Какой металл алюминий: Алюминий — свойства, харакретистики, обзорная статья

alexxlab | 16.12.2018 | 0 | Разное

Алюминий — свойства, харакретистики, обзорная статья

АлюминийАлюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13. Купить алюминий вы можете на нашем сайте.

Содержание

История открытия

В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.

Физические свойства

Металл алюминий характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и морозу, пластичностью. Он хорошо поддаётся штамповке, ковке, волочению, прокатке. Алюминий хорошо сваривается различными видами сварки. Важным свойством является малая плотность около 2,7 г/см³. Температура плавления составляет около 660°С.
Механические, физико-химические и технологические свойства алюминия зависят от наличия и количества примесей, которые ухудшают свойства чистого металла. Основные естественные примеси – это кремний, железо, цинк, титан и медь.

По степени очистки различают алюминий высокой и технической чистоты.  Практическое различие заключается в отличии коррозионной устойчивости к некоторым средам. Чем чище металл, тем он дороже. Технический алюминий используется для изготовления сплавов, проката и кабельно-проводниковой продукции. Металл высокой чистоты применяют в специальных целях.

По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью. Длительный отжиг улучшает электропроводность, а нагартовка ухудшает.

Теплопроводность алюминия повышается с увеличением чистоты металла. Примеси марганца, магния и меди снижают это свойство. По показателю теплопроводности алюминий проигрывает только меди и серебру. Благодаря этому свойству металл применяется в теплообменниках и радиаторах охлаждения.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Чем выше степень чистоты алюминия, тем больше он способен отражать свет от поверхности. Металл хорошо полируется и анодируется.

Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой.

Химические свойства

Алюминий - это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.

При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.

Получение

Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов.  Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.

Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.

Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.

В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.

Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.

Применение

Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.

Рассмотрим, как используют различные изделия из алюминия.

Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.

Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.

Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.

Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.

Алюминиевый круг - это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.

Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.

Алюминиевый лист

Алюминиевая плита

Алюминиевые чушки

Алюминиевые уголки

Алюминиевая проволока

При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.

Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.

Алюминий. Описание, свойства, происхождение и применение металла
Алюминий

Кусок чистого алюминия

Алюминий — очень редкий минерал семейства меди-купалита подкласса металлов и интерметаллидов класса самородных элементов. Преимущественно в виде микроскопических выделений сплошного мелкозернистого строения. Может образовывать пластинчатые или чешуйчатые кристаллы до 1 мм., отмечены нитевидные кристаллы длиной до 0,5 мм. при толщине нитей несколько мкм. Лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке.

СТРУКТУРА


Кристаллическая структура алюминия

Кубическая гранецентрированная структура. 4 оранжевых атома

Кристаллическая решетка алюминия — гранецентрированный куб, которая устойчива при температуре от 4°К до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, т.е. его строение постоянно. Элементарная ячейка состоит из четырех атомов размером 4,049596×10-10 м; при 25 °С атомный диаметр (кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86×10-10 м, а атомный объем 9,999×10-6 м3/г-атом.
Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки. Алюминий обладает большой химической активностью, энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В. В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10-5 см), но прочной пленкой оксида алюминия А1

203, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na, Mg, Ca, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются.

СВОЙСТВА


Самородный алюминий

Самородный алюминий. Поле зрения 5 x 4 мм. Азербайджан, Гобустанский район, Каспийское море, Хере-Зиря или остров Булла

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью, парамагнетик. Температура плавления 660°C. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА


Кусочки алюминия

Кусочки алюминия

По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14%.
Современный метод получения, процесс Холла—Эру был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии, и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ


Алюминий с байеритом

Аллюминий, агрегированный с коркой байерита на поверхности. Узбекистан, Навойская область, Учкудук

Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико. Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл: полевые шпаты; бокситы; граниты; кремнезем; алюмосиликаты; базальты и прочие. В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов. Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.

ПРИМЕНЕНИЕ


Изделие из алюминия

Украшение из алюминия

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость. Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем.
Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так, Наполеон III заказал алюминиевые пуговицы, а Менделееву в 1889 г. были подарены весы с чашами из золота и алюминия. Мода на ювелирные изделия из алюминия сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.


Алюминий (англ. Aluminium) — Al

Молекулярный вес26.98 г/моль
Происхождение названияот латинского alumen
IMA статусутверждён в 1978

КЛАССИФИКАЦИЯ


Hey’s CIM Ref1.21

Strunz (8-ое издание)1/A.03-05
Nickel-Strunz (10-ое издание)1.AA.05
Dana (7-ое издание)1.1.22.1
Dana (8-ое издание)1.1.1.5

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Цвет минераласеровато-белый, белый
Прозрачностьнепрозрачный
Блескметаллический
Спайностьнет
Твердость (шкала Мооса)2-3
Прочностьковкий
Плотность (измеренная)2.7 г/см3
Радиоактивность (GRapi)0

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Плеохроизмне плеохроирует

Типизотропный
Люминесценция в ультрафиолетовом излучениине флюоресцентный
Магнетизмпарамагнетик

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Точечная группа(4/m 3 2/m) — изометричная гексаоктаэдральная
Пространственная группаF m3m, P m3m
Сингониякубическая
Параметры ячейкиa = 4.04Å

Интересные статьи:

mineralpro.ru   26.07.2016  
описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Металл алюминий — мечта многих производств. Коррозия ему не страшна, он прекрасно проводит электрический ток, цветной металл легче железа почти в три раза, отличается прочностью. Не магнитится, легко образует сплавы с металлами.

Второе имя алюминия — крылатый металл. Появление чистого алюминия открыло человеку дорогу в небо.

Алюминий

Как искали неизвестный алюминий

История открытия алюминия вяло тянулась с античности. Плиний пишет о квасцах (Alumen). Но под квасцами понимались разные вещества. Это антимоний, тартар, щелочь, гипс.

Лавуазье высказал здравую мысль: алюмина является окислом неизвестного металла. Тут химики оживились и стали пытаться «выцепить» незнакомца. Попыток было много, но только в 1825 году датчанин Эрстед извлек-таки неизвестный металл, напоминающий олово. Назвали его алюминием.

Свойства крылатого металла

Алюминий (Aluminium) имеет несчастливый 13 номер в периодической таблице Менделеева. Однако на счастливую судьбу металла это не повлияло.

Алюминий элемент

Этот легкий серебристый металл послушно поддается механической обработке и литью, имеет большую тягучесть.

Редкая способность — быстро образовывать окисные пленки на поверхности чистого металла. Но эти пленки не слишком хорошо защищают от коррозии. Надежнее химическое и электрохимическое оксидирование. Формула оксидной пленки А12Оз.

Химические и физические характеристики алюминия:

  • плотность 2,7 г/см3;
  • температура плавления 660°С;
  • кипит цветной металл при температуре 2518°С;
  • строение кристаллической решетки гранецентрированное, кубическое;
  • степени окисления 0; +3.

С помощью металлического алюминия (его взаимодействия с оксидами металлов) получают трудновосстанавливаемые металлы. Этот метод называется алюминотермия.

Название, символ, номерАлюминий / Aluminium (Al), 13
Группа, период, блок13, 3,
Атомная масса
(молярная масса)
26,9815386(8)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация[Ne] 3s2 3p1
Электроны по оболочкам2, 8, 3
Радиус атома143 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус121 ± 4 пм
Радиус Ван-дер-Ваальса184 пм
Радиус иона51 (+3e) пм
Электроотрицательность1,61 (шкала Полинга)
Электродный потенциал−1,66 В
Степени окисления0; +3
Энергия ионизации1‑я: 577,5 (5,984) кДж/моль (эВ)

2‑я: 1816,7 (18,828) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Термодинамическая фазаТвёрдое вещество
Плотность (при н. у.)2,6989 г/см³
Температура плавления660 °C, 933,5 K
Температура кипения2518,82 °C, 2792 K
Уд. теплота плавления10,75 кДж/моль
Уд. теплота испарения284,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость24,35[2] 24,2[3] Дж/(K·моль)
Молярный объём10,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решёткикубическая гранецентрированая
Параметры решётки4,050 Å
Температура Дебая394 K
Прочие характеристики
Теплопроводность(300 K) 237 Вт/(м·К)
Скорость звука5200 м/с
Номер CAS7429-90-5

Алюминий имеет один стабильный изотоп, 27Al.

Микроструктура алюминия

Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка, чистотой 99,9998 %, размер видимого сектора около 55×37 мм

Неправда, но хорошо придумано

В печатных изданиях, а сейчас и в интернете гуляет история о крестьянине, который вел «крамольные беседы о полете на Луну». Крестьянина (или мещанина), по одним сведениям Петрова, по другим Никифорова, сослали в киргизский поселок Байконур» Якобы известие о факте напечатано был в Московских губернских новостях», в 1848 году. Сейчас, когда с космодрома Байконура ушли в космос не один десяток спутников и станций, этот факт выглядит пророческим и мистическим.

Вот только это неправда. Дотошные читатели перерыли подшивки этой газеты, и заметки такой не обнаружили. Это просто красивая легенда.

Алюминиевые сплавы, плюсы и минусы

Микроструктура алюминия

Кодовый символ, указывающий, что алюминий может быть вторично переработан

Чистый алюминий в строительных конструкциях применять нецелесообразно. Прочностные характеристики у него «так себе». А вот алюминиевые сплавы — другое дело. Сейчас известны и используются около 60 сплавов. Можно выбрать для любых нужд, на любой вкус.

Классификация сплавов проводится по составу, свойствам, по способности к термической обработке.

Добавки меди, магния и марганца, цинка существенно улучшают характеристики сплава в сравнении с чистым металлом. Этими металлами чаще всего легируют алюминий. Титан, литий, ванадий, церий, скандий, некоторые редкоземельные элементы для легирования применяются реже, но свойства этих сплавов также востребованы в промышленности.

Дюраль

Дюралюмины — сплавы алюминия с медью (4%), магнием (0,5%) и небольшого количества железа, марганца, кремния. Недостаток дюралей — подверженность коррозии; с ней справляются, применяя анодирование, плакировку, авиационную грунтовку, окрашивание.

Востребованные свойства сплава: хорошая статическая и усталостная прочность, высокая вязкость разрушения.

Широко применяется в деталях и конструкциях, где большую роль играет масса изделия. Главные потребители сплава — авиация, судостроение, космонавтика.

Для любознательных: дюралюминий придумали в 1909 году. «Папа» сплава — А. Вильм.

Сплав 7075

Разрабатывался компанией Sumitomo Metal Corporation (Япония) в строжайшей тайне.

Представляет соединение алюминия с цинком (до 6%), магния (2-2,5%), меди (до 1,5%). В тот же сплав добавлены титан, кремний, марганец, хром, железо. Добавки эти составляют не более 0,5%, но свой вклад в свойства сплава вносят.

Сплав сравним по прочности со сталью, но легче ее в три раза.

Модификации сплава:

  • 7075-0;
  • 7075-06;
  • 7075-Т651;
  • 7075-Т7;
  • 7075-АСР.

Сплавы устойчивы к коррозии, хорошо полируются.

Алюминий металл

Применяются в производстве винтовок для армии и граждан. Промышленности автомобильная, авиационная, морская активно используют сплав. Его минус — достаточно высокая цена.

Сплавов разных много

В России довольно много сплавов с разными свойствами:

  • D1, D16, 1161, 1163 — алюминий, магний, медь;
  • АМГ1 — АМГ6, сплав алюминия и магния;
  • AD31, AD33, AD35, AB — алюминий, кремний, магний. Список легко продолжить.

Старость в радость

Не всегда старость — это плохо. Металл — как человек или вино; с возрастом свойства алюминия меняются; он становится лучше, крепче, сильнее.

Естественное старение металла происходит при нормальных условиях; можно сказать, что металл «дозревает».

Искусственное старение проходит при термообработке и пластическом деформировании.

Термическая обработка бывает разных видов. Выбор зависит от назначения будущего сплава.

Вид термообработкиЧто дает термообработка
Закалка с полным искусственным старениемВысокая прочность сплава, но некоторое снижение пластичности
Закалка со стабилизирующим старениемХорошая прочность, довольно высокая стабильность структуры
Закалка с последующим смягчающим отпускомХорошая пластичность, но снижение прочности сплава
Искусственное старениеПовышает прочность сплава, улучшает возможность обработки резанием
ОтжигПовышение пластичности, уменьшение остаточных напряжений металла
ЗакалкаУлучшает прочностные характеристики
Закалка и неполное искусственное старениеПовышает прочность при сохранении пластичности

Минералы, месторождения…а самородный алюминий?

Запасы алюминия в природе огромны. Среди металлов он держит первое место по распространенности. Но «общительность», активность элемента привела к тому, что в чистом виде металл практически отсутствует.

Производство алюминия в миллионах тонн

Производство алюминия в миллионах тонн

Минералов, содержащих алюминий, много:

  • бокситы;
  • глиноземы;
  • полевые шпаты;
  • нефелины;
  • корунды.

Так что добыча алюминиевого сырья не составляет большого труда.

Если все запасы на Земле истощатся (что сомнительно), то алюминий можно добывать из морской воды. Там его содержание составляет 0,01 мг/л.

Кто захочет увидеть самородный алюминий, тому придется опускаться в жерла вулканов.

Происхождением такой металл из самых глубин нашей планеты.

Как производят крылатый металл

Производство металла можно разделить на две стадии.

  • Первая — добыча бокситов, их дробление и отделение кремния при помощи пара.
  • Вторая стадия: глинозем смешивают с расплавленным криолитом и воздействуют на смесь электротоком. В процессе реакции жидкий алюминий оседает на дне ванны.

Образовавшийся металл отливают в слитки; далее он отправляется потребителям или на производство сплавов и высокочистого алюминия.

Метод энергозатратный, «кушает» много электричества.

Бывает технический и сверхчистый

Полученный алюминий называется техническим или нелегированным. В нем содержание чистого металла не менее 99%. Его потребляет электронная промышленность, он необходим в производстве теплообменных и нагревательных устройств, осветительного оборудования.

Часть этого металла отправляется на дополнительную очистку, «рафинирование». В результате имеем металл высокой чистоты, с содержанием алюминия не менее 99,995%.

Его употребляют в электронике, в производстве полупроводников. Кабельное производство, химическое машиностроение сейчас не обойдется без сверхчистого алюминия.

Интересно: до открытия промышленного способа получения алюминия он был редкостью и стоил дороже золота. Нашего великого химика, Д.И. Менделеева, британцы почтили подарком. Это были аналитические весы (вещь, незаменимая для химика), у которых чашечки изготовили из золота и алюминия.

Металл для крыльев

Без такого металла, как алюминий, невозможно покорение неба. Крыльев людям не дано, а летать хочется человеку с давних времен. Не напрасно миф об Икаре живет с античных времен. Попытки взлететь предпринимались неоднократно.

Но прорыв случился в 1903 году, когда романтики неба и замечательные механики братья Райт подняли в воздух самолетик. Этот самолет открыл путь в небо.

Где применяется

Применение легкого и прочного металла необходимо не только в авиации.

Алюминиевый прокат

Алюминиевый прокат

В пуленепробиваемых и бронированные стеклах, экранчиках смартфонов присутствует сапфир. У таких стекол высокая прочность на сжатие.

Познавательно: ученые продолжают разработку видов стекол, обладающих противопульной устойчивостью при меньших толщине и весе. Перспективным направлением считается прозрачная броня на основе монокристалла сапфира.

Из алюминия делают фольгу, которую используют в электрических конденсаторов. Домохозяйки с удовольствием запекают в фольге вкусняшки для домашних. Кастрюли, сковородки, другие изделия для домашнего хозяйства производят из «крылатого металла».

посуда из алюминия

Посуда из алюминия

Тонко молотый порошок металла используют для производства прочной краски.

Вы удивитесь, но алюминиевая кастрюлька в кухне, самолет и перстень с сапфиром — родня. В каждом есть наш герой.

Удивительно: железнодорожный транспорт на треть возит сам себя. Вес груженого товарного вагона на треть состоит из веса вагона. Про пассажирские вагоны и говорить нечего, вес людей в них всего 5%, остальное приходится на вагон.

Оксид алюминия — это корунд. А к ним относятся сапфиры, рубины, изумруды — все эти короли драгоценных камней содержат алюминий. Сам корунд используют как наждак.

Купить металл

Стоимость металла на бирже 148 USD за тонну (на 05.05.2020).

общая характеристика, строение; свойства и получение — урок. Химия, 8–9 класс.

Алюминий как атом и химический элемент

Алюминий находится в \(IIIA\) группе Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Строение электронной оболочки атома алюминия — 1s22s22p63s23p1.

 

На внешнем электронном уровне атом содержит \(3\) электрона.

 

Поэтому в своих соединениях алюминий всегда проявляет только одну степень окисления, равную \(+3\).

 

Обрати внимание!

По распространённости в земной коре алюминий занимает третье место после кислорода и кремния, а среди металлов — первое.

В земной коре алюминий встречается только в составе соединений.

 

Основные природные минералы алюминия:

  • боксит, состав которого можно примерно выразить формулой Al2O3 \(•\) xh3O,
  • нефелин (Na,K)O2  \(•\) Al2O3 \(•\) 2h3O,
  • каолинит Al2O3 \(•\) SiO2 \(•\) 2h3O.

Каолинит — образец многочисленных алюмосиликатов, включающих преимущественно атомы кремния и кислорода, которые очень широко распространены в природе.

Физические свойства

В свободном состоянии алюминий — светлый блестящий металл, лёгкий, относительно мягкий, легкоплавкий, имеет высокую тепло- и электропроводность.

 

Алюминий является химически активным металлом, однако при обычных условиях он устойчив на воздухе и сохраняет свой металлический блеск длительное время. Это объясняется тем, что поверхность алюминия покрыта тонкой, невидимой глазу, прозрачной, но плотной плёнкой оксида алюминия, которая препятствует взаимодействию алюминия с компонентами атмосферы (парами воды и кислородом).

 

Свойства алюминия обусловили его широкое применение и необходимость получения алюминия в свободном виде.

В лабораторных условиях небольшое количество алюминия можно получить путём восстановления хлорида алюминия калием при высокой температуре:

 

AlCl3+3K=t3KCl+Al.

 

Так был впервые получен алюминий.

 

В промышленных условиях алюминий получают из бокситов. При нагревании бокситов образуется оксид алюминия. Восстановить алюминий из оксида с помощью традиционных восстановителей практически невозможно, поэтому его получают методом электролиза.

 

При этом на катоде восстанавливается алюминий, а на аноде — окисляется кислород.

 

Суммарная реакция электролиза выражается уравнением:


2Al2O3=4Al+3O2↑.

Основные свойства алюминия: области применения

Основные свойства алюминия

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Как был открыт алюминий и каковы его основные свойства
  • Основные физические свойства алюминия
  • Основные химические свойства алюминия
  • Как применяют основные свойства алюминия
  • Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Основные свойства алюминия делают этот материал по-настоящему универсальным и ценным. Его используют во всех видах промышленного производства, в сельском хозяйстве, в быту, в коммерции. Обладает огромным количеством преимуществ по отношению к стали и другим видам металла.

Самые популярные сферы применения алюминия – изготовление металлоконструкций и металлообработка. О том, какие свойства металла и где конкретно они нашли свое применение, читайте далее.

 

Как был открыт алюминий и каковы его основные свойства

Алюминий представляет собой парамагнитный металл, достаточно легкий, имеющий серебристый цвет. Он хорошо поддается механической обработке и литью, просто формуется. В земной коре этот элемент третий по распространенности, впереди только кислород и кремний. Наши недра содержат целых 8 % данного металла, что значительно больше золота, количество которого составляет не более пяти миллионных долей процента.

Как был открыт алюминий и каковы его основные свойства

Алюминий активно используется в большинстве сфер производства. Его сплавы применяются для изготовления бытовой техники, транспорта, в машиностроении и электротехнике. Капитальное строительство также не может обойтись без него.

Он чрезвычайно распространен в земной коре, являясь первым из металлов и третьим химическим элементом (первое место у кислорода, второе – у кремния). Доля алюминия в наших недрах – 8,8 %. Металл является частью большого количества горных пород и минералов, основной из которых – алюмосиликат.

В виде соединений алюминий находится в базальтах, полевых шпатах, гранитах, глине и пр. Однако в основном его получают из бокситов, которые достаточно редко встречаются в виде месторождений. В России такие залежи есть только на Урале и в Сибири. В промышленных масштабах алюминий можно также добывать из нефелинов и алунитов.

Рекомендовано к прочтению

Ткани животных и растений содержат алюминий в виде микроэлемента. Некоторые организмы, например, моллюски и плауны, являются его концентраторами, накапливая в своих органах.

Человечеству с давних времен знакомо соединение алюминия под названием алюмокалиевые квасцы. Применялось оно в процессе выделки кожи, в качестве средства, которое, набухая, связывает различные компоненты смеси. Во второй половине XVIII в. ученые открыли оксид алюминия. А вот вещество в чистом виде получили значительно позже.

Впервые это удалось Ч. К. Эрстеду, который выделил алюминий из хлорида. Проводя опыт, он обрабатывал соли калия амальгамой, в результате чего выделился порошок серого цвета, признанный всеми чистым алюминием.

В дальнейшем, исследуя металл, ученые определили его химические свойства, проявляющиеся в высокой способности к восстановлению и активности. Именно поэтому с алюминием долгое время не работали.

Но уже в 1854 г. французский ученый Девиль, применив электролиз расплава, сумел получить металл в слитках. Данный метод используется и сейчас. В промышленных масштабах алюминий стали производить в начале XX в., когда предприятия смогли получить доступ к большому количеству электроэнергии.

Металл в слитках

Сегодня алюминий является одним из самых используемых в производстве бытовой техники и строительстве металлом.

Основные физические свойства алюминия

Основные характеристики алюминия – высокая электро- и теплопроводность, пластичность, устойчивость к холоду и коррозии. Его можно обрабатывать посредством прокатки, ковки, штамповки, волочения. Алюминий прекрасно поддается сварке.

Основные физические свойства алюминия

Примеси, присутствующие в металле в различных количествах, значительно ухудшают механические, технологические и физико-химические свойства чистого алюминия. Основными из них являются титан, кремний, железо, медь и цинк.

По степени очистки алюминий разделяют на технический металл и высокой чистоты. На практике различия данных типов – в стойкости к коррозии в различной среде. Стоимость напрямую зависит от чистоты алюминия. Технический металл подходит для производства проката, различных сплавов, кабельно-проводниковых изделий. Чистый используют для специальных целей.

Алюминий обладает высокой электропроводностью, уступая только золоту, серебру, меди. Однако сочетание данного показателя с малой плотностью позволяет использовать его при производстве кабельно-проводниковых изделий наравне с медью. Электропроводность металла может увеличиваться при длительном отжиге или ухудшаться при нагартовке.

Увеличивая чистоту алюминия, производители повышают его теплопроводность. Снизить данное свойство способны примеси меди, марганца и магния. Более высокую теплопроводность имеют исключительно медь и серебро. Именно благодаря данному свойству данный металл используют для производства радиаторов охлаждения и теплообменников.

Увеличивая чистоту алюминия, производители повышают его теплопроводность

Удельная теплоемкость алюминия, как и температура его плавления, достаточно высока. Данные показатели значительно превышают аналогичные значения большей части металлов. С повышением чистоты металла увеличивается и его способность отражать от поверхности световые лучи. Алюминий хорошо поддается полировке и прекрасно анодируется.

Металл близок по свойствам к кислороду, его поверхность на воздухе быстро затягивается пленкой из оксида алюминия – тонкой и прочной. Обладая антикоррозионными свойствами, она защищает металл от образования ржавчины и предупреждает дальнейшее окисление. Алюминий не взаимодействует с азотной кислотой (концентрированной и разбавленной) и органическими кислотами, он стоек к воздействию пресной, соленой воды.

Эти особенности алюминия придают ему устойчивость к коррозии, что и используется людьми. Именно поэтому его особенно широко применяют в строительстве. Интерес к нему увеличивается еще и по причине его легкости в сочетании с прочностью и мягкостью. Такие характеристики есть далеко не у всякого вещества.

Помимо вышеуказанных, алюминий имеет еще несколько интересных физических свойств:

  • Ковкость и пластичность – алюминий стал материалом изготовления прочной и легкой тонкой фольги, а также проволоки.
  • Плавление происходит при температуре +660 °С.
  • Температура кипения +2 450 °С.
  • Плотность – 2,7 г/см³.
  • Наличие объемной гранецентрированной металлической кристаллической решетки.
  • Тип связи – металлический.

Области использования алюминия определяются его химическими и физическими свойствами. Характеристики металла, рассмотренные выше, применяются в бытовых целях. Основные свойства алюминия, как прочного, особо легкого, антикоррозийного материала, используются в судо- и авиастроении. Именно поэтому важно их знать.

Основные химические свойства алюминия

С химической точки зрения алюминий является чрезвычайно сильным восстановителем, имеющим способность в чистом виде быть высоко активным веществом. Основное условие – убрать оксидную пленку.

Основные химические свойства алюминия

Алюминий способен вступать в реакции с:

  • щелочными соединениями;
  • кислотами;
  • серой;
  • галогенами.

Алюминий не взаимодействует в обычных условиях с водой. Йод – единственный из галогенов, с которым у металла происходит реакция без нагревания. Для взаимодействия с прочими требуется увеличение температуры.

Рассмотрим несколько примеров, показывающих химические свойства данного металла. Это уравнения, иллюстрирующие взаимодействие с:

  • щелочами: 2Al + 6H2O + 2NaOH = Na[Al(OH)4] + 3Н2;
  • кислотами: AL + HCL = AlCL3 + H2;
  • серой: 2AL + 3S = AL2S3;
  • галогенами: AL + Hal = ALHal3.

Основным свойством алюминия считается его способность восстанавливать иные вещества из их соединений.

Реакции его взаимодействия с оксидами иных металлов хорошо показывают все восстановительные свойства вещества. Алюминий прекрасно выделяет металлы из различных соединений. Примером может служить: Cr2O3 + AL = AL2O3 + Cr.

Металлургическая промышленность активно использует эту способность алюминия. Методика получения веществ, которая основывается на данной реакции, называется алюминотермия. Химическая индустрия использует алюминий чаще всего для получения иных металлов.

Как применяют основные свойства алюминия

Алюминий в чистом виде имеет слабые механические свойства. Именно поэтому наиболее часто применяют его сплавы.

Как применяют основные свойства алюминия

Таких сплавов достаточно много, вот основные из них:

  • алюминий с марганцем;
  • дюралюминий;
  • алюминий с магнием;
  • алюминий с медью;
  • авиаль;
  • силумины.

В основе этих сплавов лежит алюминий, отличаются они исключительно добавками. Последние же делают материал прочным, легким в обработке, более стойким к износу, коррозии.

Есть несколько основных областей применения алюминия (чистого или в виде сплава). Из металла изготавливают:

  • фольгу и проволоку для бытового использования;
  • посуду;
  • морские и речные суда;
  • самолеты;
  • реакторы;
  • космические аппараты;
  • архитектурные и строительные элементы и конструкции.

Алюминий является одним из самых важных металлов наравне с железом и его сплавами. Эти два элемента таблицы Менделеева наиболее широко применяются человеком в своей деятельности.

Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Строительство – одна из основных отраслей-потребителей алюминия. 25 % всего вырабатываемого металла используется именно в ней. Современный облик мегаполисов был бы невозможен без использования алюминия. Он дает возможность создавать функциональные и красивые здания, стремящиеся ввысь. Небоскребы офисных центров имеют фасады из стекла, закрепленные на прочных, легких рамах из алюминия.

Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Современные торговые, развлекательные и выставочные центры в основе своей имеют каркас из алюминия. Конструкции из данного металла используются для возведения бассейнов, стадионов и других спортивных строений. Алюминий – один из самых востребованных у архитекторов, строителей, дизайнеров металлов. Почему? Давайте разберемся.

Алюминий – прочный и легкий металл, не поддающийся коррозии, имеющий долгий срок службы и совершенно нетоксичный. Он легко поддается обработке, сварке, паянию, его просто сверлить, распиливать, связывать и соединять шурупами. Этот металл способен принять любую форму посредством экструзии. Алюминий поможет воплотить самый смелый замысел архитектора. Из него изготавливаются конструкции, которые невозможно сделать из иных материалов: пластика, дерева или стали.

За прошлый век алюминий прошел путь от металла, редко используемого в строительстве из-за дороговизны и недостаточных объемов производства, до наиболее часто применяемого. 1920-е годы стали переломными. Благодаря электролизной технологии значительно снизилась стоимость его производства – в 5 раз. Алюминий стали применять в производстве стеновых панелей и водостоков, декоративных элементов, а не только для сводов и отделки крыш.

Empire State Building – первый небоскреб, при возведении которого широко применялся алюминий. Он был построен в 1931 году и оставался самым высоким в мире до 1970 г.

Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Алюминий активно использовался в конструкциях этого здания. В интерьере его также применяли достаточно широко. Фреска, расположенная на стенах и полке лобби, являющаяся визитной карточкой сооружения, сделана из алюминия и золота в 23 карата.

80 лет – таков минимальный срок эксплуатации конструкций из алюминия. Применение этого металла не ограничено климатическими условиями, его свойства остаются прежними при температурах от -80 °С и до +300 °C. Пожары редко могут разрушить алюминиевые сооружения. Низкие же температуры, наоборот, увеличивают его прочность.

Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Примером может служить алюминиевый сайдинг. Отражающее покрытие в виде фольги и теплоизоляция создают вместе с ним прекрасную защиту от холода, которая в 4 раза более эффективна, чем облицовка кирпичом толщиной 10 см или камнем толщиной 20 см. Именно поэтому алюминий все чаще можно встретить при строительстве объектов в условиях холодного климата: в РФ – на Северном Урале, в Якутии и Сибири.

Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Но еще более важным качеством алюминия является его легкость. При одинаковой жесткости пластина из алюминия в два раза легче стальной. И все благодаря низкому удельному весу. Если посчитать, то выйдет, что вес алюминиевой конструкции при равной несущей способности в два, а иногда и в три раза ниже массы стальной и в семь раз ниже железобетонной.

В настоящее время алюминий используют для строительства небоскребов и иных высоких строений. Металл делает здание значительно легче, что удешевляет постройку за счет меньшей глубины фундамента. Ведь чем больший вес имеют сооружения, тем фундамент должен быть глубже. Разводные мосты, выполненные из алюминия, также имеют небольшой вес, что облегчает работу механизмов, противовесы для таких конструкций должны быть минимальными. Данный металл вообще дает возможность архитекторам не ограничивать фантазию. Да и работать с таким легким материалом значительно проще, быстрее и удобнее.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

состав, структура, свойства, процесс плавления

Алюминий вошел в промышленное и бытовое применение относительно не так давно. На пересечении XIX – XX было освоено производство этого металла в промышленных масштабах. Все дело в том, что началось производство множества товаров, в которых алюминий широко применялся, например, при строительстве катеров, железнодорожных вагонов и пр. Кстати, именно тогда был показан широкой публике автомобиль с кузовом, выполненным из алюминия.

алюминий анодированный алюминий анодированный Анодированный алюминий

Состав и структура алюминия

Алюминий – это самый распространенный в земной коре металл. Его относят к легким металлам. Он обладает небольшой плотностью и массой. Кроме того, у него довольно низкая температура плавления. В то же время он обладает высокой пластичностью и показывает хорошие тепло- и электропроводные характеристики.

алюминий кристаллическая решеткаалюминий кристаллическая решетка
Кристаллическая решетка алюминия
Алюминий структураАлюминий структура
Структура алюминия

Предел прочности чистого алюминия составляет всего 90 МПа. Но, если в расплав добавить некоторые вещества, например, медь и ряд других, то предел прочности резко вырастает до 700 МПа. Такого же результат можно достичь, применяя термическую обработку.

Алюминий, обладающий предельно высокой чистотой – 99,99% производят для использования в лабораторных целях. Для применения в промышленности применяют технически чистый алюминий. При получении алюминиевых сплавов применяют такие добавки, как – железо и кремний. Они не растворяются в расплаве алюминия, а из добавка снижает пластичность основного материала, но в то же время повышает его прочность.

Внешний вид простого веществаВнешний вид простого вещества

Внешний вид простого вещества

Структура этого металла состоит из простейших ячеек, состоящих из четырех атомов. Такую структуру называют гранецентрической.

Проведенные расчеты показывают, что плотность чистого металла составляет 2,7 кг на метр кубический.

Свойства и характеристики

Алюминий – это металл с серебристо-белой поверхности. Как уже отмечалось, его плотность составляет 2,7 кг/м3. Температура составляет 660°C.

Его электропроводность равняется 65% от меди и ее сплавов. Алюминий и бо́льшая часть сплавов из него стойко воспринимает воздействие коррозии. Это связано с тем, что на его поверхности образуется оксидная пленка, которая и защищает основной материал от воздействия атмосферного воздуха.

В необработанном состоянии его прочность равна 60 МПа, но после добавления определенных добавок она вырастает до 700 МПа. Твердость в этом состоянии достигает 250 по НВ.

Алюминий хорошо обрабатывается давлением. Для удаления наклепа и восстановления пластичности после обработки алюминиевые детали подвергают отжигу, при этом температура должна лежать в пределах 350°C.

Температура плавления алюминия

Получение алюминиевого расплава, как и многих других материалов, происходит после того, как к исходному металлу подвели тепловую энергию. Она может быть подведена как непосредственно в него, так и снаружи.

Температура плавления алюминия напрямую зависит от уровня его чистоты:

    1. Сверхчистый алюминий плавится при температуре 660, 3°C.
    2. При количестве алюминия 99,5% температура плавления составляет 657°C.
    3. При содержании этого металла в 99% расплав можно получить при 643°C.
Алюминиевый расплавАлюминиевый расплав
Алюминиевый расплав
Процесс получения алюминияПроцесс получения алюминия
Процесс получения алюминия

Алюминиевый сплав может включать в свой состав различные вещества, в том числе и легирующие. Их наличие приводит к снижению температуры плавления. Например, при наличии большого количества кремния, температура может понизиться до 500°C. На самом деле понятие температуры плавления относят к чистым металлам. Сплавы не обладают какой-то постоянной температурой плавления. Этот процесс происходит в определенном диапазоне нагрева.

В материаловедении существует понятие – температура солидус и ликвидус.

Первая температура обозначает ту точку, в которой начинается плавление алюминия, а вторая, показывает, при какой температуре, сплав будет окончательно расплавлен. В промежутке между ними сплав будет находиться в кашеобразном состоянии.

Уменьшение температуры

Перед тем как приступать к плавке металла, можно выполнить определенные операции, которые позволят снизить температуру плавления. Например, иногда расплаву подвергают алюминиевый порошок. В порошкообразном состоянии металл начинает плавиться несколько быстрее. Но при такой обработке возникает реальная опасность того, что при взаимодействии с кислородом, который содержится в атмосфере алюминиевый порошок, начнет окисляться с большим выделением тепла и образования оксидов металла, этот процесс происходит при температуре 2300 градусов. Главное, в этот момент плавления не допустить контакта расплава и воды. Это приведет к взрыву.

Процесс плавления в домашних условиях

Относительно низкая температура плавления алюминия позволяет проводить эту операцию в домашних условия. Надо сразу отметить, что в качестве сырья в домашней мастерской использовать порошкообразную смесь слишком опасно. Поэтому в качестве сырья применяют или чушки, или нарезанную проволоку. Если к будущему изделию нет особых требований по качеству, то для плавления можно использовать все, что изготовленного из этого металла.

Плавка алюминия в самодельном горнеПлавка алюминия в самодельном горне

Плавка алюминия в самодельном горне

При этом не особо важно, будет сырье покрыто краской или нет. Когда происходит плавление алюминия, все посторонние вещества просто выгорят и будут удалены вместе со шлаком.

Для получения качественного результата плавки необходимо использовать материалы, которые называют флюсами. Они призваны решать задачу по связыванию и удалению из расплава посторонних примесей и загрязнений.

Средства защиты

Домашний мастер, решивший в домашних условиях выполнять плавление алюминия должен отдавать себе отчет в том, что это довольно опасный процесс. И поэтому без применения средств защиты не обойтись. В частности, должны быть использованы перчатки, фартук, очки. Дело в том, что температура расплава лежит в пределах 600 градусов. Поэтому имеет смысл использовать средства защиты, которые применяют сварщики.

Алюминий защита при плавеАлюминий защита при плаве

Использование средств защиты при плавке алюминия

Кстати, при плавлении алюминия и использовании очищающих химикатов необходимо защищать органы дыхания от продуктов их сгорания.

Выбор формы для литья

При выборе формы для отливки алюминия домашний мастер должен понимать, а для какой цели он обрабатывает алюминий. Если будущая отливка будет предназначена для использования в качестве припоя, то использовать, какие-то специальные формы, нет необходимости. Для этого можно использовать металлический лист, на котором можно остудить расплавленный металл.

Но если возникает необходимость получения даже простой детали, то мастер должен определиться с типом формы для литья.

Форму можно изготовить из гипса. Для этого, гипс в жидком состоянии заливают в обработанную маслом форму. После того, как начнет застывать, в него устанавливают литейную модель. Для того, чтобы в форму можно было залить расплавленный металл необходимо сформировать литник. Для этого в форму устанавливают цилиндрическую деталь. Формы бывают разъемные и нет. Процесс изготовления разъемной формы усложняется тем, что модель будет находиться в двух полуформах. После застывания их разделяют, удаляют модель и соединяют снова. Форма готова к работе.

Кокиль для литья алюминияКокиль для литья алюминия

Кокиль для литья алюминия

Для получения качественных отливок целесообразно использовать металлические формы (кокили), но изготавливать их целесообразно только в заводских условиях.

физические свойства, получение, применение, история :: ТОЧМЕХ

Физические свойства алюминия

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 660°C.

По распространенности в земной коре алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния среди всех атомов и 1-е место — среди металлов.

К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.

Алюминий и его сплавы делятся по способу получения на деформируемые, подвергаемые обработке давлением и литейные, используемые в виде фасонного литья; по применению термической обработки — на термически не упрочняемые и термически упрочняемые, а также по системам легирования.

Получение

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году. Современный метод получения разработали независимо друг от друга американец Чарльз Холл и француз Поль Эру. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

Применение

Алюминий широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — легкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной пленкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Электропроводность алюминия сравнима с медью, при этом алюминий дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Правда, у алюминия как электротехнического материала есть неприятное свойство — из-за прочной оксидной пленки его тяжело паять.

Благодаря комплексу свойств широко распространен в тепловом оборудовании.

Внедрение алюминиевых сплавов в строительстве уменьшает металлоемкость, повышает долговечность и надежность конструкций при эксплуатации их в экстремальных условиях (низкая температура, землетрясение и т.п.).

Алюминий находит широкое применение в различных видах транспорта. На современном этапе развития авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолетостроении. Алюминий и сплавы на его основе находят все более широкое применение в судостроении. Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование.

Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и легкого материала.

Драгоценный алюминий

В настоящее время алюминий является одним из самых популярных и нашедших широкое применение металлов. С самого момента открытия в середине XIX века его считали одним из ценнейших благодаря удивительным качествам: белый как серебро, легкий по весу и не подверженный воздействию окружающей среды. Стоимость его была выше цен на золото. Не удивительно, что в первую очередь алюминий нашел свое применение в создании ювелирных изделий и дорогих декоративных элементов.

В 1855 г. на Универсальной выставке в Париже алюминий был самой главной достопримечательностью. Изделия из алюминия располагались в витрине, соседствующей с бриллиантами французской короны. Постепенно зародилась определенная мода на алюминий. Его считали благородным малоизученным металлом, используемым исключительно для создания произведений искусства.

Наиболее часто алюминий использовали ювелиры. При помощи особой обработки поверхности ювелиры добивались наиболее светлого цвета металла, из-за чего его часто приравнивали к серебру. Но в сравнении с серебром, алюминий обладал более мягким блеском, чем обуславливалась еще большая любовь к нему ювелиров.

Так как химические и физические свойства алюминия сначала были слабо изучены, ювелиры сами изобретали новые техники его обработки. Алюминий технически легко обрабатывать, этот мягкий металл позволяет создавать отпечатки любых узоров, наносить рисунки и создавать желаемой формы изделия. Алюминий покрывался золотом, полировался и доводился до матовых оттенков.

Но со временем алюминий стал падать цене. Если в 1854-1856 годах стоимость одного килограмма алюминия составляла 3 тысячи старых франков, то в середине 1860-х годов за килограмм этого металла давали уже около ста старых франков. Впоследствии из-за низкой стоимости алюминий вышел из моды.

В настоящее время самые первые алюминиевые изделия представляют большую редкость. Большинство из них не пережило обесценивания металла и было заменено серебром, золотом и другими драгоценными металлами и сплавами. В последнее время вновь наблюдается повышенный интерес к алюминию у специалистов. Этот металл стал темой отдельной выставки , организованной в 2000 году Музеем Карнеги в Питсбурге. Во Франции расположен Институт истории алюминия, который в частности занимается исследованием первых ювелирных изделий из этого металла.

В Советском союзе из алюминия делали общепитовские приборы, чайники и т.д. И не только. Первый советский спутник был выполнен из алюминиевого сплава. Другой потребитель алюминия — электротехническая промышленность: из него делаются провода высоковольтных линий передач, обмотки моторов и трансформаторов, кабели, цоколи ламп, конденсаторы и многие другие изделия. Кроме того, порошок алюминия применяют во взрывчатых веществах и твердом топливе для ракет, используя его свойство быстро воспламеняться: если бы алюминий не покрывался тончайшей оксидной пленкой, то мог бы вспыхивать на воздухе.

Последнее изобретение — пеноалюминий, т.н. «металлический поролон», которому предсказывают большое будущее.

Алюминий | химический элемент | Британика

Алюминий (Al) , также пишется Алюминий , химический элемент, легкий, серебристо-белый металл основной группы 13 (IIIa, или группа бора) периодической таблицы. Алюминий является наиболее распространенным металлическим элементом в земной коре и наиболее широко используемым цветным металлом. Из-за его химической активности алюминий никогда не встречается в металлической форме в природе, но его соединения присутствуют в большей или меньшей степени почти во всех породах, растительности и животных.Алюминий сосредоточен во внешних 10 милях (16 км) земной коры, из которых он составляет около 8 процентов по массе; его превышают по количеству только кислород и кремний. Название алюминий происходит от латинского слова alumen , используемого для описания квасцовых квасцов или сульфата алюминия-калия, KAl (SO 4 ) 2 ∙ 12H 2 O.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британика Викторина

118 символов и названия периодической таблицы викторины

Lr

Свойства элемента
атомный номер 13
атомный вес 26.9815
температура плавления 660 ° C (1220 ° F)
точка кипения 2467 ° C (4473 ° F)
удельный вес 2,70 (при 20 ° C [68 ° F])
валентность 3
электронная конфигурация 1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 1

Возникновение, использование и свойства

Алюминий встречается в магматических породах в основном в виде алюмосиликатов в полевых шпатах, полевых шпатах и ​​слюдах; в почве, полученной из них в виде глины; и при дальнейшем выветривании в виде бокситов и богатых железом латеритов.Боксит, смесь гидратированных оксидов алюминия, является основной алюминиевой рудой. Кристаллический оксид алюминия (наждак, корунд), который встречается в нескольких изверженных породах, добывается как природный абразив или в его более мелких разновидностях, таких как рубины и сапфиры. Алюминий присутствует в других драгоценных камнях, таких как топаз, гранат и хризоберилл. Из многих других минералов алюминия, алунит и криолит имеют некоторое коммерческое значение.

Сырой алюминий был выделен (1825 г.) датским физиком Гансом Кристианом Эрстедом путем восстановления хлорида алюминия амальгамой калия.Британский химик сэр Хэмфри Дэви подготовил (1809 г.) железоалюминиевый сплав путем электролиза плавленого глинозема (оксида алюминия) и уже назвал элемент алюминием; позже слово было изменено на алюминий в Англии и некоторых других европейских странах. Немецкий химик Фридрих Вёлер, используя металлический калий в качестве восстановителя, произвел алюминиевую пудру (1827 г.) и маленькие шарики металла (1845 г.), из которых он смог определить некоторые его свойства.

Новый металл был представлен публике (1855) на выставке в Париже примерно в то время, когда он стал доступен (в небольших количествах при больших затратах) благодаря восстановлению натрия в расплавленном хлориде алюминия.Когда электроэнергия стала относительно обильной и дешевой, почти одновременно Чарльз Мартин Холл в Соединенных Штатах и ​​Поль-Луи-Туссен Эрульт во Франции открыли (1886) современный способ промышленного производства алюминия: электролиз очищенного глинозема (Al 2 O ). 3 ) растворяют в расплавленном криолите (Na 3 AlF 6 ). В 1960-е годы алюминий вышел на первое место, опередив медь, в мировом производстве цветных металлов. Для получения более подробной информации о добыче, переработке и производстве алюминия, см. Обработка алюминия.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Алюминий добавляют в небольших количествах к определенным металлам, чтобы улучшить их свойства для специальных применений, как, например, в алюминиевых бронзах и большинстве сплавов на основе магния; или, для сплавов на основе алюминия, умеренное количество других металлов и кремния добавляют к алюминию. Металл и его сплавы широко используются в авиастроении, строительных материалах, товарах длительного пользования (холодильники, кондиционеры, кухонные принадлежности), электрических проводниках, химическом и пищевом оборудовании.

Чистый алюминий (99,996%) довольно мягкий и слабый; коммерческий алюминий (чистота от 99 до 99,6%) с небольшим количеством кремния и железа твердый и прочный. Алюминий, пластичный и очень пластичный, может быть вытянут в проволоку или свернут в тонкую фольгу. Металл всего на треть плотнее железа или меди. Несмотря на то, что алюминий химически активен, он, тем не менее, обладает высокой устойчивостью к коррозии, поскольку на воздухе на его поверхности образуется прочная жесткая оксидная пленка.

Алюминий является отличным проводником тепла и электричества.Его теплопроводность составляет примерно половину теплопроводности меди; его электрическая проводимость, около двух третей. Он кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре. Весь природный алюминий является стабильным изотопом алюминия-27. Металлический алюминий и его оксид и гидроксид нетоксичны.

Алюминий медленно подвергается воздействию большинства разбавленных кислот и быстро растворяется в концентрированной соляной кислоте. Концентрированная азотная кислота, однако, может перевозиться в алюминиевых цистернах, поскольку она делает металл пассивным.Даже очень чистый алюминий активно подвергается воздействию щелочей, таких как гидроксид натрия и калия, с образованием водорода и алюминат-иона. Из-за своего высокого сродства к кислороду мелкодисперсный алюминий при воспламенении будет гореть в монооксиде углерода или диоксиде углерода с образованием оксида и карбида алюминия, но при температурах до красного нагрева алюминий инертен по отношению к сере.

Алюминий может быть обнаружен в концентрациях до одной части на миллион с помощью эмиссионной спектроскопии.Алюминий может быть количественно проанализирован в виде оксида (формула Al 2 O 3 ) или в качестве производного органического соединения азота 8-гидроксихинолина. Производное имеет молекулярную формулу Al (C 9 H 6 ON) 3 .

Соединения

Обычно алюминий является трехвалентным. Однако при повышенных температурах было получено несколько газообразных одновалентных и двухвалентных соединений (AlCl, Al , 2 O, AlO). В алюминии конфигурация трех внешних электронов такова, что в нескольких соединениях (например,например, кристаллический фторид алюминия [AlF 3 ] и хлорид алюминия [AlCl 3 ]), как известно, возникает голый ион Al 3+ , образованный в результате потери этих электронов. Однако энергия, необходимая для образования иона Al 3+ , очень высока, и в большинстве случаев энергетически более выгодно для атома алюминия образовывать ковалентные соединения путем гибридизации sp 2 , как и бор. Ион Al 3+ может быть стабилизирован гидратацией, а октаэдрический ион [Al (H 2 O) 6 ] 3+ встречается как в водном растворе, так и в нескольких солях.

Ряд соединений алюминия имеет важное промышленное применение. Глинозем, который встречается в природе в виде корунда, также в больших количествах готовят для использования в производстве металлического алюминия и в производстве изоляторов, свечей зажигания и различных других продуктов. При нагревании глинозем развивает пористую структуру, которая позволяет ему адсорбировать водяной пар. Эта форма оксида алюминия, коммерчески известная как активированный оксид алюминия, используется для сушки газов и некоторых жидкостей.Он также служит носителем для катализаторов различных химических реакций.

Анодный оксид алюминия (AAO), обычно получаемый путем электрохимического окисления алюминия, представляет собой наноструктурированный материал на основе алюминия с очень уникальной структурой. AAO содержит цилиндрические поры, которые предусматривают множество применений. Это термически и механически стабильное соединение, а также оптически прозрачный и электрический изолятор. Размер пор и толщину AAO можно легко адаптировать к конкретным применениям, в том числе в качестве шаблона для синтеза материалов в нанотрубки и наностержни.

Другим основным соединением является сульфат алюминия, бесцветная соль, полученная действием серной кислоты на гидратированный оксид алюминия. Коммерческая форма представляет собой гидратированное кристаллическое твердое вещество с химической формулой Al 2 (SO 4 ) 3 . Он широко используется в производстве бумаги в качестве связующего для красителей и поверхностного наполнителя. Сульфат алюминия соединяется с сульфатами одновалентных металлов с образованием двойных гидратированных сульфатов, называемых квасцами. Квасцы, двойные соли формулы MAl (SO 4 ) 2 · 12H 2 O (где M представляет собой однозарядный катион, такой как K + ), также содержат ион Al 3+ ; М может быть катионом натрия, калия, рубидия, цезия, аммония или таллия, а алюминий может быть заменен различными другими ионами М 3+ - например,например, галлий, индий, титан, ванадий, хром, марганец, железо или кобальт. Наиболее важной из таких солей является сульфат алюминия-калия, также известный как квасцы калия или квасцы калия. Эти квасцы имеют множество применений, особенно в производстве лекарств, текстиля и красок.

Реакция газообразного хлора с расплавленным металлическим алюминием дает хлорид алюминия; последний является наиболее часто используемым катализатором в реакциях Фриделя-Крафтса, то есть синтетических органических реакций, участвующих в получении широкого спектра соединений, включая ароматические кетоны и антрохинон и его производные.Гидратированный хлорид алюминия, обычно известный как хлоргидрат алюминия, AlCl 3 H 2 О, используется в качестве местного антиперспиранта или дезодоранта для тела, который действует, сужая поры. Это одна из нескольких солей алюминия, используемых в косметической промышленности.

Гидроксид алюминия, Al (OH) 3 , используется для водонепроницаемости тканей и для производства ряда других соединений алюминия, включая соли, называемые алюминатами, которые содержат группу AlO - 2 .С водородом алюминий образует гидрид алюминия, AlH 3 , полимерное твердое вещество, из которого получены тетрогидроалюминаты (важные восстановители). Алюминийгидрид лития (LiAlH 4 ), образованный реакцией хлорида алюминия с гидридом лития, широко используется в органической химии, например, для восстановления альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов, соответственно.

Эта статья была недавно исправлена ​​и обновлена ​​Эриком Грегерсеном, старшим редактором.

Подробнее в этих статьях Британики:

  • элемент группы бора

    - это бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl) и нионий (Nh).Они характеризуются как группа, имеющая три электрона во внешних частях их атомной структуры. Бор, самый легкий…

  • материаловедение: алюминий

    Поскольку алюминий имеет примерно одну треть плотности стали, его замена стали в автомобилях представляется разумным подходом к снижению веса и, таким образом, увеличению экономии топлива и снижению вредных выбросов.Однако такие замены не могут быть сделаны без должного учета…

  • химическая промышленность: рафинирование алюминия

    Фторная промышленность тесно связана с производством алюминия. Оксид алюминия (оксид алюминия, Al 2 O 3 ) может быть восстановлен до металлического алюминия электролизом при сплавлении с флюсом, состоящим из фторалюмината натрия (Na 3 AlF 6 ), обычно называемым криолитом.После запуска процесса криолит становится…

,
введение, свойства, производство и использование

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 2 июля 2020 г.

Предположим, вам нужно было создать идеальный материал - что бы это было лайк? Вы, вероятно, хотели бы, чтобы это было в изобилии и относительно недорогой, прочный и легкий, легко сочетается с другими материалы, устойчивые к нагреву и коррозии, и хороший проводник электричества. Короче, вы бы, наверное, пришли с таким материалом, как алюминий (пишется алюминий в некоторых страны - и это также официальное написание IUPAC).

Это самый распространенный металл в земной коре, третий самый много химических элементов на нашей планете (существуют только кислород и кремний в большом количестве), и второй по популярности металл для изготовления вещи (после железа / стали). Мы все видим и использовать алюминий каждый день, даже не думая об этом. одноразовый из него делают банки с напитками и готовят фольгу. Вы можете найти это призрачный серо-белый металл в некоторых довольно удивительных местах, от реактивных двигателей в самолетах до корпусов высокотехнологичные военные корабли.Что делает алюминий таким блестяще полезным материал? Давайте внимательнее посмотрим!

Фото: Алюминий - чудесно защищенный от атмосферных воздействий материал. Это деталь Небесного собора, алюминиевой скульптуры за пределами Федерального здания и здания суда США в Урбане, штат Иллинойс, Соединенные Штаты. Фото Кэрол М. Хайсмит, любезно предоставлено фотографиями в архиве Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

На что похож алюминий?

Алюминий мягкий, легкий, огнеупорный и жаростойкий, легкий работать в новых формах и способен проводить электричество.Это отражает свет и тепло очень эффективно и не ржавеет. Легко реагирует с другими химическими элементами, особенно кислородом, и легко образует внешний слой оксида алюминия, если оставить его на воздухе. Мы называем это вещи алюминиевые физические и химические свойства.

Фото: экспериментальный алюминиевый Ford Sable автомобиль, выпущенный более 20 лет назад в 1995 году, был на 180 кг (400 фунтов) легче, чем сопоставимый автомобиль со стальным кузовом и значительно более энергоэффективный. Сегодня, когда экономия топлива становится все более важной, полнотелые алюминиевые автомобили стали обычным явлением.Новый грузовик Ford F-150 с полностью алюминиевым кузовом на целых 39 процентов (320 кг или 700 фунтов) легче своего предшественника, согласно Алюминиевой Ассоциации. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США (DOE).

Сплавы

Алюминий действительно вступает в свои права, когда вы комбинируете его с другими металлы для производства алюминиевых сплавов (сплав представляет собой металл, смешанный вместе с другими элементами, чтобы сделать новый материал с улучшенными свойствами - он может быть сильнее или плавиться при более высокой температуре).Несколько из металлы, обычно используемые для изготовления алюминиевых сплавов, включают бор, медь, литий, магний, марганец, кремний, олово и цинк. Вы смешиваете алюминий с одним или несколькими из них в зависимости от работы, которую вы пытаетесь сделать.

Композиты

Алюминий можно комбинировать с другими материалами совершенно по-другому в композитах (гибридные материалы, сделанные из двух или более материалов, которые сохраняют их отдельная идентичность без химического объединения, смешивания или растворения). Так, например, алюминий может выступать в качестве «фонового материала» (матрицы) в так называемом композиционном материале с металлической матрицей (MMC), усиленном частицами карбида кремния, чтобы сделать прочный, жесткий и легкий материал, подходящий для широкого спектра аэрокосмическое, электронное и автомобильное использование - и (что крайне важно) лучше, чем только алюминий.

Для чего используется алюминий?

График: Потребление алюминия в США. Транспортировка (самолеты, корабли, грузовики и автомобили) в настоящее время является самым крупным разовым использованием металла и его сплавов. Источник: Геологическая служба США, Минеральные товарные позиции: алюминий. Январь 2020 г.

Чистый алюминий очень мягкий. Если вы хотите сделать что-то сильнее но все еще легкий, прочный и способный выдерживать высокие температуры в самолете или двигатель автомобиля, вы смешиваете алюминий и меди.Для упаковки продуктов питания вам не нужно ничего подобного прочность, но вам нужен материал, который легко формовать и запечатывать. Ты получаешь эти качества путем легирования алюминия магнием. Предположим, вы хотите нести электричество на большие расстояния от власти растения для дома и фабрики. Вы могли бы использовать медь, которая как правило, лучший проводник (носитель) электричества, но это тяжело и дорого. Алюминий может быть вариантом, но он не несет электричество так легко. Одним из решений является изготовление силовых кабелей из алюминий, легированный бором, который проводит электричество почти так же хорошо, как медь, но намного легче и меньше вялых в жаркие дни.Как правило, алюминий сплавы содержат 90–99 процентов алюминия.

Как изготавливается алюминий?

Фото: готово к переработке: эти раздавленные маты из алюминиевых банок называются печеньем. Они готовы растаять вниз и перерабатывать. По данным Алюминиевой ассоциации, около 70 процентов когда-либо добытого алюминия все еще используется сегодня благодаря эффективным программам переработки. Гораздо дешевле и экологически безопаснее перерабатывать использованный алюминий, чем выкапывать боксит из земли и перерабатывать его: переработка экономит около 95 процентов энергии, которая потребуется для производства нового алюминия.Фото любезно предоставлено ВВС США.

Алюминий так легко реагирует с кислородом, что вы никогда не найдете его в природе это в чистом виде. Вместо этого соединения алюминия существуют в огромных количество в земной коре в виде руды (сырого скального материала), называемой боксит. Это общее название для гидратированного глинозема, вещества, которое обычно производится из двух третей оксид алюминия (химическая формула Al2O3) с одним третьи молекулы воды (h3O) заперт в своем кристалле структура. В зависимости от того, где на Земле его найдено, боксит также содержит ряд различных примесей, таких как оксид железа, оксид кремния и оксид титана.В настоящее время в мире имеется около 55–75 миллиардов тонн бокситовых ресурсов - достаточно, чтобы удовлетворить спрос "хорошо в будущее" (в соответствии с геологической службой США Минерал Товарные сводки, 2020).

Если вы хотите превратить боксит в алюминий, чтобы сделать такие полезные вещи, как банки, фольга и космические ракеты, Вы должны избавиться от примесей и воды и разделить атомы алюминия от атомов кислорода, на которых они зафиксированы. Итак, делая алюминий на самом деле многостадийный процесс.

Сначала вы выкапываете боксит из-под земли, раздавливаете его, сушите его (если он содержит слишком много воды), и очистите его, чтобы оставить только алюминий окись.Затем вы используете электрическую технику под названием электролиз в разделить это на алюминий и кислород. (Электролиз противоположен что происходит внутри батареи. В аккумулятор, у вас есть два различных металлических соединения, вставленных в химическое соединение и завершить цепь между ними для генерации электричество. При электролизе вы передаете электричество через два металла соединения, в химическое соединение, которое затем постепенно расщепляется разделить на его атомы.) После разделения, чистый алюминий отливается в блоки, известные как слитки, которые могут быть обрабатывали или формовали или использовали в качестве сырья для изготовления алюминиевых сплавов.

Изготовление пригодного для использования блестящего алюминия из скальных кусков боксита, Вы вырыли из земли длинный, грязный, невероятно энергоемкий процесс. Вот почему алюминиевая промышленность так заинтересована на переработку таких вещей, как использованные банки с напитками. Это гораздо быстрее, дешевле и проще расплавить их и повторно использовать чем обрабатывать бокситы. Это также намного лучше для Окружающая среда потому что это экономит огромное количество энергии.

Диаграмма: почему утилизация алюминия имеет смысл.Количество энергии, необходимое для переработки Металл для повторного использования (оранжевые столбцы) - это лишь часть того, что требуется для производства первичного металла (синие столбцы), но для алюминия (в центре) разница намного больше, чем для стали (слева) или меди (справа). потому что так сложно добывать и очищать алюминий. Источник данных: «Таблица 7.11 Внедренная энергия выбранных материалов» в разделе «Выбросы энергии и углерода». Авторы Никола Терри, UIT Кембридж, 2011 г., на основе данных инвентаризации углерода и энергии (ICE). Исследовательская группа по устойчивой энергетике, Университет Бата.

Краткая история алюминия

Фото: постройка алюминиевой лодки. Это высокоскоростная алюминиевая лодка, известная как Littoral Surface Craft-Experimental (LSC-X) или X-Craft, показано здесь во время строительства во Фриленде, штат Вашингтон. Фото Джесси Прайно любезно предоставлено США. Военно-морской флот.

Кто открыл алюминий, как и когда? Вот такая история, как это случилось ...

  • 1746: немецкий химик Андреас Маргграф (1709–1782) понимает, что квасцы (природное соединение алюминия используется для умирающего текстиля с древних времен) содержит неизвестный металл.Это алюминий, конечно, но он этого не знает.
  • 1809: английский химик сэр Хэмфри Дэви (1778–1829) называет этот металл «алюминий» и (позже) «алюминий», но не в состоянии отделить его.
  • 1825: датский химик и пионер-электрик Ганс Кристиан Эрстед (1777–1851) повороты оксид алюминия в хлорид алюминия, а затем использует калий, чтобы превратить хлорид в чистый алюминий. К сожалению, он не может повторить трюк во второй раз!
  • 1827: немецкий химик Фридрих Велер (1800–1882) также делает небольшой количество алюминия при нагревании оксид алюминия с металлическим калием.
  • 1855: французский химик Анри Сент-Клер Девиль (1818–1881) использует натрий для отделения алюминий. Поскольку натрий дешевле и его легче получить, чем калий, Девиль способен производить больше алюминия - достаточно, чтобы сделать слиток. Он ставит это экспонируется на публичной выставке в Париже, Франция. Девиль новый метод означает, что алюминий начинает становиться все более доступным и цена начинает падать.
  • 1886: Работая независимо, американская команда Чарльза Мартина Холла (1863–1914) и его сестра Джулия Брейнерд Холл (1859–1925) и француз Поль-Луи-Туссен Эра (1863–1914) обнаружили современный метод расщепления оксида алюминия электролиз для производства чистого алюминия.Их высокоэффективная техника, известный как Процесс Холла-Эрульта, до сих пор используется для производства большинства алюминия в мире сегодня.
  • 1888: австрийский химик Карл Байер (1847–1904) находит менее дорогой способ превращения бокситов в оксид алюминия - сырье, необходимое для Hall-Héroult обработать. Вместе процессы Байера и Холла-Эрульта решительно снизить цену алюминия, что позволяет использовать металл в гораздо большей величины.
  • 1893: Studebaker запускает алюминиевый фургон для колумбийской выставки в Чикаго.
  • 1899: Спортивный автомобиль Dürkopp с алюминиевым кузовом представлен на Берлинском международном автосалоне. Несколько лет спустя Автомобильная компания Pierce Arrow выпускает автомобили с литыми алюминиевыми кузовами.
  • 1901: Карл Бенц, пионер автопроизводителей, производит первый алюминиевый автомобильный двигатель.
  • Начало 1900-х годов: первые программы по переработке алюминия.
  • 1913: впервые произведена алюминиевая фольга.
  • 1920-е гг .: начинают появляться современные алюминиевые сплавы.
  • 1925: Американское химическое общество официально меняет название «Алюминий» на «Алюминий» в США.
  • 1946: Алюминий используется для изготовления облегченного, серийного производства. Панхард Дина X.
  • 1957: представлены первые алюминиевые линии электропередач.
  • 1959: Coors производит первую полностью алюминиевую банку для напитков.
  • 1975: Даниэль Кудзик изобрел фиксатор для консервных банок для напитков.
  • 1990: Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) официально принимает «алюминий» как его правописание.
  • 1994: Audi A8 устанавливает новые стандарты в производстве легких автомобилей с алюминиевым каркасом кузова весом всего 249 кг (почти половина вес сопоставимого стального корпуса).
  • 2015: Ford выпускает версию своего чрезвычайно популярного грузовика F-150 с полностью алюминиевым кузовом.

Узнайте больше

На этом сайте

Вам могут понравиться эти другие статьи на нашем сайте

Другие сайты

Книги

Для пожилых читателей
  • Экологическая химия алюминия по гарнизону Sposito. CRC Press, 2020. Подробно рассмотрим, как алюминий ведет себя в естественной среде, например, в почве и воде.
  • Алюминий
  • : свойства и физическая металлургия Джон Э. Хэтч. Американское общество металлов, 1984. Классическое руководство, посвященное физической природе алюминия и его различным применениям.
  • Справочник по алюминию под редакцией Джорджа Э. Тоттена и Д. Скотта МакКензи. М. Деккер, 2003. Два тома: свойства, металлургия, производство сплавов и производство.
Для младших читателей
  • Алюминий от Хизер Хасан. Розен, 2007. Простая 48-страничная статья об истории алюминия, физических и химических свойствах, соединениях, производстве и использовании.
  • Элементы: Алюминий от Джона Фарндона. Benchmark Books (Marshall Cavendish), 2001. Простой, солидный 48-страничный обзор для читателей 9-12 лет.

Статьи

  • Тайная жизнь алюминиевой банки, инженерный подвиг Джонатана Вальдмана. Проводной доступ. 9 марта 2015 г. Изготовление банок для напитков - это увлекательная задача в области химии, биологии и инженерии.
  • Сталелитейная отрасль переживает, когда автопроизводители поворачиваются к алюминию от Jaclyn Trop. Нью-Йорк Таймс.24 февраля 2014 года. Несмотря на свое преимущество в цене, сталь испытывает давление от алюминия, поскольку автопроизводители пытаются создавать более легкие и экономичные автомобили.
  • Для автомобилей алюминий - это металл, созданный Тудором Ван Хэмптоном. Нью-Йорк Таймс. 16 февраля 2014 года. Почему алюминий снова вошел в моду - и краткий обзор того, когда он впервые использовался на транспорте.
  • Зеленый ряд над исландским алюминием. Автор - Ник Хайэм. BBC News, 1 ноября 2009 года. Двухминутное видео, рассказывающее, почему экологи расстроены из-за энергозатратного плавления алюминия в Исландии.
  • Сила, управляемая Сьюзен Демут. Guardian, 29 ноября 2003 года. Статья о противодействии развитию Каранджукарской гидроэлектростанции.
  • Бьорк презирает «сумасшедший» план исландского металлургического завода Алекса Кирби. BBC News, 2 января 2003 года. Ранняя статья, описывающая противодействие развитию Каранджукарской гидроэлектростанции.
  • Антиквариат: металл масс, оцененный сейчас Венди Мунан. The New York Times, 1 марта 2002 года. Увлекательное введение в использование алюминия в ювелирных изделиях, искусстве и антиквариате.
,
Алюминий - Информация об элементах, свойства и использование

Стенограмма:

Химия в ее элементе: алюминий

(Promo)

Вы слушаете химию в ее элементе, представленном вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

На этой неделе химическая причина трансатлантического языкового трения. Это ит или итум в конце? Оказывается, у нас, британцев, могут быть яйца на лицах, а также либеральное знание того, что мы называем алюминием.

Кира Дж. Вайсман

«Я чувствую, что я в ловушке в жестяной коробке на высоте 39000 футов». Это обычный рефрен летающего фобика, но, возможно, им было бы удобно знать, что коробка на самом деле сделана из алюминия - более 66 000 кг, если они сидят в гигантском самолете.Хотя оплакивание своего присутствия в «алюминиевой коробке» не имеет такого же кольца, есть несколько веских причин оценить этот выбор материала. Чистый алюминий мягкий. Однако легирование его такими элементами, как медь, магний и цинк, значительно повышает его прочность, оставляя его легким, что, безусловно, является преимуществом в борьбе с гравитацией. Полученные сплавы, иногда более пластичные, чем сам алюминий, могут быть отлиты в различные формы, включая аэродинамическую дугу крыльев самолета или его трубчатый фюзеляж.И в то время как железо ржавеет под воздействием элементов, алюминий образует микроскопически тонкий оксидный слой, защищающий его поверхность от дальнейшей коррозии. С этим здоровенным резюме неудивительно, что алюминий можно найти во многих других транспортных средствах, включая корабли, автомобили, грузовики, поезда и велосипеды.

К счастью для транспортной отрасли, природа благословила нас огромным количеством алюминия. Самый распространенный металл в земной коре, он буквально везде. И все же алюминий оставался неоткрытым до 1808 года, так как он связан с кислородом и кремнием в сотни различных минералов, никогда не появляясь естественным образом в металлической форме.Сэр Хамфри Дэви, корнишский химик, открывший металл, назвал его «алюминий», в честь одного из его исходных соединений, квасцов. Вскоре после этого вступил Международный союз теоретической и прикладной химии (или IUPAC), стандартизировавший суффикс к более общепринятому «ium». В еще одном повороте к номенклатурной истории Американское химическое общество возродило первоначальное правописание в 1925 году, и, по иронии судьбы, именно американцы, а не англичане, произносят имя элемента, как и предполагал Дэви.

В 1825 году честь изолировать алюминий впервые выпала на долю датского ученого Ганса Христиана Эрстеда. Как сообщается, он сказал о своем призе: «Он образует кусок металла, который по цвету и блеску напоминает олово» - не слишком лестное описание, но, возможно, объяснение нынешней путаницы пассажиров авиакомпании. Трудность отрыва алюминия от его оксидов - для все ранние процессы давали в лучшем случае только килограммовые количества - обеспечивали его временный статус драгоценного металла, более ценного, чем золото.Фактически, алюминиевый бар занимал почетное место рядом с Crown Jewels на Парижской выставке 1855 года, в то время как Наполеон, как говорят, заказал алюминиевую посуду только для своих самых почетных гостей.

Только в 1886 году Чарльз Мартин Холл, необыкновенно упрямый, ученый-любитель из 22 лет, разработал первое экономическое средство для добычи алюминия. Работая в сарае в качестве помощника старшей сестры, он растворял оксид алюминия в ванне с расплавленным гексафторалюминатом натрия (более известным как «криолит»), а затем разжал алюминий и кислород, используя сильный электрический ток.Примечательно, что другой 22-летний француз Поль Луи Туссен Эруль открыл почти ту же самую электролитическую технику почти в то же самое время, провоцируя трансатлантическую патентную гонку. Их наследие, закрепленное как процесс Холла-Эрульта, остается основным методом производства алюминия в промышленных масштабах - в настоящее время миллионы тонн ежегодно из самой богатой руды алюминия, боксита.

Преимущества алюминия были не только в транспортной отрасли.К началу 1900-х годов алюминий уже вытеснил медь в линиях электропередачи, его гибкость, легкий вес и низкая стоимость более чем компенсировали его более низкую проводимость. Алюминиевые сплавы являются фаворитом строительства, находя применение в облицовке, окнах, желобах, дверных рамах и кровлях, но они также могут появиться в доме: в приборах, кастрюлях и сковородках, посуде, телевизионных антеннах и мебели. Будучи тонкой фольгой, алюминий представляет собой упаковочный материал по преимуществу , гибкий и долговечный, непроницаемый для воды и устойчивый к химическим воздействиям - словом, идеальный для защиты жизненно важных лекарств или вашего любимого моноблока.Но, пожалуй, самым узнаваемым воплощением алюминия является алюминиевая банка для напитков, сотни миллиардов из которых производятся ежегодно. Естественно глянцевая поверхность каждой банки является привлекательным фоном для названия продукта, и хотя ее тонкие стенки выдерживают давление до 90 фунтов на квадратный дюйм (в три раза больше, чем в обычной автомобильной шине), к содержимому можно легко получить доступ с помощью просто потяните за вкладку. И хотя рафинирование алюминия поглощает большую часть мирового электричества, алюминиевые банки могут быть переработаны экономически и многократно, каждый раз экономя почти 95% энергии, необходимой для плавки металла.

Однако у этого блестящего металла есть более темная сторона. Несмотря на его изобилие в Природе, алюминий, как известно, не служит какой-либо полезной цели для живых клеток. Тем не менее, в своем растворимом виде +3 алюминий токсичен для растений. Выделение Al 3+ из его минералов ускоряется в кислых почвах, которые составляют почти половину пахотных земель на планете, что делает алюминий основной причиной снижения урожайности. Людям не требуется алюминий, и тем не менее он поступает в наши тела каждый день - это воздух, которым мы дышим, вода, которую мы пьем, и пища, которую мы едим.Хотя небольшие количества алюминия обычно присутствуют в пищевых продуктах, мы несем ответственность за основные источники пищевого алюминия: пищевые добавки, такие как разрыхлители, эмульгаторы и красители. Проглатывание безрецептурных антацидов может повысить уровень потребления в несколько тысяч раз. И многие из нас наносят алюминийсодержащие дезодоранты прямо на нашу кожу каждый день. Что беспокоит всего этого, так это то, что несколько исследований показали, что алюминий является фактором риска как для рака молочной железы, так и для болезни Альцгеймера.В то время как большинство экспертов остаются не убежденными доказательствами, алюминий в высоких концентрациях является проверенным нейротоксином, главным образом воздействующим на кости и мозг. Таким образом, до тех пор, пока не будет проведено больше исследований, жюри останется без участия. Теперь, возможно, это что-то, что беспокоит ваш разум на вашем следующем дальнем перелете.

Крис Смит

Исследователь Кира Вайсман из Саарского университета в Саарбрюкене, Германия, рассказывает об истории алюминия и почему я не говорю это так, как задумал Хамфри Дэвид.На следующей неделе поговорим о том, как звучат элементы, а как насчет этого?

Брайан Клегг

Не так много элементов с названиями, которые являются звукоподражающими. Скажите «кислород» или «йод», и в звуке этого слова нет никакой подсказки о природе элемента, но цинк отличается - цинк, цинк, цинк, вы можете почти услышать, как ряд монет падает в старинную ванну. Это просто должен быть твердый металл. При использовании цинк часто скрыт, почти скрыт. Он останавливает ржавчину железа, снимает солнечные ожоги, предотвращает появление перхоти, в сочетании с медью создает очень знакомый сплав золотого цвета и поддерживает нас в живых, но мы едва замечаем это.

Крис Смит

И вы можете наверстать упущенное звено цинка с Брайаном Клеггом о химии на следующей неделе в ее элементе. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

(Promo)

(End promo)

фактов об алюминии | Живая наука

Алюминий: Его не просто найти в холодильнике, обернутом вокруг недельных остатков. Этот элемент является вторым по распространенности металлическим элементом в земной коре после кремния. Он используется в банках для содовой и другой упаковке, в самолетах и ​​автомобилях, и даже в этом шикарном iPhone 6.

Масса алюминия - около 8 процентов земной коры по весу, по данным Университета Висконсина - позволяет легко брать этот металл как должное.Но алюминий легкий (на треть меньше веса стали или меди, согласно Геологической службе США) и его легко формовать, складывать и перерабатывать. Противостоит коррозии и выдерживает многократное использование.

Самое смешное в алюминии заключается в том, что он вообще не должен быть таким полезным. Металл на самом деле легко окисляет или теряет электроны, реакция такого же типа, которая вызывает ржавчину железа. Однако, в отличие от хлопьевидного оксида железа, продукт этой реакции, оксид алюминия, прилипает к исходному металлу, защищая его от дальнейшего распада, по данным Висконсинского университета.

Только факты

  • Атомный номер (число протонов в ядре): 13
  • Атомный символ (в периодической таблице элементов): А1
  • Атомный вес (средняя масса атома): 26,9815386
  • Плотность : 2,70 грамма на кубический сантиметр
  • Фаза при комнатной температуре: Твердое вещество
  • Точка плавления: 1220,58 градуса по Фаренгейту (660,32 градуса Цельсия)
  • Точка кипения: 4566 градусов по Фаренгейту (2519 градусов С) элемент с различным числом нейтронов): 22, один стабильный
  • Наиболее распространенные изотопы: Al-27 (стабильный) и Al-26 (радиоактивный; период полураспада 730 000 лет)

Алюминий образуется в звездах в реакции синтеза в какой магний поглощает дополнительный протон, согласно химическому сайту Chemicool, созданному Дэвидом Д.Хсу из Массачусетского технологического института. Однако он не встречается в чистом виде в природе; В земной коре алюминий чаще всего встречается в виде соединения, называемого квасцами (сульфат калия-алюминия).

Датский химик Ханс Кристиан Эрстед впервые смог извлечь алюминий из квасцов в 1825 году, согласно данным Национального ускорительного центра Томаса Джефферсона. Позже ученые усовершенствовали процесс получения алюминия для квасцов, но не смогли снизить цену до практического уровня.В течение многих десятилетий алюминий ценился больше, чем золото: Наполеон III, первый президент Второй Французской Республики, начиная с 1848 года, с гордостью обслуживал своих самых почетных гостей, используя алюминиевые тарелки и столовые приборы, потому что это был такой редкий металл, по данным The Aluminium Ассоциация. По сообщениям, опубликованным в 1911 году в журнале Good Housekeeping, Наполеон III также сделал алюминиевую погремушку для своего сына.

Наконец, в 1886 году французский инженер по имени Пол Эроль и выпускник химии Оберлин по имени Чарльз Холл независимо друг от друга изобрели процесс, в котором оксид алюминия плавится в криолите (фторид натрия-алюминия) и подвергается воздействию электрического тока, согласно данным American Chemical Общество.По данным ACS, процесс Холла-Херулта до сих пор используется для производства алюминия, наряду с процессом Байера, который извлекает алюминий из бокситовой руды.

Единственная стабильная форма алюминия - это Al-27, и большинство изотопов имеют период полураспада всего в миллисекундах, что означает, что они прошли в мгновение ока. Но Al-26, самый продолжительный радиоактивный изотоп алюминия, имеет период полураспада около 730 000 лет. Этот изотоп обнаружен в областях звездообразования в галактике, согласно исследованию, проведенному в январе 2006 года в журнале Nature.В этом исследовании исследователи НАСА использовали обнаруживаемые вспышки Al-26 для точного определения сверхновых звезд или взрывов звезд. Используя эти отпечатки пальцев Al-26, ученые подсчитали, что сверхновая возникает в среднем каждые 50 лет в галактике Млечный путь, и что каждый год рождается семь новых звезд.

Кто знал?

  • Алюминий в изобилии: в 2012 году, по данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), было произведено 1,9 млн. Тонн алюминия только для контейнеров и упаковки.Еще 1,7 млн. Тонн ушло на технику, запчасти для автомобилей и другие товары длительного пользования.
  • Один Boeing-747 содержит 147 000 фунтов (более 66 000 кг) алюминия, согласно данным Chemicool.
  • Не пытайтесь делать это дома (если у вас нет вытяжного шкафа). Алюминиевая пудра плюс йод плюс несколько капель воды создают эффектный дисплей: облака токсичного пурпурного пара йода, а затем внезапное пламя. Реакция - это демонстрация того, насколько активным может быть алюминий.
  • Recycle! По данным EPA, для переработки алюминия требуется всего 5 процентов энергии, необходимой для извлечения алюминия из руды.По состоянию на 2012 год около 55 процентов алюминиевых банок для напитков превратилось в мусорную корзину.
  • Верхняя часть памятника Вашингтону увенчана 8,9-дюймовой (22,6 см) алюминиевой пирамидой. Первоначально алюминиевая крышка служила вершиной громоотвода монумента, хотя ее нужно было дополнить медными стержнями, когда стало ясно, что одна крышка не может предотвратить повреждение, согласно статье 1995 года в «Журнале минералов, металлов и Материальное общество.
  • Эта банка кока-колы, возможно, не была в наличии долго.По данным Алюминиевой ассоциации, для восстановления алюминиевой банки требуется всего 60 дней.
  • Trippy: По данным Алюминиевой ассоциации, около 75 процентов всего когда-либо произведенного алюминия все еще используется благодаря переработке.

Текущее исследование

Возможно, самое известное появление алюминия на недавней исследовательской сцене произошло в 2011 году, когда оно сыграло роль в Нобелевской премии по химии. Лауреат премии, материаловед Дэн Шехтман из Технион-Израильского технологического института, обнаружил квазикристаллы, молекулярные структуры неповторяющихся структур.Материал, в котором Шехтман обнаружил эти квазикристаллы, представлял собой смесь марганца и алюминия.

На рынке представлены сотни алюминиевых сплавов или смесей с другими металлами, считает Юньтянь Чжу, профессор материаловедения и технических наук в Университете штата Северная Каролина. Один алюминий легкий, но слабый, поэтому добавляются другие металлы, чтобы дать ему больше мышц.

Чжу и его коллеги довели эту концепцию до крайности, создавая алюминий такой же прочный, как сталь, они сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature Communications в 2010 году.Подвергая экстремальное давление алюминий, смешанный с небольшим количеством магния и цинка, исследователи обнаружили, что они могут размять зерна алюминия до наноразмеров. Эти более мелкие зерна позволяют сплаву двигаться, так что он не становится хрупким и не ломается, как керамика под давлением. Но движение настолько неохотно, что материал остается очень сильным.

«Наноструктура очень затрудняет перемещение дислокации, но в то же время, когда вы прикладываете силу, которая достаточно высока, она позволяет ей двигаться», - сказал Чжу в интервью Live Science.

В настоящее время исследователи могут производить только небольшие количества этого сверхпрочного алюминиевого сплава за один раз, что означает, что коммерческое применение пока невозможно.

Тем временем в Орегоне исследователи используют передовые технологии для изучения водного алюминия или соединений алюминия, образующихся в воде, особенно оксидов алюминия. Оксиды алюминия - это соединения, которые включают в себя как алюминий, так и кислород.

«Оксид алюминия, особенно в форме пленки, используется во многих различных отраслях промышленности», - сказал Дуглас Кесслер, директор Центра химии устойчивых материалов в Университете штата Орегон.Эти пленки создают хорошие устойчивые к царапинам и коррозии барьеры; Кеслер рассказал Live Science, что оксиды алюминия также используются в водоочистке для осаждения мельчайших частиц.

Кеслер и его команда работают над анализом чернилоподобных растворов, которые можно нагревать и сушить в пленки оксида алюминия.

«У нас нет химических методов, которые бы позволяли нам одновременно с такими растворами идентифицировать как состав, так и структуру, молекулярную структуру того, что находится в растворе», - сказал Кесслер.«Итак, мы сделали несколько новых лазерных методов и объединили их с мощными вычислениями, чтобы иметь возможность одновременно определять состав и структуру».

Как только они поймут решения, сказал Кесслер, исследователи смогут лучше контролировать процесс производства фильмов - и научиться делать их энергосберегающими способами. Сейчас команда больше всего заинтересована в использовании пленок для электронного туннелирования. По словам Кесслера, прокладывая очень чистую пленку оксида алюминия между двумя электродами, ученые очень близки к тому, чтобы заставить электроны перепрыгивать с одного электрода на другой, даже не взаимодействуя с пленкой: «По сути, мгновенный переход от одного электрода к другому, "Кеслер сказал.

Это электронно-туннельное устройство можно использовать как дешевый и простой переключатель, сказал Кесслер.

Дополнительные ресурсы

Follow Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *