Алюміній

Алюміній (Al)
Атомний номер	13
Зовнішній вигляд простої речовини	м'який, легкий, сріблясто-білий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	26,981539 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	143 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	577,2(5,98) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Ne] 3s2 3p1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	118 пм
Радіус іона	51 (+3e) пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,61
Електродний потенціал	-1,66 в
Ступені окиснення	3
Термодинамічні властивості
Густина	2,6989 г/см³
Молярна теплоємність	0,900 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	237 Вт/(м·К)
Температура плавлення	933,5 К
Теплота плавлення	10,75 кДж/моль
Температура кипіння	2740 К
Теплота випаровування	284,1 кДж/моль
Молярний об'єм	10,0 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	кубічна гранецентрована
Період ґратки	4,050 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	394 К
Інші властовості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Алюміній у Вікісховищі

Алюмі́ній, глине́ць — хімічний елемент 3 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.

Історія

Статуя Антероса на площі Піккаділлі в Лондоні, виготовлена в 1893 і є однією з перших статуй відлитих з алюмінію

Назва алюміній походить від слова alumen (галун), яке в свою чергу виникло за Ісидором (VII ст. н. е.), у зв'язку з застосуванням цієї речовини як протрави для фарбування: «Alumen vocatur a lumin e, quod lumen coloribus praestat tingendis». Пліній описує галуни і їх застосування 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 з аналогічною дією, 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 данському 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 й 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 зливки металу масою 6-8 кг, які були показані на Всесвітній виставці в Парижі. 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 способу 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.

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 Гол в США майже одночасно, незалежно один від одного запропонували добувати алюміній електролізом глинозему, розплавленого в кріоліті, чим започаткували сучасний спосіб добування алюмінію. Світове виробництво алюмінію швидко росло і в 1893 році перевищило 1 тис. тонн в рік. Подальші зміни цін на нього показано в таблиці.

Ціни на металевий алюміній
(в доларах за кг)

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 Запоріжжі (перший алюмінієвий завод в Україні).

Поширення в природі

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, цинвальдит 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 видобування 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

Деякі ізотопи алюмінію

Ізотоп	Період напіврозпаду	Частинки, що поглинаються	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 протони 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

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. 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 ґратки 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 становить 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:

ρ = 0,0264 + 0,007Si + 0,0007Fe + 0,04(Ti + V + Cr +Mn)

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 Шкалою температур Кельвіна (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 С_р алюмінію при 0 °C становить 0,90 Дж·г⁻¹·К⁻¹, зі збільшенням температури вона зростає і визначається рівнянням:

С_р = С₀ + bT,

де С₀ — теплоємність 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:

σ = 868 — 0,152(t — t_п),

де σ — поверхневий натяг, Н/м; t — температура, °C; t_п — 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).

Термодинамічні характеристики алюмінію

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 трьохвалентний. 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⁺ (у дужках вказані 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 подальшого 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

$\mathrm {Al_{2}X_{3}+4\ Al\rightarrow 3\ Al_{2}X\;\;(X\in \{O,S,Se\})}$

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:

$\mathrm {2\ Al+6\ H_{2}O\rightarrow 2\ Al(OH)_{3}+3\ H_{2}\uparrow \;}$

Алюміній має амфотерні властивості, він реагує з кислотами і лугами.

Він легко взаємодіє з розбавленими азотною і сульфатною кислотами:

$\mathrm {2\ Al+6\ HNO_{3}\rightarrow Al(NO_{3})_{3}+3\ NO_{2}\uparrow +3H_{2}O}$

$\mathrm {2\ Al+3\ H_{2}SO_{4}\rightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3}+3\ H_{2}\uparrow }$

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:

$\mathrm {2\ Al+2\ NaOH+6\ H_{2}O\rightarrow 2\ Na[Al(OH)_{4}]+3\ H_{2}\uparrow }$

Досить енергійно він роз'їдається також розчином NH₄OH.

Механічні властивості

Механічні властивості алюмінію значною мірою 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 докладеного зусилля до лінійної деформації в межах пружної 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). Дані 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 σ_р для відпаленого алюмінію становить 50 МПа, для холоднокатаного — 115 МПа;
• границя міцності σ_м — 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

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 футерувальних 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:

Na₃[AlF₆] → 3Na⁺ + 2F⁻ + AlF⁻
₄ AlF⁻
₄ → F⁻ + AlF₃ AlF₃ → F⁻ + AlF⁺
₂ AlF⁺
₂ → F⁻ + AlF²⁺ AlF²⁺ → F⁻ + Al³⁺ Al₂O₃ → AlO⁺ + AlO⁻
₂,      AlO⁻
₂ → Al³⁺ + 2O²⁻ AlO⁺ → Al³⁺ + O²⁻,      Al³⁺ + 3e → Al 2O²⁻ — 4e → O₂

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. Як електроліт найчастіше використовують розплав Na₃[AlF₆], BaCl₂ (до 60 %) NaCl (до 4 %). Для отримання алюмінію особливої чистоти (не більше 0,001 % домішок) застосовують зонне плавлення.

Алюміній розливають в зливки, 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

Завдяки таким властивостям, як мала густина, висока тепло- і електропровідність, висока пластичність і корозійна стійкість, достатньо високі міцнісні властивості (особливо в сплавах) і багатьом іншим цінним властивостям, 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.

Важливою особливістю застосування алюмінію в техніці є те, що він досить складно піддається пайці та лудінню. Хімічно стійка оксидна плівка, утворювана на його поверхні, важко видаляється за допомогою звичайних флюсів. З огляду на це, починаючи з кінця 1930-х років, ведеться пошук нових методів паяння, спеціально призначених для алюмінію та його сплавів, одним з яких є ультразвукове паяння із застосуванням м'яких припоїв.

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 сталеві вироби для підвищення їх корозійної стійкості. Способи нанесення: розпилення (для захисту сталевих виробів, що експлуатуються в приморських зонах, на хімічних підприємствах); занурення в розплав (для отримання алюмінованих сталевих 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

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 діаметра.

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 міцнісних характеристик використовують сплави з підвищеним вмістом легуючих елементів. Для високовольтних ліній електропередачі використовують алюмінієві проводи, зміцнені сталевим дротом чи з сталевим 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 становить 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 випростувачів та в багатьох інших виробах.

Алюміній в транспорті

Використовується в автомобілебудуванні та авіабудуванні.

Алюміній в пакуванні

Алюмінієва фольга широко використовується для пакування:

• харчових продуктів: молочні продукти (йогурт, плавлений сир, масло), солодощі (плитки шоколаду, морозиво), кава, чай, дитяче харчування, сухі продукти (супи, картопляне пюре)
• напоїв: безалкогольні напої, соки, молоко
• готових страв
• корму для тварин
• фармацевтики: таблетки, мазі, трансдермальні терапевтичні системи
• косметики: туби зубних паст, вологі серветки
• промислових товарів: клеї, чорнила картриджів, хімікати

Сплави алюмінію

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, магналії (сплав алюмінію з магнієм). 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

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 у мельницях, охолодженням алюмінію з газової фази та ін.

Алюмінієві порошки використовуються в металургії як легуючі добавки, в алюмотермії (для термітного зварювання та відновлення сполук Cr, Mn, W, Ca). Порошки застосовуються в хімічній промисловості для синтезу алюмоорганічних сполук і як каталізатор, 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 чарункуватих 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

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 щитотоподібній 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).

Джерела

• Алюміній / Фармацевтична енциклопедія
• Алюміній / УРЕ
• Алюміній та сплави на його основі: Навч. посіб. / В. З. Куцова, H.E.Погребна, Т. С. Хохлова та ін. ; Учбово-наук. комплекс «Нац. металург. акад. України — Держ. ін-т підготов. та перепідготов. кадрів пром-сті». — Д. : Пороги, 2004. — 135 с. : іл., табл. — Бібліогр.: с. 134—135. — ISBN 9665254871
• Алюміній як контамінант харчових продуктів / Б. П. Кузьмінов, Т. С. Зазуляк, Агіар Даніель А. М. де, Р. В. Харчук // Проблеми харчування. — 2013. — № 1. — С. 65-68. — Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Pkh_2013_1_13^{[недоступне посилання з жовтня 2019]}
• U.S. Geological Survey, 2020, Mineral commodity summaries 2020: U.S. Geological Survey, 200 p., https://doi.org/10.3133/mcs2020.
• Безпека використання алюмінієвого посуду під час приготування харчових продуктів / О. С. Глух, О. І. Симканич, А. М. Бескід, Д. І. Молнар // Науковий вісник Ужгородського університету. Серія: Хімія. — 2016. — Вип. 1. — С. 84-86. — Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Nvuuchem_2016_1_19^{[недоступне посилання з жовтня 2019]}
• 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 : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• Цветные металлы: алюминий, медь, титан / В. А. Гнатуш … [и др.] ; под общ. ред. В. А. Гнатуша. — Киев: Внешторгиздат: Держзовнишинформ, 2007. — 386 с. : ил. — (Справочник бизнесмена). — ISBN 9668274105.

Посилання

• Токсикологічний профіль алюмінію / U.S. Department of Health and Human Services