خصائص الألمنيوم حسب. الخصائص الكيميائية والفيزيائية للألمنيوم

يمكن النظر إلى كل عنصر كيميائي من وجهة نظر ثلاثة علوم: الفيزياء والكيمياء والأحياء. وفي هذه المقالة سنحاول توصيف الألمنيوم بأكبر قدر ممكن من الدقة. هذا عنصر كيميائي يقع في المجموعة الثالثة والدورة الثالثة حسب الجدول الدوري. الألومنيوم معدن ذو نشاط كيميائي متوسط. ويمكن أيضًا ملاحظة الخصائص المذبذبة في مركباته. تبلغ الكتلة الذرية للألمنيوم ستة وعشرين جرامًا لكل مول.

الخصائص الفيزيائية للألمنيوم

في الظروف العادية فهو مادة صلبة. صيغة الألومنيوم بسيطة للغاية. وتتكون من ذرات (غير مدمجة في جزيئات)، يتم ترتيبها باستخدام شبكة بلورية لتكوين مادة صلبة. لون الألومنيوم فضي-أبيض. وبالإضافة إلى ذلك، فهو يتمتع ببريق معدني، مثل جميع المواد الأخرى في هذه المجموعة. قد يختلف لون الألمنيوم المستخدم في الصناعة بسبب وجود شوائب في السبيكة. هذا معدن خفيف إلى حد ما.

تبلغ كثافته 2.7 جم/سم3، أي أنه أخف من الحديد بحوالي ثلاث مرات. في هذا لا يمكن إلا أن يكون أقل شأنا من المغنيسيوم، وهو أخف من المعدن المعني. صلابة الألومنيوم منخفضة جدًا. إنه أدنى من معظم المعادن. صلابة الألومنيوم هي اثنين فقط، لذلك، لتعزيزه، تتم إضافة صلابة إلى السبائك القائمة على هذا المعدن.

ينصهر الألومنيوم عند درجة حرارة 660 درجة مئوية فقط. ويغلي عند تسخينه إلى درجة حرارة ألفين وأربعمائة واثنتين وخمسين درجة مئوية. وهو معدن مرن للغاية وقابل للانصهار. الخصائص الفيزيائية للألمنيوم لا تنتهي عند هذا الحد. وأود أيضًا أن أشير إلى أن هذا المعدن يتمتع بأفضل الموصلية الكهربائية بعد النحاس والفضة.

انتشار في الطبيعة

الألومنيوم، الخصائص التقنية التي استعرضناها للتو، شائع جدًا في البيئة. يمكن ملاحظته في تكوين العديد من المعادن. يعتبر عنصر الألومنيوم رابع أكثر العناصر وفرة في الطبيعة. وهو ما يقرب من تسعة في المئة في القشرة الأرضية. المعادن الرئيسية التي تحتوي على ذراته هي البوكسيت، وأكسيد الالمونيوم، والكريوليت. الأول هو صخرة تتكون من أكاسيد الحديد والسيليكون والمعادن المعنية، كما توجد جزيئات الماء في الهيكل. وله لون غير متجانس: أجزاء من اللون الرمادي والبني المحمر وألوان أخرى تعتمد على وجود شوائب مختلفة. ثلاثين إلى ستين بالمائة من هذه الصخرة عبارة عن الألومنيوم، ويمكن رؤية الصورة أعلاه. وبالإضافة إلى ذلك، اكسيد الالمونيوم معدن شائع جدًا في الطبيعة.

هذا هو أكسيد الألومنيوم. صيغته الكيميائية هي Al2O3. يمكن أن يكون أحمر أو أصفر أو أزرق أو بني. وصلابته على مقياس موس هي تسعة. تشمل أصناف اكسيد الالمونيوم الياقوت والياقوت المشهورين، واللوكوسفير، وكذلك بادبارادشا (الياقوت الأصفر).

الكريوليت هو معدن ذو صيغة كيميائية أكثر تعقيدًا. وهو يتألف من فلوريد الألومنيوم والصوديوم - AlF3.3NaF. يبدو كحجر عديم اللون أو رمادي مع صلابة منخفضة تبلغ ثلاثة فقط على مقياس موس. في العالم الحديث يتم تصنيعه بشكل مصطنع في ظروف المختبر. يتم استخدامه في علم المعادن.

يمكن العثور على الألومنيوم أيضًا في الطبيعة في الطين، ومكوناته الرئيسية هي أكاسيد السيليكون والمعدن المعني المرتبط بجزيئات الماء. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن ملاحظة هذا العنصر الكيميائي في تركيبة النيفيلين، والتي تكون صيغتها الكيميائية كما يلي: KNa34.

إيصال

وتشمل خصائص الألومنيوم النظر في طرق تركيبه. هناك عدة طرق. يتم إنتاج الألمنيوم بالطريقة الأولى على ثلاث مراحل. وآخرها هو إجراء التحليل الكهربائي على الكاثود وأنود الكربون. لتنفيذ مثل هذه العملية، مطلوب أكسيد الألومنيوم، وكذلك المواد المساعدة مثل الكريوليت (الصيغة - Na3AlF6) وفلوريد الكالسيوم (CaF2). لكي تتم عملية تحلل أكسيد الألومنيوم المذاب في الماء، لا بد من تسخينه مع الكريوليت المنصهر وفلوريد الكالسيوم إلى درجة حرارة لا تقل عن تسعمائة وخمسين درجة مئوية، ومن ثم تمرير تيار من وثمانون ألف أمبير وجهد خمسة من خلال هذه المواد. وبالتالي، نتيجة لهذه العملية، سوف يترسب الألومنيوم على الكاثود، وسوف تتجمع جزيئات الأكسجين على الأنود، والتي بدورها تعمل على أكسدة الأنود وتحويله إلى ثاني أكسيد الكربون. قبل هذا الإجراء، يتم أولاً تنقية البوكسيت، الذي يتم استخراج أكسيد الألومنيوم منه، من الشوائب، ويخضع أيضًا لعملية التجفيف.

يعد إنتاج الألومنيوم بالطريقة الموضحة أعلاه أمرًا شائعًا جدًا في علم المعادن. هناك أيضًا طريقة اخترعها F. Wöhler عام 1827. وتكمن في حقيقة أنه يمكن استخلاص الألومنيوم باستخدام تفاعل كيميائي بين كلوريده والبوتاسيوم. لا يمكن تنفيذ مثل هذه العملية إلا من خلال خلق ظروف خاصة في شكل درجة حرارة عالية جدًا وفراغ. لذلك، من مول واحد من الكلوريد ونفس الحجم من البوتاسيوم، يمكن الحصول على مول واحد من الألومنيوم وثلاثة مولات كمنتج ثانوي. يمكن كتابة هذا التفاعل على شكل المعادلة التالية: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. لم تكتسب هذه الطريقة شعبية كبيرة في علم المعادن.

خصائص الألمنيوم من وجهة نظر كيميائية

كما ذكرنا سابقًا، فهذه مادة بسيطة تتكون من ذرات غير متحدة في جزيئات. تشكل جميع المعادن تقريبًا هياكل متشابهة. يتمتع الألومنيوم بنشاط كيميائي مرتفع إلى حد ما وخصائص اختزال قوية. سيبدأ التوصيف الكيميائي للألمنيوم بوصف تفاعلاته مع المواد البسيطة الأخرى، ومن ثم سيتم وصف تفاعلاته مع المركبات غير العضوية المعقدة.

الألومنيوم والمواد البسيطة

وتشمل هذه في المقام الأول الأكسجين - وهو المركب الأكثر شيوعًا على هذا الكوكب. ويتكون منه واحد وعشرون بالمائة من الغلاف الجوي للأرض. يسمى تفاعل مادة معينة مع أي مادة أخرى بالأكسدة أو الاحتراق. وعادة ما يحدث في درجات حرارة عالية. ولكن في حالة الألومنيوم، تكون الأكسدة ممكنة في ظل الظروف العادية - وهذه هي الطريقة التي يتم بها تشكيل فيلم الأكسيد. إذا تم سحق هذا المعدن، فإنه سوف يحترق، ويطلق كمية كبيرة من الطاقة في شكل حرارة. لإجراء التفاعل بين الألومنيوم والأكسجين، هناك حاجة إلى هذه المكونات بنسبة مولية 4:3، مما ينتج عنه جزأين من الأكسيد.

يتم التعبير عن هذا التفاعل الكيميائي في شكل المعادلة التالية: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. من الممكن أيضًا تفاعلات الألومنيوم مع الهالوجينات، والتي تشمل الفلور واليود والبروم والكلور. تأتي أسماء هذه العمليات من أسماء الهالوجينات المقابلة لها: الفلورة، واليود، والبرومة، والكلورة. هذه هي تفاعلات الإضافة النموذجية.

على سبيل المثال، دعونا ننظر في تفاعل الألومنيوم مع الكلور. هذا النوع من العمليات لا يمكن أن يحدث إلا في البرد.

إذن، بأخذ مولين من الألومنيوم وثلاثة مولات من الكلور، تكون النتيجة مولين من كلوريد المعدن المعني. معادلة هذا التفاعل هي كما يلي: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. وبنفس الطريقة يمكنك الحصول على فلوريد الألومنيوم وبروميده ويوديده.

تتفاعل المادة المعنية مع الكبريت فقط عند تسخينها. لإجراء التفاعل بين هذين المركبين، عليك أن تأخذهما بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة، ويتكون جزء واحد من كبريتيد الألومنيوم. تبدو معادلة التفاعل كما يلي: 2Al + 3S = Al2S3.

بالإضافة إلى ذلك، عند درجات الحرارة المرتفعة، يتفاعل الألومنيوم مع كل من الكربون، مكونًا الكربيد، ومع النيتروجين، مكونًا النتريد. يمكن الاستشهاد بمعادلات التفاعلات الكيميائية التالية كمثال: 4АІ + 3С = АІ4С3؛ 2Al + N2 = 2AlN.

التفاعل مع المواد المعقدة

وتشمل هذه الماء والأملاح والأحماض والقواعد والأكاسيد. يتفاعل الألومنيوم بشكل مختلف مع كل هذه المركبات الكيميائية. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل حالة.

التفاعل مع الماء

يتفاعل الألومنيوم مع المادة المعقدة الأكثر شيوعًا على الأرض عند تسخينه. يحدث هذا فقط إذا تمت إزالة طبقة الأكسيد لأول مرة. ونتيجة للتفاعل، يتم تشكيل هيدروكسيد مذبذب، ويتم إطلاق الهيدروجين أيضًا في الهواء. بأخذ جزأين من الألومنيوم وستة مقادير من الماء، نحصل على الهيدروكسيد والهيدروجين بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة. معادلة هذا التفاعل مكتوبة على النحو التالي: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

التفاعل مع الأحماض والقواعد والأكاسيد

مثل المعادن النشطة الأخرى، الألومنيوم قادر على الخضوع لتفاعلات الاستبدال. ومن خلال القيام بذلك، يمكنه إزاحة الهيدروجين من الحمض أو الكاتيون من معدن أكثر سلبية من ملحه. نتيجة لهذه التفاعلات، يتم تشكيل ملح الألومنيوم، ويتم إطلاق الهيدروجين أيضًا (في حالة الحمض) أو يترسب معدن نقي (أقل نشاطًا من المعدن المعني). وفي الحالة الثانية تظهر الخصائص التصالحية المذكورة أعلاه. ومن الأمثلة على ذلك تفاعل الألومنيوم الذي يتكون منه كلوريد الألومنيوم وينطلق الهيدروجين في الهواء. يتم التعبير عن هذا النوع من التفاعل في شكل المعادلة التالية: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

مثال على تفاعل الألمنيوم مع الملح هو تفاعله مع هذين المكونين، فنحصل في النهاية على النحاس النقي الذي يترسب. يتفاعل الألومنيوم بطريقة فريدة مع الأحماض مثل الكبريتيك والنيتريك. على سبيل المثال، عند إضافة الألومنيوم إلى محلول مخفف من حمض النترات بنسبة مولية من ثمانية أجزاء إلى ثلاثين، يتم تشكيل ثمانية أجزاء من نترات المعدن المعني، وثلاثة أجزاء من أكسيد النيتريك وخمسة عشر أجزاء من الماء. معادلة هذا التفاعل مكتوبة على النحو التالي: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. تحدث هذه العملية فقط في ظل وجود درجة حرارة عالية.

إذا مزجنا الألومنيوم مع محلول ضعيف من حمض الكبريتات بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة، نحصل على كبريتات المعدن المعني والهيدروجين بنسبة واحد إلى ثلاثة. أي أنه سيحدث تفاعل استبدال عادي، كما هو الحال مع الأحماض الأخرى. وللتوضيح، نقدم المعادلة: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. ومع ذلك، مع حل مركز من نفس الحمض، كل شيء أكثر تعقيدا. وهنا، كما في حالة النترات، يتشكل منتج ثانوي، ولكن ليس على شكل أكسيد، بل على شكل كبريت وماء. إذا أخذنا المكونين اللذين نحتاجهما بنسبة مولية من اثنين إلى أربعة، فستكون النتيجة جزءًا واحدًا من ملح المعدن المعني والكبريت، بالإضافة إلى أربعة أجزاء من الماء. يمكن التعبير عن هذا التفاعل الكيميائي باستخدام المعادلة التالية: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

بالإضافة إلى ذلك، الألومنيوم قادر على التفاعل مع المحاليل القلوية. لإجراء مثل هذا التفاعل الكيميائي، عليك أن تأخذ مولين من المعدن المعني، ونفس الكمية من البوتاسيوم، وستة مولات من الماء. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مواد مثل رباعي هيدروكسي ألومينات الصوديوم أو البوتاسيوم، وكذلك الهيدروجين، الذي يتم إطلاقه على شكل غاز ذو رائحة نفاذة بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة. يمكن تمثيل هذا التفاعل الكيميائي في شكل المعادلة التالية: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

وآخر ما يجب مراعاته هو أنماط تفاعل الألومنيوم مع أكاسيد معينة. الحالة الأكثر شيوعاً واستخداماً هي تفاعل بيكيتوف. وهو، مثل العديد من الأشياء الأخرى التي تمت مناقشتها أعلاه، يحدث فقط في درجات حرارة عالية. لذلك، لتنفيذه، عليك أن تأخذ مولين من الألومنيوم ومول واحد من أكسيد الحديد. ونتيجة تفاعل هاتين المادتين نحصل على أكسيد الألومنيوم والحديد الحر بكميات واحد ومولين على التوالي.

استخدام المعدن المعني في الصناعة

لاحظ أن استخدام الألومنيوم أمر شائع جدًا. بادئ ذي بدء، تحتاج صناعة الطيران إلى ذلك. جنبا إلى جنب مع هذا، يتم استخدام السبائك على أساس المعدن المعني أيضا. يمكننا القول أن متوسط ​​الطائرة يتكون من 50% سبائك الألومنيوم، ومحركها - 25%. ويستخدم الألومنيوم أيضًا في صناعة الأسلاك والكابلات بسبب موصليته الكهربائية الممتازة. وبالإضافة إلى ذلك، يستخدم هذا المعدن وسبائكه على نطاق واسع في صناعة السيارات. أجسام السيارات والحافلات وحافلات الترولي وبعض عربات الترام وكذلك عربات القطارات التقليدية والكهربائية مصنوعة من هذه المواد.

كما يتم استخدامه لأغراض أصغر حجمًا، على سبيل المثال، لإنتاج عبوات المواد الغذائية وغيرها من المنتجات والأطباق. من أجل صنع طلاء الفضة، تحتاج إلى مسحوق المعدن المعني. هذا الطلاء ضروري لحماية الحديد من التآكل. يمكننا القول أن الألومنيوم هو ثاني أكثر المعادن استخدامًا في الصناعة بعد الحديد. وغالبا ما تستخدم مركباته ونفسه في الصناعة الكيميائية. يتم تفسير ذلك من خلال الخصائص الكيميائية الخاصة للألمنيوم، بما في ذلك خصائصه المختزلة والخصائص المذبذبة لمركباته. هيدروكسيد العنصر الكيميائي المعني ضروري لتنقية المياه. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه في الطب في عملية إنتاج اللقاحات. ويمكن العثور عليها أيضًا في بعض أنواع البلاستيك والمواد الأخرى.

دور في الطبيعة

كما هو مكتوب أعلاه، يوجد الألومنيوم بكميات كبيرة في القشرة الأرضية. إنه مهم بشكل خاص للكائنات الحية. ويدخل الألومنيوم في تنظيم عمليات النمو، ويشكل الأنسجة الضامة مثل العظام والأربطة وغيرها. بفضل هذا العنصر الدقيق، تتم عمليات تجديد أنسجة الجسم بشكل أسرع. ويتميز نقصه بالأعراض التالية: ضعف النمو والنمو عند الأطفال - التعب المزمن، وانخفاض الأداء، وضعف تنسيق الحركات، وانخفاض معدلات تجديد الأنسجة، وضعف العضلات، وخاصة في الأطراف. يمكن أن تحدث هذه الظاهرة إذا تناولت عددًا قليلاً جدًا من الأطعمة التي تحتوي على هذا العنصر الدقيق.

ومع ذلك، فإن المشكلة الأكثر شيوعًا هي زيادة الألومنيوم في الجسم. في هذه الحالة، غالبا ما يتم ملاحظة الأعراض التالية: العصبية، والاكتئاب، واضطرابات النوم، وانخفاض الذاكرة، ومقاومة الإجهاد، وتليين الجهاز العضلي الهيكلي، الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى كسور متكررة والالتواء. مع وجود فائض طويل الأمد من الألومنيوم في الجسم، غالبًا ما تنشأ مشاكل في عمل كل نظام عضوي تقريبًا.

يمكن أن يؤدي عدد من الأسباب إلى هذه الظاهرة. بادئ ذي بدء، أثبت العلماء منذ فترة طويلة أن الأطباق المصنوعة من المعدن المعني غير مناسبة لطهي الطعام فيها، لأنه في درجات الحرارة المرتفعة يدخل جزء من الألومنيوم إلى الطعام، ونتيجة لذلك، فإنك تستهلك الكثير من هذا العنصر الدقيق أكثر من يحتاج الجسم.

السبب الثاني هو الاستخدام المنتظم لمستحضرات التجميل التي تحتوي على المعدن المعني أو أملاحه. قبل استخدام أي منتج، يجب عليك قراءة تكوينه بعناية. مستحضرات التجميل ليست استثناء.

السبب الثالث هو تناول الأدوية التي تحتوي على الكثير من الألومنيوم لفترة طويلة. وكذلك الاستخدام غير السليم للفيتامينات والمضافات الغذائية التي تحتوي على هذا العنصر الدقيق.

الآن دعونا نتعرف على المنتجات التي تحتوي على الألومنيوم من أجل تنظيم نظامك الغذائي وتنظيم قائمتك بشكل صحيح. بادئ ذي بدء، هذه هي الجزر والجبن المطبوخ والقمح والشبة والبطاطس. ينصح الأفوكادو والخوخ بالفواكه. بالإضافة إلى ذلك فإن الملفوف الأبيض والأرز والعديد من الأعشاب الطبية غنية بالألمنيوم. أيضًا، قد تكون كاتيونات المعدن المعني موجودة في مياه الشرب. لتجنب ارتفاع أو انخفاض مستويات الألومنيوم في الجسم (وكذلك أي عنصر آخر من العناصر النزرة)، تحتاج إلى مراقبة نظامك الغذائي بعناية ومحاولة جعله متوازنًا قدر الإمكان.

خصائص الألومنيوم

صناعة نوعية معدن الألمنيوم

الألومنيوم هو المعدن الأكثر شيوعا في القشرة الأرضية. ويقدر محتواه بـ 7.45% (أكثر من الحديد الذي يبلغ 4.2%) فقط. تم اكتشاف الألومنيوم كعنصر مؤخرًا، في عام 1825، عندما تم الحصول على أولى كتل صغيرة من هذا المعدن. تعود بداية تطورها الصناعي إلى نهاية القرن الماضي. كان الدافع وراء ذلك هو تطوير طريقة لإنتاجه في عام 1886 عن طريق التحليل الكهربائي للألومينا المذابة في الكريوليت. مبدأ هذه الطريقة يكمن وراء الاستخراج الصناعي الحديث للألمنيوم من الألومينا في جميع دول العالم.

الألومنيوم معدن أبيض فضي لامع في المظهر. في الهواء يتأكسد بسرعة، ويصبح مغطى بطبقة رقيقة بيضاء غير لامعة من AlO. يتمتع هذا الفيلم بخصائص حماية عالية، لذلك، كونه مغطى بمثل هذا الفيلم، فإن الألومنيوم مقاوم للتآكل.

يتم تدمير الألومنيوم بسهولة تامة بواسطة محاليل القلويات الكاوية وأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك. إنه مقاوم للغاية لحمض النيتريك المركز والأحماض العضوية.

أكثر الخصائص الفيزيائية المميزة للألمنيوم هي كثافته النسبية المنخفضة التي تساوي 2.7، فضلاً عن الموصلية الحرارية والكهربائية العالية نسبياً. عند 0C، الموصلية الكهربائية للألمنيوم، أي. الموصلية الكهربائية لسلك ألومنيوم بمقطع عرضي 1 مم وطول 1 م هي 37 1 أوم.

إن مقاومة التآكل وخاصة التوصيل الكهربائي للألمنيوم أعلى، وكلما كان أنظف، قل عدد الشوائب التي يحتوي عليها.

درجة انصهار الألومنيوم منخفضة، فهي حوالي 660 درجة مئوية. ومع ذلك، فإن حرارة الانصهار الكامنة كبيرة جدًا - حوالي 100 كال جرام، لذلك، لصهر الألومنيوم، يلزم استهلاك حرارة أكبر من صهر نفس الكمية، على سبيل المثال، النحاس الحراري، الذي لديه نقطة انصهار تبلغ 1083 درجة مئوية، حرارة الانصهار الكامنة 43 كالوري جرام.

تتميز الخواص الميكانيكية للألمنيوم بالليونة العالية والقوة المنخفضة. الألومنيوم المدرفل والمُلدن لديه = 10 كجم مم، والصلابة HB25، = 80% و= 35%.

الشبكة البلورية للألمنيوم عبارة عن مكعب ذو وجه مركزي، عند درجة حرارة 20 درجة مئوية يكون معامله (حجم الجانب) 4.04. لا يخضع الألومنيوم للتحولات المتآصلة.

يوجد الألمنيوم في الطبيعة على شكل خامات الألومنيوم: البوكسيت، النيفيلين، الألونيت والكاولين. وأهم خام تعتمد عليه معظم صناعة الألومنيوم في العالم هو البوكسيت.

يتكون إنتاج الألومنيوم من الخامات من مرحلتين متتابعتين - أولا يتم إنتاج الألومينا (AlO)، ومن ثم يتم الحصول على الألومنيوم منها.

يمكن تقسيم الطرق المعروفة حاليًا لإنتاج الألومينا إلى ثلاث مجموعات: القلوية والحمضية والكهروحرارية. الطرق القلوية هي الأكثر استخدامًا.

في بعض أنواع الطرق القلوية، يتم تجفيف البوكسيت عند 1000 درجة مئوية، ويتم سحقه في مطاحن كروية، وخلطه بنسب معينة مع الطباشير والصودا وتكلسه للحصول على ألومينات الصوديوم الصلبة القابلة للذوبان في الماء، وفقًا للتفاعل.

Al O + Na CO = Al O Na O + CO

يتم سحق الكتلة الملبدة وترشيحها بالماء، وتتحول ألومينات الصوديوم إلى المحلول.

في أشكال أخرى من الطريقة القلوية، ترتبط الألومينا الموجودة في البوكسيت بألومينات الصوديوم عن طريق معالجة الخام مباشرة بالقلويات. يؤدي هذا على الفور إلى إنتاج محلول من الألومينات في الماء.

وفي كلتا الحالتين فإن تكوين محلول مائي من ألومينات الصوديوم يؤدي إلى انفصاله عن مكونات الخام غير القابلة للذوبان والتي تتمثل بشكل رئيسي في أكاسيد وهيدروكسيدات السيليكون والحديد والتيتانيوم. يتم فصل المحلول عن الرواسب غير القابلة للذوبان، والتي تسمى الطين الأحمر، في خزانات الترسيب.

يضاف الجير إلى المحلول الناتج عند درجة حرارة 125 مئوية وضغط 5 صباحا، مما يؤدي إلى إزالة السيليكون - يترسب CaSiO، مكونا الحمأة البيضاء. تتم معالجة المحلول المنظف من السيليكون، بعد فصله عن الطين الأبيض، بثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة 60-80 مئوية، ونتيجة لذلك تترسب هيدرات أكسيد الألومنيوم البلوري:

AlONaO + 3H2O + CO = 2Al(OH) + NaCO.

يتم غسلها وتجفيفها وتكلسها. التكليس يؤدي إلى تكوين الألومينا:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

تضمن الطريقة الموصوفة استخلاصًا كاملاً إلى حد ما للألومينا من البوكسيت - حوالي 80٪.

يتضمن إنتاج معدن الألمنيوم من الألومينا تحلله كهربائيًا إلى الأجزاء المكونة له - الألومنيوم والأكسجين. المنحل بالكهرباء في هذه العملية هو محلول الألومينا في الكريوليت (AlF3NaF). الكريوليت، الذي لديه القدرة على إذابة الألومينا، يقلل في نفس الوقت من نقطة انصهاره. تنصهر الألومينا عند درجة حرارة حوالي 2000 درجة مئوية، ونقطة انصهار المحلول الذي يتكون، على سبيل المثال، من 85% كريوليت و15% ألومينا هي 935 درجة مئوية.

يعد مخطط التحليل الكهربائي للألومينا بسيطًا للغاية، لكن هذه العملية معقدة من الناحية التكنولوجية وتتطلب كميات كبيرة من الكهرباء.

الجزء السفلي من الحمام ذو عزل حراري جيد 1 وتعبئة كربونية 2 يحتوي على نواقل كاثود 3 متصلة بالقطب السالب لمصدر التيار الكهربائي. يتم توصيل الأقطاب الكهربائية 5 بحافلة الأنود 4. قبل بدء التحليل الكهربائي، تُسكب طبقة رقيقة من فحم الكوك في قاع الحمام، ويتم إنزال الأقطاب الكهربائية حتى تتلامس معها ويتم تشغيل التيار. عندما يتم تسخين التعبئة الكربونية، يتم إدخال الكريوليت تدريجياً. عندما يكون سمك طبقة الكريوليت المنصهر 200-300 ملم، يتم تحميل الألومينا بمعدل 15% من كمية الكريوليت. تحدث العملية عند 950-1000 درجة مئوية.

تحت تأثير التيار الكهربائي، تحلل الألومينا الألومنيوم والأكسجين. يتراكم الألمنيوم السائل 6 على قاع الكربون (قاع حمام الفحم) وهو الكاثود، فيتحد الأكسجين مع كربون الأنودات، فيحرقها تدريجياً. يتم استهلاك الكريوليت بشكل ضئيل. تتم إضافة الألومينا بشكل دوري، ويتم إنزال الأقطاب الكهربائية تدريجياً للتعويض عن الجزء المحترق، ويتم إطلاق الألومنيوم السائل المتراكم في المغرفة 8 على فترات زمنية معينة.

أثناء التحليل الكهربائي، يتم استهلاك حوالي 2 طن من الألومينا، و0.6 طن من أقطاب الكربون التي تعمل كأنودات، و0.1 طن من الكريوليت، ومن 17000 إلى 18000 كيلووات في الساعة من الكهرباء لكل طن واحد من الألومنيوم.

يحتوي الألومنيوم الخام الذي يتم الحصول عليه عن طريق التحليل الكهربائي للألومينا على شوائب معدنية (الحديد والسيليكون والتيتانيوم والصوديوم)، والغازات الذائبة، وأهمها الهيدروجين، والشوائب غير المعدنية، وهي جزيئات الألومينا والفحم والكريوليت. وفي هذه الحالة يكون غير صالح للاستخدام، حيث أن خصائصه منخفضة، لذلك يجب صقله. تتم إزالة الشوائب غير المعدنية والغازية عن طريق صهر المعدن ونفخه بالكلور. لا يمكن إزالة الشوائب المعدنية إلا بطرق التحليل الكهربائي المعقدة.

بعد التكرير، يتم الحصول على درجات تجارية من الألومنيوم.

نقاء الألومنيوم هو مؤشر حاسم يؤثر على جميع خصائصه، وبالتالي فإن التركيب الكيميائي هو الأساس لتصنيف الألومنيوم.

الشوائب الحتمية الناتجة عن إنتاج الألمنيوم هي الحديد والسيليكون. وكلاهما في الألمنيوم مضر. لا يذوب الحديد في الألومنيوم، ولكنه يشكل معه مركبات كيميائية هشة FeAl و Fe2Al. يشكل الألومنيوم خليطًا ميكانيكيًا سهل الانصهار مع السيليكون بنسبة 11.7% Si. نظرًا لأن ذوبان السيليكون في درجة حرارة الغرفة منخفض جدًا (0.05٪)، فإنه حتى مع وجود كمية صغيرة فإنه يشكل Fe + Si سهل الانصهار ويتضمن بلورات السيليكون الصلبة جدًا (HB 800) والهشة، مما يقلل من ليونة الألومنيوم. عندما يتواجد السيليكون والحديد معًا، يتشكل مركب كيميائي ثلاثي وسهل الانصهار ثلاثي، مما يقلل أيضًا من اللدونة.

الشوائب الخاضعة للرقابة في الألومنيوم هي الحديد والسيليكون والنحاس والتيتانيوم.

يحتوي الألمنيوم بجميع درجاته على أكثر من 99% من الألمونيوم. تتم الإشارة إلى الفائض الكمي لهذه القيمة بأجزاء من مائة أو أعشار النسبة المئوية في اسم العلامة التجارية بعد الحرف الأول A. وبالتالي، تحتوي الدرجة A85 على 99.85% Al. الاستثناء من مبدأ الوسم هذا هو الدرجات A AE، حيث يكون محتوى الألومنيوم هو نفسه الموجود في الدرجات A0 وA5، ولكن نسبة شوائب الحديد والسيليكون الموجودة في التركيبة مختلفة.

الحرف E في الدرجة AE يعني أن الألومنيوم من هذه الدرجة مخصص لإنتاج الأسلاك الكهربائية. من المتطلبات الإضافية لخصائص الألومنيوم انخفاض المقاومة الكهربائية، والتي بالنسبة للأسلاك المصنوعة منه يجب ألا تزيد عن 0.0280 أوم مم عند 20 درجة مئوية.

يستخدم الألومنيوم لإنتاج المنتجات والسبائك التي تعتمد عليه، والتي تتطلب خصائصها درجة عالية من النقاء.

اعتمادًا على الغرض، يمكن إنتاج الألومنيوم بأشكال مختلفة. الألومنيوم من جميع الدرجات (النقاء العالي والتقني)، المخصص لإعادة الصهر، مصبوب على شكل خنازير تزن 5؛ 15 و 1000 كجم. قيمها الحدية هي كما يلي: الارتفاع من 60 إلى 600 ملم، العرض من 93 إلى 800 ملم والطول من 415 إلى 1000 ملم.

إذا كان الألومنيوم مخصصًا للصفائح والشرائط المتداول، فسيتم صب السبائك المسطحة ذات سبعة عشر حجمًا باستخدام طريقة مستمرة أو شبه مستمرة. يتراوح سمكها من 140 إلى 400 ملم، وعرضها من 560 إلى 2025 ملم، ووزن 1 متر من طول السبائك من 210 إلى 2190 كجم. يتم الاتفاق على طول السبيكة مع العميل.

النوع الرئيسي للتحكم في الألومنيوم، سواء في الخنازير أو السبائك المسطحة، هو التحقق من التركيب الكيميائي ومطابقته لاسم العلامة التجارية. تخضع السبائك والسبائك المخصصة للمعالجة بالضغط لمتطلبات إضافية، مثل عدم وجود تجاويف وفقاعات الغاز والشقوق والخبث وغيرها من الشوائب الأجنبية.

لإزالة الأكسدة من الفولاذ أثناء صهره، وكذلك لإنتاج السبائك الحديدية والألمنيوم الحراري، يمكنك استخدام ألومنيوم أرخص بدرجة نقاء أقل مما هو مذكور في جدول "نقاء الألومنيوم بدرجات مختلفة". ولهذا الغرض، تنتج الصناعة ستة أنواع من الألومنيوم في سبائك يتراوح وزنها من 3 إلى 16.5 كجم، وتحتوي على نسبة من 98.0 إلى 87.0% من الألومنيوم. يصل محتوى الحديد فيها إلى 2.5%، والسيليكون والنحاس إلى 5% لكل منهما.

يرجع استخدام الألومنيوم إلى خصوصية خصائصه. إن الجمع بين الخفة والموصلية الكهربائية العالية بما فيه الكفاية يسمح باستخدام الألومنيوم كموصل للتيار الكهربائي، ليحل محل النحاس الأكثر تكلفة. يتم تعويض الفرق في التوصيل الكهربائي للنحاس (631 أوم) والألومنيوم (371 أوم) عن طريق زيادة المقطع العرضي لسلك الألومنيوم. تتيح الكتلة المنخفضة لأسلاك الألمنيوم تعليقها على مسافة أكبر بكثير بين الدعامات مقارنة بالأسلاك النحاسية، دون خوف من كسر الأسلاك تحت تأثير وزنها. كما يتم تصنيع الكابلات وقضبان التوصيل والمكثفات والمقومات منها. إن مقاومة الألمنيوم العالية للتآكل تجعله في بعض الحالات مادة لا غنى عنها في الهندسة الكيميائية، على سبيل المثال، لصناعة المعدات المستخدمة في إنتاج وتخزين ونقل حمض النيتريك ومشتقاته.

كما أنه يستخدم على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية - حيث يتم تصنيع مجموعة متنوعة من أدوات الطهي منه. في هذه الحالة، لا يتم استخدام مقاومتها للأحماض العضوية فحسب، بل يتم أيضًا استخدام موصليتها الحرارية العالية.

تسمح الليونة العالية بدحرجة الألومنيوم إلى رقائق معدنية، والتي حلت الآن بالكامل محل رقائق القصدير باهظة الثمن المستخدمة سابقًا. يستخدم الرقائق كتعبئة لمجموعة واسعة من المنتجات الغذائية: الشاي، الشوكولاتة، التبغ، الجبن، إلخ.

يتم استخدام الألومنيوم بنفس طريقة استخدام الطلاء المضاد للتآكل للمعادن والسبائك الأخرى. ويمكن تطبيقه عن طريق الكسوة والتعدين الانتشاري وطرق أخرى، بما في ذلك الطلاء باستخدام الدهانات والورنيشات المحتوية على الألومنيوم. إن تكسية الألومنيوم للمنتجات المدرفلة المسطحة المصنوعة من سبائك الألومنيوم الأقل مقاومة للتآكل أمر شائع بشكل خاص.

يتم استخدام النشاط الكيميائي للألمنيوم بالنسبة للأكسجين في إزالة الأكسدة في إنتاج الفولاذ شبه الهادئ والهادئ وفي إنتاج المعادن التي يصعب اختزالها عن طريق إزاحة الألومنيوم من مركبات الأكسجين الخاصة بها.

يستخدم الألومنيوم كعنصر صناعة السبائك في مجموعة واسعة من الفولاذ والسبائك. ويعطيهم خصائص محددة. على سبيل المثال، فهو يزيد من المقاومة الحرارية للسبائك المعتمدة على الحديد والنحاس والتيتانيوم وبعض المعادن الأخرى.

يمكننا تسمية مجالات أخرى لاستخدام الألمنيوم بدرجات متفاوتة من النقاء، ولكن يتم إنفاق الجزء الأكبر منه على إنتاج سبائك خفيفة مختلفة تعتمد عليه. المعلومات حول أهمها موضحة أدناه.

بشكل عام، يتم تقدير استخدام الألومنيوم في مختلف قطاعات الاقتصاد باستخدام مثال الدول الرأسمالية المتقدمة بالأرقام التالية: هندسة النقل 20-23% (بما في ذلك صناعة السيارات 15%)، البناء 17-18%، الهندسة الكهربائية 10 -12%، إنتاج مواد التعبئة والتغليف 9-10%، إنتاج السلع الاستهلاكية المعمرة 9-10%، الهندسة العامة 8-10%.

يكتسب الألومنيوم مجالات تطبيق جديدة باستمرار، على الرغم من المنافسة من المواد الأخرى وخاصة البلاستيك.

الخامات الصناعية الرئيسية التي تحتوي على الألومنيوم هي البوكسيت والنيفيلين والألونيت والكاولين.

يتم تقييم جودة هذه الخامات من خلال محتوى الألومينا Al O الذي يحتوي على 53% Al. ومن مؤشرات الجودة الأخرى لخامات الألومنيوم، الأهم هو تكوين الشوائب، والتي يتم تحديد ضررها وفائدتها من خلال استخدام الخام.

يعد البوكسيت المادة الخام الأفضل والرئيسية لإنتاج الألمنيوم في جميع أنحاء العالم. كما أنها تستخدم لإنتاج اكسيد الالمونيوم الاصطناعي والمنتجات شديدة المقاومة للحرارة ولأغراض أخرى. ومن حيث التركيب الكيميائي، فهذه الصخور الرسوبية عبارة عن خليط من هيدرات الألومينا AlO nH2O مع أكاسيد الحديد والسيليكون والتيتانيوم وعناصر أخرى. هيدرات الألومينا الأكثر شيوعًا الموجودة في البوكسيت هي معادن الشتات، والبوهميت، والهيدراجليت. يختلف محتوى الألومينا في البوكسيت، حتى في رواسب واحدة، ضمن حدود واسعة جدًا - من 35 إلى 70٪.

تشكل المعادن التي يتكون منها البوكسيت خليطًا ناعمًا جدًا، مما يجعل التخصيب صعبًا. في الصناعة، يتم استخدام الخام الخام بشكل رئيسي. إن عملية استخلاص الألمنيوم من الخام عملية معقدة، وتستهلك الكثير من الطاقة، وتتكون من مرحلتين: أولاً يتم استخلاص الألومينا، ومن ثم يتم الحصول على الألمنيوم منها.

موضوع التجارة العالمية هو البوكسيت نفسه والألومينا المستخرجة منه أو من الخامات الأخرى.

في رابطة الدول المستقلة، يتم توزيع رواسب البوكسيت بشكل غير متساو، والبوكسيت من رواسب مختلفة ذو جودة غير متساوية. توجد رواسب البوكسيت عالية الجودة في جبال الأورال. تتوفر أيضًا احتياطيات كبيرة من البوكسيت في الجزء الأوروبي من رابطة الدول المستقلة وغرب كازاخستان.

ومن بين الدول المتقدمة صناعيا، أصبحت فرنسا وحدها الآن آمنة عمليا، حيث بدأ تطورها لأول مرة. وقد قُدرت احتياطياتها الموثوقة والمحتملة في هذه المجموعة من البلدان عام 1975 بنحو 4.8 مليار طن (بما في ذلك 4.6 مليار طن في أستراليا)، بينما بلغت في البلدان النامية 12.5 مليار طن، معظمها في أفريقيا وأمريكا اللاتينية (أغنىهما غينيا والكاميرون). ، البرازيل، جامايكا).

خلال فترة ما بعد الحرب، توسعت بشكل حاد دائرة البلدان التي يتم فيها استخراج البوكسيت وإنتاج الألمنيوم الأولي. في عام 1950، تم استخراج البوكسيت في 11 دولة فقط، باستثناء الاتحاد السوفييتي، بما في ذلك ثلاثة بكميات تزيد عن مليون طن (سورينام، غيانا، الولايات المتحدة الأمريكية) وأربعة أكثر من 0.1 مليون طن لكل منها (فرنسا، إندونيسيا، إيطاليا، غانا). بحلول عام 1977، زاد حجم الإنتاج 12 مرة وتغيرت جغرافيته بشكل كبير (أكثر من نصف إنتاج العالم الرأسمالي كان في البلدان النامية).

وخلافاً للبلدان النامية، تقوم أستراليا الغنية بالوقود بمعالجة معظم إنتاجها من البوكسيت (أغلبه من شبه جزيرة يورك، أكبر رواسب البوكسيت في العالم) لتحويله إلى الألومينا، وهو ما يلعب دوراً حاسماً في صادراتها العالمية. وليس على سبيل المثال، تصدر بلدان منطقة البحر الكاريبي وغرب أفريقيا البوكسيت بشكل رئيسي. ويرجع ذلك إلى أسباب سياسية (تفضل احتكارات الألومنيوم العالمية إنتاج الألومينا خارج بلدان تعدين البوكسيت التي تعتمد عليها) وأسباب اقتصادية بحتة: البوكسيت، على عكس خامات المعادن الثقيلة غير الحديدية، قابل للنقل (يحتوي على 35- 65% من ثاني أكسيد الألومنيوم)، ويتطلب إنتاج الألومينا تكاليف محددة كبيرة، وهو ما لا تتحمله الغالبية العظمى من بلدان تعدين البوكسيت.

وفي محاولة لمقاومة إملاءات احتكارات الألومنيوم في العالم، أنشأت الدول المصدرة للبوكسيت الرابطة الدولية لدول تعدين البوكسيت (IABC) في عام 1973. وشملت أستراليا وغينيا وغويانا وجامايكا ويوغوسلافيا؛ وفي وقت لاحق، انضمت جمهورية الدومينيكان وهايتي وغانا وسيراليون وسورينام، وأصبحت اليونان والهند دولتين مراقبتين. وفي عام الخلق، كانت هذه الولايات تنتج ما يقرب من 85% من إنتاج البوكسيت في الدول غير الاشتراكية.

تتميز صناعة الألمنيوم بوجود فجوة إقليمية بين تعدين البوكسيت وإنتاج الألومينا، وبين الأخير وصهر الألمنيوم الأولي. يتم توطين أكبر إنتاج للألومينا (يصل إلى 1-1.3 مليون طن سنويًا) في مصاهر الألومنيوم (على سبيل المثال، في المصنع الكندي في أرفيدا في كيبيك، والذي تبلغ طاقته الإنتاجية 0.4 مليون طن من الألومنيوم سنويًا) وفي موانئ تصدير البوكسيت (على سبيل المثال، بارانام في سورينام)، وكذلك على طرق البوكسيت من الثاني إلى الأول - على سبيل المثال، في الولايات المتحدة الأمريكية على ساحل الخليج (كوربوس كريستي، بوينت كومفورت).

في بلدنا، يتم تقسيم كل البوكسيت المستخرج إلى عشرة درجات. الفرق الرئيسي بين درجات البوكسيت المختلفة هو أنها تحتوي على كميات مختلفة من المكون الرئيسي القابل للاستخراج، الألومينا، ولها قيم معامل سيليكون مختلفة، أي. يختلف محتوى الألومينا عن محتوى شوائب السيليكا الضارة في البوكسيت (AlO SiO). تعد وحدة السيليكون مؤشرًا مهمًا للغاية لجودة البوكسيت؛ حيث تعتمد تقنية تطبيقها ومعالجتها إلى حد كبير عليها.

يتم تحديد محتوى الرطوبة في البوكسيت من أي درجة اعتمادًا على رواسبها: يتم تحديد أدنى محتوى رطوبة (لا يزيد عن 7٪) للبوكسيت من رواسب جنوب الأورال، وبالنسبة لرواسب شمال الأورال وكامنسك-أورال وتيخفين - لا أكثر من 12 و16 و22% على التوالي. مؤشر الرطوبة ليس معيارًا للرفض ويستخدم فقط للتسويات مع المستهلك.

يتم توريد البوكسيت على شكل قطع لا يزيد حجمها عن 500 ملم. يتم نقلها بكميات كبيرة على المنصات أو في الجندول.

القسم 1. اسم وتاريخ اكتشاف الألومنيوم.

القسم 2. الخصائص العامة الألومنيوم، الخصائص الفيزيائية والكيميائية.

القسم 3. إنتاج المسبوكات من سبائك الألومنيوم.

القسم 4. التطبيق الألومنيوم.

الألومنيومهو عنصر من عناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثالثة، الفترة الثالثة من النظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D.I Mendeleev، برقم ذري 13. تم تحديده بالرمز Al. ينتمي إلى مجموعة المعادن الخفيفة. الاكثر انتشارا معدنوالعنصر الكيميائي الثالث الأكثر وفرة في القشرة الأرضية (بعد الأكسجين والسيليكون).

مادة بسيطة من الألومنيوم (رقم CAS: 7429-90-5) - خفيفة، ممغنطة معدنلون أبيض فضي، سهل التشكيل والصب والآلة. يتمتع الألومنيوم بموصلية حرارية وكهربائية عالية ومقاومة للتآكل بسبب التكوين السريع لأغشية الأكسيد القوية التي تحمي السطح من المزيد من التفاعل.

ترتبط الإنجازات الصناعية في أي مجتمع متقدم دائمًا بالتقدم في تكنولوجيا المواد الإنشائية والسبائك. تعد جودة المعالجة وإنتاجية المواد التجارية الصناعية من أهم المؤشرات على مستوى تطور الدولة.

المواد المستخدمة في الهياكل الحديثة، بالإضافة إلى خصائص القوة العالية، يجب أن تتمتع بمجموعة من الخصائص مثل زيادة مقاومة التآكل، ومقاومة الحرارة، والتوصيل الحراري والكهربائي، والحراريات، وكذلك القدرة على الحفاظ على هذه الخصائص في ظل ظروف طويلة الأمد العملية تحت الأحمال.

تتوافق التطورات العلمية وعمليات الإنتاج في مجال إنتاج مسبك المعادن غير الحديدية في بلادنا مع الإنجازات المتقدمة للتقدم العلمي والتكنولوجي. وكانت النتيجة، على وجه الخصوص، إنشاء محلات صب القوالب والحقن الحديثة في مصنع فولجسكي للسيارات وعدد من الشركات الأخرى. في مصنع Zavolzhsky Motor، تعمل بنجاح آلات قولبة الحقن الكبيرة بقوة قفل القالب البالغة 35 مليون نيوتن، والتي تنتج كتل أسطوانات مصنوعة من سبائك الألومنيوم لسيارة Volga.

لقد أتقن مصنع Altai Motor Plant خطًا آليًا لإنتاج المسبوكات المصبوبة بالحقن. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ()، لأول مرة في العالم، تم تطويره وإتقانه عمليةالصب المستمر لسبائك سبائك الألومنيوم في جهاز تبلور كهرومغناطيسي. تعمل هذه الطريقة على تحسين جودة السبائك بشكل كبير وتقليل كمية النفايات على شكل رقائق أثناء الدوران.

اسم وتاريخ اكتشاف الألمنيوم

يأتي الألومنيوم اللاتيني من الكلمة اللاتينية alumen، والتي تعني الشب (الألومنيوم وكبريتات البوتاسيوم (K) KAl(SO4)2·12H2O)، والتي تُستخدم منذ فترة طويلة في دباغة الجلود وكمادة قابضة. آل، عنصر كيميائي من المجموعة الثالثة من الجدول الدوري، العدد الذري 13، الكتلة الذرية 26، 98154. بسبب نشاطه الكيميائي العالي، استغرق اكتشاف وعزل الألومنيوم النقي ما يقرب من 100 عام. تم التوصل إلى الاستنتاج القائل بأنه يمكن الحصول على "" (مادة حرارية، بالمصطلحات الحديثة - أكسيد الألومنيوم) من الشبة، في عام 1754. الكيميائي الألماني أ. ماركغراف. في وقت لاحق اتضح أنه من الممكن عزل نفس "الأرض" من الطين، وبدأ يطلق عليه الألومينا. ولم يتمكن من الحصول على الألومنيوم المعدني إلا في عام 1825. الفيزيائي الدنماركي إتش كيه أورستد. قام بمعالجة كلوريد الألومنيوم AlCl3، والذي يمكن الحصول عليه من الألومينا، مع ملغم البوتاسيوم (سبيكة من البوتاسيوم (K) مع الزئبق (Hg))، وبعد تقطير الزئبق (Hg)، قام بعزل مسحوق الألومنيوم الرمادي.

وبعد ربع قرن فقط، تم تحديث هذه الطريقة قليلاً. في عام 1854، اقترح الكيميائي الفرنسي أ.إي.سانت كلير ديفيل استخدام معدن الصوديوم (Na) لإنتاج الألومنيوم، وحصل على السبائك الأولى من المعدن الجديد. وكانت تكلفة الألومنيوم مرتفعة للغاية في ذلك الوقت، وكانت تُصنع منه المجوهرات.

تم تطوير طريقة صناعية لإنتاج الألومنيوم عن طريق التحليل الكهربائي لمصهور الخلائط المعقدة، بما في ذلك أكسيد الألومنيوم والفلورايد ومواد أخرى، بشكل مستقل في عام 1886 بواسطة P. Héroux () وC. Hall (الولايات المتحدة الأمريكية). يرتبط إنتاج الألمنيوم بارتفاع استهلاك الكهرباء، لذلك لم يتم تنفيذه على نطاق واسع إلا في القرن العشرين. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (CCCP)تم إنتاج أول ألمنيوم صناعي في 14 مايو 1932 في مصنع فولخوف للألمنيوم، الذي تم بناؤه بجوار محطة فولخوف للطاقة الكهرومائية.

تم الحصول على الألومنيوم بدرجة نقاء تزيد عن 99.99% لأول مرة عن طريق التحليل الكهربائي في عام 1920. في عام 1925 م عملنشر إدواردز بعض المعلومات حول الخواص الفيزيائية والميكانيكية لهذا الألومنيوم. في عام 1938 نشر تايلور وويلر وسميث وإدواردز مقالًا يوضح بعض خصائص الألومنيوم بنقاء 99.996%، والذي تم الحصول عليه أيضًا في فرنسا عن طريق التحليل الكهربائي. نُشرت الطبعة الأولى من الدراسة حول خصائص الألمنيوم في عام 1967.

في السنوات اللاحقة، بسبب سهولة التحضير النسبية والخصائص الجذابة، كثيرة يعملحول خصائص الألومنيوم. لقد وجد الألمنيوم النقي تطبيقًا واسعًا بشكل رئيسي في مجال الإلكترونيات - بدءًا من المكثفات الإلكتروليتية وحتى قمة الهندسة الإلكترونية - المعالجات الدقيقة؛ في الإلكترونيات البردية، والمغناطيسية البردية.

أحدث الطرق للحصول على الألومنيوم النقي هي طريقة تنقية المنطقة، والتبلور من الملغم (سبائك الألومنيوم مع الزئبق) والعزل من المحاليل القلوية. يتم التحكم في درجة نقاء الألومنيوم من خلال قيمة المقاومة الكهربائية عند درجات الحرارة المنخفضة.

الخصائص العامة للألمنيوم

يتكون الألمنيوم الطبيعي من نواة واحدة هي 27Al. تكوين الطبقة الإلكترونية الخارجية هو 3s2p1. في جميع المركبات تقريبًا، تكون حالة أكسدة الألومنيوم +3 (التكافؤ III). نصف قطر ذرة الألومنيوم المحايدة هو 0.143 نانومتر، ونصف قطر أيون Al3+ هو 0.057 نانومتر. طاقات التأين المتسلسل لذرة الألومنيوم المحايدة هي، على التوالي، 5، 984، 18، 828، 28، 44 و 120 فولت. وفقا لمقياس بولينج، فإن السالبية الكهربية للألمنيوم هي 1.5.

الألومنيوم ناعم، خفيف، أبيض فضي، شبكته البلورية مكعبة مركزية الوجه، المعلمة a = 0.40403 نانومتر. درجة انصهار المعدن النقي هي 660 درجة مئوية، ونقطة الغليان حوالي 2450 درجة مئوية، والكثافة 2.6989 جم / سم 3. ويبلغ معامل درجة الحرارة للتمدد الخطي للألمنيوم حوالي 2.5·10-5 K-1.

الألومنيوم الكيميائي هو معدن نشط إلى حد ما. في الهواء، يتم تغطية سطحه على الفور بطبقة كثيفة من أكسيد Al2O3، مما يمنع وصول الأكسجين (O) إلى المعدن ويؤدي إلى وقف التفاعل، مما يحدد خصائص الألمنيوم العالية المضادة للتآكل. يتم أيضًا تشكيل طبقة سطحية واقية على الألومنيوم إذا تم وضعها في حمض النيتريك المركز.

يتفاعل الألومنيوم بشكل نشط مع الأحماض الأخرى:

6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2،

3H2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.

ومن المثير للاهتمام أن التفاعل بين مساحيق الألومنيوم واليود (I) يبدأ عند درجة حرارة الغرفة إذا تمت إضافة بضع قطرات من الماء إلى الخليط الأولي، والذي يلعب في هذه الحالة دور المحفز:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

تفاعل الألومنيوم مع الكبريت (S) عند تسخينه يؤدي إلى تكوين كبريتيد الألومنيوم:

2Al + 3S = Al2S3،

والتي تتحلل بسهولة بالماء:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S.

لا يتفاعل الألومنيوم بشكل مباشر مع الهيدروجين (H)، ولكن بطرق غير مباشرة، على سبيل المثال، باستخدام مركبات الألومنيوم العضوية، من الممكن تصنيع هيدريد الألومنيوم البوليمر الصلب (AlH3)x، وهو عامل اختزال قوي.

في شكل مسحوق، يمكن حرق الألومنيوم في الهواء، ويتكون مسحوق أبيض مقاوم للحرارة من أكسيد الألومنيوم Al2O3.

وتحدد قوة الرابطة العالية في Al2O3 الحرارة العالية لتكوينه من مواد بسيطة وقدرة الألومنيوم على اختزال العديد من المعادن من أكاسيدها، على سبيل المثال:

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe وحتى

3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca.

تسمى هذه الطريقة لإنتاج المعادن بالألمنيوم.

التواجد في الطبيعة

ومن حيث توافره في القشرة الأرضية، يحتل الألومنيوم المرتبة الأولى بين المعادن والثالثة بين جميع العناصر (بعد الأكسجين (O) والسيليكون (Si))، حيث يمثل حوالي 8.8% من كتلة القشرة الأرضية. يوجد الألومنيوم في عدد كبير من المعادن، وخاصة سيليكات الألومنيوم والصخور. تحتوي مركبات الألومنيوم على الجرانيت، والبازلت، والطين، والفلسبار، وما إلى ذلك. ولكن هنا تكمن المفارقة: مع وجود عدد كبير منها المعادنوالصخور التي تحتوي على الألومنيوم، ورواسب البوكسيت - المادة الخام الرئيسية للإنتاج الصناعي للألمنيوم - نادرة جدًا. توجد في الاتحاد الروسي رواسب البوكسيت في سيبيريا وجزر الأورال. الألونيت والنيفيلين لهما أيضًا أهمية صناعية. كعنصر تتبع، يوجد الألومنيوم في أنسجة النباتات والحيوانات. هناك كائنات حية - مركزات تتراكم الألومنيوم في أعضائها - بعض الطحالب والرخويات.

الإنتاج الصناعي: في مؤشر الإنتاج الصناعي، يخضع البوكسيت أولاً للمعالجة الكيميائية، وإزالة شوائب أكاسيد السيليكون (Si)، والحديد (Fe) وعناصر أخرى. نتيجة لهذه المعالجة، يتم الحصول على أكسيد الألومنيوم النقي Al2O3 - وهو العنصر الرئيسي في إنتاج المعدن عن طريق التحليل الكهربائي. ومع ذلك، نظرًا لحقيقة أن درجة انصهار Al2O3 عالية جدًا (أكثر من 2000 درجة مئوية)، فمن غير الممكن استخدام ذوبانها في التحليل الكهربائي.

لقد وجد العلماء والمهندسون الحل على النحو التالي. في حمام التحليل الكهربائي، يتم أولاً إذابة الكريوليت Na3AlF6 (درجة حرارة الذوبان أقل قليلًا من 1000 درجة مئوية). يمكن الحصول على الكريوليت، على سبيل المثال، عن طريق معالجة النيفيلين من شبه جزيرة كولا. بعد ذلك، يتم إضافة القليل من Al2O3 (ما يصل إلى 10٪ بالوزن) وبعض المواد الأخرى إلى هذا الذوبان، مما يحسن الظروف لللاحقة عملية. أثناء التحليل الكهربائي لهذا المنصهر، يتحلل أكسيد الألومنيوم، ويبقى الكريوليت في المنصهر، ويتشكل الألومنيوم المنصهر عند الكاثود:

2Al2O3 = 4Al + 3O2.

سبائك الألومنيوم

معظم العناصر المعدنية تكون مسبوكة مع الألومنيوم، ولكن القليل منها فقط يلعب دور مكونات السبائك الرئيسية في سبائك الألومنيوم الصناعية. ومع ذلك، يتم استخدام عدد كبير من العناصر كمواد مضافة لتحسين خصائص السبائك. الأكثر استخداما:

يضاف البريليوم لتقليل الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة. تُستخدم إضافات صغيرة من البريليوم (0.01 - 0.05٪) في سبائك صب الألومنيوم لتحسين السيولة في إنتاج أجزاء محرك الاحتراق الداخلي (المكابس ورؤوس الأسطوانات).

يتم إدخال البورون لزيادة التوصيل الكهربائي وكمادة مضافة للتكرير. يتم إدخال البورون في سبائك الألومنيوم المستخدمة في الطاقة النووية (باستثناء أجزاء المفاعلات)، وذلك لأنه فهو يمتص النيوترونات، مما يمنع انتشار الإشعاع. يتم إدخال البورون بكمية متوسطة تبلغ 0.095 - 0.1٪.

البزموت. يتم إدخال المعادن ذات نقاط انصهار منخفضة، مثل البزموت والكادميوم، في سبائك الألومنيوم لتحسين قابلية التشغيل الآلي. تشكل هذه العناصر مراحل ناعمة وقابلة للانصهار تساهم في هشاشة الرقاقة وتزييت القاطع.

يضاف الغاليوم بنسبة 0.01 - 0.1% إلى السبائك التي تُصنع منها الأنودات القابلة للاستهلاك.

حديد. يتم إدخاله بكميات صغيرة (»0.04%) في إنتاج الأسلاك لزيادة القوة وتحسين خصائص الزحف. أيضًا حديديقلل من الالتصاق بجدران القوالب عند الصب في قالب بارد.

الإنديوم. تعمل المادة المضافة 0.05 - 0.2% على تقوية سبائك الألومنيوم أثناء التعتيق، خاصة ذات المحتوى المنخفض من النحاس. تستخدم إضافات الإنديوم في سبائك الألومنيوم والكادميوم.

يتم إدخال حوالي 0.3% من الكادميوم لزيادة القوة وتحسين خصائص التآكل للسبائك.

الكالسيوم يضفي اللدونة. مع محتوى الكالسيوم بنسبة 5٪، تتمتع السبيكة بتأثير اللدونة الفائقة.

السيليكون هو المادة المضافة الأكثر استخدامًا في سبائك المسبك. بكمية 0.5 - 4٪ تقلل من الميل إلى التشقق. مزيج السيليكون والمغنيسيوم يجعل من الممكن تسخين السبيكة.

المغنيسيوم. تؤدي إضافة المغنيسيوم إلى زيادة القوة بشكل كبير دون تقليل الليونة، وزيادة قابلية اللحام وزيادة مقاومة التآكل للسبيكة.

نحاسيقوي السبائك، ويتم تحقيق أقصى قدر من التصلب عند الاحتواء com.cupruma 4 - 6%. تُستخدم السبائك ذات النحاس في إنتاج المكابس لمحركات الاحتراق الداخلي وأجزاء الصب عالية الجودة للطائرات.

القصديريحسن معالجة القطع.

التيتانيوم. تتمثل المهمة الرئيسية للتيتانيوم في السبائك في تحسين الحبوب في المسبوكات والسبائك، مما يزيد بشكل كبير من قوة وتوحيد الخصائص في جميع أنحاء الحجم بأكمله.

على الرغم من أن الألومنيوم يعتبر أحد المعادن الصناعية الأقل نبلاً، إلا أنه مستقر تمامًا في العديد من البيئات المؤكسدة. والسبب في هذا السلوك هو وجود طبقة أكسيد مستمرة على سطح الألومنيوم، والتي تتشكل فورًا مرة أخرى على المناطق المنظفة عند تعرضها للأكسجين والماء والعوامل المؤكسدة الأخرى.

في معظم الحالات، يتم الذوبان في الهواء. إذا كان التفاعل مع الهواء يقتصر على تكوين مركبات غير قابلة للذوبان في الذوبان على السطح وكان الفيلم الناتج من هذه المركبات يبطئ بشكل كبير المزيد من التفاعل، فعادةً لا يتم اتخاذ أي تدابير لقمع هذا التفاعل. في هذه الحالة، يتم إجراء الصهر على اتصال مباشر بالذوبان مع الغلاف الجوي. ويتم ذلك في تحضير معظم سبائك الألومنيوم والزنك والقصدير والرصاص.

المساحة التي يتم فيها ذوبان السبائك محدودة ببطانة حرارية قادرة على تحمل درجات حرارة تتراوح بين 1500 - 1800 درجة مئوية. تشتمل جميع عمليات الصهر على مرحلة غازية، تتشكل أثناء احتراق الوقود، والتفاعل مع البيئة وبطانة وحدة الصهر، وما إلى ذلك.

تتمتع معظم سبائك الألومنيوم بمقاومة عالية للتآكل في الجو الطبيعي، ومياه البحر، ومحاليل العديد من الأملاح والمواد الكيميائية، وفي معظم الأطعمة. غالبًا ما تستخدم هياكل سبائك الألومنيوم في مياه البحر. تم بناء العوامات البحرية وقوارب النجاة والسفن والصنادل من سبائك الألومنيوم منذ عام 1930. حاليًا، يصل طول هياكل السفن المصنوعة من سبائك الألومنيوم إلى 61 مترًا. وتتمتع سبائك الألومنيوم تحت الأرض بخبرة عالية في مقاومة تآكل التربة. وفي عام 1951، تم بناء خط أنابيب بطول 2.9 كيلومتر في ألاسكا. بعد 30 عامًا من التشغيل، لم يتم اكتشاف أي تسرب أو ضرر جسيم بسبب التآكل.

يستخدم الألمنيوم بكميات كبيرة في البناء على شكل ألواح الكسوة، والأبواب، وإطارات النوافذ، والكابلات الكهربائية. لا تتعرض سبائك الألومنيوم للتآكل الشديد على مدى فترة طويلة من الزمن عند ملامستها للخرسانة أو الملاط أو الجص، خاصة إذا لم تكن الهياكل مبللة بشكل متكرر. في حالة كثرة البلل، إذا كان السطح من الألومنيوم عناصر التجارةإذا لم يتم معالجتها بشكل أكبر، فيمكن أن تصبح داكنة، وحتى سوداء في المدن الصناعية التي تحتوي على نسبة عالية من العوامل المؤكسدة في الهواء. لتجنب ذلك، يتم إنتاج سبائك خاصة للحصول على أسطح لامعة عن طريق الأنودة اللامعة - تطبيق طبقة أكسيد على سطح المعدن. في هذه الحالة، يمكن إعطاء السطح العديد من الألوان والظلال. على سبيل المثال، تتيح سبائك الألومنيوم والسيليكون الحصول على مجموعة من الظلال، من الرمادي إلى الأسود. سبائك الألومنيوم والكروم لها لون ذهبي.

يتم إنتاج الألومنيوم الصناعي على شكل نوعين من السبائك - سبائك الصب، التي يتم تصنيع الأجزاء منها عن طريق الصب، وسبائك التشوه، التي يتم إنتاجها على شكل منتجات نصف نهائية قابلة للتشوه - صفائح، ورقائق، وألواح، وملامح، وأسلاك. يتم إنتاج المسبوكات من سبائك الألومنيوم باستخدام جميع طرق الصب الممكنة. الأكثر شيوعاً تحت الضغط، في قوالب التبريد وفي أشكال الرمل والطين. يتم استخدامه في إنتاج الأحزاب السياسية الصغيرة يصبفي أشكال الجص مجتمعة و يصببواسطة نماذج الشمع المفقودة. تُستخدم السبائك المصبوبة في صناعة دوارات المحركات الكهربائية المصبوبة، وأجزاء الطائرات المصبوبة، وما إلى ذلك. وتستخدم السبائك المطاوع في إنتاج السيارات للزينة الداخلية، والمصدات، وألواح الجسم والأجزاء الداخلية؛ في البناء كمواد التشطيب. في الطائرات، الخ.

في صناعةوتستخدم أيضا مساحيق الألومنيوم. تستخدم في المعادن صناعة: في الألمنيوم، كإضافات لصناعة السبائك، لإنتاج المنتجات شبه المصنعة بالضغط والتلبيد. تنتج هذه الطريقة أجزاء متينة للغاية (التروس والبطانات وما إلى ذلك). تُستخدم المساحيق أيضًا في الكيمياء لإنتاج مركبات الألومنيوم ومثلها عامل حفاز(على سبيل المثال، في إنتاج الإيثيلين والأسيتون). ونظرا للتفاعلية العالية للألمنيوم، وخاصة في شكل مسحوق، فإنه يستخدم في المتفجرات والوقود الصلب للصواريخ، مع الاستفادة من قدرته على الاشتعال بسرعة.

نظرًا لمقاومة الألومنيوم العالية للأكسدة، يتم استخدام المسحوق كصبغة في طلاءات معدات الطلاء والأسقف وورق الطباعة والأسطح اللامعة لألواح السيارات. كما يتم طلاء الفولاذ والحديد الزهر بطبقة من الألومنيوم. بند التجارةلتجنب تآكلها.

من حيث نطاق التطبيق، يحتل الألمنيوم وسبائكه المرتبة الثانية بعد الحديد (Fe) وسبائكه. يرتبط الاستخدام الواسع النطاق للألمنيوم في مختلف مجالات التكنولوجيا والحياة اليومية بمزيج من خصائصه الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية: الكثافة المنخفضة، ومقاومة التآكل في الهواء الجوي، والتوصيل الحراري والكهربائي العالي، والليونة والقوة العالية نسبيًا. تتم معالجة الألومنيوم بسهولة بطرق مختلفة - الحدادة، والختم، والدرفلة، وما إلى ذلك. ويستخدم الألومنيوم النقي في صناعة الأسلاك (تبلغ الموصلية الكهربائية للألمنيوم 65.5% من الموصلية الكهربائية للكوبروم، ولكن الألومنيوم أخف بثلاث مرات من النحاس، لذلك غالبًا ما يتم استبدال الألومنيوم في الهندسة الكهربائية) ويتم استخدام الرقائق كمواد تعبئة وتغليف. يتم إنفاق الجزء الرئيسي من الألومنيوم المصهور على إنتاج سبائك مختلفة. يتم تطبيق الطلاءات الواقية والزخرفية بسهولة على أسطح سبائك الألومنيوم.

يرجع تنوع خصائص سبائك الألومنيوم إلى إدخال إضافات مختلفة إلى الألومنيوم والتي تشكل معه محاليل صلبة أو مركبات بين المعادن. يتم استخدام الجزء الأكبر من الألومنيوم لإنتاج السبائك الخفيفة - دورالومين (94% ألومنيوم، 4% نحاس (Cu)، 0.5% لكل من المغنيسيوم (Mg)، المنغنيز (Mn)، (Fe) والسيليكون (Si)) والسيليومين (85). -90% - ألومنيوم، 10-14% سيليكون (Si)، 0.1% صوديوم (Na))، إلخ. في علم المعادن، يُستخدم الألومنيوم ليس فقط كقاعدة للسبائك، ولكن أيضًا كواحد من إضافات السبائك المستخدمة على نطاق واسع في سبائك تعتمد على النحاس (Cu)، والمغنيسيوم (Mg)، والحديد (Fe)، والنيكل (Ni)، وما إلى ذلك.

تستخدم سبائك الألومنيوم على نطاق واسع في الحياة اليومية، في البناء والهندسة المعمارية، في صناعة السيارات وبناء السفن والطيران وتكنولوجيا الفضاء. على وجه الخصوص، تم تصنيع أول قمر صناعي للأرض من سبائك الألومنيوم. سبيكة من الألومنيوم والزركونيوم (Zr) - تستخدم على نطاق واسع في بناء المفاعلات النووية. ويستخدم الألمنيوم في صناعة المتفجرات.

عند التعامل مع الألومنيوم في الحياة اليومية، عليك أن تضع في اعتبارك أن السوائل المحايدة (الحموضة) فقط هي التي يمكن تسخينها وتخزينها في حاويات الألومنيوم (على سبيل المثال، الماء المغلي). على سبيل المثال، إذا قمت بطهي حساء الملفوف الحامض في مقلاة من الألومنيوم، فإن الألومنيوم ينتقل إلى الطعام ويكتسب طعمًا "معدنيًا" كريهًا. نظرًا لأنه من السهل جدًا تلف طبقة الأكسيد في الحياة اليومية، فإن استخدام أواني الطهي المصنوعة من الألومنيوم لا يزال غير مرغوب فيه.

معدن أبيض فضي، خفيف الوزن

الكثافة - 2.7 جم/سم3

تبلغ درجة انصهار الألومنيوم التقني 658 درجة مئوية، أما بالنسبة للألمنيوم عالي النقاء فهي 660 درجة مئوية.

حرارة الانصهار النوعية - 390 كيلوجول/كجم

نقطة الغليان - 2500 درجة مئوية

حرارة التبخر النوعية - 10.53 ميجا جول/كجم

قوة الشد للألمنيوم المصبوب - 10-12 كجم/ممI، قابلة للتشوه - 18-25 كجم/ممI، السبائك - 38-42 كجم/ممI

صلابة برينل - 24...32 كجم ثقلي/مم²

ليونة عالية: تقنية - 35%، نقية - 50%، ملفوفة في صفائح رقيقة وحتى رقائق معدنية

معامل يونج - 70 جيجا باسكال

يتمتع الألومنيوم بموصلية كهربائية عالية (0.0265 ميكروأوم · م) وموصلية حرارية (203.5 واط / (م · ك)))، 65٪ من الموصلية الكهربائية للنحاس، وله انعكاسية عالية للضوء.

مغناطيسية ضعيفة.

معامل درجة الحرارة للتمدد الخطي 24.58·10−6 K−1 (20…200 درجة مئوية).

معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية هو 2.7·10−8K−1.

يشكل الألومنيوم سبائك مع جميع المعادن تقريبًا. أشهر السبائك هي النحاس والمغنيسيوم (الدورالومين) والسيليكون (السيليومين).

يتكون الألومنيوم الطبيعي بالكامل تقريبًا من نظير واحد مستقر، 27Al، مع آثار من 26Al، وهو نظير مشع له فترةيبلغ عمر النصف 720 ألف سنة، ويتكون في الغلاف الجوي عندما يتم قصف نوى الأرجون بواسطة بروتونات الأشعة الكونية.

ومن حيث الانتشار في القشرة الأرضية، فهو يحتل المرتبة الأولى بين المعادن والثالثة بين العناصر، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الأكسجين والسيليكون. محتوى الألومنيوم في القشرة الأرضية حسب بياناتويقدر الباحثون المختلفون ما بين 7.45 إلى 8.14% من كتلة القشرة الأرضية.

في الطبيعة، يوجد الألومنيوم، بسبب نشاطه الكيميائي العالي، بشكل حصري تقريبًا في شكل مركبات. بعض منهم:

البوكسيت - Al2O3 H2O (مع شوائب SiO2، Fe2O3، CaCO3)

الألونيتس - (Na,K)2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3

الألومينا (خليط من الكاولين مع الرمل SiO2، الحجر الجيري CaCO3، المغنسيت MgCO3)

اكسيد الالمونيوم (الياقوت، الياقوت، الصنفرة) – Al2O3

الكاولينيت - Al2O3 2SiO2 2H2O

البريل (الزمرد والزبرجد) - 3BeO Al2O3 6SiO2

كريسوبريل (الكسندريت) - BeAl2O4.

ومع ذلك، في ظل ظروف اختزال محددة معينة، من الممكن تكوين الألومنيوم الأصلي.

تحتوي المياه الطبيعية على الألومنيوم على شكل مركبات كيميائية منخفضة السمية، مثل فلوريد الألومنيوم. يعتمد نوع الكاتيون أو الأنيون، في المقام الأول، على حموضة الوسط المائي. تركيزات الألمنيوم في المسطحات المائية السطحية الاتحاد الروسيتتراوح من 0.001 إلى 10 ملغم / لتر، وفي مياه البحر 0.01 ملغم / لتر.

الألومنيوم هو

إنتاج المسبوكات من سبائك الألومنيوم

المهمة الرئيسية التي تواجه إنتاج المسبك في منطقتنا دولة، يتكون من تحسن عام كبير في جودة المسبوكات، والذي ينبغي أن ينعكس في انخفاض في سمك الجدار، وانخفاض في بدلات التشغيل الآلي وأنظمة تغذية البوابات مع الحفاظ على الخصائص التشغيلية المناسبة للسلع التجارية. يجب أن تكون النتيجة النهائية لهذا العمل هي تلبية الاحتياجات المتزايدة للهندسة الميكانيكية بالكمية المطلوبة من المسبوكات دون زيادة كبيرة في إجمالي الانبعاثات النقدية للمسبوكات حسب الوزن.

صب الرمل

من بين طرق الصب المذكورة أعلاه في قوالب لمرة واحدة، فإن الطريقة الأكثر استخدامًا في تصنيع المسبوكات من سبائك الألومنيوم هي الصب في قوالب الرمل الرطب. ويرجع ذلك إلى انخفاض كثافة السبائك وتأثير القوة الصغيرة للمعدن على القالب ودرجات حرارة الصب المنخفضة (680-800 درجة مئوية).

لتصنيع قوالب الرمل، يتم استخدام القوالب والمخاليط الأساسية المحضرة من رمال الكوارتز والطين (GOST 2138-74)، وطين القولبة (GOST 3226-76)، والمجلدات والمواد المساعدة.

يتم اختيار نوع نظام البوابات مع الأخذ في الاعتبار أبعاد الصب وتعقيد تكوينه وموقعه في القالب. يتم صب قوالب المسبوكات ذات التكوينات المعقدة ذات الارتفاع الصغير، كقاعدة عامة، باستخدام أنظمة البوابات السفلية. بالنسبة لارتفاعات الصب الكبيرة والجدران الرقيقة، يفضل استخدام الفتحات الرأسية أو أنظمة البوابات المدمجة. يمكن ملء قوالب المسبوكات صغيرة الحجم من خلال أنظمة البوابات العلوية. في هذه الحالة، يجب ألا يتجاوز ارتفاع سقوط القشرة المعدنية في تجويف القالب 80 ملم.

لتقليل سرعة حركة المصهور عند دخوله إلى تجويف القالب ولفصل أفلام الأكسيد وشوائب الخبث المعلقة فيه بشكل أفضل، يتم إدخال مقاومة هيدروليكية إضافية في أنظمة البوابات - يتم تركيب الشبكات (المعدنية أو الألياف الزجاجية) أو يتم صبها الخروج من خلال المرشحات الحبيبية.

يتم إحضار Sprues (مغذيات)، كقاعدة عامة، إلى أقسام رقيقة (جدران) من المسبوكات الموزعة حول المحيط، مع مراعاة راحة فصلها اللاحق أثناء المعالجة. إن توريد المعدن إلى الوحدات الضخمة أمر غير مقبول، لأنه يتسبب في تكوين تجاويف الانكماش فيها، وزيادة الخشونة و"الانخفاضات" الانكماشية على سطح المسبوكات. في المقطع العرضي، غالبًا ما يكون للقنوات البوابية شكل مستطيل مع قياس الجانب العريض من 15 إلى 20 ملم والجانب الضيق من 5 إلى 7 ملم.

السبائك ذات نطاق التبلور الضيق (AL2، AL4، AL)، AL34، AK9، AL25، ALZO) عرضة لتشكيل تجاويف الانكماش المركزة في الوحدات الحرارية للمسبوكات. لجلب هذه القذائف إلى ما هو أبعد من المسبوكات، يتم استخدام تركيب الأرباح الضخمة على نطاق واسع. بالنسبة للمسبوكات ذات الجدران الرقيقة (4-5 مم) والمسبوكات الصغيرة، تكون كتلة الربح 2-3 أضعاف كتلة المسبوكات، وبالنسبة للمسبوكات ذات الجدران السميكة تصل إلى 1.5 مرة. ارتفاع وصليتم اختياره اعتمادا على ارتفاع الصب. للأطوال التي يقل ارتفاعها عن 150 ملم وصلح-تقريبا. تؤخذ مساوية لارتفاع صب Notl. بالنسبة للمسبوكات الأعلى، تؤخذ نسبة Nprib/Notl تساوي 0.3 0.5.

تم العثور على أكبر تطبيق في صب سبائك الألومنيوم في الأرباح المفتوحة العلوية للمقطع العرضي الدائري أو البيضاوي؛ في معظم الحالات، يتم إغلاق الأرباح الجانبية. لتحسين كفاءة العمل الأرباحفهي معزولة ومملوءة بالمعدن الساخن ومغطاة بالأعلى. يتم إجراء العزل عادةً عن طريق لصق صفائح الأسبستوس على سطح القالب، يليها التجفيف بلهب الغاز. السبائك ذات نطاق التبلور الواسع (AL1، AL7، AL8، AL19، ALZZ) عرضة لتشكيل مسامية انكماش متناثرة. تشريب المسام الانكماشية مع الأرباحغير فعالة. لذلك، عند صنع المسبوكات من السبائك المدرجة، لا ينصح باستخدام تركيب أرباح ضخمة. للحصول على مصبوبات عالية الجودة، يتم إجراء التبلور الاتجاهي، ويستخدم على نطاق واسع لهذا الغرض تركيب ثلاجات مصنوعة من الحديد الزهر وسبائك الألومنيوم. يتم إنشاء الظروف المثلى للبلورة الاتجاهية من خلال نظام البوابات ذات الفتحة الرأسية. لمنع تطور الغاز أثناء التبلور ومنع تكوين مسامية انكماش الغاز في المسبوكات ذات الجدران السميكة، يتم استخدام التبلور على نطاق واسع تحت ضغط يتراوح بين 0.4-0.5 ميجا باسكال. للقيام بذلك، يتم وضع قوالب الصب في الأوتوكلاف قبل صبها، ويتم ملؤها بالمعدن وتتبلور المسبوكات تحت ضغط الهواء. لإنتاج مسبوكات كبيرة الحجم (يصل ارتفاعها إلى 2-3 أمتار) ذات جدران رقيقة، يتم استخدام طريقة الصب مع التصلب الموجه بالتتابع. جوهر الطريقة هو التبلور المتسلسل للصب من الأسفل إلى الأعلى. للقيام بذلك، يتم وضع قالب الصب على طاولة الرفع الهيدروليكي ويتم إنزال الأنابيب المعدنية التي يبلغ قطرها 12-20 ملم، والتي يتم تسخينها إلى 500-700 درجة مئوية، لأداء وظيفة الناهضين. يتم تثبيت الأنابيب بشكل ثابت في وعاء الذباب ويتم إغلاق الفتحات الموجودة بها بسدادات. بعد ملء وعاء الذباب بالصهر، يتم رفع السدادات، وتتدفق السبائك عبر الأنابيب إلى آبار البوابات المتصلة بتجويف القالب بواسطة أشجار التنوب المشقوقة (المغذيات). بعد أن يرتفع مستوى الذوبان في الآبار بمقدار 20-30 ملم فوق الطرف السفلي للأنابيب، يتم تشغيل آلية خفض الطاولة الهيدروليكية. يتم أخذ سرعة التخفيض بحيث يتم ملء القالب تحت مستوى الغمر ويتدفق المعدن الساخن بشكل مستمر إلى الأجزاء العلوية من القالب. وهذا يضمن التصلب الاتجاهي ويسمح بإنتاج المسبوكات المعقدة دون عيوب الانكماش.

تُسكب قوالب الرمل بالمعدن من مغارف مبطنة بمادة مقاومة للحرارة. قبل ملئها بالمعدن، يتم تجفيف المغارف ذات البطانة الجديدة وتكليسها عند درجة حرارة 780-800 درجة مئوية لإزالة الرطوبة. قبل الصب، أحافظ على درجة حرارة الذوبان عند 720-780 درجة مئوية. تمتلئ قوالب المسبوكات ذات الجدران الرقيقة بالمصهورات التي يتم تسخينها إلى 730-750 درجة مئوية، وللقوالب السميكة الجدران إلى 700-720 درجة مئوية.

الصب في قوالب الجبس

يتم استخدام الصب في قوالب الجبس في الحالات التي يتم فيها فرض متطلبات متزايدة على المسبوكات من حيث الدقة ونظافة السطح وإعادة إنتاج أصغر تفاصيل الإغاثة. بالمقارنة مع القوالب الرملية، تتمتع قوالب الجبس بقوة أعلى، ودقة أبعاد، ومقاومة أفضل لدرجات الحرارة المرتفعة، وتجعل من الممكن إنتاج مصبوبات ذات تكوينات معقدة بسماكة جدار تبلغ 1.5 مم في فئة الدقة 5-6. تصنع القوالب باستخدام نماذج الشمع أو المعدن (النحاس) المطلية بالكروم. لوحات النموذج مصنوعة من سبائك الألومنيوم. لتسهيل إزالة النماذج من القوالب، يتم طلاء سطحها بطبقة رقيقة من شحم الكيروسين-ستيرين.

تصنع القوالب الصغيرة والمتوسطة الحجم للمسبوكات المعقدة ذات الجدران الرقيقة من خليط يتكون من 80% جبس، 20% كوارتز رملأو الأسبستوس و60-70% ماء (حسب وزن الخليط الجاف). تركيبة الخلطة للأشكال المتوسطة والكبيرة: 30% جبس، 60% رمل، 10% أسبستوس، 40-50% ماء. لإبطاء عملية الإعداد، تتم إضافة 1-2% من الجير المطفأ إلى الخليط. يتم تحقيق القوة المطلوبة للنماذج عن طريق ترطيب الجبس اللامائي أو شبه المائي. لتقليل القوة وزيادة نفاذية الغاز، تخضع أشكال الجبس الخام للمعالجة الحرارية المائية - تُحفظ في الأوتوكلاف لمدة 6-10 ساعات تحت ضغط بخار الماء يتراوح بين 0.13-0.14 ميجا باسكال، ثم في الهواء لمدة 24 ساعة. بعد ذلك، يتم إخضاع النماذج للتجفيف التدريجي عند درجة حرارة 350-500 درجة مئوية.

من سمات قوالب الجبس هو الموصلية الحرارية المنخفضة. هذا الظرف يجعل من الصعب الحصول على مصبوبات كثيفة من سبائك الألومنيوم ذات نطاق بلورة واسع. لذلك، فإن المهمة الرئيسية عند تطوير نظام البوابات لقوالب الجبس هي منع تكوين تجاويف الانكماش، والرخاوة، وأفلام الأكسيد، والشقوق الساخنة، ونقص ملء الجدران الرقيقة. ويتم تحقيق ذلك من خلال استخدام أنظمة البوابات الموسعة التي تضمن انخفاض سرعة حركة الذوبان في تجويف القالب، وتوجيه تصلب الوحدات الحرارية نحو الربح باستخدام الثلاجات، وزيادة مطاوعة القالب من خلال زيادة محتوى رمل الكوارتز في الخليط. يتم صب المسبوكات ذات الجدران الرقيقة في قوالب يتم تسخينها إلى 100-200 درجة مئوية باستخدام الشفط الفراغي، مما يسمح بملء التجاويف التي يصل سمكها إلى 0.2 مم. يتم إنتاج المسبوكات ذات الجدران السميكة (أكثر من 10 مم) عن طريق صب القوالب في الأوتوكلاف. يتم تبلور المعدن في هذه الحالة تحت ضغط يتراوح بين 0.4-0.5 ميجا باسكال.

صب القشرة

يُنصح باستخدام صب القشرة في الإنتاج التسلسلي وواسع النطاق للمسبوكات ذات الأحجام المحدودة مع زيادة نظافة السطح ودقة أبعاد أكبر وتصنيع أقل من صب الرمل.

يتم تصنيع قوالب القشرة باستخدام معدات معدنية ساخنة (250-300 درجة مئوية) (الفولاذ) باستخدام طريقة القبو. يتم تصنيع معدات النمذجة وفقًا لفئات الدقة من 4 إلى 5 مع منحدرات صب تتراوح من 0.5 إلى 1.5٪. تتكون الأصداف من طبقتين: الطبقة الأولى مصنوعة من خليط يحتوي على راتينج متصلد بالحرارة بنسبة 6-10%، والطبقة الثانية مصنوعة من خليط يحتوي على 2% راتينج. لإزالة القشرة بشكل أفضل، قبل ملء خليط القولبة، يتم تغطية لوحة النموذج بطبقة رقيقة من مستحلب الإطلاق (5% سائل سيليكون رقم 5؛ 3% صابون غسيل، 92% ماء).

لتصنيع قوالب الصدفة، يتم استخدام رمال الكوارتز ذات الحبيبات الدقيقة التي تحتوي على ما لا يقل عن 96٪ من السيليكا. يتم توصيل النصفين عن طريق لصق مكابس خاصة. تكوين الغراء: 40% راتينج MF17؛ 60% مارشاليت و1.5% كلوريد الألومنيوم (تصلب). يتم صب القوالب المجمعة في حاويات. عند الصب في قوالب الصدفة، يتم استخدام نفس أنظمة البوابات وظروف درجة الحرارة كما هو الحال عند الصب في قوالب الرمل.

يؤدي انخفاض معدل تبلور المعدن في قوالب القشرة والإمكانيات الأصغر لإنشاء تبلور اتجاهي إلى إنتاج مصبوبات ذات خصائص أقل من تلك الموجودة عند الصب في قوالب الرمل الخام.

فقدان صب الشمع

يتم استخدام صب الشمع المفقود لإنتاج مصبوبات ذات دقة متزايدة (الفئة 3-5) ونظافة السطح (فئة الخشونة 4-6)، والتي تعتبر هذه الطريقة هي الطريقة الوحيدة الممكنة أو المثالية لها.

تصنع النماذج في معظم الحالات من تركيبات البارافينوستيرين (1: 1) الشبيهة بالمعجون عن طريق الضغط في قوالب معدنية (مسبوكة ومسبقة الصنع) على منشآت ثابتة أو دوارة. عند إنتاج المسبوكات المعقدة التي يزيد حجمها عن 200 مم، لتجنب تشوه النموذج، يتم إدخال مواد في كتلة النموذج تزيد من درجة حرارة التليين (الذوبان).

يتم استخدام معلق سيليكات الإيثيل المتحلل بالماء (30-40%) والكوارتز المغبر (70-60%) كطلاء مقاوم للحرارة في صناعة قوالب السيراميك. الكتل النموذجية مغطاة بالرمال المكلسة 1KO16A أو 1K025A. يتم تجفيف كل طبقة من الطلاء في الهواء لمدة 10-12 ساعة أو في جو يحتوي على بخار الأمونيا. يتم تحقيق القوة المطلوبة للشكل الخزفي بسمك قشرة يبلغ 4-6 مم (4-6 طبقات من الطلاء المقاوم للحرارة). لضمان ملء القالب بشكل سلس، يتم استخدام أنظمة البوابات الموسعة لتزويد الأجزاء السميكة والوحدات الضخمة بالمعدن. عادة ما يتم تغذية المسبوكات من خلال رافعة ضخمة من خلال مغذيات سميكة. بالنسبة للمسبوكات المعقدة، يُسمح باستخدام أرباح ضخمة لتغذية الوحدات الضخمة العلوية مع ملئها الإلزامي من الناهض.

الألومنيوم هو

يتم ذوبان النماذج من القوالب في الماء الساخن (85-90 درجة مئوية)، المحمض بحمض الهيدروكلوريك (0.5-1 سم 3 لكل لتر من الماء) لمنع تصبن الإستيارين. بعد صهر النماذج، يتم تجفيف قوالب السيراميك عند درجة حرارة 150-170 درجة مئوية لمدة 1-2 ساعة، وتوضع في حاويات، وتغطى بمادة حشو جافة ويتم تحميصها عند درجة حرارة 600-700 درجة مئوية لمدة 5-8 ساعات. يتم الصب بأشكال باردة وساخنة. يتم تحديد درجة حرارة التسخين (50-300 درجة مئوية) للقوالب من خلال سمك جدران الصب. تتم تعبئة القوالب بالمعدن بالطريقة المعتادة، وكذلك باستخدام قوة الفراغ أو الطرد المركزي. يتم تسخين معظم سبائك الألومنيوم إلى 720-750 درجة مئوية قبل صبها.

صب البرد

الصب البارد هو الطريقة الرئيسية للإنتاج التسلسلي والضخم للمسبوكات من سبائك الألومنيوم، مما يجعل من الممكن الحصول على مصبوبات من 4-6 فئات دقة مع خشونة سطح Rz = 50-20 وسمك جدار لا يقل عن 3-4 مم. عند الصب في قالب تبريد، إلى جانب العيوب الناجمة عن السرعات العالية لحركة الذوبان في تجويف القالب وعدم الامتثال لمتطلبات التصلب الاتجاهي (مسامية الغاز، أفلام الأكسيد، رخاوة الانكماش)، الأنواع الرئيسية للعيوب و المسبوكات هي underfilling والشقوق. ظهور الشقوق ناتج عن الانكماش الصعب. تحدث الشقوق بشكل خاص في كثير من الأحيان في المسبوكات المصنوعة من السبائك ذات نطاق تبلور واسع ولها انكماش خطي كبير (1.25-1.35٪). يتم منع تشكيل هذه العيوب من خلال الأساليب التكنولوجية المختلفة.

في حالة توريد المعدن إلى المقاطع السميكة، يجب توفير تجديد موقع التوريد عن طريق تثبيت رئيس التوريد (الربح). توجد جميع عناصر أنظمة البوابات على طول موصل القالب. يوصى باستخدام النسب التالية لمساحات المقطع العرضي لقنوات البوابات: للمسبوكات الصغيرة EFst: EFshl: EFpit = 1: 2: 3؛ للمسبوكات الكبيرة EFst: EFsh: EFpit = 1: 3: 6.

لتقليل معدل تدفق الذوبان إلى تجويف القالب، يتم استخدام الناهضات المنحنية والشبكات المصنوعة من الألياف الزجاجية أو المعدنية والمرشحات الحبيبية. تعتمد جودة مصبوبات سبائك الألومنيوم على معدل ارتفاع المنصهر في تجويف قالب الصب. يجب أن تكون هذه السرعة كافية لضمان ملء المقاطع الرقيقة من المسبوكات في ظل ظروف زيادة تبديد الحرارة وفي نفس الوقت لا تسبب نقص الملء بسبب الإطلاق غير الكامل للهواء والغازات من خلال قنوات التهوية والأرباح، والاضطراب وتدفق الذوبان أثناء الانتقال من الأقسام الضيقة إلى الأقسام الواسعة. من المفترض أن يكون معدل ارتفاع المعدن في تجويف القالب عند الصب في قالب تبريد أعلى قليلاً منه عند الصب في قوالب الرمل. يتم حساب الحد الأدنى المسموح به لسرعة الرفع باستخدام صيغ A. A. Lebedev وN. M. Galdin (انظر القسم 5.1، "صب الرمل").

للحصول على مصبوبات كثيفة، يتم إنشاء التصلب الموجه، كما هو الحال في صب الرمل، عن طريق وضع الصب بشكل صحيح في القالب وضبط تبديد الحرارة. كقاعدة عامة، توجد وحدات الصب الضخمة (السميكة) في الجزء العلوي من القالب. وهذا يجعل من الممكن تعويض الانخفاض في حجمها أثناء التصلب مباشرة من الأرباح المثبتة فوقها. يتم تنظيم شدة إزالة الحرارة من أجل إنشاء تصلب اتجاهي عن طريق تبريد أو عزل أقسام مختلفة من قالب الصب. لزيادة إزالة الحرارة محليًا، يتم استخدام الإدخالات المصنوعة من النحاس الموصل للحرارة على نطاق واسع، فهي توفر زيادة في سطح التبريد لقالب التبريد بسبب الزعانف، وتنفذ التبريد المحلي لقوالب التبريد بالهواء المضغوط أو الماء. لتقليل شدة إزالة الحرارة، يتم تطبيق طبقة من الطلاء بسمك 0.1-0.5 مم على سطح العمل لقالب التبريد. ولهذا الغرض يتم وضع طبقة من الطلاء بسماكة 1-1.5 ملم على سطح قنوات البوابات والأرباح. يمكن أيضًا تحقيق إبطاء تبريد المعدن في القالب من خلال سماكة جدران القالب محليًا، واستخدام طبقات مختلفة ذات موصلية حرارية منخفضة، وعزل القالب بملصقات الأسبستوس. يؤدي طلاء سطح العمل لقالب التبريد إلى تحسين مظهر المسبوكات، ويساعد على التخلص من جيوب الغاز الموجودة على سطحها ويزيد من متانة قوالب التبريد. قبل الطلاء، يتم تسخين القوالب المبردة إلى 100-120 درجة مئوية. ارتفاع درجة حرارة التسخين بشكل مفرط أمر غير مرغوب فيه، لأن هذا يقلل من معدل تصلب المسبوكات والمدة موعد التسليمخدمة البرد. التسخين يقلل الفرق في درجة الحرارة بين الصب والقالب وتمدد القالب بسبب تسخينه بواسطة معدن الصب. ونتيجة لذلك، يتم تقليل ضغوط الشد في الصب، والتي تسبب الشقوق. ومع ذلك، فإن تسخين القالب وحده لا يكفي للقضاء على احتمالية حدوث تشققات. من الضروري إزالة الصب من القالب في الوقت المناسب. يجب إزالة القالب من القالب قبل اللحظة التي تصبح فيها درجة حرارته مساوية لدرجة حرارة القالب ويصل ضغط الانكماش إلى أعلى قيمة له. عادةً ما تتم إزالة الصب في الوقت الذي يكون فيه قويًا جدًا بحيث يمكن نقله دون إتلاف (450-500 درجة مئوية). في هذه المرحلة، لم يكتسب نظام البوابات القوة الكافية بعد ويتم تدميره بسبب الصدمات الخفيفة. يتم تحديد مدة بقاء الصب في القالب من خلال معدل التصلب ويعتمد على درجة حرارة المعدن ودرجة حرارة القالب وسرعة الصب.

للتخلص من التصاق المعادن، وزيادة عمر الخدمة وتسهيل الإزالة، يتم تشحيم القضبان المعدنية أثناء التشغيل. أكثر مواد التشحيم شيوعًا هو تعليق الماء والجرافيت (3-5٪ جرافيت).

أجزاء القوالب التي تصنع الخطوط الخارجية للمسبوكات مصنوعة من اللون الرمادي الحديد الزهر. يتم تحديد سمك جدار القوالب اعتمادًا على سمك جدار المسبوكات وفقًا لتوصيات GOST 16237-70. يتم عمل التجاويف الداخلية في المسبوكات باستخدام قضبان معدنية (فولاذية) ورمل. تُستخدم قضبان الرمل لتكوين تجاويف معقدة لا يمكن صنعها بقضبان معدنية. لتسهيل إزالة المسبوكات من القوالب، يجب أن يكون للأسطح الخارجية للمسبوكات ميل صب يتراوح من 30 بوصة إلى 3 درجات باتجاه الموصل. ويجب أن يكون للأسطح الداخلية للمسبوكات المصنوعة من قضبان معدنية ميل لا يقل عن 6 درجات. لا يُسمح بالانتقالات الحادة من المقاطع السميكة إلى المقاطع الرقيقة في المسبوكات. يجب أن يكون نصف قطر الانحناءات 3 مم على الأقل. يتم عمل ثقوب يبلغ قطرها أكثر من 8 مم للمسبوكات الصغيرة، و 10 مم للمسبوكات المتوسطة و 12 مم للمسبوكات الكبيرة. بالقضبان النسبة المثلى لعمق الحفرة إلى قطرها هي 0.7-1.

تتم إزالة الهواء والغازات من تجويف القالب باستخدام قنوات التهوية الموضوعة في مستوى الفراق والسدادات الموضوعة في الجدران بالقرب من التجاويف العميقة.

في المسابك الحديثة يتم تركيب قوالب التبريد على آلات صب نصف أوتوماتيكية أحادية الموضع أو متعددة المواضع، حيث يتم إغلاق وفتح قالب التبريد وتركيب وإزالة النوى وإخراج وإزالة الصب من القالب بشكل آلي . يوجد أيضًا تحكم تلقائي في درجة حرارة تسخين قالب التبريد. تتم تعبئة قوالب التبريد على الآلات باستخدام الموزعات.

لتحسين ملء التجاويف الرقيقة للقوالب وإزالة الهواء والغازات المنبعثة أثناء تدمير المجلدات، يتم إخلاء القوالب وتعبئتها تحت ضغط منخفض أو باستخدام قوة الطرد المركزي.

ضغط الصب

إن الصب بالضغط هو نوع من الصب البارد وهو مخصص لإنتاج مصبوبات كبيرة الحجم من نوع الألواح (2500 × 1400 مم) بسمك جدار يبلغ 2-3 مم. لهذا الغرض، يتم استخدام أنصاف الأشكال المعدنية، والتي يتم تركيبها على آلات الصب والضغط المتخصصة مع نهج أحادي أو ثنائي الجانب للأشكال النصفية. السمة المميزة لطريقة الصب هذه هي الملء القسري لتجويف القالب بتدفق واسع من الذوبان مع اقتراب نصفي القالب من بعضهما البعض. لا يحتوي قالب الصب على عناصر نظام البوابات التقليدي. بياناتتنتج هذه الطريقة مصبوبات من السبائك AL2، AL4، AL9، AL34، والتي لها نطاق تبلور ضيق.

يتم التحكم في معدل تبريد الذوبان من خلال تطبيق طبقة عازلة للحرارة بسماكة مختلفة (0.05-1 مم) على سطح العمل لتجويف القالب. يجب ألا يتجاوز ارتفاع درجة حرارة السبائك قبل صبها 15-20 درجة مئوية فوق درجة حرارة السائل. مدة اقتراب الأشكال النصفية هي 5-3 ثواني.

صب الضغط المنخفض

الصب بالضغط المنخفض هو نوع آخر من الصب بالقالب. يتم استخدامه في تصنيع المسبوكات كبيرة الحجم ذات الجدران الرقيقة من سبائك الألومنيوم ذات نطاق تبلور ضيق (AL2، AL4، AL9، AL34). كما هو الحال مع الصب البارد، يتم تصنيع الأسطح الخارجية للمسبوكات بقالب معدني، ويتم تصنيع التجاويف الداخلية باستخدام قضبان معدنية أو رملية.

لصنع القضبان، استخدم خليطًا يتكون من 55% من رمل الكوارتز 1K016A؛ 13.5% رمل شبه دسم P01؛ 27% كوارتز مطحون؛ 0.8٪ غراء البكتين؛ 3.2% راتنج M و 0.5% كيروسين. هذا الخليط لا يشكل حرقا ميكانيكيا. يتم ملء القوالب بالمعدن عن طريق ضغط الهواء المجفف المضغوط (18-80 كيلو باسكال)، والذي يتم إمداده إلى سطح المصهور في بوتقة، يتم تسخينها إلى 720-750 درجة مئوية. تحت تأثير هذا الضغط، يتم إخراج المصهور من البوتقة إلى السلك المعدني، ومنه إلى نظام البوابات ثم إلى تجويف قالب الصب. تتمثل ميزة الصب بالضغط المنخفض في القدرة على التحكم تلقائيًا في معدل ارتفاع المعدن في تجويف القالب، مما يجعل من الممكن الحصول على مصبوبات رقيقة الجدران ذات جودة أعلى من الصب تحت تأثير الجاذبية.

تتم عملية تبلور السبائك في القالب تحت ضغط يتراوح بين 10-30 كيلو باسكال قبل تكوين القشرة المعدنية الصلبة و50-80 كيلو باسكال بعد تكوين القشرة.

يتم إنتاج مصبوبات سبائك الألومنيوم الأكثر كثافة عن طريق صب الضغط الخلفي منخفض الضغط. يتم ملء تجويف القالب أثناء الصب بالضغط الخلفي بسبب اختلاف الضغط في البوتقة وفي القالب (10-60 كيلو باسكال). تتم عملية تبلور المعدن الموجود في القالب تحت ضغط يتراوح بين 0.4-0.5 ميجا باسكال. وهذا يمنع إطلاق الهيدروجين المذاب في المعدن وتكوين مسام الغاز. يساهم الضغط المتزايد في تحسين تغذية وحدات الصب الضخمة. خلاف ذلك، فإن تكنولوجيا الصب بالضغط الخلفي لا تختلف عن تكنولوجيا الصب بالضغط المنخفض.

يجمع الصب بالضغط الخلفي بنجاح بين مزايا الصب بالضغط المنخفض وبلورة الضغط.

صب الحقن

عن طريق الحقن من سبائك الألومنيوم AL2، ALZ، AL1، ALO، AL11، AL13، AL22، AL28، AL32، AL34، يتم إنتاج مصبوبات التكوين المعقدة من 1-3 فئات دقة بسماكة جدار من 1 مم وما فوق، وفتحات مصبوبة مع قطر يصل إلى 1.2 مم، وخيوط خارجية وداخلية مصبوبة بحد أدنى من 1 مم وقطر 6 مم. تتوافق نظافة سطح هذه المسبوكات مع فئات الخشونة 5-8. يتم إنتاج هذه المسبوكات على آلات ذات غرف ضغط أفقية أو عمودية باردة، مع ضغط ضغط محدد يتراوح بين 30-70 ميجا باسكال. تعطى الأفضلية للآلات ذات غرفة الضغط الأفقية.

أبعاد ووزن المسبوكات محدودة بقدرات آلات القولبة بالحقن: حجم غرفة الضغط، وضغط الضغط المحدد (ع) وقوة القفل (0). يجب ألا تتجاوز منطقة الإسقاط (F) لقنوات الصب والذرب وغرفة الضغط على لوحة القالب المتحركة القيم التي تحددها الصيغة F = 0.85 0/r.

قيم المنحدر الأمثل للأسطح الخارجية هي 45 درجة؛ للداخلية 1°. الحد الأدنى لنصف قطر المنحنيات هو 0.5-1 مم. يتم عمل ثقوب أكبر من 2.5 مم عن طريق الصب. كقاعدة عامة، يتم تصنيع المسبوكات المصنوعة من سبائك الألومنيوم فقط على طول أسطح الجلوس. يتم تعيين بدل المعالجة مع مراعاة أبعاد الصب ويتراوح من 0.3 إلى 1 ملم.

يتم استخدام مواد مختلفة لصنع القوالب. أجزاء القوالب التي تتلامس مع المعدن السائل مصنوعة من الفولاذ 3Х2В8، 4Х8В2، 4ХВ2С، وألواح التثبيت وأقفاص المصفوفة مصنوعة من الفولاذ 35، 45، 50، دبابيس، وبطانات، وأعمدة توجيه - مصنوعة من الفولاذ U8A.

يتم توريد المعدن إلى تجويف القالب باستخدام أنظمة البوابات الخارجية والداخلية. يتم إحضار المغذيات إلى مناطق الصب التي تخضع للتصنيع. يتم تحديد سمكها اعتمادًا على سمك جدار الصب عند نقطة التوريد والطبيعة المحددة لملء القالب. يتم تحديد هذا الاعتماد من خلال نسبة سمك وحدة التغذية إلى سمك جدار الصب. يتم ملء القوالب بشكل سلس، دون اضطراب أو انحباس الهواء، إذا كانت النسبة قريبة من الوحدة. للمسبوكات التي يصل سمك جدارها إلى 2 مم. يبلغ سمك المغذيات 0.8 مم. مع سمك الجدار 3 مم. سمك المغذيات 1.2 ملم. بسمك جدار 4-6 ملم - 2 ملم.

للحصول على الجزء الأول من الذوبان المخصب بشوائب الهواء، يتم وضع خزانات غسيل خاصة بالقرب من تجويف القالب، ويمكن أن يصل حجمها إلى 20 - 40٪ من حجم الصب. يتم توصيل الغسالات بتجويف القالب عن طريق قنوات يكون سمكها مساوياً لسمك وحدات التغذية. تتم إزالة الهواء والغاز من تجويف القالب من خلال قنوات تهوية خاصة وفجوات بين القضبان (القاذفات) ومصفوفة القالب. يتم عمل قنوات التهوية في مستوى الموصل على الجزء الثابت من القالب، وكذلك على طول القضبان والقاذفات المتحركة. يؤخذ عمق قنوات التهوية عند صب سبائك الألومنيوم 0.05-0.15 ملم، والعرض 10-30 ملم ولتحسين التهوية، يتم ربط قوالب تجاويف الغسالات بقنوات رفيعة (0.2-0.5 ملم) إلى الغلاف الجوي.

العيوب الرئيسية للمسبوكات التي يتم الحصول عليها عن طريق القولبة بالحقن هي مسامية الهواء (الغاز) تحت القشرية، الناتجة عن انحباس الهواء بسرعات عالية من مدخل المعدن إلى تجويف القالب، ومسامية الانكماش (أو التجاويف) في الوحدات الحرارية. يتأثر تكوين هذه العيوب بشكل كبير بمعلمات تقنية الصب وسرعة الضغط وضغط الضغط والظروف الحرارية للقالب.

تحدد سرعة الضغط طريقة ملء القالب. كلما زادت سرعة الضغط، زادت سرعة تحرك الذوبان عبر قنوات البوابات، وكلما زادت سرعة دخول الذوبان إلى تجويف القالب. تساهم سرعات الضغط العالية في ملء التجاويف الرفيعة والمطولة بشكل أفضل. وفي الوقت نفسه، تتسبب في احتجاز المعدن للهواء وتكوين مسامية تحت القشرية. عند صب سبائك الألومنيوم، يتم استخدام سرعات الضغط العالية فقط لإنتاج المسبوكات المعقدة ذات الجدران الرقيقة. الضغط له تأثير كبير على جودة المسبوكات. وكلما زاد، تزداد كثافة المسبوكات.

عادةً ما يكون حجم ضغط الضغط محدودًا بحجم قوة قفل الماكينة، والتي يجب أن تتجاوز الضغط الذي يمارسه المعدن على المصفوفة المتحركة (pF). ولذلك، فإن عملية الضغط المسبق المحلية للمسبوكات ذات الجدران السميكة، والمعروفة باسم "عملية أشيغاي"، تحظى باهتمام كبير. إن السرعة المنخفضة للمدخل المعدني في تجويف القوالب من خلال مغذيات كبيرة الحجم والضغط المسبق الفعال لمصهور التبلور باستخدام مكبس مزدوج يجعل من الممكن الحصول على مصبوبات كثيفة.

تتأثر جودة المسبوكات أيضًا بشكل كبير بدرجة حرارة السبيكة والعفن. عند إنتاج مصبوبات سميكة الجدران ذات تكوين بسيط، يتم صب المصهور عند درجة حرارة 20-30 درجة مئوية تحت درجة حرارة السائل. تتطلب المصبوبات ذات الجدران الرقيقة استخدام مصهور مسخن فوق درجة حرارة السائل بمقدار 10-15 درجة مئوية. لتقليل حجم ضغوط الانكماش ومنع تكون الشقوق في المسبوكات، يتم تسخين القوالب قبل صبها. يوصى بدرجات حرارة التسخين التالية:

سمك جدار الصب، مم 1—2 2—3 3—5 5—8

درجة حرارة التدفئة

القوالب، درجة مئوية 250—280 200—250 160—200 120—160

يتم ضمان استقرار النظام الحراري عن طريق التسخين (الكهربائي) أو التبريد (الماء) للقوالب.

لحماية سطح عمل القوالب من آثار الالتصاق والتآكل للمصهور، ولتقليل الاحتكاك عند إزالة النوى وتسهيل إزالة المسبوكات، يتم تشحيم القوالب. لهذا الغرض، يتم استخدام مواد التشحيم الدهنية (زيت مع الجرافيت أو مسحوق الألومنيوم) أو مائي (المحاليل الملحية، والمستحضرات المائية على أساس الجرافيت الغروي).

تزداد كثافة مسبوكات سبائك الألومنيوم بشكل ملحوظ عند الصب باستخدام قوالب التفريغ. للقيام بذلك، يتم وضع القالب في غلاف مغلق، حيث يتم إنشاء الفراغ اللازم. ويمكن الحصول على نتائج جيدة باستخدام "عملية الأكسجين". للقيام بذلك، يتم استبدال الهواء الموجود في تجويف القالب بالأكسجين. عند المعدلات العالية لدخول المعدن إلى تجويف القالب، مما يتسبب في التقاط الأكسجين عن طريق الذوبان، لا تتشكل المسامية تحت القشرية في المسبوكات، حيث يتم إنفاق كل الأكسجين المحصور في تكوين أكاسيد الألومنيوم المشتتة بدقة، والتي لا تؤثر بشكل ملحوظ الخواص الميكانيكية للمسبوكات. يمكن إخضاع هذه المسبوكات للمعالجة الحرارية.

اعتمادًا على المتطلبات الفنية، يمكن أن تخضع المسبوكات المصنوعة من سبائك الألومنيوم لأنواع مختلفة من الفحص: الأشعة السينية أو اكتشاف عيوب جاما أو الموجات فوق الصوتية للكشف عن العيوب الداخلية؛ علامات لتحديد الانحرافات الأبعاد؛ الانارة للكشف عن الشقوق السطحية. التحكم المائي أو الهوائي لتقييم الضيق. يتم تحديد تكرار أنواع التحكم المدرجة من خلال الشروط الفنية أو يحددها قسم كبير علماء المعادن في المصنع. تتم إزالة العيوب المحددة، إذا سمحت المواصفات الفنية، عن طريق اللحام أو التشريب. يستخدم اللحام بقوس الأرجون في لحام الحشوات السفلية والتجاويف والشقوق السائبة. قبل اللحام، يتم قطع المنطقة المعيبة بحيث يكون لجدران التجاويف ميل يبلغ 30 - 42 درجة. تخضع المسبوكات للتدفئة المحلية أو العامة إلى 300-350 درجة مئوية. يتم التسخين المحلي باستخدام لهب الأكسجين والأسيتيلين، ويتم التسخين العام في أفران الغرفة. يتم اللحام بنفس السبائك التي تصنع منها المسبوكات باستخدام قطب تنجستن غير قابل للاستهلاك بقطر 2-6 مم عند استهلاكالأرجون 5-12 لتر/دقيقة. يكون تيار اللحام عادة 25-40 أمبير لكل 1 ملم من قطر القطب.

يتم التخلص من المسامية في المسبوكات عن طريق التشريب بورنيش الباكليت أو ورنيش الإسفلت أو زيت التجفيف أو الزجاج السائل. يتم التشريب في غلايات خاصة تحت ضغط يتراوح بين 490-590 كيلو باسكال مع التعرض الأولي للمسبوكات في جو مخلخل (1.3-6.5 كيلو باسكال). يتم الحفاظ على درجة حرارة السائل المشرب عند 100 درجة مئوية. بعد التشريب، يتم تجفيف المسبوكات عند درجة حرارة 65-200 درجة مئوية، حيث يتصلب السائل المشرب، ثم يتم إعادة فحصها.

الألومنيوم هو

تطبيق الألومنيوم

تستخدم على نطاق واسع كمواد البناء. المزايا الرئيسية للألمنيوم بهذه الجودة هي الخفة، والقدرة على التحمل للختم، ومقاومة التآكل (في الهواء، يتم تغطية الألومنيوم على الفور بغشاء Al2O3 متين، مما يمنع أكسدته الإضافية)، والتوصيل الحراري العالي، وعدم سمية مركباته. على وجه الخصوص، جعلت هذه الخصائص الألومنيوم شائعًا للغاية في إنتاج أواني الطهي ورقائق الألومنيوم في صناعة المواد الغذائية والتعبئة والتغليف.

العيب الرئيسي للألمنيوم كمادة هيكلية هو قوته المنخفضة، لذلك لتقويته عادة ما يتم خلطه مع كمية صغيرة من النحاس والمغنيسيوم (تسمى السبيكة دورالومين).

الموصلية الكهربائية للألمنيوم أقل بمقدار 1.7 مرة فقط من النحاس، في حين أن الألومنيوم أرخص بحوالي 4 مرات لكل كيلوغرام، ولكن نظرًا لكثافته الأقل بمقدار 3.3 مرة، فإنه للحصول على مقاومة متساوية فإنه يحتاج إلى وزن أقل بمقدار مرتين تقريبًا. ولذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية لتصنيع الأسلاك، وتدريعها، وحتى في الإلكترونيات الدقيقة لتصنيع الموصلات في الرقائق. يتم تعويض انخفاض التوصيل الكهربائي للألمنيوم (37 1/أوم) مقارنة بالنحاس (63 1/أوم) عن طريق زيادة المقطع العرضي لموصلات الألومنيوم. عيب الألومنيوم كمادة كهربائية هو وجود طبقة أكسيد قوية، مما يجعل عملية اللحام صعبة.

نظرا لخصائصه المعقدة، فإنه يستخدم على نطاق واسع في معدات التدفئة.

يحتفظ الألومنيوم وسبائكه بالقوة عند درجات حرارة منخفضة للغاية. ونتيجة لهذا، فإنه يستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا المبردة.

إن الانعكاسية العالية، بالإضافة إلى التكلفة المنخفضة وسهولة الترسيب، تجعل الألومنيوم مادة مثالية لصنع المرايا.

في إنتاج مواد البناء كعامل تشكيل الغاز.

تضفي الألمنيوم مقاومة للتآكل والقياس على الفولاذ والسبائك الأخرى، على سبيل المثال، صمامات محركات الاحتراق الداخلي المكبسية، وشفرات التوربينات، وأجهزة إنتاج النفط، ومعدات التبادل الحراري، كما أنها تحل محل الجلفنة.

يستخدم كبريتيد الألومنيوم لإنتاج كبريتيد الهيدروجين.

تجري الأبحاث حاليًا لتطوير الألومنيوم الرغوي باعتباره مادة قوية وخفيفة الوزن بشكل خاص.

كمكون من الثرمايت، مخاليط للألومينوثرمي

يستخدم الألومنيوم لاستعادة المعادن النادرة من أكاسيدها أو هاليداتها.

الألومنيوم هو عنصر مهم في العديد من السبائك. على سبيل المثال، في برونز الألومنيوم المكونات الرئيسية هي النحاس والألومنيوم. في سبائك المغنيسيوم، غالبا ما يستخدم الألومنيوم كمادة مضافة. لتصنيع اللوالب في أجهزة التدفئة الكهربائية، يتم استخدام الفشرال (Fe، Cr، Al) (مع السبائك الأخرى).

قهوة الألمنيوم" height="449" src="/pictures/investments/img920791_21_Klassicheskiy_italyanskiy_proizvoditel_kofe_iz_alyuminiya.jpg" title="21. منتج قهوة الألمنيوم الإيطالي الكلاسيكي"" width="376" />!}

عندما كان الألمنيوم باهظ الثمن، تم صنع مجموعة متنوعة من المجوهرات منه. وهكذا، أمر نابليون الثالث بأزرار الألومنيوم، وفي عام 1889، تم تقديم ديمتري إيفانوفيتش منديليف بمقاييس بأوعية مصنوعة من الذهب والألمنيوم. لقد مرت الموضة بالنسبة لهم على الفور عندما ظهرت تقنيات (تطورات) جديدة لإنتاجها، مما خفض التكلفة عدة مرات. في الوقت الحاضر، يستخدم الألومنيوم أحيانًا في إنتاج المجوهرات.

وفي اليابان، يُستخدم الألومنيوم في إنتاج المجوهرات التقليدية، ليحل محل الألومنيوم.

يُستخدم الألومنيوم ومركباته كوقود دافع عالي الأداء في وقود الصواريخ ثنائي الدفع وكمكون قابل للاحتراق في وقود الصواريخ الصلب. تعتبر مركبات الألومنيوم التالية ذات أهمية عملية كبيرة كوقود للصواريخ:

مسحوق الألمنيوم كوقود في الوقود الصاروخي الصلب. كما أنها تستخدم في شكل مسحوق ومعلقات في الهيدروكربونات.

هيدريد الألومنيوم.

بورانات الألومنيوم.

ثلاثي ميثيل الألومنيوم.

ثلاثي إيثيل الألومنيوم.

ثلاثي بروبيل الألومنيوم.

يُستخدم ثلاثي إيثيل الألومنيوم (عادةً مع ثلاثي إيثيل بورون) أيضًا في الاشتعال الكيميائي (أي كوقود بدء التشغيل) في محركات الصواريخ، لأنه يشتعل تلقائيًا في غاز الأكسجين.

له تأثير سام طفيف، ولكن العديد من مركبات الألومنيوم غير العضوية القابلة للذوبان في الماء تظل في حالة ذائبة لفترة طويلة ويمكن أن يكون لها تأثير ضار على البشر والحيوانات ذوات الدم الحار من خلال مياه الشرب. الأكثر سمية هي الكلوريدات والنترات والأسيتات والكبريتات وما إلى ذلك. بالنسبة للبشر، فإن الجرعات التالية من مركبات الألومنيوم (ملجم / كجم من وزن الجسم) لها تأثير سام عند تناولها:

خلات الألومنيوم - 0.2-0.4؛

هيدروكسيد الألومنيوم - 3.7-7.3؛

الشب الألومنيوم - 2.9.

يؤثر بالدرجة الأولى على الجهاز العصبي (يتراكم في الأنسجة العصبية مما يؤدي إلى اضطرابات شديدة في الجهاز العصبي المركزي). ومع ذلك، تمت دراسة السمية العصبية للألمنيوم منذ منتصف الستينيات، حيث يتم منع تراكم المعدن في جسم الإنسان من خلال آلية التخلص منه. في ظل الظروف العادية، يمكن أن تفرز ما يصل إلى 15 ملغ من العنصر يوميا في البول. وفقا لذلك، لوحظ أكبر تأثير سلبي في الأشخاص الذين يعانون من ضعف وظيفة إفراز الكلى.

ووفقا لبعض الدراسات البيولوجية، فإن تناول الألومنيوم في جسم الإنسان كان يعتبر عاملا في تطور مرض الزهايمر، ولكن تم انتقاد هذه الدراسات لاحقا ودحض الاستنتاج حول وجود علاقة بين أحدهما والآخر.

يتم تحديد الخصائص الجيوكيميائية للألمنيوم من خلال قابليته العالية للأكسجين (في المعادنيتم تضمين الألومنيوم في الأكسجين ثماني السطوح ورباعي السطوح)، والتكافؤ المستمر (3)، وانخفاض ذوبان معظم المركبات الطبيعية. في العمليات الداخلية أثناء تصلب الصهارة وتكوين الصخور النارية، يدخل الألومنيوم الشبكة البلورية للفلسبار والميكا والمعادن الأخرى - سيليكات الألومنيوم. في المحيط الحيوي، يعتبر الألومنيوم مهاجرًا ضعيفًا، وهو نادر في الكائنات الحية والغلاف المائي. في المناخ الرطب، حيث تشكل البقايا المتحللة للنباتات الوفيرة العديد من الأحماض العضوية، يهاجر الألومنيوم في التربة والمياه على شكل مركبات غروية عضوية معدنية؛ يتم امتصاص الألومنيوم بواسطة الغرويات وترسب في الجزء السفلي من التربة. يتم كسر الرابطة بين الألومنيوم والسيليكون جزئيًا وفي بعض الأماكن في المناطق الاستوائية تتشكل المعادن - هيدروكسيدات الألومنيوم - البوهيميت، الشتات، الهيدرارجيليت. معظم الألومنيوم جزء من سيليكات الألومنيوم - الكاولينيت والبيدليت ومعادن طينية أخرى. تحدد الحركة الضعيفة التراكم المتبقي للألمنيوم في القشرة الجوية للمناطق الاستوائية الرطبة. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل البوكسيت إلوفيال. في العصور الجيولوجية الماضية، تراكم البوكسيت أيضًا في البحيرات والمناطق الساحلية للبحار في المناطق الاستوائية (على سبيل المثال، البوكسيت الرسوبي في كازاخستان). في السهوب والصحاري، حيث يوجد القليل من المواد الحية والمياه محايدة وقلوية، لا يهاجر الألومنيوم تقريبًا. تكون هجرة الألومنيوم أكثر نشاطًا في المناطق البركانية، حيث يتم ملاحظة الأنهار شديدة الحموضة والمياه الجوفية الغنية بالألمنيوم. وفي الأماكن التي تختلط فيها المياه الحمضية بمياه البحر القلوية (عند مصبات الأنهار وغيرها)، يترسب الألومنيوم مع تكوين رواسب البوكسيت.

الألومنيوم جزء من أنسجة الحيوانات والنباتات؛ في أعضاء الثدييات، تم العثور على 10-3 إلى 10-5٪ من الألومنيوم (على أساس خام). يتراكم الألمنيوم في الكبد والبنكرياس والغدد الدرقية. في المنتجات النباتية، يتراوح محتوى الألومنيوم من 4 مجم لكل 1 كجم من المادة الجافة (البطاطس) إلى 46 مجم (اللفت الأصفر)، وفي المنتجات ذات الأصل الحيواني - من 4 مجم (عسل) إلى 72 مجم لكل 1 كجم من المادة الجافة ( ). في النظام الغذائي اليومي للإنسان يصل محتوى الألومنيوم إلى 35-40 ملغ. الكائنات الحية التي تركز الألمنيوم معروفة، على سبيل المثال، الطحالب (Lycopodiaceae)، التي تحتوي على ما يصل إلى 5.3٪ من الألومنيوم في رمادها، والرخويات (Helix and Lithorina)، التي تحتوي على 0.2-0.8٪ من الألومنيوم في رمادها. من خلال تكوين مركبات غير قابلة للذوبان مع الفوسفات، يعطل الألومنيوم تغذية النباتات (امتصاص الفوسفات عن طريق الجذور) والحيوانات (امتصاص الفوسفات في الأمعاء).

المشتري الرئيسي هو الطيران. العناصر الأكثر تحميلًا للطائرة (الجلد، وتعزيز الطاقة) مصنوعة من دورالومين. وتم نقل هذه السبيكة إلى الفضاء. حتى أنه ذهب إلى القمر وعاد إلى الأرض. ومحطات لونا والزهرة والمريخ، التي أنشأها مصممو المكتب، والتي ترأسها لسنوات عديدة جورجي نيكولايفيتش باباكين (1914-1971)، لم تكن قادرة على الاستغناء عن سبائك الألومنيوم.

تعد سبائك أنظمة الألومنيوم - المنغنيز والألمنيوم - المغنيسيوم (AMts وAMg) هي المادة الرئيسية لهياكل "الصواريخ" و"النيازك" عالية السرعة - القارب المحلق.

لكن سبائك الألومنيوم لا تستخدم فقط في الفضاء والطيران والنقل البحري والنهري. يتمتع الألومنيوم أيضًا بمكانة قوية في مجال النقل البري. تشير البيانات التالية إلى الاستخدام الواسع النطاق للألمنيوم في صناعة السيارات. في عام 1948، تم استخدام 3.2 كجم من الألومنيوم لكل واحد، في عام 1958 - 23.6، في عام 1968 - 71.4، واليوم يتجاوز هذا الرقم 100 كجم. كما ظهر الألمنيوم في النقل بالسكك الحديدية. و"الترويكا الروسية" الفائقة السرعة مصنوعة بنسبة تزيد عن 50٪ من سبائك الألومنيوم.

يتم استخدام الألومنيوم بشكل متزايد في البناء. غالبًا ما تستخدم المباني الجديدة عوارض وأرضيات وأعمدة ودرابزين وأسوار وعناصر نظام تهوية قوية وخفيفة الوزن مصنوعة من سبائك الألومنيوم. في السنوات الأخيرة، تم استخدام سبائك الألومنيوم في بناء العديد من المباني العامة والمجمعات الرياضية. هناك محاولات لاستخدام الألومنيوم كمادة تسقيف. مثل هذا السقف لا يخاف من شوائب ثاني أكسيد الكربون ومركبات الكبريت ومركبات النيتروجين وغيرها من الشوائب الضارة التي تزيد بشكل كبير من تآكل حديد التسقيف في الغلاف الجوي.

تستخدم سبائك السيليكون، وهي سبائك نظام الألومنيوم والسيليكون، كسبائك صب. تتمتع هذه السبائك بسيولة جيدة، وتعطي انكماشًا وفصلًا (عدم تجانس) منخفضًا في المسبوكات، مما يجعل من الممكن إنتاج أجزاء من التكوين الأكثر تعقيدًا عن طريق الصب، على سبيل المثال، أغطية المحرك، وضواغط المضخة، وأغطية الأدوات، وكتل محركات الاحتراق الداخلي، والمكابس ورؤوس الأسطوانات وسترات المحركات المكبسية.

الكفاح من أجل الانخفاض يكلفوكانت سبائك الألومنيوم ناجحة أيضًا. على سبيل المثال، السيلومين أرخص مرتين من الألومنيوم. عادة ما يكون الأمر على العكس من ذلك - فالسبائك أكثر تكلفة (للحصول على سبيكة، تحتاج إلى الحصول على قاعدة نقية، ثم سبيكة للحصول على سبيكة). في عام 1976، أتقن علماء المعادن السوفييت في مصنع الألومنيوم في دنيبروبيتروفسك صهر السيلومينات مباشرةً من سيليكات الألومنيوم.

لقد عرف الألمنيوم منذ فترة طويلة في الهندسة الكهربائية. ومع ذلك، حتى وقت قريب، كان استخدام الألومنيوم يقتصر على خطوط الكهرباء، وفي حالات نادرة، كابلات الطاقة. سيطر النحاس والنحاس على صناعة الكابلات يقود. كانت العناصر الموصلة لهيكل الكابل مصنوعة من النحاس، وكان الغلاف المعدني مصنوعًا منها يقودأو السبائك القائمة على الرصاص. لعقود عديدة (تم اقتراح أغلفة الرصاص لحماية قلوب الكابلات لأول مرة في عام 1851) كانت المادة المعدنية الوحيدة لأغلفة الكابلات. إنه ممتاز في هذا الدور، ولكن لا يخلو من العيوب - الكثافة العالية، القوة المنخفضة والندرة؛ هذه هي العوامل الرئيسية التي أجبرت الناس على البحث عن معادن أخرى يمكن أن تحل محل الرصاص بشكل مناسب.

اتضح أنه من الألومنيوم. يمكن اعتبار بداية خدمته في هذا الدور في عام 1939، وبدأ العمل في عام 1928. ومع ذلك، حدث تحول خطير في استخدام الألومنيوم في تكنولوجيا الكابلات في عام 1948، عندما تم تطوير وإتقان تكنولوجيا تصنيع أغلفة الألومنيوم.

كان النحاس أيضًا لعدة عقود هو المعدن الوحيد لتصنيع الموصلات الحاملة للتيار. أظهرت الأبحاث التي أجريت على المواد التي يمكن أن تحل محل النحاس أن مثل هذا المعدن يجب أن يكون من الألومنيوم ويمكن أن يكون كذلك. لذلك، بدلاً من معدنين لهما أغراض مختلفة بشكل أساسي، دخل الألومنيوم إلى تكنولوجيا الكابلات.

هذا الاستبدال له عدد من المزايا. أولاً، إن إمكانية استخدام غلاف من الألومنيوم كموصل محايد يعني توفيرًا كبيرًا في المعدن وتقليل الوزن. ثانيا، قوة أعلى. ثالثًا، يسهل التركيب، ويقلل تكاليف النقل، ويقلل تكاليف الكابلات، وما إلى ذلك.

تستخدم أسلاك الألمنيوم أيضًا في خطوط الكهرباء العلوية. لكن الأمر استغرق الكثير من الجهد والوقت لإجراء بديل مماثل. لقد تم تطوير العديد من الخيارات، ويتم استخدامها بناءً على الموقف المحدد. [يتم تصنيع أسلاك الألمنيوم ذات القوة المتزايدة ومقاومة الزحف المتزايدة، والتي يتم تحقيقها عن طريق صناعة السبائك مع المغنيسيوم حتى 0.5%، والسيليكون حتى 0.5%، والحديد حتى 0.45%، والتصلب والشيخوخة. يتم استخدام أسلاك الفولاذ والألمنيوم، خاصة لتنفيذ المسافات الكبيرة المطلوبة حيث تعبر خطوط الكهرباء العوائق المختلفة. هناك مسافات تزيد عن 1500 م، على سبيل المثال عند عبور الأنهار.

الألومنيوم في تكنولوجيا النقل كهرباءعلى مسافات طويلة يتم استخدامها ليس فقط كمواد موصلة. منذ عقد ونصف، بدأ استخدام السبائك القائمة على الألومنيوم في تصنيع دعامات خطوط نقل الطاقة. لقد تم بناؤها لأول مرة في منطقتنا دولةفي القوقاز. وهي أخف بحوالي 2.5 مرة من الفولاذ ولا تتطلب حماية من التآكل. وهكذا حل نفس المعدن محل الحديد والنحاس والرصاص في الهندسة الكهربائية وتكنولوجيا نقل الكهرباء.

وكان هذا، أو هذا تقريبًا، هو الحال في مجالات التكنولوجيا الأخرى. في صناعات النفط والغاز والصناعات الكيماوية، أثبتت الخزانات وخطوط الأنابيب ووحدات التجميع الأخرى المصنوعة من سبائك الألومنيوم نفسها بشكل جيد. لقد حلت محل العديد من المعادن والمواد المقاومة للتآكل، مثل الحاويات المصنوعة من سبائك الحديد والكربون والمينا من الداخل لتخزين السوائل المسببة للتآكل (قد يؤدي حدوث صدع في طبقة المينا في هذا الهيكل الباهظ الثمن إلى خسائر أو حتى حوادث).

يتم استهلاك أكثر من مليون طن من الألومنيوم سنويًا في العالم لإنتاج الرقائق. يتراوح سمك الرقاقة، حسب الغرض منها، بين 0.004-0.15 ملم. تطبيقه متنوع للغاية. يتم استخدامه لتعبئة المنتجات الغذائية والصناعية المختلفة - الشوكولاتة والحلويات والأدوية ومستحضرات التجميل ومنتجات التصوير الفوتوغرافي وما إلى ذلك.

يستخدم الرقائق أيضًا كمواد بناء. هناك مجموعة من المواد البلاستيكية المملوءة بالغاز - بلاستيك قرص العسل - مواد خلوية بنظام خلايا متكررة بانتظام ذات شكل هندسي منتظم، جدرانها مصنوعة من رقائق الألومنيوم.

موسوعة بروكهاوس وإيفرون

الألومنيوم- (الطين) الكيميائي الزنك. آل . في. الخامس. = 27.12؛ يهزم الخامس. = 2.6؛ النائب. حوالي 700 درجة. أبيض فضي، معدن ناعم، رنان؛ بالاشتراك مع حمض السيليك، فهو المكون الرئيسي للطين، الفلسبار، والميكا؛ وجدت في جميع التربة. يذهب إلى... ... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

الألومنيوم- (الرمز Al) معدن أبيض فضي، أحد عناصر المجموعة الثالثة من الجدول الدوري. تم الحصول عليه لأول مرة في شكله النقي عام 1827. وهو المعدن الأكثر شيوعاً في القشرة الأرضية؛ مصدرها الرئيسي هو خام البوكسيت. عملية… … القاموس الموسوعي العلمي والتقني

الألومنيوم- الألومنيوم، الألومنيوم (الرمز الكيميائي A1، الوزن 27.1)، المعدن الأكثر شيوعاً على سطح الأرض، وبعد O والسيليكون، أهم عنصر في القشرة الأرضية. أ- يوجد في الطبيعة بشكل رئيسي على شكل أملاح حمض السيليكات (السيليكات)؛... ... الموسوعة الطبية الكبرى

الألومنيوم- معدن أبيض مزرق وخفيف بشكل خاص. إنه مرن للغاية ويمكن دحرجته وسحبه وتزويره وختمه وصبه بسهولة وما إلى ذلك. كما هو الحال مع المعادن الناعمة الأخرى، فإن الألومنيوم أيضًا مناسب جدًا... ... المصطلحات الرسمية

الألومنيوم- (الألومنيوم) آل، عنصر كيميائي من المجموعة الثالثة من الجدول الدوري، العدد الذري 13، الكتلة الذرية 26.98154؛ معدن خفيف، درجة انصهاره 660 درجة مئوية. المحتوى الموجود في القشرة الأرضية هو 8.8% وزناً. يستخدم الألمنيوم وسبائكه كمواد إنشائية في... ... القاموس الموسوعي المصور

الألومنيوم- الألمنيوم، رجل الألمنيوم، الكيميائي. الطين المعدني القلوي، قاعدة الألومينا، الطين؛ وكذلك أساسها الصدأ والحديد؛ وحرق النحاس . ذكر الومنيت أحفورة مشابهة للشب، كبريتات الألومينا المائية. زوج ألونيت. الحفرية قريبة جدا من ... ... قاموس دال التوضيحي

الألومنيوم- (فضي، خفيف، مجنح) قاموس معدني للمرادفات الروسية. اسم الومنيوم عدد المرادفات : 8 طين (2) ... قاموس المرادفات

الألومنيوم- (لاتينية الألومنيوم من الشب)، Al، العنصر الكيميائي للمجموعة الثالثة من الجدول الدوري، العدد الذري 13، الكتلة الذرية 26.98154. معدن فضي-أبيض، خفيف الوزن (2.7 جم/سم3³)، قابل للسحب، ذو موصلية كهربائية عالية، نقطة انصهار 660.C.... ... القاموس الموسوعي الكبير

الألومنيوم- آل (من اللاتينية alumen اسم الشبة، وكان يستخدم في العصور القديمة كمادة لاصقة للصباغة والدباغة * أ. الألومنيوم؛ ن. الألومنيوم؛ و. الألومنيوم؛ ط. الألومنيوم)، الكيميائية. عنصر المجموعة الثالثة الدورية. نظام مندليف، في. ن. 13، في. م.26.9815 ... الموسوعة الجيولوجية

الألومنيوم- الألومنيوم، الألومنيوم، وغيرها الكثير. لا زوج (من الشب اللاتيني). معدن خفيف أبيض فضي قابل للطرق. قاموس أوشاكوف التوضيحي. د.ن. أوشاكوف. 1935 1940 ... قاموس أوشاكوف التوضيحي

خصائص الألومنيوم

محتوى:

درجات الألومنيوم

الخصائص الفيزيائية

خصائص التآكل

الخصائص الميكانيكية

الخصائص التكنولوجية

طلب

درجات الألومنيوم.

يتميز الألومنيوم بالتوصيل الكهربائي والحراري العالي، ومقاومة التآكل، والليونة، ومقاومة الصقيع. أهم خاصية للألمنيوم هي كثافته المنخفضة (حوالي 2.70 جم/سم3). تبلغ درجة انصهار الألومنيوم حوالي 660 درجة مئوية.

تعتمد الخواص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية والتكنولوجية للألمنيوم إلى حد كبير على نوع وكمية الشوائب، مما يؤدي إلى تفاقم معظم خصائص المعدن النقي. والشوائب الطبيعية الرئيسية في الألومنيوم هي الحديد والسيليكون. الحديد، على سبيل المثال، موجود كمرحلة Fe-Al مستقلة، يقلل من التوصيل الكهربائي ومقاومة التآكل، ويضعف الليونة، ولكنه يزيد قليلاً من قوة الألومنيوم.

اعتمادًا على درجة التنقية، ينقسم الألومنيوم الأولي إلى ألومنيوم عالي النقاء وتقني (GOST 11069-2001). يتضمن الألومنيوم الفني أيضًا درجات تحمل علامة AD وAD1 وAD0 وAD00 (GOST 4784-97). يتم إنتاج الألومنيوم التقني بجميع درجاته عن طريق التحليل الكهربائي لصهر الكريوليت والألومينا. يتم الحصول على الألومنيوم عالي النقاء عن طريق التنقية الإضافية للألمنيوم التقني. تتم مناقشة ميزات خصائص الألومنيوم عالي النقاء والخاص في الكتب

1) تعدين الألمنيوم وسبائكه. إد. آي إن فريدلياندر. م 1971.2) الخواص الميكانيكية والتكنولوجية للمعادن. إيه في بوبيليف. م 1980.

يوفر الجدول أدناه معلومات مختصرة حول معظم درجات الألومنيوم. يشار أيضًا إلى محتوى الشوائب الطبيعية الرئيسية - السيليكون والحديد.

ماركة	آل, %	سي، %	الحديد،٪	التطبيقات
ألومنيوم عالي النقاء
أ995	99.995	0.0015	0.0015	المعدات الكيميائية احباط لوحات المكثفات أغراض خاصة
أ98	99.98	0.006	0.006
أ95	99.95	0.02	0.025
الألومنيوم الصف الفني
أ8 م000	99.8	0.10 0.15	0.12 0.15	قضيب سلكي للإنتاج منتجات الكابلات والأسلاك (من A7E وA5E). المواد الخام لإنتاج سبائك الألومنيوم رقائق المنتجات المدرفلة (قضبان، شرائط، صفائح، أسلاك، أنابيب)
أ7 م00	99.7	0.15	0.16 0.25
أ6	99.6	0.18	0.25
A5E	99.5	0.10	0.20
أ5 م0	99.5	0.25 0.25	0.30 0.40
م1	99.3	0.30	0.30
أ0 جحيم	99.0	0.95 إجمالي يصل إلى 1.0%

ويرتبط الاختلاف العملي الرئيسي بين الألومنيوم التقني والألومنيوم عالي النقاء بالاختلافات في مقاومة التآكل في بيئات معينة. وبطبيعة الحال، كلما ارتفعت درجة تنقية الألومنيوم، كلما زادت تكلفة ذلك.

يستخدم الألومنيوم عالي النقاء لأغراض خاصة. يتم استخدام الألومنيوم التقني لإنتاج سبائك الألومنيوم ومنتجات الكابلات والأسلاك والمنتجات المدرفلة. بعد ذلك سنتحدث عن الألمنيوم التقني.

التوصيل الكهربائي.

أهم خاصية للألمنيوم هي موصليته الكهربائية العالية، حيث يأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة والنحاس والذهب. إن الجمع بين الموصلية الكهربائية العالية والكثافة المنخفضة يسمح للألمنيوم بالتنافس مع النحاس في مجال منتجات الكابلات والأسلاك.

بالإضافة إلى الحديد والسيليكون، تتأثر الموصلية الكهربائية للألمنيوم بشدة بالكروم والمنغنيز والتيتانيوم. لذلك، في الألومنيوم المخصص لتصنيع الموصلات الحالية، يتم تنظيم محتوى العديد من الشوائب. وبالتالي، في درجة الألومنيوم A5E مع محتوى الحديد المسموح به بنسبة 0.35% والسيليكون 0.12%، يجب ألا يتجاوز مجموع الشوائب Cr + V + Ti + Mn 0.01% فقط.

الموصلية الكهربائية تعتمد على حالة المادة. يؤدي التلدين على المدى الطويل عند 350 درجة مئوية إلى تحسين الموصلية، بينما يؤدي التصلب البارد إلى تفاقم الموصلية.

قيمة المقاومة الكهربائية عند درجة حرارة 20 درجة مئويةأوم*مم 2 /م أو μأوم*م :

0.0277 - أسلاك الألمنيوم الملدنة من الدرجة A7E

0.0280 - أسلاك الألمنيوم الملدنة من الدرجة A5E

0.0290 – بعد الضغط، بدون معالجة حرارية من الألومنيوم AD0

وبالتالي، فإن المقاومة الكهربائية لموصلات الألومنيوم أعلى بحوالي 1.5 مرة من المقاومة الكهربائية للموصلات النحاسية. وبناء على ذلك فإن الموصلية الكهربائية (مقلوب المقاومة) للألمنيوم تبلغ 60-65% من الموصلية الكهربائية للنحاس. تزداد الموصلية الكهربائية للألمنيوم مع انخفاض كمية الشوائب.

معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية للألمنيوم (0.004) هو تقريبًا نفس معامل النحاس.

توصيل حراري

تبلغ الموصلية الحرارية للألمنيوم عند 20 درجة مئوية حوالي 0.50 كالوري/سم*ث*س*س وتزداد مع زيادة نقاء المعدن. من حيث التوصيل الحراري، يأتي الألومنيوم في المرتبة الثانية بعد الفضة والنحاس (حوالي 0.90)، وهو أعلى بثلاث مرات من التوصيل الحراري للفولاذ منخفض الكربون. تحدد هذه الخاصية استخدام الألومنيوم في مشعات التبريد والمبادلات الحرارية.

الخصائص الفيزيائية الأخرى.

الألومنيوم لديه نسبة عالية جدا السعة الحرارية محددة(حوالي 0.22 كالوري/جم*ج). وهذا أعلى بكثير من معظم المعادن (النحاس - 0.09). حرارة الانصهار النوعيةكما أنها مرتفعة جدًا (حوالي 93 كالوري/جم). للمقارنة، بالنسبة للنحاس والحديد، تبلغ هذه القيمة حوالي 41-49 كالوري/جم.

الانعكاسيةيعتمد الألومنيوم بشكل كبير على نقائه. بالنسبة لرقائق الألومنيوم بنقاء 99.2%، تبلغ انعكاسية الضوء الأبيض 75%، وبالنسبة للرقائق التي تحتوي على الألومنيوم بنسبة 99.5%، تكون الانعكاسية بالفعل 84%.

خصائص التآكل للألمنيوم.

الألومنيوم نفسه معدن شديد التفاعل. ويرتبط هذا باستخدامه في الألمنيوم الحراري وفي إنتاج المتفجرات. ومع ذلك، في الهواء، يتم تغليف الألومنيوم بطبقة رقيقة (حوالي ميكرون) من أكسيد الألومنيوم. نظرًا لامتلاكه قوة عالية وخمولًا كيميائيًا، فهو يحمي الألومنيوم من المزيد من الأكسدة ويحدد خصائصه العالية المضادة للتآكل في العديد من البيئات.

في الألومنيوم عالي النقاء، يكون فيلم الأكسيد مستمرًا وغير مسامي، وله التصاق قوي جدًا بالألمنيوم. ولذلك، فإن الألومنيوم عالي النقاء مقاوم للغاية للأحماض غير العضوية والقلويات ومياه البحر والهواء. يتدهور التصاق طبقة الأكسيد بالألمنيوم في الأماكن التي تتواجد فيها الشوائب بشكل كبير وتصبح هذه الأماكن عرضة للتآكل. ولذلك، فإن الألومنيوم ذو النقاء التقني لديه مقاومة أقل. على سبيل المثال، فيما يتعلق بحمض الهيدروكلوريك الضعيف، تختلف مقاومة الألومنيوم المكرر والتقني بمقدار 10 مرات.

يعد التآكل أمرًا شائعًا في الألومنيوم (وسبائكه). ولذلك، فإن استقرار الألومنيوم وسبائكه في العديد من البيئات لا يتحدد بالتغيرات في وزن العينات أو بمعدل اختراق التآكل، ولكن بالتغيرات في الخواص الميكانيكية.

التأثير الرئيسي على خصائص التآكل للألمنيوم التقني هو محتوى الحديد. وبالتالي، فإن معدل التآكل لمحلول حمض الهيدروكلوريك 5٪ لمختلف العلامات التجارية هو (في):

ماركة	محتوىآل	محتوى الحديد	معدل التآكل
أ7	99.7 %	< 0.16 %	0.25 – 1.1
أ6	99.6%	< 0.25%	1.2 – 1.6
أ0	99.0%	< 0.8%	27 - 31

كما أن وجود الحديد يقلل من مقاومة الألومنيوم للقلويات، لكنه لا يؤثر على مقاومة حمض الكبريتيك والنيتريك. بشكل عام، مقاومة التآكل للألمنيوم التقني، اعتمادًا على النقاء، تتدهور بالترتيب التالي: A8 وAD000، A7 وAD00، A6، A5 وAD0، AD1، A0 وAD.

عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية، يتفاعل الألومنيوم مع الكلور. لا يتفاعل الألومنيوم مع الهيدروجين، ولكنه يذيبه جيدًا، ولذلك فهو المكون الرئيسي للغازات الموجودة في الألومنيوم. بخار الماء، الذي ينفصل عند 500 درجة مئوية، له تأثير ضار على الألومنيوم عند درجات الحرارة المنخفضة، وتأثير البخار لا يكاد يذكر.

الألومنيوم مقاوم للبيئات التالية:

الجو الصناعي

مياه عذبة طبيعية تصل إلى درجة حرارة 180 درجة مئوية. ويزداد معدل التآكل مع عملية التهوية.

شوائب الصودا الكاوية وحمض الهيدروكلوريك والصودا.

مياه البحر

حمض النيتريك المركز

الأملاح الحمضية للصوديوم والمغنيسيوم والأمونيوم وهيبوسلفيت.

محاليل ضعيفة (تصل إلى 10٪) من حامض الكبريتيك،

100% حمض الكبريتيك

المحاليل الضعيفة للفوسفور (حتى 1%) والكروم (حتى 10%)

حمض البوريك بأي تركيز

الخل والليمون والنبيذ. حمض الماليك وعصائر الفاكهة الحامضة والنبيذ

محلول الأمونيا

الألومنيوم غير مستقر في مثل هذه البيئات:

تمييع حمض النيتريك

حامض الهيدروكلوريك

تمييع حمض الكبريتيك

حمض الهيدروفلوريك والهيدروبروميك

حمض الأكساليك، وحمض الفورميك

المحاليل القلوية الكاوية

ماء يحتوي على أملاح الزئبق والنحاس وأيونات الكلور التي تدمر طبقة الأكسيد.

تآكل الاتصال

عند ملامسته لمعظم المعادن والسبائك الصناعية، يعمل الألومنيوم بمثابة الأنود وسيزداد تآكله.

الخصائص الميكانيكية

معامل المرونة ه = 7000-7100 كجم قوة/مم2 للألمنيوم التقني عند 20 درجة مئوية. ومع زيادة نقاء الألومنيوم، تنخفض قيمته (6700 لـ A99).

معامل القص ز = 2700 كجم قوة / مم2.

فيما يلي المعلمات الرئيسية للخواص الميكانيكية للألمنيوم التقني:

معامل	وحدة يتغير	مشوه	صلب
قوة العائد? 0.2	كجم ق / مم 2	8 - 12	4 - 8
قوة الشد؟ الخامس	كجم ق / مم 2	13 - 16
استطالة عند الكسر?		5 – 10	30 – 40
تضييق نسبي عند الاستراحة		50 - 60	70 - 90
قوة القص	كجم ق / مم 2
صلابة	نيفادا	30 - 35

المؤشرات المحددة إرشادية للغاية:

1) بالنسبة للألمنيوم الملدن والمصبوب، تعتمد هذه القيم على درجة الألومنيوم التقني. كلما زادت الشوائب، زادت القوة والصلابة وقلت اللدونة. على سبيل المثال، صلابة الألومنيوم المصبوب هي: لـ A0 - 25HB، لـ A5 - 20HB، وللألومنيوم عالي النقاء A995 - 15HB. قوة الشد لهذه الحالات هي: 8.5؛ 7.5 و5 كجم قوة/مم2، والاستطالة النسبية 20؛ 30 و45% على التوالي.

2) بالنسبة للألمنيوم المشوه، تعتمد الخواص الميكانيكية على درجة التشوه ونوع المنتج المدرفل وأبعاده. على سبيل المثال، تبلغ قوة الشد على الأقل 15-16 كجم/مم2 للأسلاك و8-11 كجم/مم2 للأنابيب.

ومع ذلك، على أي حال، الألومنيوم التقني هو معدن ناعم وهش. إن قوة الإنتاج المنخفضة (حتى بالنسبة للفولاذ المعالج على البارد لا تتجاوز 12 كجم/مم2) تحد من استخدام الألومنيوم من حيث الأحمال المسموح بها.

الألومنيوم لديه حد زحف منخفض: عند 20 درجة مئوية - 5 كجم قوة / مم 2، وعند 200 درجة مئوية - 0.7 كجم قوة / مم 2. للمقارنة: بالنسبة للنحاس، تبلغ هذه الأرقام 7 و5 كجم قوة/مم 2، على التوالي.

إن نقطة الانصهار المنخفضة ودرجة الحرارة التي تبدأ عندها عملية إعادة التبلور (للألومنيوم التقني تبلغ حوالي 150 درجة مئوية)، وحد الزحف المنخفض يحد من نطاق درجة حرارة تشغيل الألومنيوم على جانب درجة الحرارة المرتفعة.

لا تتدهور ليونة الألومنيوم عند درجات الحرارة المنخفضة، وصولاً إلى الهيليوم. عندما تنخفض درجة الحرارة من +20 درجة مئوية إلى - 269 درجة مئوية، تزيد قوة الشد 4 مرات للألمنيوم التقني و7 مرات للألمنيوم عالي النقاء. في هذه الحالة، يزيد الحد المرن بمقدار 1.5 مرة.

تسمح مقاومة الصقيع للألمنيوم باستخدامه في الأجهزة والهياكل المبردة.

الخصائص التكنولوجية.

تتيح الليونة العالية للألمنيوم إنتاج رقائق معدنية (يصل سمكها إلى 0.004 مم)، ومنتجات مسحوبة بعمق، واستخدامها في المسامير.

يُظهر الألومنيوم ذو النقاء الفني هشاشة عند درجات الحرارة العالية.

القدرة على القطع منخفضة للغاية.

درجة حرارة إعادة البلورة هي 350-400 درجة مئوية، ودرجة حرارة التقسية هي 150 درجة مئوية.

قابلية اللحام.

ترجع صعوبات لحام الألومنيوم إلى 1) وجود طبقة أكسيد خاملة قوية، 2) الموصلية الحرارية العالية.

ومع ذلك، يعتبر الألومنيوم معدنًا قابلاً للحام بدرجة عالية. يتمتع اللحام بقوة المعدن الأساسي (في الحالة الصلبة) ونفس خصائص التآكل. للحصول على تفاصيل حول لحام الألومنيوم، انظر، على سبيل المثال،شبكة الاتصالات العالمية. com.weldingsite.com.تعميم الوصول إلى الخدمات.

طلب.

نظرًا لقوته المنخفضة، يتم استخدام الألومنيوم فقط للعناصر الهيكلية غير المحملة عندما تكون الموصلية الكهربائية أو الحرارية العالية أو مقاومة التآكل أو الليونة أو قابلية اللحام مهمة. يتم توصيل الأجزاء عن طريق اللحام أو المسامير. يتم استخدام الألمنيوم التقني في كل من المنتجات المسبوكة والمدرفلة.

يحتوي مستودع الشركة باستمرار على صفائح وأسلاك وإطارات مصنوعة من الألمنيوم التقني.

(انظر الصفحات المقابلة للموقع). سبائك A5-A7 متاحة عند الطلب.

تحضير شب البوتاسيوم

الألومنيوم(باللاتينية: الألومنيوم)، – في الجدول الدوري، يوجد الألومنيوم في الدورة الثالثة، في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثالثة. الشحنة الأساسية +13. التركيب الإلكتروني للذرة هو 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. يبلغ نصف القطر الذري المعدني 0.143 نانومتر، ونصف القطر التساهمي 0.126 نانومتر، ونصف القطر التقليدي لأيون Al 3+ هو 0.057 نانومتر. طاقة التأين Al – Al + 5.99 فولت.

حالة الأكسدة الأكثر تميزًا لذرة الألومنيوم هي +3. نادرا ما تحدث حالات الأكسدة السلبية. توجد مستويات فرعية d مجانية في الطبقة الإلكترونية الخارجية للذرة. ونتيجة لهذا، فإن رقم التنسيق الخاص به في المركبات لا يمكن أن يكون 4 فقط (AlCl 4-، AlH 4-، ألومينوسيليكات)، ولكن أيضًا 6 (Al 2 O 3، 3+).

مرجع تاريخي. اسم الألومنيوم يأتي من اللاتينية. الشبة - يعود ذلك إلى عام 500 قبل الميلاد. تسمى شبة الألومنيوم، وكانت تستخدم كمادة لصباغة الأقمشة ودباغة الجلود. حصل العالم الدنماركي H. K. Oersted في عام 1825، باستخدام ملغم البوتاسيوم على AlCl 3 اللامائي ثم تقطير الزئبق، على ألومنيوم نقي نسبيًا. تم اقتراح أول طريقة صناعية لإنتاج الألومنيوم في عام 1854 من قبل الكيميائي الفرنسي أ. سانت كلير ديفيل: تتمثل الطريقة في اختزال الألمنيوم المزدوج وكلوريد الصوديوم Na3AlCl6 مع الصوديوم المعدني. كان الألومنيوم مشابهًا في اللون للفضة، وكان باهظ الثمن في البداية. وفي الفترة من 1855 إلى 1890، تم إنتاج 200 طن فقط من الألومنيوم. تم تطوير الطريقة الحديثة لإنتاج الألومنيوم عن طريق التحليل الكهربائي لمصهور الكريوليت والألومينا في عام 1886 بشكل متزامن ومستقل بواسطة C. Hall في الولايات المتحدة الأمريكية وP. Heroux في فرنسا.

التواجد في الطبيعة

الألومنيوم هو المعدن الأكثر شيوعا في القشرة الأرضية. يمثل 5.5-6.6 مول. جزء٪ أو 8 بالوزن٪. وتتركز كتلتها الرئيسية في الألومينوسيليكات. من المنتجات الشائعة للغاية لتدمير الصخور التي تشكلها الطين، الذي يتوافق تركيبه الرئيسي مع الصيغة Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. ومن بين الأشكال الطبيعية الأخرى للألمنيوم، يعتبر البوكسيت Al 2 O 3 ذا أهمية قصوى. xH 2 O ومعادن اكسيد الالمونيوم Al 2 O 3 والكريوليت AlF 3 . 3NaF.

إيصال

حاليًا، في الصناعة، يتم إنتاج الألومنيوم عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول الألومينا Al 2 O 3 في الكريوليت المنصهر. يجب أن يكون Al 2 O 3 نقيًا إلى حد ما، نظرًا لصعوبة إزالة الشوائب من الألومنيوم المصهور. درجة انصهار Al 2 O 3 حوالي 2050 درجة مئوية، والكريوليت 1100 درجة مئوية. خليط منصهر من الكريوليت وAl 2 O 3 يحتوي على حوالي 10٪ بالوزن Al 2 O 3 يتعرض للتحليل الكهربائي، الذي ينصهر عند 960 درجة مئوية. o C وله الموصلية الكهربائية والكثافة واللزوجة، الأكثر ملاءمة لهذه العملية. مع إضافة AlF 3 وCaF 2 وMgF 2، يصبح التحليل الكهربائي ممكنًا عند درجة حرارة 950 درجة مئوية.

المحلل الكهربائي لصهر الألومنيوم عبارة عن غلاف حديدي مبطن بالطوب الحراري من الداخل. الجزء السفلي (تحت)، المُجمَّع من كتل من الفحم المضغوط، يعمل ككاثود. توجد الأنودات في الأعلى: وهي عبارة عن إطارات من الألومنيوم مملوءة بقوالب الفحم.

آل 2 يا 3 = آل 3+ + آلو 3 3-

يتم إطلاق الألومنيوم السائل عند الكاثود:

آل 3+ + 3е - = آل

يتم جمع الألومنيوم في الجزء السفلي من الفرن، حيث يتم إطلاقه بشكل دوري. يتم إطلاق الأكسجين عند الأنود:

4AlO 3 3 - - 12e - = 2Al 2 O 3 + 3O 2

الأكسجين يؤكسد الجرافيت إلى أكاسيد الكربون. ومع احتراق الكربون، يتم بناء الأنود.

يستخدم الألومنيوم أيضًا كمادة مضافة في صناعة السبائك للعديد من السبائك لإضفاء مقاومة الحرارة عليها.

الخصائص الفيزيائية للألمنيوم. يجمع الألومنيوم بين مجموعة قيمة جدًا من الخصائص: الكثافة المنخفضة، الموصلية الحرارية والكهربائية العالية، الليونة العالية والمقاومة الجيدة للتآكل. يمكن تزويرها وختمها ولفها ورسمها بسهولة. يتم لحام الألمنيوم جيدًا بالغاز والتلامس وأنواع اللحام الأخرى. شبكة الألمنيوم مكعبة الشكل ومتمركزة على الوجه مع المعلمة a = 4.0413 Å. خصائص الألومنيوم، مثل جميع المعادن، تعتمد على نقائه. خصائص الألومنيوم عالي النقاء (99.996%): الكثافة (عند 20 درجة مئوية) 2698.9 كجم/م3؛ ر 660.24 درجة مئوية؛ نقطة الغليان حوالي 2500 درجة مئوية؛ معامل التمدد الحراري (من 20 درجة إلى 100 درجة مئوية) 23.86·10 -6؛ الموصلية الحرارية (عند 190 درجة مئوية) 343 واط/م·ك، السعة الحرارية النوعية (عند 100 درجة مئوية) 931.98 جول/كجم·ك. ; الموصلية الكهربائية بالنسبة للنحاس (عند 20 درجة مئوية) 65.5%. يتمتع الألومنيوم بقوة منخفضة (قوة الشد 50-60 مليون/م2)، والصلابة (170 مليون/م2 وفقًا لبرينل) وليونة عالية (تصل إلى 50%). أثناء الدرفلة على البارد، تزيد قوة الشد للألمنيوم إلى 115 مليون/م2، والصلابة - حتى 270 مليون/م2، وتنخفض الاستطالة النسبية إلى 5% (1 مليون/م2 ~ و0.1 كجم قوة/مم2). الألومنيوم مصقول للغاية ومؤكسد وله انعكاسية عالية قريبة من الفضة (يعكس ما يصل إلى 90% من الطاقة الضوئية الساقطة). بسبب قابليته العالية للأكسجين، يتم تغطية الألومنيوم الموجود في الهواء بطبقة رقيقة ولكنها قوية جدًا من أكسيد Al 2 O 3، مما يحمي المعدن من المزيد من الأكسدة ويحدد خصائصه العالية المضادة للتآكل. تتناقص قوة طبقة الأكسيد وتأثيرها الوقائي بشكل كبير في وجود شوائب الزئبق والصوديوم والمغنيسيوم والنحاس وما إلى ذلك. الألومنيوم مقاوم للتآكل الجوي والبحر والمياه العذبة، ولا يتفاعل عمليا مع النيتريك المركز أو المخفف للغاية الأحماض والأحماض العضوية والمنتجات الغذائية.

الخواص الكيميائية

عندما يتم تسخين الألومنيوم المسحوق جيدًا، فإنه يحترق بقوة في الهواء. تفاعله مع الكبريت يستمر بالمثل. يحدث الاندماج مع الكلور والبروم في درجات الحرارة العادية، ومع اليود - عند تسخينه. عند درجات حرارة عالية جدًا، يتحد الألومنيوم أيضًا بشكل مباشر مع النيتروجين والكربون. وعلى العكس من ذلك فهو لا يتفاعل مع الهيدروجين.

الألومنيوم مقاوم تمامًا للماء. ولكن إذا تمت إزالة التأثير الوقائي لطبقة الأكسيد ميكانيكيًا أو عن طريق الدمج، يحدث تفاعل قوي:

ليس لـ HNO3 وH2SO4 المخففين جدًا والمركّزين جدًا أي تأثير تقريبًا على الألومنيوم (في البرد)، بينما عند التركيزات المتوسطة من هذه الأحماض يذوب تدريجيًا. الألومنيوم النقي مقاوم تمامًا لحمض الهيدروكلوريك، لكن المعدن الصناعي العادي يذوب فيه.

عندما يتعرض الألومنيوم لمحاليل مائية من القلويات، تذوب طبقة الأكسيد، وتتشكل الألومينات - أملاح تحتوي على الألومنيوم كجزء من الأنيون:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na

يتفاعل الألومنيوم، الخالي من الطبقة الواقية، مع الماء، مما يؤدي إلى إزاحة الهيدروجين منه:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

يتفاعل هيدروكسيد الألومنيوم الناتج مع القلويات الزائدة، مكونًا هيدروكسيل ألومينات:

آل(OH) 3 + هيدروكسيد الصوديوم = نا

المعادلة الشاملة لذوبان الألومنيوم في محلول قلوي مائي:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

يذوب الألومنيوم بشكل ملحوظ في محاليل الأملاح التي لها تفاعل حمضي أو قلوي بسبب تحللها المائي، على سبيل المثال، في محلول Na 2 CO 3.

في سلسلة الإجهاد يقع بين Mg و Zn. الألومنيوم ثلاثي التكافؤ في جميع مركباته المستقرة.

يصاحب اتحاد الألومنيوم مع الأكسجين إطلاق هائل للحرارة (1676 كيلوجول/مول Al 2 O 3)، وهو أكبر بكثير من إطلاق العديد من المعادن الأخرى. وفي ضوء ذلك فإنه عند تسخين خليط أكسيد المعدن المقابل مع مسحوق الألومنيوم يحدث تفاعل عنيف يؤدي إلى إطلاق معدن حر من الأكسيد المأخوذ. غالبًا ما يتم استخدام طريقة الاختزال باستخدام Al (الألومينوثرمي) للحصول على عدد من العناصر (Cr، Mn، V، W، إلخ) في حالة حرة.

يتم استخدام الألومنيوم الحراري أحيانًا في لحام الأجزاء الفولاذية الفردية، وخاصة مفاصل قضبان الترام. يتكون الخليط المستخدم ("الثيرمايت") عادةً من مساحيق دقيقة من الألومنيوم والحديد 3 O 4 . يتم إشعالها باستخدام فتيل مصنوع من خليط Al و BaO 2. رد الفعل الرئيسي يتبع المعادلة:

8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe + 3350 كيلوجول

علاوة على ذلك، تتطور درجة الحرارة إلى حوالي 3000 درجة مئوية.

أكسيد الألومنيوم هو مادة بيضاء شديدة المقاومة للحرارة (mp 2050 o C) وغير قابلة للذوبان في كتلة الماء. تتميز Al 2 O 3 الطبيعية (المعدنية اكسيد الالمونيوم)، وكذلك تلك التي يتم الحصول عليها صناعيا ثم المكلسة بدرجة عالية، بالصلابة العالية وعدم الذوبان في الأحماض. يمكن تحويل Al 2 O 3 (ما يسمى بالألومينا) إلى حالة قابلة للذوبان عن طريق الاندماج مع القلويات.

عادة، يتم استخدام اكسيد الالمونيوم الطبيعي الملوث بأكسيد الحديد، بسبب صلابته الشديدة، في صناعة عجلات الطحن وأحجار المشحذ وما إلى ذلك. ويسمى في شكله المسحوق ناعماً بالصنفرة ويستخدم لتنظيف الأسطح المعدنية وصنع ورق الصنفرة. لنفس الأغراض، غالبا ما يستخدم Al 2 O 3، الذي تم الحصول عليه عن طريق دمج البوكسيت (الاسم الفني - ألوندوم).

بلورات اكسيد الالمونيوم شفافة ملونة - ياقوتة حمراء - خليط من الكروم - والياقوت الأزرق - خليط من التيتانيوم والحديد - أحجار كريمة. ويتم الحصول عليها أيضًا بشكل مصطنع واستخدامها لأغراض تقنية، على سبيل المثال، لتصنيع أجزاء للأدوات الدقيقة وأحجار الساعات وما إلى ذلك. تُستخدم بلورات الياقوت التي تحتوي على خليط صغير من Cr 2 O 3 كمولدات كمومية - أشعة ليزر تنشئ شعاعًا موجهًا من الإشعاع أحادي اللون.

بسبب عدم ذوبان Al 2 O 3 في الماء، يمكن الحصول على هيدروكسيد Al(OH) 3 المقابل لهذا الأكسيد فقط بشكل غير مباشر من الأملاح. يمكن تمثيل تحضير الهيدروكسيد بالمخطط التالي. تحت تأثير القلويات، يتم استبدال أيونات OH تدريجيًا بأكثر من 3 جزيئات ماء في المجمعات المائية:

3+ + OH - = 2+ + H2O

2+ + OH - = + + H 2 O

أوه - = 0 + ح 2 يا

Al(OH)3 عبارة عن راسب جيلاتيني أبيض ضخم، غير قابل للذوبان عمليًا في الماء، ولكنه قابل للذوبان بسهولة في الأحماض والقلويات القوية. لذلك فهو ذو طابع مذبذب. ومع ذلك، يتم التعبير عن خصائصه الأساسية وخاصة الحمضية بشكل ضعيف. هيدروكسيد الألومنيوم غير قابل للذوبان في كمية زائدة من NH 4 OH. أحد أشكال هيدروكسيد المجففة، هلام الألومنيوم، يستخدم في التكنولوجيا كمادة ماصة.

عند التفاعل مع القلويات القوية، تتشكل الألومينات المقابلة:

هيدروكسيد الصوديوم + آل (OH) 3 = نا

ألومينات المعادن أحادية التكافؤ الأكثر نشاطًا قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء، ولكن بسبب التحلل المائي القوي، تكون محاليلها مستقرة فقط في وجود فائض كافٍ من القلويات. يتم تحلل الألومينات، المنتجة من قواعد أضعف، بشكل كامل تقريبًا في المحلول وبالتالي لا يمكن الحصول عليها إلا بشكل جاف (عن طريق دمج Al 2 O 3 مع أكاسيد المعادن المقابلة). يتم تشكيل ميتالومنيتات، التي يشتق تركيبها من حمض ميتالومنيوم HAlO 2. معظمها غير قابلة للذوبان في الماء.

Al(OH)3 يشكل الأملاح مع الأحماض. تكون مشتقات معظم الأحماض القوية قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء، ولكنها تتحلل بشكل كبير جدًا، وبالتالي تظهر محاليلها تفاعلًا حمضيًا. يتم تحلل أملاح الألومنيوم القابلة للذوبان والأحماض الضعيفة بشكل أكبر. بسبب التحلل المائي، لا يمكن الحصول على الكبريتيد والكربونات والسيانيد وبعض أملاح الألومنيوم الأخرى من المحاليل المائية.

في البيئة المائية، يكون أنيون Al 3+ محاطًا مباشرة بستة جزيئات ماء. يتم فصل هذا الأيون المائي إلى حد ما وفقًا للمخطط:

3+ + ح 2 يا = 2+ + أوه 3 +

ثابت تفككه هو 1. 10 -5، أي. وهو حمض ضعيف (قريب من قوة حمض الخليك). يتم أيضًا الحفاظ على البيئة الثماني السطوح لـ Al 3+ مع ستة جزيئات ماء في الهيدرات البلورية لعدد من أملاح الألومنيوم.

يمكن اعتبار سيليكات الألومنيوم بمثابة سيليكات يتم فيها استبدال جزء من رباعي الأسطح السيليكون والأكسجين SiO 4 4 - برباعي الأسطح الألومنيوم والأكسجين AlO 4 5. ومن بين سيليكات الألومنيوم، الأكثر شيوعًا هو الفلسبار، الذي يمثل أكثر من نصف كتلة السيليكات. قشرة الأرض. ممثلوهم الرئيسيون هم المعادن

أورثوكلاز K 2 Al 2 Si 6 O 16 أو K 2 O . آل 2 أو 3 . 6SiO2

البيتي Na 2 Al 2 Si 6 O 16 أو Na 2 O. آل 2 أو 3 . 6SiO2

أنورثيت CaAl 2 Si 2 O 8 أو CaO. آل 2 أو 3 . 2SiO2

معادن مجموعة الميكا شائعة جدًا، على سبيل المثال المسكوفيت Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. إن معدن النيفيلين (Na,K) 2، الذي يستخدم لإنتاج الألومينا ومنتجات الصودا والأسمنت، له أهمية عملية كبيرة. يتكون هذا الإنتاج من العمليات التالية: أ) يتم تلبيد النيفلين والحجر الجيري في أفران أنبوبية عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية:

(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2

ب) يتم ترشيح الكتلة الناتجة بالماء - يتم تشكيل محلول من ألومينات الصوديوم والبوتاسيوم وملاط CaSiO 3:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O = Na + K

ج) يتم تمرير ثاني أكسيد الكربون المتكون أثناء التلبيد عبر محلول الألومينات:

Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3

د) عن طريق تسخين Al(OH) 3 يتم الحصول على الألومينا:

2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O

هـ) عن طريق تبخير السائل الأم، يتم فصل الصودا والحساء، ويتم استخدام الحمأة التي تم الحصول عليها مسبقًا في إنتاج الأسمنت.

عند إنتاج 1 طن من Al2O3 يتم الحصول على 1 طن من منتجات الصودا و 7.5 طن من الأسمنت.

بعض الألومينوسيليكات لها بنية فضفاضة وقادرة على التبادل الأيوني. وتستخدم مثل هذه السيليكات – الطبيعية والصناعية بشكل خاص – لتليين المياه. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لسطحها المتطور للغاية، يتم استخدامها كدعم محفز، أي. كمواد مشربة بمحفز.

هاليدات الألومنيوم في الظروف العادية هي مواد بلورية عديمة اللون. في سلسلة هاليدات الألومنيوم، يختلف AlF 3 كثيرًا في الخصائص عن نظائره. وهو مقاوم للحرارة، وقابل للذوبان قليلاً في الماء، وغير نشط كيميائياً. تعتمد الطريقة الرئيسية لإنتاج AlF 3 على عمل HF اللامائي على Al 2 O 3 أو Al:

Al2O3 + 6HF = 2AlF3 + 3H2O

مركبات الألومنيوم مع الكلور والبروم واليود قابلة للانصهار، شديدة التفاعل وقابلة للذوبان بدرجة عالية ليس فقط في الماء، ولكن أيضًا في العديد من المذيبات العضوية. يصاحب تفاعل هاليدات الألومنيوم مع الماء إطلاق كبير للحرارة. في المحاليل المائية، يتم تحللها بدرجة عالية، ولكن على عكس الهاليدات اللافلزية الحمضية النموذجية، فإن تحللها المائي غير مكتمل وقابل للعكس. نظرًا لكونها متطايرة بشكل ملحوظ حتى في ظل الظروف العادية، فإن AlCl 3 وAlBr 3 وAlI 3 يدخنون في الهواء الرطب (بسبب التحلل المائي). يمكن الحصول عليها عن طريق التفاعل المباشر للمواد البسيطة.

تتوافق كثافة بخار AlCl 3 وAlBr 3 وAlI 3 عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا بشكل أو بآخر مع الصيغ المزدوجة - Al 2 Hal 6. يتوافق التركيب المكاني لهذه الجزيئات مع رباعيين لهما حافة مشتركة. ترتبط كل ذرة ألومنيوم بأربع ذرات هالوجين، وترتبط كل ذرة من ذرات الهالوجين المركزية بذرتي الألومنيوم. من بين رابطتي ذرة الهالوجين المركزية، إحداهما مانح ومتقبل، حيث يعمل الألومنيوم كمستقبل.

مع أملاح الهاليد لعدد من المعادن أحادية التكافؤ، تشكل هاليدات الألومنيوم مركبات معقدة، بشكل رئيسي من النوعين M3 وM (حيث الهال هو الكلور أو البروم أو اليود). يكون الميل إلى تفاعلات الإضافة واضحًا جدًا بشكل عام في الهاليدات قيد النظر. وهذا هو بالضبط السبب وراء الاستخدام التقني الأكثر أهمية لـ AlCl 3 كعامل محفز (في تكرير النفط وفي التخليق العضوي).

من بين ألومينات الفلور، فإن الاستخدام الأكبر (لإنتاج Al، F 2، المينا، الزجاج، إلخ) هو Na 3 كريوليت. يعتمد الإنتاج الصناعي للكريوليت الاصطناعي على معالجة هيدروكسيد الألومنيوم بحمض الهيدروفلوريك والصودا:

2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O

يتم الحصول على الكلورو والبرومو واليودوألومينات عن طريق دمج ثلاثي هاليدات الألومنيوم مع هاليدات المعادن المقابلة.

على الرغم من أن الألومنيوم لا يتفاعل كيميائيا مع الهيدروجين، إلا أنه يمكن الحصول على هيدريد الألومنيوم بشكل غير مباشر. وهي كتلة بيضاء غير متبلورة تركيبها (AlH3)n. يتحلل عند تسخينه فوق 105 درجة مئوية مع إطلاق الهيدروجين.

عندما يتفاعل AlH3 مع الهيدريدات الأساسية في محلول أثيري، تتشكل الهيدرولومينات:

LiH + AlH 3 = لي

هيدروألومينات هي مواد صلبة بيضاء. يتحلل بسرعة مع الماء. إنها عوامل اختزال قوية. يتم استخدامها (خاصة Li) في التخليق العضوي.

كبريتات الألومنيوم آل 2 (SO 4) 3. يتم الحصول على 18H2O من خلال عمل حمض الكبريتيك الساخن على أكسيد الألومنيوم أو الكاولين. يتم استخدامه لتنقية المياه، وكذلك في تحضير أنواع معينة من الورق.

شبة ألومنيوم البوتاسيوم KAl(SO4) 2. ويستخدم 12H2O بكميات كبيرة في دباغة الجلود، وكذلك في صناعة الصباغة كمادة لاصقة للأقمشة القطنية. في الحالة الأخيرة، يعتمد تأثير الشب على حقيقة أن هيدروكسيد الألومنيوم المتكون نتيجة التحلل المائي يترسب في ألياف النسيج في حالة مشتتة بدقة، ويمتص الصبغة ويثبتها بقوة على الألياف.

ومن مشتقات الألمنيوم الأخرى تجدر الإشارة إلى خلاته (وإلا ملح حامض الخليك) Al(CH 3 COO) 3 الذي يستخدم في صباغة الأقمشة (كمادة لاصقة) وفي الطب (المستحضرات والكمادات). نترات الألومنيوم قابلة للذوبان في الماء بسهولة. فوسفات الألومنيوم غير قابل للذوبان في الماء وحمض الخليك، ولكنه قابل للذوبان في الأحماض والقلويات القوية.

الألومنيوم في الجسم. الألومنيوم جزء من أنسجة الحيوانات والنباتات؛ في أعضاء الثدييات، تم العثور على 10 -3 إلى 10 -5٪ من الألومنيوم (على أساس خام). يتراكم الألمنيوم في الكبد والبنكرياس والغدد الدرقية. في المنتجات النباتية، يتراوح محتوى الألومنيوم من 4 ملجم لكل 1 كجم من المادة الجافة (البطاطس) إلى 46 ملجم (اللفت الأصفر)، وفي المنتجات ذات الأصل الحيواني - من 4 ملجم (العسل) إلى 72 ملجم لكل 1 كجم من المادة الجافة ( لحم). في النظام الغذائي اليومي للإنسان يصل محتوى الألومنيوم إلى 35-40 ملجم. الكائنات الحية التي تركز الألمنيوم معروفة، على سبيل المثال، الطحالب (Lycopodiaceae)، التي تحتوي على ما يصل إلى 5.3٪ من الألومنيوم في رمادها، والرخويات (Helix و Lithorina)، التي تحتوي على 0.2-0.8٪ من الألومنيوم في رمادها. من خلال تكوين مركبات غير قابلة للذوبان مع الفوسفات، يعطل الألومنيوم تغذية النباتات (امتصاص الفوسفات عن طريق الجذور) والحيوانات (امتصاص الفوسفات في الأمعاء).

جيوكيمياء الألومنيوم. يتم تحديد الخصائص الجيوكيميائية للألمنيوم من خلال تقاربه العالي للأكسجين (في المعادن، يتم تضمين الألومنيوم في الأكسجين ثماني السطوح ورباعي السطوح)، والتكافؤ الثابت (3)، وانخفاض ذوبان معظم المركبات الطبيعية. في العمليات الداخلية أثناء تصلب الصهارة وتكوين الصخور النارية، يدخل الألومنيوم الشبكة البلورية للفلسبار والميكا والمعادن الأخرى - سيليكات الألومنيوم. في المحيط الحيوي، يعتبر الألومنيوم مهاجرًا ضعيفًا، وهو نادر في الكائنات الحية والغلاف المائي. في المناخ الرطب، حيث تشكل البقايا المتحللة للنباتات الوفيرة العديد من الأحماض العضوية، يهاجر الألومنيوم في التربة والمياه على شكل مركبات غروية عضوية معدنية؛ يتم امتصاص الألومنيوم بواسطة الغرويات وترسب في الجزء السفلي من التربة. يتم كسر الرابطة بين الألومنيوم والسيليكون جزئيًا وفي بعض الأماكن في المناطق الاستوائية تتشكل المعادن - هيدروكسيدات الألومنيوم - البوهيميت، الشتات، الهيدرارجيليت. معظم الألومنيوم جزء من سيليكات الألومنيوم - الكاولينيت والبيدليت ومعادن طينية أخرى. تحدد الحركة الضعيفة التراكم المتبقي للألمنيوم في القشرة الجوية للمناطق الاستوائية الرطبة. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل البوكسيت إلوفيال. في العصور الجيولوجية الماضية، تراكم البوكسيت أيضًا في البحيرات والمناطق الساحلية للبحار في المناطق الاستوائية (على سبيل المثال، البوكسيت الرسوبي في كازاخستان). في السهوب والصحاري، حيث يوجد القليل من المواد الحية والمياه محايدة وقلوية، لا يهاجر الألومنيوم تقريبًا. تكون هجرة الألومنيوم أكثر نشاطًا في المناطق البركانية، حيث يتم ملاحظة الأنهار شديدة الحموضة والمياه الجوفية الغنية بالألمنيوم. وفي الأماكن التي تختلط فيها المياه الحمضية بمياه البحر القلوية (عند مصبات الأنهار وغيرها)، يترسب الألومنيوم مع تكوين رواسب البوكسيت.

تطبيق الألومنيوم. إن الجمع بين الخصائص الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية للألمنيوم يحدد استخدامه على نطاق واسع في جميع مجالات التكنولوجيا تقريبًا، خاصة في شكل سبائكه مع معادن أخرى. في الهندسة الكهربائية، يحل الألمنيوم محل النحاس بنجاح، خاصة في إنتاج الموصلات الضخمة، على سبيل المثال، في الخطوط الهوائية، والكابلات ذات الجهد العالي، وحافلات المفاتيح الكهربائية، والمحولات (تصل الموصلية الكهربائية للألمنيوم إلى 65.5٪ من الموصلية الكهربائية للنحاس، و وهو أخف وزنًا من النحاس بثلاث مرات؛ مع وجود مقطع عرضي يوفر نفس الموصلية، وكتلة أسلاك الألمنيوم نصف كتلة النحاس). يستخدم الألومنيوم فائق النقاء في إنتاج المكثفات الكهربائية والمقومات، ويعتمد عملها على قدرة طبقة أكسيد الألومنيوم على تمرير التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط. يستخدم الألومنيوم فائق النقاء، المنقى بواسطة ذوبان المنطقة، في تصنيع مركبات أشباه الموصلات من النوع A III B V، المستخدمة في إنتاج أجهزة أشباه الموصلات. يستخدم الألمنيوم النقي في إنتاج أنواع مختلفة من عاكسات المرايا. يستخدم الألومنيوم عالي النقاء لحماية الأسطح المعدنية من التآكل الجوي (الكسوة، طلاء الألومنيوم). نظرًا لامتلاكه مقطعًا عرضيًا منخفض الامتصاص للنيوترونات، يُستخدم الألومنيوم كمادة هيكلية في المفاعلات النووية.

تقوم خزانات الألمنيوم ذات السعة الكبيرة بتخزين ونقل الغازات السائلة (الميثان والأكسجين والهيدروجين وما إلى ذلك) وأحماض النيتريك والأسيتيك والمياه النظيفة وبيروكسيد الهيدروجين والزيوت الصالحة للأكل. يستخدم الألومنيوم على نطاق واسع في معدات وأجهزة صناعة الأغذية، وتغليف المواد الغذائية (على شكل رقائق)، وإنتاج أنواع مختلفة من المنتجات المنزلية. لقد زاد بشكل حاد استهلاك الألمنيوم لتشطيب المباني والهياكل المعمارية ومنشآت النقل والرياضة.

في علم المعادن، يعد الألومنيوم (بالإضافة إلى السبائك المعتمدة عليه) واحدًا من أكثر إضافات السبائك شيوعًا في السبائك المعتمدة على Cu وMg وTi وNi وZn وFe. يستخدم الألومنيوم أيضًا لإزالة الأكسدة من الفولاذ قبل صبه في القالب، وكذلك في عمليات إنتاج معادن معينة باستخدام طريقة الألومنيوم الحراري. استنادًا إلى الألومنيوم، تم إنشاء SAP (مسحوق الألومنيوم الملبد) باستخدام تعدين المساحيق، الذي يتمتع بمقاومة عالية للحرارة عند درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية.

ويستخدم الألمنيوم في صناعة المتفجرات (الأمونال، والألوموتول). تستخدم مركبات الألومنيوم المختلفة على نطاق واسع.

يتزايد إنتاج واستهلاك الألمنيوم بشكل مستمر، وهو ما يفوق بشكل كبير معدل نمو إنتاج الفولاذ والنحاس والرصاص والزنك.

قائمة الأدب المستخدم

1. ف.أ. رابينوفيتش، Z.Ya. خافين "كتاب مرجعي كيميائي قصير"

2. إل إس. جوزي "محاضرات في الكيمياء العامة"

3. ن.س. أحمدوف "الكيمياء العامة وغير العضوية"

4. بي.في. نيكراسوف "كتاب الكيمياء العامة"

5. ن.ل. جلينكا "الكيمياء العامة"