Алюминия характеристики – Урок №49. Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.

Алюминий и его свойства

Алюминий — химический элемент третей группы периодической системы Д.И. Менделеева.

Марки и химический состав (%) первичного алюминия (ГОСТ 11069–74)

*Для суммы титана, ванадия, хрома и марганца.

** Допускается массовая доля железа не менее 0,18 %.

***«Е» — в марках с гарантированными электрическими характеристиками.

Алюминий технической чистоты, применяемый для изготовления полуфабрикатов и изделий путем деформации, входит в ГОСТ 4784-74

Химический состав (%) технического алюминия

* B: 0,02 %; Ti + V: 0,02 %

**B: 0,05 %; Ti + V: 0,02 %

Гарантируемые механические характеристики (не менее) листов из АД0, АД1

АЛЮМИНИЙ, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 13, относительная атомная масса 26,98. В природе представлен лишь одним стабильным нуклидом ²⁷ Al. Искусственно получен ряд радиоактивных изотопов алюминия, наиболее долгоживущий – ²⁶ Al имеет период полураспада 720 тысяч лет.

Алюминий в природе. В земной коре алюминия очень много: 8,6% по массе. Он занимает первое место среди всех металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца вместе взятых! Как писал более 100 лет назад в своем классическом учебнике Основы химии Д.И. Менделеев, из всех металлов «алюминий есть самый распространенный в природе; достаточно указать на то, что он входит в состав глины, чтоб ясно было всеобщее распространение алюминия в коре земной. Алюминий, или металл квасцов (alumen), потому и называется иначе глинием, что находится в глине».

Важнейший минерал алюминия – боксит, смесь основного оксида AlO(OH) и гидроксида Al(OH)₃ . Крупнейшие месторождения боксита находятся в Австралии, Бразилии, Гвинее и на Ямайке; промышленная добыча ведется и в других странах. Богаты алюминием также алунит (квасцовый камень) (Na,K)

2 SO₄ ·Al₂ (SO₄ )₃ ·4Al(OH)₃ , нефелин (Na,K)₂ O·Al₂ O₃ ·2SiO₂ . Всего же известно более 250 минералов, в состав которых входит алюминий; большинство из них – алюмосиликаты, из которых и образована в основном земная кора. При их выветривании образуется глина, основу которой составляет минерал каолинит Al₂ O₃ ·2SiO₂ ·2H₂ O. Примеси железа обычно окрашивают глину в бурый цвет, но встречаются и белая глина – каолин, которую применяют для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий.

Изредка встречается исключительно твердый (уступает лишь алмазу) минерал корунд – кристаллический оксид Al₂ O₃ , часто окрашенный примесями в разные цвета. Его синяя разновидность (примесь титана и железа) называется сапфиром, красная (примесь хрома) – рубином. Разные примеси могут окрашивать так называемый благородный корунд также в зеленый, желтый, оранжевый, фиолетовый и другие цвета и оттенки.

Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978 в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий – в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). В лунном грунте, доставленном на Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружить самородный алюминий. Предполагают, что металлический алюминий может образоваться конденсацией из газа. Известно, что при нагревании галогенидов алюминия – хлорида, бромида, фторида они могут с большей или меньшей легкостью испаряться (так, AlCl₃ возгоняется уже при 180° C). При сильном повышении температуры галогениды алюминия разлагаются, переходя в состояние с низшей валентностью металла, например, AlCl. Когда при понижении температуры и отсутствии кислорода такое соединение конденсируется, в твердой фазе происходит реакция диспропорционирования: часть атомов алюминия окисляется и переходит в привычное трехвалентное состояние, а часть – восстанавливается. Восстановиться же одновалентный алюминий может только до металла: 3AlCl  2Al + AlCl

3 . В пользу этого предположения говорит и нитевидная форма кристаллов самородного алюминия. Обычно кристаллы такого строения образуются вследствие быстрого роста из газовой фазы. Вероятно, микроскопические самородки алюминия в лунном грунте образовались аналогичным способом.

Название алюминия происходит от латинского alumen (род. падеж aluminis). Так называли квасцы, двойной сульфат калия-алюминия KAl(SO₄ )₂ ·12H₂ O), которые использовали как протраву при крашении тканей. Латинское название, вероятно, восходит к греческому «халмэ» – рассол, соляной раствор. Любопытно, что в Англии алюминий – это aluminium, а в США – aluminum.

Во многих популярных книгах по химии приводится легенда о том, что некий изобретатель, имя которого история не сохранила, принес императору Тиберию, правившему Римом в 14–27 н.э., чашу из металла, напоминающего цветом серебро, но более легкого. Этот подарок стоил жизни мастеру: Тиберий приказал казнить его, а мастерскую уничтожить, поскольку боялся, что новый металл может обесценить серебро в императорской сокровищнице.

Эта легенда основана на рассказе Плиния Старшего, римского писателя и ученого, автора Естественной истории – энциклопедии естественнонаучных знаний античных времен. Согласно Плинию, новый металл был получен из «глинистой земли». А ведь гл

mirznanii.com

Алюминий — свойства, характеристики, обзорная статья

Алюминий (квасцы) — 13 элемент периодической таблицы элементов, 13 группы в современной классификации. Он обладает относительно низкой электропроводностью, но наименьшей плотностью среди других металлов. В природе алюминий встречается в виде стабильного изотопа Al

27. Купить алюминий можно на нашем сайте.

Он ценится за высокую коррозийную стойкость и лёгкость. На поверхности изделий алюминия образуется тонкая оксидная плёнка оксидов, которая и защищает металл от дальнейшего окисления. Некоторые алюминиевые сплавы обладают большой твердостью, тугоплавкостью и жаропрочностью и проявляют другие полезные качества, в виду образования алюминидов (интерметаллических сплавов). Полную информацию об этом элементе смотрите в таблице, приведённой ниже.

Свойства атома	Химические свойства	Термодинамические свойства простого вещества	Кристаллическая решётка простого вещества	Прочие характеристики
Имя, символ, номер Алюминий / Aluminium (Al), 13	Ковалентный радиус 121±4 пм	Термодинамическая фаза Твёрдое вещество	Структура решётки кубическая гранецентрированая	Теплопроводность (300 K) 237 Вт/(м·К)
Группа, период, блок 13, 3	Радиус Ван-дер-Ваальса 184 пм	Плотность (при н. у.) 2,6989 г/см³	Параметры решётки 4,050 Å	Скорость звука 5200 м/с
Атомная масса (молярная масса) 26,981539 а. е. м. (г/моль)	Радиус иона 51 (+3e) пм	Температура плавления 660 °C, 933,5 K	Температура Дебая 394 K
Электронная конфигурация [Ne] 3s2 3p1	Электроотрицательность 1,61 (шкала Полинга)	Температура кипения 2518,82 °C, 2792 K
Электроны по оболочкам 2, 8, 3	Электродный потенциал -1,66 В	Теплота плавления 10,75 кДж/моль
Радиус атома 143 пм	Степени окисления 3, 1 и 2 — менее характерны и проявляются в газовой фазе при температуре выше 800°C	Теплота испарения 284,1 кДж/моль
Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 215*10-25 м2	Энергия ионизации 1-я: 577.5 кДж/моль (эВ) 2-я: 1816.7 кДж/моль (эВ)	Молярная теплоёмкость 24,35[1] Дж/(K·моль)
		Молярный объём 10,0 см³/моль

Область применения

Полуфабрикаты из алюминия:

Алюминий применяется в строительстве, электротехнике, кораблестроении, на производстве холодильных установок, для нужд народного хозяйства. В электротехнике он применяется при изготовлении проводников, корпусов, диодов охладителей. Для защиты металлических изделий от коррозии, алюминий наносят разными способами на их поверхность. Порошок алюминия применяется при производстве металлов, сплавов, а также ячеистого бетона. Большая же часть алюминия выпускается в виде сплавов, так как чистый металл слишком мягок.

Мировые запасы и основные поставщики

Алюминий является самым распространённым металлом и четвертым по содержанию в земной коре химическим элементом (8,8%), но в чистом виде присутствет редко в кристалах размером в несколько микронов. В морской воде содержится 0,01 мг/л³, а в пресной 0,001-10 мг/л³ алюминия. Алюминий обнаружили со 100% уверенностью только в XIX в. В промышленных масштабах его начали производить во второй половине того же века. И лишь с освоением метода производства алюминия электролизом, освоенным Полем Эру (франция) и Чарльзом Холлом (США) в 1886 году, алюминиевая промышленность стала завоёвывать своё почётное второе место в производстве металлов после стальной промышленности. Однако, более 60% алюминия сейчас производится из вторсырья.

Во всех преуспевающих странах этот вид промышленности стал развиваться бурными темпами. До первой мировой войны алюминий производило 6 стран, после — 16, 1967 году — 30 стран. В России первый алюминиевый завод был построен только в 1932 году. Это связано с программой Ленина по электрификации страны и постройкой первой ГЭС на Волхове. Мировыми лидерами по производству алюминия являются: КНР, Россия, Канада, США, Австралия, Бразилия, Индия и другие.

Сырье для производства алюминия

Основным сырьём для производства алюминия являются бокситы (сложные по минеральному составу руды, различной твёрдости, обычно красноватого оттенка). В бокситах содержится 40-60 % глинозёма, который представляет собой смесь оксидов алюминия, натрия, калия и магния.

Крупнейшими производителями высококачественных бокситов являются: Австралия, Гвинея, на Ямайка, Суринам, Гайана, Югославия и другие страны. При этом 2/3 запасов сосредоточено в Гвинее, Бразилии, Австралии, на Ямайке, в Камеруне и Мали. Бокситы добываются открытым или реже закрытым способом, по различным технологическим схемам. Из них производят глинозём. Из глинозёма и производится чистый алюминий электролитическим методом.

Эру и Холл же нашли способ снизить температуру плавления оксида алюминия и энергозатраты. Так как оксид алюминия имеет температуру плавления 2050°C, то они придумали способ электролитической плавки алюминия в расплавленном криолите. С помощью этого метода стало возможным снизить температуру плавления до 950°C. Криолит — это крайне редкий в природе минерал с химическим составом Na₃AlF₆. Основные известные месторождения криолита сосредоточены в Западной Гренландии, на Южном Урале в Ильменских горах и в штате Колорадо (США). Этот способ производства алюминия был бы весьма дорогостоящим, если бы учёные не научились производить криолит химическим способом, при взаимодействии фторида алюминия и фторида натрия, либо взаимодействия в присутствии соды плавиковой кислоты и гидроксида алюминия.

Получение глинозёма, алюминия из глинозёма, рафинирование

В заголовке выделены основные стадии получения чистого алюминия из бокситов.

Получение глинозёма

Для получения глинозёма бокситы измельчают и смешивают с щелочью и известью. Бокситы выщелачивают при температуре около 240°C в трубчатых или круглых автоклавах в растворе щелочи, в результате чего образуется красный шлам с содержанием оксидов железа и титана и нерастворимых остатков алюмината натрия и силиката натрия. Температуру понижают до 100°C с добавлением раствора щелочи. Промывкой алюминатного раствора и шлама в сгустителях шлам и раствор разделяют. Шлам оседает, а раствор фильтруют. Фильтрованный раствор переливают в ёмкости с мешалками и понижают его температуры до 60°C. В результате перемешивания и процесса кристаллизации образуется гидроокись алюминия Al(OH). С помощью гидроциклонов и вакуумных 60% Al(OH) выпадает в осадок, часть гидроокиси возвращают для последующих операций, остаток также идёт на выщелачивание. Полученную гидроокись обезвоживают во вращающихся трубчатых печах и при температуре 1150-1300^оС и получают глинозём с содержанием 30-50% α-Al₂O₃ (корунд) и γ-Al₂O_3.

Растворённую в криолите окись алюминия подвергают процедуре электролитического восстановления при температуре около 960°C в ваннах футерованных углеродистыми блоками, которые и выступают катодами в процессе электролиза, через которые подаётся электричество. В роли анодов выступают угольные блоки подвешенные сверху в алюминиевых профилях. На анодах осаждается CO и CO₂, а на подины ванны осаждается жидкий алюминий, который в процессе выпускается. Аноды в процессе электролиза выгорают.

Рафинирование

Иногда рафинирование производится путём алюмоорганических комплексных соединений и плавки. Но в основном рафинирование производится методом трёхслойного электролиза в ванных одетых стальным листом при температуре 700-800°C. Нижний анодный слой — это расплавленный алюминий, средний слой — электролит. Верхний катодный слой — чистый алюминий растворяющийся из нижнего слоя в электролите. К верхнему слою подводится графитовый стержень под напряжением. В результате кремний и тяжёлые металлы остаются в анодном слое, а весь алюминий поднимается на поверхность. Полученный сплав разливают. В среднем он содержит:

• Fe 0,0005-0,002 %
• Si 0,002-0,005 %
• Cu 0,0005-0,002 %
• Zn 0,0005-0,002 %
• следы Mg
• остальную часть составляет Al

Полученный в результате рафинирования сплав разливают в формы и получают из него слитки и чушки, которые идут на производство плит, листов, профилей, проволоки, фольги, путём ковки, волочения, проката, штамповки. А порошок получают из жидкого сплава, распыляя на него струю N₂ и О₂.

nfmetall.ru

Алюминиевый лист: характеристики и применение

Алюминиевый лист — это недорогой и легкий материал, представляющий собой цельное полотно, размеры которых зависят от производителя и от пожеланий заказчика.

Алюминиевый лист — это недорогой и легкий материал, представляющий собой цельное полотно, размеры которого зависят от производителя и от пожеланий заказчика. Они пользуется устойчивым спросом.

Краткая характеристика алюминиевых листов

Для всех алюминиевых листов характерны следующие критерии:

• Высокий уровень износостойкости и долговечности;
• Устойчивость к воздействиям механического характера, и прямым солнечным лучам;
• Высокая влагостойкость, что предопределяет неподверженность такого материала деформациям, которые связаны с низкой температурой и высокой влажностью;
• Безопасность, как пожарная, так и экологическая;
• Технологичность;
• Незначительный вес;
• Простота хранения и транспортировки;
• Даже утилизация этого материала способна приносить определенную выгоду — до 35% от затраченных на изготовление средств.

Разновидности алюминиевых листов и сфера их применения

Сейчас можно выделить основные типы, различающиеся по способу их изготовления, и каждый из них заслуживает особого внимания.

Гладкие алюминиевые листы. Их производство осуществляется в соответствии с ГОСТом 21631. Сначала они подвергаются обработке горячим деформированиям, позволяя получать листы с минимальной толщиной в 6 мм. Чтобы получить тонкий лист необходимо пройти стадию холодной прокатки. Они обладают всеми вышеперечисленными свойствами, иногда такие листы покрывают чистым алюминием и называют такой процесс плакированием. Сначала этот слой, обладающий высокой пластичностью, предохраняет заготовки от разрушающих факторов во время первых проходов на прокатном стане. Потом он успешно справляется с функцией защиты от коррозии.

Такие листы подвергают обжигу либо закалке, после которого следует отпуск, который может быть как естественным, то есть проходящим при низких температурах, либо искусственным — высокотемпературным. В зависимости от свойств алюминиевого листа и области его использования можно выделить следующие виды:

• Кислотостойкий. Его изготавливают из алюминия, который легирован марганцем и магнием. Сюда относят лист АМг3, АМг5, АМг2, обладающие высокой антикоррозийной устойчивостью, при этом они хорошо свариваются. Сфера их применения — изготовление различных емкостей, в том числе баков для топлива и других важных частей, необходимых в самолетостроении;
• Технический. Его в основном используют как изоляционный и отделочный материала, чему способствует малый вес листов и их гибкость;
• Пищевой. Он не содержит каких-либо легирующих элементов, отличается гигиеничностью, не оказывает влияние на вкус продуктов. Такие листы изготавливают разыми способами;
• Без использования термообработки — А7 и АД0;
• Отожженные — А5М и АД1М;
• Нагартированные, то есть полученные холодной деформацией — А5Н и АД1Н;
• Перфорированные. Отверстия различной формы пробиваются на специализированном прессе. Используют их для усиления углов в решетках воздуховодов, гипсокартнонных конструкциях и т.д;
• Рифленый алюминиевый лист. Обладает такими уникальными характеристиками как возможность противостоять скольжению, искробезопасность и легкость.

Таким листам присущ оригинальный внешний вид:

• Матовая поверхность с высокой шероховатостью;
• Выпуклый рисунок в виде насечек, располагающихся под углом друг к другу.

В зависимости от их числа производят несколько разновидностей таких листов, каждый из которых имеет свое название:

• насечка — «Даймонд», переводится как алмаз;
• «Дуэт»
• «Квинтет».

Сфера их применения довольно обширна: в качестве противоскользящих покрытий, в пищевой промышленности, при тюнинге авто, в архитектуре и т.д. Также следует упомянуть зеркальные алюминиевые листы, которые используются при изготовлении солнечных батарей, различных бытовых приборов, жалюзи и т.д. Нельзя не сказать и о таком оригинальном кровельном материале, как профилированный алюминиевый лист, который может иметь профиль в виде овала либо трапеции.

www.technoflax.com