warunków w postaci bardzo wysokiej temperatury i próżni. W ten sposób z jednego mola chlorku i tej samej objętości potasu można otrzymać jeden mol glinu i trzy mole jako produkt uboczny. Reakcję tę można zapisać w postaci równania: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Metoda ta nie zyskała dużej popularności w metalurgii.

Charakterystyka aluminium z chemicznego punktu widzenia

Jak wspomniano powyżej, jest to prosta substancja składająca się z atomów, które nie są połączone w cząsteczki. Prawie wszystkie metale tworzą podobne struktury. Aluminium ma dość wysoką aktywność chemiczną i silne właściwości redukujące. Charakterystyka chemiczna aluminium rozpocznie się od opisu jego reakcji z innymi prostymi substancjami, a następnie zostaną opisane interakcje ze złożonymi związkami nieorganicznymi.

Aluminium i substancje proste

Należą do nich przede wszystkim tlen – najpowszechniejszy związek na planecie. Składa się z niego dwadzieścia jeden procent ziemskiej atmosfery. Reakcja danej substancji z jakąkolwiek inną nazywa się utlenianiem lub spalaniem. Zwykle ma to miejsce w wysokich temperaturach. Ale w przypadku aluminium w normalnych warunkach możliwe jest utlenianie - w ten sposób powstaje film tlenkowy. Jeśli metal ten zostanie zmiażdżony, spali się, uwalniając dużą ilość energii w postaci ciepła. Aby przeprowadzić reakcję aluminium z tlenem, składniki te są potrzebne w stosunku molowym 4:3, co daje dwie części tlenku.

To oddziaływanie chemiczne wyraża się w postaci następującego równania: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Możliwe są również reakcje aluminium z halogenami, do których należą fluor, jod, brom i chlor. Nazwy tych procesów pochodzą od nazw odpowiednich halogenów: fluorowanie, jodowanie, bromowanie i chlorowanie. Są to typowe reakcje addycji.

Jako przykład rozważmy interakcję aluminium z chlorem. Ten rodzaj procesu może zachodzić tylko na zimno.

Zatem biorąc dwa mole glinu i trzy mole chloru, otrzymujemy dwa mole chlorku danego metalu. Równanie tej reakcji jest następujące: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. W ten sam sposób można otrzymać fluorek glinu, jego bromek i jodek.

Dana substancja reaguje z siarką dopiero po podgrzaniu. Aby przeprowadzić reakcję między tymi dwoma związkami, należy je przyjąć w proporcjach molowych od dwóch do trzech i powstaje jedna część siarczku glinu. Równanie reakcji wygląda następująco: 2Al + 3S = Al2S3.

Ponadto w wysokich temperaturach aluminium reaguje zarówno z węglem, tworząc węglik, jak i z azotem, tworząc azotek. Jako przykład można podać następujące równania reakcji chemicznych: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Interakcja z substancjami złożonymi

Należą do nich woda, sole, kwasy, zasady, tlenki. Aluminium reaguje inaczej ze wszystkimi tymi związkami chemicznymi. Przyjrzyjmy się bliżej każdemu przypadkowi.

Reakcja z wodą

Aluminium reaguje po podgrzaniu z najpowszechniejszą złożoną substancją na Ziemi. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy najpierw usunie się warstwę tlenku. W wyniku interakcji powstaje amfoteryczny wodorotlenek, a do powietrza uwalniany jest także wodór. Biorąc dwie części aluminium i sześć części wody, otrzymujemy wodorotlenek i wodór w proporcjach molowych od dwóch do trzech. Równanie tej reakcji zapisano w następujący sposób: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Oddziaływanie z kwasami, zasadami i tlenkami

Podobnie jak inne metale aktywne, aluminium może ulegać reakcjom podstawienia. W ten sposób może wyprzeć wodór z kwasu lub kation bardziej pasywnego metalu z jego soli. W wyniku takich oddziaływań powstaje sól glinu, wydziela się także wodór (w przypadku kwasu) lub wytrąca się czysty metal (mniej aktywny od omawianego). W drugim przypadku pojawiają się wspomniane powyżej właściwości regenerujące. Przykładem jest oddziaływanie aluminium, z którym tworzy się chlorek glinu i wodór uwalniany do powietrza. Ten rodzaj reakcji wyraża się w postaci równania: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Przykładem oddziaływania aluminium z solą jest jego reakcja z. Biorąc te dwa składniki ostatecznie otrzymamy czystą miedź, która będzie się wytrącać. Aluminium w wyjątkowy sposób reaguje z kwasami, takimi jak siarkowy i azotowy. Na przykład, gdy glin zostanie dodany do rozcieńczonego roztworu kwasu azotanowego w stosunku molowym od ośmiu części do trzydziestu, powstaje osiem części azotanu danego metalu, trzy części tlenku azotu i piętnaście części wody. Równanie tej reakcji zapisuje się następująco: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Proces ten zachodzi tylko w obecności wysokiej temperatury.

Jeśli zmieszamy glin i słaby roztwór kwasu siarczanowego w proporcjach molowych od dwóch do trzech, otrzymamy siarczan danego metalu i wodór w stosunku od jednego do trzech. Oznacza to, że nastąpi zwykła reakcja podstawienia, podobnie jak w przypadku innych kwasów. Dla przejrzystości podajemy równanie: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Jednak przy stężonym roztworze tego samego kwasu wszystko jest bardziej skomplikowane. Tutaj, podobnie jak w przypadku azotanów, powstaje produkt uboczny, ale nie w postaci tlenku, ale w postaci siarki i wody. Jeśli weźmiemy dwa potrzebne składniki w stosunku molowym od dwóch do czterech, wówczas otrzymamy po jednej części soli danego metalu i siarki, a także cztery części wody. Tę interakcję chemiczną można wyrazić za pomocą następującego równania: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Ponadto aluminium może reagować z roztworami alkalicznymi. Aby przeprowadzić taką interakcję chemiczną, należy wziąć dwa mole danego metalu, taką samą ilość potasu i sześć moli wody. W rezultacie powstają takie substancje, jak tetrahydroksyglinian sodu lub potasu, a także wodór, który uwalnia się w postaci gazu o ostrym zapachu w proporcjach molowych od dwóch do trzech. Ten reakcja chemiczna można przedstawić w postaci równania: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

Ostatnią rzeczą, którą należy wziąć pod uwagę, są wzorce interakcji aluminium z określonymi tlenkami. Najbardziej powszechnym i używanym przypadkiem jest reakcja Beketowa. Podobnie jak wiele innych omówionych powyżej, zachodzi tylko w wysokich temperaturach. Aby to wdrożyć, musisz wziąć dwa mole aluminium i jeden mol tlenku żelaza. W wyniku oddziaływania tych dwóch substancji otrzymujemy tlenek glinu i wolne żelazo w ilościach odpowiednio jednego i dwóch moli.

Zastosowanie danego metalu w przemyśle

Należy pamiętać, że użycie aluminium jest zjawiskiem bardzo powszechnym. Przede wszystkim potrzebuje tego przemysł lotniczy. Oprócz tego stosowane są również stopy na bazie danego metalu. Można powiedzieć, że przeciętny samolot składa się w 50% ze stopów aluminium, a jego silnik w 25%. Aluminium jest również wykorzystywane do produkcji drutów i kabli ze względu na doskonałą przewodność elektryczną. Ponadto metal ten i jego stopy są szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym. Z tych materiałów wykonywane są nadwozia samochodów osobowych, autobusów, trolejbusów, niektórych tramwajów, a także wagonów kolejowych konwencjonalnych i elektrycznych.

Wykorzystywany jest także do celów na mniejszą skalę, np. do produkcji opakowań do żywności i innych produktów oraz naczyń. Aby wykonać srebrną farbę, potrzebujesz proszku danego metalu. Ta farba jest potrzebna do ochrony żelaza przed korozją. Można powiedzieć, że aluminium jest drugim po żelazie najczęściej używanym metalem w przemyśle. Jego związki i on sam są często wykorzystywane w przemyśle chemicznym. Wyjaśnia to specjalne właściwości chemiczne aluminium, w tym jego właściwości redukujące i amfoteryczny charakter jego związków. Wodorotlenek danego pierwiastka chemicznego jest niezbędny do oczyszczania wody. Ponadto wykorzystuje się go w medycynie w procesie produkcji szczepionek. Można go również znaleźć w niektórych rodzajach tworzyw sztucznych i innych materiałów.

Rola w przyrodzie

Jak już napisano powyżej, aluminium występuje w dużych ilościach w skorupie ziemskiej. Jest to szczególnie ważne dla organizmów żywych. Aluminium bierze udział w regulacji procesów wzrostu, tworzy tkanki łączne takie jak kości, więzadła i inne. Dzięki temu mikroelementowi procesy regeneracji tkanek organizmu przebiegają szybciej. Jego niedobór charakteryzuje się następującymi objawami: u dzieci zaburzenia rozwoju i wzrostu, u dorosłych – chroniczne zmęczenie, obniżona wydajność, zaburzenia koordynacji ruchów, zmniejszone tempo regeneracji tkanek, osłabienie mięśni, szczególnie kończyn. Zjawisko to może wystąpić, jeśli spożywasz zbyt mało pokarmów zawierających ten mikroelement.

Jednak częstszym problemem jest nadmiar aluminium w organizmie. W tym przypadku często obserwuje się następujące objawy: nerwowość, depresja, zaburzenia snu, zmniejszona pamięć, odporność na stres, rozmiękanie układu mięśniowo-szkieletowego, co może prowadzić do częstych złamań i skręceń. Przy długotrwałym nadmiarze aluminium w organizmie często pojawiają się problemy w funkcjonowaniu niemal każdego układu narządów.

Do tego zjawiska może prowadzić wiele przyczyn. Przede wszystkim naukowcy od dawna udowodnili, że naczynia wykonane z tego metalu nie nadają się do gotowania w nich jedzenia, ponieważ w wysokich temperaturach część aluminium przedostaje się do żywności, w wyniku czego zużywa się znacznie więcej tego mikroelementu niż ciało potrzebuje.

Drugim powodem jest regularne stosowanie kosmetyków zawierających dany metal lub jego sole. Przed użyciem jakiegokolwiek produktu należy dokładnie zapoznać się z jego składem. Kosmetyki nie są wyjątkiem.

Trzecim powodem jest długotrwałe przyjmowanie leków zawierających dużo aluminium. A także niewłaściwe stosowanie witamin i suplementów diety zawierających ten mikroelement.

Teraz zastanówmy się, jakie produkty zawierają aluminium, aby uregulować dietę i prawidłowo uporządkować menu. Przede wszystkim są to marchewki, sery przetworzone, pszenica, ałun, ziemniaki. Polecanymi owocami są awokado i brzoskwinie. Bogaty także w aluminium biała kapusta, ryż, wiele zioła lecznicze. Również kationy danego metalu mogą być zawarte w wodzie pitnej. Aby uniknąć wysokiego lub niskiego poziomu aluminium w organizmie (a także innych pierwiastków śladowych), należy uważnie monitorować swoją dietę i starać się, aby była jak najbardziej zbilansowana.