Тема 12 Кольорова металургія

1. Виробництво і використання алюмінію

2. Виробництво і використання міді

3. Виробництво і використання титану

4. Виробництво і використання цинку

1. Виробництво і використання алюмінію

Кольорові метали і сплави на їх основі відрізняються високою технологічністю і корозійною стійкістю. В електро- і радіотехніці, радіоелектроніці, авіації та космічній техніці вони є основними конструкційними матеріалами, дедалі ширше застосову­ються в будівництві, сільському господарстві, харчовій та хімічній про­мисловості.

Найбільше в Україні використовують алюміній, мідь, цинк, титан, магній, нікель та сплави на їх основі.

За кількістю отримання та використання алюміній та його сплави посідають друге місце після сталі.

Алюміній – сріблясто-білий за кольором, найпоширеніший метал у земній корі (8,8 %), має високу пластичність, низьку температуру плавлення (660 °С), малу густину 2,74 г/м³. Технічно чистий алюміній, як метал з низькою міцністю, використовують для ненавантажених елементів конструкцій і деталей, коли від матеріалу вимагається лег­кість, пластичність, добра зварюваність. З нього виготовляють рами, двері, трубопроводи, цистерни, баки, посуд, фольгу. Завдяки ви­сокій теплопровідності його використовують для різних тепло­обмінників у холодильних установках і системах теплопостачання. Ви­сока електропровідність та корозійна стійкість в агресивних середовищах сприяє його широкому застосуванню в електротехніці для конденса­торів, дротів, кабелів, деталей апаратури, а висока відбиваюча здатність – для прожекторів, рефлекторів, телевізійних екранів.

У природі алюміній знаходиться у вигляді рудних мінералів (бок­ситів, алунітів, каолінів, алюмосилікатів та ін.).

Технологічний процес виробництва алюмінію включає два основ­них етапи:

• отримання із алюмінієвих руд глинозему (оксиду алюмінію Al₂O₃;

• електролітичне вилучення алюмінію із глинозему і рафінування його.

Основним промисловим способом одержання глинозему є мокрий лужний (спосіб Байєра), який є найбільш технологічним та дешевим і тому найбільш економічно і практично доцільним.

Спочатку отримують алюмінат натрію NаА1О₂ за реакцією:

Al(OH)₃ + NaOH =NaAlO₂ + Н₂0.

Алюмінат натрію розчиняють у воді:

NаАІО₂ + 2Н₂0 = А1(ОН)₃ + NаОН.

А1(ОН), + ИаОН = ^^таАЮ,

Одержаний А1(ОН)₃ промивають і випалюють в печах при темпера­турі 1200 °С з одержанням глинозему А1₂0₃.

2А1(ОН)₃ = А1₂0₃ + 3Н₂0.

Глинозем – стійка хімічна сполука, яка має температуру плавлен­ня 2050 °С.

Металічний алюміній вилучають з глинозему електролітичним роз­кладенням в електролізній ванні.

При дисоціації глинозему на катоді утво­рюються іони А1³⁺, на аноді – іони О^2-. Рідкий алюміній збирається на дні ванни, звідки його періодично зливають або випомповують до роздавального ковша.

Отриманий таким способом первинний алюміній рафінують (очищають):

• продуванням розплавленого первинного алюмінію хлором (хло­руванням);

• електролітичним;

• зонним переплавленням (перекристалізацією).

Залежно від ступеня чистоти промисловість виробляє алюміній різної чистоти, а саме:

• особливо чистий А999 (вміст домішок не більше 0,001 %);

• високої чистоти А995, А99, А97, А95;

• технічно чистий А85, А8, А7, А6, А5 (вміст домішок 0,15 – 1 %).

Алюмінієві сплави – це металічні однорідні системи на основі алюмінію, легованого одним елементом або композицією з елементів ряду: Си, Мg, Мn, Sі, Ве, Ті. Вони мають малу густину до 2,85 г/см³ і, разом з тим, – велику питому міцність, наближену до питомої міцності високоміцних сталей.

Алюмінієві сплави широко використовують в машинобудуванні, суднобудуванні, приладобудуванні, авіації, космічній техніці, будів­ництві.

По технологічним властивостям алюмінієві сплави поділяють на деформівні та ливарні.

Деформівні алюмінієві сплави мають високу пластичність і добре обробляються тиском. До них належать такі, що зміцнені термічною обробкою (гар­туванням і старінням), і такі, що термічно не оброблюються.

Дуралюміни – термічно оброблені сплави алюмінію з міддю, магнієм і марганцем (Д1, Д6, Д19 та ін., цифри в позначеннях марок означають поряд­кові номери сплавів).

Не оброблюють термічно сплави алюмінію з марганцем (АМnІ, АМn2) і з магнієм (АМg1, АМg2 та ін.).

Із деформівних алюмінієвих сплавів куванням, пресуванням, штампуванням виготовляють листи, дріт, труби, прутки, стрічки, фасонні профілі та деталі.

До деформівних належать також високоміцні (В92, В93), ковкі (АК6, АК8), жароміцні (АК2, Д20) та інші алюмінієві сплави.

Ливарні алюмінієві сплави мають гарні ливарні властивості, з них ви­готовляють вироби литтям. До них належать силуміни – сплави А1 + Si (АЛ2, АЛ3 та ін.), магналії – А1 + Мg (АЛ8, АЛ13 та ін.). В позначеннях марок А – алюміній, Л –ливарний сплав, цифри – порядкові номери.

Ливарні сплави використовують для виготовлення блоків і головок циліндрів, арматури, важелів, фасованих деталей.