Доклад за алуминия в химията. Химични свойства на алуминия

Раздел 1. Името и историята на откриването на алуминий.

Раздел 2. Обща характеристика алуминий, физични и химични свойства.

Раздел 3. Производство на отливки от алуминиеви сплави.

Раздел 4. Приложение алуминий.

Алуминийе елемент от главната подгрупа на третата група, третия период на периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 13. Означава се със символа Al. Принадлежи към групата на леките метали. Най-често метали третият най-разпространен химичен елемент в земната кора (след кислорода и силиция).

Просто вещество алуминий (CAS номер: 7429-90-5) - лек, парамагнитен металсребристо-бял цвят, лесен за формоване, отливане и обработка. Алуминият има висока топло- и електрическа проводимост и устойчивост на корозия поради бързото образуване на силни оксидни филми, които предпазват повърхността от по-нататъшно взаимодействие.

Индустриалните постижения във всяко развито общество неизменно се свързват с напредъка в технологиите на структурните материали и сплави. Качеството на обработка и производителността на производството на търговски артикули са най-важните показатели за нивото на развитие на държавата.

Материалите, използвани в съвременните конструкции, в допълнение към високите якостни характеристики, трябва да притежават набор от свойства като повишена устойчивост на корозия, топлоустойчивост, топло- и електропроводимост, огнеупорност, както и способността да поддържат тези свойства при условия на дълготрайност работа под натоварвания.

Научните разработки и производствените процеси в областта на леярското производство на цветни метали в нашата страна съответстват на напредналите постижения на научно-техническия прогрес. Техният резултат по-специално беше създаването на модерни цехове за леене под налягане и леене под налягане в автомобилния завод Волжски и редица други предприятия. В Заволжския моторен завод успешно работят големи машини за леене под налягане със сила на заключване на формата от 35 MN, които произвеждат цилиндрови блокове от алуминиеви сплави за автомобила Волга.

Алтайският моторен завод усвои автоматизирана линия за производство на отливки под налягане. В Съюза на съветските социалистически републики () за първи път в света той беше разработен и усвоен процеснепрекъснато леене на слитъци от алуминиева сплав в електромагнитен кристализатор. Този метод значително подобрява качеството на блоковете и намалява количеството на отпадъците под формата на чипове по време на струговане.

Името и историята на откриването на алуминий

Латинският алуминий идва от латинското alumen, което означава стипца (алуминиев и калиев сулфат (K) KAl(SO4)2·12H2O), който отдавна се използва при дъбене на кожа и като стягащо средство. Al, химичен елемент от група III на периодичната таблица, атомен номер 13, атомна маса 26, 98154. Поради високата си химична активност откриването и изолирането на чист алуминий отне почти 100 години. Заключението, че "" (огнеупорно вещество, в съвременния смисъл - алуминиев оксид) може да се получи от стипца, е направено през 1754 г. немски химик А. Маркграф. По-късно се оказа, че същата „земя“ може да бъде изолирана от глина и започна да се нарича алуминиев оксид. Едва през 1825 г. е произведен метален алуминий. Датският физик Х. К. Ерстед. Той третира алуминиев хлорид AlCl3, който може да се получи от алуминиев оксид, с калиева амалгама (сплав на калий (K) с живак (Hg)) и след дестилиране на живака (Hg) той изолира сив алуминиев прах.

Само четвърт век по-късно този метод беше леко модернизиран. През 1854 г. френският химик A.E. Sainte-Claire Deville предлага използването на метален натрий (Na) за производството на алуминий и получава първите слитъци от новия метал. По това време цената на алуминия беше много висока и от него се правеха бижута.

Промишлен метод за производство на алуминий чрез електролиза на стопилка от сложни смеси, включително алуминиев оксид, флуорид и други вещества, е разработен независимо през 1886 г. от P. Héroux () и C. Hall (САЩ). Производството на алуминий е свързано с голямо потребление на електроенергия, така че е въведено в голям мащаб едва през 20 век. IN Съюз на съветските социалистически републики (CCCP)Първият промишлен алуминий е произведен на 14 май 1932 г. в завода за алуминий Волхов, построен до водноелектрическата централа Волхов.

Алуминият с чистота над 99,99% е получен за първи път чрез електролиза през 1920 г. През 1925 г. в работаЕдуардс публикува известна информация за физическите и механичните свойства на такъв алуминий. През 1938г Тейлър, Уилър, Смит и Едуардс публикуваха статия, показваща някои свойства на алуминий с чистота 99,996%, също получен във Франция чрез електролиза. Първото издание на монографията за свойствата на алуминия е публикувано през 1967 г.

През следващите години, поради сравнителната лекота на приготвяне и привлекателните свойства, много върши работаза свойствата на алуминия. Чистият алуминий е намерил широко приложение предимно в електрониката – от електролитни кондензатори до върховете на електронната техника – микропроцесорите; в криоелектрониката, криомагнетика.

По-новите методи за получаване на чист алуминий са методът на зоново пречистване, кристализация от амалгами (алуминиеви сплави с живак) и изолиране от алкални разтвори. Степента на чистота на алуминия се контролира от стойността на електрическото съпротивление при ниски температури.

Общи характеристики на алуминия

Естественият алуминий се състои от един нуклид, 27Al. Конфигурацията на външния електронен слой е 3s2p1. В почти всички съединения степента на окисление на алуминия е +3 (валентност III). Радиусът на неутралния алуминиев атом е 0,143 nm, радиусът на йона Al3+ е 0,057 nm. Енергиите на последователна йонизация на неутрален алуминиев атом са съответно 5, 984, 18, 828, 28, 44 и 120 eV. Според скалата на Полинг електроотрицателността на алуминия е 1,5.

Алуминият е мек, лек, сребристо-бял, чиято кристална решетка е лицево-центрирана кубична, параметър a = 0,40403 nm. Точката на топене на чистия метал е 660 ° C, точката на кипене е около 2450 ° C, плътността е 2,6989 g / cm3. Температурният коефициент на линейно разширение на алуминия е около 2,5·10-5 К-1.

Химическият алуминий е доста активен метал. Във въздуха повърхността му моментално се покрива с плътен филм от оксид Al2O3, който предотвратява по-нататъшния достъп на кислород (О) до метала и води до спиране на реакцията, което определя високите антикорозионни свойства на алуминия. Защитен повърхностен филм върху алуминия също се образува, ако се постави в концентрирана азотна киселина.

Алуминият реагира активно с други киселини:

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

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

Интересното е, че реакцията между алуминий и йод (I) на прах започва при стайна температура, ако към първоначалната смес се добавят няколко капки вода, която в този случай играе ролята на катализатор:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

Взаимодействието на алуминий със сяра (S) при нагряване води до образуването на алуминиев сулфид:

2Al + 3S = Al2S3,

който лесно се разгражда от вода:

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

Алуминият не взаимодейства директно с водорода (Н), но по индиректни начини, например, като се използват органоалуминиеви съединения, е възможно да се синтезира твърд полимерен алуминиев хидрид (AlH3)x, мощен редуциращ агент.

Под формата на прах алуминият може да се изгори във въздуха и се образува бял, огнеупорен прах от алуминиев оксид Al2O3.

Високата якост на връзката в Al2O3 определя високата топлина на образуването му от прости вещества и способността на алуминия да редуцира много метали от техните оксиди, например:

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe и дори

3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca.

Този метод за производство на метали се нарича алуминотермия.

Да бъдеш сред природата

По отношение на изобилието в земната кора алуминият е на първо място сред металите и на трето място сред всички елементи (след кислород (О) и силиций (Si)), като представлява около 8,8% от масата на земната кора. Алуминият се намира в огромен брой минерали, главно алумосиликати и скали. Алуминиевите съединения съдържат гранити, базалти, глини, фелдшпати и др. Но ето парадокса: с огромен брой минералии скали, съдържащи алуминий, находищата на боксит - основната суровина за промишленото производство на алуминий - са доста редки. В Руската федерация има находища на боксит в Сибир и Урал. Алунитите и нефелините също са от индустриално значение. Като микроелемент алуминият присъства в тъканите на растенията и животните. Има организми - концентратори, които натрупват алуминий в органите си - някои клубни мъхове и мекотели.

Промишлено производство: в индекса на промишленото производство бокситът първо се подлага на химическа обработка, премахвайки примесите от оксиди на силиций (Si), желязо (Fe) и други елементи. В резултат на такава обработка се получава чист алуминиев оксид Al2O3 - основният при производството на метал чрез електролиза. Въпреки това, поради факта, че точката на топене на Al2O3 е много висока (повече от 2000°C), не е възможно да се използва неговата стопилка за електролиза.

Учените и инженерите намериха следното решение. В електролиза криолитът Na3AlF6 първо се разтопява (температурата на стопилката е малко под 1000°C). Криолитът може да се получи например чрез обработка на нефелини от Колския полуостров. След това малко Al2O3 (до 10% от теглото) и някои други вещества се добавят към тази стопилка, за да се подобрят условията за последващото процес. По време на електролизата на тази стопилка алуминиевият оксид се разлага, криолитът остава в стопилката и на катода се образува стопен алуминий:

2Al2O3 = 4Al + 3O2.

Алуминиеви сплави

Повечето метални елементи са легирани с алуминий, но само няколко от тях играят ролята на основни легиращи компоненти в индустриалните алуминиеви сплави. Въпреки това, значителен брой елементи се използват като добавки за подобряване на свойствата на сплавите. Най-широко използваните:

Добавя се берилий, за да се намали окисляването при повишени температури. Малки добавки на берилий (0,01 - 0,05%) се използват в алуминиеви леярски сплави за подобряване на течливостта при производството на части на двигатели с вътрешно горене (бутала и цилиндрови глави).

Борът се въвежда за увеличаване на електропроводимостта и като рафинираща добавка. Борът се въвежда в алуминиеви сплави, използвани в ядрената енергетика (с изключение на частите на реактора), т.к той абсорбира неутрони, предотвратявайки разпространението на радиация. Борът се въвежда в средно количество 0,095 - 0,1%.

Бисмут. Метали с ниски точки на топене, като бисмут и кадмий, се въвеждат в алуминиевите сплави за подобряване на обработваемостта. Тези елементи образуват меки, стопими фази, които допринасят за крехкостта на стружките и смазването на ножа.

Галият се добавя в количество от 0,01 - 0,1% към сплавите, от които след това се изработват консумативни аноди.

Желязо. Въвежда се в малки количества (»0,04%) при производството на проводници за увеличаване на якостта и подобряване на характеристиките на пълзене. Също желязонамалява залепването по стените на формите при отливане в охладителна форма.

Индий. Добавката 0,05 - 0,2% укрепва алуминиевите сплави по време на стареене, особено с ниско съдържание на мед. Индиевите добавки се използват в сплави, съдържащи алуминий-кадмий.

Приблизително 0,3% кадмий се въвежда за увеличаване на якостта и подобряване на корозионните свойства на сплавите.

Калцият придава пластичност. Със съдържание на калций от 5% сплавта има ефект на свръхпластичност.

Силицият е най-използваната добавка в леярските сплави. В количество 0,5 - 4% намалява склонността към напукване. Комбинацията от силиций и магнезий прави възможно термичното запечатване на сплавта.

Магнезий. Добавянето на магнезий значително увеличава якостта, без да намалява пластичността, увеличава заваряемостта и повишава корозионната устойчивост на сплавта.

Медукрепва сплавите, максимално втвърдяване се постига при задържане купрума 4 - 6%. Сплави с купрум се използват в производството на бутала за двигатели с вътрешно горене и висококачествени отливки за самолети.

Калайподобрява обработката на рязане.

Титан. Основната задача на титана в сплавите е да рафинира зърното в отливки и слитъци, което значително увеличава здравината и еднородността на свойствата в целия обем.

Въпреки че алуминият се счита за един от най-малко благородните индустриални метали, той е доста стабилен в много окислителни среди. Причината за това поведение е наличието на непрекъснат оксиден филм върху повърхността на алуминия, който веднага се образува отново върху почистените участъци при излагане на кислород, вода и други окислители.

В повечето случаи топенето се извършва на въздух. Ако взаимодействието с въздуха е ограничено до образуването на неразтворими в стопилката съединения на повърхността и полученият филм от тези съединения значително забавя по-нататъшното взаимодействие, тогава обикновено не се предприемат мерки за потискане на такова взаимодействие. В този случай топенето се извършва при директен контакт на стопилката с атмосферата. Това се прави при получаването на повечето алуминиеви, цинкови, калаено-оловни сплави.

Пространството, в което се извършва топенето на сплавта, е ограничено от огнеупорна облицовка, издържаща температури от 1500 - 1800 ˚C. Всички процеси на топене включват газова фаза, която се образува по време на изгарянето на горивото, взаимодействайки с околната среда и облицовката на топилния агрегат и т.н.

Повечето алуминиеви сплави имат висока устойчивост на корозия в естествената атмосфера, морска вода, разтвори на много соли и химикали и в повечето храни. Конструкциите от алуминиеви сплави често се използват в морска вода. Морски буйове, спасителни лодки, кораби, шлепове са изградени от алуминиеви сплави от 1930 г. В момента дължината на корабните корпуси, изработени от алуминиеви сплави, достига 61 м. Има опит в алуминиевите подземни тръбопроводи, алуминиевите сплави са силно устойчиви на корозия на почвата. През 1951 г. в Аляска е построен тръбопровод с дължина 2,9 км. След 30 години експлоатация не е открит нито един теч или сериозна повреда поради корозия.

Алуминият се използва в големи количества в строителството под формата на облицовъчни панели, врати, дограма и електрически кабели. Алуминиевите сплави не са подложени на силна корозия за дълъг период от време, когато са в контакт с бетон, хоросан или мазилка, особено ако конструкциите не са често мокри. В случай на често намокряне, ако повърхността на алуминий търговски артикулине е обработвано допълнително, може да потъмнее, дори да почернее в индустриални градове с високо съдържание на окислители във въздуха. За да се избегне това, се произвеждат специални сплави за получаване на лъскави повърхности чрез лъскаво анодиране - нанасяне на оксиден филм върху металната повърхност. В този случай повърхността може да получи много цветове и нюанси. Например сплавите от алуминий и силиций позволяват да се получи гама от нюанси, от сиво до черно. Сплавите от алуминий и хром имат златист цвят.

Индустриалният алуминий се произвежда под формата на два вида сплави - леярски сплави, части от които се изработват чрез леене, и деформационни сплави, произведени под формата на деформируеми полуфабрикати - листове, фолио, плочи, профили, тел. Отливките от алуминиеви сплави се произвеждат по всички възможни методи на леене. Най-често под налягане, в кокили и в пясъчно-глинести форми. В продукцията на малки политически партии се използва кастингв гипсови комбинирани форми и кастингчрез изгубени восъчни модели. Летите сплави се използват за направата на ляти ротори на електрически двигатели, ляти части за самолети и др. Деформираните сплави се използват в автомобилното производство за вътрешна облицовка, брони, панели на тялото и вътрешни части; в строителството като довършителен материал; в самолети и др.

IN индустрияИзползват се и алуминиеви прахове. Използва се в металургията индустрия: в алуминотермията, като легиращи добавки, за производство на полуфабрикати чрез пресоване и синтероване. Този метод произвежда много издръжливи части (зъбни колела, втулки и др.). Праховете се използват и в химията за получаване на алуминиеви съединения и като катализатор(например при производството на етилен и ацетон). Като се има предвид високата реактивност на алуминия, особено в прахообразна форма, той се използва в експлозиви и твърдо гориво за ракети, като се възползва от способността му да се запалва бързо.

Като се има предвид високата устойчивост на алуминия към окисление, прахът се използва като пигмент в покрития за боядисване на оборудване, покриви, хартия за печат и лъскави повърхности на автомобилни панели. Стоманата и чугунът също са покрити със слой алуминий. предмет на търговиятаза да се избегне тяхната корозия.

По отношение на мащаба на приложение алуминият и неговите сплави заемат второ място след желязото (Fe) и неговите сплави. Широкото използване на алуминия в различни области на техниката и бита е свързано с комбинация от неговите физични, механични и химични свойства: ниска плътност, устойчивост на корозия в атмосферния въздух, висока топло- и електрическа проводимост, пластичност и относително висока якост. Алуминият лесно се обработва по различни начини - коване, щамповане, валцуване и др. Чистият алуминий се използва за направата на тел (електрическата проводимост на алуминия е 65,5% от електропроводимостта на медта, но алуминият е повече от три пъти по-лек от медта, така че алуминият често се заменя в електротехниката) и фолио, използвано като опаковъчен материал. Основната част от разтопения алуминий се изразходва за производството на различни сплави. Защитни и декоративни покрития се нанасят лесно върху повърхностите на алуминиеви сплави.

Разнообразието от свойства на алуминиевите сплави се дължи на въвеждането на различни добавки в алуминия, които образуват твърди разтвори или интерметални съединения с него. По-голямата част от алуминия се използва за производство на леки сплави - дуралуминий (94% алуминий, 4% мед (Cu), 0,5% магнезий (Mg), манган (Mn), (Fe) и силиций (Si)), силумин ( 85 -90% - алуминий, 10-14% силиций (Si), 0,1% натрий (Na)) и др. В металургията алуминият се използва не само като основа за сплави, но и като една от широко използваните легиращи добавки в сплави на база мед (Cu), магнезий (Mg), желязо (Fe), >никел (Ni) и др.

Алуминиевите сплави се използват широко в бита, в строителството и архитектурата, в автомобилната индустрия, корабостроенето, авиацията и космическата техника. По-специално, първият изкуствен спътник на Земята е направен от алуминиева сплав. Сплав от алуминий и цирконий (Zr) - широко използвана в строителството на ядрени реактори. Алуминият се използва в производството на експлозиви.

Когато работите с алуминий в ежедневието, трябва да имате предвид, че само неутрални (киселинни) течности могат да се нагряват и съхраняват в алуминиеви съдове (например кипяща вода). Ако например варите кисела зелева чорба в алуминиев тиган, алуминият преминава в храната и тя придобива неприятен „метален“ вкус. Тъй като оксидният филм се поврежда много лесно в ежедневието, използването на алуминиеви съдове все още е нежелателно.

Сребристо-бял метал, лек

плътност - 2,7 g/cm³

Точката на топене на техническия алуминий е 658 °C, за алуминия с висока чистота е 660 °C

специфична топлина на топене - 390 kJ/kg

точка на кипене - 2500 °C

специфична топлина на изпарение - 10,53 MJ/kg

якост на опън на лят алуминий - 10-12 kg/mmI, деформируем - 18-25 kg/mmI, сплави - 38-42 kg/mmI

Твърдост по Бринел - 24...32 kgf/mm²

висока пластичност: техническа - 35%, чиста - 50%, навита на тънки листове и дори фолио

Модул на Юнг - 70 GPa

Алуминият има висока електрическа проводимост (0,0265 µOhm m) и топлопроводимост (203,5 W/(m K)), 65% от електрическата проводимост на медта и има висока светлоотразителна способност.

Слаб парамагнетик.

Температурен коефициент на линейно разширение 24,58·10−6 K−1 (20…200 °C).

Температурният коефициент на електрическо съпротивление е 2,7·10−8K−1.

Алуминият образува сплави с почти всички метали. Най-известните сплави са мед и магнезий (дуралуминий) и силиций (силумин).

Естественият алуминий се състои почти изцяло от един стабилен изотоп, 27Al, със следи от 26Al, радиоактивен изотоп с Периодпериод на полуразпад от 720 хиляди години, образуван в атмосферата, когато аргоновите ядра са бомбардирани от протони на космическите лъчи.

По разпространение в земната кора той се нарежда на 1-во място сред металите и 3-то сред елементите, отстъпвайки само на кислорода и силиция. съдържание на алуминий в земната кора според данниразлични изследователи варират от 7,45 до 8,14% от масата на земната кора.

В природата алуминият, поради високата си химична активност, се среща почти изключително под формата на съединения. Някои от тях:

Боксит – Al2O3 H2O (с примеси на SiO2, Fe2O3, CaCO3)

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

Двуалуминиев оксид (смеси от каолини с пясък SiO2, варовик CaCO3, магнезит MgCO3)

Корунд (сапфир, рубин, шмиргел) – Al2O3

Каолинит - Al2O3 2SiO2 2H2O

Берил (изумруд, аквамарин) - 3BeO Al2O3 6SiO2

Хризоберил (александрит) - BeAl2O4.

Въпреки това, при определени специфични редуциращи условия е възможно образуването на естествен алуминий.

Природните води съдържат алуминий под формата на нискотоксични химични съединения, например алуминиев флуорид. Видът на катиона или аниона зависи преди всичко от киселинността на водната среда. Концентрации на алуминий в повърхностни водни тела Руска федерацияварира от 0,001 до 10 mg/l, в морска вода 0,01 mg/l.

Алуминият е

Производство на отливки от алуминиеви сплави

Основната задача пред леярското производство в нашата държава, се състои в значително цялостно подобряване на качеството на отливките, което трябва да се отрази в намаляване на дебелината на стената, намаляване на допуските за машинна обработка и за литниково-захранващи системи, като същевременно се поддържат правилните експлоатационни свойства на търговските артикули. Крайният резултат от тази работа трябва да бъде задоволяване на увеличените нужди на машиностроенето с необходимото количество отливки без значително увеличение на общата парична емисия на отливките по тегло.

Леене в пясък

От горните методи за леене в еднократни форми най-широко използваният при производството на отливки от алуминиеви сплави е леенето в мокри пясъчни форми. Това се дължи на ниската плътност на сплавите, малкото силово въздействие на метала върху формата и ниските температури на леене (680-800C).

За производството на пясъчни форми се използват смеси за формоване и сърцевина, приготвени от кварцови и глинести пясъци (GOST 2138-74), формовъчни глини (GOST 3226-76), свързващи вещества и спомагателни материали.

Типът на литниковата система се избира, като се вземат предвид размерите на отливката, сложността на нейната конфигурация и местоположението в матрицата. Изливането на форми за отливки със сложни конфигурации с малка височина се извършва, като правило, с помощта на долни литникови системи. За големи височини на отливане и тънки стени е за предпочитане да се използват вертикални слотове или комбинирани системи за литници. Формите за малки отливки могат да се пълнят през горните литникови системи. В този случай височината на падане на металната кора в кухината на формата не трябва да надвишава 80 mm.

За да се намали скоростта на движение на стопилката при навлизане в кухината на формата и за по-добро отделяне на оксидните филми и шлаковите включвания, суспендирани в нея, се въвежда допълнително хидравлично съпротивление в литниковите системи - монтират се мрежи (метални или фибростъкло) или се изсипват през гранули филтри.

Спреите (подаващите устройства), като правило, се довеждат до тънки участъци (стени) от отливки, разпределени по периметъра, като се вземе предвид удобството на последващото им отделяне по време на обработката. Доставянето на метал към масивни единици е неприемливо, тъй като причинява образуване на свиваеми кухини в тях, повишена грапавост и свиваеми „пропадания“ на повърхността на отливките. В напречно сечение литниковите канали най-често имат правоъгълна форма с широка страна 15-20 mm и тясна страна 5-7 mm.

Сплавите с тесен диапазон на кристализация (AL2, AL4, AL), AL34, AK9, AL25, ALZO) са склонни към образуване на концентрирани кухини при свиване в термичните възли на отливките. За да изведат тези черупки извън отливките, широко се използва инсталирането на огромни печалби. За тънкостенни (4-5 mm) и малки отливки масата на печалбата е 2-3 пъти масата на отливките, за дебелостенните е до 1,5 пъти. Височина пристигнаизбрани в зависимост от височината на отливката. За височини под 150 mm височина пристигнаН-прибл. взета равна на височината на отливката Notl. За по-високи отливки съотношението Nprib/Notl се приема равно на 0,3 ± 0,5.

Най-голямо приложение при леенето на алуминиеви сплави се намира в горни отворени печалби с кръгло или овално напречно сечение; В повечето случаи страничните печалби са затворени. За подобряване на ефективността на работата печалбите са изолирани, напълнени с горещ метал и допълнени. Изолацията обикновено се извършва чрез залепване на азбестови листове върху повърхността на формата, последвано от сушене с газов пламък. Сплавите с широк диапазон на кристализация (AL1, AL7, AL8, AL19, ALZZ) са склонни към образуване на разпръсната порьозност на свиване. Импрегниране на свиване на порите с печалбинеефективно. Ето защо, когато се правят отливки от изброените сплави, не се препоръчва да се използва инсталация на масивни печалби. За получаване на висококачествени отливки се извършва насочена кристализация, като за тази цел се използва широко инсталирането на хладилници от чугун и алуминиеви сплави. Оптималните условия за насочена кристализация се създават от вертикално-слотова стробираща система. За да се предотврати отделянето на газ по време на кристализация и да се предотврати образуването на газова свиваема порьозност в дебелостенни отливки, широко се използва кристализация под налягане от 0,4-0,5 MPa. За тази цел леярските форми се поставят в автоклави преди изливане, пълнят се с метал и отливките кристализират под налягане на въздуха. За производството на големи (до 2-3 м височина) тънкостенни отливки се използва метод на леене с последователно насочено втвърдяване. Същността на метода е последователната кристализация на отливката отдолу нагоре. За да направите това, леярската форма се поставя върху масата на хидравличния асансьор и в нея се спускат метални тръби с диаметър 12-20 mm, загряти до 500-700 ° C, изпълняващи функцията на щрангове. Тръбите са неподвижно закрепени в купата на лечника и отворите в тях са затворени със запушалки. След напълване на купата на леяк със стопилката, запушалките се повдигат и сплавта тече през тръби в литникови кладенци, свързани с кухината на матрицата чрез лееци с прорези (подавачи). След като нивото на стопилката в кладенците се издигне с 20-30 mm над долния край на тръбите, се включва механизмът за спускане на хидравличната маса. Скоростта на спускане се приема така, че формата да се напълни под нивото на наводняване и горещият метал непрекъснато да тече в горните части на формата. Това осигурява насочено втвърдяване и позволява да се произвеждат сложни отливки без дефекти при свиване.

Пясъчните форми се изсипват с метал от кофи, облицовани с огнеупорен материал. Преди да се напълнят с метал, кофите с прясна облицовка се изсушават и калцинират при 780-800 ° C за отстраняване на влагата. Преди изливане поддържам температурата на стопилката 720–780 °C. Формите за тънкостенни отливки се запълват със стопилка, нагрята до 730–750 °C, а за дебелостенни до 700–720 °C.

Леене в гипсови форми

Отливането в гипсови форми се използва в случаите, когато към отливките се предявяват повишени изисквания по отношение на точността, чистотата на повърхността и възпроизвеждането на най-малките релефни детайли. В сравнение с пясъчните форми, гипсовите форми имат по-висока якост, точност на размерите, по-добра устойчивост на високи температури и позволяват да се произвеждат отливки със сложни конфигурации с дебелина на стената 1,5 mm в 5-6 клас на точност. Формите се изработват с помощта на восъчни или метални (месингови) хромирани модели. Моделните плочи са изработени от алуминиеви сплави. За по-лесно изваждане на моделите от формите повърхността им е покрита с тънък слой керосин-стеаринова грес.

Малки и средни форми за сложни тънкостенни отливки се изработват от смес, състояща се от 80% гипс, 20% кварц пясъкили азбест и 60-70% вода (от теглото на сухата смес). Състав на сместа за средни и големи форми: 30% гипс, 60% пясък, 10% азбест, 40-50% вода. За забавяне на втвърдяването към сместа се добавя 1-2% гасена вар. Необходимата здравина на формите се постига чрез хидратиране на безводен или полуводен гипс. За да се намали якостта и да се увеличи газопропускливостта, суровите гипсови форми се подлагат на хидротермична обработка - държат се в автоклав за 6-10 часа при налягане на водните пари от 0,13-0,14 MPa и след това на въздух за 24 часа. След това формите се подлагат на поетапно сушене при 350-500 °C.

Характеристика на гипсовите форми е тяхната ниска топлопроводимост. Това обстоятелство затруднява получаването на плътни отливки от алуминиеви сплави с широк диапазон на кристализация. Следователно, основната задача при разработването на литникова система за гипсови форми е да се предотврати образуването на кухини при свиване, разхлабване, оксидни филми, горещи пукнатини и недопълване на тънки стени. Това се постига чрез използване на разширяващи се литникови системи, които осигуряват ниска скорост на движение на стопилките в кухината на матрицата, насочено втвърдяване на термичните агрегати към печалби при използване на хладилници и увеличаване на съответствието на матрицата чрез увеличаване на съдържанието на кварцов пясък в сместа. Тънкостенните отливки се изливат във форми, загряти до 100-200 ° C с помощта на вакуумно засмукване, което позволява запълване на кухини с дебелина до 0,2 mm. Дебелостенни (повече от 10 mm) отливки се произвеждат чрез изливане на форми в автоклави. Кристализацията на метала в този случай се извършва под налягане от 0,4-0,5 MPa.

Леене на черупки

Препоръчително е да се използва корпусно леене за серийно и широкомащабно производство на отливки с ограничени размери с повишена чистота на повърхността, по-голяма точност на размерите и по-малко механична обработка в сравнение с пясъчното леене.

Формите за черупки се изработват с помощта на горещ (250-300 °C) метал (стомана, ) оборудване, като се използва бункерен метод. Оборудването за моделиране се изработва в съответствие с 4-5 класове на точност с наклони на формоване от 0,5 до 1,5%. Черупките са изработени от два слоя: първият слой е от смес с 6-10% термореактивна смола, вторият е от смес с 2% смола. За по-добро отстраняване на черупката, преди напълване на формовъчната смес, моделната плоча се покрива с тънък слой освобождаваща емулсия (5% силиконова течност № 5; 3% сапун за пране; 92% вода).

За производството на черупкови форми се използват финозърнести кварцови пясъци, съдържащи най-малко 96% силициев диоксид. Свързването на половинките се осъществява чрез залепване върху специални щифтови преси. Състав на лепилото: 40% смола MF17; 60% маршалит и 1,5% алуминиев хлорид (втвърдяване). Сглобените форми се изсипват в контейнери. При леене в черупкови форми се използват същите литникови системи и температурни условия, както при леене в пясъчни форми.

Ниската скорост на кристализация на метала в черупкови форми и по-малките възможности за създаване на насочена кристализация водят до получаването на отливки с по-ниски свойства, отколкото при леене в сурови пясъчни форми.

Леене по изгубен восък

Леенето на изгубен восък се използва за получаване на отливки с повишена точност (3-5 клас) и чистота на повърхността (4-6 клас грапавост), за които този метод е единственият възможен или оптимален.

Моделите в повечето случаи се изработват от пастообразни парафиностеаринови (1: 1) състави чрез пресоване в метални форми (отлети и сглобяеми) на стационарни или ротационни инсталации. При производството на сложни отливки с размери над 200 mm, за да се избегне деформация на модела, в масата на модела се въвеждат вещества, които повишават температурата им на омекване (топене).

Суспензия от хидролизиран етилсиликат (30-40%) и разпрашен кварц (70-60%) се използва като огнеупорно покритие при производството на керамични форми. Моделните блокове са покрити с калциниран пясък 1КО16А или 1К025А. Всеки слой покритие се суши на въздух за 10-12 часа или в атмосфера, съдържаща амонячни пари. Необходимата здравина на керамичната форма се постига с дебелина на корпуса 4-6 mm (4-6 слоя огнеупорно покритие). За да се осигури гладко запълване на матрицата, се използват разширяващи се литникови системи за подаване на метал към дебели секции и масивни единици. Отливките обикновено се подават от масивен щранг през удебелени лейки (фидери). За сложни отливки е разрешено да се използват масивни печалби за захранване на горните масивни единици със задължителното им пълнене от щранга.

Алуминият е

Топенето на модели от форми се извършва в гореща (85-90 ° C) вода, подкислена със солна киселина (0,5-1 cm3 на литър вода), за да се предотврати осапунването на стеарина. След разтопяване на моделите керамичните форми се изсушават при 150–170 °C за 1–2 часа, поставят се в контейнери, покриват се със сух пълнител и се калцинират при 600–700 °C за 5–8 часа. Изливането се извършва в студени и загряти форми. Температурата на нагряване (50-300 °C) на формите се определя от дебелината на стените на отливката. Пълненето на формите с метал се извършва по обичайния начин, както и с помощта на вакуум или центробежна сила. Повечето алуминиеви сплави се нагряват до 720–750 °C преди изливане.

Хладно леене

Студеното леене е основният метод за серийно и масово производство на отливки от алуминиеви сплави, което позволява получаването на отливки от 4-6 класа на точност с грапавост на повърхността Rz = 50-20 и минимална дебелина на стената 3-4 mm. При леене в кокил, наред с дефекти, причинени от високи скорости на движение на стопилката в кухината на формата и неспазване на изискванията за насочено втвърдяване (газова порьозност, оксидни филми, хлабавост на свиване), основните видове дефекти и отливките са недопълнени и пукнатини. Появата на пукнатини се дължи на трудно свиване. Особено често се появяват пукнатини в отливки от сплави с широк диапазон на кристализация и голямо линейно свиване (1,25-1,35%). Предотвратяването на образуването на тези дефекти се постига чрез различни технологични методи.

В случай на доставка на метал към дебели профили, трябва да се осигури попълване на мястото за доставка чрез инсталиране на захранващ бос (печалба). Всички елементи на литниковите системи са разположени по дължината на съединителя на матрицата. Препоръчват се следните съотношения на площите на напречното сечение на литниковите канали: за малки отливки EFst: EFshl: EFpit = 1: 2: 3; за големи отливки EFst: EFsh: EFpit = 1: 3: 6.

За да се намали скоростта на изтичане на стопилката в кухината на формата, се използват извити щрангове, фибростъкло или метални мрежи и гранулирани филтри. Качеството на отливките от алуминиева сплав зависи от скоростта на издигане на стопилката в кухината на леярската форма. Тази скорост трябва да е достатъчна, за да гарантира пълненето на тънки секции от отливки при условия на повишено разсейване на топлината и в същото време да не причинява недопълване поради непълно изпускане на въздух и газове през вентилационните канали и печалби, турбулентност и избликване на стопилката по време на преходът от тесни участъци към широки. Приема се, че скоростта на издигане на метала в кухината на формата при леене в охладителна форма е малко по-висока, отколкото при леене в пясъчни форми. Минималната допустима скорост на повдигане се изчислява с помощта на формулите на А. А. Лебедев и Н. М. Галдин (вижте раздел 5.1, „Леене в пясък“).

За получаване на плътни отливки се създава насочено втвърдяване, както при пясъчното леене, чрез правилно позициониране на отливката във формата и регулиране на разсейването на топлината. По правило масивните (дебели) леярски агрегати са разположени в горната част на формата. Това дава възможност да се компенсира намаляването на техния обем по време на втвърдяването директно от печалбите, инсталирани над тях. Регулирането на интензивността на отстраняване на топлината, за да се създаде насочено втвърдяване, се извършва чрез охлаждане или изолиране на различни секции на леярската форма. За локално увеличаване на отделянето на топлина широко се използват вложки, изработени от топлопроводим купрум, те осигуряват увеличаване на охлаждащата повърхност на охладителната форма поради перките и извършват локално охлаждане на охладителните форми със сгъстен въздух или вода. За да се намали интензивността на отделяне на топлина, върху работната повърхност на охладителната форма се нанася слой боя с дебелина 0,1–0,5 mm. За тази цел върху повърхността на каналите и печалбите се нанася слой боя с дебелина 1-1,5 мм. Забавянето на охлаждането на метала във формата може да се постигне и чрез локално удебеляване на стените на матрицата, използването на различни покрития с ниска топлопроводимост и изолация на формата с азбестови лепенки. Боядисването на работната повърхност на кокила подобрява външния вид на отливките, спомага за премахването на газовите джобове по повърхността им и увеличава издръжливостта на кокилите. Преди боядисване кокилите се нагряват до 100-120 °C. Прекалено високата температура на нагряване е нежелателна, тъй като това намалява скоростта на втвърдяване на отливките и продължителността краен срокчил услуга. Нагряването намалява температурната разлика между отливката и формата и разширяването на формата поради нагряването й от леярския метал. В резултат на това намаляват напреженията на опън в отливката, които причиняват пукнатини. Самото нагряване на формата обаче не е достатъчно, за да се елиминира възможността от пукнатини. Необходимо е своевременно отстраняване на отливката от формата. Отливката трябва да се извади от матрицата преди момента, в който температурата й стане равна на температурата на матрицата и напрежението на свиване достигне най-голямата си стойност. Обикновено отливката се отстранява в момента, в който е толкова здрава, че може да се движи без разрушаване (450-500 ° C). В този момент литниковата система все още не е придобила достатъчна здравина и се разрушава от леки удари. Продължителността на задържане на отливката във формата се определя от скоростта на втвърдяване и зависи от температурата на метала, температурата на формата и скоростта на изливане.

За да се премахне адхезията на метала, да се увеличи експлоатационният живот и да се улесни отстраняването, металните пръти се смазват по време на работа. Най-често срещаният лубрикант е водно-графитна суспензия (3-5% графит).

Части от калъпите, които оформят външните очертания на отливките, са изработени от сив излято желязо. Дебелината на стената на формите се определя в зависимост от дебелината на стената на отливките в съответствие с препоръките на GOST 16237-70. Вътрешните кухини в отливките се правят с помощта на метални (стоманени) и пясъчни пръти. Пясъчните пръти се използват за оформяне на сложни кухини, които не могат да бъдат направени с метални пръти. За да се улесни отстраняването на отливките от формите, външните повърхности на отливките трябва да имат наклон от 30" до 3° към съединителя. Вътрешните повърхности на отливките, направени с метални пръти, трябва да имат наклон най-малко 6°. В отливките не се допускат резки преходи от дебели профили към тънки профили Радиусите на кривините трябва да бъдат най-малко 3 mm Правят се отвори с диаметър над 8 mm за малки отливки, 10 mm за средни и 12 mm за големи. с пръти.Оптималното съотношение на дълбочината на отвора към неговия диаметър е 0,7-1.

Въздухът и газовете се отстраняват от кухината на матрицата с помощта на вентилационни канали, разположени в разделителната равнина, и тапи, поставени в стените близо до дълбоките кухини.

В съвременните леярни охладителните форми се монтират на еднопозиционни или многопозиционни полуавтоматични леярски машини, в които затварянето и отварянето на охладителната форма, инсталирането и отстраняването на сърцевините, изхвърлянето и отстраняването на отливката от формата са автоматизирани . Има и автоматичен контрол на температурата на нагряване на охладителната форма. Пълненето на охладителни форми на машини се извършва с помощта на дозатори.

За да се подобри запълването на тънките кухини на формите и да се отстранят въздухът и газовете, отделени по време на разрушаването на свързващите вещества, формите се вакуумират и пълнят под ниско налягане или с помощта на центробежна сила.

Изстискване леене

Леенето под налягане е вид кокилно леене, предназначено за производство на едрогабаритни панелни отливки (2500x1400 mm) с дебелина на стената 2-3 mm. За целта се използват метални полуформи, които се монтират на специализирани машини за леене и пресоване с едностранно или двустранно приближаване на полуформите. Отличителна черта на този метод на леене е принудителното запълване на кухината на формата с широк поток от стопилка, когато половинките на формата се приближават една към друга. Леярската форма не съдържа елементи от конвенционална литникова система. ДанниПо този метод се получават отливки от сплави AL2, AL4, AL9, AL34, които имат тесен диапазон на кристализация.

Скоростта на охлаждане на стопилката се контролира чрез нанасяне на топлоизолационно покритие с различна дебелина (0,05-1 mm) върху работната повърхност на кухината на формата. Прегряването на сплавите преди изливане не трябва да надвишава 15-20 ° C над температурата на ликвидус. Продължителността на подхода на полуформите е 5-3 s.

Леене под ниско налягане

Леенето под ниско налягане е друг вариант на леене под налягане. Използва се при производството на едрогабаритни тънкостенни отливки от алуминиеви сплави с тесен диапазон на кристализация (AL2, AL4, AL9, AL34). Както при кокилното леене, външните повърхности на отливките се правят с метална форма, а вътрешните кухини се правят с метални или пясъчни пръти.

За направата на пръчките използвайте смес, състояща се от 55% кварцов пясък 1K016A; 13,5% полумаслен пясък P01; 27% пулверизиран кварц; 0,8% пектиново лепило; 3,2% смола М и 0,5% керосин. Тази смес не образува механично изгаряне. Пълненето на формите с метал се извършва под налягане на сгъстен, изсушен въздух (18–80 kPa), подаден към повърхността на стопилката в тигел, загрят до 720–750 ° C. Под въздействието на това налягане стопилката се изтласква от тигела в металната тел, а от нея в литниковата система и по-нататък в кухината на леярската форма. Предимството на леенето при ниско налягане е възможността за автоматично контролиране на скоростта на издигане на метала в кухината на формата, което прави възможно получаването на тънкостенни отливки с по-високо качество, отколкото при леене под въздействието на гравитацията.

Кристализацията на сплави във форма се извършва под налягане 10–30 kPa преди образуването на твърда метална кора и 50–80 kPa след образуването на кора.

По-плътните отливки от алуминиева сплав се произвеждат чрез леене с обратно налягане при ниско налягане. Запълването на кухината на формата по време на леене с обратно налягане се извършва поради разликата в налягането в тигела и във формата (10-60 kPa). Кристализацията на метала във формата се извършва под налягане 0,4-0,5 МРа. Това предотвратява отделянето на водород, разтворен в метала, и образуването на газови пори. Повишеното налягане допринася за по-доброто хранене на масивните леярски единици. В противен случай технологията за леене с обратно налягане не се различава от технологията за леене с ниско налягане.

Леенето с обратно налягане съчетава успешно предимствата на леенето при ниско налягане и кристализацията под налягане.

Шприцоване

Чрез леене под налягане от алуминиеви сплави AL2, ALZ, AL1, ALO, AL11, AL13, AL22, AL28, AL32, AL34 се произвеждат отливки със сложна конфигурация от 1-3 класа на точност с дебелина на стената от 1 mm и повече, отливки с диаметър до 1,2 мм, лята външна и вътрешна резба с минимална стъпка 1 мм и диаметър 6 мм. Чистотата на повърхността на такива отливки съответства на класове на грапавост 5–8. Производството на такива отливки се извършва на машини със студени хоризонтални или вертикални камери за пресоване, със специфично налягане на пресоване 30-70 MPa. Предпочитание се дава на машини с хоризонтална камера за пресоване.

Размерите и теглото на отливките са ограничени от възможностите на машините за леене под налягане: обемът на камерата за пресоване, специфичното налягане на пресоване (p) и заключващата сила (0). Площта на проекция (F) на отливката, каналите на лея и камерата за пресоване върху подвижната формовъчна плоча не трябва да надвишава стойностите, определени по формулата F = 0,85 0/r.

Оптималните стойности на наклона за външни повърхности са 45 °; за вътрешен 1°. Минималният радиус на кривите е 0,5-1 мм. Отвори с диаметър над 2,5 мм се правят чрез отливане. Отливките, изработени от алуминиеви сплави, като правило, се обработват само по дължината на опорните повърхности. Допускът за обработка се определя, като се вземат предвид размерите на отливката и варира от 0,3 до 1 mm.

За направата на форми се използват различни материали. Частите на формите, които влизат в контакт с течния метал, са изработени от стомана 3Х2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, закрепващите плочи и матриците са изработени от стомани 35, 45, 50, щифтове, втулки и направляващи колони - от стомана U8A.

Доставянето на метал в кухината на матрицата се извършва с помощта на външни и вътрешни литникови системи. До участъците на отливката, които подлежат на обработка, се подвеждат захранващи устройства. Дебелината им се определя в зависимост от дебелината на леярската стена в точката на подаване и зададения характер на запълване на формата. Тази зависимост се определя от съотношението на дебелината на фидера към дебелината на стената на отливката. Гладко запълване на формите, без турбуленция или улавяне на въздух, се получава, ако съотношението е близко до единица. За отливки с дебелина на стената до 2 мм. хранилките са с дебелина 0,8 mm; с дебелина на стената 3 мм. дебелината на хранилките е 1,2 mm; с дебелина на стената 4-6 мм-2 мм.

За получаване на първата част от стопилката, обогатена с въздушни включвания, в близост до кухината на формата се поставят специални резервоари за измиване, чийто обем може да достигне 20 - 40% от обема на отливката. Шайбите са свързани с кухината на формата чрез канали, чиято дебелина е равна на дебелината на захранващите устройства. Въздухът и газът се отстраняват от кухината на формата чрез специални вентилационни канали и пролуки между прътите (ежекторите) и матрицата на формата. Вентилационните канали са направени в равнината на съединителя върху неподвижната част на формата, както и по дължината на подвижните пръти и ежектори. Дълбочината на вентилационните канали при леене на алуминиеви сплави се приема 0,05-0,15 mm, а ширината е 10-30 mm, за да се подобри вентилацията, формите на кухините на шайбите са свързани с атмосферата с тънки канали (0,2- 0,5 мм).

Основните дефекти на отливките, получени чрез леене под налягане, са въздушна (газова) субкортикална порьозност, причинена от улавяне на въздух при високи скорости на входа на метала в кухината на матрицата и порьозност (или кухини) на свиване в термични единици. Образуването на тези дефекти е силно повлияно от параметрите на технологията на леене, скоростта на пресоване, налягането на пресоване и термичните условия на формата.

Скоростта на пресоване определя начина на пълнене на формата. Колкото по-висока е скоростта на пресоване, толкова по-висока е скоростта, с която стопилката се движи през литниковите канали, толкова по-висока е скоростта на постъпване на стопилката в кухината на формата. Високите скорости на пресоване допринасят за по-добро запълване на тънки и продълговати кухини. В същото време те карат метала да улавя въздух и да образува субкортикална порьозност. При леене на алуминиеви сплави високите скорости на пресоване се използват само за производството на сложни тънкостенни отливки. Налягането има голямо влияние върху качеството на отливките. С увеличаването му се увеличава плътността на отливките.

Големината на налягането при пресоване обикновено се ограничава от големината на заключващата сила на машината, която трябва да надвишава налягането, упражнявано от метала върху подвижната матрица (pF). Ето защо местното предварително пресоване на дебелостенни отливки, известно като „процесът на Ашигай“, придобива голям интерес. Ниската скорост на влизане на метал в кухината на формите чрез захранващи устройства с голямо сечение и ефективното предварително пресоване на кристализиращата стопилка с помощта на двойно бутало позволяват получаването на плътни отливки.

Качеството на отливките също се влияе значително от температурата на сплавта и формата. При производството на дебелостенни отливки с проста конфигурация стопилката се излива при температура 20-30 ° C под температурата на ликвидус. Тънкостенните отливки изискват използването на стопилка, прегрята над температурата на ликвидус с 10-15°C. За да се намали големината на напрежението на свиване и да се предотврати образуването на пукнатини в отливките, формите се нагряват преди изливане. Препоръчват се следните температури на нагряване:

Дебелина на стената на отливката, mm 1—2 2—3 3—5 5—8

Температура на нагряване

форми, °C 250—280 200—250 160—200 120—160

Стабилността на термичния режим се осигурява чрез нагряване (електричество) или охлаждане (вода) на формите.

За да се предпази работната повърхност на формите от залепване и ерозивни ефекти на стопилката, да се намали триенето при отстраняване на сърцевините и да се улесни отстраняването на отливките, формите се смазват. За тази цел се използват мастни (масло с графит или алуминиев прах) или водни (солни разтвори, водни препарати на базата на колоиден графит) смазки.

Плътността на отливките от алуминиева сплав се увеличава значително при леене с вакуумни форми. За да направите това, формата се поставя в запечатан корпус, в който се създава необходимия вакуум. Добри резултати могат да се получат с помощта на "кислородния процес". За да направите това, въздухът в кухината на формата се заменя с кислород. При високи скорости на навлизане на метал в кухината на формата, причинявайки улавяне на кислород от стопилката, субкортикалната порьозност не се образува в отливките, тъй като целият уловен кислород се изразходва за образуването на фино диспергирани алуминиеви оксиди, които не влияят забележимо механичните свойства на отливките. Такива отливки могат да бъдат подложени на топлинна обработка.

В зависимост от техническите изисквания, отливките от алуминиеви сплави могат да бъдат подложени на различни видове контрол: рентгеново, гама дефектоскопия или ултразвук за откриване на вътрешни дефекти; маркировки за определяне на отклонения в размерите; луминесцентни за откриване на повърхностни пукнатини; хидро- или пневматично управление за оценка на херметичността. Честотата на изброените видове контрол се определя от техническите условия или се определя от отдела на главния металург на завода. Идентифицираните дефекти, ако това е разрешено от техническите спецификации, се отстраняват чрез заваряване или импрегниране. Аргонно-дъгово заваряване се използва за заваряване на запълвания, кухини и свободни пукнатини. Преди заваряване дефектната зона се изрязва така, че стените на вдлъбнатините да имат наклон 30 - 42°. Отливките се подлагат на локално или общо нагряване до 300-350С. Локалното отопление се извършва с кислородно-ацетиленов пламък, общото отопление се извършва в камерни пещи. Заваряването се извършва със същите сплави, от които са направени отливките, като се използва неконсумативен волфрамов електрод с диаметър 2-6 mm при консумацияаргон 5-12 л/мин. Заваръчният ток обикновено е 25-40 A на 1 mm диаметър на електрода.

Порьозността в отливките се елиминира чрез импрегниране с бакелитов лак, асфалтов лак, изсушаващо масло или течно стъкло. Импрегнирането се извършва в специални котли под налягане 490-590 kPa с предварително излагане на отливките в разредена атмосфера (1,3-6,5 kPa). Температурата на импрегниращата течност се поддържа на 100°C. След импрегнирането отливките се изсушават при 65-200°C, при което импрегниращата течност се втвърдява и се проверяват повторно.

Алуминият е

Приложение на алуминий

Широко използван като строителен материал. Основните предимства на алуминия в това качество са лекота, ковкост за щамповане, устойчивост на корозия (на въздух алуминият незабавно се покрива с издръжлив филм от Al2O3, който предотвратява по-нататъшното му окисляване), висока топлопроводимост и нетоксичност на неговите съединения. По-специално, тези свойства са направили алуминия изключително популярен в производството на съдове за готвене, алуминиево фолио в хранително-вкусовата промишленост и за опаковане.

Основният недостатък на алуминия като конструктивен материал е неговата ниска якост, така че за укрепването му обикновено се легира с малко количество мед и магнезий (сплавта се нарича дуралуминий).

Електрическата проводимост на алуминия е само 1,7 пъти по-малка от тази на купрума, докато алуминият е приблизително 4 пъти по-евтин на килограм, но поради 3,3 пъти по-ниската си плътност, за да получи еднакво съпротивление, се нуждае от приблизително 2 пъти по-малко тегло. Поради това той се използва широко в електротехниката за производство на проводници, тяхното екраниране и дори в микроелектрониката за производство на проводници в чипове. По-ниската електропроводимост на алуминия (37 1/ohm) в сравнение с медта (63 1/ohm) се компенсира чрез увеличаване на напречното сечение на алуминиевите проводници. Недостатъкът на алуминия като електротехнически материал е наличието на силен оксиден филм, което затруднява запояването.

Благодарение на комплекса от свойства, той намира широко приложение в отоплителното оборудване.

Алуминият и неговите сплави запазват здравината си при ултраниски температури. Поради това се използва широко в криогенната технология.

Високата отразяваща способност, съчетана с ниска цена и лекота на отлагане, прави алуминия идеален материал за направата на огледала.

В производството на строителни материали като газообразуващ агент.

Алуминизирането придава устойчивост на корозия и котлен камък на стомана и други сплави, например клапани на бутални двигатели с вътрешно горене, турбинни лопатки, нефтени платформи, топлообменно оборудване, а също така замества поцинковане.

Алуминиевият сулфид се използва за получаване на сероводород.

Провеждат се изследвания за разработване на разпенен алуминий като особено здрав и лек материал.

Като компонент на термит, смеси за алуминотермия

Алуминият се използва за възстановяване на редки метали от техните оксиди или халогениди.

Алуминият е важен компонент на много сплави. Например в алуминиевите бронзи основните компоненти са мед и алуминий. В магнезиевите сплави алуминият най-често се използва като добавка. За производството на спирали в електрически нагреватели се използва фехрал (Fe, Cr, Al) (заедно с други сплави).

алуминиево кафе" height="449" src="/pictures/investments/img920791_21_Klassicheskiy_italyanskiy_proizvoditel_kofe_iz_alyuminiya.jpg" title="21. Класически италиански производител на алуминиево кафе" width="376" />!}

Когато алуминият беше много скъп, от него се правеха различни бижута. Така Наполеон III поръчва алуминиеви копчета, а през 1889 г. Дмитрий Иванович Менделеев получава везни с купи от злато и алуминий. Модата за тях веднага премина, когато се появиха нови технологии (разработки) за производството му, което намали цената многократно. Днес алуминият понякога се използва в производството на бижута.

.

Алуминият и неговите съединения се използват като високоефективно гориво в двугоривни ракетни горива и като горим компонент в твърди ракетни горива. Следните алуминиеви съединения представляват най-голям практически интерес като ракетно гориво:

Алуминий на прах като гориво в твърди ракетни горива. Използва се и под формата на прах и суспензии във въглеводороди.

Алуминиев хидрид.

Алуминиев боранат.

Триметилалуминий.

Триетилалуминий.

Трипропилалуминий.

Триетилалуминият (обикновено заедно с триетилбор) също се използва за химическо запалване (т.е. като стартово гориво) в ракетни двигатели, тъй като спонтанно се запалва в кислороден газ.

Има лек токсичен ефект, но много водоразтворими неорганични алуминиеви съединения остават в разтворено състояние за дълго време и могат да имат вредно въздействие върху хората и топлокръвните животни чрез питейната вода. Най-токсични са хлоридите, нитратите, ацетатите, сулфатите и др. За хората следните дози алуминиеви съединения (mg/kg телесно тегло) имат токсичен ефект при поглъщане:

алуминиев ацетат - 0,2-0,4;

алуминиев хидроксид - 3,7-7,3;

алуминиева стипца - 2,9.

Предимно засяга нервната система (натрупва се в нервната тъкан, което води до тежки нарушения на централната нервна система). Невротоксичността на алуминия обаче е изследвана от средата на 60-те години на миналия век, тъй като натрупването на метала в човешкото тяло се предотвратява от неговия механизъм за елиминиране. При нормални условия с урината могат да се отделят до 15 mg от елемента на ден. Съответно най-голям отрицателен ефект се наблюдава при хора с нарушена бъбречна отделителна функция.

Според някои биологични изследвания приемът на алуминий в човешкото тяло се счита за фактор за развитието на болестта на Алцхаймер, но по-късно тези изследвания бяха критикувани и заключението за връзката между едното и другото беше опровергано.

Геохимичните характеристики на алуминия се определят от високия му афинитет към кислорода (в минералиалуминият е включен в кислородните октаедри и тетраедри), постоянна валентност (3), ниска разтворимост на повечето природни съединения. При ендогенни процеси по време на втвърдяването на магмата и образуването на магмени скали алуминият навлиза в кристалната решетка на фелдшпати, слюди и други минерали - алумосиликати. В биосферата алуминият е слаб мигрант, той е оскъден в организмите и хидросферата. Във влажен климат, където разлагащите се останки от обилна растителност образуват много органични киселини, алуминият мигрира в почвите и водите под формата на органоминерални колоидни съединения; алуминият се адсорбира от колоиди и се отлага в долната част на почвата. Връзката между алуминия и силиция е частично разкъсана и на места в тропиците се образуват минерали – алуминиеви хидроксиди – бемит, диаспори, хидраргилит. По-голямата част от алуминия е част от алумосиликатите - каолинит, бейделит и други глинести минерали. Слабата подвижност определя остатъчното натрупване на алуминий в кората на изветряне на влажните тропици. В резултат на това се образува елувиален боксит. В минали геоложки епохи бокситът се е натрупвал и в езерата и крайбрежните зони на моретата в тропическите региони (например седиментни боксити на Казахстан). В степите и пустините, където има малко жива материя и водите са неутрални и алкални, алуминият почти не мигрира. Миграцията на алуминий е най-енергична във вулканични райони, където се наблюдава силно кисела речна и подпочвена вода, богата на алуминий. На места, където киселите води се смесват с алкални морски води (в устията на реки и др.), алуминият се утаява с образуването на бокситни находища.

Алуминият е част от тъканите на животните и растенията; В органите на бозайниците е установено от 10-3 до 10-5% алуминий (на сурова основа). Алуминият се натрупва в черния дроб, панкреаса и щитовидната жлеза. В растителните продукти съдържанието на алуминий варира от 4 mg на 1 kg сухо вещество (картофи) до 46 mg (жълта ряпа), в продукти от животински произход - от 4 mg (мед) до 72 mg на 1 kg сухо вещество ( ). В ежедневната диета на човека съдържанието на алуминий достига 35-40 mg. Известни са организми, които концентрират алуминий, например мъхове (Lycopodiaceae), които съдържат до 5,3% алуминий в пепелта си, и мекотели (Helix и Lithorina), които съдържат 0,2-0,8% алуминий в пепелта си. Като образува неразтворими съединения с фосфати, алуминият нарушава храненето на растенията (усвояване на фосфати от корените) и животните (усвояване на фосфати в червата).

Основният купувач е авиацията. Най-тежко натоварените елементи на самолета (кожа, силово усилване) са изработени от дуралуминий. И тази сплав беше отнесена в космоса. И дори отиде на Луната и се върна на Земята. И станциите Луна, Венера и Марс, създадени от дизайнерите на бюрото, което в продължение на много години се ръководеше от Георги Николаевич Бабакин (1914-1971), не можеха без алуминиеви сплави.

Сплавите на системите алуминий - манган и алуминий - магнезий (AMts и AMg) са основният материал за корпусите на високоскоростни "ракети" и "метеори" - подводни криле.

Но алуминиевите сплави се използват не само в космоса, авиацията, морския и речния транспорт. Алуминият също има силна позиция в сухопътния транспорт. Следните данни показват широкото използване на алуминия в автомобилната индустрия. През 1948 г. за един са били използвани 3,2 кг алуминий, през 1958 г. - 23,6, през 1968 г. - 71,4, а днес тази цифра надхвърля 100 кг. Алуминият се появи и в железопътния транспорт. А супер експресът „Руска тройка“ е направен повече от 50% от алуминиеви сплави.

Алуминият все повече се използва в строителството. В новите сгради често се използват здрави и леки греди, подове, колони, парапети, огради и елементи на вентилационната система, изработени от сплави на алуминиева основа. През последните години алуминиевите сплави се използват в строителството на много обществени сгради и спортни комплекси. Има опити да се използва алуминий като покривен материал. Такъв покрив не се страхува от примеси от въглероден диоксид, серни съединения, азотни съединения и други вредни примеси, които значително увеличават атмосферната корозия на покривното желязо.

Като леярски сплави се използват силумини, сплави от системата алуминий-силиций. Такива сплави имат добра течливост, дават ниско свиване и сегрегация (хетерогенност) в отливките, което прави възможно производството на части от най-сложната конфигурация чрез отливане, например, корпуси на двигатели, работни колела на помпи, корпуси на инструменти, блокове на двигатели с вътрешно горене, бутала , цилиндрови глави и кожуси бутални двигатели.

Борба за упадък ценаалуминиевите сплави също са успешни. Например силуминът е 2 пъти по-евтин от алуминия. Обикновено е обратното - сплавите са по-скъпи (за да получите сплав, трябва да получите чиста основа и след това да я легирате, за да получите сплавта). През 1976 г. съветските металурзи в Днепропетровския алуминиев завод усвоиха топенето на силумини директно от алумосиликати.

Алуминият отдавна е познат в електротехниката. Въпреки това, доскоро приложението на алуминия беше ограничено до електропроводи и в редки случаи до захранващи кабели. Кабелната индустрия беше доминирана от мед и водя. Проводимите елементи на кабелната конструкция са направени от купрум, а металната обвивка е от водяили сплави на основата на олово. В продължение на много десетилетия (оловните обвивки за защита на кабелните сърцевини бяха предложени за първи път през 1851 г.) беше единственият метален материал за кабелни обвивки. Той е отличен в тази роля, но не и без недостатъци - висока плътност, ниска якост и недостиг; Това са само основните, които принудиха хората да търсят други метали, които могат адекватно да заменят оловото.

Оказа се, че е алуминий. Началото на службата му в тази роля може да се счита за 1939 г., а работата започва през 1928 г. Въпреки това, сериозна промяна в използването на алуминий в кабелната технология настъпва през 1948 г., когато е разработена и усвоена технологията за производство на алуминиеви обвивки.

Медта също в продължение на много десетилетия беше единственият метал за производството на проводници, носещи ток. Изследванията на материали, които биха могли да заменят медта, показват, че такъв метал трябва и може да бъде алуминият. И така, вместо два метала с съществено различни цели, алуминият влезе в кабелната технология.

Тази подмяна има редица предимства. Първо, възможността за използване на алуминиева обвивка като неутрален проводник означава значително спестяване на метал и намаляване на теглото. Второ, по-висока якост. Трето, улеснява монтажа, намалява транспортните разходи, намалява разходите за кабели и т.н.

Алуминиевите проводници се използват и за въздушни електропроводи. Но отне много усилия и време, за да се направи еквивалентен заместител. Разработени са много опции и те се използват въз основа на конкретната ситуация. [Произвеждат се алуминиеви проводници с повишена якост и повишена устойчивост на пълзене, което се постига чрез легиране с магнезий до 0,5%, силиций до 0,5%, желязо до 0,45%, закаляване и стареене. Използват се стоманено-алуминиеви проводници, особено за извършване на големи участъци, необходими там, където електропроводи пресичат различни препятствия. Има участъци над 1500 м, например при пресичане на реки.

Алуминият в трансмисионната техника електричествона големи разстояния те се използват не само като проводник материал. Преди десетилетие и половина сплавите на базата на алуминий започнаха да се използват за производството на опори за електропроводи. Те са построени за първи път в нашата държавав Кавказ. Те са приблизително 2,5 пъти по-леки от стоманата и не изискват защита от корозия. Така същият метал замени желязото, медта и оловото в електротехниката и технологията за пренос на електричество.

И това или почти това беше случаят в други области на технологиите. В нефтената, газовата и химическата промишленост резервоарите, тръбопроводите и други монтажни единици, изработени от алуминиеви сплави, са се доказали добре. Те са заменили много устойчиви на корозия метали и материали, като контейнери, изработени от желязо-въглеродни сплави, емайлирани отвътре за съхранение на корозивни течности (пукнатина в емайловия слой на тази скъпа конструкция може да доведе до загуби или дори злополуки).

Повече от 1 милион тона алуминий се консумират годишно в света за производството на фолио. Дебелината на фолиото в зависимост от предназначението му е в границите 0,004-0,15 мм. Приложението му е изключително разнообразно. Използва се за опаковане на различни хранителни и промишлени продукти - шоколад, бонбони, лекарства, козметика, фотографски продукти и др.

Фолиото се използва и като строителен материал. Има група газонапълнени пластмаси - пластмаси с пчелна пита - клетъчни материали със система от редовно повтарящи се клетки с правилна геометрична форма, чиито стени са направени от алуминиево фолио.

Енциклопедия на Брокхаус и Ефрон

АЛУМИНИЕВ- (глина) химикал зн. AL; при. V. = 27,12; победи V. = 2,6; т.т. около 700°. Сребристо бял, мек, звучен метал; в комбинация със силициева киселина е основният компонент на глини, фелдшпат и слюда; открити във всички почви. Отива... ... Речник на чуждите думи на руския език

АЛУМИНИЕВ- (символ Al), сребристо-бял метал, елемент от третата група на периодичната таблица. За първи път е получен в чист вид през 1827 г. Най-често срещаният метал в земната кора; Основният му източник е бокситната руда. Процес…… Научно-технически енциклопедичен речник

АЛУМИНИЕВ- АЛУМИНИЙ, Алуминий (химически символ A1, при тегло 27,1), най-разпространеният метал на земната повърхност и след О и силиция най-важният компонент на земната кора. А. се среща в природата, главно под формата на соли на силициева киселина (силикати);... ... Голяма медицинска енциклопедия

Алуминий- е синкаво-бял метал, който е особено лек. Той е много пластичен и може лесно да се търкаля, изтегля, кове, щампова и отлива и т.н. Подобно на други меки метали, алуминият също се поддава много добре... ... Официална терминология

Алуминий- (Алуминий), Al, химичен елемент от група III на периодичната система, атомен номер 13, атомна маса 26.98154; лек метал, точка на топене 660 °C. Съдържанието в земната кора е 8,8% от теглото. Алуминият и неговите сплави се използват като конструкционни материали в... ... Илюстрован енциклопедичен речник

АЛУМИНИЕВ- АЛУМИНИЙ, алуминиеви ман., хим. глина от алкален метал, алуминиев триоксид, глина; както и основа от ръжда, желязо; и гори мед. Алуминитен мъжки фосил, подобен на стипца, воден алуминиев сулфат. Алунит съпруг. вкаменелост, много близка до... ... Обяснителен речник на Дал

алуминий- (сребърен, лек, крилат) метал Речник на руските синоними. алуминий съществително, брой синоними: 8 глина (2) ... Речник на синонимите

АЛУМИНИЕВ- (лат. Aluminium от alumen alum), Al, химичен елемент от група III на периодичната таблица, атомен номер 13, атомна маса 26.98154. Сребристо-бял метал, лек (2,7 g/cm³), пластичен, с висока електрическа проводимост, точка на топене 660.C.... ... Голям енциклопедичен речник

Алуминий- Al (от латински alumen името на стипца, използвано в древни времена като оцветител за боядисване и дъбене * a. алуминий; n. Aluminium; f. aluminium; i. aluminio), хим. елемент от III група периодичен. Система на Менделеев, при. н. 13, в. м. 26.9815 ... Геоложка енциклопедия

АЛУМИНИЕВ- АЛУМИНИЙ, алуминий, много други. не, съпруг (от латински alumen alum). Сребристо-бял ковък лек метал. Обяснителен речник на Ушаков. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 ... Обяснителен речник на Ушаков

1. Не взаимодейства с H2.

2. Как един активен метал реагира с почти всички неметали без нагряване, ако се отстрани оксидният филм.

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3

Al + P → AlP

3. Реагира с H2O:

Алуминият е реактивен метал с висок афинитет към кислорода. Във въздуха се покрива със защитен филм от оксид. Ако филмът е разрушен, алуминият активно взаимодейства с водата.

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

4. С разредени киселини:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

2Al + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

Не реагира с концентрирани HNO 3 и H 2 SO 4 при нормални условия, а само при нагряване.

5. С алкали:

2Al + 2NaOH 2NaAlO 2 + 3H 2

Алуминият образува комплекси с водни разтвори на основи:

2Al + 2NaOH + 10 H 2 O = 2Na + - + 3H 2

или На,

Na3, Na2– хидроксоалуминати. Продуктът зависи от концентрацията на основата.

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

Al 2 O 3 (алуминиев оксид) се среща в природата под формата на минерала корунд (близък до диаманта по твърдост). Скъпоценните камъни рубин и сапфир също са Al 2 O 3, оцветени с примеси на желязо и хром

Алуминиев оксид– амфотерни. Когато се слее с алкали, се получават соли на мета-алуминиева киселина HAlO 2. Например:

Също така реагира с киселини

Бяла желатинова утайка алуминиев хидроксидразтваря се в киселини

Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl3 + 3 H2O,

и в излишък на алкални разтвори проявява амфотерност

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

Когато се слее с основи, алуминиевият хидроксид образува соли на мета-алуминиеви или орто-алуминиеви киселини

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

Алуминиевите соли са силно хидролизирани. Алуминиевите соли и слабите киселини се превръщат в основни соли или се подлагат на пълна хидролиза:

AlCl 3 + HOH ↔ AlOHCl 2 + HCl

Al +3 + HOH ↔ AlOH +2 + H + pH>7 се среща в етап I, но при нагряване може да се появи и в етап II.

AlOHCl 2 + HOH ↔ Al(OH) 2 Cl + HCl

AlOH +2 + HOH ↔ Al(OH) 2 + + H +

По време на кипене може да настъпи и етап III

Al(OH) 2 Cl + HOH ↔ Al(OH) 3 + HCl

Al(OH) 2 + + HOH ↔ Al(OH) 3 + H +

Алуминиевите соли са силно разтворими.

AlCl 3 - алуминиевият хлорид е катализатор при рафиниране на нефт и различни органични синтези.

Al 2 (SO 4) 3 × 18H 2 O - алуминиев сулфат се използва за пречистване на вода от колоидни частици, уловени от Al (OH) 3, образувани по време на хидролиза и намаляване на твърдостта

Al 2 (SO 4) 3 + Ca(HCO 3) 2 = Al(OH) 3 + CO 2 + CaSO 4 ↓

В кожарската промишленост служи като стъргалка за разпадащи се памучни тъкани - KAl(SO 4) 2 × 12H 2 O - калиев алуминиев сулфат (калиев стипца).

Основната употреба на алуминия е производството на сплави на негова основа. Дуралуминият е сплав от алуминий, мед, магнезий и манган.

Силумин – алуминий и силиций.

Основното им предимство е ниската плътност и задоволителна устойчивост на атмосферна корозия. Корпусите на изкуствените спътници на Земята и космическите кораби са направени от алуминиеви сплави.

Алуминият се използва като редуциращ агент при топене на метали (алуминотермия)

Cr 2 O 3 + 2 Al t = 2Cr + Al 2 O 3.

Също така се използва за термитно заваряване на метални продукти (смес от алуминиев и железен оксид Fe 3 O 4), наречен термит, дава температура от около 3000 ° C.

Физични свойства на алуминия

Алуминият е мек, лек, сребристо-бял метал с висока топло- и електрическа проводимост. Точка на топене 660°C.

По изобилие в земната кора алуминият се нарежда на 3-то място след кислорода и силиция сред всички атоми и на 1-во място сред металите.

Предимствата на алуминия и неговите сплави включват ниска плътност (2,7 g / cm3), относително високи якостни характеристики, добра топло- и електрическа проводимост, технологичност и висока устойчивост на корозия. Комбинацията от тези свойства ни позволява да класифицираме алуминия като един от най-важните технически материали.

Алуминият и неговите сплави се разделят според метода на производство на ковани, подложени на обработка под налягане и леярски, използвани под формата на фасонни отливки; върху използването на термична обработка - на тези, които не са термично закалени и тези, които са термично закалени, както и на легиращи системи.

Касова бележка

Алуминият е произведен за първи път от Ханс Оерстед през 1825 г. Модерният метод на производство е разработен независимо от американеца Чарлз Хол и французина Пол Еру. Състои се от разтваряне на алуминиев оксид Al2O3 в стопилка от криолит Na3AlF6, последвано от електролиза с използване на графитни електроди. Този метод на производство изисква много електричество и затова става популярен едва през 20 век.

Приложение

Алуминият се използва широко като строителни материали. Основните предимства на алуминия в това качество са лекота, ковкост за щамповане, устойчивост на корозия (на въздух алуминият незабавно се покрива с издръжлив филм от Al2O3, който предотвратява по-нататъшното му окисляване), висока топлопроводимост и нетоксичност на неговите съединения. По-специално, тези свойства са направили алуминия изключително популярен в производството на съдове за готвене, алуминиево фолио в хранително-вкусовата промишленост и за опаковане.

Основният недостатък на алуминия като конструктивен материал е неговата ниска якост, така че обикновено се легира с малко количество мед и магнезий (сплавта се нарича дуралуминий).

Електрическата проводимост на алуминия е сравнима с тази на медта, докато алуминият е по-евтин. Поради това той се използва широко в електротехниката за производство на проводници, тяхното екраниране и дори в микроелектрониката за производство на проводници в чипове. Вярно е, че алуминият като електротехнически материал има неприятно свойство - поради силния си оксиден филм трудно се запоява.

Благодарение на комплексните си свойства, той намира широко приложение в топлинното оборудване.

Въвеждането на алуминиеви сплави в строителството намалява разхода на метал, повишава издръжливостта и надеждността на конструкциите при работа при екстремни условия (ниски температури, земетресение и др.).

Алуминият се използва широко в различни видове транспорт. На съвременния етап от развитието на авиацията алуминиевите сплави са основните конструкционни материали в самолетостроенето. Алуминият и неговите сплави все повече се използват в корабостроенето. Алуминиевите сплави се използват за направата на корабни корпуси, палубни надстройки, комуникации и различни видове корабно оборудване.

Провеждат се изследвания за разработване на разпенен алуминий като особено здрав и лек материал.

Скъпоценен алуминий

В момента алуминият е един от най-популярните и широко използвани метали. От откриването му в средата на 19-ти век, той е смятан за един от най-ценните поради удивителните си качества: бял като сребро, лек на тегло и не се влияе от околната среда. Цената му беше по-висока от цената на златото. Не е изненадващо, че алуминият се използва предимно в създаването на бижута и скъпи декоративни елементи.

На Всемирното изложение в Париж през 1855 г. алуминият беше основната атракция. Алуминиевите изделия бяха поставени във витрина до диамантите от френската корона. Постепенно се появи известна мода за алуминия. Смята се за благороден, малко проучен метал, използван изключително за създаване на произведения на изкуството.

Алуминият е бил най-често използван от бижутерите. Използвайки специална повърхностна обработка, бижутерите постигнаха най-светлия цвят на метала, поради което често се приравняваше със среброто. Но в сравнение със среброто, алуминият имаше по-мек блясък, което накара бижутерите да го обичат още повече.

защото химични и физични свойства на алуминияПървоначално те бяха слабо проучени; самите бижутери измислиха нови техники за обработката им. Алуминият е технически лесен за обработка; този мек метал ви позволява да създавате отпечатъци на всякакви шарки, да прилагате дизайни и да създавате желаната форма на продукта. Алуминият беше покрит със злато, полиран и завършен до матови нюанси.

Но с течение на времето алуминият започна да пада в цената. Ако през 1854-1856 г. цената на един килограм алуминий е била 3 ​​хиляди стари франка, то в средата на 60-те години на 19 век за килограм от този метал са дадени около сто стари франка. Впоследствие, поради ниската си цена, алуминият излезе от мода.

В момента първите алуминиеви продукти са много редки. Повечето от тях не оцеляха след обезценяването на метала и бяха заменени от сребро, злато и други благородни метали и сплави. Напоследък отново има повишен интерес сред специалистите към алуминия. Този метал беше обект на отделна изложба, организирана през 2000 г. от музея Карнеги в Питсбърг. Намира се във Франция Институт по история на алуминия, който по-специално изследва първите бижута, изработени от този метал.

В Съветския съюз кухненските уреди, чайниците и др. са правени от алуминий. И не само. Първият съветски сателит е направен от алуминиева сплав. Друг потребител на алуминий е електрическата промишленост: той се използва за направата на проводници за високоволтови далекопроводи, намотки на двигатели и трансформатори, кабели, лампови основи, кондензатори и много други продукти. В допълнение, алуминиевият прах се използва в експлозиви и твърдо гориво за ракети, като се използва способността му да се запалва бързо: ако алуминият не беше покрит с тънък оксиден филм, той може да избухне във въздуха.

Най-новото изобретение е алуминиевата пяна, т.нар. “метална пяна”, на която се предрича голямо бъдеще.

Алуминият е сребристо-бял метал с висока електрическа и топлопроводимост. (Топлопроводимостта на алуминия е 1,8 пъти по-голяма от тази на медта и 9 пъти по-голяма от тази на неръждаемата стомана.) Има ниска плътност - приблизително три пъти по-малка от тази на желязото, медта и цинка. И въпреки това е много издръжлив метал.

Три електрона от външната обвивка на алуминиев атом са делокализирани в цялата кристална решетка на металния алуминий. Тази решетка има лицево-центрирана кубична структура, подобна на решетката от калай и злато (вижте раздел 3.2). Следователно алуминият има добра ковкост.

Химични свойства

Алуминият образува йонни и ковалентни съединения. Характеризира се с висока йонизационна енергия (Таблица 15.1). Плътността на заряда (съотношението на заряда към радиуса) за йона е много висока в сравнение с катиони на други метали от същия период (виж таблица 15.2).

Ориз. 15.2. Хидратиран алуминиев йон.

Таблица 15.2. Съотношение на заряд към радиус на катиони

Тъй като йонът има висока плътност на заряда, той има голяма поляризираща сила. Това обяснява защо изолираният йон се намира само в много малко съединения, като безводен алуминиев флуорид и алуминиев оксид, и дори тези съединения показват забележим ковалентен характер. Във воден разтвор йонът поляризира водните молекули, които впоследствие хидратират катиона (виж Фиг. 15.2). Тази хидратация се характеризира с голяма екзотермичност:

Стандартният редокс потенциал на алуминия е - 1,66 V:

Следователно алуминият е разположен доста високо в електрохимичната серия от елементи (вижте раздел 10.5). Това предполага, че алуминият трябва лесно да реагира с кислород и разредени минерални киселини. Въпреки това, когато алуминият реагира с кислорода, на повърхността му се образува тънък, непорест слой от оксид. Този слой предпазва алуминия от по-нататъшно взаимодействие с околната среда. Оксидният слой може да бъде отстранен от повърхността на алуминия чрез триене с живак. Тогава алуминият може да се свързва директно с кислород и други неметали като сяра и азот. Взаимодействието с кислорода води до реакция

Анодиране. Алуминият и леките алуминиеви сплави могат да бъдат допълнително защитени чрез удебеляване на естествения оксиден слой чрез процес, наречен анодизиране. При този процес алуминиев предмет се поставя като анод в електролитна клетка, където като електролит се използва хромна или сярна киселина.

Алуминият реагира с гореща разредена солна и сярна киселина, за да образува водород:

Тази реакция е бавна в началото поради наличието на оксиден слой. Въпреки това, когато се отстрани, реакцията става по-интензивна.

Концентрираната и разредената азотна киселина, както и концентрираната сярна киселина правят алуминия пасивен. Това означава, че не реагира с посочените киселини. Тази пасивност се обяснява с образуването на тънък оксиден слой върху повърхността на алуминия.

Разтвори на натриев хидроксид и други алкали реагират с алуминий, образувайки тетрахидроксоалуминатни (III) йони и водород:

Ако оксидният слой се отстрани от повърхността, алуминият може да действа като редуциращ агент в редокс реакциите (вижте раздел 10.2). Той измества намиращите се под него метали в електрохимичния ред от техните разтвори. Например

Ярък пример за редукционната способност на алуминия е алуминотермичната реакция. Това е името на реакцията между алуминий на прах и

оксид В лабораторни условия обикновено се инициира с помощта на магнезиева лента като възпламенител. Тази реакция протича много бурно и освобождава количество енергия, което е достатъчно да разтопи полученото желязо:

Алуминотермичната реакция се използва за извършване на алуминотермично заваряване; например релсите са свързани по този начин.

Алуминиев оксид Алуминиевият оксид или алуминиевият оксид, както често се нарича, е съединение, което има както йонни, така и ковалентни свойства. Има точка на топене и, когато е разтопен, е електролит. Поради тази причина често се смята за йонно съединение. В твърдо състояние обаче алуминиевият оксид има структурна кристална структура.

Корунд. Безводните форми на алуминиевия оксид се образуват в естествени условия от минерали от групата на корунда. Корундът е много твърда кристална форма на алуминиев оксид. Използва се като абразивен материал, тъй като по твърдост отстъпва само на диаманта. Големите и прозрачни, често оцветени кристали корунд се оценяват като скъпоценни камъни. Чистият корунд е безцветен, но наличието на малки количества примеси от метален оксид придава характерния цвят на ценния корунд. Например, цветът на рубина се дължи на наличието на йони в корунда, а цветът на сапфирите се дължи на наличието на кобалтови йони.Лилавият цвят на аметиста се дължи на наличието на манганови примеси в него. Чрез сливане на алуминиев оксид с оксиди на различни метали могат да се получат изкуствени скъпоценни камъни (виж също таблици 14.6 и 14.7).

Алуминиевият оксид е неразтворим във вода и има амфотерни свойства, реагирайки както с разредени киселини, така и с разредени основи. Реакцията с киселини се описва с общото уравнение:

Реакцията с алкали води до образуването на -йон:

Алуминиеви халогениди. Структурата и химическото свързване в алуминиевите халиди са описани в раздел. 16.2.

Алуминиевият хлорид може да се получи чрез преминаване на сух хлор или сух хлороводород върху нагрят алуминий. Например

С изключение на алуминиевия флуорид, всички други алуминиеви халиди се хидролизират с вода:

Поради тази причина алуминиевите халогениди „пушат” при контакт с влажен въздух.

Алуминиеви йони. Вече посочихме по-горе, че йонът е хидратиран във вода. Когато алуминиевите соли се разтварят във вода, се установява следното равновесие:

В тази реакция водата действа като основа, защото приема протон, а хидратираният алуминиев йон действа като киселина, защото отдава протон. Поради тази причина алуминиевите соли имат киселинни свойства. Ако в

В земната кора има много алуминий: 8,6% от теглото. Той е на първо място сред всички метали и на трето място сред другите елементи (след кислорода и силиция). Има два пъти повече алуминий от желязото и 350 пъти повече от медта, цинка, хрома, калая и оловото взети заедно! Както е написал преди повече от 100 години в своя класически учебник Основи на химиятаД. И. Менделеев, от всички метали, „алуминият е най-често срещаният в природата; Достатъчно е да се посочи, че той е част от глината, за да стане ясно универсалното разпространение на алуминия в земната кора. Алуминият или стипца (алумен) се нарича още глина, защото се намира в глината.

Най-важният алуминиев минерал е бокситът, смес от основния оксид AlO(OH) и хидроксид Al(OH)3. Най-големите находища на боксит се намират в Австралия, Бразилия, Гвинея и Ямайка; промишленото производство се извършва и в други страни. Алунитът (стипца) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 и нефелинът (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 също са богати на алуминий. Общо са известни повече от 250 минерала, които съдържат алуминий; повечето от тях са алумосиликати, от които се формира основно земната кора. При изветрянето им се образува глина, чиято основа е минералът каолинит Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Желязните примеси обикновено оцветяват глината в кафяво, но има и бяла глина - каолин, която се използва за изделия от порцелан и фаянс.

Понякога се среща изключително твърд (на второ място след диаманта) минерал корунд - кристален оксид Al 2 O 3, често оцветен от примеси в различни цветове. Синята му разновидност (примес от титан и желязо) се нарича сапфир, червената (примес на хром) се нарича рубин. Различни примеси също могат да оцветят така наречения благороден корунд в зелено, жълто, оранжево, лилаво и други цветове и нюанси.

Доскоро се смяташе, че алуминият, като високоактивен метал, не може да се среща в природата в свободно състояние, но през 1978 г. в скалите на Сибирската платформа е открит самороден алуминий - само под формата на нишковидни кристали 0,5 мм дължина (с дебелина на нишката няколко микрометра). Самороден алуминий също беше открит в лунна почва, донесена на Земята от регионите на Моретата на кризата и изобилието. Смята се, че металният алуминий може да се образува чрез кондензация от газ. Известно е, че когато алуминиевите халиди - хлорид, бромид, флуорид - се нагряват, те могат да се изпарят с по-голяма или по-малка лекота (например, AlCl3 сублимира вече при 180 ° C). При силно повишаване на температурата алуминиевите халиди се разлагат, превръщайки се в състояние с по-ниска метална валентност, например AlCl. Когато такова съединение се кондензира с понижаване на температурата и липса на кислород, в твърдата фаза възниква реакция на диспропорциониране: някои от алуминиевите атоми се окисляват и преминават в обичайното тривалентно състояние, а някои се редуцират. Едновалентният алуминий може да се редуцира само до метал: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Това предположение се подкрепя и от нишковидната форма на естествените алуминиеви кристали. Обикновено кристалите с тази структура се образуват поради бърз растеж от газовата фаза. Вероятно микроскопичните алуминиеви късове в лунната почва са се образували по подобен начин.

Името алуминий идва от латинското alumen (род aluminis). Това беше името на стипца, двоен калиево-алуминиев сулфат KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O), който се използваше като цвят за боядисване на тъкани. Латинското наименование вероятно се връща към гръцкото "halme" - саламура, солен разтвор. Любопитно е, че в Англия алуминият е алуминий, а в САЩ е алуминий.

Много популярни книги по химия съдържат легенда, че определен изобретател, чието име не е запазено от историята, донесъл на император Тиберий, който управлявал Рим през 14–27 г. сл. Хр., купа, направена от метал, наподобяващ цвета на сребро, но запалка. Този подарък коства живота на майстора: Тиберий нареди екзекуцията му и унищожаването на работилницата, защото се страхуваше, че новият метал може да обезцени стойността на среброто в императорската хазна.

Тази легенда се основава на разказ на Плиний Стари, римски писател и учен, автор Природознание– енциклопедия на естествените науки от древността. Според Плиний новият метал е получен от „глинеста пръст“. Но глината съдържа алуминий.

Съвременните автори почти винаги правят уговорка, че цялата тази история не е нищо повече от красива приказка. И това не е изненадващо: алуминият в скалите е изключително здраво свързан с кислорода и трябва да се изразходва много енергия, за да се освободи. Но наскоро се появиха нови данни за фундаменталната възможност за получаване на метален алуминий в древни времена. Както показа спектралният анализ, декорациите на гробницата на китайския командир Джоу-Жу, починал в началото на 3 век. AD, са изработени от сплав, състояща се от 85% алуминий. Възможно ли е древните да са получили безплатен алуминий? Всички известни методи (електролиза, редукция с метален натрий или калий) се елиминират автоматично. Може ли в древни времена да се намери самороден алуминий, като например късове злато, сребро и мед? Това също е изключено: местният алуминий е рядък минерал, който се среща в незначителни количества, така че древните занаятчии не са могли да намерят и съберат такива късчета в необходимото количество.

Възможно е обаче друго обяснение за историята на Плиний. Алуминият може да бъде възстановен от руди не само с помощта на електричество и алкални метали. Има наличен и широко използван редуциращ агент от древни времена - въглища, с помощта на които оксидите на много метали се редуцират до свободни метали при нагряване. В края на 70-те години на миналия век германски химици решават да проверят дали алуминият е можел да бъде произведен в древни времена чрез редукция с въглища. Те нагряват смес от глина с въглищен прах и готварска сол или поташ (калиев карбонат) в глинен тигел до червена топлина. Солта е получавана от морска вода, а поташът от растителна пепел, за да се използват само онези вещества и методи, които са били налични в древността. След известно време шлаката с алуминиеви топчета изплува на повърхността на тигела! Добивът на метал е малък, но е възможно именно по този начин древните металурзи да са могли да получат „метала на 20 век“.

Свойства на алуминия.

Цветът на чистия алуминий прилича на сребро, той е много лек метал: плътността му е само 2,7 g/cm 3 . Единствените метали, по-леки от алуминия, са алкални и алкалоземни метали (с изключение на барий), берилий и магнезий. Алуминият също се топи лесно - при 600 ° C (тънка алуминиева тел може да се разтопи на обикновена кухненска горелка), но кипи само при 2452 ° C. По отношение на електропроводимостта алуминият е на 4-то място, на второ място след среброто (той е на първо място), мед и злато, което, предвид евтиността на алуминия, е от голямо практическо значение. Топлопроводимостта на металите се променя в същия ред. Лесно е да проверите високата топлопроводимост на алуминия, като потопите алуминиева лъжица в горещ чай. И още едно забележително свойство на този метал: неговата гладка, лъскава повърхност перфектно отразява светлината: от 80 до 93% във видимата област на спектъра, в зависимост от дължината на вълната. В ултравиолетовата област алуминият няма равен в това отношение и само в червената област е малко по-нисък от среброто (в ултравиолетовата среброто има много ниска отразяваща способност).

Чистият алуминий е доста мек метал - почти три пъти по-мек от медта, така че дори относително дебели алуминиеви плочи и пръти са лесни за огъване, но когато алуминият образува сплави (има огромен брой от тях), неговата твърдост може да се увеличи десетократно.

Характерното състояние на окисление на алуминия е +3, но поради наличието на незапълнено 3 Р- и 3 д-орбитали, алуминиевите атоми могат да образуват допълнителни донорно-акцепторни връзки. Следователно йонът Al 3+ с малък радиус е много склонен към образуване на комплекси, образувайки различни катионни и анионни комплекси: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – и много други. Известни са и комплекси с органични съединения.

Химическата активност на алуминия е много висока; в поредицата от електродни потенциали той стои непосредствено след магнезия. На пръв поглед подобно твърдение може да изглежда странно: в края на краищата алуминиевият тиган или лъжица са доста стабилни във въздуха и не се срутват във вряща вода. Алуминият, за разлика от желязото, не ръждясва. Оказва се, че когато е изложен на въздух, металът е покрит с безцветна, тънка, но издръжлива „броня“ от оксид, която предпазва метала от окисляване. Така че, ако поставите дебела алуминиева тел или плоча с дебелина 0,5–1 mm в пламъка на горелката, металът се топи, но алуминият не тече, тъй като остава в торба от неговия оксид. Ако лишите алуминия от защитния му филм или го разхлабите (например, като го потопите в разтвор на живачни соли), алуминият веднага ще разкрие истинската си същност: вече при стайна температура той ще започне да реагира енергично с вода, освобождавайки водород : 2Al + 6H 2 O® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . Във въздуха алуминият, лишен от защитния си филм, се превръща в насипен оксиден прах точно пред очите ни: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Алуминият е особено активен във фино смляно състояние; Когато се издуха в пламък, алуминиевият прах изгаря моментално. Ако смесите алуминиев прах с натриев пероксид върху керамична чиния и капнете вода върху сместа, алуминият също пламва и гори с бял пламък.

Много високият афинитет на алуминия към кислорода му позволява да „отнеме” кислорода от оксидите на редица други метали, като ги редуцира (метод на алуминотермия). Най-известният пример е термитната смес, която при изгаряне отделя толкова много топлина, че полученото желязо се топи: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Тази реакция е открита през 1856 г. от Н. Н. Бекетов. По този начин Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO и редица други оксиди могат да бъдат редуцирани до метали. При редуциране на Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 с алуминий, топлината на реакцията не е достатъчна, за да загрее реакционните продукти над тяхната точка на топене.

Алуминият лесно се разтваря в разредени минерални киселини, за да образува соли. Концентрираната азотна киселина, окисляваща повърхността на алуминия, насърчава удебеляването и укрепването на оксидния филм (така наречената пасивация на метала). Обработеният по този начин алуминий не реагира дори със солна киселина. С помощта на електрохимично анодно оксидиране (анодиране) може да се създаде плътен филм върху повърхността на алуминия, който лесно може да бъде боядисан в различни цветове.

Изместването на по-малко активни метали от алуминий от разтвори на соли често се възпрепятства от защитен филм върху повърхността на алуминия. Този филм бързо се разрушава от меден хлорид, така че реакцията 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu протича лесно, което е придружено от силно нагряване. В силни алкални разтвори алуминият лесно се разтваря с отделянето на водород: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (образуват се и други анионни хидроксокомплекси). Амфотерният характер на алуминиевите съединения се проявява и в лесното разтваряне на неговия прясно утаен оксид и хидроксид в основи. Кристалният оксид (корунд) е много устойчив на киселини и основи. При сливане с алкали се образуват безводни алуминати: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Магнезиевият алуминат Mg(AlO 2) 2 е полускъпоценен шпинел, обикновено оцветен с примеси в голямо разнообразие от цветове .

Реакцията на алуминий с халогени протича бързо. Ако тънка алуминиева жица се постави в епруветка с 1 ml бром, след кратко време алуминият се запалва и гори с ярък пламък. Реакцията на смес от алуминий и йод на прах се инициира от капка вода (водата с йод образува киселина, която разрушава оксидния филм), след което се появява ярък пламък с облаци от виолетови йодни пари. Алуминиевите халиди във водни разтвори имат кисела реакция поради хидролиза: AlCl 3 + H 2 O Al (OH) Cl 2 + HCl.

Реакцията на алуминий с азот протича само над 800 ° C с образуването на нитрид AlN, със сяра - при 200 ° C (образува се сулфид Al 2 S 3), с фосфор - при 500 ° C (образува се фосфид AlP). При добавяне на бор към разтопен алуминий се образуват бориди от състава AlB 2 и AlB 12 - огнеупорни съединения, устойчиви на киселини. Хидрид (AlH) x (x = 1,2) се образува само във вакуум при ниски температури при реакцията на атомен водород с алуминиеви пари. AlH 3 хидрид, стабилен при липса на влага при стайна температура, се получава в разтвор на безводен етер: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. При излишък на LiH се образува солеподобен литиево-алуминиев хидрид LiAlH 4 - много силен редуциращ агент, използван в органичните синтези. Мигновено се разлага с вода: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Производство на алуминий.

Документираното откритие на алуминия се случва през 1825 г. Този метал е получен за първи път от датския физик Ханс Кристиан Ерстед, когато го изолира чрез действието на калиева амалгама върху безводен алуминиев хлорид (получен чрез преминаване на хлор през гореща смес от алуминиев оксид и въглища ). След като дестилира живака, Оерстед получава алуминий, въпреки че е замърсен с примеси. През 1827 г. немският химик Фридрих Вьолер получава алуминий под формата на прах чрез редуциране на хексафлуороалуминат с калий:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. По-късно успява да получи алуминий под формата на лъскави метални топки. През 1854 г. френският химик Анри Етиен Сен-Клер Девил разработва първия индустриален метод за производство на алуминий - чрез редуциране на стопилката на тетрахлороалуминат с натрий: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Алуминият обаче продължава да бъде изключително рядък и скъп метал; не беше много по-евтино от златото и 1500 пъти по-скъпо от желязото (сега само три пъти). Дрънкалка е направена от злато, алуминий и скъпоценни камъни през 1850 г. за сина на френския император Наполеон III. Когато голям слитък алуминий, произведен по нов метод, беше изложен на Световното изложение в Париж през 1855 г., на него се гледаше като на бижу. Горната част (под формата на пирамида) на паметника на Вашингтон в столицата на САЩ е направена от скъпоценен алуминий. По това време алуминият не беше много по-евтин от среброто: в САЩ например през 1856 г. той се продаваше на цена от 12 долара за фунт (454 g), а среброто - за 15 долара.В 1-ви том на известния Енциклопедичният речник на Брокхаус, публикуван през 1890 г., Ефрон казва, че „алуминият все още се използва предимно за производството на... луксозни стоки“. По това време само 2,5 тона метал се добиват годишно в целия свят. Едва към края на 19 век, когато е разработен електролитен метод за производство на алуминий, годишното му производство започва да възлиза на хиляди тонове, а през 20 век. – милиона тона. Това трансформира алуминия от полускъпоценен метал в широко достъпен метал.

Модерният метод за производство на алуминий е открит през 1886 г. от младия американски изследовател Чарлз Мартин Хол. Още като дете започва да се интересува от химия. След като намерил стария учебник по химия на баща си, той започнал усърдно да го изучава и да провежда експерименти, като веднъж дори получил мъмрене от майка си за повреда на покривката за вечеря. И 10 години по-късно той прави изключително откритие, което го прави известен в целия свят.

Като ученик на 16 години Хол чува от своя учител Ф. Ф. Джует, че ако някой може да разработи евтин начин за производство на алуминий, този човек не само ще направи голяма услуга на човечеството, но и ще направи огромно състояние. Джует знаеше какво казва: преди това беше обучаван в Германия, работеше с Wöhler и обсъждаше с него проблемите на производството на алуминий. Джует донесе със себе си в Америка и образец от редкия метал, който показа на учениците си. Изведнъж Хол обяви публично: „Ще взема този метал!“

Продължиха шест години упорита работа. Хол се опитва да получи алуминий, използвайки различни методи, но без успех. Накрая той се опита да извлече този метал чрез електролиза. По това време нямаше електроцентрали, токът трябваше да се генерира с помощта на големи домашни батерии от въглища, цинк, азотна и сярна киселина. Хол работел в плевня, където създал малка лаборатория. Помага му сестра му Джулия, която много се интересува от експериментите на брат си. Тя запази всички негови писма и работни дневници, които позволяват буквално да се проследи историята на откритието ден след ден. Ето откъс от нейните мемоари:

„Чарлз винаги беше в добро настроение и дори в най-лошите дни успяваше да се смее на съдбата на нещастните изобретатели. Във времена на провал той намираше утеха в старото ни пиано. В домашната си лаборатория той работеше дълги часове без почивка; и когато можеше да напусне обстановката за известно време, той се втурваше през дългата ни къща, за да си поиграе малко... Знаех, че свирейки с такъв чар и чувство, той постоянно мислеше за работата си. И музиката му помогна за това.

Най-трудно беше да избера електролит и да предпазя алуминия от окисляване. След шест месеца изтощителен труд, няколко малки сребърни топки най-накрая се появиха в тигела. Хол веднага изтича при бившия си учител, за да му разкаже за успеха си. „Професоре, разбрах!“ – възкликна той и протегна ръка: в дланта му лежаха дузина малки алуминиеви топчета. Това се случва на 23 февруари 1886 г. И точно два месеца по-късно, на 23 април същата година, французинът Пол Еру издава патент за подобно изобретение, което прави независимо и почти едновременно (впечатляващи са още две съвпадения: както Хол, така и Еру са родени през 1863 г. и починали през 1914 г.).

Сега първите топки от алуминий, произведени от Хол, се съхраняват в Американската алуминиева компания в Питсбърг като национална реликва, а в неговия колеж има паметник на Хол, излят от алуминий. Впоследствие Джует пише: „Най-важното ми откритие беше откриването на човека. Чарлз М. Хол беше този, който на 21-годишна възраст откри метод за редуциране на алуминий от руда и по този начин направи алуминия този прекрасен метал, който сега се използва широко в целия свят. Пророчеството на Джует се сбъдва: Хол получава широко признание и става почетен член на много научни общества. Но личният му живот беше неуспешен: булката не искаше да се примири с факта, че годеникът й прекарва цялото си време в лабораторията, и развали годежа. Хол намира утеха в родния си колеж, където работи до края на живота си. Както пише братът на Чарлз, „Колежът беше неговата съпруга, децата му и всичко останало – целият му живот.“ Хол завещава по-голямата част от наследството си на колежа - $5 млн. Хол умира от левкемия на 51 години.

Методът на Хол направи възможно производството на относително евтин алуминий в голям мащаб с помощта на електричество. Ако от 1855 до 1890 г. са получени само 200 тона алуминий, то през следващото десетилетие по метода на Хол вече са получени 28 000 тона от този метал в целия свят! До 1930 г. световното годишно производство на алуминий достига 300 хиляди тона. Сега повече от 15 милиона тона алуминий се произвеждат годишно. В специални вани при температура 960–970 ° C се подлага разтвор на алуминиев оксид (технически Al 2 O 3) в разтопен криолит Na 3 AlF 6, който се добива частично под формата на минерал и частично се синтезира специално към електролиза. Течният алуминий се натрупва на дъното на ваната (катод), при въглеродните аноди се отделя кислород, който постепенно изгаря. При ниско напрежение (около 4,5 V) електролизерите консумират огромни токове - до 250 000 A! Един електролизатор произвежда около тон алуминий на ден. Производството изисква много електричество: за производството на 1 тон метал са необходими 15 000 киловатчаса електричество. Това количество електроенергия се изразходва от голяма сграда от 150 апартамента за цял месец. Производството на алуминий е опасно за околната среда, тъй като атмосферният въздух е замърсен с летливи флуорни съединения.

Приложение на алуминий.

Дори Д. И. Менделеев пише, че "металният алуминий, който има голяма лекота и здравина и ниска променливост във въздуха, е много подходящ за някои продукти." Алуминият е един от най-разпространените и евтини метали. Трудно е да си представим съвременния живот без него. Нищо чудно, че алуминият се нарича метал на 20-ти век. Добре се поддава на обработка: коване, щамповане, валцуване, изтегляне, пресоване. Чистият алуминий е доста мек метал; Използва се за направата на електрически проводници, конструктивни части, хранително фолио, кухненски прибори и „сребърна” боя. Този красив и лек метал намира широко приложение в строителството и авиационната техника. Алуминият отразява много добре светлината. Поради това се използва за направата на огледала по метода на отлагане на метал във вакуум.

В самолетостроенето и машиностроенето, при производството на строителни конструкции се използват много по-твърди алуминиеви сплави. Един от най-известните е сплав от алуминий с мед и магнезий (дуралуминий или просто „дуралуминий“; името идва от немския град Дюрен). След втвърдяване тази сплав придобива специална твърдост и става приблизително 7 пъти по-здрава от чистия алуминий. В същото време е почти три пъти по-лек от желязото. Получава се чрез легиране на алуминий с малки добавки на мед, магнезий, манган, силиций и желязо. Широко приложение намират силумините - леярски сплави от алуминий и силиций. Произвеждат се и високоякостни, криогенни (мразоустойчиви) и топлоустойчиви сплави. Защитните и декоративни покрития се нанасят лесно върху продукти от алуминиеви сплави. Лекотата и здравината на алуминиевите сплави са особено полезни в авиационната техника. Например роторите на хеликоптери са направени от сплав от алуминий, магнезий и силиций. Сравнително евтиният алуминиев бронз (до 11% Al) има високи механични свойства, стабилен е в морска вода и дори в разредена солна киселина. От 1926 до 1957 г. в СССР от алуминиев бронз се секат монети с номинал от 1, 2, 3 и 5 копейки.

В момента една четвърт от целия алуминий се използва за строителни нужди, същото количество се консумира от транспортната техника, приблизително 17% се изразходват за опаковъчни материали и кутии и 10% в електротехниката.

Много запалими и експлозивни смеси също съдържат алуминий. Alumotol, лята смес от тринитротолуен и алуминиев прах, е един от най-мощните индустриални експлозиви. Амонал е експлозивно вещество, състоящо се от амониев нитрат, тринитротолуен и алуминиев прах. Запалителни състави съдържат алуминий и окислител - нитрат, перхлорат. Пиротехническите състави на Звездочка също съдържат алуминий на прах.

Смес от алуминиев прах с метални оксиди (термит) се използва за производството на определени метали и сплави, за заваряване на релси и в запалителни боеприпаси.

Алуминият също е намерил практическо приложение като ракетно гориво. За пълно изгаряне на 1 kg алуминий е необходим почти четири пъти по-малко кислород, отколкото за 1 kg керосин. В допълнение, алуминият може да се окислява не само от свободен кислород, но и от свързан кислород, който е част от водата или въглеродния диоксид. Когато алуминият "изгори" във вода, се отделят 8800 kJ на 1 kg продукти; това е 1,8 пъти по-малко, отколкото при изгаряне на метал в чист кислород, но 1,3 пъти повече, отколкото при изгаряне във въздуха. Това означава, че вместо опасни и скъпи съединения, обикновена вода може да се използва като окислител за такова гориво. Идеята за използване на алуминий като гориво е предложена през 1924 г. от местния учен и изобретател F.A. Tsander. Според неговия план е възможно да се използват алуминиеви елементи на космически кораб като допълнително гориво. Този смел проект все още не е реализиран на практика, но повечето известни твърди ракетни горива съдържат метален алуминий под формата на фин прах. Добавянето на 15% алуминий към горивото може да повиши температурата на продуктите от горенето с хиляда градуса (от 2200 до 3200 K); Скоростта на потока на продуктите от горенето от дюзата на двигателя също се увеличава значително - основният енергиен показател, който определя ефективността на ракетното гориво. В това отношение само литият, берилият и магнезият могат да се конкурират с алуминия, но всички те са много по-скъпи от алуминия.

Алуминиевите съединения също се използват широко. Алуминиевият оксид е огнеупорен и абразивен (шмиргел) материал, суровина за производството на керамика. Използва се и за производство на лазерни материали, лагери за часовници и камъни за бижута (изкуствени рубини). Калцинираният алуминиев оксид е адсорбент за пречистване на газове и течности и катализатор за редица органични реакции. Безводният алуминиев хлорид е катализатор в органичния синтез (реакция на Фридел-Крафтс), изходен материал за производството на алуминий с висока чистота. Алуминиевият сулфат се използва за пречистване на вода; реагирайки с калциевия бикарбонат, който съдържа:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO (OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, образува оксидно-хидроксидни люспи, които, утаявайки се, улавят и сорбират на повърхността тези в суспендирани примеси и дори микроорганизми във водата. В допълнение, алуминиевият сулфат се използва като щипка за боядисване на тъкани, дъбене на кожа, консервиране на дърво и оразмеряване на хартия. Калциевият алуминат е компонент на циментови материали, включително портланд цимент. Итриев алуминиев гранат (YAG) YAlO 3 е лазерен материал. Алуминиевият нитрид е огнеупорен материал за електрически пещи. Синтетичните зеолити (те принадлежат към алумосиликатите) са адсорбенти в хроматографията и катализатори. Органоалуминиевите съединения (например триетилалуминий) са компоненти на катализатори Ziegler-Natta, които се използват за синтеза на полимери, включително висококачествен синтетичен каучук.

Иля Леенсън

Литература:

Тихонов В.Н. Аналитична химия на алуминия. М., "Наука", 1971 г
Популярна библиотека с химични елементи. М., "Наука", 1983 г
Крейг Н.К. Чарлз Мартин Хол и неговият метал. J.Chem.Educ. 1986, кн. 63, № 7
Кумар В., Милевски Л. Чарлз Мартин Хол и Великата алуминиева революция. J.Chem.Educ., 1987, том. 64, № 8