Elementul chimic aluminiu este un metal ușor, argintiu. Aluminiul este cel mai abundent metal din scoarța terestră. Proprietățile fizice și chimice ale aluminiului i-au permis să găsească o largă aplicație în industria modernă și viața de zi cu zi.
Proprietățile chimice ale aluminiului
Formula chimică a aluminiului Al. Numărul atomic 13. Aluminiul aparține substanțelor simple, deoarece molecula sa conține un atom de un singur element. Nivelul de energie exterior al unui atom de aluminiu conține 3 electroni. Acești electroni sunt donați cu ușurință de atomul de aluminiu în timpul reacțiilor chimice. Prin urmare, aluminiul are o activitate chimică ridicată și este capabil să înlocuiască metalele din oxizii lor. Dar, în condiții normale, este destul de rezistent la interacțiuni chimice, deoarece este acoperit cu o peliculă puternică de oxid.
Aluminiul interacționează cu oxigenul numai la temperaturi ridicate. Ca rezultat al reacției, se formează oxid de aluminiu. Cu sulful, fosforul, azotul, carbonul, interacțiunea are loc și la temperaturi ridicate. Dar cu clorul și bromul, aluminiul reacționează în condiții normale. Reacționează cu iodul când este încălzit, dar numai dacă apa acționează ca catalizator. Aluminiul nu interacționează cu hidrogenul.
Cu metale, aluminiul este capabil să formeze compuși numiți aluminuri.
Aluminiul, purificat din pelicula de oxid, reacţionează cu apa. Hidroxidul rezultat din această reacție este un compus slab solubil.
Aluminiul reacționează ușor cu acizii diluați pentru a forma săruri. Dar reacţionează cu acizii concentraţi numai atunci când este încălzit, formând săruri şi produşi de reducere a acidului.
Aluminiul reacționează ușor cu alcalii.
Proprietățile fizice ale aluminiului
Aluminiul este un metal durabil, dar în același timp este plastic, este ușor supus prelucrărilor mecanice: ștanțare, lustruire, întindere.
Aluminiul este cel mai ușor dintre toate metalele. Are o conductivitate termică foarte mare. În ceea ce privește conductivitatea electrică, aluminiul nu este practic inferior cuprului, dar în același timp este mult mai ușor și mai ieftin.
Aplicarea aluminiului
Pentru prima dată, metalul aluminiu a fost obținut de un fizician danez Hans Christian Oersted în 1825... Și în acele vremuri, aluminiul era considerat un metal prețios. Fashionistelor le plăcea să poarte bijuterii făcute din el.
Dar metoda industrială de producere a aluminiului a fost creată mult mai târziu - în 1855 de chimistul francez Henri Etienne Saint-Clair Deville.
Aliajele de aluminiu sunt folosite în aproape toate industriile de inginerie. Industria aviației moderne, spațială și auto, construcțiile navale nu se pot descurca fără astfel de aliaje. Cele mai cunoscute aliaje sunt duraaluminiul, siluminul, aliajele de turnare. Poate cel mai solicitat dintre aceste aliaje este duraluminiul.
Când aluminiul este prelucrat prin prelucrare la cald și la rece, se obțin profile, sârmă, țevi, benzi, foi. Foile sau banda de aluminiu sunt utilizate pe scară largă în construcțiile moderne. Deci, o bandă specială de aluminiu este utilizată pentru a lipi capetele diferitelor panouri de construcție pentru a oferi o protecție fiabilă împotriva precipitațiilor și a prafului care intră în panou.
Deoarece aluminiul are o conductivitate electrică ridicată, este utilizat pentru fabricarea de fire electrice și bare colectoare.
Aluminiul nu este un metal prețios. Dar unii dintre compușii săi sunt folosiți în industria de bijuterii. Probabil că nu toată lumea știe că rubinul și safirul sunt monocristale de oxid de aluminiu, la care se adaugă oxizi de colorare. Culoarea roșie a rubinului este dată de ionii de crom, iar culoarea albastră a safirului se datorează conținutului de ioni de fier și titan. Alumina cristalină pură se numește corindon.
Într-un mediu industrial, se creează corindon artificial, rubin și safir.
Aluminiul este folosit și în medicină. Face parte din unele medicamente care au efect adsorbant, învelitor și analgezic.
Este greu de găsit o ramură a industriei moderne care să nu folosească aluminiu și compușii săi.
Există mult aluminiu în scoarța terestră: 8,6% din masă. Se clasează pe primul loc între toate metalele și pe locul trei între alte elemente (după oxigen și siliciu). Aluminiul este de două ori mai mult decât fierul și de 350 de ori mai mult decât cuprul, zincul, cromul, staniul și plumbul combinate! Așa cum a scris cu peste 100 de ani în urmă în manualul său clasic Fundamentele Chimiei DI Mendeleev, dintre toate metalele „aluminiul este cel mai răspândit în natură; este suficient să subliniem că face parte din argilă, astfel încât distribuția generală a aluminiului în scoarța terestră este clară. Aluminiul, sau metalul alaunului (alumen), se numește, prin urmare, diferit argilă, care se află în lut. "
Cel mai important mineral de aluminiu este bauxita, un amestec de oxid de bază AlO (OH) și hidroxid de Al (OH) 3. Cele mai mari zăcăminte de bauxită se găsesc în Australia, Brazilia, Guineea și Jamaica; producţia industrială se desfăşoară şi în alte ţări. Alunita (piatră de alaun) (Na, K) 2 SO 4 · Al 2 (SO 4) 3 · 4Al (OH) 3, nefelina (Na, K) 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 sunt de asemenea bogate în aluminiu. În total, sunt cunoscute peste 250 de minerale, printre care aluminiul; majoritatea sunt aluminosilicați, din care se formează în principal scoarța terestră. Când sunt afectate de intemperii, se formează argila, a cărei bază este caolinitul mineral Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Impuritățile de fier vopsesc de obicei argila maro, dar există și argilă albă - caolin, care este folosit pentru fabricare. de portelan si faianta.
Ocazional există un corindon mineral excepțional de dur (al doilea numai după diamant) - oxid cristalin Al 2 O 3, adesea colorat de impurități în diferite culori. Varietatea sa albastră (amestec de titan și fier) se numește safir, roșu (amestec de crom) - rubin. Diverse impurități pot colora așa-numitul corindon nobil și în verde, galben, portocaliu, violet și alte culori și nuanțe.
Până de curând, se credea că aluminiul, ca metal foarte activ, nu poate apărea în natură în stare liberă, dar în 1978 aluminiul nativ a fost descoperit în rocile platformei siberiei - sub formă de mustăți de numai 0,5 mm lungime (cu o grosime a filamentului de câțiva micrometri). Aluminiul nativ a fost găsit și în solul lunar adus pe Pământ din regiunile Mărilor Crizei și Abundenței. Se crede că aluminiul metalic poate fi format prin condensare dintr-un gaz. Se știe că la încălzirea halogenurilor de aluminiu - clorură, bromură, fluorură, acestea se pot evapora mai mult sau mai puțin ușor (de exemplu, AlCl 3 se sublimează deja la 180 ° C). Cu o creștere puternică a temperaturii, halogenurile de aluminiu se descompun, trecând într-o stare cu cea mai scăzută valență a metalului, de exemplu, AlCl. Când, odată cu scăderea temperaturii și absența oxigenului, un astfel de compus se condensează, în faza solidă are loc o reacție de disproporționare: unii dintre atomii de aluminiu se oxidează și trec în starea trivalentă obișnuită, iar unii se reduc. Aluminiul univalent poate fi redus doar la metal: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3. Această ipoteză este susținută și de forma filamentară a cristalelor de aluminiu nativ. Cristalele acestei structuri se formează de obicei ca urmare a creșterii rapide din faza gazoasă. Probabil, pepitele microscopice de aluminiu în solul lunar s-au format într-un mod similar.
Numele de aluminiu provine din latinescul alumen (genul aluminis). Acesta a fost numele de alaun, sulfat dublu de potasiu-aluminiu KAl (SO 4) 2 · 12H 2 O), care a fost folosit ca mordant pentru vopsirea țesăturilor. Numele latin probabil se întoarce la grecescul „halme” - saramură, saramură. Este curios că în Anglia aluminiul este aluminiu, iar în SUA este aluminiu.
În multe cărți populare despre chimie, este dată o legendă că un inventator al cărui nume nu s-a păstrat în istorie i-a adus împăratului Tiberius, care a condus Roma în anii 14–27 d.Hr., un vas din metal asemănător cu culoarea argintului, dar mai deschis. Acest dar l-a costat viața pe maestru: Tiberius a ordonat să fie executat și să fie distrus atelierul, pentru că se temea că noul metal ar putea devaloriza argintul din vistieria imperială.
Această legendă se bazează pe povestea lui Pliniu cel Bătrân, scriitor și om de știință, autor roman Istoria naturala- enciclopedii de cunoaștere a științelor naturii din cele mai vechi timpuri. Potrivit lui Pliniu, noul metal a fost obținut din „pământ argilos”. Dar argila conține aluminiu.
Autorii moderni fac aproape întotdeauna o rezervă că toată această poveste nu este altceva decât un basm frumos. Și acest lucru nu este surprinzător: aluminiul din roci este extrem de strâns legat de oxigen și este nevoie de multă energie pentru a-l elibera. Recent insa au aparut noi date cu privire la posibilitatea fundamentala de obtinere a aluminiului metalic in antichitate. După cum arată analiza spectrală, decorațiile de pe mormântul comandantului chinez Chou-Chu, care a murit la începutul secolului al III-lea. AD, realizat dintr-un aliaj, 85% aluminiu. Ar putea anticii să obțină aluminiu gratuit? Toate metodele cunoscute (electroliza, reducerea cu sodiu metalic sau potasiu) dispar automat. Ar putea fi găsit aluminiu nativ în cele mai vechi timpuri, cum ar fi pepite de aur, argint, cupru? De asemenea, acest lucru este exclus: aluminiul nativ este un mineral rar care se găsește în cantități neglijabile, astfel încât meșterii antici nu au putut găsi și colecta astfel de pepițe în cantitatea necesară.
Cu toate acestea, o altă explicație a poveștii lui Pliniu este posibilă. Aluminiul poate fi recuperat din minereuri nu numai cu ajutorul electricității și a metalelor alcaline. Există un agent reducător disponibil și utilizat pe scară largă încă din cele mai vechi timpuri - este cărbunele, cu ajutorul căruia oxizii multor metale sunt reduse la metale libere atunci când sunt încălzite. La sfârșitul anilor 1970, chimiștii germani au decis să testeze dacă ar fi putut obține aluminiu prin reducere cu cărbune în vremurile străvechi. Au încălzit un amestec de lut cu pulbere de cărbune și sare de masă sau potasiu (carbonat de potasiu) într-un creuzet de pământ până când a devenit roșu. Sarea se obținea din apa de mare, iar potasa se obținea din cenușa plantelor, pentru a se folosi doar acele substanțe și metode care erau disponibile în vremuri străvechi. După un timp, pe suprafața creuzetului a plutit zgură cu bile de aluminiu! Randamentul de metal a fost mic, dar nu este exclus ca în acest fel metalurgiștii antici să poată obține „metalul secolului al XX-lea”.
Proprietățile aluminiului.
Aluminiul pur seamănă cu culoarea argintului, este un metal foarte ușor: densitatea sa este de doar 2,7 g / cm 3. Doar metalele alcaline și alcalino-pământoase (cu excepția bariului), beriliul și magneziul sunt mai ușoare decât aluminiul. Aluminiul se topește și el ușor - la 600 ° С (un fir subțire de aluminiu poate fi topit pe un arzător obișnuit de bucătărie), dar fierbe doar la 2452 ° С. În ceea ce privește conductivitatea electrică, aluminiul se află pe locul 4, al doilea după argint ( este în primul rând), cuprul și aurul, care, având în vedere ieftinitatea aluminiului, are o mare importanță practică. Conductivitatea termică a metalelor se modifică în aceeași ordine. Conductivitatea termică ridicată a aluminiului poate fi verificată cu ușurință prin scufundarea unei linguri de aluminiu în ceai fierbinte. Și încă o proprietate remarcabilă a acestui metal: suprafața sa netedă și strălucitoare reflectă perfect lumina: de la 80 la 93% în regiunea vizibilă a spectrului, în funcție de lungimea de undă. În regiunea ultravioletă, aluminiul nu are egal în acest sens, iar doar în regiunea roșie este ușor inferior argintului (în lumina ultravioletă, argintul are o reflectivitate foarte scăzută).
Aluminiul pur este un metal destul de moale - de aproape trei ori mai moale decât cuprul, astfel încât chiar și plăcile și tijele de aluminiu relativ groase sunt ușor de îndoit, dar atunci când aluminiul formează aliaje (există un număr mare de ele), duritatea sa poate crește de zece ori.
Starea de oxidare caracteristică a aluminiului este +3, dar datorită prezenței 3 neumplute R- și 3 d-orbitali, atomii de aluminiu pot forma legături suplimentare donor-acceptor. Prin urmare, ionul Al 3+ cu rază mică este foarte predispus la complexare, formând diverse complexe cationice și anionice: AlCl 4 -, AlF 6 3–, 3+, Al (OH) 4 -, Al (OH) 6 3– , AlH 4 - și multe altele. Sunt cunoscute și complexele cu compuși organici.
Activitatea chimică a aluminiului este foarte mare; în seria potențialelor electrodului, este imediat în spatele magneziului. La prima vedere, o astfel de afirmație poate părea ciudată: la urma urmei, o tigaie sau o lingură de aluminiu este destul de stabilă în aer și nu se prăbușește în apă clocotită. Aluminiul, spre deosebire de fier, nu ruginește. Se dovedește că în aer metalul este acoperit cu o „armuire” incoloră subțire, dar puternică de oxid, care protejează metalul de oxidare. Deci, dacă introduceți un fir gros de aluminiu sau o placă de 0,5–1 mm grosime în flacăra arzătorului, atunci metalul se topește, dar aluminiul nu curge, deoarece rămâne în punga de oxid al acestuia. Dacă aluminiul este privat de pelicula protectoare sau slăbit (de exemplu, prin imersarea într-o soluție de săruri de mercur), aluminiul își va arăta imediat adevărata esență: deja la temperatura camerei va începe să reacționeze energic cu apa cu eliberarea de hidrogen. : 2Al + 6H2O® 2Al (OH)3 + 3H2. În aer, fără peliculă de protecție, aluminiul direct în fața ochilor noștri se transformă într-o pulbere de oxid liber: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3. Aluminiul este activ în special în stare fin zdrobită; atunci când este suflat într-o flacără, praful de aluminiu arde instantaneu. Dacă amestecați praf de aluminiu cu peroxid de sodiu pe o farfurie ceramică și picurați apă pe amestec, și aluminiul se aprinde și arde cu o flacără albă.
Afinitatea foarte mare a aluminiului pentru oxigen îi permite să „lueze” oxigenul din oxizii unui număr de alte metale, reducându-le (metoda aluminotermiei). Cel mai faimos exemplu este un amestec de termită, care eliberează atât de multă căldură în timpul arderii, încât fierul rezultat se topește: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Această reacție a fost descoperită în 1856 de către N.N. Beketov. În acest fel, puteți reduce la metale Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO și o serie de alți oxizi. La reducerea Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 cu aluminiu, căldura de reacție este insuficientă pentru a încălzi produsele de reacție peste punctul lor de topire.
Aluminiul se dizolvă ușor în acizi minerali diluați pentru a forma săruri. Acidul azotic concentrat, oxidând suprafața aluminiului, contribuie la îngroșarea și întărirea peliculei de oxid (așa-numita pasivare a metalului). Aluminiul tratat în acest fel nici măcar nu reacționează cu acidul clorhidric. Cu ajutorul oxidării anodice electrochimice (anodizare), pe suprafața aluminiului se poate crea o peliculă groasă, care este ușor de vopsit în diferite culori.
Deplasarea de către aluminiu a sărurilor metalice mai puțin active din soluții este adesea împiedicată de o peliculă protectoare pe suprafața aluminiului. Acest film este distrus rapid de clorura de cupru, astfel încât reacția 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu este ușoară, care este însoțită de încălzire puternică. În soluții alcaline puternice, aluminiul se dizolvă ușor cu degajarea hidrogenului: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (se formează și alți hidroxocomplecși anionici). Caracterul amfoter al compușilor de aluminiu se manifestă și prin dizolvarea ușoară în alcalii a oxidului și hidroxidului său proaspăt precipitat. Oxidul cristalin (corindon) este foarte rezistent la acizi și alcalii. La fuziunea cu alcalii se formează aluminați anhidri: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Aluminatul de magneziu Mg (AlO 2) 2 este o piatră de spinel semiprețioasă, de obicei colorată cu impurități într-o mare varietate de culori.
Reacția aluminiului cu halogenii are loc violent. Dacă se adaugă un fir subțire de aluminiu într-o eprubetă cu 1 ml de brom, atunci după o scurtă perioadă de timp aluminiul ia foc și arde cu o flacără strălucitoare. Reacția unui amestec de pulberi de aluminiu și iod este inițiată de o picătură de apă (apa cu iod formează un acid care distruge pelicula de oxid), după care apare o flacără strălucitoare cu nori de vapori de iod violet. Halogenurile de aluminiu în soluţii apoase au o reacţie acidă datorită hidrolizei: AlCl 3 + H 2 O Al (OH) Cl 2 + HCl.
Reacția aluminiului cu azotul are loc numai peste 800 ° C cu formarea de nitrură de AlN, cu sulf - la 200 ° C (se formează sulfură de Al 2 S 3), cu fosfor - la 500 ° C (se formează fosfură de AlP). Când borul este adăugat la aluminiul topit, se formează boruri din compoziția AlB 2 și AlB 12, care sunt compuși refractari care sunt rezistenți la acțiunea acizilor. Hidrura (AlH) x (x = 1,2) se formează numai în vid la temperaturi scăzute în reacția hidrogenului atomic cu vaporii de aluminiu. Stabil în absenţa umidităţii la temperatura camerei hidrura AlH 3 se obţine într-o soluţie de eter anhidru: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Cu un exces de LiH, se formează o hidrură de litiu aluminiu LiAlH 4 asemănătoare sărurilor, un agent reducător foarte puternic utilizat în sintezele organice. Se descompune instantaneu cu apa: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al (OH) 3 + 4H 2.
Primirea aluminiului.
Descoperirea documentată a aluminiului a avut loc în 1825. Pentru prima dată acest metal a fost obținut de fizicianul danez Hans Christian Oersted, când l-a izolat prin acțiunea amalgamului de potasiu asupra clorurii de aluminiu anhidru (obținut prin trecerea clorului printr-un amestec de oxid de aluminiu cu cărbune). După distilarea mercurului, Oersted a obținut totuși aluminiu contaminat cu impurități. În 1827, chimistul german Friedrich Wöhler a obținut aluminiu sub formă de pulbere prin reducerea hexafluoraluminatului cu potasiu:
Na3AlF6 + 3K® Al + 3NaF + 3KF. Mai târziu a reușit să obțină aluminiu sub formă de bile metalice lucioase. În 1854, chimistul francez Henri Etienne Saint-Clair Deville a dezvoltat prima metodă industrială de producere a aluminiului - prin reducerea topiturii de tetracloroaluminat cu sodiu: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Cu toate acestea, aluminiul a continuat să fie un metal extrem de rar și scump; nu a costat cu mult mai ieftin decât aurul și de 1.500 de ori mai scump decât fierul (acum doar de trei ori). O zdrănitoare pentru fiul împăratului francez Napoleon al III-lea a fost făcută din aur, aluminiu și pietre prețioase în anii 1850. Când un lingou mare de aluminiu, obținut printr-o nouă metodă, a fost expus la Expoziția Mondială de la Paris în 1855, a fost privit ca o bijuterie. Partea superioară (sub formă de piramidă) a Monumentului Washington din capitala Statelor Unite a fost realizată din aluminiu prețios. La acea vreme, aluminiul nu era cu mult mai ieftin decât argintul: în SUA, de exemplu, în 1856 a fost vândut la un preț de 12 dolari pe liră (454 g), iar argintul - la 15 dolari. În primul volum al faimoasa Enciclopedie Brockhaus și Efron spuneau că „aluminiul este încă folosit în primul rând pentru fabricarea... bunurilor de lux”. Până atunci, în întreaga lume erau extrase anual doar 2,5 tone de metal. Abia până la sfârșitul secolului al XIX-lea, când a fost dezvoltată metoda electrolitică de producere a aluminiului, producția sa anuală a început să se ridice la mii de tone, iar în secolul al XX-lea. - milioane de tone. Acest lucru a făcut din aluminiu un metal semiprețios disponibil pe scară largă.
Metoda modernă de producere a aluminiului a fost descoperită în 1886 de tânărul cercetător american Charles Martin Hall. În copilărie a devenit interesat de chimie. După ce a găsit vechiul manual de chimie al tatălui său, a început să-l studieze cu sârguință, precum și să experimenteze, odată ce a primit chiar o mustrare de la mama lui pentru că a deteriorat fața de masă. Și 10 ani mai târziu, a făcut o descoperire extraordinară care l-a făcut celebru în întreaga lume.
Devenind student la vârsta de 16 ani, Hall a auzit de la profesorul său, F.F. Duett, că dacă cineva ar putea dezvolta o modalitate ieftină de a obține aluminiu, atunci această persoană nu numai că ar face un mare serviciu umanității, ci ar face și o avere uriașă. Juett știa ce spune: se antrenase anterior în Germania, lucrase pentru Wöhler, discutase cu el problemele obținerii aluminiului. Jewett a adus cu el în America o mostră din metalul rar, pe care le-a arătat studenților săi. Brusc, Hall a anunțat cu voce tare: „Voi lua acest metal!”
Munca grea a continuat timp de șase ani. Hall a încercat să obțină aluminiu prin diverse metode, dar fără rezultat. În cele din urmă, a încercat să extragă acest metal prin electroliză. Pe atunci nu existau centrale electrice, curentul trebuia obtinut cu ajutorul unor baterii mari de casa din carbune, zinc, acizi nitric si sulfuric. Hall a lucrat într-un hambar, unde a înființat un mic laborator. A fost ajutat de sora lui Julia, care era foarte interesată de experimentele fratelui ei. Ea i-a păstrat toate scrisorile și jurnalele de lucru, care permit literalmente în timpul zilei să urmărească istoria descoperirii. Iată un fragment din memoriile ei:
„Charles a fost întotdeauna într-o dispoziție bună și chiar și în cele mai rele zile a fost capabil să râdă de soarta inventatorilor nefericiți. În orele de eșec, și-a găsit alinare la vechiul nostru pian. În laboratorul său de acasă a lucrat multe ore fără întrerupere; iar când putea părăsi instalația o vreme, se repezi prin toată casa noastră lungă să se joace puțin... Știam că, jucându-mă cu atât de farmec și simțire, se gândește constant la munca lui. Iar muzica l-a ajutat cu asta.”
Cea mai dificilă parte a fost alegerea unui electrolit și protejarea aluminiului de oxidare. După șase luni de travaliu epuizant, în creuzet au apărut în sfârșit câteva bile mici argintii. Hall a alergat imediat la fostul său profesor pentru a vorbi despre succesul său. „Domnule profesor, am înțeles!” a exclamat el, întinzându-și mâna: o duzină de bile mici de aluminiu zăceau în palmă. Acest lucru s-a întâmplat la 23 februarie 1886. Și exact două luni mai târziu, la 23 aprilie a aceluiași an, francezul Paul Héroux a luat un brevet pentru o invenție similară, pe care a realizat-o independent și aproape simultan (sunt izbitoare și alte două coincidențe: ambele Hall și Héroux s-au născut în 1863 și au murit în 1914).
Primele margele de aluminiu ale lui Hall sunt acum deținute ca moștenire națională de către compania americană de aluminiu din Pittsburgh, iar monumentul lui Hall este turnat în aluminiu la colegiul său. Ulterior, Juett a scris: „Cea mai importantă descoperire a mea a fost descoperirea omului. Charles M. Hall a fost cel care, la vârsta de 21 de ani, a descoperit o modalitate de a recupera aluminiul din minereu și, astfel, a făcut din aluminiu minunatul metal care este acum utilizat pe scară largă în întreaga lume. " Profeția lui Jewett s-a împlinit: Hall a primit o largă recunoaștere, a devenit membru de onoare al multor societăți științifice. Dar nu a reușit în viața personală: mireasa nu a vrut să se împace cu faptul că mirele ei își petrece tot timpul în laborator și a rupt logodna. Hall și-a găsit mângâiere în colegiul său de acasă, unde a lucrat pentru tot restul vieții. După cum a scris fratele lui Charles, „Colegiul a fost soția și copiii lui și toți ceilalți – toată viața lui”. Hall a lăsat moștenire cea mai mare parte din moștenirea sa colegiului - 5 milioane de dolari. Hall a murit de leucemie la vârsta de 51 de ani.
Metoda lui Hall a făcut posibilă producerea de aluminiu relativ ieftin la scară largă folosind electricitate. Dacă din 1855 până în 1890 s-au obținut doar 200 de tone de aluminiu, atunci în următorul deceniu, conform metodei Hall, 28.000 de tone din acest metal au fost deja obținute în toată lumea! Până în 1930, producția mondială de aluminiu a ajuns la 300 de mii de tone. Acum, peste 15 milioane de tone de aluminiu sunt produse anual. În băi speciale la o temperatură de 960–970 ° C, o soluție de alumină (tehnică Al 2 O 3) în criolitul topit Na 3 AlF 6 este supusă electrolizei, care este parțial extrasă ca mineral și parțial sintetizată special. Aluminiul lichid se acumulează în fundul băii (catod), oxigenul este eliberat la anozii de carbon, care se ard treptat. La tensiune joasă (aproximativ 4,5 V), electrolizatoarele consumă curenți uriași - până la 250.000 A! Un electrolizor produce aproximativ o tonă de aluminiu pe zi. Producția necesită cheltuieli mari de energie electrică: pentru a obține 1 tonă de metal se cheltuiesc 15.000 de kilowați-oră de energie electrică. Această cantitate de energie electrică este consumată de o clădire mare de 150 de apartamente pentru o lună întreagă. Producția de aluminiu este periculoasă pentru mediu, deoarece aerul este poluat de compuși volatili de fluor.
Utilizarea aluminiului.
Chiar și DI Mendeleev a scris că „aluminiul metalic, având o mare ușurință și rezistență și o variabilitate redusă în aer, este foarte potrivit pentru unele produse”. Aluminiul este unul dintre cele mai răspândite și mai ieftine metale. Este dificil să ne imaginăm viața modernă fără ea. Nu e de mirare că aluminiul este numit metalul secolului al XX-lea. Se pretează bine la prelucrare: forjare, ștanțare, laminare, trefilare, presare. Aluminiul pur este un metal destul de moale; este folosit pentru a face fire electrice, părți structurale, folie alimentară, ustensile de bucătărie și vopsea „argintie”. Acest metal frumos și ușor este utilizat pe scară largă în construcții și inginerie aeronautică. Aluminiul reflectă foarte bine lumina. Prin urmare, este utilizat pentru fabricarea oglinzilor - prin metoda depunerii metalului în vid.
În aeronave și inginerie mecanică, la fabricarea structurilor de construcții se folosesc aliaje de aluminiu mult mai dure. Unul dintre cele mai cunoscute este un aliaj de aluminiu cu cupru și magneziu (duralumin, sau pur și simplu „duralumin”; numele provine de la orașul german Duren). După călire, acest aliaj capătă o duritate deosebită și devine de aproximativ 7 ori mai puternic decât aluminiul pur. În același timp, este de aproape trei ori mai ușor decât fierul. Se obține prin aliarea aluminiului cu mici adaosuri de cupru, magneziu, mangan, siliciu și fier. Siluminile sunt larg răspândite - turnarea aliajelor de aluminiu cu siliciu. De asemenea, sunt produse aliaje de înaltă rezistență, criogenice (rezistente la îngheț) și rezistente la căldură. Straturile de protecție și decorative se aplică cu ușurință pe produsele din aliaje de aluminiu. Ușurința și rezistența aliajelor de aluminiu sunt deosebit de utile în ingineria aeronautică. De exemplu, elicele elicopterelor sunt realizate dintr-un aliaj de aluminiu, magneziu și siliciu. Bronzul de aluminiu relativ ieftin (până la 11% Al) are proprietăți mecanice ridicate, este stabil în apa de mare și chiar în acid clorhidric diluat. Din 1926 până în 1957, în URSS au fost bătute monede cu valori de 1, 2, 3 și 5 copeici din bronz aluminiu.
În prezent, un sfert din tot aluminiul este folosit pentru construcții, aceeași cantitate este consumată de ingineria transporturilor, aproximativ 17% este cheltuită pe materiale de ambalare și conserve, 10% - în inginerie electrică.
Multe amestecuri combustibile și explozive conțin și aluminiu. Alumotol, un amestec turnat de TNT cu pulbere de aluminiu, este unul dintre cei mai puternici explozivi industriali. Ammonalul este un exploziv format din nitrat de amoniu, trinitrotoluen și pulbere de aluminiu. Compozițiile incendiare conțin aluminiu și un agent oxidant - nitrat, perclorat. Compozițiile pirotehnice „Zvezdochka” conțin, de asemenea, pulbere de aluminiu.
Un amestec de pulbere de aluminiu cu oxizi metalici (termita) se foloseste la obtinerea anumitor metale si aliaje, pentru sudarea sinelor, si in munitia incendiara.
Aluminiul a găsit, de asemenea, o utilizare practică ca combustibil pentru rachete. Pentru arderea completă a 1 kg de aluminiu, este necesar de aproape patru ori mai puțin oxigen decât pentru 1 kg de kerosen. În plus, aluminiul poate fi oxidat nu numai de oxigenul liber, ci și de oxigenul legat, care face parte din apă sau dioxid de carbon. Când aluminiul este „ars” în apă, se eliberează 8800 kJ la 1 kg de produse; aceasta este de 1,8 ori mai puțin decât atunci când ardeți metalul în oxigen pur, dar de 1,3 ori mai mult decât atunci când ardeți în aer. Aceasta înseamnă că apa plată poate fi folosită în locul compușilor periculoși și scumpi ca agent oxidant pentru un astfel de combustibil. Ideea utilizării aluminiului ca combustibil a fost propusă încă din 1924 de către omul de știință și inventatorul autohton F.A. Tsander. Conform planului său, este posibil să se utilizeze elementele de aluminiu ale navei spațiale ca combustibil suplimentar. Acest proiect îndrăzneț nu a fost încă implementat practic, dar majoritatea combustibililor solizi cunoscuți în prezent pentru rachete conțin aluminiu metalic sub formă de pulbere fin divizată. Adăugarea a 15% aluminiu la combustibil poate crește temperatura produselor de ardere cu o mie de grade (de la 2200 la 3200 K); Viteza de ieșire a produselor de ardere din duza motorului crește, de asemenea, considerabil - principalul indicator de energie care determină eficiența combustibilului pentru rachete. În acest sens, doar litiul, beriliul și magneziul pot concura cu aluminiul, dar toate sunt mult mai scumpe decât aluminiul.
Compușii de aluminiu sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă. Oxidul de aluminiu este un material refractar și abraziv (smirghel), o materie primă pentru producerea ceramicii. De asemenea, este folosit pentru realizarea de materiale laser, rulmenți pentru ceasuri, pietre de bijuterii (rubine artificiale). Oxidul de aluminiu calcinat este un adsorbant pentru curățarea gazelor și lichidelor și un catalizator pentru o serie de reacții organice. Clorura de aluminiu anhidră este un catalizator în sinteza organică (reacția Friedel - Crafts), o materie primă pentru producerea de aluminiu de înaltă puritate. Sulfatul de aluminiu este folosit pentru purificarea apei; reacționând cu bicarbonatul de calciu conținut în acesta:
Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO (OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, formează fulgi de oxid-hidroxid care, la decantare, captează și de asemenea se sorbesc la suprafață. cele din impurități în suspensie și chiar microorganisme în apă. În plus, sulfatul de aluminiu este folosit ca mordant pentru vopsirea țesăturilor, pentru tăbăcirea pielii, conservarea lemnului și dimensionarea hârtiei. Aluminatul de calciu este o componentă a lianților, inclusiv a cimentului Portland. Granatul de ytriu aluminiu (YAG) YAlO 3 este un material laser. Nitrura de aluminiu este un material refractar pentru cuptoarele electrice. Zeoliții sintetici (aparțin aluminosilicaților) sunt adsorbanți în cromatografie și catalizatori. Compușii organoaluminiu (de exemplu, trietilaluminiu) sunt componente ale catalizatorilor Ziegler-Natta, care sunt utilizați pentru sinteza polimerilor, inclusiv cauciucul sintetic de înaltă calitate.
Ilya Leenson
Literatură:
Tihonov V.N. Chimia analitică a aluminiului... M., „Știință”, 1971
Biblioteca populară de elemente chimice... M., „Știință”, 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall și metalul său. J.Chem.Educ... 1986, voi. 63, nr 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall și Marea Revoluție a Aluminiului... J. Chem. Education.1987, vol. 64, nr 8
Fiind cel mai ușor și mai ductil metal, are o gamă largă de utilizări. Este rezistent la coroziune, are o conductivitate electrică ridicată și poate tolera cu ușurință fluctuațiile bruște de temperatură. O altă caracteristică este, la contactul cu aerul, apariția pe suprafața acestuia a unei pelicule speciale care protejează metalul.
Toate acestea, precum și alte caracteristici, au servit utilizării sale active. Așa că haideți să aflăm mai detaliat care sunt aplicațiile aluminiului.
Acest metal structural este larg răspândit. În special, cu utilizarea sa au început să funcționeze construcția de avioane, rachetele, industria alimentară și fabricarea de vase. Datorită caracteristicilor sale, aluminiul îmbunătățește manevrabilitatea navelor datorită greutății sale mai mici.
Structurile din aluminiu sunt în medie cu 50% mai ușoare decât produsele similare din oțel.
De asemenea, trebuie menționat capacitatea metalului de a conduce curentul. Această caracteristică l-a făcut principalul concurent. Este utilizat în mod activ în producția de microcircuite și în domeniul microelectronicii în general.
Cele mai populare utilizări sunt:
- Fabricarea aeronavelor: pompe, motoare, carcase și alte elemente;
- Rachete: ca componentă combustibilă a combustibilului pentru rachete;
- Constructii navale: carene si suprastructuri de punte;
- Electronica: fire, cabluri, redresoare;
- Productie de aparare: mitraliere, tancuri, avioane, diverse instalatii;
- Constructii: scari, rame, decor;
- Zona feroviară: rezervoare pentru produse petroliere, piese, cadre pentru vagoane;
- Auto: bare de protecție, radiatoare;
- Viața de zi cu zi: folie, vase, oglinzi, electrocasnice mici;
Utilizarea sa pe scară largă se explică prin avantajele metalului, dar are și un dezavantaj semnificativ - are o rezistență scăzută. Pentru a o minimiza, metalului se adaugă și magneziu.
După cum ați înțeles deja, aluminiul și compușii săi sunt utilizați în principal în inginerie electrică (și pur și simplu în tehnologie), viața de zi cu zi, industrie, inginerie mecanică, aviație. Acum vom vorbi despre utilizarea metalului aluminiu în construcții.
Acest videoclip vă va spune despre utilizarea aluminiului și a aliajelor sale:
Utilizare în construcții
Utilizarea aluminiului de către oameni în domeniul construcțiilor se datorează rezistenței sale la coroziune. Acest lucru face posibilă realizarea de structuri din acesta care sunt planificate pentru a fi utilizate în medii agresive, precum și în aer liber.
Materiale pentru acoperișuri
Aluminiul este utilizat în mod activ pentru. Acest material din tablă, pe lângă caracteristicile decorative bune, portante și de închidere, se distinge și prin costul său accesibil în comparație cu alte materiale de acoperiș. Mai mult, un astfel de acoperiș nu necesită inspecție sau reparație preventivă, iar durata de viață a acestuia depășește multe materiale existente.
Când adăugați alte metale la aluminiu pur, puteți obține absolut orice caracteristică decorativă. Acest tip de acoperiș vă permite să aveți o gamă largă de culori care se potrivesc perfect în stilul general.
Cercevele ferestre
Puteți găsi aluminiu printre stâlpi și cercevele ferestre. Dacă este folosit într-un scop similar, atunci se va arăta ca un material nesigur și de scurtă durată.
Oțelul, pe de altă parte, se va coroda rapid, va avea o greutate mare de legare și va provoca inconveniente la deschidere. La rândul lor, structurile din aluminiu nu prezintă astfel de dezavantaje.
Videoclipul de mai jos vă va spune despre proprietățile și utilizarea aluminiului:
Panouri de perete
Panourile din aluminiu sunt realizate din aliaje ale acestui metal și sunt folosite pentru decorarea exterioară a caselor. Ele pot fi sub formă de foi convenționale ștanțate sau panouri de închidere gata făcute, constând din foi, izolație și placare. In orice caz, ele pastreaza caldura in interiorul casei cat mai mult posibil si, fiind usoare, nu suporta o sarcina pe fundatie.
Aluminiul este un element al subgrupului principal al grupei III, a treia perioadă, cu număr atomic 13. Aluminiul este un element p. Nivelul de energie extern al atomului de aluminiu conține 3 electroni, care au o configurație electronică 3s 2 3p 1. Aluminiul prezintă o stare de oxidare de +3.
Aparține grupului de metale ușoare. Cel mai comun metal și al treilea element chimic cel mai răspândit din scoarța terestră (după oxigen și siliciu).
O substanță simplă aluminiul este un metal ușor, paramagnetic, de culoare alb-argintiu, ușor accesibil la formare, turnare, prelucrare. Aluminiul are o conductivitate termică și electrică ridicată, rezistență la coroziune datorită formării rapide a peliculelor puternice de oxid care protejează suprafața de interacțiuni ulterioare.
Proprietățile chimice ale aluminiului
În condiții normale, aluminiul este acoperit cu o peliculă de oxid subțire și puternică și, prin urmare, nu reacționează cu oxidanții clasici: cu H 2 O (t °); O 2, HNO 3 (fără încălzire). Din acest motiv, aluminiul practic nu este supus coroziunii și, prin urmare, este solicitat pe scară largă de industria modernă. Când pelicula de oxid se descompune, aluminiul acționează ca un metal reducător activ.
1. Aluminiul reacționează ușor cu substanțe simple nemetalice:
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3,
2Al + 3 Br 2 = 2AlBr 3
2Al + N2 = 2AlN
2Al + 3S = Al2S3
4Al + 3C = Al4C3
Sulfura și carbura de aluminiu sunt complet hidrolizate:
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3H 2 S
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al (OH) 3 + 3CH 4
2. Aluminiul reacţionează cu apa
(după îndepărtarea filmului protector de oxid):
2Al + 6H20 = 2Al (OH)3 + 3H2
3. Aluminiul reacţionează cu alcalii
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
2 (NaOH H2O) + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2
În primul rând, filmul protector de oxid se dizolvă: Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na.
Apoi au loc reacțiile: 2Al + 6H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3H 2, NaOH + Al (OH) 3 = Na,
sau în total: 2Al + 6H2O + 2NaOH = Na + 3H2,
și, ca urmare, se formează aluminați: Na - tetrahidroxoaluminat de sodiu Deoarece numărul de coordonare 6, nu 4, este caracteristic atomului de aluminiu din acești compuși, formula reală a compușilor tetrahidroxo este următoarea: Na
4. Aluminiul se dizolvă ușor în acizi clorhidric și sulfuric diluat:
2Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2
2Al + 3H2SO4 (diluat) = Al2(SO4)3 + 3H2
Când este încălzit, se dizolvă în acizi – agenţi oxidanţi formarea de săruri solubile de aluminiu:
8Al + 15H 2 SO 4 (conc) = 4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O
Al + 6HNO 3 (conc) = Al (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
5. Aluminiul reduce metalele din oxizii lor (aluminotermie):
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe
2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr
Secțiunea 1. Numele și istoria descoperirii aluminiului.
Secțiunea 2. Caracteristici generale aluminiu, proprietati fizice si chimice.
Secțiunea 3. Obținerea pieselor turnate din aliaje de aluminiu.
Secțiunea 4. Aplicare aluminiu.
Aluminiu Este un element al subgrupului principal al celui de-al treilea grup, a treia perioadă a sistemului periodic de elemente chimice al lui DI Mendeleev, cu număr atomic 13. Este desemnat prin simbolul Al. Aparține grupului de metale ușoare. Cel mai comun metalși al treilea element chimic cel mai abundent din scoarța terestră (după oxigen și siliciu).
Substanță simplă aluminiu (număr CAS: 7429-90-5) - ușoară, paramagnetică metal alb-argintiu, ușor de format, turnat, mașină. Aluminiul are o conductivitate termică și electrică ridicată, rezistență la coroziune datorită formării rapide a peliculelor puternice de oxid care protejează suprafața de interacțiuni ulterioare.
Realizările industriei în orice societate dezvoltată sunt invariabil asociate cu progresele în tehnologia materialelor structurale și aliajelor. Calitatea prelucrării și productivitatea articolelor comerciale de fabricație sunt cei mai importanți indicatori ai nivelului de dezvoltare a statului.
Materialele utilizate în structurile moderne, pe lângă caracteristicile de înaltă rezistență, trebuie să aibă un set de proprietăți precum rezistența crescută la coroziune, rezistența la căldură, conductivitatea termică și conductibilitatea electrică, refractaritatea, precum și capacitatea de a menține aceste proprietăți în condiții de lungă durată. -funcţionare pe termen sub sarcină.
Dezvoltarile stiintifice si procesele de productie in domeniul turnatoriei de metale neferoase din tara noastra corespund realizarilor avansate ale progresului stiintific si tehnologic. Rezultatul lor, în special, a fost crearea unor ateliere moderne de turnare la rece și turnare sub presiune la uzina de automobile Volzhsky și la o serie de alte întreprinderi. La uzina de motoare Zavolzhsky, mașinile mari de turnat prin injecție funcționează cu succes cu o forță de blocare a matriței de 35 MN, care produce blocuri de cilindri din aliaje de aluminiu pentru mașina Volga.
Uzina de motor din Altai a stăpânit o linie automatizată pentru producția de piese turnate prin turnare prin injecție. În Uniunea Republicilor Sovietice Socialiste (), pentru prima dată în lume, s-a dezvoltat și stăpânit proces turnarea continuă a lingourilor de aliaj de aluminiu într-o matriță electromagnetică. Această metodă îmbunătățește semnificativ calitatea lingourilor și reduce cantitatea de deșeuri sub formă de așchii în timpul turnării acestora.
Numele și istoria descoperirii aluminiului
Aluminiu latin provine din latinescul alumen, adică alaun (sulfat de aluminiu și potasiu (K) KAl (SO4) 2 · 12H2O), care au fost de multă vreme folosite în îmbrăcămintea pielii și ca astringent. Al, un element chimic din grupa III a tabelului periodic, numărul atomic 13, masa atomică 26, 98154. Datorită activității chimice ridicate, descoperirea și izolarea aluminiului pur a durat aproape 100 de ani. Concluzia că „” (o substanță refractară, într-un mod modern - oxid de aluminiu) poate fi obținut din alaun a fost făcută încă din 1754. chimistul german A. Margrave. Mai târziu s-a dovedit că același „pământ” poate fi extras din lut și a ajuns să se numească alumină. El a putut obține aluminiu metalic abia în 1825. Fizicianul danez H.K. Oersted. A tratat clorură de aluminiu AlCl3, care poate fi obținută din alumină, cu amalgam de potasiu (un aliaj de potasiu (K) cu mercur (Hg)), iar după distilarea mercurului (Hg), a izolat pulbere de aluminiu gri.
Doar un sfert de secol mai târziu, această metodă a fost ușor modernizată. Chimistul francez A.E. Saint-Claire Deville a propus în 1854 utilizarea sodiului metalic (Na) pentru producția de aluminiu și a obținut primele lingouri din noul metal. Costul aluminiului era atunci foarte mare, iar din el se făceau bijuterii.
O metodă industrială de producere a aluminiului prin electroliza unei topituri de amestecuri complexe, inclusiv oxid, fluorură de aluminiu și alte substanțe, a fost dezvoltată independent în 1886 de P. Erouh () și C. Hall (SUA). Producția de aluminiu este asociată cu un cost ridicat al energiei electrice, așa că a fost implementat pe scară largă abia în secolul al XX-lea. V Uniunea Republicilor Sovietice Socialiste (CCCP) primul aluminiu industrial a fost produs la 14 mai 1932 la uzina de aluminiu Volhov, construită în apropierea hidrocentralei Volhov.
Aluminiul cu o puritate de peste 99, 99% a fost obținut pentru prima dată prin electroliză în 1920. În 1925 în muncă Edwards a publicat câteva informații despre proprietățile fizice și mecanice ale unui astfel de aluminiu. În 1938. Taylor, Wheeler, Smith și Edwards au publicat un articol în care sunt date unele dintre proprietățile aluminiului cu o puritate de 99, 996%, obținute în Franța tot prin electroliză. Prima ediție a monografiei despre proprietățile aluminiului a fost publicată în 1967.
În anii următori, datorită ușurinței comparative de preparare și proprietăților atractive, multe lucrări despre proprietățile aluminiului. Aluminiul pur este utilizat pe scară largă în special în electronică - de la condensatoare electrolitice până la vârful ingineriei electronice - microprocesoare; în crioelectronică, criomagnetică.
Metodele mai noi de obținere a aluminiului pur sunt metoda de purificare a zonei, cristalizarea din amalgame (aliaje de aluminiu cu mercur) și separarea din soluții alcaline. Puritatea aluminiului este controlată de rezistența electrică la temperaturi scăzute.
Caracteristicile generale ale aluminiului
Aluminiul natural constă dintr-un nuclid 27Al. Configurația stratului exterior de electroni este 3s2p1. În aproape toți compușii, starea de oxidare a aluminiului este +3 (valența III). Raza atomului neutru de aluminiu este de 0,143 nm, raza ionului Al3 + este de 0,057 nm. Energiile de ionizare secvențială ale unui atom neutru de aluminiu sunt 5, 984, 18, 828, 28, 44 și, respectiv, 120 eV. Pe scara Pauling, electronegativitatea aluminiului este 1, 5.
Aluminiul este moale, ușor, alb-argintiu, a cărui rețea cristalină este cubică centrată pe față, parametrul a = 0, 40403 nm. Punctul de topire al metalului pur este de 660 ° C, punctul de fierbere este de aproximativ 2450 ° C, densitatea este de 2,6989 g / cm3. Coeficientul de temperatură al expansiunii liniare a aluminiului este de aproximativ 2,5 · 10-5 K-1.
Aluminiul chimic este un metal destul de activ. În aer, suprafața sa este acoperită instantaneu cu o peliculă densă de oxid de Al2O3, care împiedică accesul suplimentar al oxigenului (O) la metal și duce la încetarea reacției, ceea ce determină proprietățile anticorozive ridicate ale aluminiului. O peliculă de suprafață de protecție pe aluminiu se formează și atunci când este plasată în acid azotic concentrat.
Aluminiul reacționează activ cu alți acizi:
6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3Н2SO4 + 2Al = Al2 (SO4) 3 + 3H2.
Interesant este că reacția dintre pulberile de aluminiu și iod (I) începe la temperatura camerei, dacă la amestecul inițial se adaugă câteva picături de apă, care în acest caz joacă rolul unui catalizator:
2Al + 3I2 = 2AlI3.
Interacțiunea aluminiului cu sulful (S) atunci când este încălzit duce la formarea sulfurei de aluminiu:
2Al + 3S = Al2S3,
care este ușor biodegradabil:
Al2S3 + 6H2O = 2Al (OH)3 + 3H2S.
Aluminiul nu interacționează direct cu hidrogenul (H), cu toate acestea, indirect, de exemplu, folosind compuși organoaluminiu, este posibil să se sintetizeze hidrură de aluminiu polimer solid (AlH3) x - cel mai puternic agent reducător.
Sub formă de pulbere, aluminiul poate fi ars în aer și se formează o pulbere refractară albă de oxid de aluminiu Al2O3.
Rezistența ridicată a legăturii în Al2O3 determină căldura ridicată a formării sale din substanțe simple și capacitatea aluminiului de a reduce multe metale din oxizii lor, de exemplu:
3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe și chiar
3СаО + 2Al = Al2О3 + 3Са.
Această metodă de obținere a metalelor se numește aluminotermie.
Fiind în natură
În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, aluminiul ocupă primul loc între metale și al treilea între toate elementele (după oxigen (O) și siliciu (Si)), el reprezintă aproximativ 8,8% din masa scoarței terestre. Aluminiul este inclus într-un număr mare de minerale, în principal aluminosilicați și roci. Compușii de aluminiu conțin granite, bazalți, argile, feldspați etc. Dar iată paradoxul: cu un număr imens minerale iar rocile care conțin aluminiu, depozitele de bauxită - principala materie primă pentru producția industrială a aluminiului, sunt destul de rare. În Federația Rusă, există zăcăminte de bauxită în Siberia și Urali. Alunitele și nefelinele sunt, de asemenea, de importanță industrială. Ca oligoelement, aluminiul este prezent în țesuturile plantelor și animalelor. Există organisme - concentratoare care acumulează aluminiu în organele lor - niște pepeni, moluște.
Producția industrială: la indicele producției industriale, bauxita este supusă mai întâi unei prelucrări chimice, eliminând din ele impuritățile de oxizi de siliciu (Si), fier (Fe) și alte elemente. În urma unei astfel de prelucrări, se obține oxid de aluminiu pur Al2O3 - principalul în producția de metal prin electroliză. Cu toate acestea, datorită faptului că punctul de topire al Al2O3 este foarte mare (mai mult de 2000 ° C), nu este posibil să se utilizeze topitura sa pentru electroliză.
Oamenii de știință și inginerii au găsit o cale de ieșire în cele ce urmează. Criolitul Na3AlF6 este mai întâi topit în baia de electroliză (temperatura de topire este puțin sub 1000 ° C). Criolitul poate fi obținut, de exemplu, prin prelucrarea nefelinelor din Peninsula Kola. Apoi, la această topitură se adaugă puțin Al2O3 (până la 10% în greutate) și alte substanțe, care îmbunătățesc condițiile ulterioare. proces... În timpul electrolizei acestei topituri, oxidul de aluminiu se descompune, criolitul rămâne în topitură, iar la catod se formează aluminiu topit:
2Al2O3 = 4Al + 3O2.
Aliaje de aluminiu
Majoritatea elementelor metalice sunt aliate cu aluminiu, dar doar câteva dintre ele joacă rolul principalelor componente de aliere în aliajele industriale de aluminiu. Cu toate acestea, un număr semnificativ de elemente sunt utilizate ca aditivi pentru a îmbunătăți proprietățile aliajelor. Cele mai utilizate pe scară largă:
Se adaugă beriliu pentru a reduce oxidarea la temperaturi ridicate. Mici adaosuri de beriliu (0,01-0,05%) sunt utilizate în aliajele de turnare de aluminiu pentru a îmbunătăți fluiditatea în producția de piese pentru motoarele cu ardere internă (piston, chiulasa).
Borul este introdus pentru a crește conductivitatea electrică și ca aditiv de rafinare. Borul este adăugat aliajelor de aluminiu utilizate în energia nucleară (cu excepția pieselor de reactor), deoarece absoarbe neutronii, împiedicând răspândirea radiațiilor. Borul este introdus în medie în cantitate de 0, 095 - 0, 1%.
Bismut. Metalele cu punct de topire scăzut, cum ar fi bismutul, cadmiul sunt adăugate aliajelor de aluminiu pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea. Aceste elemente formează faze moi cu topire scăzută, care contribuie la fragilitatea așchiilor și la lubrifierea tăietorului.
Galiul este adăugat în cantitate de 0,01 - 0,1% aliajelor, din care sunt fabricați în continuare anozi consumabili.
Fier... În cantități mici (»0,04%) este introdus în fabricarea firelor pentru a crește rezistența și a îmbunătăți caracteristicile de fluaj. Același fel fier Reduce aderența la pereții matriței în timpul turnării la rece.
Indiu. Aditiv 0, 05 - 0, 2% întărește aliajele de aluminiu cu îmbătrânire, în special cu un conținut scăzut de cupru. Aditivii de indiu sunt utilizați în aliajele pentru rulmenți aluminiu-cadmiu.
Se adaugă aproximativ 0,3% cadmiu pentru a crește rezistența și a îmbunătăți proprietățile de coroziune ale aliajelor.
Calciul conferă plasticitate. Cu un conținut de calciu de 5%, aliajul are un efect de superplasticitate.
Siliciul este aditivul cel mai frecvent utilizat la turnarea aliajelor. În cantitate de 0, 5 - 4% reduce tendința de formare a fisurilor. Combinația de siliciu și magneziu face posibilă etanșarea la căldură a aliajului.
Magneziu. Adăugarea de magneziu crește semnificativ rezistența fără a reduce ductilitatea, crește sudabilitatea și crește rezistența la coroziune a aliajului.
Cupruîntărește aliajele, întărirea maximă se realizează atunci când conținutul cuprum 4 - 6%. Aliajele de cupru sunt utilizate în producția de pistoane pentru motoarele cu ardere internă, piese turnate de înaltă calitate pentru avioane.
Staniuîmbunătățește performanța de tăiere.
Titan. Sarcina principală a titanului din aliaje este rafinarea cerealelor în piese turnate și lingouri, ceea ce crește foarte mult rezistența și uniformitatea proprietăților pe tot volumul.
Deși este considerat unul dintre cele mai puțin nobile metale industriale, aluminiul este destul de stabil în multe medii oxidante. Motivul acestui comportament este prezența unei pelicule de oxid continuu pe suprafața de aluminiu, care se reformează imediat pe zonele curățate atunci când este expus la oxigen, apă și alți oxidanți.
În cele mai multe cazuri, topirea se realizează în aer. Dacă interacțiunea cu aerul este limitată de formarea de compuși insolubili în topitură de la suprafață și filmul rezultat al acestor compuși încetinește semnificativ interacțiunea ulterioară, atunci de obicei nu se iau măsuri pentru a suprima o astfel de interacțiune. În acest caz, topirea se realizează prin contact direct al topiturii cu atmosfera. Acest lucru se realizează la prepararea majorității aliajelor de aluminiu, zinc, staniu - plumb.
Spațiul în care are loc topirea aliajelor este limitat de o căptușeală refractară capabilă să reziste la temperaturi de 1500 - 1800 ˚С. Toate procesele de topire implică faza gazoasă, care se formează în timpul arderii combustibilului, interacționând cu mediul și căptușeala unității de topire etc.
Majoritatea aliajelor de aluminiu sunt foarte rezistente la coroziune în atmosfera naturală, apa de mare, soluții de multe săruri și substanțe chimice și în majoritatea produselor alimentare. Structurile din aliaj de aluminiu sunt adesea folosite în apa de mare. Geamanduri marine, bărci de salvare, nave, șlepuri sunt construite din aliaje de aluminiu din 1930. În prezent, lungimea carenelor navelor din aliaje de aluminiu ajunge la 61 m. Există experiență cu conductele subterane din aluminiu, aliajele de aluminiu sunt foarte rezistente la coroziunea solului. . În 1951, în Alaska a fost construită o conductă lungă de 2,9 km. După 30 de ani de funcționare, nu a fost găsită nicio scurgere sau daune grave de coroziune.
Aluminiul este utilizat pe scară largă în construcții sub formă de panouri de placare, uși, rame de ferestre și cabluri electrice. Aliajele de aluminiu nu sunt supuse unei coroziuni severe mult timp in contact cu betonul, mortarul, tencuiala, mai ales daca structurile nu sunt expuse la umeziri frecvente. Cu umezire frecventă, dacă suprafața de aluminiu obiecte comerciale nu a fost prelucrat în continuare, se poate înnegri, până la înnegrire în orașele industriale cu un conținut ridicat de oxidanți în aer. Pentru a evita acest lucru, se produc aliaje speciale pentru obținerea suprafețelor lucioase prin anodizare lucioasă - aplicarea unei pelicule de oxid pe suprafața metalică. În acest caz, suprafața poate primi o varietate de culori și nuanțe. De exemplu, aliajele aluminiu-siliciu oferă o gamă de nuanțe de la gri la negru. Aliajele de aluminiu cu crom au culoarea aurie.
Aluminiul industrial se produce sub forma a doua tipuri de aliaje - turnatorie, din care piese sunt realizate prin turnare, si deformare - aliaje produse sub forma de semifabricate deformabile - table, folie, placi, profile, sarma. Piesele turnate din aliaje de aluminiu sunt produse prin toate metodele de turnare posibile. Cel mai răspândit sub presiune, în forme chill și în forme nisipos-argilacee. Când se fac partide politice mici, se folosește turnareîn forme combinate de ipsos și turnare pe ceara pierdută. Aliajele de turnare sunt folosite pentru a face rotoare turnate ale motoarelor electrice, piese turnate de aeronave etc. Aliajele deformabile sunt folosite în industria auto pentru decorațiuni interioare, bare de protecție, panouri de caroserie și piese interioare; în construcții ca material de finisare; în aeronave etc.
V industrie se mai folosesc pulberi de aluminiu. Folosit în metalurgie industrie: în aluminotermie, ca aditivi de aliere, pentru fabricarea semifabricatelor prin presare și sinterizare. Această metodă produce piese foarte durabile (dințate, bucșe etc.). De asemenea, pulberile sunt folosite în chimie pentru a obține compuși de aluminiu și ca catalizator(de exemplu, în producția de etilenă și acetonă). Având în vedere reactivitatea ridicată a aluminiului, în special sub formă de pulbere, acesta este utilizat în explozivi și propulsori solizi pentru rachete, folosindu-și proprietatea de a se aprinde rapid.
Având în vedere rezistența ridicată a aluminiului la oxidare, pulberea este utilizată ca pigment în acoperiri pentru echipamente de vopsit, acoperișuri, hârtie de imprimare, suprafețe lucioase ale panourilor auto. Oțelul și fonta sunt, de asemenea, acoperite cu un strat de aluminiu. subiect de comert pentru a evita coroziunea.
În ceea ce privește scara de aplicare, aluminiul și aliajele sale ocupă locul al doilea după fier (Fe) și aliajele sale. Utilizarea pe scară largă a aluminiului în diverse domenii ale tehnologiei și din viața de zi cu zi este asociată cu combinarea proprietăților sale fizice, mecanice și chimice: densitate scăzută, rezistență la coroziune în aerul atmosferic, conductivitate termică și electrică ridicată, plasticitate și rezistență relativ ridicată. Aluminiul poate fi prelucrat cu ușurință în diverse moduri - forjare, ștanțare, laminare etc. Aluminiul pur este folosit pentru fabricarea sârmei (conductivitatea electrică a aluminiului este de 65,5% din conductibilitatea electrică a cuprului, dar aluminiul este de peste trei ori mai ușor). decât cuprul, astfel încât aluminiul este adesea înlocuit în inginerie electrică) și folie folosită ca material de ambalare. Cea mai mare parte a aluminiului topit este cheltuită pentru producerea diferitelor aliaje. Straturile de protecție și decorative se aplică cu ușurință pe suprafața aliajelor de aluminiu.
Varietatea proprietăților aliajelor de aluminiu se datorează introducerii în aluminiu a diverșilor aditivi, care formează cu acesta soluții solide sau compuși intermetalici. Cea mai mare parte a aluminiului este folosită pentru obținerea aliajelor ușoare - duraluminiu (94% - aluminiu, 4% cupru (Cu), 0,5% fiecare magneziu (Mg), mangan (Mn), (Fe) și siliciu (Si)), silumin ( 85-90% - aluminiu, 10-14% siliciu (Si), 0,1% sodiu (Na)), etc. În metalurgie, aluminiul este folosit nu numai ca bază pentru aliaje, ci și ca unul dintre aditivii de aliaj folosiți pe scară largă. în aliaje pe bază de cupru (Cu), magneziu (Mg), fier (Fe),> nichel (Ni), etc.
Aliajele de aluminiu sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi, în construcții și arhitectură, în industria auto, în construcțiile navale, în aviație și în tehnologia spațială. În special, primul satelit artificial Pământului a fost realizat dintr-un aliaj de aluminiu. Aliaj de aluminiu și zirconiu (Zr) - este utilizat pe scară largă în construcția reactoarelor nucleare. Aluminiul este folosit la producerea de explozivi.
Când manipulați aluminiul în viața de zi cu zi, trebuie să aveți în vedere că numai lichidele neutre (din punct de vedere al acidității) pot fi încălzite și depozitate în recipiente de aluminiu (de exemplu, apă la fiert). Dacă, de exemplu, supa de varză acră este gătită într-un vas de aluminiu, atunci aluminiul intră în alimente și capătă un gust neplăcut „metalic”. Deoarece este foarte ușor să deteriorați filmul de oxid în viața de zi cu zi, utilizarea vaselor de gătit din aluminiu este încă nedorită.
Metal alb-argintiu, ușor
densitate - 2,7 g / cm3
punctul de topire pentru aluminiu tehnic - 658 ° C, pentru aluminiu de înaltă puritate - 660 ° C
căldură specifică de topire - 390 kJ/kg
punctul de fierbere - 2500 ° C
căldură specifică de vaporizare - 10,53 MJ/kg
rezistenta temporara a aluminiului turnat - 10-12 kg/mm², deformat - 18-25 kg/mm², aliaje - 38-42 kg/mm²
Duritate Brinell - 24 ... 32 kgf / mm²
plasticitate ridicată: pentru tehnic - 35%, pentru pur - 50%, rulat într-o foaie subțire și chiar folie
Modulul Young - 70 GPa
Aluminiul are o conductivitate electrică ridicată (0,0265 μOhm · m) și o conductivitate termică (203,5 W / (m · K)), 65% din conductibilitatea electrică a cuprumului și are o reflectanță ridicată a luminii.
Paramagnetic slab.
Coeficientul de temperatură al expansiunii liniare este 24,58 · 10−6 K − 1 (20 ... 200 ° C).
Coeficientul de temperatură al rezistenței electrice este 2,7 · 10−8K − 1.
Aluminiul formează aliaje cu aproape toate metalele. Cele mai cunoscute sunt aliajele cu cupru și magneziu (duralumin) și siliciu (siliciu).
Aluminiul natural constă aproape în întregime din singurul izotop stabil 27Al cu urme de 26Al, un izotop radioactiv cu perioadă timpul de înjumătățire de 720 de mii de ani, format în atmosferă atunci când nucleele de argon sunt bombardate de protonii razelor cosmice.
În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, Pământul se află pe locul 1 în rândul metalelor și pe locul 3 în rândul elementelor, pe locul doi după oxigen și siliciu. conținutul de aluminiu din scoarța terestră de date diverși cercetători reprezintă de la 7,45 la 8,14% din masa scoarței terestre.
În natură, aluminiul, datorită activității sale chimice ridicate, se găsește aproape exclusiv sub formă de compuși. Unii dintre ei:
Bauxita - Al2O3 H2O (cu amestecuri de SiO2, Fe2O3, CaCO3)
Alunite - (Na, K) 2SO4 Al2 (SO4) 3 4Al (OH) 3
Alumină (amestecuri de caolin cu nisip SiO2, calcar CaCO3, magnezit MgCO3)
Corindon (safir, rubin, smirghel) - Al2O3
Caolinit - Al2O3 2SiO2 2H2O
Beril (smarald, acvamarin) - 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2
Crisoberil (alexandrit) - BeAl2O4.
Cu toate acestea, în anumite condiții de reducere specifice, se poate forma aluminiu nativ.
În apele naturale, aluminiul este conținut sub formă de compuși chimici cu toxicitate scăzută, de exemplu, fluorură de aluminiu. Tipul de cation sau anion depinde în primul rând de aciditatea mediului apos. Concentrațiile de aluminiu în corpurile de apă de suprafață Federația Rusă interval de la 0,001 la 10 mg/l, în apa de mare 0,01 mg/l.
Aluminiu (Aluminiu) este
Obținerea pieselor turnate din aliaje de aluminiu
Principala provocare cu care se confruntă turnătoria din noi țară, constă într-o îmbunătățire generală semnificativă a calității pieselor turnate, care ar trebui să-și găsească expresia într-o scădere a grosimii peretelui, o scădere a toleranțelor pentru prelucrare și pentru sistemele de porți păstrând în același timp proprietățile de funcționare corespunzătoare ale articolelor comerciale. Rezultatul final al acestei lucrări ar trebui să fie satisfacerea nevoilor crescute ale ingineriei mecanice cu numărul necesar de semifabricate turnate fără o creștere semnificativă a emisiilor monetare totale de piese turnate în greutate.
Turnare cu nisip
Dintre metodele de turnare de mai sus în matrițe de unică folosință, cea mai răspândită utilizare în fabricarea pieselor turnate din aliaje de aluminiu este turnarea în forme de nisip brut. Acest lucru se datorează densității scăzute a aliajelor, efectului de forță mică al metalului asupra matriței și temperaturilor scăzute de turnare (680-800C).
Pentru fabricarea matrițelor de nisip se folosesc amestecuri de turnare și miez, preparate din nisipuri de cuarț și argilă (GOST 2138-74), argile de turnare (GOST 3226-76), lianți și materiale auxiliare.
Tipul de sistem de blocare este selectat ținând cont de dimensiunile turnării, de complexitatea configurației sale și de amplasarea în matriță. Turnarea matrițelor pentru piese turnate cu o configurație complexă de înălțime redusă se realizează, de regulă, cu ajutorul sistemelor de porți inferioare. Pentru înălțimi mari de turnare și pereți subțiri, este de preferat să folosiți sisteme de deschidere cu fante verticale sau combinate. Matrite pentru turnare de dimensiuni mici pot fi turnate prin sistemele superioare de gating. În acest caz, înălțimea căderii crustei metalice în cavitatea matriței nu trebuie să depășească 80 mm.
Pentru a reduce viteza de mișcare a topiturii la intrarea în cavitatea matriței de turnare și pentru a separa mai bine filmele de oxid și incluziunile de zgură suspendate în aceasta, în sistemele de închidere sunt introduse rezistențe hidraulice suplimentare - acestea instalează ochiuri (metal sau fibră de sticlă). ) sau se toarnă prin filtre granulare.
Porțile (alimentatoarele), de regulă, sunt aduse în secțiuni subțiri (pereți) ale pieselor turnate dispersate în jurul perimetrului, ținând cont de comoditate, separarea ulterioară a acestora în timpul procesării. Furnizarea de metal a unităților masive este inacceptabilă, deoarece provoacă formarea de cavități de contracție în ele, rugozitate crescută și „cufundări” de contracție pe suprafața pieselor turnate. În secțiune transversală, canalele de deschidere au cel mai adesea o formă dreptunghiulară cu o latură largă de 15-20 mm și o latură îngustă de 5-7 mm.
Aliajele cu un interval de cristalizare îngust (AL2, AL4, AL), AL34, AK9, AL25, ALZO) sunt predispuse la formarea de cavități de contracție concentrate în unitățile de căldură ale pieselor turnate. Pentru a îndepărta aceste carcase în afara turnărilor, instalarea de coloane masive este utilizată pe scară largă. Pentru piese turnate cu pereți subțiri (4-5 mm) și mici, masa profitului este de 2-3 ori mai mare decât masa pieselor turnate, pentru pereți groși - de până la 1,5 ori. Înălţime sosit alese în funcţie de înălţimea turnării. Dacă înălțimea este mai mică de 150 mm, înălțimea sosit H-arr. luați înălțimea egală a turnării Notle. Pentru piese turnate superioare, raportul Нпrib / Нотл este luat egal cu 0, 3 0, 5.
Cea mai mare aplicație în turnarea aliajelor de aluminiu se găsește în capetele superioare deschise ale unei secțiuni transversale circulare sau ovale; profiturile laterale sunt de obicei închise. Pentru a îmbunătăți eficiența muncii profituri sunt izolate, umplute cu metal fierbinte, completate. Încălzirea se realizează de obicei prin lipirea unei forme de foaie de azbest pe suprafață, urmată de uscare cu o flacără de gaz. Aliajele cu o gamă largă de cristalizare (AL1, AL7, AL8, AL19, ALZZ) sunt predispuse la formarea porozității de contracție dispersate. Impregnarea porilor de contracție cu profituri ineficient. Prin urmare, la fabricarea pieselor turnate din aliajele enumerate, nu este recomandată utilizarea instalării de coloane masive. Pentru a obține piese turnate de înaltă calitate, se realizează cristalizarea direcțională, folosind pe scară largă în acest scop instalarea de răcitoare din fontă și aliaje de aluminiu. Sistemul de deschidere verticală creează condiții optime pentru solidificarea direcțională. Pentru a preveni degajarea gazului în timpul cristalizării și pentru a preveni formarea porozității de contracție a gazului în piese turnate cu pereți groși, cristalizarea la o presiune de 0,4–0,5 MPa este utilizată pe scară largă. Pentru aceasta, matrițele de turnare se pun în autoclave înainte de turnare, se toarnă cu metal și piesele turnate se cristalizează sub presiune de aer. Pentru fabricarea pieselor turnate cu pereți subțiri de dimensiuni mari (până la 2–3 m înălțime), se utilizează metoda de turnare cu solidificare direcțională secvențială. Esența metodei constă în cristalizarea secvențială a turnării de jos în sus. Pentru aceasta, matrița de turnare este așezată pe masa unui lift hidraulic și tuburi metalice cu un diametru de 12-20 mm, încălzite la 500-700 ° C, sunt coborâte în interiorul acesteia, care funcționează ca niște coloane. Tuburile sunt fixate fix în vasul de colectare, iar orificiile din ele sunt închise cu dopuri. După umplerea vasului de închidere cu topitură, dopurile sunt ridicate, iar aliajul curge prin tuburi către puțurile de închidere conectate la cavitatea matriței prin porți fante (alimentatoare). După ce nivelul topiturii din puțuri crește cu 20-30 mm deasupra capătului inferior al tuburilor, mecanismul de coborâre a mesei hidraulice este pornit. Viteza de coborâre este luată astfel încât umplerea matriței să fie efectuată sub nivelul inundat și metalul fierbinte curge continuu în părțile superioare ale matriței. Acest lucru asigură solidificarea direcțională și permite producerea de piese turnate complexe fără defecte de contracție.
Formele de nisip sunt umplute cu metal din oale căptușite cu material refractar. Înainte de a umple cu metal, oalele cu căptușeală proaspătă sunt uscate și calcinate la 780-800 ° C pentru a îndepărta umezeala. Temperatura topiturii înainte de turnare se menține la 720-780 ° C. Formele pentru piese turnate cu pereți subțiri sunt umplute cu topituri încălzite la 730-750 ° C, iar pentru piese turnate cu pereți groși până la 700-720 ° C.
Turnare în forme de ipsos
Turnarea în matrițe de ipsos este utilizată în cazurile în care se impun cerințe sporite de precizie, curățenie a suprafeței și reproducerea celor mai mici detalii în relief. În comparație cu nisipul, matrițele din gips au o rezistență mai mare, precizie dimensională, rezistă mai bine efectelor temperaturilor ridicate și fac posibilă obținerea de piese turnate cu o configurație complexă cu o grosime a peretelui de 1,5 mm conform clasei 5-6 de precizie. Matrite sunt realizate dupa modele din ceara sau metal (alama,) cromate. Plăcile de model sunt realizate din aliaje de aluminiu. Pentru a facilita îndepărtarea modelelor din matrițe, suprafața acestora este acoperită cu un strat subțire de lubrifiant kerosen-stearic.
Formele mici și medii pentru turnări complexe cu pereți subțiri sunt realizate dintr-un amestec de 80% gips, 20% cuarț nisip sau azbest și 60-70% apă (din greutatea amestecului uscat). Amestec pentru matrite medii si mari: 30% gips, 60% nisip, 10% azbest, 40-50% apă. Pentru a încetini priza, se introduce în amestec 1-2% var stins. Rezistența necesară a formelor se realizează prin hidratarea gipsului anhidru sau semiapos. Pentru a reduce rezistența și a crește permeabilitatea la gaz, matrițele de gips brut sunt supuse unui tratament hidrotermal - ținute în autoclavă timp de 6-10 ore sub o presiune a vaporilor de apă de 0,13-0,14 MPa, apoi în aer timp de o zi. După aceea, matrițele sunt supuse uscării treptate la 350-500 ° C.
O caracteristică a matrițelor de gips este conductivitatea lor termică scăzută. Această împrejurare face dificilă obținerea de piese turnate dense din aliaje de aluminiu cu o gamă largă de cristalizare. Prin urmare, sarcina principală în dezvoltarea unui sistem de închidere pentru matrițe de gips este de a preveni formarea cavităților de contracție, slăbirea, depunerile de oxizi, fisurile fierbinți și umplerea insuficientă a pereților subțiri. Acest lucru se realizează prin utilizarea sistemelor de închidere în expansiune care asigură o viteză scăzută de deplasare a topiturii în cavitatea matriței, solidificarea direcționată a unităților de încălzire către coloane cu ajutorul frigiderelor și o creștere a conformității matriței prin creșterea conținutului de nisip cuarțos în amestecul. Umplerea pieselor turnate cu pereți subțiri se realizează în matrițe încălzite la 100-200 ° C prin metoda aspirației în vid, care permite umplerea cavităților de până la 0,2 mm grosime. Piesele turnate cu pereți groși (mai mult de 10 mm) sunt obținute prin turnarea matrițelor în autoclave. În acest caz, cristalizarea metalului se realizează la o presiune de 0,4-0,5 MPa.
Turnarea cochiliei
Este recomandabil să se folosească turnarea în carcasă în producția în serie și la scară largă de piese turnate de dimensiuni limitate, cu finisare sporită a suprafeței, precizie dimensională mai mare și prelucrare mai mică decât în turnarea cu nisip.
Formele de cochilie sunt realizate pe echipament de buncăr metalic (oțel) fierbinte (250-300 ° C). Echipamentul de modelare se realizează conform claselor de precizie 4-5 cu pante de turnare de la 0,5 la 1,5%. Carcasele sunt realizate în două straturi: primul strat este realizat dintr-un amestec cu 6-10% rășină termorezistentă, al doilea este realizat dintr-un amestec cu 2% rășină. Pentru o mai bună îndepărtare a carcasei, placa de model este acoperită cu un strat subțire de emulsie de degajare (5% fluid siliconic nr. 5; 3% săpun de rufe; 92% apă) înainte de a umple nisipul de turnare.
Pentru fabricarea matrițelor de coajă se folosesc nisipuri de cuarț cu granulație fină care conțin cel puțin 96% silice. Semimularele se unesc prin lipire pe prese speciale cu pini. Compoziția adezivului: 40% rășină MF17; 60% marshalit și 1,5% clorură de aluminiu (întărire). Formele asamblate sunt umplute în recipiente. La turnarea în forme de coajă, se folosesc aceleași sisteme de blocare și condiții de temperatură ca și la turnarea în forme de nisip.
Viteza scăzută de cristalizare a metalului în matrițe de coajă și oportunitățile mai mici de creare a solidificării direcționale au ca rezultat producerea de piese turnate cu proprietăți mai scăzute decât la turnarea în forme de nisip brut.
Turnare cu ceară pierdută
Turnarea cu investiții este utilizată pentru fabricarea pieselor turnate de precizie sporită (clasa 3-5) și curățenie a suprafeței (clasa de rugozitate 4-6), pentru care această metodă este singura posibilă sau optimă.
Modelele în cele mai multe cazuri sunt realizate din compoziții de parafinostearin (1: 1) sub formă de pastă prin presare în matrițe metalice (turnate și prefabricate) pe instalații staționare sau carusel. La fabricarea pieselor turnate complexe cu dimensiuni mai mari de 200 mm, pentru a evita deformarea modelelor, în compoziția masei modelului se introduc substanțe care cresc temperatura de înmuiere (reflow) a acestora.
O suspensie de silicat de etil hidrolizat (30–40%) și cuarț pulverizat (70–60%) este utilizată ca acoperire refractă la fabricarea matrițelor ceramice. Blocurile model sunt stropite cu nisip calcinat 1KO16A sau 1K025A. Fiecare strat de acoperire este uscat în aer timp de 10-12 ore sau într-o atmosferă care conține vapori de amoniac. Rezistența necesară a matriței ceramice este atinsă cu o grosime a carcasei de 4–6 mm (4–6 straturi de acoperire refractară). Pentru a asigura umplerea lină a formularului, sunt utilizate sisteme de deschidere extinse cu alimentare cu metal pentru secțiuni groase și noduri masive. Piesele turnate sunt de obicei alimentate dintr-un colț masiv prin coloane îngroșate (alimentatoare). Pentru turnarea complexă, este permisă folosirea unor ascensoare masive pentru a alimenta nodurile masive superioare cu umplerea lor obligatorie din coloană.
Aluminiu (Aluminiu) este
Modelele sunt topite din matrițe în apă fierbinte (85-90°C) acidulată cu acid clorhidric (0,5-1 cm3 per litru de apă) pentru a preveni saponificarea cu stearina. După ce modelele sunt topite, matrițele ceramice se usucă la 150-170 ° C timp de 1-2 ore, se pun în recipiente, se acoperă cu umplutură uscată și se calcinează la 600-700 ° C timp de 5-8 ore. Turnarea se face în forme reci și încălzite. Temperatura de încălzire (50-300 ° C) a matrițelor este determinată de grosimea pereților turnării. Umplerea matrițelor cu metal se realizează în mod obișnuit, precum și folosind vid sau forță centrifugă. Majoritatea aliajelor de aluminiu sunt încălzite la 720-750 ° C înainte de turnare.
Chill turning
Turnarea la rece este principala metodă de producție în serie și în masă a pieselor turnate din aliaje de aluminiu, ceea ce face posibilă obținerea de piese turnate de clasa a 4-6-a de precizie cu o rugozitate a suprafeței de Rz = 50-20 și o grosime minimă a peretelui de 3-4 mm. . La turnarea într-o matriță de răcire, împreună cu defecte cauzate de vitezele mari de mișcare a topiturii în cavitatea matriței și nerespectarea cerințelor pentru solidificarea direcțională (porozitatea gazului, peliculele de oxid, pierderea prin contracție), principalele tipuri de rebuturi și piese turnate sunt subumplute și fisuri. Crăparea este cauzată de o contracție dificilă. Fisurile apar mai ales în turnările din aliaje cu o gamă largă de cristalizare, având o contracție liniară mare (1, 25—1, 35%). Prevenirea formării acestor defecte se realizează prin diferite metode tehnologice.
În cazul alimentării cu metal a secțiunilor groase, reîncărcarea punctului de alimentare trebuie asigurată prin instalarea unui boț de alimentare (profit). Toate elementele sistemelor de deschidere sunt situate de-a lungul conectorului matriței de răcire. Se recomandă următoarele rapoarte ale secțiunii transversale ale canalelor de deschidere: pentru piese turnate mici EFst: EFshl: EFpit = 1: 2: 3; pentru piese turnate mari EFst: EFshl: EFpit = 1: 3: 6.
Pentru a reduce viteza de curgere a topiturii în cavitatea matriței, se folosesc coloane curbate, plase din fibră de sticlă sau metal și filtre granulare. Calitatea pieselor turnate din aliaj de aluminiu depinde de rata de creștere a topiturii în cavitatea matriței. Această viteză ar trebui să fie suficientă pentru a garanta umplerea secțiunilor subțiri ale pieselor turnate în condiții de îndepărtare crescută a căldurii și, în același timp, să nu provoace umplere insuficientă din cauza ieșirii incomplete a aerului și gazelor prin conductele de ventilație și profituri, turbii și țâșnire a topiturii atunci când trecând de la secţiuni înguste la cele largi. Se presupune că rata de creștere a metalului în cavitatea matriței în timpul turnării la rece este ceva mai mare decât în timpul turnării cu nisip. Viteza minimă de ridicare admisă este calculată prin formulele lui A. A. Lebedev și N. M. Galdin (a se vedea secțiunea 5.1, „Turnare cu nisip”).
Pentru a obține piese turnate dense se creează solidificare direcțională, ca și în turnarea cu nisip, prin poziționarea corectă a turnării în matriță și reglarea disipării căldurii. De regulă, nodurile masive (groase) ale pieselor turnate sunt situate în partea superioară a matriței de răcire. Acest lucru face posibilă compensarea reducerii volumului lor în timpul solidificării direct de la montantele instalate deasupra lor. Reglarea intensității eliminării căldurii pentru a crea solidificare direcțională se realizează prin răcirea sau încălzirea diferitelor părți ale matriței de turnare. Pentru o creștere locală a eliminării căldurii, inserțiile dintr-un cuprum conducător de căldură sunt utilizate pe scară largă, acestea asigură o creștere a suprafeței de răcire a matriței de răcire datorită aripioarelor, răcirea locală a formelor de răcire se realizează cu aer comprimat sau apă . Pentru a reduce intensitatea disipării căldurii, pe suprafața de lucru a matriței de răcire se aplică un strat de vopsea cu o grosime de 0,1-0,5 mm. În acest scop, se aplică un strat de vopsea cu o grosime de 1-1,5 mm pe suprafața canalelor de deschidere și a coloanelor. O încetinire a răcirii metalului în profit poate fi realizată și datorită îngroșării locale a pereților matriței de răcire, utilizării diferitelor acoperiri conductoare de căldură scăzută și izolarii profiturilor cu un autocolant de azbest. Colorarea suprafeței de lucru a matriței chill îmbunătățește aspectul pieselor turnate, ajută la eliminarea pungilor de gaz de pe suprafața acestora și crește durabilitatea formelor chill. Înainte de vopsire, matrițele de răcire sunt încălzite la 100-120 ° C. O temperatură de încălzire excesiv de ridicată nu este de dorit, deoarece aceasta reduce viteza de solidificare a piesei turnate și durata. termen serviciu chill. Încălzirea reduce diferența de temperatură dintre turnare și matriță și dilatarea matriței datorită încălzirii acesteia cu metalul turnării. Ca rezultat, tensiunile de tracțiune din turnare sunt reduse, provocând apariția fisurilor. Cu toate acestea, numai încălzirea matriței nu este suficientă pentru a elimina posibilitatea de fisurare. Este necesară îndepărtarea în timp util a turnării din matriță. Turnarea trebuie îndepărtată din matrița de răcire înainte de momentul în care temperatura acesteia este egală cu temperatura matriței de răcire, iar tensiunile de contracție ating cea mai mare valoare. De obicei, turnarea este îndepărtată în momentul în care a devenit atât de puternică încât poate fi mutată fără distrugere (450-500 ° C). Până în acest moment, sistemul de blocare nu a dobândit încă o rezistență suficientă și este distrus de impacturi ușoare. Durata de menținere a turnării în matriță este determinată de viteza de solidificare și depinde de temperatura metalului, temperatura matriței și viteza de turnare.
Pentru a elimina aderența metalului, a crește durata de viață și a facilita extracția, tijele metalice sunt lubrifiate în timpul funcționării. Cel mai comun lubrifiant este o suspensie apă-grafit (3-5% grafit).
Părțile matrițelor de răcire care fac contururile exterioare ale pieselor turnate sunt din gri fontă... Grosimea pereților matrițelor de răcire este prescrisă în funcție de grosimea pereților pieselor turnate, în conformitate cu recomandările GOST 16237-70. Cavitățile interioare din piese turnate sunt realizate folosind tije de metal (oțel) și nisip. Tijele de nisip sunt folosite pentru a forma cavități complexe care nu pot fi făcute cu tije metalice. Pentru a facilita extragerea pieselor turnate din matrițele de răcire, suprafețele exterioare ale pieselor turnate trebuie să aibă o pantă de turnare de 30" până la 3° spre despicare. Suprafețele interioare ale pieselor turnate realizate cu tije metalice trebuie să aibă o pantă de cel puțin 6°. . Tranzițiile ascuțite de la secțiunile groase la secțiunile subțiri nu sunt permise în piese turnate.Razele de curbură trebuie să fie de cel puțin 3 mm.Găurile cu diametrul mai mare de 8 mm pentru turnările mici, 10 mm pentru medii și 12 mm pentru cele mari sunt realizate cu tije.Raportul optim dintre adâncimea găurii și diametrul acesteia este de 0,7—1.
Aerul și gazele sunt îndepărtate din cavitatea matriței prin intermediul canalelor de ventilație situate în planul conectorului și dopurilor amplasate în pereții din apropierea cavităților adânci.
În turnătoriile moderne, matrițele chill sunt instalate pe mașini de turnare semiautomate cu o singură poziție sau cu mai multe poziții, în care închiderea și deschiderea matriței chill, montarea și îndepărtarea miezurilor, scoaterea și scoaterea turnării din matriță sunt automate. . Există, de asemenea, un control automat al temperaturii de încălzire prin răcire. Formele de răcire sunt turnate pe mașini folosind dozatoare.
Pentru a îmbunătăți umplerea cavităților subțiri ale formelor de răcire și pentru a elimina aerul și gazele eliberate în timpul distrugerii lianților, matrițele sunt evacuate, umplute la presiune scăzută sau folosind forța centrifugă.
Strângeți turnarea
Turnarea prin presare este un tip de turnare la rece.Este destinata producerii de piese turnate de dimensiuni mari (2500x1400 mm) de tip panou cu grosimea peretelui de 2-3 mm. În acest scop, se folosesc semi-matrițe metalice, care sunt fixate pe mașini specializate de turnare și stoarcere cu abordare unilaterală sau dublă a semi-matritelor. O caracteristică distinctivă a acestei metode de turnare este umplerea forțată a cavității matriței cu un flux larg de topire atunci când jumătățile de matriță se apropie. Formei de turnare îi lipsesc elementele unui sistem de închidere convențional. Datele metoda se foloseste la realizarea de piese turnate din aliaje AL2, AL4, AL9, AL34, care au un interval ingust de cristalizare.
Viteza de răcire a topiturii este controlată prin aplicarea unor forme de acoperire termoizolante de diferite grosimi (0,05—1 mm) pe suprafața de lucru a cavității. Supraîncălzirea aliajelor înainte de turnare nu trebuie să depășească 15-20 ° C peste temperatura lichidus. Durata de apropiere a semiformelor este de 5-3 s.
Turnare la presiune joasă
Turnarea sub presiune joasă este o altă formă de turnare sub presiune. A găsit aplicație în fabricarea pieselor turnate cu pereți subțiri de dimensiuni mari din aliaje de aluminiu cu un interval de cristalizare îngust (AL2, AL4, AL9, AL34). Ca și în cazul turnării la rece, suprafețele exterioare ale turnărilor sunt realizate cu o matriță metalică, iar cavitățile interioare sunt realizate cu tije de metal sau nisip.
Pentru fabricarea tijelor se folosește un amestec format din 55% nisip de cuarț 1K016A; 13,5% nisip semi-uleios P01; 27% cuarț pulverizat; 0,8% adeziv pectină; 3,2% rășină M și 0,5% kerosen. Acest amestec nu formează o arsură mecanică. Umplerea matrițelor cu metal se realizează prin presiunea aerului comprimat uscat (18-80 kPa) furnizat la suprafața topiturii într-un creuzet încălzit la 720-750 ° C. Sub acțiunea acestei presiuni, topitura este deplasată din creuzet în firul metalic și din acesta în sistemul de deschidere și mai departe în cavitatea matriței de turnare. Avantajul turnării la presiune scăzută este capacitatea de a controla automat rata de ridicare a metalului în cavitatea matriței, ceea ce face posibilă obținerea de piese turnate cu pereți subțiri de o calitate mai bună decât turnarea gravitațională.
Cristalizarea aliajelor sub formă se efectuează la o presiune de 10-30 kPa înainte de formarea unei cruste de metal dur și 50-80 kPa după formarea unei cruste.
Piesele turnate mai dense ale aliajelor de aluminiu sunt produse prin turnare la presiune joasă. Umplerea cavității matriței în timpul turnării sub presiune se realizează datorită diferenței de presiune din creuzet și din matriță (10-60 kPa). Cristalizarea metalului sub formă se efectuează la o presiune de 0,4-0,5 MPa. Acest lucru previne eliberarea hidrogenului dizolvat în metal și formarea porilor de gaz. Presiunea crescută contribuie la o mai bună alimentare a ansamblurilor de turnare masive. În caz contrar, tehnologia de turnare sub presiune este aceeași cu tehnologia de turnare la presiune joasă.
Turnarea sub presiune combină cu succes avantajele turnării la presiune joasă și cristalizării sub presiune.
Turnare prin injecție
Prin turnare prin injecție din aliaje de aluminiu AL2, ALZ, AL1, ALO, AL11, AL13, AL22, AL28, AL32, AL34, turnările din clasele 1-3 de precizie cu grosimea peretelui de 1 mm și mai sus sunt realizate din configurații complexe cu o grosimea peretelui de 1 mm și mai mult, găuri turnate cu un diametru de până la 1, 2 mm, filete exterioare și interioare turnate cu un pas minim de 1 mm și un diametru de 6 mm. Finisajul suprafeței acestor piese turnate corespunde gradelor de rugozitate 5 - 8. Producția de astfel de piese turnate se realizează pe mașini cu camere de presare orizontale sau verticale la rece, cu o presiune specifică de presare de 30–70 MPa. Se preferă utilajele cu cameră de balotat orizontală.
Dimensiunile și greutatea pieselor turnate sunt limitate de capacitățile Mașinilor de turnat prin injecție: volumul camerei de presare, presiunea specifică de presare (p) și forța de blocare (0). Zona de proiecție (F) a turnării, canalelor de deschidere și a camerei de presare pe placa de matriță mobilă nu trebuie să depășească valorile determinate de formula F = 0,85 0 / p.
Valorile optime ale pantei pentru suprafețele exterioare sunt de 45 °; pentru 1° intern. Raza minimă de îndoire este de 0,5-1 mm. Găurile de peste 2,5 mm în diametru sunt realizate prin turnare. Piesele turnate din aliaje de aluminiu, de regulă, sunt prelucrate numai pe suprafețele de ședere. Alocația de prelucrare este atribuită ținând cont de dimensiunile turnării și variază de la 0,3 la 1 mm.
Pentru realizarea matrițelor se folosesc diverse materiale. Părțile matrițelor în contact cu metalul lichid sunt realizate din oțeluri ЗХ2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, plăcile de montare și suporturile de matrice sunt realizate din oteluri 35, 45, 50, știfturi, bucșe și coloane de ghidare - din oțel U8A.
Alimentarea cu metal în cavitatea matrițelor se realizează folosind sisteme de închidere externe și interne. Alimentatoarele sunt aduse la secțiunile prelucrate ale turnării. Grosimea lor este atribuită în funcție de grosimea peretelui turnării la punctul de alimentare și de natura specificată a umplerii matriței. Această dependență este determinată de raportul dintre grosimea alimentatorului și grosimea peretelui turnării. Lină, fără turbulențe și fără blocaj de aer, umplerea matriței are loc atunci când raportul este aproape de unu. Pentru piese turnate cu grosimea peretelui de până la 2 mm. alimentatoarele au o grosime de 0,8 mm; cu o grosime a peretelui de 3 mm. grosimea alimentatoarelor este de 1, 2 mm; cu grosimea peretelui de 4-6 mm — 2 mm.
Pentru a primi prima porțiune de topitură îmbogățită cu incluziuni de aer, lângă cavitatea matriței sunt amplasate rezervoare speciale de spălare, al căror volum poate ajunge la 20 - 40% din volumul de turnare. Șaibele sunt conectate la cavitatea matriței de turnare prin canale, a căror grosime este egală cu grosimea alimentatoarelor. Îndepărtarea aerului și a gazului din cavitatea matrițelor se realizează prin canale speciale de ventilație și goluri între tije (împingătoare) și matricea matriței. Conductele de ventilație sunt realizate în planul piesei pe partea staționară a matriței, precum și de-a lungul tijelor și ejectoarelor mobile. Adâncimea canalelor de ventilație la turnarea „aliajelor de aluminiu este considerată a fi de 0,05-0,15 mm, iar lățimea este de 10-30 mm pentru a îmbunătăți ventilația, cavitățile matriței ale șaibelor sunt conectate cu canale subțiri (0,2-0,5 mm). ) la atmosfera....
Principalele defecte ale pieselor turnate obținute prin turnare prin injecție sunt porozitatea subcrustală a aerului (gaz), cauzată de captarea aerului la rate mari de intrare a metalului în cavitatea matriței și porozitatea de contracție (sau cavitățile) în unitățile termice. Formarea acestor defecte este influențată în mare măsură de parametrii tehnologiei de turnare, viteza de presare, presiunea de presare și regimul termic al matriței.
Viteza de presare determină modul de umplere a matriței. Cu cât viteza de presare este mai mare, cu atât topitura se deplasează mai repede prin canalele de deschidere, cu atât viteza de intrare a topiturii în cavitatea matriței este mai mare. Vitezele mari de presare facilitează umplerea mai bună a cavităților subțiri și alungite. În același timp, ele sunt motivul captării aerului de către metal și formării porozității subcrustale. La turnarea aliajelor de aluminiu, viteze mari de presare sunt utilizate numai la fabricarea de piese turnate complexe cu pereți subțiri. Presiunea de presare are o mare influență asupra calității pieselor turnate. Pe măsură ce crește, densitatea pieselor turnate crește.
Mărimea presiunii de presare este de obicei limitată de mărimea forței de blocare a mașinii, care trebuie să depășească presiunea exercitată de metal asupra matriței mobile (pF). Prin urmare, prepresarea locală a pieselor turnate cu pereți groși, cunoscută sub numele de „procesul Ashigai”, este de mare interes. Viteza redusă de intrare a metalului în cavitatea matrițelor prin alimentatoarele mari și prepresarea eficientă a topiturii de cristalizare cu ajutorul unui piston dublu fac posibilă obținerea de piese turnate dense.
Calitatea turnărilor este influențată semnificativ și de temperaturile aliajului și matriței. La fabricarea pieselor turnate cu pereți groși de o configurație simplă, topitura este turnată la o temperatură cu 20-30 ° C sub temperatura lichidus. Turnările cu pereți subțiri necesită utilizarea unei topituri supraîncălzite peste temperatura lichidus cu 10-15 ° C. Pentru a reduce amploarea tensiunilor de contracție și pentru a preveni formarea de fisuri în piese turnate, matrițele sunt încălzite înainte de turnare. Se recomandă următoarele temperaturi de încălzire:
Grosimea peretelui de turnare, mm 1—2 2—3 3—5 5—8
Temperatura de incalzire
matrițe, ° С 250-280 200-250 160-200 120-160
Stabilitatea regimului termic este asigurată prin încălzire (electrică) sau răcire (apă).
Pentru a proteja suprafața de lucru a matrițelor de efectele de lipire și eroziune ale topiturii, pentru a reduce frecarea la îndepărtarea miezurilor și pentru a facilita extragerea pieselor turnate, matrițele sunt supuse lubrifierii. În acest scop se folosesc lubrifianți cu grăsime (ulei cu grafit sau pulbere de aluminiu) sau apă (soluții sărate, preparate apoase pe bază de grafit coloidal).
Densitatea pieselor turnate din aliaje de aluminiu este semnificativ crescută în timpul turnării cu evacuarea matrițelor. Pentru aceasta, matrița este plasată într-o carcasă etanșă, în care se creează vidul necesar. Rezultate bune pot fi obținute folosind „procesul cu oxigen”. Pentru aceasta, aerul din cavitatea matriței este înlocuit cu oxigen. La rate mari de intrare a metalului în cavitatea matriței, provocând captarea oxigenului de către topitură, porozitatea subcrustală nu se formează în piese turnate, deoarece tot oxigenul captat este cheltuit pentru formarea de oxizi de aluminiu fin dispersați, care nu afectează în mod vizibil. proprietățile mecanice ale pieselor turnate. Astfel de piese turnate pot fi tratate termic.
În funcție de cerințele condițiilor tehnice, piesele turnate din aliaje de aluminiu pot fi supuse diferitelor tipuri de control: cu raze X, defectoscopie cu raze gamma sau cu ultrasunete pentru depistarea defectelor interne; marcaje pentru determinarea abaterilor dimensionale; luminiscent pentru detectarea fisurilor de suprafață; control hidraulic sau pneumatic pentru evaluarea etanșeității. Frecvența tipurilor de control enumerate este prevăzută de condițiile tehnice sau determinată de compartimentul metalurgistului șef al uzinei. Defectele relevate, dacă sunt permise de condițiile tehnice, sunt eliminate prin sudare sau impregnare. Sudarea cu argon-arc este utilizată pentru a suda umpluturi, cochilii, friabilitatea fisurilor. Înainte de sudare, locul defect este tăiat în așa fel încât pereții nișurilor să aibă o înclinare de 30 - 42 °. Piesele turnate sunt supuse încălzirii locale sau generale până la 300-350C. Încălzirea locală se realizează cu o flacără de acetilenă-oxigen, încălzire generală - în cuptoare cu cameră. Sudarea se realizează cu aceleași aliaje din care sunt realizate piesele turnate, folosind un electrod de wolfram neconsumabil cu diametrul de 2-6 mm la cheltuiala argon 5-12 l/min. Puterea curentului de sudare este de obicei de 25-40 A pe 1 mm de diametrul electrodului.
Porozitatea în piese turnate se elimină prin impregnare cu lac de bachelită, lac asfaltic, ulei de uscare sau sticlă lichidă. Impregnarea se realizează în cazane speciale la o presiune de 490-590 kPa cu menținerea prealabilă a pieselor turnate în atmosferă rarefiată (1, 3-6, 5 kPa). Temperatura lichidului de impregnare este menținută la 100 ° C. După impregnare, piesele turnate sunt supuse uscării la 65-200 ° C, timp în care lichidul de impregnare se întărește și control repetat.
Aluminiu (Aluminiu) este
Aplicarea aluminiului
Este utilizat pe scară largă ca material de construcție. Principalele avantaje ale aluminiului în această capacitate sunt ușurința, flexibilitatea la ștanțare, rezistența la coroziune (în aer, aluminiul este acoperit instantaneu cu o peliculă puternică de Al2O3, care împiedică oxidarea ulterioară a acestuia), conductivitate termică ridicată și netoxicitatea compușilor săi. . În special, aceste proprietăți au făcut aluminiul extrem de popular în ustensile de bucătărie, folia de aluminiu în industria alimentară și pentru ambalare.
Principalul dezavantaj al aluminiului ca material structural este rezistența sa scăzută, prin urmare, pentru a-l întări, este de obicei aliat cu o cantitate mică de cupru și magneziu (aliajul se numește duraluminiu).
Conductivitatea electrică a aluminiului este de numai 1,7 ori mai mică decât cea a cuprumului, în timp ce aluminiul este de aproximativ 4 ori mai ieftin pe kilogram, dar datorită densității sale de 3,3 ori mai mici, pentru a obține o rezistență egală, are nevoie de aproximativ 2 ori mai puțină greutate... Prin urmare, este utilizat pe scară largă în inginerie electrică pentru fabricarea firelor, ecranarea acestora și chiar în microelectronică pentru fabricarea conductorilor în cipuri. Conductivitatea electrică mai mică a aluminiului (37 1 / ohm) în comparație cu cuprul (63 1 / ohm) este compensată de o creștere a secțiunii transversale a conductorilor de aluminiu. Dezavantajul aluminiului ca material electric este prezența unei pelicule puternice de oxid, care face dificilă lipirea.
Datorită complexului său de proprietăți, este utilizat pe scară largă în echipamentele termice.
Aluminiul și aliajele sale își păstrează rezistența la temperaturi foarte scăzute. Datorită acestui fapt, este utilizat pe scară largă în tehnologia criogenică.
Reflectanța sa ridicată, combinată cu costul scăzut și ușurința de pulverizare, face din aluminiu un material ideal pentru oglinzi.
În producția de materiale de construcție ca agent de formare a gazelor.
Aluminizarea conferă rezistență la coroziune și la calcar oțelului și altor aliaje, de exemplu, supapele motoarelor cu ardere internă cu piston, paletele turbinelor, platformele petroliere, echipamentele de schimb de căldură și, de asemenea, înlocuiește placarea cu zinc.
Sulfura de aluminiu este folosită pentru a produce hidrogen sulfurat.
Cercetările sunt în desfășurare pentru a dezvolta spuma de aluminiu ca material foarte puternic și ușor.
Ca componentă a termitelor, amestecuri pentru aluminotermie
Aluminiul este folosit pentru reducerea metalelor rare din oxizii sau halogenurile lor.
Aluminiul este o componentă esențială a multor aliaje. De exemplu, în bronzurile de aluminiu, componentele principale sunt cuprul și aluminiul. În aliajele de magneziu, aluminiul este cel mai des folosit ca aditiv. Pentru fabricarea spiralelor în dispozitivele electrice de încălzire se utilizează fechral (Fe, Cr, Al) (împreună cu alte aliaje).
cafea din aluminiu "înălțime =" 449 "src =" / poze / investiții / img920791_21_Klassicheskiy_italyanskiy_proizvoditel_kofe_iz_alyuminiya.jpg "title =" (! LANG: 21. Filtrul de cafea italian clasic din aluminiu" width="376" />!}
Când aluminiul era foarte scump, se făceau din el o varietate de articole de bijuterii. Așadar, Napoleon al III-lea a comandat nasturi de aluminiu, iar Dmitri Ivanovici Mendeleev în 1889 a fost prezentat cu cântare cu boluri de aur și aluminiu. Moda pentru ei a trecut imediat când au apărut noi tehnologii (dezvoltări) pentru producția sa, ceea ce a redus semnificativ costul. În zilele noastre, aluminiul este uneori folosit în producția de bijuterii.
.
Aluminiul și compușii săi sunt utilizați ca combustibil pentru rachete extrem de eficient în combustibilii pentru rachete cu două componente și ca componentă de combustibil în combustibilii solizi pentru rachete. Următorii compuși de aluminiu sunt de cel mai mare interes practic ca combustibil pentru rachete:
Aluminiu sub formă de pulbere ca combustibil în combustibilii solizi. Se mai foloseste si sub forma de pulbere si suspensii in hidrocarburi.
Hidrură de aluminiu.
Boran de aluminiu.
trimetilaluminiu.
Trietilaluminiu.
Aluminiu tripropil.
Trietilaluminiul (de obicei împreună cu trietilbor) este, de asemenea, utilizat pentru aprinderea chimică (adică, ca combustibil de pornire) în motoarele de rachetă, deoarece se aprinde spontan în oxigenul gazos.
Are un efect ușor toxic, dar mulți compuși anorganici de aluminiu solubili în apă rămân în stare dizolvată mult timp și pot avea un efect dăunător asupra oamenilor și animalelor cu sânge cald prin apă potabilă. Cele mai toxice sunt clorurile, nitrații, acetații, sulfații etc. Pentru om, următoarele doze de compuși ai aluminiului (mg/kg greutate corporală) au efect toxic la ingerare:
acetat de aluminiu - 0,2-0,4;
hidroxid de aluminiu - 3,7-7,3;
aluminiu alaun - 2,9.
În primul rând, acționează asupra sistemului nervos (se acumulează în țesutul nervos, ducând la tulburări severe ale sistemului nervos central). Cu toate acestea, proprietatea de neurotoxicitate a aluminiului a început să fie studiată încă de la mijlocul anilor 1960, deoarece acumularea de metal în corpul uman este împiedicată de mecanismul eliminării acestuia. În condiții normale, până la 15 mg de element pe zi pot fi excretate în urină. În consecință, cel mai mare efect negativ se observă la persoanele cu funcție excretorie renală afectată.
Potrivit unor studii biologice, aportul de aluminiu în corpul uman a fost considerat un factor în dezvoltarea bolii Alzheimer, dar aceste studii au fost ulterior criticate și concluzia despre relația dintre unul și celălalt a fost infirmată.
Caracteristicile chimice ale aluminiului sunt determinate de afinitatea sa mare pentru oxigen (in minerale aluminiul este inclus în octaedre și tetraedre de oxigen), valență constantă (3), solubilitate slabă a majorității compușilor naturali. În procesele endogene din timpul solidificării magmei și formării rocilor magmatice, aluminiul intră în rețeaua cristalină a feldspaților, micii și a altor minerale - aluminosilicați. În biosferă, aluminiul este un migrant slab; este rar în organisme și hidrosferă. În climatele umede, unde resturile în descompunere ale vegetației abundente formează mulți acizi organici, aluminiul migrează în soluri și ape sub formă de compuși coloidali organominerale; aluminiul este adsorbit de coloizi și depus la fundul solului. Legătura aluminiului cu siliciul este parțial ruptă și în unele locuri la tropice se formează minerale - hidroxizi de aluminiu - boehmit, diaspora, hidrargilit. Cea mai mare parte a aluminiului este inclusă în compoziția aluminosilicaților - caolinit, beidelit și alte minerale argiloase. Mobilitatea slabă determină acumularea reziduală de aluminiu în crusta de intemperii a tropicelor umede. Ca urmare, se formează bauxite eluviale. În epocile geologice trecute, bauxitele s-au acumulat și în lacuri și în zona de coastă a mărilor din regiunile tropicale (de exemplu, bauxite sedimentare din Kazahstan). În stepe și deșerturi, unde există puțină materie vie, iar apele sunt neutre și alcaline, aluminiul aproape că nu migrează. Cea mai viguroasă migrare a aluminiului are loc în zonele vulcanice, unde se observă ape fluviale puternic acide și subterane bogate în aluminiu. În locurile în care apele acide se deplasează cu cele alcaline - cele marine (la gurile râurilor și altele), aluminiul se depune cu formarea de depozite de bauxită.
Aluminiul face parte din țesuturile animalelor și plantelor; în organele mamiferelor s-a găsit de la 10-3 la 10-5% aluminiu (pentru materia primă). Aluminiul se acumulează în ficat, pancreas și glandele tiroide. În produsele vegetale, conținutul de aluminiu variază de la 4 mg la 1 kg de substanță uscată (cartofi) la 46 mg (napi galbene), în produsele de origine animală - de la 4 mg (miere) la 72 mg la 1 kg de substanță uscată (). În dieta zilnică a unei persoane, conținutul de aluminiu ajunge la 35-40 mg. Sunt cunoscute organisme care concentrează aluminiu, de exemplu, lycopodiaceae, care conțin până la 5,3% aluminiu în cenușă, moluște (Helix și Lithorina), în cenușă din care 0,2-0,8% aluminiu. Formând compuși insolubili cu fosfații, aluminiul perturbă nutriția plantelor (absorbția fosfaților de către rădăcini) și a animalelor (absorbția fosfaților în intestin).
Principalul cumpărător este aviația. Elementele cele mai greu încărcate ale aeronavei (piele, trusa de întărire a puterii) sunt realizate din duraluminiu. Și au dus acest aliaj în spațiu. Și chiar a ajuns pe Lună și s-a întors pe Pământ. Iar stațiile „Luna”, „Venus”, „Marte”, create de designerii biroului, care de mulți ani a fost condus de Georgy Nikolaevich Babakin (1914-1971), nu s-au putut descurca fără aliaje de aluminiu.
Aliajele sistemului aluminiu - mangan și aluminiu - magneziu (AMts și AMg) sunt principalul material pentru corpurile "rachetelor" și "meteorilor" de mare viteză - hidrofoile.
Dar nu numai în spațiu, aviație, transport maritim și fluvial, sunt folosite aliajele de aluminiu. Aluminiul are o poziție puternică și în transportul terestru. Utilizarea pe scară largă a aluminiului în industria auto este evidențiată de astfel de date. În 1948, s-au folosit 3,2 kg de aluminiu pentru fiecare, în 1958 - 23,6, în 1968 - 71,4, iar astăzi această cifră depășește 100 kg. Aluminiul a apărut și în transportul feroviar. Iar superexpress „Troica rusă” este făcută din mai mult de 50% din aliaje de aluminiu.
Aluminiul este din ce în ce mai folosit în construcții. În clădirile noi, se folosesc adesea grinzi puternice și ușoare, podele, stâlpi, balustrade, garduri, elemente de sistem de ventilație din aliaje pe bază de aluminiu. În ultimii ani, aliajele de aluminiu au intrat în construcția multor clădiri publice și complexe sportive. Există încercări de a folosi aluminiul ca material pentru acoperiș. Un astfel de acoperiș nu se teme de impuritățile de dioxid de carbon, compușii de sulf, compușii de azot și alte impurități dăunătoare, care sporesc foarte mult coroziunea atmosferică a fierului de acoperiș.
Siluminile sunt folosite ca aliaje de turnare - aliaje ale sistemului aluminiu-siliciu. Astfel de aliaje au o fluiditate bună, dau contracție scăzută și segregare (eterogenitate) în piese turnate, ceea ce face posibilă obținerea prin turnare a celor mai complexe părți de configurație, de exemplu, carcase de motor, rotoare de pompe, carcase de instrumente, blocuri de motoare cu ardere internă, pistoane, chiulasele si mantale.motoare cu piston.
Luptă să declini cost aliajele de aluminiu au avut, de asemenea, succes. De exemplu, siluminul este de 2 ori mai ieftin decât aluminiul. De obicei, dimpotrivă, aliajele sunt mai scumpe (pentru a obține un aliaj, este necesar să se obțină o bază pură, iar apoi alierea - un aliaj). Metalurgiștii sovietici de la uzina de aluminiu din Dnepropetrovsk în 1976 au stăpânit topirea siluminului direct din aluminosilicați.
Aluminiul este cunoscut de mult în inginerie electrică. Cu toate acestea, până de curând, domeniul de aplicare al aluminiului a fost limitat la liniile electrice și, în cazuri rare, la cablurile de alimentare. Industria cablurilor a fost dominată de cupru și conduce... Elementele conductoare ale structurii cablurilor au fost realizate din cupru, iar mantaua metalica din conduce sau aliaje pe bază de plumb. Timp de multe decenii (pentru prima dată, învelișurile de plumb pentru protejarea miezurilor de cablu au fost propuse în 1851) au fost singurul material metalic pentru învelișurile de cablu. Este excelent în acest rol, dar nu fără dezavantaje - densitate mare, rezistență scăzută și deficit; acestea sunt doar cele principale care i-au făcut pe oameni să caute alte metale care pot înlocui în mod adecvat plumbul.
S-a dovedit a fi din aluminiu. Începutul serviciului său în acest rol poate fi considerat 1939, iar lucrările au început în 1928. Cu toate acestea, o schimbare majoră în utilizarea aluminiului în tehnologia cablurilor a avut loc în 1948, când a fost dezvoltată și stăpânită tehnologia de fabricare a carcaselor din aluminiu.
De asemenea, cuprul a fost singurul metal pentru fabricarea conductoarelor de curent timp de multe decenii. Studiile materialelor care ar putea înlocui cuprul au arătat că un astfel de metal ar trebui și poate fi aluminiu. Așadar, în loc de două metale, în esențial scopuri diferite, aluminiul a intrat în tehnologia cablurilor.
Această înlocuire are mai multe avantaje. În primul rând, posibilitatea de a utiliza o manta de aluminiu ca conductor neutru este o economie semnificativă de metal și o scădere a greutății. În al doilea rând, rezistență mai mare. În al treilea rând, este mai ușor de instalat, reduce costurile de transport, reduce costul cablului etc.
Firele de aluminiu sunt, de asemenea, folosite pentru liniile electrice aeriene. Dar a fost nevoie de mult efort, timp pentru a finaliza o înlocuire echivalentă. Au fost dezvoltate multe opțiuni și sunt utilizate în funcție de situația specifică. [Se produc fire de aluminiu cu rezistență crescută și rezistență crescută la fluaj, care se realizează prin aliarea cu magneziu până la 0,5%, siliciu până la 0,5%, fier până la 0,45%, călire și îmbătrânire. Se folosesc fire de oțel-aluminiu, în special pentru realizarea unor deschideri mari, care sunt necesare în locurile în care liniile electrice traversează diverse obstacole. Există deschideri de peste 1500 m, de exemplu, la traversarea râurilor.
Aluminiu în tehnologie de transmisie electricitate pe distanțe lungi este folosit nu numai ca material conductor. În urmă cu un deceniu și jumătate, aliajele pe bază de aluminiu au început să fie folosite pentru fabricarea turnurilor de transmisie. Au fost construite pentru prima dată la noi țarăîn Caucaz. Sunt de aproximativ 2,5 ori mai ușoare decât cele din oțel și nu necesită protecție împotriva coroziunii. Astfel, același metal a înlocuit fierul, cuprul și plumbul în inginerie electrică și electrică.
Și așa sau aproape așa a fost și în alte domenii ale tehnologiei. În industria petrolului, gazelor și chimice, rezervoarele, conductele și alte unități de asamblare din aliaje de aluminiu s-au dovedit bine. Au înlocuit multe metale și materiale rezistente la coroziune, precum recipientele din aliaje fier-carbon, emailate în interior pentru depozitarea lichidelor corozive (o fisură în stratul de smalț al acestei structuri scumpe ar putea duce la pierderi sau chiar la un accident).
Peste 1 milion de tone de aluminiu este consumat în lume anual pentru producția de folie. Grosimea foliei, în funcție de scopul acesteia, este în intervalul 0,004-0,15 mm. Aplicația sa este extrem de variată. Este folosit pentru ambalarea diverselor produse alimentare si industriale - ciocolata, bomboane, medicamente, cosmetice, produse fotografice etc.
Folia este, de asemenea, folosită ca material de construcție. Există un grup de materiale plastice umplute cu gaz - materiale plastice tip fagure - materiale celulare cu un sistem de celule care se repetă în mod regulat de formă geometrică regulată, ai căror pereți sunt fabricați din folie de aluminiu.
Enciclopedia lui Brockhaus și Efron
ALUMINIU- (argilă) chimic. zn. AL; la. v. = 27,12; bate v. = 2,6; t. pl. aproximativ 700 °. Metal alb argintiu, moale, sonor; este, in combinatie cu acidul silicic, constituentul principal al argilelor, feldspatului, mica; întâlnită în toate solurile. Se duce la ... ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse
ALUMINIU- (simbol Al), un metal alb argintiu, un element din grupa a treia a tabelului periodic. A fost obținut pentru prima dată în formă pură în 1827. Cel mai răspândit metal în scoarța terestră; sursa sa principală este minereul de bauxită. Proces…… Dicționar enciclopedic științific și tehnic
ALUMINIU- ALUMINIU, Aluminiu (semn chimic A1, at. Greutate 27,1), cel mai răspândit metal pe suprafața pământului și, după O și siliciu, cel mai important component al scoarței terestre. A. apare în natură, predominant sub formă de săruri de acid silicic (silicați); ... ... Enciclopedie medicală grozavă
Aluminiu- este un metal alb-albastru care este deosebit de usor. Este foarte plastic, ușor de rulat, desenat, forjat, ștampilat și, de asemenea, turnat etc. Ca și alte metale moi, aluminiul se pretează foarte bine ...... Terminologie oficială
Aluminiu- (Aluminiu), Al, un element chimic din grupa III a sistemului periodic, număr atomic 13, masă atomică 26,98154; metal ușor, p.t. 660 ° С. Conținutul din scoarța terestră este de 8,8% din greutate. Aluminiul și aliajele sale sunt utilizate ca materiale structurale în ... ... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat
ALUMINIU- ALUMINIU, aluminiu man., Chimic. metal alcalin din argile, bază de alumină, argilă; de asemenea ca bază pentru rugină, fier; și cupru yari. Sotul din aluminiu. o fosilă, asemănătoare alaunului, sulfat de alumină hidratată. soț alunit. fosilă foarte aproape de ...... Dicţionarul explicativ al lui Dahl
aluminiu- (argintiu, ușor, înaripat) metal Dicționar de sinonime ruse. aluminiu n., număr de sinonime: 8 argile (2) ... Dicţionar de sinonime
ALUMINIU- (lat. Aluminiu din alaun alaun), Al, un element chimic din grupa III a sistemului periodic, număr atomic 13, masă atomică 26,98154. Metal alb argintiu, ușor (2,7 g/cm & sup3), ductil, cu conductivitate electrică ridicată, tm 660 .S. ... ... Dicţionar enciclopedic mare
Aluminiu- Al (din latină alumen denumirea de alaun, folosit în antichitate ca mordant în vopsire și tăbăcire * a. Aluminiu; n. Aluminiu; f. Aluminiu; și. Aluminiu), chimic. element al grupei III periodice. Sistemul Mendeleev, la. n. 13, la. m. 26,9815 ... Enciclopedie geologică
ALUMINIU- ALUMINIU, aluminiu, multe altele. fără soț. (din latinescul alumen alum). Metal ușor maleabil alb argintiu. Dicționarul explicativ al lui Ușakov. D.N. Uşakov. 1935 1940... Dicționarul explicativ al lui Ușakov
