Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Алюминий, свойства, сплавы, производство

Машиностроение

Одно из главных направлений развития современного машиностроения — оптимизация производства, подразумевающая использование инновационных материалов. В числе таких материалов — алюминиевые сплавы, позволяющие создавать современную энергоэффективную технику.

Благодаря легкости, долговечности, устойчивости к коррозии и температурным воздействиям, алюминий является самым востребованным цветным металлом в машиностроении.

В основном в машиностроении применяются изделия алюминиевого проката, литья и экструзии, которые используются для изготовления силовых элементов конструкций, деталей машин и различных механизмов.

Железнодорожный транспорт

Алюминиевый вагон на треть легче стального. Его более высокая стоимость окупается за два первых года эксплуатации за счет перевозки большего объема грузов. При этом в отличие от стали алюминий не подвержен коррозии, поэтому алюминиевые вагоны долговечны и за 40 лет использования теряют не более 10% своей стоимости.

Сегодня алюминиевые вагоны используются для перевозки угля, руд, минералов и кислот. Алюминий также применяется в производстве высокоскоростных поездов дальнего следования. За счет легкости он позволяет снизить вес поезда и уменьшить замедляющий движение прогиб рельсов. Цельносварные корпуса первого российского поезда «Сапсан» и электропоезда «Ласточка» выполнены из алюминиевых сплавов.

Судостроение

Корпуса современных морских судов производятся с использованием целого ряда алюминиевых сплавов, благодаря чему обладают высокой коррозионной стойкостью как в пресной, так и в морской воде. Важнейшим качеством судового алюминия является также хорошая свариваемость.

Востребованные в производстве судов алюминиево-магниевые сплавы по сравнению со сталью в сто раз медленнее корродируют. Кроме того, в судостроении высоко ценятся прочностные характеристики алюминия. Цельносваренный алюминий пластичен и даже при сильном ударе не пробивается насквозь.

Спортивные суда почти полностью — от корпуса до надстроек — производятся из алюминия, что делает их легкими и быстроходными. Корпуса судов повышенной грузоподъемности в основном выпускаются из стали, но их надстройки и другое вспомогательное оборудования производятся из алюминия, что позволяет снизить общий вес судна и увеличить его грузоподъемность.

Другие области применения

Алюминий также активно используется в военной промышленности, в том числе для производства бронированной техники, артиллерийских установок, ракет и зажигательных веществ. Алюминий высокой чистоты находит широкое применение в таких областях техники, как ядерная энергетика, полупроводниковая электроника и радиолокация. В нефтяной, газовой и химической отраслях хорошо зарекомендовали себя содержащие алюминий емкости для хранения агрессивных жидкостей. Алюминиевые сплавы также используются в строительстве трубопроводов и в производстве бурильных, насосно-компрессорных и обсадных труб для нефтедобычи. За счет низкого веса, а также устойчивости к холоду и воздействию сероводорода алюминиевые трубы позволяют снизить затраты на строительство и эксплуатацию скважин.

Применение алюминия и его сплавов в электротехнической промышленности

Алюминий и ряд его сплавов широко применяют в электротехнике благодаря его:

  • высокой электропроводности;
  • коррозионной стойкости;
  • малой плотности;
  • хорошим обрабатываемости давлением;
  • деко­ративному виду;
  • меньшей стоимости по сравнению с более дорогой медью и ее проводниковыми сплавами.

Электротехническая промышленность — крупнейший потреби­тель алюминия. Мировая доля ее потребления составляет 18% от общего количества алюминия. Наиболее широко алюминий используют в кабельной промышленности, на которую в настоящее время приходится около 90 % всего алюминия, потребляемого в электротехнике.

В зависимости от величины удельного электросопротивления алюминиевые электротехнические сплавы подразделяются следующим образом:

  • провод­никовые сплавы;
  • сплавы с повышенным электротехническим сопротивле­нием.

Проводниковые сплавы

Удельная электрическая проводимость электротехнического алюми­ния (А7Е, А5Е)по международному стандартусоставляет 60—62% от проводимости отожженной меди. Технический алюминий (АДО) и электротехнический алюминий (преимущественно А5Е) широко применяют для изготовления проводов, кабелей, шнуров, шин, про­филей и труб различного электротехнического назначения.

Наибольшее применение в электротехнике получили малолеги­рованные сплавы системы Аl—Мg—Si: АД31, АД31Е и их аналоги (АВЕ, 01327, АЕ1/АЕ2). Известны также сплавы на основе алюминия, опробованные в промышленных и полупромыш­ленных условиях. В основном это сплавы систем Аl—Fе—В(Ni), Аl—РЗМ, Аl—Мg(Сu), Аl—Zr, Аl—Si (01017, 01417, 01527, 01117 и др.).

При более низкой удельной проводимости (56—59% от отожжен­ной меди) алюминиевые проводниковые сплавы имеют преимущест­венно то же назначение, что и электротехнический алюминий, и их используют при необходимости обеспечения более высокой проч­ности, теплопрочности, сопротивления ползучести и других спе­циальных требований.

Из сплавов АД31, АД31Е изготавливают шины, профили и трубы, применяемые для различных электротехнических изделий; сплав АД31Е обеспечивает более высокую проводимость, чем сплав АД31 при примерно том же уровне механических свойств. Сплавы более ограниченного применения предназначены для бортовых проводов, кабелей связи, микропроводов интегральных схем и других специальных электротехнических целей. В основном это малолегированные сплавы систем, указанных выше, а также Аl—Мg—Zn, Аl—Сu и др. Все легирующие элементы и примеси, входящие в алюминиевые проводниковые сплавы, по степени снижения электропроводности отожженного алюминия делятся на две группы:

1. Элементы, незначительно снижающие проводимость при содержа­нии 0,1—0,2 % (атомн.): Zn, Ni, Si, Cu, Мо, Са, Fe, Mg, W (у > 35 МСм·м -1 );

2. Элементы, значительно уменьшающие проводимость: Сг, Li, Mn,Ti, Be, Zr (у -1 ).

Микролегирование провод­никовых сплавов поверхностно-активными добавками типа бора спо­собствует понижению удельного электросопротивления алюминиевых сплавов в определенных температурных интервалах и повышению пластичности. Считается, что небольшие по размеру атомы бора (0,09 нм.) образуют нерастворимые бориды хрома, циркония и, вы­водя их из твердого раствора и из сплава, подавляют вредное дейст­вие титана, марганца и ванадия, повышают проводимость изготав­ливаемых из них электротехнических изделий. В последние годы алюминиевые проводниковые сплавы стали более широко применять для воздушных проводов и кабелей связи (в основном, сплавы АД31Е, АВЕ). Высокая прочность прово­дов из алюминиевых сплавов позволяет увеличить размеры пролетов линии электропередач, способствует уменьшению количества повре­ждений при монтаже. По величине сопротивления действию дуги, возникающей при коротком замыкании, провода из алюминиевых сплавов занимают второе место после медных и значительно устойчивее проводов из алюминия. Стоимость алюминиевого провода в линиях электропередач составляет от 1/2 до 1/3 стоимости медного провода равной проводи­мости. На сегодняшний день перечень основных видов применения алюминия и алюминиевых сплавов в электротехнической промышленности очень широк:

  • ¾ сталеалюминиевые провода для напряжений до 750 кВ, предна­значенные для передачи электрической энергии в воздушных электри­ческих линиях и на линиях электрифицированного транспорта;
  • ¾ си­ловые кабели высокого (1—35 кВ) и сверхвысокого напряжения (до 500 кВ) с алюминиевыми жилами и оболочками;
  • ¾ кабели связи все­возможных видов и назначений;
  • ¾ трансформаторы до 70 тыс. кВт;
  • ¾ электрические двигатели до 1000 кВт и более;
  • ¾ электрические приводы;
  • ¾ корпуса электрических батарей;
  • ¾ зарядные станции для электромобилей;
  • ¾ шинопроводы;
  • ¾ провода для работы при повышенных температурах;
  • ¾ биметал­лические алюминиевомедные установочные провода и жилы для контрольных и радиочастотных кабелей;
  • ¾ разнообразная электриче­ская и светотехническая арматура.
Читать еще:  Травление металла — оригинальная визитка своими руками

Сортамент полуфабрикатов, используемых в этих изделиях электротехнического назначения очень разнообразен:

  • прямоугольная (сечением 1,8÷7,7×4,1¸18мм) и круглая проволока диаметром от 0,08 мм до микронных размеров в волокнистой, эмалиево- волокнистой и пластмассовой изоляции, оксидированная или незащищенная;
  • кабельные оболочки диаметром 10—100 мм неограниченной длины; однопроволочные секторные жилы сечением 50—240 мм 2 , фасонные и прямоугольные шины шириной до 380 мм;
  • листы, фольга, биметаллы; литые детали, преимущест­венно из различных сплавов алюминия.

Кроме специальных проводниковых сплавов, в электро- и свето­технике находят применение мало- и среднелегированные алюминие­вые деформируемые сплавы проводимостью ниже 30—32 МСм·м -1 . Наиболее широко применим сплав АД31, в ряде случаев используют сплавы 1320, 1915, 1925 (1955) и др. Сплав 1320 системы Аl— Мg—Si наиболее близок по свойствам к сплаву АД31, превосходит последний по пределам прочности и текучести, коррозионным свой­ствам, качеству поверхности после прессования, уступая по электро­проводности. Большинство вышеперечисленных сплавов применяют для полу­чения различных прессованных полуфабрикатов электротехниче­ского назначения. Профили из этих сплавов максимально прибли­жены по сечению к определенным деталям электротехнических из­делий. Кроме того, прессованные профили применяют для изготов­ления:

  • корпусов электродвигателей;
  • разных приборов;
  • стоек;
  • ребер жесткости;
  • плат, к которым крепятся детали;
  • радиаторов и охла­дителей полупроводниковых приборов непосредственно или взамен стального и медного проката, алюминиевого и медного литья.

Термическая обработка алюминиевых сплавов, применяемых в электротехнике, позволяет существенно изменять характеристики электропроводности. Так закалку сплавов АД31Е, АД31, 1320 можно осуществлять в ши­роком диапазоне температур: от 490 до 565 °С, предпочтительно при 525 °С в холодную воду. Старение — искусственное по унифициро­ванному режиму: 165 °С, выдержка 12 ч или при 140—180 С С, 12—2 ч в зависимости от требований, предъявляемых к механическим свой­ствам и электропроводности деталей. Термомеханическая обработка позволяет получить проволоку из сплава АД31Е и его аналогов с высокими значениями электропро­водности и прочностных характеристик одновременно. Наиболее распространена низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО) по следующей технологической схеме: закалка бухт ка­танки от 525—565 °С в воду с температурой 20 °С, волочение в про­цессе естественного старения со степенью деформации более 80 %; искусственное старение при 140—180 °С в течение 16—20 ч. Использование ТМО возможно при производстве катанки из алюминиевых сплавов не­прерывным методом. Для этого необходимо проводить волочение про­волоки сразу после прокатки катанки с регулированием скоростей прокатки и охлаждения заготовки. Новая технология получения проволоки и полуфабрикатов из гранул и в виде композиционных материалов позволяет получить материалы, обладающие особыми физико-механическими и другими свойствами, что открывает перспективу создания принципиально новых конструкций и технологических решений в электротехнике. Примером может служить биметаллическая проволока алюминий (алюминиевый сплав) — медь, позволяющая изготавливать провода вдвое более легкие, чем медные, и имеющие проводимость на уровне электротехнической меди. Те же преимущества позволяют получить алюминийуглеродные, алюминиевомедные слоистые ленты, листы, плиты.

В электротехнике есть три сектора где медь и алюминий конкурируют между собой:

  • ¾ кабели низкого и среднего напряжения;
  • ¾ трансформаторы;
  • ¾ шины электропитания.

Для кабельной продукции необходимо решить, что важнее поперечное сечение кабеля или больший вес? Алюминиевый кабель будет более дешев, чем медный, однако, медный более технологичен для различных конструктивных решений и менее проблематичен при применении в контактных соединениях. В последнее время появились медно-алюминиевые кабели, что позволило примирить конкурентов по электропроводимости: медь и алюминий.

Применение алюминия в трансформаторах вместо меди позволяет существенно экономить его вес. Различие в производственных затратах медных и алюминиевых трансформаторов компенсируют друг друга и по мнению изготовителей, выбор материала- прежде всего вопрос идеологии компании.

Требования к шинам электропитания диктуются, в первую очередь, габаритными размерами соответствующих конструкций. Большое количество токопроводящего материала и небольшое количество изоляционного материала в малом пространстве— вот что такое шины электропитания. Поэтому на первый план выдвигается ценовое различие. Большое количество электрических соединений в пределах небольшого пространства означает возможные проблемы соединений с алюминием. А когда все конструктивные решения учтены, вопрос выбора материала становится почти философским. Если в качестве критерия выбрана цена, то предпочтителен алюминий. С целью улучшить электропроводимость наалюминиевые контакты можно различным способом нанести медь. Алюминиевые и медные проводники, как правило, покрывают металлом с серебром или оловом. В цехах химического производства, на месторождениях нефти и газа, нефтегазоперерабатывающих заводах, сталелитейных заводах могут присутствовать коррозионно-активные газы, такие как сероводород. Алюминий стоек в сероводородных средах, а для медных контактов необходима оловянная металлизация.

(По материалам отечественной и зарубежной печати)

Применение алюминия и алюминиевого проката в промышленности

Алюминий – уникальный по физико-химическим параметрам материал, с небольшой плотностью, относительно малым весом, отличными антикоррозионными свойствами, высокой электро и теплопроводностью.

Алюминий хорошо поддаётся обработке давлением в холодном состоянии.

Особенно широкое распространение получили сплавы алюминия. Основная причина этого в том, что чистый алюминий обладает недостаточной механической прочностью для решения большинства технических задач. Путём введения легирующих элементов в алюминиевый сплав, прокат на выходе приобретает новые положительные свойства. Значительно увеличивается прочность, твердость, жаростойкость алюминиевого сплава, снижается электропроводность и коррозионная стойкость.

В силу своих отличных свойств, алюминий и его сплавы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности:

  • авиастроении
  • автопроме
  • машиностроении
  • электротехнической промышленности
  • приборостроении
  • строительстве
  • химической промышленности
  • производстве товаров народного потребления

В авиастроении алюминиевые сплавы благодаря своей легкости и прочности стали главным материалом используемым в производстве. Из сплавов алюминия производят авиаконструкции, моторы, блоки, головки цилиндров, картеры, коробки передач, насосы и другие детали.

В электротехнике серебристо-белый металл и его сплавы широко применяют в производстве кабельно-проводниковой продукции, конденсаторов, выпрямителей переменного тока.

В приборостроении алюминий используют для изготовления фото- и киноаппаратуры, радиотелефонной аппаратуры, разнообразных контрольно- измерительных приборов.

Алюминий благодаря его высокой коррозионной стойкости и не токсичности нашел широкое применение при изготовлении оборудования для производства и хранения концентрированной азотной кислоты, пероксида водорода, органических веществ и пищевых продуктов.
Фольга из алюминия — широко распространённый упаковочный материал. Из алюминия изготавливают тару для консервирования и хранения продуктов сельского хозяйства, а также используют для строительства зернохранилищ и других быстровозводимых сооружений, используемых на селе.
Алюминиевые сплавы применяются в военной промышленности при производстве авиации, артиллерии, танков, ракет и взрывчатых веществ.
Чистый алюминий, с минимальным содержанием сторонних примесей активно используют в ядерной энергетике, полупроводниковой электронике, радиолокации.

Читать еще:  Назначение и маркировка быстрорежущих сталей

Алюминиевое напыление широко используют в качестве антикоррозионного покрытия для защиты металла от воздействия разнообразных химических веществ и атмосферной коррозии.

Высокую отражающую способность алюминия используют при производстве нагревательных, осветительных рефлекторов и зеркал

Алюминий применяют в металлургии в качестве восстановителя при получении таких металлов как хром, кальций, марганец. Алюминий используют для раскисления стали и сварки стальных элементов.

В гражданском строительстве сплавы алюминия используют для создания каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и др. За рубежом, а в частности в Канаде, доля алюминия в этой отрасли составляет ≈ 30 % от общего потребления, в Соединённых Штатах — более 20 %.

Резюмируя вышесказанное можно с уверенностью сказать, что алюминий и его сплавы прочно удерживают лидирующее место среди цветных металлов по масштабам использования их в производстве и промышленности.

Свойства алюминия

Сферы использования алюминия.

Алюминий — химический элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода ПСХИ Менделеева Д. И., с атомным номером 13. Обозначается символом AL (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий — лёгкий, немагнитящийся металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся ковке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкость к коррозии обуславливается образованием оксидной плёнки на поверхности, защищающей от дальнейшего воздействия агрессивной среды.

Физические свойства алюминия. Плотность — 2,7 г/см³, температура плавления — порядка 658-660 °C, удельная теплота плавления — 390 кДж/кг, температура кипения — 2500 °C, удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг, временное сопротивление литого алюминия — 10…12 кг/мм², деформируемого — 18…25 кг/мм², сплавов — 38…42 кг/мм².

Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм², высокая пластичность: технический алюминий — 35 %, чистый алюминий — 50 %, прокатывается в фольгу. Модуль Юнга — 70 ГПа. электропроводность — 0,0265 мкОм·м, теплопроводность — 1,24×10−3 Вт/(м·К), обладает высокой светоотражательной способностью.температурный коэффициент линейного расширения 24,58×10−6 К−1 (20…200 °C). Образует сплавы практически со всеми прочими металлами.

Впервые алюминий был выделен как самостоятельное вещество в Европе Гансом Эрстедом в 1825 году. Современный метод, основанный на получении алюминия электролизом глинозема, растворённого в расплавленном криолите, положил начало широчайшей сфере применения алюминия в нашей жизни

Физические и химические свойства объясняют огромное значение алюминия в мировой экономике. Без него аэрокосмическая индустрия никогда не получила бы развития. Алюминий и сплавы на его основе необходимы для производства автомобилей, в машиностроении, микроэлектронике, да наверно вообще во всех отраслях промышленности. Самые разные виды продуктов из алюминия используются в современном строительстве. Алюминий практически вытеснил медь в качестве проводников и кабелей для высоковольтных линий ЛЭП. Половина кухонной посуды, продаваемой каждый год во всем мире, сделана именно из алюминия и его сплавов. Производство современных зеркал немыслимо без алюминиевой пудры. В производстве строительных материалов используется как газообразующий агент. Без алюминиевых банок для напитков уже невозможно представить ни одну витрину магазина, или аптеку без лекарств, упакованных в алюминиевую фольгу. А как хорошо попросту запечь мясо или рыбу в духовом шкафу, и все это не получится без алюминиевой фольги!

Как компонент используется в стекловарении, его соединения используются в качестве высокоэффективного горючего в ракетных топливах; в алюминиевых бронзах основные компоненты — медь и алюминий. В магниевых сплавах в качестве добавки чаще всего используется алюминий. Для изготовления спиралей в электронагревательных приборах используют (наряду с другими сплавами) фехраль (Fe, Cr, Al).

Еще один пример — Алюминий зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е173.

Если мир без алюминия представляется не самым уютным местом, то мир, в котором алюминий есть, открывает нам самые разные возможности.

Наша компания осуществляет производство и поставку на внешний и внутренний рынки сплавов алюминиевых литейных, деформируемых, алюминий технической чистоты (технический алюминий), алюминий для раскисления (раскислители) различных марок.

Цены на алюминий и его сплавы, а так же способы доставки алюминия можно уточнить, связавшись с нами по телефону или электронной почте.

Встретившись с потребностью в алюминии или сплавах алюминия Вы можете задать в поиске «купим чушку» или «купим сплав алюминия», знайте, что в случае с «куплю чушку» лучше обратиться к нам, как специалистам в области производства и поставок. Мы сможем помочь Вам подобрать интересующий Вас сплав в соответствии с потребностями и совместно скоординируем форму выпуска, сроки и период поставки.

Алюминий и его сплавы

Алюминий — тринадцатый элемент периодической системы Менделеева. Легкий и мягкий металл, который легко поддается обработке. В нашей стране добывают его на Урале. Оксидная пленка, образующаяся на поверхности в воздушной среде, защищает металл от коррозии, а это полезное свойство делает его столь востребованным в автомобилестроении. Вероятно, вам приходилось слышать, что алюминий называют крылатым металлом, поскольку его используют в самолетостроении — примерно на две трети самолет состоит из алюминия и сплавов на его основе. Применяют его и в машиностроении, электропромышленности, пищевой промышленности. В производстве металлов алюминий на втором месте после железа .

Получают его методом электролиза оксида Al2O3 . По ГОСТу (11069-74) существуют марки алюминия: А, АЕ, АО, А5, А6, А7, А8, А85, А95, А97, А99, А999 и А995. Марки от А до А85 содержат не более 2 % примесей и называются алюминием технической чистоты. А примеси — это кремний и железо, они (а особенно железо) неблагоприятно влияют на свойства алюминия: ухудшают электропроводность, пластичность и стойкость к коррозиям. Полезными они бывают, только если речь идет о жаропрочных сплавах.

Повышенной устойчивостью к коррозиям обладают сплавы алюминия с менее коррозионностойких металлов (с марганцем, магнием), зато сплавы с металлами, превосходящих алюминий в этом свойстве, получаются, напротив, менее устойчивыми к коррозиям, например, Al-Cu. В целом, сплавы обладают чаще всего лучшими по сравнению с чистым алюминием механическими качествами.

Сплавы алюминия можно разделить на две группы: литейные и деформируемые (те, что обрабатываются давлением).

Помимо указанных буквенных обозначений, к ним могут добавлять буквы, обозначающие вид обработки и состояние изделия: Т — закаленное и естественно состаренное состояние, Т1 — закаленное и искусственно состаренное при 135 — 180 °С, М — обожженное состояние, Н — нагартованное, П — полунагартованное, ПЧ и Ч — указывает на наличие примесей.

Читать еще:  График термической обработки Свойства стали 40 х

Деформируемые:

  • Технический алюминий,
  • Дюралюминий с медью и магнием — Д1, Д16. Сплав Д19 становится прочнее при закалке 500 — 515 °С в воде и естественным старением порядка десяти суток. Немного изменяется его пластичность. Все виды полуфабрикатов выпускают из него. Д21 применяют для штамповок и прессованных заготовок.
  • Сплав АМЦ (алюминиевомарганцевый),
  • Высокопрочные сплавы с магнием, цинком и медью — В92, В95. Сплав В92 становится прочнее и при естественном и при искусственном старении. После закалки 400-460 °С и искусственного старения при 100 С его механические свойства его достигают максимума. Применяется для всех видов полуфабрикатов.
  • «Авиаль» с кремнием и магнием АД 31, АД35 и АД38, кроме них еще А8, но в него входит еще небольшое количество меди. Сплав ВАД23 ( AI — Сu — Мg ) среди прочих деформируемых сплавов алюминия отличается наивысшими и значениями временного сопротивления и предела текучести при нормальных и повышенных (до 160-180 °С) температурах.
  • Магниевые сплавы — Амг (с цифровым обозначением содержания магния). Сплав АМг6 больше других распространен в технике. Он прекрасно сваривается, устойчив к коррозиям, пластичен, при термообработке упрочняется.
  • Жаропрочные (ковочные) с маркировкой АК (АК2, АК 4 и т.д.)

Литейные сплавы используют для изготовления, соответственно, литых заготовок.

  • Al + Si — силумины. АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34. Отлично льются, свариваются и анодируются, режутся.
  • Al + Cu — дюрали,
  • Al + Mg (Амг).

Сплавы из алюминия отличаются удельной прочностью и простотой изготовления деталей из них, устойчивы к коррозии ( в 10-20 раз выше, чем у конструкционной стали), пластичностью даже при низких температурах, при ударе не дают искр, а кроме того имеют отличный внешний вид.

Прочность алюминиевых сплавов находится в зависимости от их марки, состояния, формы и размера заготовки и других факторов.

Алюминий подвергается лазерной резки до 16 мм., и гидроабразивной резки до 300 мм.

Об алюминии

Алюминий – серебристо-белый металл, 13-й элемент периодической таблицы Менделеева. Невероятно, но факт: алюминий – самый распространенный металл на Земле, на него приходится более 8% всей массы земной коры, и это третий по распространенности химический элемент на нашей планете после кислорода и кремния.

При этом алюминий не встречается в природе в чистом виде из-за своей высокой химической активности. Вот почему мы узнали о нем относительно недавно. Формально алюминий был получен лишь в 1824 году, и прошло еще полвека, прежде чем началось его промышленное производство.

Чаще всего в природе алюминий встречается в составе квасцов. Это минералы, объединяющие в себе две соли серной кислоты: одну на основе щелочного металла (лития, натрия, калия, рубидия или цезия), а другую – на основе металла третьей группы таблицы Менделеева, преимущественно алюминия.

Квасцы и сегодня применяют при очистке воды, в кулинарии, медицине, косметологии, в химической и других отраслях промышленности. Кстати, свое имя алюминий получил как раз благодаря квасцам, которые на латыни назывались alumen.

Но каким бы распространенным ни был алюминий, его открытие стало возможным только, когда в распоряжении ученых появился новый инструмент, позволяющий расщеплять сложные вещества на простые, – электрический ток.

И в 1824 году с помощью процесса электролиза датский физик Ханс Кристиан Эрстед получил алюминий. Он был загрязнен примесями калия и ртути, задействованных в химических реакциях, однако это был первый случай получения алюминия.

Используя электролиз, алюминий производят и в наши дни.

Сырьем для производства алюминия сегодня служит еще одна распространенная в природе алюминиевая руда – бокситы. Это глинистая горная порода, состоящая из разнообразных модификаций гидроксида алюминия с примесью оксидов железа, кремния, титана, серы, галлия, хрома, ванадия, карбонатных солей кальция, железа и магния – чуть ли не половины таблицы Менделеева. В среднем из 4-5 тонн бокситов производится 1 тонна алюминия.

Из бокситов получают глинозем. Это оксид алюминия Al2O3, который имеет форму белого порошка и из которого путем электролиза на алюминиевых заводах производят металл.

Производство алюминия требует огромного количества электроэнергии. Для производства одной тонны металла необходимо около 15 МВт*ч энергии – столько потребляет 100-квартирный дом в течение целого месяца.Поэтому разумнее всего строить алюминиевые заводы поблизости от мощных и возобновляемых источников энергии. Самое оптимальное решение – гидроэлектростанции, представляющие самый мощный из всех видов «зеленой энергетики».

Легкий

Прочный

Пластичный

Нет коррозии

Алюминий легко обрабатывается давлением, причем как в горячем, так и в холодном состоянии. Он поддается прокатке, волочению, штамповке. Алюминий не горит, не требует специальной окраски и не токсичен в отличие от пластика.

Очень высока ковкость алюминия: из него можно изготовить листы толщиной всего 4 микрона и тончайшую проволоку. А сверхтонкая алюминиевая фольга втрое тоньше человеческого волоса. Кроме того, по сравнению с другими металлами и материалами он более экономичен.

Высокая способность к образованию соединений с различными химическими элементами породила множество сплавов алюминия. Даже незначительная доля примесей существенно меняет характеристики металла и открывает новые сферы для его применения. Например, сочетание алюминия с кремнием и магнием в повседневной жизни можно встретить буквально на дороге – в форме литых колесных дисков, двигателей, в элементах шасси и других частей современного автомобиля. А если добавить в алюминиевый сплав цинк, то, возможно, вы сейчас держите его в руках, ведь именно этот сплав используется при производстве корпусов мобильных телефонов и планшетов. Тем временем ученые продолжают изобретать новые и новые алюминиевые сплавы.

Сегодня существование строительной, автомобильной, авиационной, космической, электротехнической, энергетической, пищевой и других отраслей промышленности невозможно без алюминия. Более того, именно этот металл стал символом прогресса – все новейшие электронные устройства, средства передвижения изготавливаются из алюминия.

Алюминий против меди

Казалось бы, вышеперечисленный набор характеристик уже сам по себе достаточен для того, чтобы алюминий стал металлом приоритетного выбора в индустрии, однако есть еще одна, не менее значимая характеристика. Использование алюминия может быть бесконечно: этот металл и сплавы из него можно неоднократно переплавлять без утраты механических характеристик. Ученые подсчитали, что 1 кг собранных и сданных в переплавку алюминиевых банок позволяет сэкономить 8 кг боксита, 4 кг различных фторидов и 14 кВт/ч электроэнергии.

Около 75% алюминия, выпущенного за все время существования отрасли, используется до сих пор.

В статье использованы фотоматериалы © Shutterstock и © Rusal.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector