Лекция 5. Алюминий и его сплавы

1. Общие сведения об алюминии. Способы получения алюминия.

2. Свойства алюминия.

2.1. Маркировка алюминия.

2.2. Химические свойства.

2.3. Физические свойства.

2.4. Механические свойства.

2.5. Технологические свойства.

3. Алюминиевые сплавы.

3.1. Виды алюминиевых сплавов.

3.2. Свойства алюминиевых сплавов.

4. Промышленное использование алюминия и его сплавов.

5. Использование алюминия и его сплавов в художественных целях.

6. Краткая историческая справка.

1.Общие сведения об алюминии. Способы получения алюминия.

Алюминий — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов.

По распространённости в земной коре алюминий занимает первое мес-то среди металлов и третье место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию (!). Процент содержания алюминия в земной коре по данным раз-личных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединений в рудах. Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях возможно образование саморо-дного алюминия. Некоторые из соединений алюминия приведены ниже:

• Бокситы — Al₂O₃ · H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃)
• Нефелины — KNa₃[AlSiO₄]₄
• Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al₂O₃
• Полевые шпаты — (K,Na)₂O·Al₂O₃·6SiO₂, Ca[Al₂Si₂O₈]
• Каолинит — Al₂O₃·2SiO₂ · 2H₂O
• Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al₂О₃ · 6SiO₂
• Хризоберилл (александрит) — BeAl₂O₄.

Чаще всего алюминий производят из бокситов. Более 90% мировых запасов этого минерала сосредоточено в странах тропического и субтропического пояса: Австралии, Гвинее, Ямайке, Суринаме, Бразилии, Индии.

В нашей стране также используются нефелиновые руды, месторожде-ния которых расположены на Кольском полуострове и в Кемеровской облас-ти. При переработке нефелинов получают значительные объемы попутной продукции - кальцинированную соду, поташ, удобрения и цемент.

Сначала из добытой и обогащенной руды извлекают так называемый глинозем - оксид алюминия (Al₂O₃). Несмотря на название, по виду он не имеет ничего общего с глиной или черноземом - скорее, он похож на муку или очень белый песок. Затем глинозем методом электролиза превращают в алюминий. Из двух тонн глинозема выходит одна тонна алюминия.

Бокситы содержат 40-60% глинозема, а также кремнезем, оксид железа и диоксид титана. Чтобы выделить из них чистый глинозем, используют про-цесс Байера. Сначала руду нагревают в автоклаве с едким натром, затем ох-лаждают и отделяют от жидкости твердый осадок — «красный шлам». Пос-ле этого из полученного раствора осаждают гидроокись алюминия и прока-ливают ее, чтобы получить чистый глинозем Al₂O₃.

Заключительный этап - собственно восстановление алюминия процес-сом Холла-Эру. Он основан на следующем принципе: при электролизе раст-вора глинозема в расплавленном криолите (Na₃AlF₆) выделяется алюминий. Дно электролизной ванны служит катодом, а угольные бруски, погруженные в криолит - анодами. Их раствора криолита с 3-5% глинозема осаждается рас-плавленный алюминий. При этом температура процесса достигает 950° С, что значительно выше температуры плавления самого металла - 660° С.

Производство алюминия является исключительно энергоемким, поэто-му алюминиевые заводы наиболее выгодно строить в регионах, где есть сво-бодный доступ к источникам электроэнергии. Для производства 1000 кг чер-нового алюминия требуется 1920 кг глинозёма, 65 кг криолита, 35 кг фторида алюминия, 600 кг анодной массы и 17 тыс. кВт·ч электроэнергии постоян-ного тока (!).

2. Свойства алюминия.

Дата добавления: 2014-09-29; просмотров: 538; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!