Алюміній
Алюмі́ній (Al) (рос. алюминий, англ. aluminium, нім. Aluminium) — хімічний елемент III групи періодичної системи, його атомний номер 13, відносна атомна маса 26,9815. В природі існує єдиний стабільний ізотоп 27Al. Третій за вмістом елемент (і найпоширеніший метал) земної кори (після кисню і кремнію), що становить приблизно 8% від її маси.[1]
Зміст |
Історія [ред.]
Назва алюміній походить від слова alumen (галун), яке в свою чергу виникло за Ісідором (VII ст. до н. е.), в зв'язку з застосуванням цієї речовини в якості протрави для фарбування: «Alumen vocatur a lumin e, quod lumen coloribus praestat tingendis»[2]. Пліній описує галуни і їх затосування і знаходить згадку про них ще в Геродота (V ст. до н. е.) під назвою σττπτηρία. Однак в той час галуни (тобто KAl(SO4)2·12H2O) не відрізняли від сполук, діючих аналогічно їм, наприклад залізного купоросу. В чистому вигляді галуни були отримані, очевидно, алхіміками. Земля, яка була в основі галунів, тобто оксид алюмінію, була вперше отримана в 1754 році Маргграфом, і пізніше отримала назву глинозем.
Гемфрі Деві в 1808 році визначив існування металу основи галунів, і назвав його алюміум, а пізніше алюмінум. Протягом 1808–1810 років він намагався електролітично виділити цей метал з глинозему, проте це йому не вдалось.
Вперше отримати металічний алюміній вдалося датському фізику Гансу Крістіану Ерстеду в 1825 році, термічним відновленням безводного хлориду алюмінію амальгамою калію.
Цей спосіб був вдосконалений Фрідріхом Велером, який замість амальгами застосував чистий калій в 1827 році. Веллеру також належить перший приблизно точний опис властивостей металу.
У 1854 році Анрі Сент-Клер Девіль вдосконалив метод Веллера і налагодив промислове виробництво алюмінію. Девіль в процесі отримання алюмінію замінив калій дешевшим натрієм, а також хлорид алюмінію сумішшю AlCl3 з NaCl, за рахунок чого компоненти суміші знаходились в розплавленому стані. Досліди на заводі Жавеля завершились успішно і 18 липня 1855 року були отримані перші злитки металу масою 6-8 кг, які і були показані на Всесвітній виставці в Парижі.[3] В той час алюміній був настільки дорогим, що на виставці він був виставлений поряд з скарбами з державної казни, а імператор Наполеон III використовував посуд з алюмінію на державних прийомах.
У 1865 році російський вчений Микола Бекетов застосував реакцію взаємодії між кріолітом і магнієм для отримання алюмінію. Його спосіб мало чим відрізнявся від способа Девілля, але був простішим. В німецькому місті Гмелінгемі в 1885 році був збудований завод, який працював за методом Бекетова, де за п'ять років було отримано 58 т алюмінію — більше 1/4 всього світового виробництва алюмінію протягом 1854–1890 років[4].
Добування алюмінію хімічним способом не могло забезпечити промисловість дешевим металом, тому дослідникам довелось шукати інших способів виробництва алюмінію.
Ще в 1854 році Бунзену вдалось отримати алюміній електролітичним шляхом, а саме електролізом подвійного хлориду натрію і алюмінію.
В 1886 році Пауль Еру в Франції і Чарльз Холл в США майже одночасно, незалежно один від одного запропонували добувати алюміній електролізом глинозему, розплавленного в кріоліті, чим започаткували сучасний спосіб добування алюмінію. Світове виробництво алюмінію швидко росло і в 1893 році перевищило 1 тис. тон в рік. Подальші зміни цін на нього показано в таблиці.
| 1852 | 1854 | 1855 | 1856 | 1857 | 1858 | 1886 | 1888 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1200 | 600 | 250 | 75 | 60 | 25 | 17 | 11,5 |
| 1890 | 1895 | 1900 | 1950 | 1965 | 1980 | 1989 | |
| 5,0 | 1,15 | 0,73 | 0,40 | 0,54 | 1,53 | 1,94 |
У Росії перші 8 кг алюмінію були отримані 27 березня 1929 р. у Ленінграді на заводі «Червоний виборець». У 1932 р. вступив до ладу перший у СРСР Волховський алюмінієвий завод, а на наступний рік — Дніпровський у Запорожжі (перший алюмінієвий завод в Україні)[5].
Поширення в природі [ред.]
- Детальніше у статтях Ресурси і запаси алюмінію та Алюмінієві руди
Алюміній за розповсюдженням у земній корі займає третє місце. Його вміст в літосфері згідно з А. П. Виноградовим 8,05%. Глобальні запаси алюмінію на Землі (в межах ноосфери) становлять 1,2·109 т (2000 р.), термін їх вичерпання за прогнозами Римського клубу — 55 років.
В природі зустрічається винятково у вигляді сполук, входить до складу 270 мінералів. Найбільш розповсюдженими з них є подвійні силікати (польові шпати, слюди та ін.) і продукти їх вивітрювання — глини. З подвійних силікатів найважливіші: калієвий польовий шпат або ортоклаз K[AlSi3O8], натрієвий польовий шпат або альбіт Na[AlSi3O8], кальцієвий польовий шпат або анортит Ca[Al2Si2O8], плагіоклаз (ізоморфні суміші кальцієвого і натрієвого польового шпату: олігоклаз, андезин, лабрадорит); слюди: біотит, мусковіт, цінвальдит і лепідоліт. Близькі до польових шпатів нефелін Na[AlSiO4] і лейцит K[AlSi2O6]. Відомі подвійні силікати кальцію і алюмінію — цоїзит, епідот і везувіан, подвійний силікат магнію і алюмінію — кордієрит. Силікат алюмінію Al2SiO5 зустрічається у вигляді мінералів: кіаніту, силіманіту і андалузиту. З алюмосилікатів, що містять флуор можна відмітити топаз Al2(OH, F)2[SiO4].
Оксид алюмінію зустрічається у вигляді корунду і наждаку. Найважливіше джерело добування алюмінію — боксит — складається з мінералів беміту і діаспору AlOOH і гідраргіліту (гібситу) Al(OH)3 (найбільші родовища в Австралії, Бразилії, Гвінеї, Ямайці). Важливим мінералом алюмінію є також кріоліт Na3AlF6.
Ізотопи [ред.]
- Докладніше у статті Ізотопи алюмінію
| Ізотоп | Період напіврозпаду | Частинки, що поглинається |
Тип розпаду | Енергія випромінювання, еВ |
Деякі р-ії утворення |
|---|---|---|---|---|---|
| 23Al | 0,13 с | — | — | — | - |
| 24Al | 2,07 с | Нейтрон | β+ γ |
~8,5 1,38-7,1 |
Mg24 (p, n) |
| 25Al | 7,5 с | Нейтрон | β+ | 3,2 | Mg25 (p, n) |
| 26mAl | 7,0 с | Нейтрон | β+ | 3,2 | Mg25 (d, n) |
| 26Al | 106 років | Нейтрон | захоплення ел. β γ |
- 1,16 1,83, 1,14 |
Mg25 (d, n) Mg26 (p, n) Al27 (n, 2n) |
| 27Al | стабільний | — | — | — | - |
| 28Al | 144 с | 2 протона 1 протон |
β- γ |
2,86 1,78, 1,27 |
Al27 (n, γ) Al27 (n, γ) |
| 29Al | 396 с | Протон Протон |
β- γ |
2,5, 1,4 1,28, 2,43 |
Al (α, 2p) Mg(α, p) |
Фізичні властивості [ред.]
Алюміній — сріблясто-білий легкий метал, добрий провідник тепла і електрики, пластичний, легко піддається механічній обробці.
- Кристалічна структура і атомний радіус
Алюміній має кубічну гранецентровану кристалічну ґратку (просторова група Fm3m). Найближча відстань між двома атомами становить 2,863Å. Прийнятий період кристалічної ґратки алюмінію a = 4,0414 Å при кімнатній температурі[6]. Кристалічна ґратка стабільна при температурах від 4К і до температури плавлення 933К. Параметр ґратки дуже слабо змінюється від наявності домішок.
Атомний радіус алюмінію визначений як половина між найближчими атомами-сусідами в кристалічній структурі і рівний 1,43Å. В кристалічній структурі алюмінію металічний зв'язок.
- Густина
Теоретична густина алюмінію обрахована за параметрами його кристалічної гратки становить 2,69872 г/см³. Експериментальні дані густини для полікристалічного алюмінію 99,996% чистоти становлять 2,6989 (при 20 °C) г/см³, а для монокристалів — на 0,34% вище.
Так, густина розплавленого алюмінію чистотою 99,996% на 6,6% менше, ніж у твердого металу, і при температурі 973 К становить 2357 кг/м³ і майже лінійно знижується до 2304 кг/м³ при температурі 1173 К.
- Термічне розширення
Коефіцієнт термічного розширення α відпаленого алюмінію чистотою 99,99% при температурі 293 К становить 23·10−6 і практично лінійно зростає до 37,3·10−6 К−1 при температурі 900 К.
- Теплопровідність
Теплопровідність повністю відпаленого алюмінію в твердому стані знижується з ростом температури від 2,37 (298 К) до 2,08 Вт·см−1·К−1 (933,5 К) і при температурах вище 100 К вона малочутлива до чистоти металу.
При нагріванні алюмінію і переході його з твердого стану в рідкий у нього різко зменшується теплопровідність: з 2,08 до 0,907 Вт·см−1·К−1, а далі з ростом температури вона збільшується і при температурі 1000 °C складає вже 1,01 Вт·см−1·К−1.
- Електропровідність
Питомий опір алюмінію високої чистоти (99,99%) при температурі 20 °C становить 2,6548·10−8. Провідність алюмінію сильно залежить від його чистоти, причому вплив різних домішок залежить не тільки від концентрації цієї домішки, а й від того чи вона знаходиться в твердому розчині чи поза ним. Найбільш сильно підвищують опір алюмінію домішки хрому, літію, мангану, магнію, титану і ванадію. Питомий опір ρ (мкОм·м) відпаленого алюмінієвого дротика в залежності від вмісту домішок (%) можна приблизно визначити за наступною формулою:
При температурі 1,175 ± 0,001 К алюміній переходить в надпровідний стан.
Питомий опір алюмінію при переході з твердого стану в рідкий стрибком зростає з 11 до 24 МкОм·см.
- Плавлення і кристалізація
Температура плавлення алюмінію дуже чутлива до чистоти металу і для високочистого алюмінію (99,996%) становить 933,4 К (660,3 °C), а температура початку кристалізації алюмінію за Міжнародною шкалою температур (1968 р.) вважається рівною 660,37 °C і використовується протягом десятків років для калібрування термопар. Підвищення зовнішнього тиску збільшує температуру плавлення алюмінію, і вона досягає 700 °C при тиску близько 100 МПа.
Температура кипіння алюмінію становить приблизно 2452 °C, прихована теплота плавлення чистого алюмінію — 397 Дж·г−1, а прихована теплота випаровування 9462Дж·г−1.
Питома теплоємність Ср алюмінію при 0 °C становить 0,90 Дж·г−1·К−1, зі збільшенням температури воні зростає і визначається рівнянням:
де С0 — теплоємість при температурі 0 °C; b = 2,96·10−3; T — температура, К.
- Поверхневий натяг
Поверхневий натяг σ має максимальне значення при температурі плавлення і з ростом температури він знижується:
де σ — поверхневий натяг, Н/м; t — температура, °C; tп — температура плавлення алюмінію, °C.
- В'язкість
В'язкість алюмінію при температурі плавлення становить 0,012 Па·с і збільшується при наявності навіть невеликого вмісту твердих включень, наприклад, оксиду алюмінію і нерозчинних домішок. З ростом температури в'язкість знижується. Легуючі добавки Ti, Fe, Cu збільшують, а Si і Mg знижують в'язкість сплаву.
- Термодинамічні властивості
Основні термодинамічні властивості алюмінію в рідкому і твердому станах наведені в таблиці (температура в Кельвінах, теплоємність, ентропія і ентальпія в Дж·моль−1·К−1).
| Температура T | Теплоємність Cp | Ентропія S | Ентальпія H-H298 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0,000 | 0,000 | -4,580 |
| 200 | 21,59 | 19,14 | -2,290 |
| 400 | 25,64 | 35,68 | 2,550 |
| 600 | 28,12 | 46,53 | 7,920 |
| 800 | 30,64 | 54,96 | 13,790 |
| 1000 | 29,31 | 73,29 | 30,620 |
| 1200 | 29,31 | 78,64 | 36,480 |
| 1400 | 29,31 | 83,15 | 42,340 |
' Алюміній належить до головної підгрупи третьої групи періодичної системи елементів, його порядковий номер — 13. Електронна конфігурація алюмінію — 1s22s22p63s23p1. На зовнішньому енергетичному рівні знаходиться три валентних електрони, тому в хімічних сполуках алюміній зазвичай трьохвалентий. Менш характерні ступені окиснення +1 і +2, можливі тільки вище 800 °C в газовій фазі. Енергія іонізації алюмінію Al0 → Al+ → Al2+ → Al3+ відповідно дорівнює 5,984, 18,828, 28,44 еВ.
Спорідненість до електрона 0,5 еВ. Електронегативність за Полінгом 1,61, атомний радіус 0,143 нм, йонний радіус Al3+ (в дужках вказанні координаційні числа) 0,053 нм (4), 0,062 нм (5), 0,067 нм (6).
Алюміній — хімічно активний елемент. У електрохімічному ряді напруг він стоїть поруч з лужними і лужноземельними елементами. Його стандартний електродний потенціал рівний −1,67 В.
При звичайних умовах алюміній легко взаємодіє з киснем повітря і вкривається тонкою (2·10−5 см), але міцною оксидною плівкою Al2О3 (пасивація), яка захищає його від дальшого окислення, обумовлюючи цим високу корозійну стійкість, надає йому матового вигляду і сіруватого кольору. Однак при вмісті в алюмінію чи навколишньому середовищі ртуті, натрію, магнію, кальцію, силіцію, міді і деяких інших елементів міцність оксидної плівки і її захисні властивості різко знижуються.
При 25 °C алюміній реагує з хлором, бромом, йодом утворюючи відповідно хлорид алюмінію AlCl3, бромід алюмінію AlBr3, йодид алюмінію AlI3, при 600 °C — з фтором утворюючи фторид алюмінію AlF3.
Порошкоподібний алюміній при температурі вище 800 °C утворює з азотом нітрид алюмінію. При взаємодії атомарного водню з парами алюмінію при −196 °C утворюється гідрид (AlH)x (x=1, 2). Вище 200 °C алюміній реагує з сіркою даючи сульфід Al2S3. З фосфором при 500 °C утворює фосфід AlP. При взаємодії розплавленого алюмінію з бором утворюються бориди AlB2, AlB12. При 1200 °C алюміній реагує з вуглецем утворюючи карбід алюмінію Al4C3. В присутності розплавлених солей (кріоліт та ін.) ця реакція протікає при меншій температурі — 1000 °C
Вище 800 °C можуть утворюватись сполуки одновалентного алюмінію, наприклад
З рядом металів і неметалів алюміній утворює сплави, в яких містяться інтерметалічні сполуки — алюмініди, зазвичай досить тугоплавкі і володіють високою твердістю і жаростійкістю.
Завдяки утворенню оксидної плівки алюміній досить стійкий не тільки у відношенні повітря, а й води. З водою алюміній не взаємодіє навіть при нагріванні. Але коли оксидну плівку зруйнувати, алюміній енергійно взаємодіє з водою, витісняючи водень:
Алюміній має амфотерні властивості, він реагує з кислотами і лугами.
Він легко взаємодіє з розбавленими азотною і сульфатною кислотами:
Дуже розбавлені, а також дуже міцні HNO3 і H2SO4 на алюміній майже не діють. У відношенні до ортофосфатної і оцтової кислот алюміній стійкий. Чистий метал також стійкий до хлоридної кислоти, але звичайний технічний в ній розчиняється.
У розчинах сильних лугів (NaOH, KOH) алюміній розчиняється з виділенням водню і утворенням алюмінатів:
![\mathrm{2\ Al + 2\ NaOH + 6\ H_2O \rightarrow 2\ Na[Al(OH)_4] + 3\ H_2\uparrow}](http://upload.wikimedia.org/math/2/e/0/2e0fea5f827ce7fd0d5306b96090913f.png)
Досить енергійно він роз'їдається також розчином NH4OH.
Механічні властивості [ред.]
Механічні властивості алюмінію в значній мірі залежать від кількості домішок в ньому, його попередньої механічної обробки і температури. З збільшенням вмісту домішок міцнісні властивості алюмінію зростають, а пластичність зменшується, причому ці властивості проявляються навіть при невеликій зміні чистоти алюмінію від 99,5 до 99,00%. При охолодженні нижче 120 К міцнісні властивості алюмінію на відміну від більшості металів зростають, а пластичні не змінюються.
Основні механічні властивості алюмінію характеризуються такими показниками:
- модуль пружності (Юнга) E — відношення прикладеного зусилля до лінійної деформації в межах пружньої ділянки розтягу. Для алюмінію чистотою 99,25% при кімнатній температурі він дорівнює 710 МН/м², а для алюмінію чистотою 99,98% тільки 670 МН/м²;
- стискуваність алюмінію характеризується зміною об'єму при високому тиску (V) до об'єму при нормальному тиску (V0). Данні V/V0 для алюмінію чистотою 99,999% наведені нижче:
| Тиск, ·102 МПа | Об'ємний стиск V/V0 | Тиск, ·102 МПа | Об'ємний стиск V/V0 |
|---|---|---|---|
| 5 | 0,9937 | 30 | 0,9650 |
| 10 | 0,9876 | 35 | 0,9597 |
| 15 | 0,9817 | 40 | 0,9546 |
| 20 | 0,9760 | 45 | 0,9497 |
| 25 | 0,9704 |
- твердість за Брінелем для відпаленого алюмінію становить 170 МПа, для холоднокатаного — 270 МПа;
- межа розтягу σр для відпаленого алюмінію становить 50 МПа, для холоднокатаного — 115 МПа;
- границя міцності σм — напруження, відповідне найбільшому навантаженню перед руйнуванням, при кімнатній температурі для алюмінію чистотою 99,99% становить 4,5; 99,8% — 6,3; 99,7% — 6,7; 99,6% — 0,7 МН/м²;
- відносне видовження характеризує пластичність алюмінію і при кімнатній температурі для відпаленого алюмінію чистотою 99,5% становить 45%, а при чистоті алюмінію 99,99% — 61%, збільшуючись при температурі 427 °C до 131%. Для холоднокатаного алюмінію відносне видовження становить 5,5% при кімнатній температурі.
Отримання [ред.]
Алюміній отримують електролізом розчину глинозему (техн. Al2O3) в розплавленому кріоліті Na3[AlF6] при 950–960 °C. Склад електроліту 75-90% за масою Na3[AlF6], 5-12% AlF3, 2-10% CaF2, 1-10% Al2O3, молярне відношення NaF/AlF3 = 2,20-2,85 .
Промисловий комплекс з отримання алюмінію включає виробництво глинозему з алюмінієвих руд, кріоліту та інших фторидів, вуглецевих анодних і футеровочних матеріалів і власне електролітичне отримання алюмінію.
Електроліз проводять в апаратах катодом в яких служить дно ванни, анодом — попередньо обпалені вугільні блоки або самообпалюючі електроди, поміщені в розплавлений електроліт. У розплаві відбуваються такі реакції:
Розплавлений алюміній при температурі електролізу важчий, ніж електроліт, тому накопичується на дні ванни. На аноді виділяється O2, який взаємодіє з вуглецем анода, який вигорає, утворюючи СО та СО2.
Густина струму на аноді 0,7-0,9 А/см², на катоді — 0,4-0,5 А/см², для різних типів електролізерів сила струму становить 100–250 кА, робоча напруга 4,2-4,5 В.
Для отримання 1 т чорнового алюмінію витрачається 14500-17500 кВт·год електроенергії, 1925–1930 кг глинозему, 500–600 кг анодного матеріалу, 50-70 кг фтористих солей. Добова продуктивність однієї ванни середньої потужності — від 550 до 1200 кг алюмінію. Алюміній відбирають з електролізера один раз на 1-2 доби.
Алюміній високої чистоти (не більше 0,05% домішок) отримують електролітичним рафінуванням чорнового алюмінію, який містить до 1% домішок. В якості електроліту найчастіше використовують розплав Na3[AlF6], BaCl2 (до 60%) NaCl (до 4%). Для отримання алюмінію особливої чистоти (не більше 0,001% домішок) застосовують зонну плавку.
Алюміній розливають в злитки, які потім переробляють в листи, фольгу, профілі, дріт. Він добре зварюється, піддається куванню, штампуванню, прокатці, волочінню і пресуванню, а також обробляється методами порошкової металургії.
Застосування [ред.]
Завдяки таким властивостям, як мала густина, висока тепло- і електропровідність, висока пластичність і корозійна стійкість, достатньо високі міцністні властивості (особливо в сплавах) і багатьом іншим цінним якостям, алюміній отримав винятково широке розповсюдження в різноманітних галузях сучасної техніки і відіграє найважливішу роль серед кольорових металів. Його широкому розповсюдженню сприяє найнижча вартість серед всіх кольорових металів
Чистий алюміній застосовується у виробництві фольги, яка широко використовується для виробництва електролітичних конденсаторів і пакувальних матеріалів для харчових продуктів. Завдяки дешевизні і високій провідності, меншій густині алюміній майже повністю витіснив мідь з виробництва провідникової продукції (дроти, кабелі, шинопроводи та ін.) Також алюміній застосовують у виготовленні корпусів і охолоджувачів діодів, спеціальної хімічної апаратури.
Покриття з алюмінію наносять на стальні вироби для підвищення їх корозійної стійкості. Способи нанесення: розпилення (для захисту стальних виробів, що експлуатуються в приморських зонах, на хімічних підприємствах); занурення в розплав (для отримання алюмінованих стальних стрічок); плакіювання прокатуванням (біметалічні стрічки); вакуумне напилення (для алюмінування стрічок зі сталі, тканин, паперу і пластмас, інструментальних дзеркал); електрохімічний спосіб (для отримання матеріалів і виробів з захисно-декоративними властивостями).
Алюміній в електротехніці [ред.]
Одним з найважливіших споживачів алюмінію є електротехнічна промисловість.
Основна кількість провідникової продукції — голі, обмоткові і ізольовані проводи, кабелі в одно- і багатожилковому виконанні виробляють за двохстадійною технологією: спочатку на алюмінієвих заводах з рідкого сплаву отримують заготовку діаметром 9-10 мм, а потім на кабельних заводах волочінням її доводять до потрібного діаметру.
Електрична провідність відпаленого алюмінію чистотою 99,6% становить 62% провідності відпаленої міді, межа міцності рівна 0,84-2,04 МН/м² в залежності від ступеня відпалення. При потребі вищих міцністних характеристик використовують сплави з підвищеним вмістом легуючих елементів. Для високовольтних ліній електропередачі використовують алюмінієві проводи, зміцнені стальним дротом чи з стальним сердечником.
Шинопроводи виробляють з різноманітних алюмінієвих сплавів чи з алюмінію марки АЕ. Перерізи шин сягають великих розмірів — їх ширина і товщина рівні відповідно 800 і 450 мм, а їх вартість складає лиш третину від вартості еквівалентних мідних шин.
Алюміній у вигляді фольги товщиною 0,00635 мм використовують в сильнострумних статичних конденсаторах для покращення коефіцієнта потужності, а також для телефонних кабелів, радіаторів для охолодження великих напівпровідникових випрямиників та в багатьох інших виробах.
Алюміній в транспорті [ред.]
Використовується в автомобілебудуванні
Алюміній в пакуванні [ред.]
Алюмінієва фольга широко використовується для пакування:
- харчових продуктів: молочні продукти (йогурт, плавлений сир, масло), солодощі (плитки шоколаду, морозиво, жувальна гумка), кава, чай, дитяче харчування, сухі продукти (супи, картопляне пюре)
- напоїв: пиво, безалкогольні напої, соки, молоко
- готових страв
- корму для тварин
- тютюну
- фармацевтики: таблетки, мазі, трансдермальні терапевтичні системи
- косметики: туби зубних паст, вологі серветки, шампуні
- промислових товарів: клеї, чорнила картриджів, хімікати
Сплави алюмінію [ред.]
- Докладніше у статті Алюмінієві сплави
Головне застосування алюмінію — виробництво сплавів на його основі. Алюміній — основа легких сплавів. Легуючі добавки (мідь, кремній, магній, цинк, манган) вводять в алюміній головним чином для підвищення його міцності. Широко розповсюджені дуралюміни, які містять мідь та магній, силуміни, в яких основними добавками є кремній, магналій (сплав алюмінію з 9,5-11,5% магнію). Головними перевагами всіх сплавів алюмінію є їх мала густина (2,5-2,8 г/см³), висока міцність (в перерахунку на одиницю ваги), задовільна стійкість проти атмосферної корозії, порівняно мала вартість та легкість отримання та обробки. Алюмінієві сплави використовують в ракетній техніці, в авіа-, авто-, судно- та приладобудуванні та в багатьох інших галузях промисловості. Раніше використовували для виробництва посуду. За частотою використання сплави алюмінію займають друге місце після сталі та чавуна.
Порошки алюмінію [ред.]
Велике практичне значення мають алюмінієві порошки і частинки. Розмір частинок становить від 0,015 до 17000 мкм, а розмір порошків — від 1 до 1000 мкм. Форма може бути сферичною, в вигляді тонких лусочок і частинок неправильної форми.
Порошки виробляються за різними технологіями і відрізняються розмірами і фізико-хімічними властивостями. Отримують порошки розпиленням в струмені повітря чи води, методом відцентрового лиття, гранулюванням через вібруюче сито з наступним охолодженням водою, розмолом в мельницях, охолодженням алюмінію з газової фази та ін.
Алюмінієві порошки використовуються в металургії в якості легуючих добавок, в алюмотермії (для термітного зварювання та відновлення сполук Cr, Mn, W, Ca). Порошки застосовуються в хімічній промисловості для синтезу алюмоорганічних сполук і в якості каталізатора, а також для отримання ряду сполук алюмінію.
Алюмінієві порошки застосовують як компонент вибухових речовин, піротехнічних сумішей і твердого ракетного палива. Внаслідок реакції окиснення алюмінію виділяється велика кількість енергії, тому летучі речовини, які входять до складу ВР чи палива нагріваються до високої температури.
Алюмінієва пудра і паста використовуються як пігменти лакофарбових матеріалів. Пудра також застосовується як газоутворювач в виробництві ячеїстих бетонів.
Також з алюмінієвих порошків виготовляють різноманітні деталі методами порошкової металургії. Це дозволяє знизити відходи металу до мінімуму, а також деталі зі спечених порошків мають унікальні характеристики і в ряді випадків заміняють такі метали як титан і високоміцні марки сталі.
Біологічна роль [ред.]
Алюміній входить до складу тканин тварин і рослин; в органах ссавців виявлено від 10−3 до 10−5% алюмінію (на сиру речовину). Алюміній накопичується в печінці, підшлунковій і щитовидній залозах. В рослинних продуктах вміст алюмінію коливається від 4 мг на 1 кг сухої речовини (картопля) до 46 мг (жовта ріпа), в продуктах тваринного походження — від 4 мг (мед) до 72 мг на 1 кг сухої речовини (яловичина). В денному раціоні людини вміст алюмінію досягає 35-40 мг. Відомі організми — концентратори алюмінію, наприклад плауни (Lycopodiaceae), які містять в золі до 5,3% алюмінію, молюски (Helix и Lithorina), в золі яких 0,2-0,8% Алюмінію.
Утворюючи нерозчинні сполуки з фосфатами, алюміній порушує живлення рослин (поглинання фосфатів коренями) і тварин (всмоктування фосфатів в кишечнику).
Посилання [ред.]
- ↑ Bassam Z. Shakhashiri. «Chemical of the Week: Aluminum». Science is Fun. Процитовано 2009-07-21.
- ↑ Ludwig Darmstaedter; René Du Bois-Reymond, D. Carl Schaefer (1908). Handbuch zur geschichte der naturwissenschaften und der technik: In chronologischer darstellung (нім.) (вид. 2). J. Springer. с. 43.
- ↑ Сент-Клер-Девиль в энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона
- ↑ Колодин Э. А.; Свердлин В. А., Свобода Р. В. (1980). Производство обожженных анодов алюминиевых электролизеров (рос.). Москва: Металлургия. с. 84.
- ↑ Кравчук П. А. Рекорды природы. – Любешов: Эрудит, 1993, 216 с.: ил. ISBN 5-7707-2044-1
- ↑ George E. Totten, D. Scott Mackenzie (2003). Handbook of Aluminum: Physical metallurgy and processes (англ.). CRC Press. с. 38. ISBN 0824704940, 9780824704940 Перевірте значення
|isbn=(довідка).
Джерела [ред.]
- Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
- Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
|
|||||
