Poročilo o aluminiju v kemiji. Kemijske lastnosti aluminija

Oddelek 1. Ime in zgodovina odkritja aluminija.

Oddelek 2. Splošne značilnosti aluminij, fizikalne in kemijske lastnosti.

Oddelek 3. Proizvodnja ulitkov iz aluminijevih zlitin.

Oddelek 4. Uporaba aluminij.

Aluminij je element glavne podskupine tretje skupine, tretje dobe periodnega sistema kemijskih elementov D. I. Mendelejeva, z atomsko številko 13. Označen s simbolom Al. Spada v skupino lahkih kovin. Najbolj pogost kovina in tretji najpogostejši kemični element v zemeljski skorji (za kisikom in silicijem).

Enostavna snov aluminij (številka CAS: 7429-90-5) - lahka, paramagnetna kovina srebrno bele barve, enostaven za oblikovanje, ulivanje in strojno obdelavo. Aluminij ima visoko toplotno in električno prevodnost ter odpornost proti koroziji zaradi hitre tvorbe močnih oksidnih filmov, ki ščitijo površino pred nadaljnjo interakcijo.

Industrijski dosežki v kateri koli razviti družbi so vedno povezani z napredkom v tehnologiji konstrukcijskih materialov in zlitin. Kakovost predelave in produktivnost izdelave trgovinskih artiklov sta najpomembnejša pokazatelja stopnje razvitosti države.

Materiali, ki se uporabljajo v sodobnih konstrukcijah, morajo poleg visokih trdnostnih lastnosti imeti niz lastnosti, kot so povečana odpornost proti koroziji, toplotna odpornost, toplotna in električna prevodnost, ognjevzdržnost, pa tudi sposobnost ohranjanja teh lastnosti v pogojih dolgoročne uporabe. delovanje pod obremenitvami.

Znanstveni razvoj in proizvodni procesi na področju livarske proizvodnje barvnih kovin v naši državi ustrezajo naprednim dosežkom znanstvenega in tehnološkega napredka. Njihov rezultat je bil zlasti ustvarjanje sodobnih delavnic za tlačno litje in brizganje v Volzhsky Automobile Plant in številnih drugih podjetjih. V tovarni motorjev Zavolzhsky uspešno delujejo veliki stroji za brizganje z zaklepno silo kalupa 35 MN, ki proizvajajo bloke cilindrov iz aluminijevih zlitin za avtomobil Volga.

Altai Motor Plant je obvladal avtomatizirano linijo za proizvodnjo brizganih ulitkov. V Zvezi sovjetskih socialističnih republik () so ga prvič na svetu razvili in obvladali postopek kontinuirano ulivanje ingotov aluminijeve zlitine v elektromagnetni kristalizator. Ta metoda bistveno izboljša kakovost ingotov in zmanjša količino odpadkov v obliki ostružkov pri struženju.

Ime in zgodovina odkritja aluminija

Latinski aluminij izhaja iz latinskega alumen, kar pomeni galun (aluminijev in kalijev sulfat (K) KAl(SO4)2·12H2O), ki se že dolgo uporablja pri strojenju usnja in kot adstringent. Al, kemijski element III. skupine periodnega sistema, atomsko število 13, atomska masa 26, 98154. Zaradi visoke kemijske aktivnosti je odkritje in izolacija čistega aluminija trajalo skoraj 100 let. Sklep, da je "" (ognjevarna snov, v sodobnem smislu - aluminijev oksid) mogoče dobiti iz galuna, je bil narejen že leta 1754. nemški kemik A. Markgraf. Kasneje se je izkazalo, da je isto "zemljo" mogoče izolirati iz gline in začeli so jo imenovati aluminijev oksid. Šele leta 1825 so začeli proizvajati kovinski aluminij. Danski fizik H. K. Ørsted. Aluminijev klorid AlCl3, ki ga je bilo mogoče dobiti iz glinice, je obdelal s kalijevim amalgamom (zlitina kalija (K) z živim srebrom (Hg)) in po oddestilaciji živega srebra (Hg) izoliral siv aluminijev prah.

Šele četrt stoletja kasneje je bila ta metoda nekoliko posodobljena. Leta 1854 je francoski kemik A. E. Sainte-Claire Deville predlagal uporabo kovinskega natrija (Na) za proizvodnjo aluminija in pridobil prve ingote nove kovine. Cena aluminija je bila takrat zelo visoka in iz njega so izdelovali nakit.

Industrijsko metodo za proizvodnjo aluminija z elektrolizo taline kompleksnih mešanic, vključno z aluminijevim oksidom, fluoridom in drugimi snovmi, sta leta 1886 neodvisno razvila P. Héroux () in C. Hall (ZDA). Proizvodnja aluminija je povezana z visoko porabo električne energije, zato se je začela v večjem obsegu izvajati šele v 20. stoletju. IN Zveza sovjetskih socialističnih republik (CCCP) Prvi industrijski aluminij je bil proizveden 14. maja 1932 v tovarni aluminija Volkhov, zgrajeni poleg hidroelektrarne Volkhov.

Aluminij s čistostjo več kot 99,99 % je bil prvič pridobljen z elektrolizo leta 1920. Leta 1925 v delo Edwards je objavil nekaj informacij o fizikalnih in mehanskih lastnostih takšnega aluminija. Leta 1938 Taylor, Wheeler, Smith in Edwards so objavili članek, ki prikazuje nekatere lastnosti aluminija s čistostjo 99,996%, prav tako pridobljenega v Franciji z elektrolizo. Prva izdaja monografije o lastnostih aluminija je izšla leta 1967.

V naslednjih letih je zaradi primerjalne enostavnosti priprave in privlačnih lastnosti veliko dela o lastnostih aluminija. Čisti aluminij je našel široko uporabo predvsem v elektroniki - od elektrolitskih kondenzatorjev do vrhunca elektronske tehnike - mikroprocesorjev; v krioelektroniki, kriomagnetika.

Novejše metode pridobivanja čistega aluminija so conska metoda čiščenja, kristalizacija iz amalgamov (aluminijevih zlitin z živim srebrom) in izolacija iz alkalnih raztopin. Stopnjo čistosti aluminija nadziramo z vrednostjo električnega upora pri nizkih temperaturah.

Splošne značilnosti aluminija

Naravni aluminij je sestavljen iz enega samega nuklida, 27Al. Konfiguracija zunanje elektronske plasti je 3s2p1. V skoraj vseh spojinah je oksidacijsko stanje aluminija +3 (valenca III). Polmer nevtralnega atoma aluminija je 0,143 nm, polmer iona Al3+ je 0,057 nm. Energije sekvenčne ionizacije nevtralnega atoma aluminija so 5, 984, 18, 828, 28, 44 in 120 eV. Po Paulingovi lestvici je elektronegativnost aluminija 1,5.

Aluminij je mehak, lahek, srebrno bel, katerega kristalna mreža je kubična s ploskvijo, parameter a = 0,40403 nm. Tališče čiste kovine je 660 ° C, vrelišče je približno 2450 ° C, gostota je 2,6989 g / cm3. Temperaturni koeficient linearne ekspanzije aluminija je približno 2,5·10-5 K-1.

Kemično aluminij je precej aktivna kovina. Na zraku je njegova površina takoj prekrita z gostim filmom oksida Al2O3, ki preprečuje nadaljnji dostop kisika (O) do kovine in vodi do prenehanja reakcije, kar določa visoke protikorozijske lastnosti aluminija. Zaščitna površinska folija na aluminiju nastane tudi, če ga damo v koncentrirano dušikovo kislino.

Aluminij aktivno reagira z drugimi kislinami:

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

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

Zanimivo je, da se reakcija med aluminijevim in jodovim (I) prahom začne pri sobni temperaturi, če začetni zmesi dodamo nekaj kapljic vode, ki ima v tem primeru vlogo katalizatorja:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

Interakcija aluminija z žveplom (S) pri segrevanju povzroči nastanek aluminijevega sulfida:

2Al + 3S = Al2S3,

ki se zlahka razgradi z vodo:

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

Aluminij ne sodeluje neposredno z vodikom (H), vendar je na posredne načine, na primer z uporabo organoaluminijevih spojin, mogoče sintetizirati trdni polimerni aluminijev hidrid (AlH3)x, močno redukcijsko sredstvo.

V obliki prahu lahko aluminij sežgemo na zraku in nastane bel, ognjevzdržen prah aluminijevega oksida Al2O3.

Visoka trdnost vezi v Al2O3 določa visoko toploto njegove tvorbe iz preprostih snovi in ​​sposobnost aluminija, da reducira številne kovine iz njihovih oksidov, na primer:

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe in celo

3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca.

Ta metoda pridobivanja kovin se imenuje aluminotermija.

Biti v naravi

Po razširjenosti v zemeljski skorji je aluminij na prvem mestu med kovinami in na tretjem mestu med vsemi elementi (za kisikom (O) in silicijem (Si)), saj predstavlja približno 8,8 % mase zemeljske skorje. Aluminij najdemo v velikem številu mineralov, predvsem aluminosilikatov in kamnin. Aluminijeve spojine vsebujejo granite, bazalte, gline, glinence itd. Toda tu je paradoks: z ogromnim številom minerali in kamnin, ki vsebujejo aluminij, so nahajališča boksita - glavne surovine za industrijsko proizvodnjo aluminija - precej redka. V Ruski federaciji so nahajališča boksita v Sibiriji in na Uralu. Industrijski pomen imajo tudi aluniti in nefelini. Kot element v sledovih je aluminij prisoten v tkivih rastlin in živali. Obstajajo organizmi - koncentratorji, ki kopičijo aluminij v svojih organih - nekateri plavasti mahovi in ​​mehkužci.

Industrijska proizvodnja: v indeksu industrijske proizvodnje je boksit najprej izpostavljen kemični obdelavi, pri čemer se odstranijo nečistoče oksidov silicija (Si), železa (Fe) in drugih elementov. Kot rezultat takšne obdelave dobimo čisti aluminijev oksid Al2O3 - glavni pri proizvodnji kovine z elektrolizo. Vendar pa zaradi dejstva, da je tališče Al2O3 zelo visoko (več kot 2000 °C), njegove taline ni mogoče uporabiti za elektrolizo.

Znanstveniki in inženirji so našli rešitev na naslednji način. V elektrolizni kopeli najprej stalimo kriolit Na3AlF6 (temperatura taline malo pod 1000°C). Kriolit je mogoče pridobiti na primer s predelavo nefelinov s polotoka Kola. Nato tej talini dodamo malo Al2O3 (do 10 mas. %) in nekatere druge snovi, da izboljšamo pogoje za nadaljnjo postopek. Pri elektrolizi te taline se aluminijev oksid razgradi, kriolit ostane v talini, na katodi pa nastane staljeni aluminij:

2Al2O3 = 4Al + 3O2.

Aluminijeve zlitine

Večina kovinskih elementov je legiranih z aluminijem, le nekaj pa jih igra vlogo glavnih legirnih komponent v industrijskih aluminijevih zlitinah. Vendar pa se veliko število elementov uporablja kot dodatki za izboljšanje lastnosti zlitin. Najbolj razširjeni:

Berilij je dodan za zmanjšanje oksidacije pri povišanih temperaturah. Majhni dodatki berilija (0,01 - 0,05%) se uporabljajo v zlitinah za ulivanje aluminija za izboljšanje fluidnosti pri proizvodnji delov motorja z notranjim zgorevanjem (bati in glave cilindrov).

Bor je uveden za povečanje električne prevodnosti in kot dodatek za rafiniranje. Bor se vnaša v aluminijeve zlitine, ki se uporabljajo v jedrski energiji (razen za reaktorske dele), ker absorbira nevtrone in preprečuje širjenje sevanja. Bor se vnese v povprečni količini 0,095 - 0,1 %.

Bizmut. Kovine z nizkimi tališči, kot sta bizmut in kadmij, se dodajajo v aluminijeve zlitine za izboljšanje obdelovalnosti. Ti elementi tvorijo mehke, taljive faze, ki prispevajo k krhkosti odrezkov in mazanju rezalnika.

Galij dodajamo v količini 0,01 - 0,1 % zlitinam, iz katerih nato izdelujemo potrošne anode.

Železo. V majhnih količinah (»0,04%) se uvaja pri proizvodnji žic za povečanje trdnosti in izboljšanje lastnosti lezenja. tudi železo zmanjša oprijem na stene kalupov pri vlivanju v hladilni kalup.

Indij. Dodatek 0,05 - 0,2% krepi aluminijeve zlitine med staranjem, zlasti z nizko vsebnostjo bakra. Indijevi dodatki se uporabljajo v zlitinah, ki vsebujejo aluminij in kadmij.

Za povečanje trdnosti in izboljšanje korozijskih lastnosti zlitin se doda približno 0,3 % kadmija.

Kalcij daje plastičnost. Z vsebnostjo kalcija 5% ima zlitina učinek superplastičnosti.

Silicij je najpogosteje uporabljen dodatek v livarskih zlitinah. V količini 0,5 - 4 % zmanjša nagnjenost k pokanju. Kombinacija silicija in magnezija omogoča toplotno tesnjenje zlitine.

magnezij. Dodatek magnezija bistveno poveča trdnost brez zmanjšanja duktilnosti, poveča varivost in poveča korozijsko odpornost zlitine.

baker krepi zlitine, največjo utrjenost dosežemo pri vsebovanju cupruma 4 - 6 %. Zlitine z bakrom se uporabljajo pri izdelavi batov za motorje z notranjim zgorevanjem in visokokakovostnih litih delov za letala.

Kositer izboljša obdelavo rezanja.

Titan. Glavna naloga titana v zlitinah je prečiščevanje zrn v ulitkih in ingotih, kar močno poveča trdnost in enakomernost lastnosti po celotnem volumnu.

Čeprav aluminij velja za eno najmanj plemenitih industrijskih kovin, je precej stabilen v številnih oksidativnih okoljih. Razlog za takšno obnašanje je prisotnost neprekinjenega oksidnega filma na površini aluminija, ki se takoj ponovno oblikuje na očiščenih površinah, ko je izpostavljen kisiku, vodi in drugim oksidantom.

V večini primerov se taljenje izvaja na zraku. Če je interakcija z zrakom omejena na tvorbo v talini netopnih spojin na površini in nastali film teh spojin znatno upočasni nadaljnjo interakcijo, potem se običajno ne sprejme nobenih ukrepov za zatiranje takšne interakcije. V tem primeru taljenje poteka v neposrednem stiku taline z atmosfero. To se naredi pri pripravi večine zlitin aluminija, cinka, kositra in svinca.

Prostor, v katerem poteka taljenje zlitine, je omejen z ognjevzdržno oblogo, ki prenese temperature 1500 - 1800 ˚C. Vsi procesi taljenja vključujejo plinsko fazo, ki nastane med zgorevanjem goriva, interakcijo z okoljem in oblogo talilne enote itd.

Večina aluminijevih zlitin ima visoko odpornost proti koroziji v naravnem ozračju, morski vodi, raztopinah številnih soli in kemikalij ter v večini živil. Strukture iz aluminijevih zlitin se pogosto uporabljajo v morski vodi. Morske boje, rešilni čolni, ladje, barže so bile zgrajene iz aluminijevih zlitin od leta 1930. Trenutno dolžina ladijskih trupov iz aluminijevih zlitin doseže 61 m, obstajajo izkušnje z aluminijastimi podzemnimi cevovodi, aluminijeve zlitine so zelo odporne proti koroziji tal. Leta 1951 je bil na Aljaski zgrajen 2,9 km dolg plinovod. Po 30 letih delovanja ni bilo zaznati niti enega puščanja ali resne poškodbe zaradi korozije.

Aluminij se v velikih količinah uporablja v gradbeništvu v obliki oblog, vrat, okenskih okvirjev in električnih kablov. Aluminijeve zlitine niso podvržene močni koroziji v daljšem časovnem obdobju, ko so v stiku z betonom, malto ali ometom, zlasti če konstrukcije niso pogosto mokre. V primeru pogoste mokre, če je površina aluminija trgovske predmete ni bil dodatno obdelan, lahko potemni, celo počrni v industrijskih mestih z visoko vsebnostjo oksidantov v zraku. Da bi se temu izognili, se proizvajajo posebne zlitine za pridobitev sijočih površin s sijočo eloksacijo - nanašanjem oksidnega filma na kovinsko površino. V tem primeru je površini mogoče dati veliko barv in odtenkov. Na primer, zlitine aluminija in silicija omogočajo pridobivanje različnih odtenkov, od sive do črne. Zlitine aluminija in kroma imajo zlato barvo.

Industrijski aluminij se proizvaja v obliki dveh vrst zlitin - livarskih zlitin, iz katerih so deli izdelani z litjem, in deformacijskih zlitin, proizvedenih v obliki deformabilnih polizdelkov - listov, folij, plošč, profilov, žice. Odlitki iz aluminijevih zlitin se proizvajajo z vsemi možnimi metodami litja. Najpogostejši pod pritiskom, v kalupih in v peščeno-glinenih oblikah. Uporablja se v produkciji majhnih političnih strank ulivanje v mavčne kombinirane oblike in ulivanje izgubljenih voščenih modelov. Lite zlitine se uporabljajo za izdelavo litih rotorjev elektromotorjev, litih delov letal itd. Kovane zlitine se uporabljajo v avtomobilski proizvodnji za notranjo opremo, odbijače, karoserijske plošče in notranje dele; v gradbeništvu kot zaključni material; v letalih itd.

IN industrija Uporabljajo se tudi aluminijevi prahovi. Uporablja se v metalurgiji industrija: v aluminotermiji, kot legirni dodatki, za izdelavo polizdelkov s stiskanjem in sintranjem. Ta metoda proizvaja zelo trpežne dele (zobnike, puše itd.). Prah se uporablja tudi v kemiji za proizvodnjo aluminijevih spojin in kot katalizator(na primer pri proizvodnji etilena in acetona). Glede na visoko reaktivnost aluminija, zlasti v obliki prahu, se uporablja v eksplozivih in trdnem pogonskem gorivu za rakete, pri čemer se izkorišča njegova sposobnost hitrega vžiga.

Zaradi visoke odpornosti aluminija na oksidacijo se prah uporablja kot pigment v premazih za lakiranje opreme, streh, papirja za tiskanje in sijočih površin avtomobilskih plošč. Jeklo in lito železo sta prevlečena tudi s plastjo aluminija. trgovski predmet da preprečimo njihovo korozijo.

Po obsegu uporabe so aluminij in njegove zlitine na drugem mestu za železom (Fe) in njegovimi zlitinami. Široka uporaba aluminija na različnih področjih tehnologije in vsakdanjega življenja je povezana s kombinacijo njegovih fizikalnih, mehanskih in kemijskih lastnosti: nizke gostote, odpornosti proti koroziji v atmosferskem zraku, visoke toplotne in električne prevodnosti, duktilnosti in relativno visoke trdnosti. Aluminij je enostavno obdelati na različne načine - kovanje, vtiskovanje, valjanje itd. Čisti aluminij se uporablja za izdelavo žice (električna prevodnost aluminija je 65,5% električne prevodnosti bakra, vendar je aluminij več kot trikrat lažji od bakra, zato se v elektrotehniki pogosto nadomešča aluminij) in folija, ki se uporablja kot embalažni material. Glavnina taljenega aluminija se porabi za proizvodnjo različnih zlitin. Zaščitni in dekorativni premazi se enostavno nanašajo na površine aluminijevih zlitin.

Raznolikost lastnosti aluminijevih zlitin je posledica vnosa različnih dodatkov v aluminij, ki z njim tvorijo trdne raztopine ali intermetalne spojine. Večji del aluminija se uporablja za proizvodnjo lahkih zlitin - duraluminij (94% aluminija, 4% bakra (Cu), po 0,5% magnezija (Mg), mangana (Mn), (Fe) in silicija (Si)), silumin ( 85 -90% - aluminij, 10-14% silicija (Si), 0,1% natrija (Na)) itd. V metalurgiji se aluminij uporablja ne le kot osnova za zlitine, ampak tudi kot eden od široko uporabljenih legirnih dodatkov v zlitine na osnovi bakra (Cu), magnezija (Mg), železa (Fe), >niklja (Ni) itd.

Aluminijeve zlitine se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju, v gradbeništvu in arhitekturi, v avtomobilski industriji, ladjedelništvu, letalstvu in vesoljski tehnologiji. Zlasti prvi umetni zemeljski satelit je bil narejen iz aluminijeve zlitine. Zlitina aluminija in cirkonija (Zr) - pogosto se uporablja pri gradnji jedrskih reaktorjev. Aluminij se uporablja pri proizvodnji eksplozivov.

Pri ravnanju z aluminijem v vsakdanjem življenju je treba upoštevati, da se v aluminijastih posodah lahko segrevajo in hranijo samo nevtralne (kisle) tekočine (na primer prekuhavanje vode). Če na primer kuhamo kislo zeljno juho v aluminijasti posodi, aluminij preide v hrano in ta dobi neprijeten »kovinski« okus. Ker se oksidni film v vsakdanjem življenju zelo hitro poškoduje, je uporaba aluminijaste posode še vedno nezaželena.

Srebrno bela kovina, lahka

gostota - 2,7 g / cm³

Tališče tehničnega aluminija je 658 °C, za aluminij visoke čistosti pa 660 °C.

specifična talilna toplota - 390 kJ / kg

vrelišče - 2500 °C

specifična toplota izhlapevanja - 10,53 MJ/kg

natezna trdnost litega aluminija - 10-12 kg / mmI, deformabilna - 18-25 kg / mmI, zlitine - 38-42 kg / mmI

Brinellova trdota - 24...32 kgf/mm²

visoka duktilnost: tehnična - 35%, čista - 50%, valjana v tanke plošče in celo folijo

Youngov modul - 70 GPa

Aluminij ima visoko električno prevodnost (0,0265 µOhm m) in toplotno prevodnost (203,5 W/(m K)), 65 % električne prevodnosti bakra in ima visoko odbojnost svetlobe.

Šibek paramagnet.

Temperaturni koeficient linearne razteznosti 24,58·10−6 K−1 (20…200 °C).

Temperaturni koeficient električnega upora je 2,7·10−8K−1.

Aluminij tvori zlitine s skoraj vsemi kovinami. Najbolj znane zlitine so baker in magnezij (duraluminij) ter silicij (silumin).

Naravni aluminij je skoraj v celoti sestavljen iz enega samega stabilnega izotopa, 27Al, s sledovi 26Al, radioaktivnega izotopa z obdobje razpolovno dobo 720 tisoč let, ki nastane v atmosferi, ko so jedra argona bombardirani s protoni kozmičnih žarkov.

Po razširjenosti v zemeljski skorji se uvršča na 1. mesto med kovinami in na 3. mesto med elementi, takoj za kisikom in silicijem. vsebnost aluminija v zemeljski skorji po podatke različni raziskovalci segajo od 7,45 do 8,14% mase zemeljske skorje.

V naravi se aluminij zaradi visoke kemijske aktivnosti pojavlja skoraj izključno v obliki spojin. Nekateri od njih:

Boksit – Al2O3 H2O (s primesmi SiO2, Fe2O3, CaCO3)

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

Aluminijev oksid (mešanice kaolina s peskom SiO2, apnenec CaCO3, magnezit MgCO3)

Korund (safir, rubin, smirek) – Al2O3

Kaolinit - Al2O3 2SiO2 2H2O

Beril (smaragd, akvamarin) - 3BeO Al2O3 6SiO2

Krizoberil (aleksandrit) - BeAl2O4.

Vendar pa je pod določenimi posebnimi redukcijskimi pogoji mogoča tvorba naravnega aluminija.

Naravne vode vsebujejo aluminij v obliki nizko strupenih kemičnih spojin, na primer aluminijev fluorid. Vrsta kationa ali aniona je odvisna predvsem od kislosti vodnega medija. Koncentracije aluminija v površinskih vodnih telesih Ruska federacija v območju od 0,001 do 10 mg/l, v morski vodi 0,01 mg/l.

Aluminij je

Proizvodnja ulitkov iz aluminijevih zlitin

Glavna naloga livarske proizvodnje v naši država, sestoji iz znatnega splošnega izboljšanja kakovosti ulitkov, kar bi se moralo odražati v zmanjšanju debeline stene, zmanjšanju dodatkov za strojno obdelavo in sistemih za zapiranje in dovajanje ob ohranjanju ustreznih operativnih lastnosti trgovskih predmetov. Končni rezultat tega dela naj bi bil zadovoljevanje povečanih potreb strojništva z zahtevano količino ulitkov brez bistvenega povečanja skupne denarne emisije ulitkov po masi.

Ulivanje v pesek

Od zgornjih metod ulivanja v enkratne kalupe se pri izdelavi ulitkov iz aluminijevih zlitin najpogosteje uporablja ulivanje v kalupe z mokrim peskom. To je posledica nizke gostote zlitin, majhnega učinka sile kovine na kalup in nizkih temperatur litja (680-800C).

Za izdelavo peščenih kalupov se uporabljajo mešanice za oblikovanje in jedra, pripravljene iz kremenčevih in glinenih peskov (GOST 2138-74), kalupnih glin (GOST 3226-76), veziv in pomožnih materialov.

Vrsta vratnega sistema je izbrana ob upoštevanju dimenzij ulitka, kompleksnosti njegove konfiguracije in lokacije v kalupu. Kalupi za vlivanje ulitkov kompleksnih konfiguracij majhne višine se praviloma izvajajo z uporabo nižjih zapornih sistemov. Pri velikih višinah ulivanja in tankih stenah je bolje uporabiti sisteme z navpičnimi režami ali kombinirane sisteme vrat. Kalupi za ulitke majhnih dimenzij se lahko polnijo skozi zgornje zaporne sisteme. V tem primeru višina padca kovinske kraste v kalupno votlino ne sme presegati 80 mm.

Za zmanjšanje hitrosti gibanja taline ob vstopu v votlino kalupa in za boljše ločevanje oksidnih filmov in vključkov žlindre, suspendiranih v njej, se v zaporne sisteme vnese dodaten hidravlični upor - vgradijo se mreže (kovine ali steklena vlakna) ali se vlijejo skozi granulat filtri.

Sprues (podajalniki) se praviloma pripeljejo do tankih delov (sten) ulitkov, razporejenih po obodu, ob upoštevanju udobja njihovega naknadnega ločevanja med obdelavo. Dovod kovine v masivne enote je nesprejemljiv, saj povzroča nastanek krčnih votlin v njih, povečano hrapavost in krčne "potope" na površini ulitkov. V prerezu imajo zaporni kanali najpogosteje pravokotno obliko s široko stranjo 15-20 mm in ožjo stranjo 5-7 mm.

Zlitine z ozkim kristalizacijskim območjem (AL2, AL4, AL), AL34, AK9, AL25, ALZO) so nagnjene k nastanku koncentriranih krčnih votlin v termičnih enotah ulitkov. Da bi te lupine presegli ulitke, se pogosto uporablja namestitev velikih dobičkov. Pri tankostenskih (4-5 mm) in majhnih ulitkih je masa dobička 2-3-krat večja od mase ulitkov, pri debelostenskih pa do 1,5-krat. Višina prispel izbran glede na višino odlitka. Za višine manjše od 150 mm prispel H-pribl. enaka višini odlitka Notl. Za višje ulitke je razmerje Nprib/Notl vzeto enako 0,3 0,5.

Največjo uporabo pri litju aluminijevih zlitin najdemo v zgornjih odprtih dobičkih okroglega ali ovalnega prereza; V večini primerov so stranski dobički zaprti. Za izboljšanje delovne učinkovitosti dobiček so izolirani, napolnjeni z vročo kovino in dopolnjeni. Izolacija se običajno izvede z lepljenjem azbestnih plošč na površino kalupa, čemur sledi sušenje s plinskim plamenom. Zlitine s širokim območjem kristalizacije (AL1, AL7, AL8, AL19, ALZZ) so nagnjene k nastanku razpršene krčne poroznosti. Impregnacija krčnih por z dobiček neučinkovito. Zato pri izdelavi ulitkov iz navedenih zlitin ni priporočljivo uporabljati vgradnje masivnih dobičkov. Za pridobitev visokokakovostnih ulitkov se izvaja usmerjena kristalizacija, pri čemer se v ta namen široko uporabljajo vgradnje hladilnikov iz litega železa in aluminijevih zlitin. Optimalne pogoje za usmerjeno kristalizacijo ustvarja vertikalni sistem zapornih rež. Da bi preprečili nastajanje plina med kristalizacijo in preprečili nastanek poroznosti zaradi krčenja plina v ulitkih z debelimi stenami, se pogosto uporablja kristalizacija pod tlakom 0,4-0,5 MPa. Za to se livarski kalupi pred ulivanjem postavijo v avtoklave, jih napolnijo s kovino in ulitki kristalizirajo pod zračnim pritiskom. Za izdelavo velikih (do 2-3 m višine) tankostenskih ulitkov se uporablja metoda litja z zaporedno usmerjenim strjevanjem. Bistvo metode je zaporedna kristalizacija ulitka od spodaj navzgor. Da bi to naredili, je kalup za litje postavljen na mizo hidravličnega dvigala in vanj spuščene kovinske cevi s premerom 12-20 mm, segrete na 500-700 ° C, ki opravljajo funkcijo dvižnih vodov. Cevi so fiksno pritrjene v skledi smreke in luknje v njih so zaprte z zamaški. Po polnjenju posode z ulivnikom s talino se zamaški dvignejo in zlitina teče skozi cevi v vodnjake, ki so povezani z votlino kalupa z utori (dovajalniki). Ko se nivo taline v vrtinah dvigne za 20-30 mm nad spodnjim koncem cevi, se vklopi hidravlični mehanizem za spuščanje mize. Hitrost spuščanja je taka, da je kalup napolnjen pod nivojem poplave in vroča kovina nenehno teče v zgornje dele kalupa. To zagotavlja usmerjeno strjevanje in omogoča izdelavo kompleksnih ulitkov brez napak zaradi krčenja.

Peščeni kalupi se vlijejo s kovino iz zajemalk, obloženih z ognjevzdržnim materialom. Pred polnjenjem s kovino se lonci s svežo oblogo posušijo in kalcinirajo pri 780-800 °C, da se odstrani vlaga. Pred vlivanjem vzdržujem temperaturo taline na 720–780 °C. Kalupe za tankostenske ulitke polnimo s talinami, segretimi na 730–750 °C, za debelostenske pa na 700–720 °C.

Ulivanje v mavčne kalupe

Ulivanje v mavčne kalupe se uporablja v primerih, ko se od ulitkov postavljajo povečane zahteve glede natančnosti, čistoče površine in reprodukcije najmanjših reliefnih detajlov. V primerjavi s peščenimi kalupi imajo mavčni kalupi večjo trdnost, dimenzijsko natančnost, boljšo odpornost na visoke temperature in omogočajo izdelavo ulitkov kompleksnih konfiguracij z debelino stene 1,5 mm v 5-6 razredu točnosti. Kalupi so izdelani s pomočjo voščenih ali kovinskih (medenina,) kromiranih modelov. Modelne plošče so izdelane iz aluminijevih zlitin. Za lažje odstranjevanje modelov iz kalupov je njihova površina prevlečena s tanko plastjo kerozin-stearinske masti.

Majhni in srednje veliki kalupi za kompleksne tankostenske ulitke so izdelani iz mešanice, ki vsebuje 80% sadre, 20% kremena pesek ali azbest in 60-70% vode (na maso suhe mešanice). Sestava mešanice za srednje in velike oblike: 30% sadra, 60% pesek, 10% azbesta, 40-50% vode. Za upočasnitev strjevanja mešanici dodamo 1-2% gašenega apna. Zahtevano trdnost oblik dosežemo s hidratacijo brezvodne ali polvodne sadre. Da bi zmanjšali trdnost in povečali prepustnost plina, se neobdelane mavčne oblike podvržejo hidrotermalni obdelavi - hranijo v avtoklavu 6-10 ur pod tlakom vodne pare 0,13-0,14 MPa in nato na zraku 24 ur. Po tem se oblike postopno sušijo pri 350-500 °C.

Značilnost mavčnih kalupov je njihova nizka toplotna prevodnost. Ta okoliščina otežuje pridobivanje gostih ulitkov iz aluminijevih zlitin s širokim območjem kristalizacije. Zato je glavna naloga pri razvoju vratnega sistema za mavčne kalupe preprečiti nastanek krčilnih votlin, ohlapnosti, oksidnih filmov, vročih razpok in premajhnega polnjenja tankih sten. To dosežemo z uporabo raztegljivih sistemov zalivanja, ki zagotavljajo nizko hitrost gibanja talin v votlini kalupa, usmerjenim strjevanjem termičnih enot v dobiček z uporabo hladilnikov in povečanjem podajnosti kalupov s povečanjem vsebnosti kremenčevega peska v mešanici. Tankostenske ulitke vlijemo v kalupe, ogrete na 100-200°C z vakuumskim sesanjem, ki omogoča polnjenje votlin do debeline 0,2 mm. Debelostenske (več kot 10 mm) ulitke izdelujemo z vlivanjem kalupov v avtoklavih. Kristalizacija kovine v tem primeru poteka pod tlakom 0,4-0,5 MPa.

Ulivanje školjk

Priporočljivo je, da se lupinasto litje uporablja za serijsko in velikoserijsko proizvodnjo ulitkov omejenih velikosti s povečano čistočo površine, večjo dimenzijsko natančnostjo in manj strojne obdelave kot litje v pesek.

Kalupi za lupine so izdelani z uporabo vroče (250-300 °C) kovinske (jeklene) opreme po metodi bunkerja. Oprema za modeliranje je izdelana v skladu s 4-5 razredi točnosti z naklonom oblikovanja od 0,5 do 1,5%. Školjke so izdelane iz dveh plasti: prva plast je iz mešanice s 6-10% duroplastne smole, druga je iz mešanice z 2% smole. Za boljše odstranjevanje lupine je modelna plošča pred polnjenjem kalupne mešanice prekrita s tanko plastjo ločilne emulzije (5% silikonska tekočina št. 5; 3% milo za pranje perila; 92% voda).

Za izdelavo lupin se uporabljajo drobnozrnati kremenčevi peski, ki vsebujejo vsaj 96 % kremena. Povezava polovic se izvede z lepljenjem na posebnih stiskalnicah. Sestava lepila: 40% smola MF17; 60% maršalit in 1,5% aluminijev klorid (kaljenje). Sestavljene kalupe vlijemo v posode. Pri litju v luščene kalupe se uporabljajo enaki sistemi litja in temperaturni pogoji kot pri litju v peščene kalupe.

Nizka stopnja kristalizacije kovin v lupinah in manjše možnosti za ustvarjanje usmerjene kristalizacije vodijo do izdelave ulitkov z nižjimi lastnostmi kot pri litju v surove peščene kalupe.

Odlitek po izgubljenem vosku

Ulivanje po izgubljenem vosku se uporablja za izdelavo ulitkov povečane natančnosti (3-5. razred) in površinske čistoče (4-6. razred hrapavosti), za katere je ta metoda edina možna ali optimalna.

Modeli so v večini primerov izdelani iz pastoznih parafinostearinskih (1:1) sestavkov s stiskanjem v kovinske kalupe (lite in montažne) na stacionarnih ali rotacijskih napravah. Pri izdelavi kompleksnih ulitkov, večjih od 200 mm, se v modelno maso vnašajo snovi, ki zvišujejo temperaturo mehčanja (taljenja), da se prepreči deformacija modela.

Suspenzija hidroliziranega etil silikata (30-40%) in prašnega kremena (70-60%) se uporablja kot ognjevarna prevleka pri izdelavi keramičnih kalupov. Modelni bloki so prekriti z žganim peskom 1KO16A ali 1K025A. Vsaka plast premaza se suši na zraku 10-12 ur ali v atmosferi, ki vsebuje amoniakove pare. Zahtevano trdnost keramične oplate dosežemo z debelino lupine 4-6 mm (4-6 slojev ognjevzdržne prevleke). Da bi zagotovili nemoteno polnjenje kalupa, se za dovajanje kovine v debele profile in masivne enote uporabljajo raztezni sistemi vrat. Ulitki se običajno dovajajo iz masivnega dvižnega voda skozi odebeljene ulitke (dovajalnike). Za kompleksne ulitke je dovoljeno uporabiti masivne dobičke za napajanje zgornjih masivnih enot z obveznim polnjenjem iz dvižnega voda.

Aluminij je

Taljenje modelov iz kalupov poteka v vroči (85-90 ° C) vodi, nakisani s klorovodikovo kislino (0,5-1 cm3 na liter vode), da se prepreči umiljenje stearina. Po taljenju modelov se keramični kalupi sušijo pri 150–170 °C 1–2 uri, dajo v posode, prekrijejo s suhim polnilom in žgejo pri 600–700 °C 5–8 ur. Prelivanje se izvaja v hladnih in ogrevanih oblikah. Temperatura segrevanja (50-300 °C) kalupov je določena z debelino sten odlitka. Polnjenje kalupov s kovino poteka na običajen način, pa tudi z uporabo vakuuma ali centrifugalne sile. Večino aluminijevih zlitin pred ulivanjem segrejemo na 720–750 °C.

Hladno ulivanje

Hladno litje je glavna metoda serijske in množične proizvodnje ulitkov iz aluminijevih zlitin, ki omogoča pridobivanje ulitkov 4-6 razredov točnosti s površinsko hrapavostjo Rz = 50-20 in najmanjšo debelino stene 3-4 mm. Pri litju v kalupu, skupaj z napakami, ki jih povzročajo visoke hitrosti gibanja taline v votlini kalupa in neupoštevanje zahtev usmerjenega strjevanja (plinska poroznost, oksidni filmi, ohlapnost pri krčenju), glavne vrste napak in odlitki so podpolnjeni in razpoke. Pojav razpok je posledica težkega krčenja. Razpoke se pojavljajo zlasti pogosto v ulitkih iz zlitin s širokim kristalizacijskim območjem in velikim linearnim krčenjem (1,25-1,35%). Preprečevanje nastanka teh napak dosežemo z različnimi tehnološkimi metodami.

V primeru dobave kovine debelim profilom je treba zagotoviti dopolnitev mesta dobave z namestitvijo oskrbovalne glave (dobiček). Vsi elementi vratnih sistemov so nameščeni vzdolž konektorja matrice. Priporočena so naslednja razmerja površin prečnega prereza zapornih kanalov: za majhne ulitke EFst: EFshl: EFpit = 1: 2: 3; za velike ulitke EFst: EFsh: EFpit = 1: 3: 6.

Za zmanjšanje hitrosti pretoka taline v votlino kalupa se uporabljajo ukrivljeni dvižni vodi, mreže iz steklenih vlaken ali kovine in zrnati filtri. Kakovost ulitkov iz aluminijevih zlitin je odvisna od hitrosti dviga taline v votlini kalupa za litje. Ta hitrost mora biti zadostna, da zagotovi polnjenje tankih delov ulitkov v pogojih povečanega odvajanja toplote in hkrati ne povzroči premajhnega polnjenja zaradi nepopolnega izpusta zraka in plinov skozi prezračevalne kanale ter dobičkov, turbulenc in bruhanja taline med prehod iz ozkih odsekov v široke. Predpostavlja se, da je hitrost dviga kovine v votlini kalupa pri litju v hladilni kalup nekoliko višja kot pri litju v peščene kalupe. Najmanjša dovoljena hitrost dviganja se izračuna po formulah A. A. Lebedeva in N. M. Galdina (glejte razdelek 5.1, "Litje v pesek").

Za pridobitev gostih ulitkov se ustvari usmerjeno strjevanje, kot pri litju v pesek, s pravilnim pozicioniranjem ulitka v kalupu in prilagajanjem odvajanja toplote. Masivne (debele) ulivne enote so praviloma nameščene v zgornjem delu kalupa. To omogoča kompenzacijo zmanjšanja njihove prostornine med utrjevanjem neposredno iz dobičkov, nameščenih nad njimi. Regulacija intenzivnosti odvajanja toplote za ustvarjanje usmerjenega strjevanja se izvaja s hlajenjem ali izolacijo različnih delov kalupa za litje. Za lokalno povečanje odvoda toplote se široko uporabljajo vložki iz toplotno prevodnega bakra, ki zagotavljajo povečanje hladilne površine kokile zaradi reber in izvajajo lokalno hlajenje kokil s stisnjenim zrakom ali vodo. Za zmanjšanje intenzivnosti odvajanja toplote se na delovno površino kalupa nanese plast barve debeline 0,1–0,5 mm. V ta namen se na površino vratnih kanalov in dobičkov nanese sloj barve debeline 1-1,5 mm. Upočasnitev ohlajanja kovine v kalupu lahko dosežemo tudi z lokalnimi odebelitvami sten kalupa, uporabo različnih premazov z nizko toplotno prevodnostjo in izolacijo kalupa z azbestnimi nalepkami. Barvanje delovne površine kokile izboljša videz ulitkov, pomaga odpraviti plinske žepe na njihovi površini in poveča vzdržljivost kokil. Pred barvanjem kokile segrejemo na 100-120 °C. Previsoka temperatura segrevanja je nezaželena, saj zmanjša hitrost strjevanja ulitkov in trajanje rok storitev hlajenja. Ogrevanje zmanjša temperaturno razliko med ulitkom in kalupom ter raztezanje kalupa zaradi njegovega segrevanja s kovino za ulivanje. Posledično se zmanjšajo natezne napetosti v ulitku, ki povzročajo razpoke. Vendar samo segrevanje kalupa ni dovolj, da bi odpravili možnost razpok. Potrebno je pravočasno odstraniti ulitek iz kalupa. Ulitek je treba odstraniti iz matrice, preden se njegova temperatura izenači s temperaturo matrice in napetost pri krčenju doseže največjo vrednost. Običajno se ulitek odstrani v trenutku, ko je tako močan, da ga je mogoče premikati brez uničenja (450-500 ° C). Na tej točki zaporni sistem še ni pridobil dovolj trdnosti in je uničen zaradi svetlobnih udarcev. Trajanje držanja ulitka v kalupu je odvisno od stopnje strjevanja in je odvisno od temperature kovine, temperature kalupa in hitrosti vlivanja.

Za odpravo oprijema kovin, podaljšanje življenjske dobe in olajšanje odstranjevanja so kovinske palice med delovanjem mazane. Najpogostejše mazivo je vodno-grafitna suspenzija (3-5% grafita).

Deli kalupov, ki tvorijo zunanje obrise ulitkov, so izdelani iz sive barve lito železo. Debelina stene kalupov se določi glede na debelino stene ulitkov v skladu s priporočili GOST 16237-70. Notranje votline v ulitkih so izdelane s kovinskimi (jeklenimi) in peščenimi palicami. Peščene palice se uporabljajo za oblikovanje kompleksnih votlin, ki jih ni mogoče narediti s kovinskimi palicami. Za lažje odstranjevanje ulitkov iz kalupov morajo imeti zunanje površine ulitkov naklon od 30" do 3° proti konektorju. Notranje površine ulitkov, izdelanih s kovinskimi palicami, morajo imeti naklon najmanj 6°. V ulitkih niso dovoljeni ostri prehodi od debelih profilov do tankih profilov Polmeri ukrivljenosti morajo biti najmanj 3 mm Izdelane so luknje s premerom več kot 8 mm za majhne ulitke, 10 mm za srednje in 12 mm za velike. s palicami Optimalno razmerje med globino luknje in njenim premerom je 0,7-1.

Zrak in plini se odstranijo iz votline matrice s pomočjo prezračevalnih kanalov, nameščenih v ločilni ravnini, in čepov, nameščenih v stenah blizu globokih votlin.

V sodobnih livarnah so kokile nameščene na enopozicijskih ali večpozicijskih polavtomatskih livarskih strojih, pri katerih so avtomatizirani zapiranje in odpiranje kokile, namestitev in odstranjevanje jeder, izmet in odvzem ulitka iz kokile. . Na voljo je tudi avtomatski nadzor temperature segrevanja hladilnega kalupa. Polnjenje kokil na strojih se izvaja z dozirniki.

Za izboljšanje polnjenja tankih votlin kalupov in odstranitev zraka in plinov, ki se sproščajo med uničenjem veziva, se kalupi odzračijo in napolnijo pod nizkim pritiskom ali s pomočjo centrifugalne sile.

Stiskanje litja

Stiskanje je vrsta kokilnega litja, namenjeno izdelavi ploščastih ulitkov velikih dimenzij (2500x1400 mm) z debelino stene 2-3 mm. V ta namen se uporabljajo kovinske polovičke, ki se montirajo na specializirane stroje za ulivanje in stiskanje z enostranskim ali dvostranskim pristopom polovičkov. Posebna značilnost te metode litja je prisilno polnjenje votline kalupa s širokim tokom taline, ko se polovici kalupa približujeta druga drugi. Kalup za litje ne vsebuje elementov običajnega zapornega sistema. podatki S to metodo se izdelujejo ulitki iz zlitin AL2, AL4, AL9, AL34, ki imajo ozko kristalizacijsko območje.

Hitrost hlajenja taline se nadzoruje z nanosom toplotnoizolacijske prevleke različnih debelin (0,05-1 mm) na delovno površino kalupne votline. Pregrevanje zlitin pred ulivanjem ne sme preseči 15-20 °C nad temperaturo likvidusa. Trajanje pristopa polovičnih oblik je 5-3 s.

Nizkotlačno litje

Nizkotlačno litje je še ena različica tlačnega litja. Uporablja se pri izdelavi velikih tankostenskih ulitkov iz aluminijevih zlitin z ozkim območjem kristalizacije (AL2, AL4, AL9, AL34). Kot pri kokilnem litju so zunanje površine ulitkov izdelane s kovinskim kalupom, notranje votline pa s kovinskimi ali peščenimi palicami.

Za izdelavo palic uporabite mešanico, sestavljeno iz 55% kremenčevega peska 1K016A; 13,5% polmastnega peska P01; 27% mletega kremena; 0,8% pektinsko lepilo; 3,2% smole M in 0,5% kerozina. Ta mešanica ne povzroča mehanskih opeklin. Polnjenje kalupov s kovino se izvede s pritiskom stisnjenega, posušenega zraka (18–80 kPa), ki se dovaja na površino taline v lončku, segretem na 720–750 ° C. Pod vplivom tega pritiska se talina iztisne iz lončka v kovinsko žico, iz nje pa v ločni sistem in naprej v votlino kalupa. Prednost nizkotlačnega litja je zmožnost samodejnega nadzora hitrosti dviga kovine v votlini kalupa, kar omogoča pridobivanje tankostenskih ulitkov višje kakovosti kot pri litju pod vplivom gravitacije.

Kristalizacija zlitin v kalupu poteka pod tlakom 10–30 kPa pred nastankom trdne kovinske skorje in 50–80 kPa po nastanku skorje.

Gostejši ulitki iz aluminijevih zlitin se proizvajajo z nizkotlačnim protitlačnim litjem. Polnjenje votline kalupa med litjem proti tlaku se izvede zaradi razlike v tlaku v lončku in v kalupu (10-60 kPa). Kristalizacija kovine v kalupu poteka pod tlakom 0,4-0,5 MPa. To preprečuje sproščanje vodika, raztopljenega v kovini, in nastanek plinskih por. Povečan tlak prispeva k boljši prehrani masivnih livarskih enot. Sicer pa se tehnologija litja s protitlakom ne razlikuje od tehnologije litja z nizkim pritiskom.

Podtlačno litje uspešno združuje prednosti nizkotlačnega litja in tlačne kristalizacije.

Brizganje

Z brizganjem iz aluminijevih zlitin AL2, ALZ, AL1, ALO, AL11, AL13, AL22, AL28, AL32, AL34 se izdelujejo ulitki kompleksne konfiguracije 1-3 razredov točnosti z debelino stene od 1 mm in več, ulite luknje z premera do 1,2 mm, lit zunanji in notranji navoj z minimalnim korakom 1 mm in premerom 6 mm. Površinska čistoča takih ulitkov ustreza razredom hrapavosti 5–8. Proizvodnja takšnih ulitkov poteka na strojih s hladnimi horizontalnimi ali vertikalnimi stiskalnimi komorami, s specifičnim pritiskom stiskanja 30-70 MPa. Prednost imajo stroji z vodoravno stiskalno komoro.

Dimenzije in teža ulitkov so omejene z zmogljivostmi strojev za brizganje: prostornina stiskalnice, specifični tlak stiskanja (p) in sila zaklepanja (0). Območje projekcije (F) odlitka, kanalov za cevi in ​​stiskalne komore na premično kalupno ploščo ne sme presegati vrednosti, ki jih določa formula F = 0,85 0/r.

Optimalne vrednosti naklona zunanjih površin so 45 °; za notranji 1°. Najmanjši polmer krivin je 0,5-1 mm. Luknje s premerom večjim od 2,5 mm se izdelujejo z ulivanjem. Odlitki iz aluminijevih zlitin se praviloma obdelujejo le vzdolž sedežnih površin. Dodatek za obdelavo je dodeljen ob upoštevanju dimenzij odlitka in se giblje od 0,3 do 1 mm.

Za izdelavo kalupov se uporabljajo različni materiali. Deli kalupov, ki pridejo v stik s tekočo kovino, so izdelani iz jekla 3Х2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, pritrdilne plošče in matrične kletke so izdelane iz jekla 35, 45, 50, zatiči, puše in vodilni stebri - iz jekla U8A.

Dovod kovine v votlino kalupa se izvaja z uporabo zunanjih in notranjih sistemov vrat. Podajalniki se pripeljejo na predele ulitka, ki so predmet strojne obdelave. Njihova debelina je določena glede na debelino stene ulitka na dovodni točki in določeno naravo polnjenja kalupa. Ta odvisnost je določena z razmerjem med debelino podajalnika in debelino stene ulitka. Gladko polnjenje kalupov, brez turbulenc ali ujetja zraka, se pojavi, če je razmerje blizu enote. Za ulitke z debelino stene do 2 mm. podajalniki imajo debelino 0,8 mm; z debelino stene 3 mm. debelina podajalnikov je 1,2 mm; z debelino stene 4-6 mm-2 mm.

Za sprejem prvega dela taline, obogatenega z zračnimi vključki, so v bližini votline kalupa nameščeni posebni pralni rezervoarji, katerih prostornina lahko doseže 20 - 40% prostornine ulitka. Podložke so povezane z votlino kalupa s kanali, katerih debelina je enaka debelini podajalnikov. Zrak in plin se odstranita iz votline kalupa skozi posebne prezračevalne kanale in reže med palicami (ejektorji) in matriko kalupa. Prezračevalni kanali so izdelani v ravnini konektorja na mirujočem delu kalupa, pa tudi vzdolž premičnih palic in ejektorjev. Globina prezračevalnih kanalov pri litju aluminijevih zlitin je 0,05-0,15 mm, širina pa 10-30 mm, da bi izboljšali prezračevanje, so kalupi votlin za pranje povezani z atmosfero s tankimi kanali (0,2- 0,5 mm).

Glavne napake ulitkov, pridobljenih z brizganjem, so zračna (plinska) subkortikalna poroznost, ki nastane zaradi ujetja zraka pri visokih hitrostih vstopa kovine v votlino kalupa, in poroznost (ali votline) krčenja v termičnih enotah. Na nastanek teh napak močno vplivajo parametri tehnologije litja, hitrost stiskanja, tlak stiskanja in toplotni pogoji kalupa.

Hitrost stiskanja določa način polnjenja kalupa. Višja kot je hitrost stiskanja, večja je hitrost, s katero se talina premika skozi zaporne kanale, večja je hitrost vstopa taline v votlino kalupa. Visoke hitrosti stiskanja prispevajo k boljšemu polnjenju tankih in podolgovatih votlin. Hkrati povzročijo, da kovina ujame zrak in tvori subkortikalno poroznost. Pri litju aluminijevih zlitin se visoke hitrosti stiskanja uporabljajo samo za izdelavo kompleksnih tankostenskih ulitkov. Tlak ima velik vpliv na kakovost ulitkov. Ko se poveča, se poveča gostota ulitkov.

Velikost stiskalnega tlaka je običajno omejena z velikostjo zaklepne sile stroja, ki mora presegati pritisk kovine na premično matrico (pF). Zato lokalno predstiskanje debelostenskih ulitkov, znano kot »postopek Ashigai«, pridobiva veliko zanimanja. Nizka hitrost vnosa kovine v votlino kalupov skozi dovajalnike velikega preseka in učinkovito predhodno stiskanje kristalizirajoče taline z dvojnim batom omogočata pridobivanje gostih ulitkov.

Na kakovost ulitkov pomembno vplivata tudi temperatura zlitine in kalupa. Pri izdelavi debelostenskih ulitkov enostavne konfiguracije se talina vlije pri temperaturi 20-30 °C pod temperaturo likvidusa. Tankostenske ulitke zahtevajo uporabo taline, pregrete nad temperaturo likvidusa za 10-15°C. Da bi zmanjšali obseg napetosti pri krčenju in preprečili nastanek razpok v ulitkih, se kalupi pred ulivanjem segrejejo. Priporočene so naslednje temperature ogrevanja:

Debelina stene ulitka, mm 1—2 2—3 3—5 5—8

Temperatura ogrevanja

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

Stabilnost toplotnega režima zagotavljamo s segrevanjem (električno) ali hlajenjem (voda) kalupov.

Za zaščito delovne površine kalupov pred lepljenjem in erozivnimi učinki taline, za zmanjšanje trenja pri odstranjevanju jeder in za lažje odstranjevanje ulitkov so kalupi mazani. V ta namen se uporabljajo maščobna (olje z grafitom ali aluminijev prah) ali vodna (raztopine soli, vodni pripravki na osnovi koloidnega grafita) maziva.

Gostota ulitkov iz aluminijevih zlitin se znatno poveča pri litju z vakuumskimi kalupi. Da bi to naredili, je kalup postavljen v zaprto ohišje, v katerem se ustvari potreben vakuum. Dobre rezultate lahko dosežemo s "kisikovim postopkom". Za to se zrak v votlini kalupa nadomesti s kisikom. Pri visokih stopnjah vnosa kovine v votlino kalupa, kar povzroči zajemanje kisika s talino, se v ulitkih ne tvori subkortikalna poroznost, saj se ves ujeti kisik porabi za tvorbo fino razpršenih aluminijevih oksidov, ki ne vplivajo opazno. mehanske lastnosti ulitkov. Takšne ulitke je mogoče toplotno obdelati.

Odlitke iz aluminijevih zlitin lahko glede na tehnične zahteve podvržemo različnim vrstam pregledov: rentgenskemu, gama detekciji napak ali ultrazvoku za odkrivanje notranjih napak; oznake za določanje dimenzijskih odstopanj; luminiscenca za odkrivanje površinskih razpok; hidro- ali pnevmatski nadzor za oceno tesnosti. Pogostost naštetih vrst nadzora je določena s tehničnimi pogoji ali pa jo določi oddelek glavnega metalurga obrata. Ugotovljene napake, če to dovoljuje tehnična specifikacija, se odpravijo z varjenjem ali impregnacijo. Argonsko obločno varjenje se uporablja za varjenje spodnjih polnil, votlin in ohlapnih razpok. Pred varjenjem se okvarjeno območje razreže tako, da imajo stene vdolbin naklon 30 - 42°. Odlitki so izpostavljeni lokalnemu ali splošnemu segrevanju na 300-350C. Lokalno ogrevanje se izvaja s plamenom kisik-acetilen, splošno ogrevanje se izvaja v komornih pečeh. Varjenje se izvaja z enakimi zlitinami, iz katerih so izdelani ulitki, z uporabo neuporabne volframove elektrode s premerom 2-6 mm pri poraba argon 5-12 l/min. Varilni tok je običajno 25-40 A na 1 mm premera elektrode.

Poroznost v ulitkih se odpravi z impregnacijo z bakelitnim lakom, asfaltnim lakom, sušilnim oljem ali tekočim steklom. Impregnacija se izvaja v posebnih kotlih pod tlakom 490-590 kPa s predhodno izpostavljenostjo ulitkov v redčeni atmosferi (1,3-6,5 kPa). Temperaturo impregnacijske tekočine vzdržujemo pri 100°C. Po impregnaciji se ulitki sušijo pri 65-200°C, pri čemer se impregnacijska tekočina strdi, in ponovno pregledajo.

Aluminij je

Uporaba aluminija

Pogosto se uporablja kot gradbeni material. Glavne prednosti aluminija v tej kakovosti so lahkotnost, kovnost za vtiskovanje, odpornost proti koroziji (na zraku se aluminij takoj prekrije s trpežnim filmom Al2O3, ki preprečuje njegovo nadaljnjo oksidacijo), visoka toplotna prevodnost in nestrupenost njegovih spojin. Predvsem zaradi teh lastnosti je aluminij izjemno priljubljen pri izdelavi posode, aluminijaste folije v prehrambeni industriji in za pakiranje.

Glavna pomanjkljivost aluminija kot konstrukcijskega materiala je njegova nizka trdnost, zato je za njegovo krepitev običajno legiran z majhno količino bakra in magnezija (zlitina se imenuje duraluminij).

Električna prevodnost aluminija je le 1,7-krat manjša kot pri bakru, medtem ko je aluminij približno 4-krat cenejši na kilogram, a zaradi 3,3-krat manjše gostote potrebuje za enako upornost približno 2-krat manjšo težo. Zato se široko uporablja v elektrotehniki za izdelavo žic, njihovo zaščito in celo v mikroelektroniki za izdelavo prevodnikov v čipih. Nižjo električno prevodnost aluminija (37 1/ohm) v primerjavi z bakrom (63 1/ohm) kompenziramo s povečanjem preseka aluminijevih vodnikov. Pomanjkljivost aluminija kot električnega materiala je prisotnost močnega oksidnega filma, ki otežuje spajkanje.

Zaradi kompleksa lastnosti se pogosto uporablja v ogrevalni opremi.

Aluminij in njegove zlitine ohranijo trdnost pri ultra nizkih temperaturah. Zaradi tega se pogosto uporablja v kriogenski tehnologiji.

Visoka odbojnost v kombinaciji z nizkimi stroški in enostavnostjo nanašanja naredi aluminij idealen material za izdelavo ogledal.

V proizvodnji gradbenih materialov kot plinotvorno sredstvo.

Aluminiziranje daje jeklu in drugim zlitinam odpornost proti koroziji in vodnemu kamnu, na primer ventile batnih motorjev z notranjim zgorevanjem, turbinske lopatice, ploščadi za proizvodnjo nafte, opremo za izmenjavo toplote in tudi nadomešča galvanizacijo.

Aluminijev sulfid se uporablja za proizvodnjo vodikovega sulfida.

Potekajo raziskave za razvoj penastega aluminija kot posebej močnega in lahkega materiala.

Kot sestavina termita, zmesi za aluminotermijo

Aluminij se uporablja za pridobivanje redkih kovin iz njihovih oksidov ali halogenidov.

Aluminij je pomembna sestavina številnih zlitin. Na primer, v aluminijastih bronah sta glavni komponenti baker in aluminij. V magnezijevih zlitinah se kot dodatek največkrat uporablja aluminij. Za izdelavo spiral v električnih grelnih napravah se uporablja (skupaj z drugimi zlitinami) fehral (Fe, Cr, Al).

kava iz aluminija" height="449" src="/pictures/investments/img920791_21_Klassicheskiy_italyanskiy_proizvoditel_kofe_iz_alyuminiya.jpg" title="21. Klasični italijanski proizvajalec kave iz aluminija" width="376" />!}

Ko je bil aluminij zelo drag, so iz njega izdelovali raznovrsten nakit. Tako je Napoleon III naročil aluminijaste gumbe, leta 1889 pa je Dmitrij Ivanovič Mendelejev prejel tehtnico s skledami iz zlata in aluminija. Moda za njih je takoj minila, ko so se pojavile nove tehnologije (razvoj) za njegovo proizvodnjo, kar je večkrat znižalo stroške. Danes se aluminij včasih uporablja pri izdelavi bižuterije.

.

Aluminij in njegove spojine se uporabljajo kot visoko učinkovito pogonsko gorivo v dvogorivnih raketnih pogonskih gorivih in kot gorljiva komponenta v trdih raketnih pogonskih sredstvih. Praktično zanimive kot raketno gorivo so naslednje aluminijeve spojine:

Aluminij v prahu kot gorivo v trdnih raketnih gorivih. Uporablja se tudi v obliki prahu in suspenzij v ogljikovodikih.

Aluminijev hidrid.

Aluminijev boranat.

trimetilaluminij.

trietilaluminij.

Tripropilaluminij.

Trietilaluminij (običajno skupaj s trietilborom) se uporablja tudi za kemični vžig (torej kot zagonsko gorivo) v raketnih motorjih, saj se spontano vžge v plinastem kisiku.

Ima rahel toksičen učinek, vendar številne vodotopne anorganske aluminijeve spojine ostanejo v raztopljenem stanju dolgo časa in lahko s pitno vodo škodljivo vplivajo na ljudi in toplokrvne živali. Najbolj toksični so kloridi, nitrati, acetati, sulfati itd. Za človeka imajo toksičen učinek pri zaužitju naslednje doze aluminijevih spojin (mg/kg telesne teže):

aluminijev acetat - 0,2-0,4;

aluminijev hidroksid - 3,7-7,3;

aluminijev galun - 2,9.

Prizadene predvsem živčni sistem (kopiči se v živčnem tkivu, kar povzroči hude motnje centralnega živčnega sistema). Nevrotoksičnost aluminija pa preučujejo že od sredine šestdesetih let prejšnjega stoletja, saj kopičenje kovine v človeškem telesu preprečuje njegov mehanizem izločanja. V normalnih pogojih se lahko z urinom izloči do 15 mg elementa na dan. V skladu s tem je največji negativni učinek opažen pri ljudeh z okvarjenim delovanjem izločanja ledvic.

Po nekaterih bioloških študijah naj bi vnos aluminija v človeško telo veljal za dejavnik pri razvoju Alzheimerjeve bolezni, a so te študije pozneje kritizirali in sklep o povezanosti enega in drugega ovrgli.

Geokemične lastnosti aluminija so določene z njegovo visoko afiniteto do kisika (in minerali aluminij je vključen v kisikove oktaedre in tetraedre), konstantna valenca (3), nizka topnost večine naravnih spojin. V endogenih procesih med strjevanjem magme in nastajanjem magmatskih kamnin vstopi aluminij v kristalno mrežo glinencev, sljude in drugih mineralov – aluminosilikatov. V biosferi je aluminij šibek migrant, v organizmih in hidrosferi ga je malo. V vlažnem podnebju, kjer razpadajoči ostanki bogate vegetacije tvorijo številne organske kisline, aluminij migrira v tleh in vodah v obliki organomineralnih koloidnih spojin; aluminij adsorbirajo koloidi in se odlagajo v spodnjem delu tal. Vez med aluminijem in silicijem se delno prekine in ponekod v tropih nastanejo minerali - aluminijevi hidroksidi - boemit, diaspore, hidrargilit. Večina aluminija je del aluminosilikatov - kaolinita, beidelita in drugih mineralov gline. Šibka mobilnost določa preostalo kopičenje aluminija v preperevalni skorji vlažnih tropov. Posledično nastane eluvialni boksit. V preteklih geoloških obdobjih se je boksit kopičil tudi v jezerih in obalnih območjih morij v tropskih regijah (na primer sedimentni boksiti Kazahstana). V stepah in puščavah, kjer je malo žive snovi in ​​so vode nevtralne in alkalne, se aluminij skoraj ne seli. Migracija aluminija je najbolj energična v vulkanskih območjih, kjer opazimo močno kisle rečne in podzemne vode, bogate z aluminijem. Na mestih, kjer se kisle vode mešajo z alkalnimi morskimi vodami (ob ustjih rek in drugo), se aluminij izloča s tvorbo nahajališč boksita.

Aluminij je del tkiv živali in rastlin; V organih sesalcev je bilo ugotovljeno od 10-3 do 10-5% aluminija (na surovi osnovi). Aluminij se kopiči v jetrih, trebušni slinavki in ščitnici. V rastlinskih proizvodih se vsebnost aluminija giblje od 4 mg na 1 kg suhe snovi (krompir) do 46 mg (rumena repa), v proizvodih živalskega izvora - od 4 mg (med) do 72 mg na 1 kg suhe snovi ( ). V dnevni prehrani človeka vsebnost aluminija doseže 35-40 mg. Znani so organizmi, ki koncentrirajo aluminij, na primer mahovi (Lycopodiaceae), ki vsebujejo do 5,3% aluminija v pepelu, in mehkužci (Helix in Lithorina), ki vsebujejo 0,2-0,8% aluminija v pepelu. S tvorbo netopnih spojin s fosfati aluminij moti prehrano rastlin (absorpcija fosfatov s koreninami) in živali (absorpcija fosfatov v črevesju).

Glavni kupec je letalstvo. Najbolj obremenjeni elementi letala (koža, močna ojačitev) so izdelani iz duraluminija. In to zlitino so odnesli v vesolje. Šel je celo na Luno in se vrnil na Zemljo. In postaje Luna, Venera in Mars, ki so jih ustvarili oblikovalci biroja, ki ga je dolga leta vodil Georgij Nikolajevič Babakin (1914-1971), niso mogle brez aluminijevih zlitin.

Zlitine sistemov aluminij - mangan in aluminij - magnezij (AMts in AMg) so glavni material za trupe hitrih "projektilov" in "meteorjev" - hidrogliserjev.

Toda aluminijeve zlitine se uporabljajo ne le v vesolju, letalstvu, morju in reki. Aluminij ima močan položaj tudi v kopenskem prometu. Naslednji podatki kažejo na široko uporabo aluminija v avtomobilski industriji. Leta 1948 je bilo uporabljenih 3,2 kg aluminija na eno, leta 1958 - 23,6, leta 1968 - 71,4, danes pa ta številka presega 100 kg. Aluminij se je pojavil tudi v železniškem prometu. In super ekspresna "ruska trojka" je več kot 50% izdelana iz aluminijevih zlitin.

Aluminij se vse bolj uporablja v gradbeništvu. V novogradnjah se pogosto uporabljajo močni in lahki nosilci, podi, stebri, ograje, ograje in elementi prezračevalnih sistemov iz zlitin na osnovi aluminija. V zadnjih letih se aluminijeve zlitine uporabljajo pri gradnji številnih javnih zgradb in športnih kompleksov. Obstajajo poskusi uporabe aluminija kot strešnega materiala. Takšna streha se ne boji nečistoč ogljikovega dioksida, žveplovih spojin, dušikovih spojin in drugih škodljivih primesi, ki močno povečajo atmosfersko korozijo strešnega železa.

Kot ulivne zlitine se uporabljajo silumini, zlitine sistema aluminij-silicij. Takšne zlitine imajo dobro fluidnost, dajejo nizko krčenje in segregacijo (heterogenost) v ulitkih, kar omogoča izdelavo delov najbolj zapletene konfiguracije z ulivanjem, na primer ohišij motorjev, rotorjev črpalk, ohišij instrumentov, blokov motorjev z notranjim zgorevanjem, batov. , glave cilindrov in plašči batni motorji.

Boj za upad stroški aluminijevih zlitin je bila prav tako uspešna. Na primer, silumin je 2-krat cenejši od aluminija. Ponavadi je ravno obratno - zlitine so dražje (če želite dobiti zlitino, morate dobiti čisto osnovo in jo nato legirati, da dobite zlitino). Leta 1976 so sovjetski metalurgi v tovarni aluminija v Dnepropetrovsku obvladali taljenje siluminov neposredno iz aluminosilikatov.

Aluminij je že dolgo poznan v elektrotehniki. Vendar pa je bila uporaba aluminija do nedavnega omejena na daljnovode in v redkih primerih na električne kable. V kabelski industriji sta prevladovala baker in svinec. Prevodni elementi kabelske konstrukcije so bili izdelani iz bakra, kovinski plašč pa iz svinec ali zlitine na osnovi svinca. Dolga desetletja (svinčeni plašči za zaščito kabelskih žil so bili prvič predlagani leta 1851) je bil edini kovinski material za kabelske ovoje. V tej vlogi je odličen, vendar ne brez pomanjkljivosti - visoka gostota, nizka trdnost in pomanjkanje; To so le tiste glavne, zaradi katerih so ljudje iskali druge kovine, ki lahko ustrezno nadomestijo svinec.

Izkazalo se je, da je aluminij. Začetek njegovega službovanja v tej vlogi lahko štejemo v leto 1939, delo pa se je začelo leta 1928. Resen premik v uporabi aluminija v kabelski tehniki pa se je zgodil leta 1948, ko je bila razvita in osvojena tehnologija izdelave aluminijastih plaščev.

Tudi baker je bil dolga desetletja edina kovina za izdelavo tokovnih prevodnikov. Raziskave materialov, ki bi lahko nadomestili baker, so pokazale, da bi taka kovina morala in lahko bila aluminij. Tako je namesto dveh kovin z bistveno različnimi nameni v kabelsko tehniko vstopil aluminij.

Ta zamenjava ima številne prednosti. Prvič, možnost uporabe aluminijaste lupine kot nevtralnega prevodnika pomeni znaten prihranek kovine in zmanjšanje teže. Drugič, večja moč. Tretjič, olajša namestitev, zmanjša stroške prevoza, zmanjša stroške kabla itd.

Aluminijaste žice se uporabljajo tudi za nadzemne daljnovode. Vendar je bilo potrebnih veliko truda in časa, da bi naredili enakovredno zamenjavo. Razvitih je bilo veliko možnosti, ki se uporabljajo glede na specifično situacijo. [Izdelujejo se aluminijaste žice povečane trdnosti in povečane odpornosti proti lezenju, kar dosežemo z legiranjem z magnezijem do 0,5 %, silicijem do 0,5 %, železom do 0,45 %, utrjevanjem in staranjem. Jekleno-aluminijaste žice se uporabljajo predvsem za izvedbo velikih razponov, ki so potrebni tam, kjer daljnovodi prečkajo različne ovire. Obstajajo razponi več kot 1500 m, na primer pri prečkanju rek.

Aluminij v prenosni tehniki elektrika na dolge razdalje se uporabljajo ne le kot prevodni material. Pred desetletjem in pol so se zlitine na osnovi aluminija začele uporabljati za izdelavo nosilcev daljnovodov. Najprej so bile zgrajene v našem država na Kavkazu. So približno 2,5-krat lažji od jekla in ne potrebujejo zaščite pred korozijo. Tako je ista kovina nadomestila železo, baker in svinec v elektrotehniki in tehniki prenosa električne energije.

In tako ali skoraj tako je bilo tudi na drugih področjih tehnologije. V naftni, plinski in kemični industriji so se rezervoarji, cevovodi in druge montažne enote iz aluminijevih zlitin dobro izkazali. Zamenjali so številne kovine in materiale, odporne proti koroziji, kot so posode iz zlitin železa in ogljika, znotraj emajlirane za shranjevanje jedkih tekočin (razpoka v sloju emajla te drage konstrukcije bi lahko povzročila izgube ali celo nesreče).

Za proizvodnjo folije se na svetu letno porabi več kot 1 milijon ton aluminija. Debelina folije je glede na njen namen v območju 0,004-0,15 mm. Njegova uporaba je izjemno raznolika. Uporablja se za pakiranje različnih prehrambenih in industrijskih izdelkov - čokolade, bonbonov, zdravil, kozmetike, fotografskih izdelkov itd.

Folija se uporablja tudi kot gradbeni material. Obstaja skupina plastike, polnjene s plinom - sataste plastike - celični materiali s sistemom redno ponavljajočih se celic pravilne geometrijske oblike, katerih stene so izdelane iz aluminijaste folije.

Enciklopedija Brockhausa in Efrona

ALUMINIJ- (glina) kemikalija zn. AL; pri. V. = 27,12; premagati V. = 2,6; tal. približno 700°. Srebrno bela, mehka, zveneča kovina; v kombinaciji s kremenčevo kislino je glavna sestavina glin, glinenca in sljude; najdemo v vseh tleh. Gre v ... ... Slovar tujih besed ruskega jezika

ALUMINIJ- (simbol Al), srebrno bela kovina, element tretje skupine periodnega sistema. Prvič je bila pridobljena v čisti obliki leta 1827. Najpogostejša kovina v zemeljski skorji; Njegov glavni vir je boksitna ruda. Proces…… Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

ALUMINIJ- ALUMINIJ, Aluminij (kemični simbol A1, pri teži 27,1), najpogostejša kovina na zemeljskem površju in za O in silicijem najpomembnejša sestavina zemeljske skorje. A. se v naravi pojavlja predvsem v obliki soli silicijeve kisline (silikatov);... ... Velika medicinska enciklopedija

Aluminij- je modrikasto bela kovina, ki je še posebej lahka. Je zelo duktilen in ga je mogoče enostavno valjati, vlečeti, kovati, žigosati in ulivati ​​itd. Tako kot druge mehke kovine se tudi aluminij zelo dobro poda... ... Uradna terminologija

Aluminij- (aluminij), Al, kemični element III. skupine periodnega sistema, atomsko število 13, atomska masa 26,98154; lahka kovina, tališče 660 °C. Vsebnost v zemeljski skorji je 8,8% teže. Aluminij in njegove zlitine se uporabljajo kot konstrukcijski materiali v... ... Ilustrirani enciklopedični slovar

ALUMINIJ- ALUMINIJ, aluminij man., kem. glina alkalijske kovine, osnova glinice, glina; pa tudi osnova rje, železo; in žgati baker. Aluminitni moški fosil, podoben galunu, hidrosulfat aluminijevega oksida. Alunit mož. fosil zelo blizu ... ... Dahlov razlagalni slovar

aluminij- (srebrna, lahka, krilata) kovina Slovar ruskih sinonimov. aluminij samostalnik, število sinonimov: 8 glina (2) ... Slovar sinonimov

ALUMINIJ- (latinsko Aluminij iz alumen alum), Al, kemični element III. skupine periodnega sistema, atomsko število 13, atomska masa 26,98154. Srebrno bela kovina, lahka (2,7 g/cm³), duktilna, z visoko električno prevodnostjo, tališče 660.C.... ... Veliki enciklopedični slovar

Aluminij- Al (iz latinskega alumen ime galuna, ki so ga v starih časih uporabljali kot jedko za barvanje in strojenje * a. aluminij; n. Aluminij; f. aluminij; i. aluminio), kem. element skupine III periodični. Mendelejev sistem, pri. n. 13, pri. m. 26,9815 ... Geološka enciklopedija

ALUMINIJ- ALUMINIJ, aluminij, mnogi drugi. ne, mož (iz latinščine alumen alum). Srebrno bela temperirana lahka kovina. Ushakovov razlagalni slovar. D.N. Ushakov. 1935 1940 ... Razlagalni slovar Ušakova

1. Ne vpliva na H2.

2. Kako aktivna kovina reagira s skoraj vsemi nekovinami brez segrevanja, če odstranimo oksidni film.

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3

Al + P → AlP

3. Reagira s H2O:

Aluminij je reaktivna kovina z visoko afiniteto do kisika. Na zraku se prekrije z zaščitno plastjo oksida. Če je film uničen, aluminij aktivno sodeluje z vodo.

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

4. Z razredčenimi kislinami:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

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

S koncentrirano HNO 3 in H 2 SO 4 ne reagira pri normalnih pogojih, temveč le pri segrevanju.

5. Z alkalijami:

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

Aluminij tvori komplekse z vodnimi raztopinami alkalij:

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

ali Na,

Na3, Na2– hidroksoaluminati. Izdelek je odvisen od koncentracije alkalij.

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

Al 2 O 3 (aluminijev oksid) se v naravi pojavlja v obliki minerala korunda (po trdoti blizu diamanta). Dragi kamni rubin in safir so tudi Al 2 O 3, obarvani z nečistočami železa in kroma

Aluminijev oksid– amfoterično. Pri taljenju z alkalijami dobimo soli metaaluminijeve kisline HAlO 2. Na primer:

Reagira tudi s kislinami

Bela želatinasta usedlina aluminijev hidroksid se topi v kislinah

Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3 H 2 O,

in v presežku alkalijskih raztopin kaže amfoternost

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

Pri spajanju z alkalijami tvori aluminijev hidroksid soli meta-aluminijevih ali orto-aluminijevih kislin

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

Aluminijeve soli so močno hidrolizirane. Aluminijeve soli in šibke kisline se pretvorijo v bazične soli ali pa so podvržene popolni hidrolizi:

AlCl 3 + HOH ↔ AlOHCl 2 + HCl

Al +3 + HOH ↔ AlOH +2 + H + pH>7 se pojavi v fazi I, pri segrevanju pa se lahko pojavi tudi v stopnji II.

AlOHCl 2 + HOH ↔ Al(OH) 2 Cl + HCl

AlOH +2 + HOH ↔ Al(OH) 2 + + H +

Med vrenjem lahko pride tudi do stopnje III

Al(OH) 2 Cl + HOH ↔ Al(OH) 3 + HCl

Al(OH) 2 + + HOH ↔ Al(OH) 3 + H +

Aluminijeve soli so zelo topne.

AlCl 3 - aluminijev klorid je katalizator pri rafiniranju nafte in raznih organskih sintezah.

Al 2 (SO 4) 3 × 18H 2 O - aluminijev sulfat se uporablja za čiščenje vode od koloidnih delcev, ki jih ujame Al (OH) 3, ki nastanejo pri hidrolizi in zmanjšanju trdote.

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

V usnjarski industriji služi kot jedko za drobljenje bombažnih tkanin - KAl(SO 4) 2 × 12H 2 O - kalijev aluminijev sulfat (kalijev galun).

Glavna uporaba aluminija je proizvodnja zlitin na njegovi osnovi. Duraluminij je zlitina aluminija, bakra, magnezija in mangana.

Silumin – aluminij in silicij.

Njihova glavna prednost je nizka gostota in zadovoljiva odpornost proti atmosferski koroziji. Trupi umetnih zemeljskih satelitov in vesoljskih plovil so izdelani iz aluminijevih zlitin.

Aluminij se uporablja kot redukcijsko sredstvo pri taljenju kovin (aluminotermija).

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

Uporablja se tudi za termitno varjenje kovinskih izdelkov (mešanica aluminija in železovega oksida Fe 3 O 4), ki se imenuje termit, daje temperaturo okoli 3000 ° C.

Fizikalne lastnosti aluminija

Aluminij je mehka, lahka, srebrno bela kovina z visoko toplotno in električno prevodnostjo. Tališče 660°C.

Po razširjenosti v zemeljski skorji je aluminij na 3. mestu za kisikom in silicijem med vsemi atomi in na 1. mestu med kovinami.

Prednosti aluminija in njegovih zlitin vključujejo nizko gostoto (2,7 g / cm3), relativno visoke trdnostne lastnosti, dobro toplotno in električno prevodnost, sposobnost izdelave in visoko odpornost proti koroziji. Kombinacija teh lastnosti nam omogoča, da aluminij uvrstimo med najpomembnejše tehnične materiale.

Aluminij in njegove zlitine se glede na način proizvodnje delijo na kovane, obdelane pod pritiskom in livarske, ki se uporabljajo v obliki oblikovanih ulitkov; na uporabo toplotne obdelave - na tiste, ki niso termično utrjene in tiste, ki so termično utrjene, ter na legirne sisteme.

potrdilo o prejemu

Aluminij je prvi proizvedel Hans Oersted leta 1825. Sodoben način proizvodnje sta neodvisno razvila Američan Charles Hall in Francoz Paul Héroult. Sestoji iz raztapljanja aluminijevega oksida Al2O3 v talini kriolita Na3AlF6, čemur sledi elektroliza z uporabo grafitnih elektrod. Ta metoda proizvodnje zahteva veliko električne energije, zato je postala priljubljena šele v 20. stoletju.

Aplikacija

Aluminij se pogosto uporablja kot gradbeni material. Glavne prednosti aluminija v tej kakovosti so lahkotnost, kovnost za vtiskovanje, odpornost proti koroziji (na zraku se aluminij takoj prekrije s trpežnim filmom Al2O3, ki preprečuje njegovo nadaljnjo oksidacijo), visoka toplotna prevodnost in nestrupenost njegovih spojin. Predvsem zaradi teh lastnosti je aluminij izjemno priljubljen pri izdelavi posode, aluminijaste folije v prehrambeni industriji in za pakiranje.

Glavna pomanjkljivost aluminija kot konstrukcijskega materiala je njegova nizka trdnost, zato je običajno legiran z majhno količino bakra in magnezija (zlitina se imenuje duraluminij).

Električna prevodnost aluminija je primerljiva z bakrom, medtem ko je aluminij cenejši. Zato se široko uporablja v elektrotehniki za izdelavo žic, njihovo zaščito in celo v mikroelektroniki za izdelavo prevodnikov v čipih. Res je, aluminij kot električni material ima neprijetno lastnost - zaradi močnega oksidnega filma ga je težko spajkati.

Zaradi svojih kompleksnih lastnosti se pogosto uporablja v toplotni opremi.

Uvedba aluminijevih zlitin v gradbeništvo zmanjša porabo kovin, poveča vzdržljivost in zanesljivost konstrukcij pri delovanju v ekstremnih pogojih (nizke temperature, potres itd.).

Aluminij se pogosto uporablja v različnih vrstah transporta. Na sedanji stopnji razvoja letalstva so aluminijeve zlitine glavni konstrukcijski materiali v konstrukciji letal. Aluminij in njegove zlitine se vse bolj uporabljajo v ladjedelništvu. Aluminijeve zlitine se uporabljajo za izdelavo ladijskih trupov, palubnih nadgradenj, komunikacij in različnih vrst ladijske opreme.

Potekajo raziskave za razvoj penastega aluminija kot posebej močnega in lahkega materiala.

Dragoceni aluminij

Trenutno je aluminij ena najbolj priljubljenih in pogosto uporabljenih kovin. Od odkritja sredi 19. stoletja velja za eno najdragocenejših zaradi svojih neverjetnih lastnosti: bela kot srebro, lahka in ni izpostavljena vplivom okolja. Njegova cena je bila višja od cene zlata. Ni presenetljivo, da se aluminij uporablja predvsem pri ustvarjanju nakita in dragih dekorativnih elementov.

Na univerzalni razstavi leta 1855 v Parizu je bil aluminij glavna atrakcija. Izdelke iz aluminija so postavili v vitrino poleg diamantov francoske krone. Postopoma se je pojavila določena moda za aluminij. Veljal je za plemenito, malo raziskano kovino, ki se uporablja izključno za ustvarjanje umetniških del.

Aluminij so najpogosteje uporabljali draguljarji. S posebno površinsko obdelavo so draguljarji dosegli najsvetlejšo barvo kovine, zato so jo pogosto enačili s srebrom. Toda v primerjavi s srebrom je imel aluminij mehkejši sijaj, zaradi česar so ga draguljarji še bolj vzljubili.

Ker kemijske in fizikalne lastnosti aluminija Sprva so bili slabo raziskani, draguljarji so sami izumili nove tehnike obdelave. Aluminij je tehnično enostaven za obdelavo, ta mehka kovina vam omogoča ustvarjanje odtisov poljubnih vzorcev, uporabo modelov in ustvarjanje želene oblike izdelka. Aluminij je bil pozlačen, poliran in obdelan v mat odtenke.

Toda sčasoma je aluminij začel padati. Če je bil v letih 1854-1856 strošek enega kilograma aluminija 3 tisoč starih frankov, potem so sredi 1860-ih za kilogram te kovine dali približno sto starih frankov. Kasneje je zaradi nizkih stroškov aluminij šel iz mode.

Trenutno so prvi izdelki iz aluminija zelo redki. Večina jih ni preživela amortizacije kovine in so jih nadomestili srebro, zlato in druge plemenite kovine ter zlitine. V zadnjem času se med strokovnjaki spet povečuje zanimanje za aluminij. Ta kovina je bila predmet ločene razstave, ki jo je leta 2000 organiziral muzej Carnegie v Pittsburghu. Nahaja se v Franciji Inštitut za zgodovino aluminija, ki se ukvarja predvsem z raziskovanjem prvega nakita iz te kovine.

V Sovjetski zvezi so bili iz aluminija izdelani gostinski aparati, kotlički itd. In ne samo. Prvi sovjetski satelit je bil izdelan iz aluminijeve zlitine. Drugi porabnik aluminija je elektroindustrija: iz njega izdelujejo žice za visokonapetostne daljnovode, navitja motorjev in transformatorjev, kable, podstavke svetilk, kondenzatorje in številne druge izdelke. Poleg tega se aluminijev prah uporablja v eksplozivih in trdnem gorivu za rakete, pri čemer se uporablja njegova sposobnost hitrega vžiga: če aluminij ne bi bil prekrit s tanko oksidno plastjo, bi lahko v zraku zagorel.

Zadnji izum je aluminijeva pena, t.i. “metal foam”, ki ji napovedujejo lepo prihodnost.

Aluminij je srebrno bela kovina, ki ima visoko električno in toplotno prevodnost. (Toplotna prevodnost aluminija je 1,8-krat večja kot pri bakru in 9-krat večja kot pri nerjavnem jeklu.) Ima nizko gostoto – približno trikrat manj kot pri železu, bakru in cinku. In vendar je zelo trpežna kovina.

Trije elektroni iz zunanje lupine atoma aluminija so delokalizirani po celotni kristalni mreži kovinskega aluminija. Ta mreža ima kubično strukturo, osredotočeno na obraz, podobno mreži kositra in zlata (glej razdelek 3.2). Zato ima aluminij dobro kovljivost.

Kemijske lastnosti

Aluminij tvori ionske in kovalentne spojine. Zanj je značilna visoka ionizacijska energija (tabela 15.1). Gostota naboja (razmerje med nabojem in polmerom) za ion je zelo visoka v primerjavi s kationi drugih kovin istega obdobja (glej tabelo 15.2).

riž. 15.2. Hidrirani aluminijev ion.

Tabela 15.2. Razmerje med nabojem in polmerom kationov

Ker ima ion visoko gostoto naboja, ima veliko polarizacijsko moč. To pojasnjuje, zakaj izolirani ion najdemo le v zelo redkih spojinah, kot sta brezvodni aluminijev fluorid in aluminijev oksid, in celo te spojine kažejo opazen kovalentni značaj. V vodni raztopini ion polarizira molekule vode, ki posledično hidrirajo kation (glej sliko 15.2). Za to hidracijo je značilna velika eksotermnost:

Standardni redoks potencial aluminija je - 1,66 V:

Zato se aluminij nahaja precej visoko v elektrokemični vrsti elementov (glej razdelek 10.5). To nakazuje, da mora aluminij zlahka reagirati s kisikom in razredčenimi mineralnimi kislinami. Ko pa aluminij reagira s kisikom, na njegovi površini nastane tanka, neporozna plast oksida. Ta plast ščiti aluminij pred nadaljnjo interakcijo z okoljem. Oksidno plast lahko odstranimo s površine aluminija tako, da jo drgnemo z živim srebrom. Aluminij se nato lahko neposredno poveže s kisikom in drugimi nekovinami, kot sta žveplo in dušik. Interakcija s kisikom povzroči reakcijo

Anodiziranje. Aluminij in lahke aluminijeve zlitine je mogoče dodatno zaščititi z odebelitvijo plasti naravnega oksida s postopkom, imenovanim eloksiranje. Pri tem postopku je predmet iz aluminija postavljen kot anoda v elektrolitsko celico, kjer se kot elektrolit uporablja kromova ali žveplova kislina.

Aluminij reagira z vročo razredčeno klorovodikovo in žveplovo kislino, da nastane vodik:

Ta reakcija je sprva počasna zaradi prisotnosti oksidne plasti. Ko pa ga odstranimo, postane reakcija intenzivnejša.

Koncentrirana in razredčena dušikova kislina ter koncentrirana žveplova kislina naredijo aluminij pasiven. To pomeni, da ne reagira z omenjenimi kislinami. To pasivnost pojasnjujejo s tvorbo tanke oksidne plasti na površini aluminija.

Raztopine natrijevega hidroksida in drugih alkalij reagirajo z aluminijem in tvorijo tetrahidroksoaluminatne(III) ione in vodik:

Če plast oksida odstranimo s površine, lahko aluminij deluje kot redukcijsko sredstvo v redoks reakcijah (glejte razdelek 10.2). Izpodriva kovine, ki se nahajajo pod njim v elektrokemični seriji, iz njihovih raztopin. Na primer

Jasen primer redukcijske sposobnosti aluminija je aluminotermična reakcija. To je ime reakcije med aluminijem v prahu in

oksid V laboratorijskih pogojih se običajno sproži z uporabo magnezijevega traku kot vžigalnika. Ta reakcija poteka zelo burno in sprosti količino energije, ki zadostuje za taljenje nastalega železa:

Aluminotermična reakcija se uporablja za izvedbo aluminotermičnega varjenja; tirnice so na primer povezane na ta način.

Aluminijev oksid Aluminijev oksid ali aluminijev oksid, kot ga pogosto imenujemo, je spojina, ki ima ionske in kovalentne lastnosti. Ima tališče in je v staljenem stanju elektrolit. Zaradi tega se pogosto šteje za ionsko spojino. Vendar pa ima aluminijev oksid v trdnem stanju okvirno kristalno strukturo.

Korund. Brezvodne oblike aluminijevega oksida v naravnih pogojih tvorijo minerali korundne skupine. Korund je zelo trda kristalna oblika aluminijevega oksida. Uporablja se kot abrazivni material, saj je po trdoti takoj za diamantom. Veliki in prozorni, pogosto obarvani kristali korunda so cenjeni kot dragi kamni. Čisti korund je brezbarven, vendar prisotnost majhnih količin primesi kovinskega oksida daje dragocenemu korundu značilno barvo. Na primer, barva rubina je posledica prisotnosti ionov v korundu, barva safirja je posledica prisotnosti kobaltovih ionov.Vijolična barva ametista je posledica prisotnosti nečistoč mangana v njem. S taljenjem aluminijevega oksida z oksidi različnih kovin lahko dobimo umetne drage kamne (glej tudi tabeli 14.6 in 14.7).

Aluminijev oksid je netopen v vodi in ima amfoterne lastnosti ter reagira tako z razredčenimi kislinami kot z razredčenimi alkalijami. Reakcija s kislinami je opisana s splošno enačbo:

Reakcija z alkalijami povzroči nastanek -iona:

Aluminijevi halogenidi. Struktura in kemična vez v aluminijevih halogenih sta opisani v poglavju. 16.2.

Aluminijev klorid lahko proizvedemo s prehajanjem suhega klora ali suhega vodikovega klorida preko segretega aluminija. Na primer

Z izjemo aluminijevega fluorida se vsi drugi aluminijevi halogenidi hidrolizirajo z vodo:

Zaradi tega se aluminijevi halogenidi v stiku z vlažnim zrakom "kadijo".

Aluminijevi ioni. Zgoraj smo že navedli, da je ion hidriran v vodi. Ko aluminijeve soli raztopimo v vodi, se vzpostavi naslednje ravnovesje:

Pri tej reakciji voda deluje kot baza, ker sprejme proton, hidrirani aluminijev ion pa deluje kot kislina, ker odda proton. Zaradi tega imajo aluminijeve soli kisle lastnosti. Če v

V zemeljski skorji je veliko aluminija: 8,6% teže. Je na prvem mestu med vsemi kovinami in na tretjem mestu med drugimi elementi (za kisikom in silicijem). Aluminija je dvakrat več kot železa in 350-krat več kot bakra, cinka, kroma, kositra in svinca skupaj! Kot je zapisal pred več kot 100 leti v svojem klasičnem učbeniku Osnove kemije D. I. Mendelejev je od vseh kovin »aluminij najpogostejši v naravi; Dovolj je poudariti, da je del gline, da postane jasna univerzalna porazdelitev aluminija v zemeljski skorji. Aluminij ali galun (alumen) se imenuje tudi glina, ker se nahaja v glini.«

Najpomembnejši mineral aluminija je boksit, zmes osnovnega oksida AlO(OH) in hidroksida Al(OH)3. Največja nahajališča boksita se nahajajo v Avstraliji, Braziliji, Gvineji in na Jamajki; industrijska proizvodnja se izvaja tudi v drugih državah. Z aluminijem sta bogata tudi alunit (galunov kamen) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 in nefelin (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 . Skupaj je znanih več kot 250 mineralov, ki vsebujejo aluminij; večinoma so aluminosilikati, iz katerih je v glavnem sestavljena zemeljska skorja. Ob preperevanju nastane glina, katere osnova je mineral kaolinit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Nečistoče železa običajno obarvajo glino rjavo, obstaja pa tudi bela glina - kaolin, ki se uporablja za izdelavo izdelki iz porcelana in fajanse.

Občasno najdemo izjemno trden (naslednji le diamant) mineral korund - kristalni oksid Al 2 O 3, pogosto obarvan z nečistočami v različnih barvah. Njegova modra različica (mešanica titana in železa) se imenuje safir, rdeča (mešanica kroma) se imenuje rubin. Različne primesi lahko obarvajo tako imenovani žlahtni korund tudi v zeleno, rumeno, oranžno, vijolično in druge barve in odtenke.

Do nedavnega je veljalo, da se aluminij kot zelo aktivna kovina v naravi ne more pojaviti v prostem stanju, leta 1978 pa so v kamninah Sibirske ploščadi odkrili samorodni aluminij – le v obliki nitastih kristalov. Dolžina 0,5 mm (z debelino niti več mikrometrov). Samorodni aluminij so odkrili tudi v lunarni zemlji, ki so jo na Zemljo prinesli iz območij Morij krize in obilja. Menijo, da lahko kovinski aluminij nastane s kondenzacijo iz plina. Znano je, da lahko aluminijevi halogenidi - klorid, bromid, fluorid - segrevamo, z večjo ali manjšo lahkoto izhlapevajo (npr. AlCl 3 sublimira že pri 180 °C). Z močnim povišanjem temperature se aluminijevi halogenidi razgradijo in preidejo v stanje z nižjo kovinsko valenco, na primer AlCl. Ko taka spojina kondenzira ob znižanju temperature in odsotnosti kisika, pride do reakcije disproporcioniranja v trdni fazi: nekateri atomi aluminija se oksidirajo in preidejo v običajno trivalentno stanje, nekateri pa se reducirajo. Enovalenten aluminij se lahko reducira le v kovino: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . To domnevo podpira tudi nitasta oblika kristalov naravnega aluminija. Značilno je, da kristali te strukture nastanejo zaradi hitre rasti iz plinske faze. Verjetno so mikroskopske aluminijeve grude v luninih tleh nastale na podoben način.

Ime aluminij izhaja iz latinske besede alumen (genus aluminis). Tako so imenovali galun, dvojni kalijevo-aluminijev sulfat KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), ki so ga uporabljali kot jedkalno sredstvo za barvanje tkanin. Latinsko ime verjetno izvira iz grškega "halme" - slanica, raztopina soli. Zanimivo je, da je v Angliji aluminij aluminij, v ZDA pa aluminij.

Številne priljubljene knjige o kemiji vsebujejo legendo, da je neki izumitelj, čigar ime ni ohranjeno v zgodovini, prinesel cesarju Tiberiju, ki je vladal Rimu v letih 14–27 našega štetja, skledo iz kovine, ki je spominjala na barvo srebra, vendar vžigalnik. To darilo je mojstra stalo življenja: Tiberius je ukazal njegovo usmrtitev in uničenje delavnice, ker se je bal, da bi nova kovina lahko zmanjšala vrednost srebra v cesarski zakladnici.

Ta legenda temelji na zgodbi Plinija Starejšega, rimskega pisca in učenjaka, avtorja Naravna zgodovina– enciklopedija naravoslovnega znanja starega veka. Po Pliniju je bila nova kovina pridobljena iz "ilovnate zemlje". Toda glina vsebuje aluminij.

Sodobni avtorji se skoraj vedno pridržijo, da vsa ta zgodba ni nič drugega kot lepa pravljica. In to ni presenetljivo: aluminij v kamninah je izjemno tesno vezan na kisik in za njegovo sprostitev je treba porabiti veliko energije. Vendar pa so se nedavno pojavili novi podatki o temeljni možnosti pridobivanja kovinskega aluminija v starih časih. Kot je pokazala spektralna analiza, so okraski na grobu kitajskega poveljnika Zhou-Zhuja, ki je umrl v začetku 3. st. AD, so izdelani iz zlitine, sestavljene iz 85% aluminija. Ali so starodavni lahko pridobili brezplačen aluminij? Vse znane metode (elektroliza, redukcija s kovinskim natrijem ali kalijem) so samodejno izločene. Ali je bilo v starih časih mogoče najti samorodni aluminij, kot so na primer kepe zlata, srebra in bakra? To je tudi izključeno: domači aluminij je redek mineral, ki ga najdemo v zanemarljivih količinah, zato starodavni obrtniki niso mogli najti in zbrati takšnih nuggets v zahtevani količini.

Možna pa je še ena razlaga Plinijeve zgodbe. Aluminij je mogoče pridobiti iz rud ne le s pomočjo elektrike in alkalijskih kovin. Na voljo je redukcijsko sredstvo, ki se pogosto uporablja že od antičnih časov - premog, s pomočjo katerega se oksidi mnogih kovin pri segrevanju reducirajo v proste kovine. V poznih sedemdesetih letih 20. stoletja so se nemški kemiki odločili preizkusiti, ali bi lahko aluminij v starih časih proizvedli z redukcijo s premogom. V glinenem lončku so segreli mešanico gline s premogovim prahom in kuhinjsko soljo ali pepeliko (kalijev karbonat) do rdeče barve. Sol so pridobivali iz morske vode, pepeliko pa iz rastlinskega pepela, da bi uporabljali le tiste snovi in ​​metode, ki so bili na voljo v starih časih. Čez nekaj časa je žlindra z aluminijastimi kroglicami priplavala na površino lončka! Izkoristek kovine je bil majhen, vendar je možno, da so na ta način stari metalurgi lahko dobili »kovino 20. stoletja«.

Lastnosti aluminija.

Barva čistega aluminija spominja na srebro, je zelo lahka kovina: njegova gostota je le 2,7 g/cm 3 . Edine kovine, ki so lažje od aluminija, so alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine (razen barija), berilij in magnezij. Aluminij se tudi zlahka tali - pri 600 ° C (tanko aluminijasto žico lahko talite na navadnem kuhinjskem gorilniku), vendar vre šele pri 2452 ° C. Po električni prevodnosti je aluminij na 4. mestu, takoj za srebrom (to je na prvem mestu), bakra in zlata, ki je glede na poceni aluminija velikega praktičnega pomena. Toplotna prevodnost kovin se spreminja v enakem vrstnem redu. Visoko toplotno prevodnost aluminija je enostavno preveriti tako, da aluminijasto žlico pomočite v vroč čaj. In še ena izjemna lastnost te kovine: njena gladka, sijoča ​​površina odlično odbija svetlobo: od 80 do 93 % v vidnem območju spektra, odvisno od valovne dolžine. V ultravijoličnem območju aluminij v tem pogledu nima para in le v rdečem območju je nekoliko slabši od srebra (v ultravijoličnem ima srebro zelo nizko odbojnost).

Čisti aluminij je dokaj mehka kovina - skoraj trikrat mehkejša od bakra, zato je tudi razmeroma debele aluminijaste plošče in palice lahko upogniti, ko pa aluminij tvori zlitine (teh je ogromno), se lahko njegova trdota poveča tudi za desetkrat.

Značilno oksidacijsko stanje aluminija je +3, vendar zaradi prisotnosti nepolnjenega 3 R- in 3 d-orbitale, lahko atomi aluminija tvorijo dodatne donorske-akceptorske vezi. Zato je ion Al 3+ z majhnim radijem zelo nagnjen k tvorbi kompleksov, ki tvorijo različne kationske in anionske komplekse: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – in mnogi drugi. Znani so tudi kompleksi z organskimi spojinami.

Kemična aktivnost aluminija je zelo visoka; v nizu elektrodnih potencialov stoji takoj za magnezijem. Na prvi pogled se lahko takšna izjava zdi čudna: navsezadnje je aluminijasta ponev ali žlica precej stabilna na zraku in se v vreli vodi ne zruši. Aluminij za razliko od železa ne rjavi. Izkazalo se je, da je kovina, ko je izpostavljena zraku, prekrita z brezbarvnim, tankim, a trpežnim "oklepom" oksida, ki ščiti kovino pred oksidacijo. Torej, če v plamen gorilnika vnesete debelo aluminijasto žico ali ploščo debeline 0,5–1 mm, se kovina stopi, vendar aluminij ne teče, saj ostane v vrečki svojega oksida. Če aluminiju odvzamete zaščitni film ali ga zrahljate (na primer tako, da ga potopite v raztopino živosrebrovih soli), bo aluminij takoj pokazal svoje pravo bistvo: že pri sobni temperaturi bo začel burno reagirati z vodo in sproščati vodik. : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . Na zraku se aluminij, brez zaščitnega filma, pred našimi očmi spremeni v rahli oksidni prah: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Aluminij je še posebej aktiven v drobno zdrobljenem stanju; Ko ga pihamo v plamen, aluminijev prah takoj zagori. Če na keramični plošči zmešate aluminijev prah z natrijevim peroksidom in na mešanico kapnete vodo, se tudi aluminij vname in gori z belim plamenom.

Zelo visoka afiniteta aluminija do kisika mu omogoča, da "odvzame" kisik oksidom številnih drugih kovin in jih reducira (metoda aluminotermije). Najbolj znan primer je termitna mešanica, ki pri gorenju sprosti toliko toplote, da se nastalo železo stali: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. To reakcijo je leta 1856 odkril N. N. Beketov. Na ta način lahko Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO in številne druge okside reduciramo v kovine. Pri redukciji Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 z aluminijem reakcijska toplota ne zadošča za segrevanje reakcijskih produktov nad njihovo tališče.

Aluminij se zlahka raztopi v razredčenih mineralnih kislinah in tvori soli. Koncentrirana dušikova kislina, ki oksidira površino aluminija, spodbuja zgostitev in krepitev oksidnega filma (tako imenovana pasivizacija kovine). Tako obdelan aluminij ne reagira niti s klorovodikovo kislino. Z elektrokemično anodno oksidacijo (eloksiranje) je mogoče na površini aluminija ustvariti debel film, ki ga je mogoče enostavno barvati v različnih barvah.

Izpodrivanje manj aktivnih kovin z aluminijem iz raztopin soli pogosto ovira zaščitna folija na površini aluminija. Ta film bakrov klorid hitro uniči, zato zlahka pride do reakcije 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu, ki jo spremlja močno segrevanje. V močnih alkalijskih raztopinah se aluminij zlahka raztopi s sproščanjem vodika: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (tvorijo se tudi drugi anionski hidrokso kompleksi). Amfoternost aluminijevih spojin se kaže tudi v lahkem raztapljanju njegovega sveže oborjenega oksida in hidroksida v alkalijah. Kristalni oksid (korund) je zelo odporen na kisline in alkalije. Pri taljenju z alkalijami nastanejo brezvodni aluminati: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnezijev aluminat Mg(AlO 2) 2 je poldragi spinel, običajno obarvan z nečistočami v najrazličnejših barvah. .

Reakcija aluminija s halogeni poteka hitro. Če v epruveto z 1 ml broma vnesemo tanko aluminijasto žico, se aluminij po kratkem času vname in gori s svetlim plamenom. Reakcijo mešanice prahu aluminija in joda sproži kapljica vode (voda z jodom tvori kislino, ki uniči oksidni film), po kateri se pojavi svetel plamen z oblaki vijoličnih jodovih hlapov. Aluminijevi halogenidi imajo v vodnih raztopinah kislo reakcijo zaradi hidrolize: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Reakcija aluminija z dušikom poteka le nad 800 ° C s tvorbo nitrida AlN, z žveplom - pri 200 ° C (tvori se sulfid Al 2 S 3), s fosforjem - pri 500 ° C (tvori se fosfid AlP). Ko se staljenemu aluminiju doda bor, nastanejo boridi sestave AlB 2 in AlB 12 - ognjevzdržne spojine, odporne na kisline. Hidrid (AlH) x (x = 1,2) nastane samo v vakuumu pri nizkih temperaturah pri reakciji atomskega vodika z aluminijevimi hlapi. AlH 3 hidrid, stabilen v odsotnosti vlage pri sobni temperaturi, dobimo v raztopini brezvodnega etra: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. S presežkom LiH nastane soli podoben litijev aluminijev hidrid LiAlH 4 - zelo močno redukcijsko sredstvo, ki se uporablja v organskih sintezah. Z vodo takoj razpade: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Proizvodnja aluminija.

Dokumentirano odkritje aluminija se je zgodilo leta 1825. To kovino je prvi pridobil danski fizik Hans Christian Oersted, ko jo je izoliral z delovanjem kalijevega amalgama na brezvodni aluminijev klorid (pridobljen s prehodom klora skozi vročo mešanico aluminijevega oksida in premoga ). Po destilaciji živega srebra je Oersted dobil aluminij, čeprav je bil onesnažen z nečistočami. Leta 1827 je nemški kemik Friedrich Wöhler pridobil aluminij v obliki prahu z redukcijo heksafluoroaluminata s kalijem:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Kasneje mu je uspelo pridobiti aluminij v obliki sijočih kovinskih kroglic. Leta 1854 je francoski kemik Henri Etienne Saint-Clair Deville razvil prvo industrijsko metodo za proizvodnjo aluminija - z redukcijo taline tetrakloroaluminata z natrijem: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Vendar pa je aluminij še naprej izjemno redka in draga kovina; ni bilo veliko cenejše od zlata in 1500-krat dražje od železa (zdaj le trikrat). Ropotulja je bila izdelana iz zlata, aluminija in dragih kamnov v petdesetih letih 19. stoletja za sina francoskega cesarja Napoleona III. Ko je bil leta 1855 na svetovni razstavi v Parizu razstavljen velik aluminijev ingot, proizveden po novi metodi, so nanj gledali kot na dragulj. Zgornji del (v obliki piramide) Washingtonovega spomenika v prestolnici ZDA je bil izdelan iz dragocenega aluminija. Takrat aluminij ni bil dosti cenejši od srebra: v ZDA so ga na primer leta 1856 prodajali po ceni 12 dolarjev za funt (454 g), srebro pa po 15 dolarjev.V 1. zvezku slov. V Brockhausovem enciklopedičnem slovarju, objavljenem leta 1890, je Efron dejal, da se "aluminij še vedno uporablja predvsem za proizvodnjo... luksuznega blaga." Do takrat so po vsem svetu letno izkopali le 2,5 tone kovine. Šele proti koncu 19. stoletja, ko se je razvila elektrolitska metoda pridobivanja aluminija, je njegova letna proizvodnja začela znašati več tisoč ton, v 20. st. – milijonov ton. To je spremenilo aluminij iz poldrage kovine v široko dostopno kovino.

Sodoben način pridobivanja aluminija je leta 1886 odkril mladi ameriški raziskovalec Charles Martin Hall. Za kemijo se je začel zanimati že kot otrok. Ko je našel očetov stari kemijski učbenik, se ga je začel pridno učiti in izvajati poskuse, nekoč pa je prejel celo grajo od svoje matere, ker je poškodoval jedilni prt. In 10 let kasneje je prišel do izjemnega odkritja, ki ga je proslavilo po vsem svetu.

Kot učenec pri 16 letih je Hall slišal od svojega učitelja F. F. Jewetta, da če bi nekdo lahko razvil poceni način za proizvodnjo aluminija, ta oseba ne bi naredila le velike usluge človeštvu, ampak bi tudi naredila ogromno bogastvo. Jewett je vedel, kaj govori: pred tem se je usposabljal v Nemčiji, delal z Wöhlerjem in z njim razpravljal o težavah pri proizvodnji aluminija. Jewett je s seboj v Ameriko prinesel tudi vzorec redke kovine, ki ga je pokazal svojim študentom. Nenadoma je Hall javno izjavil: "Dobil bom to kovino!"

Šest let trdega dela se je nadaljevalo. Hall je poskušal pridobiti aluminij z različnimi metodami, vendar neuspešno. Nazadnje je poskušal to kovino pridobiti z elektrolizo. Takrat še ni bilo elektrarn, tok je bilo treba proizvajati z velikimi domačimi baterijami iz premoga, cinka, dušikove in žveplove kisline. Hall je delal v skednju, kjer je postavil majhen laboratorij. Pomagala mu je sestra Julia, ki se je zelo zanimala za bratove poskuse. Ohranila je vsa njegova pisma in delovne dnevnike, ki omogočajo dobesedno iz dneva v dan slediti zgodovini odkritja. Tukaj je odlomek iz njenih spominov:

»Charles je bil vedno dobre volje in tudi v najhujših dneh se je znal nasmejati usodi nesrečnih izumiteljev. V času neuspeha je našel tolažbo pri našem starem klavirju. V domačem laboratoriju je delal dolge ure brez premora; in ko je lahko za nekaj časa zapustil postavitev, je odhitel čez našo dolgo hišo, da bi se malo poigral ... Vedel sem, da je ob igranju s tako šarmom in občutkom nenehno razmišljal o svojem delu. In glasba mu je pri tem pomagala.”

Najtežje je bilo izbrati elektrolit in zaščititi aluminij pred oksidacijo. Po šestih mesecih napornega dela se je v lončku končno pojavilo nekaj majhnih srebrnih kroglic. Hall je takoj stekel k svojemu nekdanjemu učitelju, da bi mu povedal o svojem uspehu. »Profesor, razumem!« je vzkliknil in iztegnil roko: v njegovi dlani je ležalo ducat majhnih aluminijastih kroglic. To se je zgodilo 23. februarja 1886. In natanko dva meseca kasneje, 23. aprila istega leta, je Francoz Paul Héroux patentiral podoben izum, ki ga je izdelal neodvisno in skoraj sočasno (presenetljivi sta še dve drugi naključji: tako Hall kot Héroux sta bila rojena leta 1863 in umrla leta 1914).

Zdaj se prve krogle iz aluminija, ki jih je izdelal Hall, hranijo v American Aluminium Company v Pittsburghu kot nacionalna relikvija, na njegovem kolidžu pa je spomenik Hallu, ulit iz aluminija. Jewett je pozneje zapisal: »Moje najpomembnejše odkritje je bilo odkritje človeka. Charles M. Hall je bil tisti, ki je pri 21 letih odkril metodo redukcije aluminija iz rude in tako naredil aluminij za čudovito kovino, ki se danes široko uporablja po vsem svetu.« Jewettova prerokba se je uresničila: Hall je prejel široko priznanje in postal častni član številnih znanstvenih društev. Toda njegovo osebno življenje je bilo neuspešno: nevesta se ni hotela sprijazniti z dejstvom, da njen zaročenec ves čas preživi v laboratoriju, in je prekinila zaroko. Hall je tolažbo našel na domačem kolidžu, kjer je delal do konca življenja. Kot je zapisal Charlesov brat, je bila "fakultet njegova žena, njegovi otroci in vse drugo - vse njegovo življenje." Hall je večino svoje dediščine zapustil fakulteti - 5 milijonov dolarjev.Hall je umrl za levkemijo v starosti 51 let.

Hallova metoda je omogočila proizvodnjo relativno poceni aluminija v velikem obsegu z uporabo električne energije. Če je bilo od leta 1855 do 1890 pridobljenih le 200 ton aluminija, potem je bilo v naslednjem desetletju po Hallovi metodi po vsem svetu pridobljenih že 28.000 ton te kovine! Do leta 1930 je svetovna letna proizvodnja aluminija dosegla 300 tisoč ton. Zdaj se letno proizvede več kot 15 milijonov ton aluminija. V posebnih kopeli pri temperaturi 960–970 ° C je izpostavljena raztopina aluminijevega oksida (tehnični Al 2 O 3) v staljenem kriolitu Na 3 AlF 6, ki je delno izkopan v obliki minerala in delno posebej sintetiziran. do elektrolize. Tekoči aluminij se nabira na dnu kopeli (katoda), na ogljikovih anodah se sprošča kisik, ki postopoma zgoreva. Pri nizki napetosti (približno 4,5 V) elektrolizerji porabijo ogromne tokove - do 250.000 A! En elektrolizer proizvede približno tono aluminija na dan. Proizvodnja zahteva veliko električne energije: za proizvodnjo 1 tone kovine potrebujemo 15.000 kilovatnih ur električne energije. Toliko električne energije porabi velika 150-stanovanjska stavba za cel mesec. Proizvodnja aluminija je okolju nevarna, saj je atmosferski zrak onesnažen s hlapnimi fluorovimi spojinami.

Uporaba aluminija.

Celo D. I. Mendelejev je zapisal, da je "kovinski aluminij, ki ima veliko lahkotnost in trdnost ter majhno variabilnost v zraku, zelo primeren za nekatere izdelke." Aluminij je ena najpogostejših in najcenejših kovin. Težko si je predstavljati sodobno življenje brez njega. Ni čudno, da aluminij imenujejo kovina 20. stoletja. Dobro je primeren za obdelavo: kovanje, vtiskovanje, valjanje, vlečenje, stiskanje. Čisti aluminij je precej mehka kovina; Uporablja se za izdelavo električnih žic, strukturnih delov, folije za živila, kuhinjskih pripomočkov in "srebrne" barve. Ta lepa in lahka kovina se pogosto uporablja v gradbeništvu in letalski tehnologiji. Aluminij zelo dobro odbija svetlobo. Zato se uporablja za izdelavo ogledal z metodo nanašanja kovin v vakuumu.

V letalstvu in strojništvu se pri izdelavi gradbenih konstrukcij uporabljajo veliko trše aluminijeve zlitine. Ena najbolj znanih je zlitina aluminija z bakrom in magnezijem (duraluminij ali preprosto "duraluminij"; ime izhaja iz nemškega mesta Duren). Po strjevanju ta zlitina pridobi posebno trdoto in postane približno 7-krat močnejša od čistega aluminija. Hkrati je skoraj trikrat lažji od železa. Pridobiva se z legiranjem aluminija z majhnimi dodatki bakra, magnezija, mangana, silicija in železa. Široko se uporabljajo silumini - livarske zlitine aluminija in silicija. Proizvajajo se tudi visoko trdne, kriogene (odporne proti zmrzali) in toplotno odporne zlitine. Zaščitni in dekorativni premazi se zlahka nanašajo na izdelke iz aluminijevih zlitin. Lahkotnost in trdnost aluminijevih zlitin sta še posebej uporabni v letalski tehnologiji. Na primer, rotorji helikopterjev so izdelani iz zlitine aluminija, magnezija in silicija. Relativno poceni aluminijev bron (do 11% Al) ima visoke mehanske lastnosti, je stabilen v morski vodi in celo v razredčeni solni kislini. Od leta 1926 do 1957 so bili v ZSSR iz aluminijastega brona kovani kovanci v apoenih po 1, 2, 3 in 5 kopejk.

Trenutno se četrtina vsega aluminija porabi za potrebe gradbeništva, prav toliko ga porabi promet, približno 17 % ga porabimo za embalažo in pločevinke ter 10 % v elektrotehniki.

Številne vnetljive in eksplozivne mešanice vsebujejo tudi aluminij. Alumotol, ulita mešanica trinitrotoluena in aluminijevega prahu, je eden najmočnejših industrijskih eksplozivov. Ammonal je eksplozivna snov, ki jo sestavljajo amonijev nitrat, trinitrotoluen in aluminijev prah. Zažigalne sestavke vsebujejo aluminij in oksidant - nitrat, perklorat. Pirotehnične kompozicije Zvezdochka vsebujejo tudi aluminij v prahu.

Mešanica aluminijevega prahu s kovinskimi oksidi (termit) se uporablja za proizvodnjo nekaterih kovin in zlitin, za varjenje tirnic in v zažigalnem strelivu.

Aluminij je našel tudi praktično uporabo kot raketno gorivo. Za popolno zgorevanje 1 kg aluminija je potrebno skoraj štirikrat manj kisika kot za 1 kg kerozina. Poleg tega lahko aluminij oksidira ne samo s prostim kisikom, ampak tudi z vezanim kisikom, ki je del vode ali ogljikovega dioksida. Ko aluminij "gori" v vodi, se sprosti 8800 kJ na 1 kg izdelkov; to je 1,8-krat manj kot pri zgorevanju kovine v čistem kisiku, vendar 1,3-krat več kot pri zgorevanju na zraku. To pomeni, da lahko namesto nevarnih in dragih spojin kot oksidant za takšno gorivo uporabimo preprosto vodo. Zamisel o uporabi aluminija kot goriva je leta 1924 predlagal domači znanstvenik in izumitelj F. A. Tsander. Po njegovem načrtu je možno uporabiti aluminijaste elemente vesoljskega plovila kot dodatno gorivo. Ta drzen projekt še ni bil praktično izveden, vendar večina trenutno znanih trdih raketnih goriv vsebuje kovinski aluminij v obliki finega prahu. Dodajanje 15% aluminija gorivu lahko poveča temperaturo produktov zgorevanja za tisoč stopinj (od 2200 do 3200 K); Opazno se poveča tudi hitrost pretoka produktov zgorevanja iz šobe motorja - glavni indikator energije, ki določa učinkovitost raketnega goriva. V tem pogledu lahko aluminiju konkurirajo le litij, berilij in magnezij, vendar so vsi veliko dražji od aluminija.

Široko se uporabljajo tudi aluminijeve spojine. Aluminijev oksid je ognjevzdržen in abraziven (smirkov) material, surovina za proizvodnjo keramike. Uporablja se tudi za izdelavo laserskih materialov, ležajev za ure in nakitnih kamnov (umetni rubini). Žgan aluminijev oksid je adsorbent za čiščenje plinov in tekočin ter katalizator za številne organske reakcije. Brezvodni aluminijev klorid je katalizator v organski sintezi (Friedel-Craftsova reakcija), izhodni material za proizvodnjo aluminija visoke čistosti. Aluminijev sulfat se uporablja za čiščenje vode; reagira s kalcijevim bikarbonatom, ki ga vsebuje:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, tvori oksidno-hidroksidne kosmiče, ki z usedanjem zajamejo in tudi sorbirajo na površini tiste v suspendiranih nečistoč in celo mikroorganizmov v vodi. Poleg tega se aluminijev sulfat uporablja kot jedko za barvanje tkanin, strojenje usnja, konzerviranje lesa in klejenje papirja. Kalcijev aluminat je sestavni del cementnih materialov, vključno s portlandskim cementom. Itrijev aluminijev granat (YAG) YAlO 3 je laserski material. Aluminijev nitrid je ognjevarni material za električne peči. Sintetični zeoliti (spadajo med aluminosilikate) so adsorbenti v kromatografiji in katalizatorji. Organoaluminijeve spojine (na primer trietilaluminij) so sestavine katalizatorjev Ziegler-Natta, ki se uporabljajo za sintezo polimerov, vključno s kakovostnim sintetičnim kavčukom.

Ilya Leenson

Literatura:

Tihonov V.N. Analitska kemija aluminija. M., "Znanost", 1971
Priljubljena knjižnica kemijskih elementov. M., "Znanost", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall in njegova kovina. J.Chem.Educ. 1986, letn. 63, št. 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall in velika aluminijasta revolucija. J.Chem.Educ., 1987, letn. 64, št. 8