Алюминий самый распространенный металл в земной коре

Обновлено: 18.05.2024

Al, химический элемент III группы периодической системы Менделеева; атомный номер 13, атомная масса 26,9815; серебристо-белый лёгкий металл. Состоит из одного стабильного изотопа 27 Al.

Историческая справка. Название А. происходит от латинского alumen — так ещё за 500 лет до н. э. назывались Алюминиевые квасцы, которые применялись как протрава при крашении тканей и для дубления кожи. Датский учёный Х. К. Эрстед в 1825, действуя амальгамой калия на безводный AlCl₃ и затем отгоняя ртуть, получил относительно чистый А. Первый промышленный способ производства А. предложил в 1854 французский химик А. Э. Сент-Клер Девиль: способ заключался в восстановлении двойного хлорида А. и натрия Na₃AICI₆ металлическим натрием. Похожий по цвету на серебро, А. на первых порах ценился очень дорого. С 1855 по 1890 было получено всего 200 т А. Современный способ получения А. электролизом криолито-глинозёмного расплава разработан в 1886 одновременно и независимо друг от друга Ч. Холлом в США и П. Эру во Франции.

Распространённость в природе. По распространённости в природе А. занимает 3-е место после кислорода и кремния и 1-е — среди металлов. Его содержание в земной коре составляет по массе 8,80%. В свободном виде А. в силу своей химической активности не встречается. Известно несколько сотен минералов А., преимущественно алюмосиликатов (См. Алюмосиликаты). Промышленное значение имеют боксит (См. Бокситы), Алунит и Нефелин. Нефелиновые породы беднее бокситов глинозёмом, но при их комплексном использовании получаются важные побочные продукты: сода, поташ, серная кислота. В СССР разработан метод комплексного использования нефелинов. Нефелиновые руды в СССР образуют, в отличие от бокситов, весьма крупные месторождения и создают практически неограниченные возможности для развития алюминиевой промышленности (См. Алюминиевая промышленность).

Физические и химические свойства. А. сочетает весьма ценный комплекс свойств: малую плотность, высокие теплопроводность и электрическую проводимость, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Он легко поддаётся ковке, штамповке, прокатке, волочению. А. хорошо сваривается газовой, контактной и др. видами сварки. Решётка А. кубическая гранецентрированная с параметром а = 4,0413 Å. Свойства А., как и всех металлов, в значительной степени зависят от его чистоты. Свойства А. особой чистоты (99,996% ): плотность (при 20°С) 2698,9 кг/м 3 , t_пл 660,24°С; t_kип около 2500°С: коэффициент термического расширения (от 20° до 100°С) 23,86•10 -6 ; теплопроводность (при 190°С) 343 вт/м•К (0,82 кал/см•сек•°С), удельная теплоёмкость (при 100°С) 931,98 дж/кг К (0,2226•кал/г•°С); электропроводность по отношению к меди (при 20°С) 65,5%. А. обладает невысокой прочностью (предел прочности 50—60 Мн/м 2 ), твёрдостью (170 Мн/м 2 по Бринеллю) и высокой пластичностью (до 50% ). При холодной прокатке предел прочности А. возрастает до 115 Мн/м 2 , твёрдость — до 270 Мн/м 2 , относительное удлинение снижается до 5% (1 Мн/м 2 ≈ 0,1 кгс/мм 2 ). А. хорошо полируется, анодируется и обладает высокой отражательной способностью, близкой к серебру (он отражает до 90% падающей световой энергии). Обладая большим сродством к кислороду, А. на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной плёнкой окиси Al₂O₃, защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокие антикоррозионные свойства. Прочность окисной плёнки и защитное действие её сильно убывают в присутствии примесей ртути, натрия, магния, меди и др. А. стоек к действию атмосферной коррозии, морской и пресной воды, практически не взаимодействует с концентрированной или сильно разбавленной азотной кислотой,с органическими кислотами, пищевыми продуктами.

Внешняя электронная оболочка Атома А. состоит из 3 электронов и имеет строение 3s 2 3р. В обычных условиях А. в соединениях 3-валентен, но при высоких температурах может быть одновалентным, образуя т. н. субсоединения. Субгалогениды А., AIF и AlCl, устойчивые лишь в газообразном состоянии, в вакууме или в инертной атмосфере, при понижении температуры распадаются (диспропорционируют) на чистый Al и AlF₃ или AlCl₃ и поэтому могут быть использованы для получения сверхчистого А. При накаливании мелкоизмельчённый или порошкообразный А. энергично сгорает на воздухе. Сжиганием А. в токе кислорода достигается температура выше 3000°С. Свойством А. активно взаимодействовать с кислородом пользуются для восстановления металлов из их окислов (см. Алюминотермия). При тёмно-красном калении фтор энергично взаимодействует с А., образуя AIF₃ (см. Алюминия фторид). Хлор и жидкий бром реагируют с А. при комнатной температуре, иод — при нагревании (см. Алюминия хлорид). При высокой температуре А. соединяется с азотом, углеродом и серой, образуя соответственно нитрид AIN, карбид Al₄C₃ и сульфид Al₂S₃. С водородом А. не взаимодействует; гидрид А. (AlH₃)x получен косвенным путём. Большой интерес представляют двойные гидриды А. и элементов l и II групп периодической системы состава MeH_n-nAlH₃, т.н. алюмогидриды (см. Алюминия гидрид). А. легко растворяется в щелочах, выделяя водород и образуя Алюминаты. Большинство солей А. хорошо растворимо в воде. Растворы солей А. вследствие гидролиза показывают кислую реакцию (см. Алюминия сульфат, Алюминия нитрат).

Получение. В промышленности А. получают электролизом глинозёма Al₂O₃ (см. Алюминия окись), растворённого в расплавленном Криолите Na₃AlF₆ при температуре около 950°С. Используются электролизеры трёх основных конструкций: 1) электролизеры с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым подводом тока, 2) то же, но с верхним подводом тока и 3) электролизеры с обожжёнными анодами. Электролитная ванна представляет собой железный кожух, футерованный внутри тепло- и электроизолирующим материалом — огнеупорным кирпичом, и выложенный угольными плитами и блоками. Рабочий объём заполняется расплавленным электролитом, состоящим из 6—8% глинозёма и 94—92% криолита (обычно с добавкой AlF₆ и около 5—6% смеси фторидов калия и магния). Катодом служит подина ванны, анодом — погруженные в электролит угольные обожжённые блоки или же набивные самообжигающиеся электроды. При прохождении тока на катоде выделяется расплавленный А., который накапливается на подине, а на аноде — кислород, образующий с угольным анодом CO и CO₂. К глинозёму, основному расходуемому материалу, предъявляются высокие требования по чистоте и размерам частиц. Присутствие в нём окислов более электроположительных элементов, чем А., ведёт к загрязнению А. При достаточном содержании глинозёма ванна работает нормально при электрическом напряжении порядка 4—4,5 в. Ванны присоединяют к источнику постоянного тока последовательно (сериями из 150—160 ванн). Современные электролизеры работают при силе тока до 150 ка. Из ванн А. извлекают обычно с помощью вакуум-ковша. Расплавленный А. чистотой 99,7% разливают в формы. А. высокой чистоты (99,9965%) получают электролитическим рафинированием первичного А. с помощью т. н. трёхслойного способа, снижающего содержание примесей Fe, Si и Cu. Исследования процесса электролитического рафинирования А. с применением органических электролитов показали принципиальную возможность получения А. чистотой 99,999% при относительно низком расходе энергии, но пока этот метод обладает низкой производительностью. Для глубокой очистки А. применяют зонную плавку или дистилляцию его через субфторид.

При электролитическом производстве А. возможны поражения электрическим током, высокой температурой и вредными газами. Для избежания несчастных случаев ванны надёжно изолируют, рабочие пользуются сухими валенками, соответствующей спецодеждой. Здоровая атмосфера поддерживается эффективной вентиляцией. При постоянном вдыхании пыли металлического А. и его окиси может возникнуть алюминоз лёгких (см. Пневмокониозы). У рабочих, занятых в производстве А., часты катары верхних дыхательных путей (Риниты, Фарингиты, Ларингиты). Предельно допустимая концентрация в воздухе пыли металлического А., его окиси и сплавов 2 мг/м 3 .

Применение. Сочетание физических, механических и химических свойств А. определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с др. металлами (см. Алюминиевые сплавы). В электротехнике А. успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах (электрическая проводимость А. достигает 65,5% электрической проводимости меди, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из А. вдвое меньше медных). Сверхчистый А. употребляют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности окисной плёнки А. пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый А., очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений типа A_IIIB_V, применяемых для производства полупроводниковых приборов. Чистый А. используют в производстве разного рода зеркал отражателей. А. высокой чистоты применяют для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, А. применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.

В алюминиевых резервуарах большой ёмкости хранят и транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород и т. д.), азотную и уксусную кислоты, чистую воду, перекись водорода и пищевые масла. А. широко применяют в оборудовании и аппаратах пищевой промышленности, для упаковки пищевых продуктов (в виде фольги), для производства разного рода бытовых изделий. Резко возросло потребление А. для отделки зданий, архитектурных, транспортных и спортивных сооружений.

В металлургии А.. (помимо сплавов на его основе) — одна из самых распространённых легирующих добавок в сплавах на основе Cu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Применяют А. также для раскисления стали перед заливкой её в форму, а также в процессах получения некоторых металлов методом алюминотермии. На основе А. методом порошковой металлургии создан САП (спечённый алюминиевый порошок), обладающий при температурах выше 300°С большой жаропрочностью.

А. используют в производстве взрывчатых веществ (аммонал, алюмотол). Широко применяют различные соединения А.

Производство и потребление А. непрерывно растет, значительно опережая по темпам роста производство стали, меди, свинца, цинка.

Лит.: Беляев А. И., Вольфсон Г. Е., Лазарев Г. И..Фирсанова Л. А., Получение чистого алюминия, [М.], 1967; Беляев А. И., Рапнопорт Н.. Б., Фирсанова Л. А., Электрометаллургия алюминия, М., 1953; Беляев А. И., История алюминия, в сборнике: Труды института истории естествознания и техники, т. 20, М., 1959; Фридляндер И. Н., Алюминий и его сплавы, М., 1965.

Геохимия А. Геохимические черты А. определяются его большим сродством к кислороду (в минералах А. входит в кислородные октаэдры и тетраэдры), постоянной валентностью (3), слабой растворимостью большинства природных соединений. В эндогенных процессах при застывании магмы и формировании изверженных пород А. входит в кристаллическую решётку полевых шпатов, слюд и др. минералов — алюмосиликатов. В биосфере А. — слабый миграт, его мало в организмах и гидросфере. Во влажном климате, где разлагающиеся остатки обильной растительности образуют много органических кислот, А. мигрирует в почвах и водах в виде органо-минеральных коллоидных соединений; А. адсорбируется коллоидами и осаждается в нижней части почв. Связь А. с кремнием частично нарушается и местами в тропиках образуются минералы — гидроокислы А. — бёмит, диаспор, гидраргиллит. Большая же часть А. входит в состав алюмосиликатов — каолинита, бейделлита и др. глинистых минералов. Слабая подвижность определяет остаточное накопление А. в коре выветривания влажных тропиков. В результате образуются элювиальные бокситы. В прошлые геологические эпохи бокситы накапливались также в озёрах и прибрежной зоне морей тропических областей (например, осадочные бокситы Казахстана). В степях и пустынях, где живого вещества мало, а воды нейтральные и щелочные, А. почти не мигрирует. Наиболее энергична миграция А. в вулканических областях, где наблюдаются сильнокислые речные и подземные воды, богатые А. В местах смешения кислых вод с щелочными — морскими (в устьях рек и др.), А. осаждается с образованием бокситовых месторождений.

Алюминий в организме. А. входит в состав тканей животных и растений; в органах млекопитающих животных обнаружено от 10 -3 до 10 -5 % А. (на сырое вещество). А. накапливается в печени, поджелудочной и щитовидной железах. В растительных продуктах содержание А. колеблется от 4 мг на 1 кг сухого вещества (картофель) до 46 мг (жёлтая репа), в продуктах животного происхождения — от 4 мг (мёд) до 72 мг на 1кг сухого вещества (говядина). В суточном рационе человека содержание А. достигает 35—40 мг. Известны организмы — концентраторы А., например плауны (Lycopodiaceae), содержащие в золе до 5,3% А., моллюски (Helix и Lithorina), в золе которых 0,2—0,8% А. Образуя нерастворимые соединения с фосфатами, А. нарушает питание растений (поглощение фосфатов корнями) и животных (всасывание фосфатов в кишечнике).

Лит.: Войнар А. О., Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека, 2 изд., М., 1960, с. 73—77.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Есть даже на Марсе, но трудно добыть на Земле. Как производят алюминий

Алюминий — самый распространенный металл на Земле. Он составляет 8% от веса земной коры, присутствует в организме человека, в яблоках и воде. Его обнаружили и за пределами нашей планеты — на Луне и Марсе. Однако, несмотря на такую вездесущесть, в чистом виде в природе его не встретишь. А процесс получения гораздо сложнее, чем у многих других металлов. О том, как алюминий производят и где применяют — в нашем материале.

Дороже золота

В 1825 г. датский физик Ханс Эстерд выделил алюминий в своей лаборатории. А в 1854 г. металл впервые был получен промышленным способом. Для этого французский ученый Анри Этьен Сент-Клер Девиль взял хлорид алюминия выделил чистый металл с помощью натрия.

Сначала производство было невероятно дорогостоящим. Просто представьте. Сейчас тонна алюминия на рынке стоит приблизительно $3 тыс., а одна тройская унция золота (31 г) золота — $1920. Согласитесь, разница огромная. В мире сотни алюминиевых заводов, у каждого дома есть алюминиевая ложка или кастрюля. Однако во второй половине XIX века цена этих металлов была приблизительно равной. Так, однажды Дмитрий Менделеев получил от британских коллег аналитические весы из золота и алюминия — это был по-настоящему дорогой подарок.

Тем не менее, в процессе совершенствования химических методов цена алюминия быстро падала. А когда француз Поль Эр и американец Чарльз Холлу независимо друг от друга разработали метод получения алюминия с помощью электролиза, производить металл стало возможно в огромных масштабах. При этом его стоимость упала в десятки раз.

Долгое и сложное производство

Алюминий производят из бокситов — это руда, в которой содержится металл. Ее запасы в мире ограничены и распределены неравномерно. Самые большие месторождения приходятся на Западную и Центральную Африку (32%), Австралию и Индию (23%), Южную Америку и страны Карибского бассейна (21%).

Чаще всего бокситы добывают открытым способом: специальная техника срезает руду слой за слоем, затем ее транспортируют на переработку. Однако бывает так, что алюминиевая руда залегает глубоко, тогда для добычи строят шахты. Одна из самых глубоких шахт в мире «Черемуховская-Глубокая» находится в России, в Свердловской области, ее глубина — 1550 м.

Итак, руду приводят на специальные заводы, где начинается второй производственный этап — отделение глинозема, то есть оксида алюминия. Для этого используют метод Байера, изобретенный больше ста лет назад.

Суть в следующем. Гидроокись алюминия, выходящая в состав бокситов, растворяют в концентрированной щелочи (едком натре) под воздействием высокой температуры. Затем температуру понижают, и раствор, содержащий соединения алюминия, кристаллизуется, а примеси — нет. Таким образом отделяют балласт.

После крупные частицы оксида алюминия вымывают из раствора водой, а затем кальцинируют (то есть обсушивают). Так получается глинозем.

Важно. У глинозема нет срока годности, но хранят его очень аккуратно, поскольку при малейшей возможности он тут же впитывает влагу. Поэтому производители предпочитают сразу отправлять его на алюминиевое производство.

Процесс производства чистого алюминия требует огромного количества электроэнергии, поэтому заводы почти всегда строят около гидроэлектростанций. Также для создания среды, в которой будет происходить сам процесс отделения, нужен криолит — минерал, который крайне редко встречается в природе, поэтому в промышленности чаще всего используют его искусственный заменитель. Это вещество создает нужную токопроводящую среду на последнем этапе производства алюминия.

Итак, вот как выглядит сам процесс. Берем огромную электролизную ванну, заполняем ее расплавленным криолитом. Катодом в данном случае выступит дно сооружения, к нему будет «прилипать» отделившийся алюминий, анодом — угольные блоки, которые необходимо погрузить в криолит. Теперь загружаем глинозем и врубаем ток.

Под воздействием электричества структура глинозема рушится: чистый алюминий оседает на дне, а кислород соединяется с углеродом, образуя углекислый газ, который собирается в специальный газосборник и пропускается через систему очистки. Жидкий расплавленный металл достают ковшом и отправляют на литейное производство.

Свойства и области применения

Алюминий — легкий пластичный металл, который обладает высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и низким температурам. Он хорошо сваривается, легко поддается штамповке, ковке и прокатке. Весь этот список неоспоримых преимуществ дает широкое поле для применения данного металла.

• Авиа-, судо- и автомобилестроение. Применяется для производства корпусов, а также двигателей, насосов и прочих элементов.
• Ракетостроение. Используется как горючий компонент в составе ракетного топлива. • Электротехника: провода, кабели, микросхемы и т. д.
• Строительство. В производстве кровельных материалов, оконных рам, в краске и цементе.
• Область ж/д. Применяется в производстве цистерн, для нефтепродуктов, деталей, рам для вагонов и т. д.
• В быту. Фольга, зеркала, посуда и др.

Очень часто алюминий используют в сплавах с другими металлами: цинком, медью, кремнием, магнием, железом, титаном, никелем. Они нужны для производства деталей самолетов, ракет, автомобилей и судов, поскольку из них получаются легкие, но при этом очень прочные элементы конструкций.

Производство в России. Русал

Наша страна является одним из крупнейших поставщиков, занимая 6% на мировом рынке алюминия. По факту, речь идет о компании Русал, которая представляет собой почти всю алюминиевую отрасль РФ.

Русал образовался в 2000 г., объединив активы СИБАЛа Олега Дерипаски и Millhouse Capital Романа Абрамовича. В 2007 г. произошло слияние алюминиевых и глиноземных активов российских Русского алюминия, Сибирско-Уральской алюминиевой компании (СУАЛ) и швейцарской Glencore. В результате появилась Объединенная компания Русал — крупнейший производитель алюминия в мире.

Сейчас в состав компании входят больше 40 заводов по всему миру, в том числе, на Ямайке, в Казахстане, Италии, Гвинее, Австралии, Армении, Нигерии, Гайане, Швеции, Украине и Ирландии. Среди них предприятия по производству алюминия, глинозема, боксита, кремния, фольги и т. д.

За 2021 г. компания отчиталась о 3764 тыс. тонн произведенного алюминия.

Интересные факты

• Алюминий не теряет своих свойств в процессе использования, поэтому легко подвергается вторичной переработке. Международный алюминиевый институт подсчитал, что с 1880 г. в мире произведен почти 1 млрд тонн металла, а три четверти от этого объема до сих пор используется.
• Считается, что алюминий попал на нашу планету в момент формирования земной коры вместе с астероидами, которые ее бомбардировали. В процессе тяжелые металлы опускались ниже, а легкий — поднимались наверх. Именно поэтому чаще всего алюминий добывают открытым способом.
• Алюминий составляет приблизительно 4% от веса Марса, также залежи этого металла найдены на Луне.
• В теле взрослого человека присутствует приблизительно 140 мг алюминия.
• Нагретый до 2,2 тыс. градусов оксид алюминия превращается в искусственный сапфир. • Кузова современных автомобилей часто изготавливают из алюминиевых сплавов. Это уменьшает массу машины, что непосредственно влияет на расход бензина.
• Алюминий часто применяют при производстве фейерверков, он дает яркое белое пламя с обилием красивых искр.
• Взаимодействуя с кислородом, чистый алюминий тут же покрывается оксидной пленкой. В этом причина его стойкости к коррозии.

БКС Мир инвестиций

3 обучающих курса

Copyright © 2008– 2022 . ООО «Компания БКС» . г. Москва, Проспект Мира, д. 69, стр. 1
Все права защищены. Любое использование материалов сайта без разрешения запрещено.
Лицензия на осуществление брокерской деятельности № 154-04434-100000 , выдана ФКЦБ РФ 10.01.2001 г.

Данные являются биржевой информацией, обладателем (собственником) которой является ПАО Московская Биржа. Распространение, трансляция или иное предоставление биржевой информации третьим лицам возможно исключительно в порядке и на условиях, предусмотренных порядком использования биржевой информации, предоставляемой ОАО Московская Биржа. ООО «Компания Брокеркредитсервис» , лицензия № 154-04434-100000 от 10.01.2001 на осуществление брокерской деятельности. Выдана ФСФР. Без ограничения срока действия.

* Материалы, представленные в данном разделе, не являются индивидуальными инвестиционными рекомендациями. Финансовые инструменты либо операции, упомянутые в данном разделе, могут не подходить Вам, не соответствовать Вашему инвестиционному профилю, финансовому положению, опыту инвестиций, знаниям, инвестиционным целям, отношению к риску и доходности. Определение соответствия финансового инструмента либо операции инвестиционным целям, инвестиционному горизонту и толерантности к риску является задачей инвестора. ООО «Компания БКС» не несет ответственности за возможные убытки инвестора в случае совершения операций, либо инвестирования в финансовые инструменты, упомянутые в данном разделе.

Информация не может рассматриваться как публичная оферта, предложение или приглашение приобрести, или продать какие-либо ценные бумаги, иные финансовые инструменты, совершить с ними сделки. Информация не может рассматриваться в качестве гарантий или обещаний в будущем доходности вложений, уровня риска, размера издержек, безубыточности инвестиций. Результат инвестирования в прошлом не определяет дохода в будущем. Не является рекламой ценных бумаг. Перед принятием инвестиционного решения Инвестору необходимо самостоятельно оценить экономические риски и выгоды, налоговые, юридические, бухгалтерские последствия заключения сделки, свою готовность и возможность принять такие риски. Клиент также несет расходы на оплату брокерских и депозитарных услуг, подачи поручений по телефону, иные расходы, подлежащие оплате клиентом. Полный список тарифов ООО «Компания БКС» приведен в приложении № 11 к Регламенту оказания услуг на рынке ценных бумаг ООО «Компания БКС». Перед совершением сделок вам также необходимо ознакомиться с: уведомлением о рисках, связанных с осуществлением операций на рынке ценных бумаг; информацией о рисках клиента, связанных с совершением сделок с неполным покрытием, возникновением непокрытых позиций, временно непокрытых позиций; заявлением, раскрывающим риски, связанные с проведением операций на рынке фьючерсных контрактов, форвардных контрактов и опционов; декларацией о рисках, связанных с приобретением иностранных ценных бумаг.

Приведенная информация и мнения составлены на основе публичных источников, которые признаны надежными, однако за достоверность предоставленной информации ООО «Компания БКС» ответственности не несёт. Приведенная информация и мнения формируются различными экспертами, в том числе независимыми, и мнение по одной и той же ситуации может кардинально различаться даже среди экспертов БКС. Принимая во внимание вышесказанное, не следует полагаться исключительно на представленные материалы в ущерб проведению независимого анализа. ООО «Компания БКС» и её аффилированные лица и сотрудники не несут ответственности за использование данной информации, за прямой или косвенный ущерб, наступивший вследствие использования данной информации, а также за ее достоверность.

АЛЮМИНИЙ

АЛЮМИНИЙ
Al
(от лат. aluminium), химический элемент IIIA подгруппы периодической системы элементов (B, Al, Ga, In, Tl), наиболее распространенный металл в земной коре, встречается в большом количестве минералов, например в глине и граните. Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы - руда, представляющая собой в основном гидратированный оксид алюминия Al2O3Ч2H2O. Мировым лидером по производству алюминия являются США, затем Россия, Канада и Австралия. Алюминий наиболее известен как сырье для производства сплавов, используемых для изготовления пищевых емкостей (бидонов, баллонов, банок и т.п.), легкой кухонной посуды и другой домашней утвари. Неочищенный алюминий был впервые выделен Х.Эрстедом в 1825, хотя еще в 1807 Х.Дэви обнаружил неизвестный металл при обработке глины серной кислотой. Дэви не смог выделить металл из соединений, но назвал его алюминум (от лат. alumen - квасцы), а его оксид - глиноземом (alimina); вскоре это название металла по аналогии с названиями других металлов изменили на "алюминий", что стало общепринятым.
Свойства. Замечательным свойством алюминия является его легкость; плотность алюминия примерно в три раза меньше, чем у стали, меди или цинка. Чистый алюминий - мягкий металл, но образует сплавы с другими элементами, что обеспечивает большой диапазон полезных свойств. В ряду величин теплопроводности и электрической проводимости алюминий стоит после серебра и меди. Алюминий отличается высокой реакционной способностью, поэтому он не встречается в природе в свободном состоянии. Металлический алюминий быстро растворяется в соляной кислоте с образованием хлорида AlCl3, медленнее - в серной с образованием сульфата Al2(SO4)3, но с азотной кислотой реагирует только в присутствии солей ртути. В реакции со щелочами он образует алюминаты, например, с NaOH образует NaAlO2. Алюминий проявляет амфотерные свойства, так как он реагирует и с кислотами, и со щелочами. На воздухе алюминий быстро покрывается прочной защитной пленкой оксида Al2O3, предохраняющей его от дальнейшего окисления. Поэтому алюминий стабилен на воздухе и в присутствии влаги даже при умеренном нагревании. Если защитная пленка оксида нарушена, то при нагревании на воздухе или в кислороде он сгорает ярким белым пламенем. При нагревании алюминий активно реагирует с галогенами, серой, углеродом и азотом. Расплавленный алюминий реагирует с водой со взрывом. СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ
Атомный номер 13 Атомная масса 26,9815 Изотопы

Температура плавления, ° С 660 Температура кипения, ° С 2467 Плотность, г/см3 2,7 Твердость (по Моосу) 2,0-2,9 Содержание в земной коре, % (масс.) 8,13 Степени окисления +3
Применение. С давних времен квасцы применяли в медицине как вяжущее средство, в крашении для протравы, и для дубления кожи. Квасцами часто называют смешанные сульфаты одно- и трехвалентного металлов, например алюминия и калия (минерал сольфатерит). Римский ученый Плиний Старший (1 в. н.э.) в своей Естественной истории упоминает о квасцах как о солях, свойства которых изучали алхимики. Впервые для дубления кожи и в медицинских целях квасцы применили египтяне; они, а также лидийцы, финикийцы и иудеи, знали, что некоторые краски, например индиго и кошениль, лучше сохраняются, если их смешивать или пропитывать квасцами. Кристаллический оксид алюминия, встречающийся в природе под названием корунд, используется как абразив, благодаря высокой твердости. Рубин и сапфир - разновидности корунда, окрашенные примесями, являются драгоценными камнями.
Применение металлического алюминия. Алюминий - один из наиболее легких конструкционных металлов (см. табл.). Сплавы, получаемые из алюминия после термообработки, наряду с низкой плотностью отличаются высокой прочностью и другими важными механическими свойствами, что делает алюминий незаменимым для изготовления деталей транспортных средств (поршни и картеры, блоки и головки цилиндров авиационных и автомобильных двигателей, подшипники, силовой набор и обшивка фюзеляжей и пр.). Алюминий легко подвергается волочению и вытяжке, что используется в производстве пищевых емкостей. Удельная электропроводность алюминия составляет ок. 61% электрической проводимости меди, но плотность алюминия в три раза меньше. Сочетание хорошей проводимости с высокой коррозионной стойкостью на воздухе расширяет возможности использования алюминиевых кабелей, часто упрочняемых сталью, для высоковольтных электропередач. Алюминий отличается также и высокой теплопроводностью, что используется в двигателях, системах охлаждения и других устройствах. Металл легко полируется механически и электролитически, поэтому его применяют также для отражателей телескопов и аналогичных целей. Алюминий широко используется как упаковочный материал и имеет максимальный среди других упаковочных материалов коэффициент извлечения при вторичной переработке. Рекуперация алюминиевого вторсырья позволяет экономить энергию, так как ее расход в этом случае меньше, чем при производстве алюминия из руды. В 1981 доля рекуперированного алюминия в производстве пищевых емкостей составляла 53,2%, а к 1991 достигла 62,4% и продолжает расти. Алюминий отличается высокой коррозионной стойкостью благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки и поэтому используется как кровельный материал, обшивка, а также в рефлекторах дневного и ИК-света. Коррозионную стойкость его можно еще повысить методом электролитического анодного окисления, известного как анодирование, в результате чего увеличиваются толщина и сцепление оксидной пленки. Анодированная поверхность легко окрашивается, такой способ часто применяют для архитектурных панелей
(см. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ).
Коррозионная стойкость алюминия в сочетании с красивым внешним видом обеспечивает его широкое применение в холодильной технике. Алюминий - сильный восстановитель, и его используют для выделения менее активных металлов, а также в качестве антиоксиданта в производстве стали и взрывчатых веществ. Алюминиевый порошок применяют в отделочных работах. Алюминиевая краска устойчива к действию промышленных выбросов и выхлопных газов, поэтому широко применяется как защитное покрытие на фасадных частях металлоконструкций, нефтяных танков, в железнодорожном оборудовании и других конструкциях. Алюминиевая фольга - блестящий изолирующий материал, используемый для упаковки пищевых продуктов и для заворачивания их при кулинарной обработке, как декоративное покрытие книг, буквенных знаков, а также в производстве электроконденсаторов. Алюминиевый порошок применяется в порошковой металлургии для изготовления точных деталей, а также служит добавкой в твердых топливах ракетных двигателей. Термитная смесь широко используется как сварочный материал для ремонта толстостенных конструкций, например для сварки стальных рельс
(см. также ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ).
Сплавы. Чистый алюминий, мягкий и пластичный, малопригоден для прямого технического применения. Для получения широкого спектра легких алюминиевых сплавов применяется процесс Холла - Эру (см. также АЛЮМИНИЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ). Нужды воздухоплавания во времена Первой мировой войны способствовали интенсивному развитию технологии алюминиевых сплавов. Сегодня развивается область специальных сплавов с помощью различных технологий. Из некоторых алюминиевых сплавов получают листовой прокат и профиль, из других тянут пруток, трубы, изготовляют брус с заданным углом, сложные секции и заготовки для обработки давлением. Многие сплавы можно прессовать, вытягивать, волочить и штамповать при комнатной температуре, другие обрабатывают только при повышенной температуре (см. также СПЛАВЫ).
Термообработка. Наиболее важным в технологии сплавов алюминия было открытие А.Вильма в 1911 того, что у некоторых сплавов улучшаются механические свойства в результате специальной термообработки, известной как старение. Впервые это было установлено для сплавов с медью и магнием, а затем и для всех сплавов. Старение проводят в две стадии; на первой сплав нагревают до температуры несколько ниже температуры плавления алюминия, при этом такие компоненты, как медь, образуют твердый раствор. При быстрой закалке компоненты сплава остаются в твердом растворе. На второй стадии при сравнительно низком нагреве растворенные компоненты сплава выделяются в виде чрезвычайно мелких частиц в алюминиевой матрице, улучшая механические свойства сплава. Но не все эффекты увеличения прочности являются следствием термообработки; некоторые из них объясняются тем, что компоненты сплава образуют твердые растворы или интерметаллические соединения.
См. также МЕТАЛЛОВ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА.
Литье и обработка давлением. Отливка в землю (точнее, в глинисто-песчаные формы) используется для изготовления массивных деталей типа блока цилиндров двигателей, а для массового производства мелких деталей применяется литье в стандартные формы, в том числе и литье под давлением. Широко используются формы для отливок, сделанные из керамики, стали или чугуна (литье в постоянную форму, или кокильное литье). Обычный литьевой сплав может содержать до 8% Cu или до 13% Si. Наиболее распространенные алюминиевые литьевые сплавы содержат добавки Mg, Ni, Fe, Mn или Zn. Низкая температура плавления алюминия и его хорошие литьевые свойства способствуют широкому применению алюминиевого литья.
См. также МЕТАЛЛОВ ЛИТЬЕ. Кроме того, используют алюминиевые заготовки, которые приобретают превосходные качества после термообработки и обработки давлением. Ранее широко применялся дюраль - сплав алюминия с 4% меди, предварительно подвергнутый тепловой и механической обработке. Теперь дюрали - это широкий набор высокопрочных алюминиевых сплавов, содержащих кроме меди также марганец, магний, кремний и др. Эти сплавы имеют прочность на разрыв до 414 МПа (42,2 кг/мм2), близкую к прочности низкоуглеродистой стали. Более современный сплав, содержащий цинк, при комнатной температуре имеет прочность на разрыв до 690 МПа (70,3 кг/мм2). Эти сплавы используются в производстве деталей самолетов и могут заменять некоторые старые медьсодержащие сплавы.
Сплавы горячей и холодной обработки. Алюминий и его сплавы можно подвергать холодной и горячей обработке. При горячей обработке происходит разрушение структуры слитка и превращение ее в однородную мелкозернистую структуру с улучшенными свойствами. Горячая формовка и штамповка позволяют изготавливать тонкие заготовки, которые невозможно получать при холодной обработке. Таким способом получают пруток, проволоку, катанку, лист и другой специальный профиль. Холодная обработка производится на конечной стадии для получения в основном листа, прутка, проволоки и труб. При холодной обработке увеличивается прочность и твердость изделия. В общем, горячая обработка используется для первичной обработки слитка, а холодная имеет преимущество на последней стадии обработки.
См. также ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ.
ЛИТЕРАТУРА
Беляев А.И. Металлургия легких металлов. М., 1970 Промышленные алюминиевые сплавы. М., 1984

Алюминий - самый распространенный металл в земной коре

Металлы - это группа простых веществ, которые обладают характерными металлическими свойствами. Некоторые из них ценятся выше золота за удивительные характеристики, которые позволяют использовать их в самых разных сферах. Многие металлы содержатся в составе земной коры в небольших количествах. Но сегодня мы рассмотрим, какой самый распространенный металл в земной коре.

Что мы знаем об алюминии?

Да, именно алюминий является наиболее распространным металлом. Он был открыт в 1825 году датским ученым Эрстедом. Однако еще за 500 лет до нашей эры люди использовали так называемые алюминиевые квасцы. Их применяли в качестве протравы при окрашивании тканей и дублении кожи.

Алюминий, похожий на серебро внешне, изначально ценился очень дорого. Это связано с тем, что его достаточно трудно получить в чистом виде. Да и о том, что это самый распространенный металл в земной коре, известно не было. В 19-м веке, в период с 1855 по 1890 год, удалось получить лишь 200 т чистого металла.

Однако сегодня геологи утверждают, что 8 % коры Земли состоят из алюминя. Он уступает по количеству содержания в земной коре лишь кислороду и кремнию. В свободном виде в природе не встречается.

Алюминий получил широкое применение в странах СССР благодаря разработкам ученых. Найденный метод получения алюминия давал неограниченные возможности для развития алюминиевой промышленности. На его основе активно изготавливали столовую утварь, которую каждый из нас видел на кухнях у бабушек. Первый спутник СССР также был изготовлен из сплава алюминия. Применяют его и в электротехнической промышленности (кабели, цоколи, конденсаторы).

Основные свойства алюминия

Самый распространенный металл в земной коре обладает целым рядом свойств, которые позволяют активно использовать его в составе металлоконструкций. Он легок, мягок и быстро поддается штамповке.

Алюминий обладает высокой коррозийной устойчивостью. При контакте с воздухом он покрывается пленкой, препятствующей его окислению. Он неядовит (если не попадает в организм в большом количестве), обладает высокой электро- и теплопроводностью. Именно он обеспечивает передачу электроэнергии на Земле.

Однако металл не отличается прочностью. Поэтому при изготовлении металлоконструкций зачастую используется сплав алюминия с другими металлами - медью, магнием. Такие сплавы называются дюралюминий.

Электропроводность металла можно сравнить с медью, но он дешевле, поэтому ему нашли более широкое применение. Один из немногих недостатков алюминия - его тяжело паять из-за прочной оксидной пленки. Кстати, он легко воспламеняется и если бы не эта оксидная пленка, он горел бы на воздухе.

Алюминий - драгоценный металл

Интересно, что в 19-м веке алюминий очень ценился. За килограмм металла просили около 3 000 франков. Поэтому ювелиры активно изготавливали украшения на его основе. Ведь металл легко поддается обработке, обладает красивым серебристым оттенком и позволяет придавать изделию любую форму.

Однако уже через несколько лет он стал падать в цене и вскоре вышел из моды. Многие алюминиевые драгоценности не пережили обесценивание металла. Сегодня они - большая редкость.

Совсем недавно алюминий стал главной темой выставки, организованной в Питтсбурге (штат Пенсильвания) в музее Карнеги. Интерес к нему появляется снова. Самый распространенный цветной металл в земной коре сегодня применяется в виде металлической пены. Это новейшая разработка, на основе которой можно изготавливать даже корабельные корпуса.

Вред алюминия

Еще в 1960 году ученые выяснили, что в мозге у людей, страдающих болезнью Альцгеймера, присутствует высокий уровень алюминия. Недавние исследования подтвердили, что металл вызывает ускоренное старение клеток мозга, становится причиной дегенеративных неврологических заболеваний. Низкая усвояемость алюминия дает ложное представление о его безопасности для организма. Но на самом деле длительный прием его небольших доз в конечном итоге вызывает отключение нейронов головного и спинного мозга.

Золото - самый часто встречающийся драгоценный металл

Золото является самым распространенным металлом в земной коре среди благородных. Когда-то людям были известны лишь 2 драгметалла - золото и серебро. Однако позже список расширился. Сегодня благородными являются платиновая группа металлов. В эту группу, помимо платины, входят также ее элементы - родий, осмий, рутений и иридий. Кстати, иридий - самый редкий металл в этой группе. Благородным признан и технеций, однако из-за радиоактивности его не включили в список драгоценных.

Золото, как и другие благородные металлы, обладает рядом уникальных свойств. Оно блестит на открытом воздухе, ему не вредит длительное пребывание в воде, а также воздействие щелочей и кислот, высоких температур. Золото легко поддается обработке, обладает высокой плотностью. Металл встречается в виде самородков, песка и в сочетании с другими элементами. Однако при этом золото уступает многим металлам по прочности и устойчивости. Сегодня это далеко не самый дорогой драгметалл. Цена его составляет $45 за 1 грамм.

Что такое алюминий: формула, реакции, свойства и применение

Алюминий – элемент третьего периода периодической таблицы Менделеева с атомным номером 13. По распространенности является первым среди металлов и третьим среди химических элементов земной коры (после кислорода и кремния). Давайте узнаем более детально, что такое алюминий и какими свойствами он обладает.

Общая характеристика

Итак, что такое алюминий? Прежде всего, это легкий парамагнитный металл бело-серебристого цвета, который очень податлив для обработки (литье, формовка, механическая обработка и прочее). Химическая формула алюминия известна всем из школьного курса химии – Al. Он обладает высокой электро- и теплопроводностью, а также устойчивостью к коррозионным процессам. Последнее свойство обуславливается способностью алюминия к быстрому образованию оксидных пленок, которые защищают его поверхность.

Историческая справка

Мировая общественность узнала, что такое алюминий, в 1825 году, благодаря датскому физику Гансу Эрстеду. Ученый провел взаимодействие амальгамы калия с хлоридом алюминия, с последующим извлечением ртути. Свое название химический элемент получил от латинского слова alumen, которое переводится как «квасцы».

До того как был открыт промышленный метод получения алюминия, данный металл ценился больше, чем золото. В 1889 году, желая почтить роскошным подарком Д.И. Менделеева, британцы вручили ему весы, сделанные из золота и алюминия.

Получение

Металл образует прочную связь с кислородом – оксид алюминия. По сравнению с другими известными металлами, его восстановление из руды более трудоемко. Причина тому кроется в высокой реакционной способности и высокой температуре плавления алюминия, а точнее его руд. Метод прямого восстановления углеродом не применяется, так как у этого металла восстановительная способность выше, нежели у углерода. Непрямое восстановление возможно. Оно предполагает получение промежуточного продукта Al₄C₃, подвергающегося при температуре порядка 2000°С разложению с образованием алюминия. Пока что это метод находится в разработке, но уже известно, что он будет требовать меньше энергозатрат, чем способ Холла - Эру.

Методика Холла - Эру, которая на сегодняшний день является самой широко используемой, была разработана в 1886 году параллельно двумя учеными – американцем Ч. Холлом и французом П. Эру. Ее суть заключается в растворении Al₂O₃ (оксида алюминия) в Na₃AlF₆ (расплав криолита) и последующем электролизе с применением анодных электродов (коксовых или графитовых). Так как этот метод является весьма затратным, он получил широкое применение лишь в двадцатом веке.

На производство одной тонны чернового алюминия уходит 1,92 т глинозема, 0,6 т электродов, 0,065 т криолита, 0,035 т фторида алюминия и порядка 61 ГДж электроэнергии.

Что касается лабораторного метода получения алюминия, то он был придуман в 1827 году Фридрихом Велером. Суть метода состоит в восстановлении безводного хлорида алюминия металлическим калием. Реакция проходит при нагреве, без доступа воздуха.

Место в природе

Массовая концентрация данного вещества в земной коре оценивается в 7,45-8,14%. По этому показателю алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди химических элементов в целом.

В природе, в связи с химической активностью металла, он встречается в основном в виде соединений. Основные минералы алюминия: бокситы, корунд, нефелины, глиноземы, алуниты, полевые шпаты, берилл, каолинит и хризоберилл. В жерлах вулканов, в которых созданы специфические восстановительные условия, были найдены малые количества самородного металла.

В природных водах алюминий представлен в виде малотоксичных соединений, к примеру фторида. На вид катиона или аниона влияет главным образом кислотность среды. В пресной воде концентрация раствора алюминия может составлять от 0,001 до 10 мг/л, а в соленой – порядка 0,01 мг/л.

В составе природного алюминия преобладает стабильный изотоп 27 Al и наблюдаются ничтожные следы 26 Al.

Физические свойства

Основные физические свойства материала:

Плотность – 2712 кг/м 3 .
Температура кипения – 2500°С.
Температура плавления – 660°С.
Удельная теплоемкость – 897 Дж/кг*K.
Твёрдость по Бринеллю – от 24 до 32 кгс/мм².
Пластичность чистого материала – 50%.
Модуль Юнга – 70 Гпа.
Электропроводность – 37*10 6 См/м.
Теплопроводность – 203,5 Вт/(м*К).

Алюминий может образовывать сплавы практически со всеми металлами. Наибольшее распространение получили дюралюминий (сплав с медью и магнием) и силумин (сплав с кремнием).

Химические свойства

В нормальных условиях данный металл покрыт тонкой, но очень прочной оксидной пленкой, что обуславливает его стойкость к воздействию стандартных окислителей: воды, кислорода, а также азотной и серной кислот. Вместе с тем, алюминий реагирует с соляной кислотой. Благодаря этим свойствам, металл не подвержен коррозии и очень востребован в промышленности.

При разрушении пленки алюминий может выступить в роли активного металла-восстановителя. Чтобы избежать образования пленки, к нему добавляют галлий, олово или индий.

Рассмотрим основные уравнения алюминия.

С простыми веществами этот металл образует следующие соединения:

С кислородом – оксид. 4Al+3O₂=2Al₂O₃.
С галогенами (кроме фтора) – хлорид, иодид и бромид. 2Al+3Hal₂=2AlHal₃ (Hal = Cl, Br, I).
С фтором (при нагревании) – фторид. 2Al+3F₂=2AlF₃.
С серой (при нагревании) – сульфид. 2Al+3S=Al₂S₃.
С азотом (при нагревании) – нитрид. 2Al+N₂=2AlN.
С углеродом (при нагревании) – карбид. 4Al+3C=Al₄C₃.

Сульфиды и карбиды алюминия могут полностью гидролизоваться.

Реакции алюминия со сложными веществами выглядят таким образом:

С водой – после удаления защитной пленки. 2Al+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂.
Со щелочами – образует алюминаты. 2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al(OH)₄]+3H₂.
С соляной и разбавленной серной кислотами – растворяется в них. 2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂.
С кислотами-окислителями, образующими растворимые соли – растворяется в них при нагревании. 8Al+15H₂SO₄=4Al₂(SO₄)₃+3H₂S+12H₂O.
С оксидами металлов – восстанавливает из них металлы (алюминотермия). 8Al+3Fe₃O₄=4Al₂O₃+9Fe.

Производство

До конца 19-го века алюминий не производился в промышленных масштабах. Анри Сент-Клер Девиль, работу которого финансировал Наполеон Третий (он рассчитывал на использование материала для нужд армии), изобрел первый метод промышленного получения металла лишь в 1854 году. Суть метода состояла в вытеснении алюминия из двойного натриево-алюминиевого хлорида с помощью металлического натрия. В 1855 году был произведен первый слиток, масса которого составила порядка 7 кг. За последующие 36 лет по этому методу было произведено 200 тонн алюминия. Это при том, что уже 1856 году тот же ученый разработал новый способ, основанный на электролизе расплава указанного выше хлорида.

В 1885 году в городе Гмелингеме (Германия) был построен завод по производству алюминия по технологии Николая Бекетова. Это способ мало отличался от того, что разработал Девиль, но был несколько проще. Он базировался на взаимодействии между криолитом и магнием. За пять лет работы завод произвел 58 тонн алюминия – более 25% от мирового производства за 1854-1890 годы.

Метод Холла - Эру положил начало более технологичному и современному получению металла. С тех пор, с развитием электротехники, развивались и технологии производства алюминия. Заметный вклад в развитие этого направления внесли в том числе и русские ученые: Байер, Пеняков, Кузнецов, Жуковский, Яковкин и многие другие.

В России первое предприятие по производству алюминия было построено в городе Волхове в 1932 году. В 1939 металлургическая промышленность СССР производила практически 50 тысяч тонн этого металла в год.

Рейтинг стран, массово выпускающих алюминий, выглядит следующим образом:

Мировой запас бокситов практически безграничен и несоизмерим с динамикой спроса. В будущем многие из линий по производству алюминия могут быть переориентированы на выпуск, к примеру, композитных материалов. Цена данного металла на торгах всемирных сырьевых бирж за последние десять лет колебалась в пределах 1250-3300 долларов за тонну.

Использование

Алюминий широко используется в качестве конструкционного материала. Его основные достоинства – легкость, коррозионная стойкость, податливость штамповке, высокая тепловодность и безвредность. Последние свойства сделали материал очень популярным в производстве кухонной утвари и пищевой пленки. Благодаря первым трем свойствам, алюминий стал основным сырьем космической и авиационной промышленности. Главным недостатком данного конструктивного материала является его малая прочность. Для упрочнения его обычно используют в сплавах с малыми количествами меди и магния (дюралюминий).

По электропроводности алюминий в 1,7 раз уступает меди, но за счет того, что его плотность в 3,3 раза меньше, для получения приблизительно равного сопротивления его требуется в два раза меньше по весу. Кроме того, алюминий примерно в 4 раза дешевле, чем медь. Этим обусловлено широкое применение данного материала в электротехнике (изготовление и экранирование проводников) и микроэлектронике (напыление проводников на поверхность микросхем). Главным недостатком алюминия как материала для электротехники является образование прочной диэлектрической пленки на его поверхности. Она затрудняет пайку и вызывает нагревание в местах соединений, что снижает качество контакта и надежность изоляции. Чтобы нивелировать данную особенность, используют алюминиевые проводники большого сечения.

Кроме того, алюминий используют в таких направлениях:

В качестве восстановителя алюминий используется в таких областях:

Как компонент смесей для алюмотермии.
Как восстановитель редких металлов из их оксидов и галогенидов.
В пиротехнике.
При анодной защите, в качестве протектора.

Использование сплавов

В качестве конструктивного материала часто используют не чистый алюминий, а сплавы на его основе.

Алюминиево-магниевые сплавы. Характеризуются сочетанием высокой пластичности, удовлетворительной прочности, коррозионной стойкости, хорошей свариваемости и высокой вибростойкости. Чаще всего в промышленности используют сплавы, в которых содержание магния колеблется в приделах 1-5%. Чем больше этот показатель, тем надежнее сплав. Каждый процент дает дополнительные 30 МПа к пределу прочности.

Сплавы, содержащие по массе до 3% магния, отличаются структурной стабильностью при нормальной и повышенной температуре, даже в нагартованном состоянии. С ростом содержания магния стабильность снижается. При увеличении его количества до 6% ухудшается коррозионная стойкость сплава. Поэтому для дальнейшего повышения прочностных характеристик, системы алюминий-магний легируют титаном, марганцем, хромом, ванадием или кремнием. Попадание меди и железа в такие сплавы нежелательно. Оно приводит к снижению свариваемости и коррозионной стойкости.

Алюминиево-марганцевые сплавы. Обладают высокими показателями прочности, пластичности, технологичности, коррозионной стойкости и свариваемости. В системах алюминий-марганец основными примесями являются железо и кремний. Эти элементы снижают степень растворимости марганца в алюминии. Чтобы получить мелкозернистую структуру, такие сплавы легируют титаном. Достаточное количество марганца обеспечивает стабильную структуру нагартованного металла, при любой температуре.

Алюминиево-медные сплавы. По своим механическим свойствам в термоупрочненном состоянии, эта система может обойти низкоуглеродистые стали. Такие сплавы очень технологичны. Их единственный недостаток – низкая коррозионная стойкость. С этой проблемой борются путем использования защитных покрытий.

В качестве легирующих добавок используют железо, магний, марганец и кремний. Сильнее всего на свойства сплава влияет магний, заметно повышая пределы текучести и прочности системы. Кремний повышает способность сплава к искусственному старению, а железо с никелем – его жаропрочность. Нагартовка этих систем после закалки приводит к ускорению искусственного старения, а также увеличивает их сопротивление коррозии и прочность.

Сплавы системы алюминий-цинк-марганец. Ценятся за высокие показатели прочности и технологичности. Высокое упрочнение достигается благодаря хорошей растворимости компонентов при повышенных температурах, которая резко уменьшается при охлаждении. Главным и очень существенным недостатком таких систем является их низкое сопротивление коррозии. Для повышения этого показателя применяют легирование медью. Также еще в 60-е годы прошлого века было выявлено, что присутствие лития в системах алюминий-цинк-марганец позволяет замедлить естественное и ускорить искусственное старение. Кроме того, литий уменьшает вес сплава и увеличивает его модуль прочности.

В промышленности используются также силумины (алюминиево-кремниевые сплавы), из которых отливают корпуса всяческих механизмов, и комплексные сплавы (авиали).

Токсичность

Отвечая на вопрос о том, что такое алюминий, стоит упомянуть о токсичности этого металла. Несмотря на широкое распространение в природе, алюминий является мертвым веществом, то есть не используется живыми существами в метаболизме. Сам по себе металл имеет незначительное токсическое действие, однако многие из его неорганических соединений, растворимых в воде, могут оказать вредное воздействие на теплокровных жвачных и человека. Для человека токсическое действие оказывают такие дозы соединений металла (мг/кг массы тела):

Ацетат – 0,2-0,4.
Гидроксид – 3,7-7,3.
Квасцы – 2,9 .

При попадании в организм с водой соединения алюминия действуют на нервную систему, что может привести к ее тяжелым расстройствам. Положительным является тот факт, что накоплению металла в организме препятствует механизм выведения. За сутки с мочой может быть выведено до 15 мг элемента. Таким образом, негативный эффект от соединений алюминия может коснуться только людей, страдающих нарушением выделительной функции почек.

Читайте также: