По своей сути это металл, имеющий характерный серебристо-белый оттенок. Его параметры и свойства дают возможность применять элемент в различных промышленных сферах, в строительной и бытовой отрасли. Физические свойства алюминия предусматривают небольшую степень плотности, хорошую прочность, стойкость к ржавчине, изменениям температуры. В химической таблице этому соединению отводится номер 13. Такое вещество содержится в структуре земной коры (по объему – на третьем месте). В недрах почвы его концентрация – около 8 процентов. Рассмотрим простые свойства алюминия, его достоинства и специфику применения.
Особенности получения по промышленной методике
О существовании данного элемента стало известно еще в 16 веке, когда Парацельсу удалось получить соединение из квасцов. В материале был обнаружен оксид нового металла, который вызвал интерес у известного ученого. Через пару веков опыты были проведены европейскими химиками, которые дали соединению соответствующее название (от латинского слова «вяжущий»). При этом в конце 19 века был обнаружен оптимальный способ производства металла с финансовой выгодой.
Элемент производят из породы вторичного типа – боксита. Порода формируется в процессе распада алюмосиликатного вещества, которое образовалось при высокой температуре в ходе извержения вулканов. В нашей стране металл добывают из руды нефелинового типа (территория – Кемерово и Кольский п-в). Из этой же руды можно получить портландцемент и продукцию для удобрения растений.
Популярная методика производства оксида алюминия из боксита – щелочной способ Байера, которые российские ученые стали применять в позапрошлом веке. В результате химических реакций удалось получить прочное химическое вещество, которое подвергалось плавлению при условиях 2050 градусов. В чистой форме металл добывается по электролизной технологии с последующим восстановлением оксида.
Получение и применение алюминия в максимально очищенном виде предусматривает трехслойную электролизную методику. Для дополнительного очищения используются специальные электролиты, плавление зонным способом или дистилляция.
Перечень основных свойств алюминия
Он отличается активностью в ходе химических взаимодействий, при этом на его поверхности формируется пленка из оксидов, которая защищает заготовки и готовую продукцию от влияния коррозии. Перечислим свойства вещества алюминия:
- Параметры плотности – 2,7 г на кубический сантиметр (это в несколько раз меньше, чем плотность железа).
- Температурный режим для плавления – 600 градусов.
- Высокие показатели электропроводности и теплопроводности.
- Парамагнетические свойства (металл можно притягивать с помощью магнита при воздействии магнитных полей).
- Объемная решетка кристаллов.
После восстановления алюминия из оксидного вещества в нем присутствуют примеси, например, цинк, медь или кремний. Они напрямую влияют на его технические, физические особенности. Чем чище соединение, тем более высокая у него степень электрической проводимости и теплопроводности, тем выше его стойкость к коррозии (стоимость очищенного металла также возрастает). Относительная степень удлинения у материала составляет 50 процентов, а максимум прочности после деформации холодным способом – 150 Мпа.
Металл с легкостью поддается формовке, обработке механическим способом, сварке. Для повышения стойкости к ржавчине его подвергают анодированию, в результате чего на поверхности изделий формируется толстая пленка с оксидным составом. Перечислим также основные химические показатели:
- Активность в химической форме. В состоянии мелкой фракции при термическом воздействии алюминий взаимодействует с углеродом, серой, кислородом и другими соединениями. При комнатной температуре он вступает в реакцию с бромом, щелочными элементами и хлором.
- Реакция с другими металлами, которые формируют сплавы с алюминием.
- Если на поверхности есть пленка в виде оксидов, то металл становится стойким к коррозии, к контактам с соленой и пресной водой, инертным к кислотным составляющим органического типа. Если пленки нет, то алюминий вступает в интенсивную реакцию с водой.
Виды соединений алюминия в зависимости от степени очищения
Выделяют следующую классификацию по качеству очистки:
- Промышленная или техническая степень чистоты.
- Высокочистая степень.
- Металл сверхчистой категории.
- Алюминий с особо чистой степенью.
- Ультрачистый вид.
Техническая степень чистоты широко применяется в промышленной сфере, где требуются такие физические характеристики, как небольшая степень плотности, электрической и теплопроводности. Он имеет форму алюминиевых листов, выпускается в виде труб, проката профильного типа. Из такого проката создаются детали, не подверженные существенным нагрузкам. Высокоочищенные заготовки используются для создания фольги и деталей, проводящих ток.
Виды производства алюминия по основным сплавам
Основная область – изготовление сплавов, которые имеют деформируемый и литейный характер.
Деформируемые марки
Они с легкостью подвергаются обработке, отличаются пластичностью и повышенной прочностью. Из этого металла изготавливаются листы, трубы, штампованные детали, поковки. Деформация осуществляется прокаткой, ковкой, в виде волочения, с использованием пресса. В зависимости от способности увеличивать прочность, деформируемые элементы на алюминиевой основе могут быть неупрочняемыми под термическим воздействием и упрочняемыми.
К деформируемой категории относится дюралюмин, в котором имеется марганец для максимальной стойкости к ржавчине. Металл, выпускаемый в виде листов, проходит плакировку, его поверхность покрывается чистым алюминием для большей стойкости к воздействию коррозии.
Еще один элемент – авиаль. Как можно догадаться, он применяется в авиационной сфере. Прочность металла несколько ниже по сравнению с дюралюмином, зато он более пластичный в обычной форме и при нагревании. Авиаль контактирует с режущей поверхностью, предназначена для сварки различными способами.
Качественные сплавы с алюминием отличаются хорошей прочностью, но меньшей степенью пластичности, в отличие от дюралюмина. Материал В95 применяется в строительстве самолетов, при изготовлении деталей, используемых при температуре от 100 градусов и выше. Марка хорошо поддается сварке точечного типа, хорошо воспринимает взаимодействие с режущими инструментами.
Литейные категории
Сплавы для литья фасонных изделий обладают жидкой текучестью, невысоким процентом усадки, устойчивостью к формированию горячих трещин и появлению ржавчины. Концентрация легирующих компонентов в этих конструкциях выше, по сравнению с деформируемыми. Сплавы могут дополняться марганцем и никелем в небольших количествах.
Создание транспортных средств
Современное строительство транспорта сложно представить без этого металла, область применения качественного алюминия придает конструкциям прочность, хорошую пластичность и устойчивость к появлению ржавчины.
Создание самолетов
Основная сфера повсеместного применения алюминия, а именно термоупрочняемых марок с цинком и медью – самолетостроение. Если в составе сплава нет цинка, его можно использовать при производстве крыла самолета или килевой части. Для гидромоделей используются марки с содержанием магния и хорошими показателями свариваемости.
Космическая техника
В этой сфере применяются сплавы с алюминием, отличающиеся хорошей стойкостью к пониженным температурам. Так, сплав 2219, который может взаимодействовать с кислородом и водородом в жидкой форме, используется при создании отдельных элементов «Шатллов». Из отдельных марок создаются резервуары для хранения жидкого водорода.
Строительство судов
Из алюминия и различных сплавов на его основе создаются изделия-полуфабрикаты для последующего применения в судостроении. Из этих полуфабрикатов изготавливают оборудование для судов, корпуса, системы коммуникаций, элементы для палубы.
Алюминий позволяет уменьшить вес судна, сделать его более маневренным, что позволяет транспорту развить максимальную скорость. В такой сфере применяются сплавы с определенной концентрацией марганца и магния.
Ж/д сфера
Определенный вид элемента алюминия используется для изготовления подвижных железнодорожных составов. Для такого транспорта требуются прочные, стойкие к деформации и коррозии материалы. Из подобных сплавов создают резервуары для транспортировки нефти и различных нефтепродуктов.
Автомобили
Невысокая степень плотности, надлежащая прочность, хорошие декоративные качества, стойкость к ржавчине позволяют использовать металл при производстве автомобилей. При этом на таких транспортных средствах можно перевозить опасные газы и жидкости.
Применение в металлургической сфере
Это элемент с повышенной активностью, поэтому он применяется в металлургической сфере как сильный восстановитель при изготовлении хрома и марганца. Для раскисления металла применяется материал с плохим качеством, который не подходит для выпуска полуфабрикатов и готовых металлических изделий. В ходе изготовления из железа в расплавленной форме выводится кислород, который не лучшим образом влияет на эксплуатационные свойства готовой продукции.
Другие примеры применения
Строительная отрасль. Легкие алюминиевые элементы уменьшают общую массу конструкций, а значит, нагрузка на фундамент также уменьшается. Такой прием позволяет сэкономить на возведении фундаментных конструкций, делает готовые строения более надежными, в том числе при эксплуатации в непростых особенностях климата.
Нефтяная сфера, химическая промышленность. Компоненты подходят для создания бурильных установок, компрессоров и насосов за счет стойкости к коррозионным реакциям. Некоторые марки подходят для производства резервуаров, которые используются под воздействием давления.
Производство электротехники. Материалы могут быть проводникового типа или с высокой степенью электросопротивления. Проводниковые конструкции можно использовать вместо меди для изготовления кабелей.
Фармацевтика. Доказано, что компонент усиливает воздействие вакцин, также он используется при создании препаратов для терапии тяжелых патологий органов пищеварения.
Изготовление бытовой продукции. Из металла можно делать посуду, различные столовые приборы, бытовую технику, упаковку для консервов.
