Методы и формы популяризации культурного наследия. Культурная дипломатия. Новый сезон - новые впечатления
Содержание статьи
АЛЮМИНИЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ. В 1854 А.Девиль изобрел первый практический способ промышленного производства алюминия. Рост производства был особенно быстрым во время и после Второй мировой войны. Производство первичного алюминия (без учета производства Советского Союза) составляло только 620 тыс. т в 1939, но возросло до1,9 млн. т в 1943. К 1956 во всем мире производилось 3,4 млн. т первичного алюминия; в 1965 мировое производство алюминия составило 5,4 млн. т, в 1980 – 16,1 млн. т, в 1990 – 18 млн. т.
Производство алюминия включает три основные стадии: добыча и обогащение руды; получение из руды чистой окиси алюминия (глинозема); восстановление алюминия из окиси путем электролиза.
Добыча и обогащение руды.
Основная алюминиевая руда – бокситы – добывается главным образом в карьерах; крупнейшими производителями бокситов являются Австралия, Гвинея, Ямайка и Бразилия. Обычно слой руды взрывается для образования рабочей площадки на глубине до 20 м, а потом выбирается. Куски руды дробятся и сортируются с помощью грохотов и классификаторов. Дробленая руда далее обогащается, а пустая порода (хвосты) выбрасывается. На этой стадии процесса экономически выгодно использовать методы промывки и грохочения, использующие разность плотностей руды и пустой породы для отделения их друг от друга. Менее плотная пустая порода уносится промывочной водой, а концентрат оседает на дно обогатительной установки.
Процесс Байера.
Процесс получения чистой окиси алюминия включает нагревание боксита с едким натром, фильтрование, осаждение гидроокиси алюминия и ее прокаливание для выделения чистого глинозема. На практике руда смешивается с нужным количеством горячего едкого натра в автоклаве из низкоуглеродистой стали, и смесь прокачивается через ряд стальных сосудов с паровой рубашкой. В сосудах поддерживается давление пара 1,4–3,5 МПа в течение времени от 40 мин до нескольких часов, пока не завершится переход окиси алюминия из боксита в раствор алюмината натрия в перегретой жидкости. После охлаждения твердый осадок отделяется от жидкости. Жидкость фильтруется; в результате получается пересыщенный чистый раствор алюмината. Этот раствор метастабилен: алюминат-ион разлагается с образованием гидроокиси алюминия. Добавление в раствор кристаллической гидроокиси алюминия, остающейся от предыдущего цикла, ускоряет разложение. Сухие кристаллы гидроокиси алюминия затем прокаливаются для отделения воды. Получающийся безводный глинозем пригоден для использования в процессе Холла – Эру. По экономическим соображениям в промышленности эти процессы стремятся делать по возможности непрерывными.
Электролиз Холла – Эру.
Заключительная стадия производства алюминия включает его электролитическое восстановление из чистой окиси алюминия, полученной в процессе Байера. Этот способ извлечения алюминия основывается на том (открытом Холлом и Эру) факте, что когда глинозем растворяется в расплавленном криолите, при электролизе раствора выделяется алюминий. Типичный электролизер Холла – Эру представляет собой ванну с расплавленным криолитом 3NaF Ч AlF 3 (Na 3 AlF 6) – двойным фторидом натрия и алюминия, в котором растворено 3–5% глинозема, – плавающим на подушке из расплавленного алюминия. Стальные шины, проходящие через подину из углеродистых плит, используются для подачи напряжения на катод, а подвешенные угольные бруски, погруженные в расплавленный криолит, служат анодами. Рабочая температура процесса близка к 950° С, что значительно выше температуры плавления алюминия. Температура в электролизной ванне регулируется изменением зазора между анодами и катодным металлоприемником, на который осаждается расплавленный алюминий. Для поддержания оптимальной температуры и концентрации глинозема в современных электролизерах применяются сложные системы управления. На производство алюминия расходуется очень много электроэнергии, поэтому энергетический КПД процесса – главная проблема в алюминиевой промышленности. Электродные реакции представляют собой восстановление алюминия из его окиси и окисление углерода до его окиси и двуокиси на анодах. Одна печь дает до 2,2 т алюминия в сутки. Металл сливается раз в сутки (или реже), потом флюсуется и дегазируется в отражательной копильной печи и разливается по формам.
Возобновляемые электроды Содерберга.
В электролизере Холла – Эру угольные аноды расходуются со скоростью 2,5 см/сут, так что часто требуется установка новых анодов. Чтобы исключить частое вмешательство человека в производство, был разработан процесс с использованием возобновляемого электрода Содерберга. Анод Содерберга непрерывно образуется и спекается в восстановительной камере из пасты – смеси 70% молотого кокса и 30% смоляной связки. Эта смесь набивается в прямоугольную оболочку из листовой стали, открытую с обоих концов и расположенную вертикально над ванной с расплавом внутри печи. По мере расходования анода в верхнее отверстие оболочки добавляется паста. Когда коксосмоляная смесь опускается вниз и нагревается, она спекается в твердый углеродистый брусок прежде, чем достигает рабочей зоны.
Потребление алюминия.
Около 28% производимого алюминия идет на изготовление банок для напитков, пищевой тары и всевозможных упаковок. Еще 17% используется в транспортных средствах, включая самолеты, военную технику, железнодорожные пассажирские вагоны и автомобили. Около 16% применяется в конструкциях зданий. Примерно 8% используется в высоковольтных линиях электропередачи и других электрических устройствах, 7% – в таких потребительских товарах, как холодильники, кондиционеры воздуха, стиральные машины и мебель. На нужды машиностроения и промышленное оборудование расходуется 6%. Остающаяся часть потребляемого алюминия используется в производстве телевизионных антенн, пигментов и красок, космических кораблей и судов.
К атегория:
Производство черных и цветных металлов
Металлургия алюминия, магния и титана
Получение алюминия. По распространенности в природе алюминий занимает первое место среди металлов; его содержание в земной коре составляет 7,45%. В чистом виде алюминий не встречается вследствие своей высокой химической активности, а находится в составе различных соединений, преимущественно окисных. Рудами могут служить лишь такие породы, которые имеют высокое содержание глинозема (А1203) и залегают крупными массами на поверхности земной коры. К таким породам относятся бокситы, нефелины, алуниты и каолины (глины).
Важнейшей алюминиевой рудой являются бокситы, состоящие из гидратов окислов алюминия и железа, кремнезема, соединений кальция, магния и др. В последнее время начали применяться также нефелины и алуниты.
Крупные месторождения бокситов находятся на Урале, в Тихвинском районе Ленинградской области, в Алтайском и Красноярском краях и в других местах СССР . Нефелин входит в состав апатито-не-фелиновых пород (например, на Кольском полуострове); его состав отвечает формуле (К, Na)20 А1203 2Si02.
Технология производства алюминия слагается из двух основных процессов: получение глинозема из руды и получение алюминия из глинозема.
Производство глинозема. Способы получения глинозема делятся на три группы: щелочные, кислотные и электротермические.
Наибольшее распространение имеет мокрый щелочной способ К. И. Байера, разработанный в России и применяемый для переработки высокосортных бокситов с небольшим количеством (до 5-6%) кремнезема. По этому способу боксит подвергают дроблению, размолу и иногда сушке, затем производят выщелачивание глинозема раствором едкого натра в автоклавах (стальных герметических сосудах) при температуре 250° и давлении 25-30 ат. Автоклавы обогреваются острым паром.
Кремнезем, содержащийся в боксите, растворяется в едком натре с образованием силиката натрия (Na2Si03), который взаимодействует с алюминатом натрия, образуя нерастворимый натриевый алюмосиликат, выпадающий в осадок, отделяемый фильтрованием. При этом, чем больше содержание кремнезема в боксите, тем значительнее потери едкого натра и глинозема.
Кристаллическая гидроокись, отделенная фильтрованием, тщательно промывается и затем подвергается обезвоживанию (кальцинации) в трубчатых вращающихся печах длиной до 70 м. В этих печах гидроокись алюминия проходит последовательно этапы сушки (при 200°), обезвоживания (950°), прокаливания (1200°) и охлаждения, в результате чего гидратная влага удаляется и получается глинозем (А1203). Раствор после отделения гидроокиси алюминия подвергается регенерации и полученный при этом едкий натр снова используется для выщелачивания новых порций боксита. Для получения одной тонны глинозема расходуется около 2,5 т боксита, до 200 кг едкого натра и до 120 кг извести, применяемой при регенерации едкого натра.
Далее алюминат натрия выщелачивают водой, полученный алюми-натный раствор отфильтровывают от остальных соединений и разлагают при нагревании до 80° углекислотой, причем в осадок выделяется гидроокись алюминия, а в растворе образуется сода, которая снова используется для работы. Глинозем из гидроокиси получается путем прокаливания, так же как и при мокром щелочном способе.
Для получения глинозема из нефелина применяется спекание нефелина только с известняком, так как в составе нефелина имеются NaaO и К20. В остальном переработка полученного спека подобна рассмотренной выше.
Рис. 1. Схема ванны для электролиза глинозема
Процесс идет при температуре 935-950°. Жидкий алюминий собирается на подине ванны. Расплавленный электролит покрыт сверху застывшей коркой, предохраняющей его от быстрого охлаждения.
Потенциал разложения глинозема (1,7 в) меньше, чем криолита (3,7 в), поэтому при прохождении тока через электролит он разлагается; при этом на аноде выделяется кислород, который образует с углеродом СО, а на катоде - алюминий. Убыль глинозема в расплаве пополняется загрузкой новых порций, так что содержание глинозема в электролите поддерживается более или менее постоянным (8-10%). Жидкий алюминий удаляется из ванны сифоном или вакуум-ковшом.
Рабочее напряжение ванны 4,3-4,5 в, сила тока 20 000-60 000 а; в настоящее время сооружаются ванны с силой тока до 140 000 а.
В ванне на 50 000 а за сутки выделяется около 360 кг алюминия; на получение 1 кг алюминия расходуется 17-19 квт-час электроэнергии и около 2 кг глинозема. Электролитический алюминий подвергается последующему рафинированию переплавкой в электрических печах сопротивления с продувкой хлором или путем дополнительного электролитического процесса, при котором анодом является исходный жидкий алюминий, а катодом - рафинированный алюминий, тоже в жидком состоянии. К исходному жидкому алюминию добавляют 25% меди, чтобы увеличить его удельный вес до 3,5. Поверх слоя алюминия располагают слой жидких хлористых и фтористых солей, служащий электролитом (уд. вес 2,7). Выше электролита выделяется около угольных катодов слой рафинированного алюминия высокой чистоты. Процесс ведут при 800°.
Посредством дополнительного электролитического рафинирования.удается довести в отдельных случаях чистоту алюминия до 99,999%. Технический алюминий содержит от 98 до 99,9% А1.
По семилетнему плану (1959-1965 гг.) производство алюминия в нашей стране увеличивается в 2,8 раза.
Получение магния. В чистом виде магний в природе не встречается вследствие своей высокой химической активности. В виде соединений магний широко распространен в природе: он составляет 2,35% от веса земной коры, причем находится не только в твердых породах, но также в морской воде и в воде соленых озер.
В качестве руд для производства магния обычно используют магнезит, содержащий преимущественно карбонат магния (MgC03), доломит с преимущественным содержанием двойного карбоната магния и кальция (MgC03 СаС03), карналлит, содержащий двойной хлорид магния и калия (MgCl2 КС1 6Н20), и бишофит - шестиводный хлорид магния (MgCI2 6Н20), получаемый из морской воды и воды некоторых озер путем испарения и кристаллизации.
В Советском Союзе наибольшее промышленное значение имеют следующие месторождения магниевых руд: магнезита - Саткинское на южном Урале и Халиловское в Оренбургской области; доломита - Жигулевское, Никитовское в Донбассе, Щелковское и Подольское в Московской области и др.; карналлита - Соликамское на Урале; бишофита - озера Сакское и Сасык-Сивашское в Крыму.
Существуют электролитический и термические способы получения магния.
Электролитический способ получения магния. По этому способу сначала получают безводный хлорид магния (MgCl2), который затем подвергают электролизу с целью получения магния.
Получение хлорида магния из бишофита и карналлита производится путем их обезвоживания при медленном нагреве в трубчатых печах (100-180°).‘Получение хлорида магния из каустического магнезита производится путем обработки его при температуре 800-900° газообразным хлором в присутствии углерода в электрической шахт-ной печи: MgO + Cl, + C = MgCl.2 + CO.
Электролиз хЛорида магния производят в плотно закрытых электролитических ваннах (рис. 2).
Рис. 2. Схема магниевого электролизера: 1 - графитовые аноды; 2 - стальные катоды; 3 - огнеупорная перегородка
Аноды изготовляют из графита, катоды - из стали в форме пластин; те и другие расположены в ванне вертикально и параллельно друг другу.
При электролизе на анодах выделяется газообразный хлор, который пузырьками всплывает на поверхность и по хлоропроводам отводится для дальнейшего использования; около катодов выделяется жидкий магний. Удельный вес электролита увеличивается добавкой в него СаС12 так, чтобы он превышал удельный вес магния, поэтому последний всплывает на поверхность электролита, откуда по мере накопления извлекается с помощью вакуумных ковшей. С целью предупреждения взаимодействия хлора с магнием рабочее пространство ванны разделяют на анодное и катодное с помощью огнеупорных перегородок, устанавливаемых между анодами и катодами.
Расход электроэнергии на тонну магния составляет 15 000-17 000 квт-ч.
Рафинирование электролитического магния производится или переплавкой его вместе с рафинирующими флюсами (смесь хлористых солей щелочных и щелочно-земельных металлов) или возгонкой в вакууме (0,1-0,2 мм рт. ст.) при температуре 600°. Таким способом получают магний очень высокой чистоты (99,99% Mg).
Термические способы получения магния. За последние годы термические способы производства магния получили широкое распространение вследствие своей простоты. Сущность термических способов состоит в восстановлении окиси магния нефтяным коксом в герметичной дуговой печи при температуре 1900-2000°. Испаряющийся магний быстро охлаждается до 200°, собирается, очищается путем дистилляции и переплавляется. Таким способом получается чистый магний (99,97% Mg) при расходе электроэнергии около 21 000 квт-ч на тонну металла.
В качестве восстановителя может быть применен также кремний при температуре 1160° и остаточном давлении (при вакууме) около 0,05 мм рт. ст.
Производство титана. Титан обладает высокой прочностью (вдвое прочнее железа), высокой стойкостью в разъедающих средах и небольшим удельным весом (4,5 г/см3), поэтому он является весьма ценным конструкционным металлом.
Титан широко используется в самолетостроении, химической и других отраслях промышленности.
Рудами для получения титана являются рутил (содержащий ТЮ2) и ильменит (содержащий FeTi03). Основным источником ильменита являются титано-магнетитовые руды (смесь ильменита и магнетита - Fe304). Такие руды подвергаются обогащению (мокрому или электромагнитному), в результате которого получаются титановые концентраты. Извлечение титана из руд - трудная задача, так как он при нагреве реагируете кислородом и азотом воздуха, а в расплавленном состоянии и со всеми известными огнеупорами.
Металлургия титана включает следующие процессы:
1) получение в электрической шахтной печи четыреххлористого титана (TiCl4) при нагревании брикетов из смеси титановых концентратов или технической двуокиси титана (ТЮ2) с углем в токе хлора. Четыреххлористый титан после конденсации паров получается в виде загрязненной красноватой жидкости, которую очищают дистилляцией (перегонкой);
2) получение губчатого титана (титановой губки) восстановлением четыреххлористого титана при взаимодействии с магнием в нейтральной атмосфере (аргон или гелий) при температуре в зоне реакции 950- 1000°, регулируемой скоростью подачи хлорида титана.
Основные алюминиевые руды: бокситы, нефелины, алуниты, каолины, из которых наибольшее значение имеют бокситы, содержащие 40-60% глинозема, остальное - оксиды железа, кремния, кальция, титана и др. примесей. В нефелинах, алунитах и каолинах содержится 20-30% глинозема (А1 2 0 3).
Алюминий получают в 2 стадии: получение глинозема (А1 2 0 3) из алюминиевых руд и получение алюминия электролизом из глинозема.
Около 95% всего глинозема получают из бокситовых руд. Боксит - алюминиевая руда,_состоящая из гидрооксидов алюминия, оксидов железа, титана и кремния.
Технология получения металлического алюминия включает в себя 4 отдельных производства (рис. 2.10).
Рис. 2.10.
В основе способа получения глинозема лежит реакция выщелачивания. При 230-250 °С происходит химическое разложение алюминиевого раствора от взаимодействия с водным раствором щелочи. Гидраты окиси алюминия при взаимодействии со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия:
В растворе алюминат натрия и силикат натрия выпадают в осадок (нерастворимый натриевый алюмосиликат). В этот осадок переходят окислы титана и железа, предающие ему красный цвет. Поэтому осадок получил название - красный шлам.
При разложении (декомпозиции) полученных растворов происходит обратная реакция - гидролиз алюминатного раствора с образованием кристаллического осадка гидрооксида алюминия. Следовательно, технологический цикл по щелочи замкнут. Затраченная на выщелачивание щелочь восстанавливается при декомпозиции и возвращается в начало процесса для обработки новой порции руды.
Для проведения электролиза глинозем необходимо расплавить, но он имеет очень высокую температуру плавления - 2030 °С, поэтому глинозем растворяют в специальной среде, что позволяет снизить температуру электролиза до 950-1000 °С.
Основным компонентом этой среды служит криолит - двойная соль фторидов алюминия и натрия (NaAlF 6). Для электролиза алюминия необходимо дополнительное количество AlF 3 .
Криолит и фтористый алюминий получают из флотационного концентрата CaF 2 , получаемого при обогащении природного плавикового шпата. В основе кислотного способа получения этих веществ лежат реакции:
Угольные изделия необходимы для подвода тока к электролиту и для футеровки электролизеров. В их состав входят: анодные обожженные блоки (компоновка электродов); анодная масса (формирование непрерывных самообжигающихся анодов); катодные блоки (для футеровки подины электролизера); угольные плиты (футеровка боковых стен электролизеров).
Электролиз проводят в электролизных ваннах-электролизерах.
В ванну из углеродистого материала заливают расплав алюминия (который служит катодом) и электролит, состоящий из криолита, глинозем. Толщина слоя расплава - 250-300 мм. Анодное устройство состоит из угольного анода, погруженного в электролит. Постоянный ток силой 70-75 кА и напряжением 4-5 В подводится для электролиза и разогрева электролита до температуры 1000 °С. Глинозем в электролите диссоциируют; на катоде разряжается ион алюминия и образуется алюминий, а на аноде - ион кислорода, в результате чего электроды постепенно сгорают и заменяются новыми. Алюминий собирается на дне ванны под слоем электролита, откуда его периодически откачивают в вакуумный ковш. Полученный электролизом алюминий-сырец содержит металлические и неметаллические примеси, газы, поэтому его рафинируют продувкой хлором.
Продувку хлором ведут в вакуумном ковше. Для этого ковш со снятой крышкой помещают под колпак вытяжной вентиляции. В расплав алюминия вводят трубку, по которой подают газообразный хлор. Пузырьки хлора, всплывая, захватывают взвешенные неметаллические примеси, хлориды металлов и хлористый водород. Всплывшую пену удаляют.
После обработки хлором алюминий (из различных электролизеров) сливают в отражательные печи вместимостью до 25 т и выдерживают несколько часов. Цель этой операции - усреднение состава алюминия и дополнительная очистка металла. Далее алюминий выпускают в виде слитков массой от 15 до 1000 кг.
Для получения алюминия высокой чистоты необходимо дополнительное рафинирование по трехслойному методу.
Сущность трехслойного метода состоит в том, что в электролизере создают три слоя расплава: анод - расплав алюминия технической чистоты; катод - расплав очищенного металла; между ними располагается слой, состоящий из сплава хлористого бария с фторидами алюминия и натрия. Для разделения слоев алюминия по удельному весу нижний слой утяжеляют, добавляя в загрязненный алюминий до 40% меди (плотность расплава 3200 кг/м 3).
При рафинировании более электроположительные примеси (Fe, Si, Си) накапливаются в анодном сплаве, а более электроотрицательные (Na, Ва, Са) переходят в электролит.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Магнитогорский Государственный Технический Университет
им. Носова
Кафедра металлургии черных металлов
Реферат по дисциплине «История металлургии»
МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЮМИНИЯ
Аннотация
Рассмотрена тема "Металлургия алюминия", описаны основные свойства этого металла. Кратко изложена история открытия алюминия, возможные способы его получения и применения в различных отраслях промышленности.
Введение
1. Свойства алюминия
2. Применение алюминия
3. Сырые материалы
4. Производство глинозема
5. Электролитическое получение алюминия
6. Рафинирование алюминия
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Слово «металлургия» происходит от греч.:
metalleuо – выкапываю, добываю из земли;
metallurgeo – добываю руду, обрабатываю металлы;
metallon – рудник, металл.
Это слово означает область науки и техники, охватывающую процессы обработки добытых из недр руд, получение металлов и сплавов, придание им определенных свойств.
В древности, в средние века и сравнительно недавно, вплоть до времени М.В.Ломоносова, считалось, что существует 7 металлов (золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть).
В 1814 г. шведский химик Й.Берцелиус предложил использовать буквенные знаки, которыми пользуется весь мир, за редкими исключениями.
Сегодня науке известно более 80 металлов, большинство из них используется в технике.
В мировой практике сложилось деление металлов на черные (железо и сплавы на его основе) и все остальные – нечерные (Non-ferrousmetals, англ.; Nichtei-senmetalle, нем.) или цветные металлы. Металлургия часто подразделяется на черную и цветную. В настоящее время на долю черных металлов приходится около 95% всей производимой в мире металлопродукции.
В технике принята также условная классификация, по которой цветные металлы разделены на «легкие» (алюминий, магний), «тяжелые» (медь, свинец и др.), тугоплавкие (вольфрам, молибден и др.), благородные (золото, платина и др.), редкие металлы.
Доля продукции, изготовленной с использованием черных и цветных металлов, в настоящее время составляет 72-74% валового национального продукта государства. Можно утверждать, что металлы в XXI в. останутся основным конструкционными материалами, так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения.
Из ~ 800 млн. т потребляемых металлов ~ 750 млн. т – сталь, 20-22 млн. т – алюминий, 8-10 млн. т – медь, 5-6 млн. т – цинк, 4-5 млн. т – свинец (остальные - < 1 млн. т).
Из наиболее ценных и важных для современной техники металлов лишь немногие содержится в земной коре в больших количествах: алюминий (8,8%), железо (4,65%), магний (2,1%), титан (0,63%).
К рудным месторождениям легких металлов обычно относят руды, содержащие алюминий; основной поставщик алюминия – бокситы, а также алуниты, нефелины и раз личные глины. К рудным месторождениям цветных металлов относятся месторождения меди, свинца и цинка, кобальта, никеля, сурьмы. Запасы металлов в наиболее крупных из них достигают от десятков до сотен млн. т, при обычном содержании металлов в руде – единицы процентов.
Масса добываемых материалов во много раз превышает количество содержащихся в руде металлов и в подавляющем большинстве случаев из природных руд экономически невыгодно непосредственно извлекать полезные компоненты.
Археологические раскопки свидетельствуют о том, что знакомство человека с металлами относится к временам, весьма удаленным от нас. Считается, что первые изделия из бронзы получены за 3 тыс. лет до н.э восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем. Значительно позже бронзы стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов (алюминиевые, бериллиевые, кремненикелевые и др.). В настоящее время наиболее распространены алюминиевые бронзы (5-12% Al) с добавками железа, марганца и никеля.
В настоящее время металлургическое производство является одним из приоритетных отраслей народного хозяйства.
1. СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ
Алюминий был впервые получен датским физиком Х.Эрстедом в 1825 г. Название этого элемента происходит от латинского алюмен, так в древности назывались квасцы, которые использовали для крашения тканей.
Алюминий обладает многими ценными свойствами: небольшой плотностью – около 2,7г/см 3 , высокой теплопроводностью – около 300 Вт/(м. К) и высокой электропроводностью 13,8 . 10 7 Ом/м, хорошей пластичностью и достаточной механической прочностью.
Алюминий образует сплавы со многими элементами. В расплавленном состоянии алюминий жидкотекуч и хорошо заполняет формы, в твердом виде он хорошо деформируется и легко поддается резанию, пайке и сварке.
Сродство алюминия к кислороду очень большое. При его окислении выделяетсябольшое количество тепла (~ 1670000 Дж/моль). Тонкоизмельченный алюминий при нагревании воспламеняется и сгорает на воздухе. Алюминий соединяется с кислородом воздуха и в атмосферных условиях. При этом алюминий покрывается тонкой (толщиной ~ 0,0002 мм) плотной пленкой окиси алюминия, защищающей его от дальнейшего окисления; поэтому алюминий стоек против коррозии. Поверхность алюминия хорошо защищает от окисления этой пленки и в расплавленном состоянии.
Из сплавов алюминия наибольшее значение имеют дюралюминий и силумины.
В состав дюралюминия, кроме алюминия, входят 3,4-4% Cu, 0,5% Mn и 0,5%Mg, допускается не более 0,8% Fe и 0,8% Si. Дюралюминий хорошо деформируется и по своим механическим свойствам близок к некоторым сортам стали, хотя он в 2,7 раза легче стали (плотность дюралюминия 2,85 г/см 3).
Механические свойства этого сплава повышаются после термической обработке и деформации в холодном состоянии. Сопротивление на разрыв повышается со 147-216 МПа до 353-412 МПа, а твердость по Бринеллю с 490-588 до 880-980 МПа. При этом относительное удлинение сплава почти не изменяется и остается достаточно высоким (18-24%).
Силумины – литейные сплавы алюминия с кремнием. Они обладают хорошими литейными качествами и механическими свойствами.
2. ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ
Алюминий и сплавы широко применяют во многих отраслях промышленности, в том числе в авиации, транспорте, металлургии, пищевой промышленности и др. Из алюминия и его сплавов изготовляют корпуса самолетов, моторы, блоки цилиндров, коробки передач, насосы и другие детали в авиационной, автомобильной и тракторной промышленности, сосуды для хранения химических продуктов. Алюминий широко применяют в быту, пищевой промышленности, в ядерной энергетики и космических кораблей изготовлены из алюминия и его сплавов.
Вследствие большого химического сродства алюминия к кислороду его применяют в металлургии как раскислитель, а также для получения при использовании так называемого алюминотермического процесса трудно восстанавливаемых металлов (кальция, лития и др.).
По общему производству металла в мире алюминий занимает второе место после железа. ,
3. СЫРЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Основным современным способом производства алюминия является электролитический способ, состоящий из двух стадий. Первая – это получение глинозема (Al 2 O 3) из рудного сырья и вторая – получение жидкого алюминия из глинозема путем электролиза.
Руды алюминия. Вследствие высокой химической активности алюминий встречается в природе только в связанном виде: корунд Al 2 O 3 , гиббсит Al 2 O 3 . 3H 2 O, бемит Al 2 O 3 . H 2 O, кианит 3Al 2 O 3 , 2SiO 2 , нефелин (Na, K) 2 O . Al 2 O 3 . 2SiO 2 , каолинит Al 2 O 3 , 2SiO 2 . 2H 2 Oи другие. Основными используемыми в настоящее время алюминиевыми рудами являются бокситы, а также нефелины и алуниты.
Бокситы. Алюминий в бокситах находится главным образом в виде гидроксидов алюминия (гиббсита, бемита и др.), корунда и каолинта. Химический состав бокситов довольно сложен. Они часто содержат более 40 химических элементов. Содержание глинозема в них составляет 35-60%, кремнезема 2-20%, оксида Fe 2 O 3 2-40%, окиси титана 0,01-10%. Важной характеристикой бокситов является отношение содержаний в них Al 2 O 3 к SiO 2 по массе – так называемый кремневый модуль.
К числу крупных месторождений бокситов в нашей стране относится Тихвинское (Ленинградская область), Североуральское (Свердловская область), Южноуральское (Челябинская область), Тургайское и Краснооктябрьское (Кустанайская область).
Нефелины входят в состав нефелиновых сиенитов и уртитов. Большое месторождение уртитов находится на Кольском полуострове. Основные компоненты уртита – нефелин и апатит 3Ca 3 (PO 4) 2 . CaF 2 . Их подвергают флотационному обогащению с выделением нефелинового апатитового концентратов. Апатитовый концентрат идет для приго товления фосфорных удобрений, а нефелиновый – для получения глинозема. Нефелиновый концентрат содержит, %: 20-30 Al 2 O 3 , 42-44 SiO 2 , 13-14 Na 2 O, 6-7 K 2 O, 3-4 Fe 2 O 3 и 2-3 CaO.
Алуниты представляют собой основной сульфат алюминия и калия (или натрия) K 2 SO 4 . Al 2 (SO 4) 3 . 4 Al(OH) 3 . Содержание Al 2 O 3 в них невысокое (20-22%), но в них находится другие ценные составляющие: серный ангидрид SO 3 (~ 20%) и щелочь Na 2 O , K 2 O (4-5%). Таким образом, они, так же как и нефелины, представляют собой комплексное сырье.
Другие сырые материалы. При производстве глинозема применяют щелочь NaOH, иногда известняк CaCO 3 , при электролизе глинозема криолит Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3) и немного фтористого алюминия AlF 3 , а также CaF 2 и MgF 2 .