Раздел 3. Металлургия алюминия

3.1 Свойства алюминия и области его применения

Алюминий – серебристо-белый легкий металл.

По производству и потреблению он занимает второе место среди всех металлов (после железа) и первое место среди цветных металлов.

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева он находится в III группе 3-го периода. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98.

Температура плавления алюминия 660,24⁰С, температура кипения – около 2500⁰С.

Плотность металла 2,7 г/см³. Очень пластичен, легко прокатывается в фольгу толщиной около 0,005 мм.

Хороший тепло- и электропроводник.

Многие физические свойства алюминия существенно изменяются в зависимости от степени его чистоты. Так, чем чище алюминий, тем выше его температура плавления и электропроводность и ниже плотность. Однако ряд свойств алюминия можно существенно улучшить легирующими добавками магния, кремния, меди, цинка, марганца, которые повышают механические и литейные свойства алюминия и его коррозионную стойкость.

В большинстве химических соединений алюминий трехвалентен, но в определенных условиях, теряя всего один электрон, он проявляет одновалентное состояние, образуя соединения низшей валентности (субсоединения). Образование одновалентного алюминия представляет не только теоретический, но и технологический интерес. С участием субсоединений могут быть осуществлены процессы выделения алюминия из электротермических сплавов и его рафинирования.

Поверхность алюминия всегда покрыта плотным слоем Al₂O₃, который является прозрачным и отражает около 90% падающих световых лучей.

Без окисной пленки алюминий обладает большой химической активностью по отношению к кислороду, галоидам, сере и углероду.

В ряду напряжений алюминий занимает место среди наиболее электроотрицательных элементов (нормальный электродный потенциал алюминия равен -1,36 В), что делает невозможным его электрохимическое выделение из водных растворов его солей.

Вследствие высокого сродства к кислороду алюминий восстанавливает оксиды многих металлов до металлического состояния. При нагреве алюминий легко растворяется в разбавленных азотной и серной кислотах; холодная азотная кислота его пассивирует. Алюминий хорошо растворяется в щелочах с образованием алюминатов. В органических кислотах и в воде он устойчив.

Алюминий в настоящее время находит очень широкое применение в виде чистого металла, многочисленных сплавов и в виде солей и оксида.

В виде чистого металла алюминий используют для изготовления электрических проводов и химической аппаратуры, получения фольги, применяемой для упаковки пищевых продуктов, изготовления электроконденсаторов, отражательных зеркал в телескопах, посуды для приготовления пищи, разнообразных украшений и декоративных изделий, корпусов часов и т. д.

Алюминий высокой чистоты широко используют в новейших областях техники - атомной энергетике, радиотехнике, радиолокации и в качестве плакирующего материала для защиты металлических поверхностей от воздействия различных химических веществ и атмосферной коррозии.

Большую роль алюминий играет в производстве стали, где его применяют не только в качестве раскислителя, но и как легирующую добавку в жароупорные стали, а также при термитной сварке и в процессах получения ряда цветных металлов методом алюмотермии. В виде тонкодисперсного порошка - пудры - алюминий используют для жаропрочной окраски нагревательных печей и декоративной антикоррозионной окраски различных изделий.

Значительное количество алюминия применяется в в виде сплавов с кремнием, медью, магнием, цинком, титаном и другими металлами. Наиболее известные сплавы на алюминиевой основе: дюралюминий (Al + 3-4%Cu + 0,5Mn + 0,5 Mg) и силумины (Al+Si).

Из дюралюминовых сплавов в основном изготавливают листы, профили, прутки, проволоку, трубы и заклепки. Листы часто выпускают плакированными чистым алюминием, что повышает их стойкость к атмосферной коррозии и способствует широкому использованию в современной авиации в качестве обшивки самолетов.

Из силуминовых сплавов получают фасонные отливки любой конфигурации.

Известны также подшипниковые алюминиевые сплавы на основе систем Аl-Fе, А1-Ni, А1-Сu.

Важнейшими потребителями алюминия и его сплавов являются авиационная и автомобильная промышленность, железнодорожный и водный транспорт, электротехническая и химическая промышленность, машиностроение, строительство.