Ogni elemento chimico può essere considerato dal punto di vista di tre scienze: fisica, chimica e biologia. E in questo articolo cercheremo di caratterizzare l'alluminio nel modo più accurato possibile. Questo è un elemento chimico situato nel terzo gruppo e terzo periodo, secondo la tavola periodica. L'alluminio è un metallo che ha una reattività chimica media. Nei suoi composti si possono osservare anche proprietà anfotere. La massa atomica dell'alluminio è di ventisei grammi per mole.
Caratteristiche fisiche dell'alluminio
In condizioni normali è un solido. La formula dell'alluminio è molto semplice. È costituito da atomi (non combinati in molecole), che sono disposti utilizzando un reticolo cristallino in una sostanza solida. Il colore dell'alluminio è bianco-argento. Inoltre, ha una lucentezza metallica, come tutte le altre sostanze di questo gruppo. Il colore dell'alluminio utilizzato nell'industria può variare a causa della presenza di impurità nella lega. Questo è un metallo abbastanza leggero.
La sua densità è di 2,7 g/cm3, cioè è circa tre volte più leggero del ferro. In questo non può che essere inferiore al magnesio, che è addirittura più leggero del metallo in questione. La durezza dell'alluminio è piuttosto bassa. In esso è inferiore alla maggior parte dei metalli. La durezza dell'alluminio è solo due, pertanto, per rafforzarlo, alle leghe a base di questo metallo vengono aggiunte quelle più dure.
L'alluminio fonde ad una temperatura di soli 660 gradi Celsius. E bolle quando viene riscaldato a una temperatura di duemilaquattrocentocinquantadue gradi Celsius. È un metallo molto duttile e fusibile. Le caratteristiche fisiche dell'alluminio non finiscono qui. Vorrei anche sottolineare che questo metallo ha la migliore conduttività elettrica dopo il rame e l'argento.
Prevalenza in natura
L'alluminio, di cui abbiamo appena esaminato le caratteristiche tecniche, è abbastanza diffuso nell'ambiente. Può essere osservato nella composizione di molti minerali. L'elemento alluminio è il quarto elemento più abbondante in natura. È quasi il 9% nella crosta terrestre. I principali minerali che contengono i suoi atomi sono bauxite, corindone e criolite. La prima è una roccia composta da ossidi di ferro, silicio e il metallo in questione, nella cui struttura sono presenti anche molecole di acqua. Ha un colore eterogeneo: frammenti di grigio, bruno-rossastro e altri colori, che dipendono dalla presenza di varie impurità. Dal trenta al sessanta per cento di questa roccia è alluminio, la cui foto può essere vista sopra. Inoltre il corindone è un minerale molto diffuso in natura.
Questo è ossido di alluminio. La sua formula chimica è Al2O3. Può essere rosso, giallo, blu o marrone. La sua durezza sulla scala Mohs è nove. Le varietà di corindone includono i famosi zaffiri e rubini, i leucosaffiri e anche il padparadscha (zaffiro giallo).
La criolite è un minerale con una formula chimica più complessa. È costituito da fluoruri di alluminio e sodio - AlF3.3NaF. Si presenta come una pietra incolore o grigiastra con una durezza bassa pari a soli tre sulla scala di Mohs. Nel mondo moderno, viene sintetizzato artificialmente in condizioni di laboratorio. È utilizzato in metallurgia.
L'alluminio si trova in natura anche nelle argille, i cui componenti principali sono gli ossidi di silicio e il metallo in questione, associati alle molecole d'acqua. Inoltre, questo elemento chimico può essere osservato nella composizione delle nefeline, la cui formula chimica è la seguente: KNa34.
Ricevuta
Le caratteristiche dell'alluminio includono la considerazione dei metodi per la sua sintesi. Esistono diversi metodi. La produzione di alluminio utilizzando il primo metodo avviene in tre fasi. L'ultimo di questi è il procedimento di elettrolisi sul catodo e sull'anodo di carbonio. Per eseguire tale processo sono necessari ossido di alluminio e sostanze ausiliarie come la criolite (formula - Na3AlF6) e fluoruro di calcio (CaF2). Affinché avvenga il processo di decomposizione dell'ossido di alluminio disciolto in acqua, è necessario riscaldarlo, insieme alla criolite fusa e al fluoruro di calcio, ad una temperatura di almeno novecentocinquanta gradi Celsius, e quindi far passare una corrente di ottantamila ampere e una tensione attraverso queste sostanze di cinque, otto volt. Pertanto, come risultato di questo processo, l'alluminio si depositerà sul catodo e le molecole di ossigeno si raccolgono sull'anodo, che a sua volta ossida l'anodo e lo converte in anidride carbonica. Prima di questa procedura, la bauxite, nella forma in cui viene estratto l'ossido di alluminio, viene prima purificata dalle impurità e subisce anche un processo di disidratazione.
La produzione di alluminio con il metodo sopra descritto è molto comune nella metallurgia. Esiste anche un metodo inventato nel 1827 da F. Wöhler. Sta nel fatto che l'alluminio può essere estratto mediante una reazione chimica tra il suo cloruro e il potassio. Un tale processo può essere eseguito solo creando condizioni speciali sotto forma di temperatura molto elevata e vuoto. Quindi, da una mole di cloruro e dallo stesso volume di potassio si possono ottenere una mole di alluminio e tre moli come sottoprodotto. Questa reazione può essere scritta nella forma della seguente equazione: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Questo metodo non ha guadagnato molta popolarità nella metallurgia.
Caratteristiche dell'alluminio dal punto di vista chimico
Come accennato in precedenza, questa è una sostanza semplice composta da atomi che non sono combinati in molecole. Quasi tutti i metalli formano strutture simili. L'alluminio ha un'attività chimica piuttosto elevata e forti proprietà riducenti. La caratterizzazione chimica dell'alluminio inizierà con la descrizione delle sue reazioni con altre sostanze semplici, per poi descrivere le interazioni con composti inorganici complessi.
Alluminio e sostanze semplici
Questi includono, prima di tutto, l'ossigeno, il composto più comune sul pianeta. Il 21% dell'atmosfera terrestre è costituita da esso. La reazione di una determinata sostanza con un'altra è chiamata ossidazione o combustione. Di solito si verifica a temperature elevate. Ma nel caso dell'alluminio, l'ossidazione è possibile in condizioni normali: è così che si forma una pellicola di ossido. Se questo metallo viene frantumato, brucerà, rilasciando una grande quantità di energia sotto forma di calore. Per effettuare la reazione tra alluminio e ossigeno, questi componenti sono necessari in un rapporto molare di 4:3, ottenendo due parti di ossido.
Questa interazione chimica è espressa sotto forma della seguente equazione: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Sono possibili anche reazioni dell'alluminio con alogeni, che includono fluoro, iodio, bromo e cloro. I nomi di questi processi derivano dai nomi dei corrispondenti alogeni: fluorurazione, iodurazione, bromurazione e clorurazione. Queste sono le tipiche reazioni di addizione.
Ad esempio, consideriamo l'interazione dell'alluminio con il cloro. Questo tipo di processo può avvenire solo al freddo.
Quindi, prendendo due moli di alluminio e tre moli di cloro, il risultato sono due moli di cloruro del metallo in questione. L'equazione per questa reazione è la seguente: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Allo stesso modo si può ottenere il fluoruro di alluminio, il suo bromuro e il suo ioduro.
La sostanza in questione reagisce con lo zolfo solo se riscaldata. Per effettuare la reazione tra questi due composti, è necessario prenderli in proporzioni molari da due a tre e si forma una parte di solfuro di alluminio. L'equazione di reazione è questa: 2Al + 3S = Al2S3.
Inoltre, alle alte temperature, l'alluminio reagisce sia con il carbonio, formando carburo, sia con l'azoto, formando nitruro. Come esempio si possono citare le seguenti equazioni delle reazioni chimiche: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.
Interazione con sostanze complesse
Questi includono acqua, sali, acidi, basi, ossidi. L'alluminio reagisce in modo diverso con tutti questi composti chimici. Diamo uno sguardo più da vicino a ciascun caso.
Reazione con acqua
L'alluminio reagisce con la sostanza complessa più comune sulla Terra quando riscaldato. Ciò accade solo se prima viene rimossa la pellicola di ossido. Come risultato dell'interazione, si forma un idrossido anfotero e nell'aria viene rilasciato anche idrogeno. Prendendo due parti di alluminio e sei parti di acqua, otteniamo idrossido e idrogeno in proporzioni molari di due a tre. L'equazione per questa reazione è scritta come segue: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.
Interazione con acidi, basi e ossidi
Come altri metalli attivi, l'alluminio è in grado di subire reazioni di sostituzione. In tal modo, può spostare l'idrogeno dall'acido o un catione di un metallo più passivo dal suo sale. Come risultato di tali interazioni si forma un sale di alluminio e si libera anche idrogeno (nel caso di un acido) oppure precipita un metallo puro (meno attivo di quello in questione). Nel secondo caso compaiono le proprietà riparative sopra menzionate. Un esempio è l'interazione dell'alluminio con cui si forma il cloruro di alluminio e viene rilasciato idrogeno nell'aria. Questo tipo di reazione si esprime nella forma della seguente equazione: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.
Un esempio dell'interazione dell'alluminio con il sale è la sua reazione con. Prendendo questi due componenti, alla fine otterremo rame puro, che precipiterà. L'alluminio reagisce in un modo unico con acidi come solforico e nitrico. Ad esempio, quando si aggiunge alluminio ad una soluzione diluita di acido nitrato in un rapporto molare di otto parti a trenta, si formano otto parti di nitrato del metallo in questione, tre parti di ossido nitrico e quindici di acqua. L'equazione per questa reazione è scritta come segue: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Questo processo avviene solo in presenza di elevata temperatura.
Se mescoliamo l'alluminio e una soluzione debole di acido solfato in proporzioni molari da due a tre, otteniamo il solfato del metallo in questione e l'idrogeno in un rapporto da uno a tre. Cioè, si verificherà una normale reazione di sostituzione, come nel caso di altri acidi. Per chiarezza, presentiamo l'equazione: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Tuttavia, con una soluzione concentrata dello stesso acido, tutto è più complicato. Qui, proprio come nel caso del nitrato, si forma un sottoprodotto, ma non sotto forma di ossido, bensì sotto forma di zolfo e acqua. Se prendiamo i due componenti di cui abbiamo bisogno in un rapporto molare di due a quattro, il risultato sarà una parte ciascuno del sale del metallo in questione e dello zolfo, oltre a quattro parti di acqua. Questa interazione chimica può essere espressa utilizzando la seguente equazione: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.
Inoltre, l'alluminio è in grado di reagire con soluzioni alcaline. Per effettuare una tale interazione chimica, è necessario prendere due moli del metallo in questione, la stessa quantità di potassio e anche sei moli di acqua. Di conseguenza, si formano sostanze come il tetraidrossialluminato di sodio o di potassio e l'idrogeno, che viene rilasciato sotto forma di gas dall'odore pungente in proporzioni molari da due a tre. Questa reazione chimica può essere rappresentata sotto forma della seguente equazione: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.
E l'ultima cosa da considerare sono i modelli di interazione dell'alluminio con determinati ossidi. Il caso più comune e utilizzato è la reazione di Beketov. Come molti altri discussi sopra, si verifica solo a temperature elevate. Quindi, per realizzarlo, devi prendere due moli di alluminio e una mole di ossido di ferro. Come risultato dell'interazione di queste due sostanze, otteniamo ossido di alluminio e ferro libero in quantità rispettivamente di una e due moli.
Utilizzo del metallo in questione nell'industria
Si noti che l'uso dell'alluminio è un evento molto comune. Prima di tutto, l’industria aeronautica ne ha bisogno. Insieme a questo vengono utilizzate anche le leghe a base del metallo in questione. Possiamo dire che l'aereo medio è costituito per il 50% da leghe di alluminio e il suo motore per il 25%. L'alluminio viene utilizzato anche nella produzione di fili e cavi grazie alla sua eccellente conduttività elettrica. Inoltre, questo metallo e le sue leghe sono ampiamente utilizzati nell'industria automobilistica. Con questi materiali sono realizzate le carrozzerie di automobili, autobus, filobus, alcuni tram, nonché vagoni ferroviari convenzionali ed elettrici.
Viene utilizzato anche per scopi su scala ridotta, ad esempio per la produzione di imballaggi per alimenti e altri prodotti e stoviglie. Per realizzare la vernice argentata è necessaria la polvere del metallo in questione. Questa vernice è necessaria per proteggere il ferro dalla corrosione. Possiamo dire che l'alluminio è il secondo metallo più utilizzato nell'industria dopo il ferro. I suoi composti e se stesso sono spesso utilizzati nell'industria chimica. Ciò è spiegato dalle speciali proprietà chimiche dell'alluminio, comprese le sue proprietà riducenti e la natura anfotera dei suoi composti. L'idrossido dell'elemento chimico in questione è necessario per la purificazione dell'acqua. Inoltre, viene utilizzato in medicina nel processo di produzione del vaccino. Può anche essere trovato in alcuni tipi di plastica e altri materiali.
Ruolo in natura
Come già scritto sopra, l'alluminio si trova in grandi quantità nella crosta terrestre. È particolarmente importante per gli organismi viventi. L'alluminio è coinvolto nella regolazione dei processi di crescita, forma tessuti connettivi come ossa, legamenti e altri. Grazie a questo microelemento, i processi di rigenerazione dei tessuti corporei vengono eseguiti più velocemente. La sua carenza è caratterizzata dai seguenti sintomi: disturbi dello sviluppo e della crescita nei bambini; negli adulti - stanchezza cronica, riduzione delle prestazioni, ridotta coordinazione dei movimenti, diminuzione della velocità di rigenerazione dei tessuti, indebolimento dei muscoli, soprattutto delle estremità. Questo fenomeno può verificarsi se si mangiano troppi pochi alimenti contenenti questo microelemento.
Tuttavia, un problema più comune è l’eccesso di alluminio nel corpo. In questo caso si osservano spesso i seguenti sintomi: nervosismo, depressione, disturbi del sonno, diminuzione della memoria, resistenza allo stress, indebolimento del sistema muscolo-scheletrico, che può portare a frequenti fratture e distorsioni. Con un eccesso di alluminio a lungo termine nel corpo, spesso sorgono problemi nel funzionamento di quasi tutti i sistemi di organi.
Una serie di ragioni possono portare a questo fenomeno. Prima di tutto, gli scienziati hanno da tempo dimostrato che gli utensili realizzati con il metallo in questione non sono adatti alla cottura dei cibi, poiché a temperature elevate parte dell'alluminio penetra nel cibo e, di conseguenza, si consuma molto più di questo microelemento rispetto a il corpo ha bisogno.
Il secondo motivo è l'uso regolare di cosmetici contenenti il metallo in questione o i suoi sali. Prima di utilizzare qualsiasi prodotto, leggere attentamente la sua composizione. I cosmetici non fanno eccezione.
Il terzo motivo è l’assunzione prolungata di farmaci che contengono molto alluminio. Così come l'uso improprio di vitamine e additivi alimentari che contengono questo microelemento.
Ora scopriamo quali prodotti contengono alluminio per regolare la tua dieta e organizzare correttamente il tuo menu. Prima di tutto si tratta di carote, formaggi fusi, grano, allume, patate. Avocado e pesche sono i frutti consigliati. Inoltre, il cavolo bianco, il riso e molte erbe medicinali sono ricchi di alluminio. Inoltre, i cationi del metallo in questione possono essere contenuti nell'acqua potabile. Per evitare livelli alti o bassi di alluminio nell'organismo (così come qualsiasi altro oligoelemento), è necessario monitorare attentamente la propria dieta e cercare di renderla il più equilibrata possibile.
Caratteristiche dell'alluminio
industria della qualità dei metalli in alluminio
L'alluminio è il metallo più comune nella crosta terrestre. Il suo contenuto è stimato al 7,45% (più del ferro, che è solo del 4,2%). L'alluminio come elemento fu scoperto recentemente, nel 1825, quando furono ottenuti i primi piccoli grumi di questo metallo. L'inizio del suo sviluppo industriale risale alla fine del secolo scorso. L'impulso a ciò fu lo sviluppo nel 1886 di un metodo per la sua produzione mediante elettrolisi dell'allumina disciolta nella criolite. Il principio del metodo è alla base della moderna estrazione industriale dell'alluminio dall'allumina in tutti i paesi del mondo.
L'alluminio è un metallo bianco argenteo lucido dall'aspetto. All'aria si ossida rapidamente, ricoprendosi di un sottile film bianco opaco di AlO. Questo film ha elevate proprietà protettive, quindi, essendo ricoperto da tale film, l'alluminio è resistente alla corrosione.
L'alluminio viene distrutto abbastanza facilmente da soluzioni di alcali caustici, acidi cloridrico e solforico. È altamente resistente all'acido nitrico concentrato e agli acidi organici.
Le proprietà fisiche più caratteristiche dell'alluminio sono la sua bassa densità relativa, pari a 2,7, nonché una conduttività termica ed elettrica relativamente elevata. A 0°C, la conduttività elettrica dell'alluminio, cioè la conduttività elettrica di un filo di alluminio con una sezione trasversale di 1 mm e una lunghezza di 1 m è 37 1 ohm.
La resistenza alla corrosione e soprattutto la conduttività elettrica dell'alluminio è maggiore, più è pulito, meno impurità contiene.
Il punto di fusione dell'alluminio è basso, è di circa 660°C. Tuttavia, il suo calore latente di fusione è molto elevato - circa 100 cal g, quindi per fondere l'alluminio è necessario un consumo di calore maggiore rispetto a quello necessario per fondere la stessa quantità, ad esempio, del rame refrattario, che ha un punto di fusione di 1083 C, un calore latente di fusione di 43 cal g.
Le proprietà meccaniche dell'alluminio sono caratterizzate da elevata duttilità e bassa resistenza. L'alluminio laminato e ricotto ha = 10 kg mm, e durezza HB25, = 80% e = 35%.
Il reticolo cristallino dell'alluminio è un cubo a facce centrate, che a 20°C ha un parametro (dimensione del lato) di 4,04. L'alluminio non subisce trasformazioni allotropiche.
In natura l'alluminio si trova sotto forma di minerali di alluminio: bauxite, nefelina, alunite e caolino. Il minerale più importante su cui si basa gran parte dell'industria mondiale dell'alluminio è la bauxite.
La produzione di alluminio dai minerali consiste in due fasi sequenziali: prima viene prodotta l'allumina (AlO) e poi da essa si ottiene l'alluminio.
I metodi attualmente noti per la produzione di allumina possono essere suddivisi in tre gruppi: alcalini, acidi ed elettrotermici. I metodi alcalini sono i più utilizzati.
In alcune varietà di metodi alcalini, la bauxite, disidratata a 1000 C, viene frantumata in mulini a sfere, mescolata in determinate proporzioni con gesso e soda e sinterizzata per ottenere alluminato di sodio solido, solubile in acqua, secondo la reazione
Al O + Na CO = Al O Na O + CO
La massa sinterizzata viene frantumata e lisciviata con acqua e l'alluminato di sodio va in soluzione.
In altre varianti del metodo alcalino, l'allumina contenuta nella bauxite viene legata all'alluminato di sodio trattando direttamente il minerale con alcali. Questo produce immediatamente una soluzione di alluminato in acqua.
In entrambi i casi, la formazione di una soluzione acquosa di alluminato di sodio porta alla sua separazione dai componenti insolubili del minerale, che sono principalmente ossidi e idrossidi di silicio, ferro e titanio. La separazione della soluzione dal sedimento insolubile, denominato fango rosso, viene effettuata in vasche di decantazione.
Alla soluzione risultante viene aggiunta calce a 125 C e una pressione di 5 del mattino, che porta alla desiliconizzazione: CaSiO precipita, formando fanghi bianchi. La soluzione, depurata dal silicio, dopo averla separata dal fango bianco, viene trattata con anidride carbonica a 60-80 C, per cui precipita l'ossido di alluminio idrato cristallino:
AlONaO + 3H2O + CO = 2Al(OH) + NaCO.
Viene lavato, asciugato e calcinato. La calcinazione porta alla formazione di allumina:
2Al(OH) = AlO + 3H2O.
Il metodo descritto garantisce un'estrazione abbastanza completa dell'allumina dalla bauxite - circa l'80%.
La produzione di alluminio metallico dall'allumina comporta la sua decomposizione elettrolitica nelle sue parti costitutive: alluminio e ossigeno. L'elettrolita in questo processo è una soluzione di allumina in criolite (AlF 3NaF). La criolite, avendo la capacità di dissolvere l'allumina, riduce contemporaneamente il suo punto di fusione. L'allumina fonde ad una temperatura di circa 2000 C e il punto di fusione di una soluzione composta, ad esempio, dall'85% di criolite e dal 15% di allumina è 935 C.
Lo schema dell'elettrolisi dell'allumina è abbastanza semplice, ma tecnologicamente questo processo è complesso e richiede grandi quantità di elettricità.
Il fondo del bagno con un buon isolamento termico 1 e un imballaggio in carbonio 2 contiene bus catodici 3, collegati al polo negativo della fonte di corrente elettrica. Gli elettrodi 5 sono collegati al bus dell'anodo 4. Prima che inizi l'elettrolisi, un sottile strato di coke viene versato sul fondo del bagno, gli elettrodi vengono abbassati finché non entrano in contatto con esso e la corrente viene attivata. Quando l'imballaggio in carbonio viene riscaldato, viene introdotta gradualmente la criolite. Quando lo spessore dello strato di criolite fusa è di 200-300 mm, l'allumina viene caricata in ragione del 15% della quantità di criolite. Il processo avviene a 950-1000 C.
Sotto l'influenza della corrente elettrica, l'allumina decompone l'alluminio e l'ossigeno. L'alluminio liquido 6 si accumula sul fondo di carbonio (il fondo del bagno di carbone), che è il catodo, e l'ossigeno si combina con il carbonio degli anodi, bruciandoli gradualmente. La criolite viene consumata in modo insignificante. Periodicamente viene aggiunta allumina, gli elettrodi vengono gradualmente abbassati per compensare la parte bruciata e l'alluminio liquido accumulato viene rilasciato nella siviera 8 ad intervalli determinati.
Durante l'elettrolisi, 1 tonnellata di alluminio consuma circa 2 tonnellate di allumina, 0,6 tonnellate di elettrodi di carbonio che fungono da anodi, 0,1 tonnellate di criolite e da 17.000 a 18.000 kWh di elettricità.
L'alluminio grezzo ottenuto mediante elettrolisi dell'allumina contiene impurità metalliche (ferro, silicio, titanio e sodio), gas disciolti, il principale dei quali è l'idrogeno, e inclusioni non metalliche, che sono particelle di allumina, carbone e criolite. In questo stato non è adatto all'uso, poiché ha proprietà basse, quindi deve essere raffinato. Le impurità non metalliche e gassose vengono rimosse sciogliendo e soffiando il metallo con cloro. Le impurità metalliche possono essere rimosse solo mediante complessi metodi elettrolitici.
Dopo la raffinazione si ottengono qualità commerciali di alluminio.
La purezza dell'alluminio è un indicatore decisivo che influenza tutte le sue proprietà, pertanto la composizione chimica è la base per la classificazione dell'alluminio.
Le impurità inevitabili derivanti dalla produzione dell'alluminio sono ferro e silicio. Entrambi in alluminio sono dannosi. Il ferro non si dissolve nell'alluminio, ma forma con esso i composti chimici fragili FeAl e Fe2Al. L'alluminio forma una miscela meccanica eutettica con il silicio all'11,7% di Si. Poiché la solubilità del silicio a temperatura ambiente è molto bassa (0,05%), anche in piccole quantità forma Fe+Si eutettico e inclusioni di cristalli di silicio fragili molto duri (HB 800), che riducono la duttilità dell'alluminio. Quando silicio e ferro sono presenti insieme, si formano un composto chimico ternario e un eutettico ternario, che riducono anche la plasticità.
Le impurità controllate nell'alluminio sono ferro, silicio, rame e titanio.
L'alluminio di tutti i gradi contiene più del 99% di Al. L'eccedenza quantitativa di questo valore in centesimi o decimi di percentuale è indicata nel marchio dopo la lettera iniziale A. Pertanto, il grado A85 contiene il 99,85% di Al. Un'eccezione a questo principio di marcatura sono i gradi A AE, in cui il contenuto di alluminio è lo stesso dei gradi A0 e A5, ma il rapporto tra impurità di ferro e silicio incluse nella composizione è diverso.
La lettera E nel grado AE significa che l'alluminio di questo grado è destinato alla produzione di cavi elettrici. Un ulteriore requisito per le proprietà dell'alluminio è la bassa resistenza elettrica, che per il filo realizzato con esso non deve essere superiore a 0,0280 ohm mm m a 20 C.
L'alluminio viene utilizzato per la produzione di prodotti e leghe basati su di esso, le cui proprietà richiedono un elevato grado di purezza.
A seconda dello scopo, l’alluminio può essere prodotto in varie forme. L'alluminio di tutti i gradi (purezza elevata e tecnica), destinato alla rifusione, viene colato sotto forma di maiali del peso di 5; 15 e 1000 kg. I loro valori limite sono i seguenti: altezza da 60 a 600 mm, larghezza da 93 a 800 mm e lunghezza da 415 a 1000 mm.
Se l'alluminio è destinato alla laminazione di fogli e nastri, i lingotti piatti di diciassette dimensioni vengono fusi utilizzando un metodo continuo o semicontinuo. Il loro spessore varia da 140 a 400 mm, la larghezza da 560 a 2025 mm e il peso di 1 m di lunghezza del lingotto va da 210 a 2190 kg. La lunghezza del lingotto viene concordata con il cliente.
Il principale tipo di controllo dell'alluminio, sia nei maiali che nei lingotti piatti, è la verifica della composizione chimica e della sua conformità al marchio. I lingotti e i lingotti destinati al trattamento a pressione sono soggetti a requisiti aggiuntivi, come l'assenza di cavità, bolle di gas, crepe, scorie e altre inclusioni estranee.
Per disossidare l'acciaio durante la fusione, nonché per la produzione di ferroleghe e alluminotermia, è possibile utilizzare alluminio più economico di purezza inferiore rispetto a quello indicato nella tabella "Purezza dell'alluminio di diversi gradi". A questo scopo, l’industria produce sei gradi di alluminio in lingotti di peso compreso tra 3 e 16,5 kg, contenenti dal 98,0 all’87,0% di Al. Il loro contenuto di ferro raggiunge il 2,5% e quello di silicio e rame fino al 5% ciascuno.
L'uso dell'alluminio è dovuto alla particolarità delle sue proprietà. La combinazione di leggerezza con conduttività elettrica sufficientemente elevata consente l'utilizzo dell'alluminio come conduttore di corrente elettrica, in sostituzione del rame più costoso. La differenza nella conduttività elettrica del rame (631 ohm) e dell'alluminio (371 ohm) viene compensata aumentando la sezione trasversale del filo di alluminio. La bassa massa dei fili di alluminio consente di appenderli a una distanza tra i supporti molto maggiore rispetto ai fili di rame, senza timore che il filo si rompa sotto l'influenza del proprio peso. Da esso vengono realizzati anche cavi, sbarre collettrici, condensatori e raddrizzatori. L'elevata resistenza alla corrosione dell'alluminio lo rende in alcuni casi un materiale indispensabile nell'ingegneria chimica, ad esempio per la fabbricazione di apparecchiature utilizzate nella produzione, stoccaggio e trasporto dell'acido nitrico e dei suoi derivati.
È anche ampiamente utilizzato nell'industria alimentare: da esso vengono ricavati una varietà di utensili da cucina. In questo caso viene utilizzata non solo la sua resistenza agli acidi organici, ma anche la sua elevata conduttività termica.
L'elevata duttilità consente all'alluminio di essere arrotolato in un foglio di alluminio, che ora ha completamente sostituito il più costoso foglio di stagno precedentemente utilizzato. La pellicola funge da imballaggio per un'ampia varietà di prodotti alimentari: tè, cioccolato, tabacco, formaggio, ecc.
L'alluminio viene utilizzato allo stesso modo del rivestimento anticorrosivo di altri metalli e leghe. Può essere applicato mediante rivestimento, metallizzazione per diffusione e altri metodi, inclusa la verniciatura con pitture e vernici contenenti alluminio. Particolarmente comune è il rivestimento in alluminio di prodotti laminati piatti realizzati con leghe di alluminio meno resistenti alla corrosione.
L'attività chimica dell'alluminio in relazione all'ossigeno viene utilizzata per la disossidazione nella produzione di acciaio semi-silenzioso e calmo e per la produzione di metalli difficili da ridurre spostando l'alluminio dai suoi composti di ossigeno.
L'alluminio è utilizzato come elemento di lega in un'ampia varietà di acciai e leghe. Dà loro proprietà specifiche. Ad esempio, aumenta la resistenza al calore delle leghe a base di ferro, rame, titanio e alcuni altri metalli.
Possiamo citare altre aree di applicazione dell'alluminio con vari gradi di purezza, ma la maggior parte viene spesa per produrre varie leghe leggere basate su di esso. Di seguito vengono fornite informazioni sui principali.
In generale, l'uso dell'alluminio in vari settori dell'economia usando l'esempio dei paesi capitalisti sviluppati è stimato dalle seguenti cifre: ingegneria dei trasporti 20-23% (inclusa l'industria automobilistica 15%), edilizia 17-18%, ingegneria elettrica 10 -12%, produzione di materiali da imballaggio 9-10%, produzione di beni di consumo durevoli 9-10%, ingegneria generale 8-10%.
L’alluminio conquista sempre più nuovi ambiti di applicazione, nonostante la concorrenza di altri materiali e soprattutto delle plastiche.
I principali minerali industriali contenenti alluminio sono bauxite, nefelina, alunite e caolino.
La qualità di questi minerali è valutata dal loro contenuto di allumina Al O, che contiene il 53% di Al. Tra gli altri indicatori di qualità dei minerali di alluminio, il più importante è la composizione delle impurità, la cui nocività e utilità sono determinate dall'uso del minerale.
La bauxite è la migliore e principale materia prima per la produzione di alluminio in tutto il mondo. Viene utilizzato anche per la produzione di corindone artificiale, prodotti altamente refrattari e per altri scopi. In termini di composizione chimica, questa roccia sedimentaria è una miscela di allumina idrata AlO nH2O con ossidi di ferro, silicio, titanio e altri elementi. Gli idrati di allumina più comuni presenti nella bauxite sono i minerali diasporo, boehmite e idrargellite. Il contenuto di allumina nella bauxite, anche in un deposito, varia entro limiti molto ampi, dal 35 al 70%.
I minerali che compongono la bauxite formano una miscela molto fine, che ne rende difficile l'arricchimento. Nell'industria viene utilizzato principalmente il minerale grezzo. Il processo di estrazione dell'alluminio dal minerale è complesso, ad alta intensità energetica e consiste in due fasi: prima viene estratta l'allumina e poi da essa si ottiene l'alluminio.
Oggetto del commercio mondiale è sia la bauxite stessa che l'allumina da essa estratta o altri minerali.
Nella CSI, i depositi di bauxite sono distribuiti in modo non uniforme e la bauxite proveniente da depositi diversi è di qualità disuguale. I giacimenti di bauxite di altissima qualità si trovano negli Urali. Grandi riserve di bauxite sono disponibili anche nella parte europea della CSI e nel Kazakistan occidentale.
Tra i paesi industrialmente sviluppati, solo la Francia è ormai praticamente sicura, dove ha avuto inizio il suo sviluppo. Le sue riserve certe e probabili in questo gruppo di paesi nel 1975 erano stimate a 4,8 miliardi di tonnellate (di cui 4,6 miliardi di tonnellate in Australia), mentre nei paesi in via di sviluppo erano di 12,5 miliardi di tonnellate, principalmente in Africa e America Latina (i più ricchi sono Guinea, Camerun , Brasile, Giamaica).
Nel dopoguerra, la cerchia dei paesi in cui si estrae la bauxite e si produce alluminio primario si è notevolmente ampliata. Nel 1950, la bauxite veniva estratta solo in 11 paesi, senza contare l'URSS, di cui tre con quantità superiori a 1 milione di tonnellate (Suriname, Guyana, Stati Uniti) e quattro con più di 0,1 milioni di tonnellate ciascuno (Francia, Indonesia, Italia, Ghana). Nel 1977, il volume della produzione aumentò di 12 volte e la sua geografia cambiò radicalmente (più della metà della produzione del mondo capitalista era nei paesi in via di sviluppo).
A differenza dei paesi in via di sviluppo, l’Australia, ricca di combustibili, trasforma la maggior parte della sua produzione di bauxite (principalmente dalla penisola di York, il più grande giacimento di bauxite del mondo) in allumina, svolgendo un ruolo cruciale nelle sue esportazioni globali. Non è un esempio: i paesi dei Caraibi e dell'Africa occidentale esportano principalmente bauxite. Ciò è dovuto sia a ragioni politiche (i monopoli mondiali dell’alluminio preferiscono la produzione di allumina al di fuori dei paesi minatori di bauxite che dipendono da loro) sia a ragioni puramente economiche: la bauxite, a differenza dei minerali di metalli pesanti non ferrosi, è trasportabile (contiene 35- 65% di biossido di alluminio) e la produzione di allumina richiede costi specifici significativi, che la stragrande maggioranza dei paesi minerari di bauxite non sostiene.
Nel tentativo di resistere ai dettami dei monopoli mondiali dell’alluminio, i paesi esportatori di bauxite hanno creato nel 1973 l’Associazione internazionale dei paesi minerari di bauxite (IABC). Comprendeva Australia, Guinea, Guyana, Giamaica e Jugoslavia; successivamente si unirono la Repubblica Dominicana, Haiti, il Ghana, la Sierra Leone, il Suriname e la Grecia e l'India divennero paesi osservatori. Nell'anno della creazione, questi stati rappresentavano circa l'85% della produzione di bauxite negli stati non socialisti.
L’industria dell’alluminio è caratterizzata da un divario territoriale sia tra l’estrazione della bauxite e la produzione dell’allumina, sia tra quest’ultima e la fusione dell’alluminio primario. La maggiore produzione di allumina (fino a 1-1,3 milioni di tonnellate all'anno) è localizzata sia negli smelter di alluminio (ad esempio, nello stabilimento canadese di Arvida in Quebec, che ha una capacità produttiva di 0,4 milioni di tonnellate di alluminio all'anno) sia in porti esportatori di bauxite (ad esempio Paranam nel Suriname), nonché sulle rotte della bauxite dal secondo al primo - ad esempio negli Stati Uniti sulla costa del Golfo (Corpus Christi, Point Comfort).
Nel nostro paese, tutta la bauxite estratta è divisa in dieci gradi. La differenza principale tra i diversi gradi di bauxite è che contengono quantità diverse del principale componente estraibile, l'allumina, e hanno diversi valori di modulo di silicio, vale a dire diverso contenuto di allumina rispetto al contenuto di impurità di silice dannose nella bauxite (AlO SiO). Il modulo di silicio è un indicatore molto importante della qualità della bauxite, da esso dipende in gran parte la sua applicazione e la tecnologia di lavorazione.
Il contenuto di umidità nella bauxite di qualsiasi grado viene stabilito in base al loro deposito: il contenuto di umidità più basso (non più del 7%) è stabilito per la bauxite dai depositi degli Urali meridionali e per i depositi degli Urali settentrionali, Kamensk-Ural e Tikhvin - no rispettivamente più del 12, 16 e 22%. L'indicatore di umidità non è un criterio di rifiuto e viene utilizzato solo per gli accordi con il consumatore.
La bauxite viene fornita in pezzi non più grandi di 500 mm. Viene trasportato sfuso su piattaforme o gondole.
Sezione 1. Il nome e la storia della scoperta dell'alluminio.
Sezione 2. Caratteristiche generali alluminio, proprietà fisiche e chimiche.
Sezione 3. Produzione di getti da leghe di alluminio.
Sezione 4. Applicazione alluminio.
Alluminioè un elemento del sottogruppo principale del terzo gruppo, il terzo periodo del sistema periodico degli elementi chimici di D.I. Mendeleev, con numero atomico 13. Indicato con il simbolo Al. Appartiene al gruppo dei metalli leggeri. Più comune metallo e il terzo elemento chimico più abbondante nella crosta terrestre (dopo l'ossigeno e il silicio).
Sostanza semplice alluminio (numero CAS: 7429-90-5) - leggera, paramagnetica metallo colore bianco-argento, facile da modellare, colare e lavorare a macchina. L'alluminio ha un'elevata conduttività termica ed elettrica e resistenza alla corrosione dovuta alla rapida formazione di forti pellicole di ossido che proteggono la superficie da ulteriori interazioni.
I risultati industriali in qualsiasi società sviluppata sono invariabilmente associati ai progressi nella tecnologia dei materiali strutturali e delle leghe. La qualità della lavorazione e la produttività dei prodotti manifatturieri sono gli indicatori più importanti del livello di sviluppo dello Stato.
I materiali utilizzati nelle strutture moderne, oltre alle caratteristiche di elevata resistenza, devono avere una serie di proprietà come maggiore resistenza alla corrosione, resistenza al calore, conduttività termica ed elettrica, refrattarietà, nonché la capacità di mantenere queste proprietà in condizioni di lungo termine funzionamento sotto carico.
Gli sviluppi scientifici e i processi produttivi nel campo della produzione da fonderia di metalli non ferrosi nel nostro paese corrispondono ai risultati avanzati del progresso scientifico e tecnologico. Il loro risultato, in particolare, è stata la creazione di moderne officine di pressofusione e stampaggio a iniezione presso lo stabilimento automobilistico di Volzhsky e una serie di altre imprese. Nello stabilimento automobilistico di Zavolzhsky funzionano con successo grandi macchine per lo stampaggio a iniezione con una forza di chiusura dello stampo di 35 MN, che producono blocchi cilindri in leghe di alluminio per l'auto Volga.
L'Altai Motor Plant ha padroneggiato una linea automatizzata per la produzione di getti stampati ad iniezione. Nell'Unione delle Repubbliche socialiste sovietiche (), per la prima volta al mondo, è stato sviluppato e padroneggiato processi colata continua di lingotti di lega di alluminio in un cristallizzatore elettromagnetico. Questo metodo migliora significativamente la qualità dei lingotti e riduce la quantità di scarti sotto forma di trucioli durante la tornitura.
Il nome e la storia della scoperta dell'alluminio
Il termine alluminio deriva dal latino alumen, che significa allume (solfato di alluminio e potassio (K) KAl(SO4)2·12H2O), che è stato a lungo utilizzato nella concia delle pelli e come astringente. Al, un elemento chimico del gruppo III della tavola periodica, numero atomico 13, massa atomica 26, 98154. A causa della sua elevata attività chimica, la scoperta e l'isolamento dell'alluminio puro hanno richiesto quasi 100 anni. La conclusione che "" (una sostanza refrattaria, in termini moderni - ossido di alluminio) può essere ottenuta dall'allume risale al 1754. Chimico tedesco A. Markgraf. Successivamente si scoprì che la stessa "terra" poteva essere isolata dall'argilla e cominciò a chiamarla allumina. Fu solo nel 1825 che fu prodotto l'alluminio metallico. Il fisico danese H. K. Ørsted. Trattò il cloruro di alluminio AlCl3, che poteva essere ottenuto dall'allumina, con amalgama di potassio (una lega di potassio (K) con mercurio (Hg)) e, dopo aver distillato il mercurio (Hg), isolò la polvere di alluminio grigio.
Solo un quarto di secolo dopo questo metodo fu leggermente modernizzato. Nel 1854, il chimico francese A.E. Sainte-Claire Deville propose di utilizzare il sodio metallico (Na) per produrre alluminio e ottenne i primi lingotti del nuovo metallo. A quel tempo il costo dell'alluminio era molto alto e con esso venivano realizzati gioielli.
Un metodo industriale per la produzione di alluminio mediante elettrolisi della fusione di miscele complesse, tra cui ossido di alluminio, fluoruro e altre sostanze, fu sviluppato indipendentemente nel 1886 da P. Héroux () e C. Hall (USA). La produzione di alluminio è associata ad un elevato consumo di elettricità, quindi è stata implementata su larga scala solo nel XX secolo. IN Unione delle Repubbliche Socialiste Sovietiche (CCCP) Il primo alluminio industriale fu prodotto il 14 maggio 1932 nello stabilimento di alluminio di Volkhov, costruito accanto alla centrale idroelettrica di Volkhov.
L'alluminio con una purezza superiore al 99,99% fu ottenuto per la prima volta mediante elettrolisi nel 1920. Nel 1925 a lavoro Edwards ha pubblicato alcune informazioni sulle proprietà fisiche e meccaniche di tale alluminio. Nel 1938 Taylor, Wheeler, Smith e Edwards pubblicarono un articolo in cui mostravano alcune proprietà dell'alluminio con purezza del 99,996%, ottenuto anche in Francia mediante elettrolisi. La prima edizione della monografia sulle proprietà dell'alluminio fu pubblicata nel 1967.
Negli anni successivi, a causa della relativa facilità di preparazione e delle proprietà attraenti, molti lavori sulle proprietà dell'alluminio. L'alluminio puro ha trovato ampia applicazione principalmente nell'elettronica - dai condensatori elettrolitici all'apice dell'ingegneria elettronica - i microprocessori; nella crioelettronica, criomagnetismo.
I metodi più recenti per ottenere l'alluminio puro sono il metodo di purificazione a zone, la cristallizzazione da amalgami (leghe di alluminio con mercurio) e l'isolamento da soluzioni alcaline. Il grado di purezza dell'alluminio è controllato dal valore della resistenza elettrica alle basse temperature.
Caratteristiche generali dell'alluminio
L'alluminio naturale è costituito da un unico nuclide, 27Al. La configurazione dello strato elettronico esterno è 3s2p1. In quasi tutti i composti lo stato di ossidazione dell'alluminio è +3 (valenza III). Il raggio dell'atomo neutro di alluminio è 0,143 nm, il raggio dello ione Al3+ è 0,057 nm. Le energie di ionizzazione sequenziale di un atomo neutro di alluminio sono, rispettivamente, 5, 984, 18, 828, 28, 44 e 120 eV. Secondo la scala Pauling l’elettronegatività dell’alluminio è 1,5.
L'alluminio è morbido, leggero, bianco-argenteo, il cui reticolo cristallino è cubico a facce centrate, parametro a = 0,40403 nm. Il punto di fusione del metallo puro è 660°C, il punto di ebollizione è circa 2450°C, la densità è 2,6989 g/cm3. Il coefficiente di temperatura dell'espansione lineare dell'alluminio è di circa 2,5·10-5 K-1.
L'alluminio chimico è un metallo abbastanza attivo. Nell'aria, la sua superficie viene immediatamente ricoperta da una densa pellicola di ossido Al2O3, che impedisce l'ulteriore accesso di ossigeno (O) al metallo e porta alla cessazione della reazione, che determina le elevate proprietà anticorrosive dell'alluminio. Una pellicola protettiva superficiale sull'alluminio si forma anche se viene immerso in acido nitrico concentrato.
L'alluminio reagisce attivamente con altri acidi:
6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3H2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.
È interessante notare che la reazione tra le polveri di alluminio e iodio (I) inizia a temperatura ambiente se alla miscela iniziale vengono aggiunte alcune gocce di acqua, che in questo caso svolge il ruolo di catalizzatore:
2Al + 3I2 = 2AlI3.
L'interazione dell'alluminio con lo zolfo (S) quando riscaldato porta alla formazione di solfuro di alluminio:
2Al + 3S = Al2S3,
che si decompone facilmente con l'acqua:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S.
L'alluminio non interagisce direttamente con l'idrogeno (H), tuttavia, in modo indiretto, ad esempio utilizzando composti di organoalluminio, è possibile sintetizzare l'idruro di alluminio polimerico solido (AlH3)x, un potente agente riducente.
Sotto forma di polvere, l'alluminio può essere bruciato nell'aria e si forma una polvere bianca e refrattaria di ossido di alluminio Al2O3.
L'elevata forza di adesione in Al2O3 determina l'elevato calore della sua formazione da sostanze semplici e la capacità dell'alluminio di ridurre molti metalli dai loro ossidi, ad esempio:
3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe e pari
3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca.
Questo metodo di produzione dei metalli è chiamato alluminotermia.
Essere nella natura
In termini di abbondanza nella crosta terrestre, l'alluminio è al primo posto tra i metalli e al terzo tra tutti gli elementi (dopo l'ossigeno (O) e il silicio (Si)), rappresentando circa l'8,8% della massa della crosta terrestre. L'alluminio si trova in un gran numero di minerali, principalmente alluminosilicati e rocce. I composti di alluminio contengono graniti, basalti, argille, feldspati, ecc. Ma ecco il paradosso: con un numero enorme minerali e rocce contenenti alluminio, i giacimenti di bauxite, la principale materia prima per la produzione industriale di alluminio, sono piuttosto rari. Nella Federazione Russa ci sono giacimenti di bauxite in Siberia e negli Urali. Anche le aluniti e le nefeline hanno importanza industriale. Come oligoelemento, l'alluminio è presente nei tessuti di piante e animali. Ci sono organismi - concentratori che accumulano alluminio nei loro organi - alcuni muschi e molluschi.
Produzione industriale: nell'indice della produzione industriale, la bauxite viene prima sottoposta a trattamento chimico, eliminando le impurità degli ossidi di silicio (Si), ferro (Fe) e altri elementi. Come risultato di tale lavorazione, si ottiene l'ossido di alluminio puro Al2O3, il principale nella produzione di metallo mediante elettrolisi. Tuttavia, poiché il punto di fusione di Al2O3 è molto elevato (più di 2000°C), non è possibile utilizzare la sua massa fusa per l'elettrolisi.
Scienziati e ingegneri hanno trovato una soluzione come segue. In un bagno di elettrolisi, la criolite Na3AlF6 viene prima fusa (temperatura di fusione leggermente inferiore a 1000°C). La criolite può essere ottenuta, ad esempio, dalla lavorazione delle nefeline della penisola di Kola. Successivamente a questa fusione vengono aggiunti un po' di Al2O3 (fino al 10% in peso) e alcune altre sostanze, migliorando le condizioni per la successiva processi. Durante l'elettrolisi di questa fusione, l'ossido di alluminio si decompone, la criolite rimane nella fusione e al catodo si forma alluminio fuso:
2Al2O3 = 4Al + 3O2.
Leghe di alluminio
La maggior parte degli elementi metallici sono legati con l'alluminio, ma solo pochi di essi svolgono il ruolo di principali componenti di lega nelle leghe di alluminio industriali. Tuttavia, un numero significativo di elementi viene utilizzato come additivi per migliorare le proprietà delle leghe. I più utilizzati:
Il berillio viene aggiunto per ridurre l'ossidazione a temperature elevate. Piccole aggiunte di berillio (0,01 - 0,05%) vengono utilizzate nelle leghe da fusione di alluminio per migliorare la fluidità nella produzione di parti di motori a combustione interna (pistoni e testate).
Il boro viene introdotto per aumentare la conduttività elettrica e come additivo di raffinazione. Il boro viene introdotto nelle leghe di alluminio utilizzate nell'energia nucleare (ad eccezione delle parti del reattore), perché assorbe i neutroni, impedendo la diffusione delle radiazioni. Il boro viene introdotto in una quantità media dello 0,095 - 0,1%.
Bismuto. I metalli con punti di fusione bassi, come bismuto e cadmio, vengono introdotti nelle leghe di alluminio per migliorare la lavorabilità. Questi elementi formano fasi morbide e fusibili che contribuiscono alla fragilità dei trucioli e alla lubrificazione della taglierina.
Il gallio viene aggiunto in una quantità dello 0,01 - 0,1% alle leghe da cui vengono poi realizzati gli anodi consumabili.
Ferro. Viene introdotto in piccole quantità (»0,04%) nella produzione di fili per aumentarne la resistenza e migliorare le caratteristiche di scorrimento viscoso. Anche ferro riduce l'adesione alle pareti degli stampi durante la colata in stampo freddo.
Indio. L'additivo 0,05 - 0,2% rinforza le leghe di alluminio durante l'invecchiamento, soprattutto quelle a basso contenuto di cupro. Gli additivi di indio sono utilizzati nelle leghe per cuscinetti di alluminio-cadmio.
Viene introdotto circa lo 0,3% di cadmio per aumentare la resistenza e migliorare le proprietà di corrosione delle leghe.
Il calcio conferisce plasticità. Con un contenuto di calcio del 5%, la lega ha l'effetto di superplasticità.
Il silicio è l'additivo più utilizzato nelle leghe da fonderia. In una quantità dello 0,5 - 4% riduce la tendenza alla fessurazione. La combinazione di silicio e magnesio consente la termosaldatura della lega.
Magnesio. L'aggiunta di magnesio aumenta significativamente la resistenza senza ridurre la duttilità, aumenta la saldabilità e aumenta la resistenza alla corrosione della lega.
Rame rafforza le leghe, il massimo indurimento si ottiene quando si contiene cupruma 4 - 6%. Le leghe con rame vengono utilizzate nella produzione di pistoni per motori a combustione interna e parti fuse di alta qualità per aerei.
Lattina migliora la lavorazione del taglio.
Titanio. Il compito principale del titanio nelle leghe è affinare la grana nei getti e nei lingotti, il che aumenta notevolmente la resistenza e l'uniformità delle proprietà nell'intero volume.
Sebbene l’alluminio sia considerato uno dei metalli industriali meno nobili, è abbastanza stabile in molti ambienti ossidanti. La ragione di questo comportamento è la presenza di una pellicola continua di ossido sulla superficie dell'alluminio, che si forma nuovamente immediatamente sulle aree pulite quando esposte all'ossigeno, all'acqua e ad altri agenti ossidanti.
Nella maggior parte dei casi, la fusione viene effettuata all'aria. Se l'interazione con l'aria è limitata alla formazione di composti insolubili nella massa fusa sulla superficie e la pellicola risultante di questi composti rallenta significativamente l'ulteriore interazione, di solito non vengono adottate misure per sopprimere tale interazione. In questo caso la fusione viene effettuata a diretto contatto della massa fusa con l'atmosfera. Questo viene fatto nella preparazione della maggior parte delle leghe di alluminio, zinco e stagno-piombo.
Lo spazio in cui avviene la fusione della lega è limitato da un rivestimento refrattario in grado di resistere a temperature di 1500 - 1800 ˚C. Tutti i processi di fusione coinvolgono una fase gassosa, che si forma durante la combustione del combustibile, interagendo con l'ambiente e il rivestimento dell'unità di fusione, ecc.
La maggior parte delle leghe di alluminio hanno un'elevata resistenza alla corrosione nell'atmosfera naturale, nell'acqua di mare, nelle soluzioni di molti sali e sostanze chimiche e nella maggior parte degli alimenti. Le strutture in lega di alluminio sono spesso utilizzate nell'acqua di mare. Boe marine, scialuppe di salvataggio, navi e chiatte sono state costruite in leghe di alluminio dal 1930. Attualmente, la lunghezza degli scafi delle navi realizzati in leghe di alluminio raggiunge i 61 m. Esiste esperienza nelle condotte sotterranee in alluminio; le leghe di alluminio sono altamente resistenti alla corrosione del suolo. Nel 1951 in Alaska fu costruito un oleodotto di 2,9 km. Dopo 30 anni di funzionamento non è stata rilevata alcuna perdita o danno grave dovuto alla corrosione.
L'alluminio viene utilizzato in grandi quantità nell'edilizia sotto forma di pannelli di rivestimento, porte, infissi e cavi elettrici. Le leghe di alluminio non sono soggette a forte corrosione per un lungo periodo di tempo a contatto con calcestruzzo, malta o intonaco, soprattutto se le strutture non sono frequentemente bagnate. In caso di umidità frequente, se la superficie di alluminio articoli commerciali non è stato ulteriormente lavorato, può scurirsi, anche annerendo nelle città industriali con un alto contenuto di agenti ossidanti nell'aria. Per evitare ciò, vengono prodotte leghe speciali per ottenere superfici lucide mediante anodizzazione lucida, applicando una pellicola di ossido sulla superficie metallica. In questo caso, alla superficie possono essere dati molti colori e sfumature. Ad esempio, le leghe di alluminio e silicio permettono di ottenere diverse tonalità, dal grigio al nero. Le leghe di alluminio e cromo hanno un colore dorato.
L'alluminio industriale è prodotto sotto forma di due tipi di leghe: leghe di fusione, le cui parti sono realizzate mediante fusione, e leghe di deformazione, prodotte sotto forma di semilavorati deformabili: fogli, fogli, piastre, profili, fili. I getti di leghe di alluminio vengono prodotti utilizzando tutti i metodi di fusione possibili. Più comune sotto pressione, in stampi freddi e in forme di argilla e sabbia. Nella produzione di piccoli partiti politici viene utilizzato fusione in forme combinate di gesso e fusione da modelli a cera persa. Le leghe fuse vengono utilizzate per realizzare rotori di motori elettrici, parti di aerei fusi, ecc. Le leghe per lavorazione plastica vengono utilizzate nella produzione automobilistica per rivestimenti interni, paraurti, pannelli di carrozzeria e parti interne; nella costruzione come materiale di finitura; negli aerei, ecc.
IN industria Vengono utilizzate anche polveri di alluminio. Utilizzato in metallurgico industria: in alluminotermia, come additivi di lega, per la produzione di semilavorati mediante pressatura e sinterizzazione. Questo metodo produce parti molto durevoli (ingranaggi, boccole, ecc.). Le polveri vengono utilizzate anche in chimica per produrre composti di alluminio e simili catalizzatore(ad esempio, nella produzione di etilene e acetone). Data l'elevata reattività dell'alluminio, soprattutto sotto forma di polvere, viene utilizzato negli esplosivi e nei propellenti solidi per razzi, sfruttando la sua capacità di accendersi rapidamente.
Data l'elevata resistenza dell'alluminio all'ossidazione, la polvere viene utilizzata come pigmento nei rivestimenti per apparecchiature di verniciatura, tetti, carta da stampa e superfici lucide di pannelli di automobili. Anche l'acciaio e la ghisa sono rivestiti con uno strato di alluminio. oggetto di commercio per evitarne la corrosione.
In termini di scala di applicazione, l'alluminio e le sue leghe occupano il secondo posto dopo il ferro (Fe) e le sue leghe. L'uso diffuso dell'alluminio in vari campi della tecnologia e della vita quotidiana è associato a una combinazione delle sue proprietà fisiche, meccaniche e chimiche: bassa densità, resistenza alla corrosione nell'aria atmosferica, elevata conduttività termica ed elettrica, duttilità e resistenza relativamente elevata. L'alluminio viene facilmente lavorato in vari modi: forgiatura, stampaggio, laminazione, ecc. L'alluminio puro viene utilizzato per produrre fili (la conduttività elettrica dell'alluminio è pari al 65,5% della conduttività elettrica del cuprum, ma l'alluminio è più di tre volte più leggero del cuprum, quindi l'alluminio viene spesso sostituito nell'ingegneria elettrica) e la pellicola utilizzata come materiale di imballaggio. La maggior parte dell'alluminio fuso viene spesa per la produzione di varie leghe. I rivestimenti protettivi e decorativi si applicano facilmente alle superfici delle leghe di alluminio.
La varietà di proprietà delle leghe di alluminio è dovuta all'introduzione nell'alluminio di vari additivi che formano con esso soluzioni solide o composti intermetallici. La maggior parte dell'alluminio viene utilizzata per produrre leghe leggere: duralluminio (94% alluminio, 4% rame (Cu), 0,5% ciascuno magnesio (Mg), manganese (Mn), (Fe) e silicio (Si)), silumin ( 85 -90% - alluminio, 10-14% silicio (Si), 0,1% sodio (Na)), ecc. Nella metallurgia, l'alluminio viene utilizzato non solo come base per le leghe, ma anche come uno degli additivi leganti ampiamente utilizzati in leghe a base di cuprum (Cu), magnesio (Mg), ferro (Fe), >nichel (Ni), ecc.
Le leghe di alluminio sono ampiamente utilizzate nella vita di tutti i giorni, nell'edilizia e nell'architettura, nell'industria automobilistica, nella costruzione navale, nell'aviazione e nella tecnologia spaziale. In particolare, il primo satellite terrestre artificiale era realizzato in lega di alluminio. Una lega di alluminio e zirconio (Zr) - ampiamente utilizzata nella costruzione di reattori nucleari. L'alluminio viene utilizzato nella produzione di esplosivi.
Quando si maneggia l'alluminio nella vita di tutti i giorni, è necessario tenere presente che solo i liquidi neutri (acidi) possono essere riscaldati e conservati in contenitori di alluminio (ad esempio, far bollire l'acqua). Se, ad esempio, si cuoce la zuppa di cavolo acido in una padella di alluminio, l'alluminio passa nel cibo e acquista uno sgradevole sapore “metallico”. Poiché nella vita di tutti i giorni la pellicola di ossido si danneggia molto facilmente, l'uso di pentole in alluminio è ancora indesiderabile.
Metallo bianco-argento, leggero
densità - 2,7 g/cm³
Il punto di fusione dell'alluminio tecnico è 658 °C, per l'alluminio ad elevata purezza è 660 °C
calore specifico di fusione - 390 kJ/kg
punto di ebollizione - 2500 °C
calore specifico di evaporazione - 10,53 MJ/kg
resistenza alla trazione della fusione di alluminio - 10-12 kg/mmI, deformabile - 18-25 kg/mmI, leghe - 38-42 kg/mmI
Durezza Brinell - 24...32 kgf/mm²
elevata duttilità: tecnica - 35%, pura - 50%, arrotolata in fogli sottili e persino in lamina
Modulo di Young - 70 GPa
L'alluminio ha un'elevata conduttività elettrica (0,0265 µOhm·m) e conduttività termica (203,5 W/(m·K)), pari al 65% della conduttività elettrica del cuprum, e ha un'elevata riflettività della luce.
Paramagnetico debole.
Coefficiente di temperatura di dilatazione lineare 24,58·10−6 K−1 (20…200 °C).
Il coefficiente di temperatura della resistenza elettrica è 2,7·10−8K−1.
L'alluminio forma leghe con quasi tutti i metalli. Le leghe più conosciute sono il cupro e il magnesio (duralluminio) e il silicio (silumin).
L’alluminio naturale è costituito quasi interamente da un unico isotopo stabile, il 27Al, con tracce di 26Al, un isotopo radioattivo con periodo tempo di dimezzamento di 720mila anni, formatosi nell'atmosfera quando i nuclei di argon vengono bombardati dai protoni dei raggi cosmici.
In termini di prevalenza nella crosta terrestre, è al 1° tra i metalli e al 3° tra gli elementi, secondo solo all'ossigeno e al silicio. contenuto di alluminio nella crosta terrestre secondo dati secondo vari ricercatori vanno dal 7,45 all’8,14% della massa della crosta terrestre.
In natura l'alluminio, a causa della sua elevata attività chimica, si presenta quasi esclusivamente sotto forma di composti. Alcuni di quelli:
Bauxite – Al2O3 H2O (con additivi di SiO2, Fe2O3, CaCO3)
Aluniti - (Na,K)2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3
Allumina (miscele di caolini con sabbia SiO2, calcare CaCO3, magnesite MgCO3)
Corindone (zaffiro, rubino, smeriglio) – Al2O3
Caolinite - Al2O3 2SiO2 2H2O
Berillo (smeraldo, acquamarina) - 3BeO Al2O3 6SiO2
Crisoberillo (alessandrite) - BeAl2O4.
Tuttavia, in determinate condizioni riducenti specifiche, è possibile la formazione di alluminio nativo.
Le acque naturali contengono alluminio sotto forma di composti chimici poco tossici, ad esempio fluoruro di alluminio. Il tipo di catione o anione dipende innanzitutto dall'acidità del mezzo acquoso. Concentrazioni di alluminio nei corpi idrici superficiali Federazione Russa varia da 0,001 a 10 mg/l, in acqua di mare 0,01 mg/l.
L'alluminio è
Produzione di getti da leghe di alluminio
Il compito principale che deve affrontare la produzione di fonderia nel ns Paese, consiste in un significativo miglioramento complessivo della qualità dei getti, che dovrebbe riflettersi in una riduzione dello spessore delle pareti, una riduzione delle tolleranze per la lavorazione e per i sistemi di alimentazione dei colati, pur mantenendo le adeguate proprietà operative dei prodotti commerciali. Il risultato finale di questo lavoro dovrebbe essere quello di soddisfare le crescenti esigenze dell'ingegneria meccanica con la quantità richiesta di getti senza un aumento significativo dell'emissione monetaria totale dei getti in peso.
Colata in sabbia
Tra i metodi di colata in stampi monouso sopra elencati, quello più utilizzato nella produzione di getti in leghe di alluminio è la colata in stampi di sabbia bagnata. Ciò è dovuto alla bassa densità delle leghe, alla ridotta forza esercitata dal metallo sullo stampo e alle basse temperature di colata (680-800°C).
Per la produzione di stampi in sabbia vengono utilizzate miscele per stampi e anime, preparate da sabbie di quarzo e argilla (GOST 2138-74), argille per stampaggio (GOST 3226-76), leganti e materiali ausiliari.
Il tipo di sistema di colata viene selezionato tenendo conto delle dimensioni del getto, della complessità della sua configurazione e della posizione nello stampo. Il colaggio degli stampi per getti di configurazioni complesse di piccola altezza viene effettuato, di norma, utilizzando sistemi di colata inferiori. Per grandi altezze di getto e pareti sottili, è preferibile utilizzare sistemi a fessura verticale o combinati. Gli stampi per fusioni di piccole dimensioni possono essere riempiti attraverso i sistemi di colata superiori. In questo caso l'altezza di caduta della crosta metallica nella cavità dello stampo non deve superare gli 80 mm.
Per ridurre la velocità di movimento del fuso all'ingresso nella cavità dello stampo e per separare meglio le pellicole di ossido e le inclusioni di scorie sospese in esso, viene introdotta ulteriore resistenza idraulica nei sistemi di colata: vengono installate reti (metalliche o fibra di vetro) o viene effettuata la colata fuori attraverso filtri granulari.
I canali di colata (alimentatori), di norma, vengono portati su sezioni sottili (pareti) di getti distribuiti attorno al perimetro, tenendo conto della comodità della loro successiva separazione durante la lavorazione. La fornitura di metallo a unità massicce è inaccettabile, poiché provoca la formazione di cavità di ritiro al loro interno, una maggiore rugosità e "avvallamenti" di ritiro sulla superficie dei pezzi fusi. In sezione trasversale, i canali di accesso hanno spesso una forma rettangolare con il lato largo che misura 15-20 mm e il lato stretto 5-7 mm.
Le leghe con un intervallo di cristallizzazione ristretto (AL2, AL4, AL), AL34, AK9, AL25, ALZO) sono soggette alla formazione di cavità da ritiro concentrato nelle unità termiche dei getti. Per portare questi gusci oltre i getti, viene ampiamente utilizzato l'impianto di ingenti profitti. Per i getti a pareti sottili (4-5 mm) e piccoli, la massa del profitto è 2-3 volte la massa dei getti, per quelli a pareti spesse fino a 1,5 volte. Altezza arrivato selezionato in base all'altezza del getto. Per altezze inferiori a 150 mm di altezza arrivato H-ca. preso pari all'altezza del getto Notl. Per getti superiori il rapporto Nprib/Notl è assunto pari a 0,3 0,5.
La maggiore applicazione nella fusione delle leghe di alluminio la troviamo nei profitti superiori aperti di sezione tonda od ovale; Nella maggior parte dei casi, i profitti collaterali vengono chiusi. Per migliorare l'efficienza del lavoro profitti sono isolati, riempiti di metallo caldo e rabboccati. L'isolamento viene solitamente effettuato incollando fogli di amianto sulla superficie dello stampo, seguito dall'essiccazione con fiamma a gas. Le leghe con un ampio intervallo di cristallizzazione (AL1, AL7, AL8, AL19, ALZZ) sono soggette alla formazione di porosità da ritiro sparse. Impregnazione dei pori da ritiro con profitti inefficace. Pertanto, quando si realizzano getti dalle leghe elencate, non è consigliabile utilizzare l'installazione di profitti massicci. Per ottenere fusioni di alta qualità, viene effettuata la cristallizzazione direzionale, utilizzando ampiamente a questo scopo l'installazione di frigoriferi in ghisa e leghe di alluminio. Le condizioni ottimali per la cristallizzazione direzionale sono create da un sistema di gate a fessura verticale. Per prevenire l'evoluzione del gas durante la cristallizzazione e prevenire la formazione di porosità da ritiro del gas nei getti a pareti spesse, è ampiamente utilizzata la cristallizzazione sotto una pressione di 0,4-0,5 MPa. Per fare questo, gli stampi di colata vengono posti in autoclavi prima della colata, vengono riempiti di metallo e i pezzi fusi vengono cristallizzati sotto pressione d'aria. Per produrre getti a pareti sottili di grandi dimensioni (fino a 2-3 m di altezza), viene utilizzato un metodo di fusione con solidificazione diretta in sequenza. L'essenza del metodo è la cristallizzazione sequenziale della fusione dal basso verso l'alto. Per fare ciò, lo stampo di colata viene posizionato sul tavolo di un ascensore idraulico e al suo interno vengono calati tubi metallici con un diametro di 12-20 mm, riscaldati a 500-700°C, che svolgono la funzione di colonne montanti. I tubi sono fissati saldamente nella vasca del canale di colata e i fori in essi contenuti sono chiusi con tappi. Dopo aver riempito la vasca del canale di colata con il materiale fuso, i tappi vengono sollevati e la lega scorre attraverso i tubi nei pozzetti di colata collegati alla cavità dello stampo tramite canali di colata scanalati (alimentatori). Dopo che il livello di fusione nei pozzetti sale di 20-30 mm sopra l'estremità inferiore dei tubi, viene attivato il meccanismo idraulico di abbassamento del tavolo. La velocità di abbassamento viene presa in modo tale che lo stampo venga riempito al di sotto del livello allagato e il metallo caldo fluisca continuamente nelle parti superiori dello stampo. Ciò garantisce la solidificazione direzionale e consente la produzione di getti complessi senza difetti di ritiro.
Negli stampi di sabbia viene colato il metallo da siviere rivestite di materiale refrattario. Prima del riempimento con il metallo, le siviere con rivestimento fresco vengono essiccate e calcinate a 780-800°C per eliminare l'umidità. Prima di versare mantengo la temperatura di fusione a 720–780 °C. Gli stampi per getti a pareti sottili vengono riempiti con materiali fusi riscaldati a 730–750 °C e per quelli a pareti spesse a 700–720 °C.
Colata in stampi di gesso
La fusione in stampi in gesso viene utilizzata nei casi in cui vengono poste maggiori esigenze sulle fusioni in termini di precisione, pulizia della superficie e riproduzione dei più piccoli dettagli in rilievo. Rispetto agli stampi in sabbia, gli stampi in gesso hanno maggiore resistenza, precisione dimensionale, migliore resistenza alle alte temperature e consentono di produrre getti di configurazioni complesse con uno spessore di parete di 1,5 mm nella 5-6a classe di precisione. Gli stampi vengono realizzati utilizzando modelli in cera o metallo (ottone,) cromati. Le piastre del modello sono realizzate in leghe di alluminio. Per facilitare la rimozione dei modelli dagli stampi, la loro superficie è ricoperta da un sottile strato di grasso cherosene-stearina.
Gli stampi di piccole e medie dimensioni per fusioni complesse a pareti sottili sono realizzati con una miscela composta da 80% gesso, 20% quarzo sabbia oppure amianto e 60-70% di acqua (in peso della miscela secca). Composizione dell'impasto per formati medi e grandi: 30% gesso, 60% sabbia, 10% amianto, 40-50% acqua. Per rallentare la presa, all'impasto viene aggiunta l'1-2% di grassello di calce. La resistenza richiesta delle forme si ottiene idratando il gesso anidro o semiacquoso. Per ridurre la resistenza e aumentare la permeabilità ai gas, le forme di gesso grezzo vengono sottoposte a trattamento idrotermale, conservate in un'autoclave per 6-10 ore sotto una pressione di vapore acqueo di 0,13-0,14 MPa, quindi in aria per 24 ore. Successivamente le forme vengono sottoposte ad essiccazione graduale a 350-500 °C.
Una caratteristica degli stampi in gesso è la loro bassa conduttività termica. Questa circostanza rende difficile ottenere getti densi da leghe di alluminio con un ampio intervallo di cristallizzazione. Pertanto, il compito principale quando si sviluppa un sistema di colata per stampi in gesso è quello di prevenire la formazione di cavità da ritiro, allentamenti, pellicole di ossido, crepe calde e riempimento insufficiente di pareti sottili. Ciò si ottiene utilizzando sistemi di colate espandibili che garantiscono una bassa velocità di movimento dei materiali fusi nella cavità dello stampo, indirizzando la solidificazione delle unità termiche verso i profitti utilizzando i frigoriferi e aumentando la conformità dello stampo aumentando il contenuto di sabbia di quarzo nella miscela. I getti a pareti sottili vengono versati in stampi riscaldati a 100-200°C utilizzando l'aspirazione sottovuoto, che consente di riempire cavità fino a 0,2 mm di spessore. I getti a pareti spesse (più di 10 mm) vengono prodotti versando gli stampi in autoclavi. La cristallizzazione del metallo in questo caso viene effettuata sotto una pressione di 0,4-0,5 MPa.
Fusione in conchiglia
Si consiglia di utilizzare la fusione in conchiglia per la produzione in serie e su larga scala di getti di dimensioni limitate con maggiore pulizia superficiale, maggiore precisione dimensionale e minore lavorazione rispetto alla fusione in sabbia.
Gli stampi a conchiglia sono realizzati utilizzando apparecchiature in metallo (acciaio) a caldo (250-300 °C) utilizzando il metodo bunker. L'attrezzatura per la modellazione è realizzata secondo le classi di precisione 4-5 con pendenze di modellatura dallo 0,5 all'1,5%. Le calotte sono composte da due strati: il primo strato è costituito da una miscela con il 6-10% di resina termoindurente, il secondo è costituito da una miscela con il 2% di resina. Per una migliore rimozione del guscio, prima di riempire la miscela di modellatura, la piastra del modello viene ricoperta con un sottile strato di emulsione distaccante (5% liquido siliconico n. 5; 3% sapone da bucato; 92% acqua).
Per la fabbricazione di stampi a conchiglia vengono utilizzate sabbie di quarzo a grana fine contenenti almeno il 96% di silice. Il collegamento delle metà viene effettuato mediante incollaggio su apposite presse a perno. Composizione colla: 40% resina MF17; 60% marshalite e 1,5% cloruro di alluminio (indurente). Gli stampi assemblati vengono colati in contenitori. Nella colata in stampi a conchiglia vengono utilizzati gli stessi sistemi di colata e condizioni di temperatura della colata in stampi di sabbia.
Il basso tasso di cristallizzazione del metallo negli stampi a conchiglia e le minori possibilità di creare cristallizzazione direzionale portano alla produzione di getti con proprietà inferiori rispetto alla fusione in stampi di sabbia grezza.
Fusione a cera persa
La fusione a cera persa viene utilizzata per produrre fusioni di maggiore precisione (3-5a classe) e pulizia superficiale (4-6a classe di rugosità), per le quali questo metodo è l'unico possibile o ottimale.
I modelli nella maggior parte dei casi sono realizzati con composizioni pastose di paraffinostearina (1: 1) mediante pressatura in stampi metallici (fusi e prefabbricati) su installazioni fisse o rotanti. Quando si producono getti complessi di dimensioni superiori a 200 mm, per evitare la deformazione del modello, nella massa del modello vengono introdotte sostanze che ne aumentano la temperatura di rammollimento (fusione).
Una sospensione di silicato di etile idrolizzato (30-40%) e quarzo spolverato (70-60%) viene utilizzata come rivestimento refrattario nella fabbricazione di stampi ceramici. I blocchi del modello sono ricoperti di sabbia calcinata 1KO16A o 1K025A. Ogni strato di rivestimento viene essiccato all'aria per 10-12 ore o in un'atmosfera contenente vapori di ammoniaca. La resistenza richiesta della forma ceramica si ottiene con uno spessore del guscio di 4-6 mm (4-6 strati di rivestimento refrattario). Per garantire un riempimento regolare dello stampo, vengono utilizzati sistemi di colate espandibili per fornire metallo a sezioni spesse e unità massicce. I getti vengono solitamente alimentati da un massiccio montante attraverso canali di colata ispessiti (alimentatori). Per i getti complessi, è consentito utilizzare profitti massicci per alimentare le unità massicce superiori con il loro riempimento obbligatorio dal montante.
L'alluminio è
La fusione dei modelli dagli stampi viene effettuata in acqua calda (85-90°C), acidificata con acido cloridrico (0,5-1 cm3 per litro d'acqua) per evitare la saponificazione della stearina. Dopo la fusione dei modelli, gli stampi in ceramica vengono essiccati a 150–170 °C per 1–2 ore, posti in contenitori, ricoperti con riempitivo secco e calcinati a 600–700 °C per 5–8 ore. Il versamento viene effettuato in forme fredde e riscaldate. La temperatura di riscaldamento (50-300 °C) degli stampi è determinata dallo spessore delle pareti del getto. Il riempimento degli stampi con il metallo viene effettuato nel modo consueto, nonché utilizzando il vuoto o la forza centrifuga. La maggior parte delle leghe di alluminio vengono riscaldate a 720–750 °C prima della colata.
Casting freddo
La fusione in conchiglia è il metodo principale di produzione in serie e in serie di getti da leghe di alluminio, che consente di ottenere getti di 4-6 classi di precisione con una rugosità superficiale Rz = 50-20 e uno spessore minimo della parete di 3-4 mm. Durante la colata in uno stampo freddo, insieme ai difetti causati da elevate velocità di movimento del materiale fuso nella cavità dello stampo e dal mancato rispetto dei requisiti di solidificazione direzionale (porosità da gas, pellicole di ossido, allentamento da ritiro), i principali tipi di difetti e i getti sono insufficienti e presentano crepe. La comparsa di crepe è causata dal difficile ritiro. Le crepe si verificano particolarmente spesso nei getti realizzati con leghe con un ampio intervallo di cristallizzazione e con un ampio ritiro lineare (1,25-1,35%). La prevenzione della formazione di questi difetti si ottiene con vari metodi tecnologici.
In caso di fornitura di metallo a sezioni spesse, è necessario provvedere al rifornimento del sito di fornitura installando un capo di fornitura (profitto). Tutti gli elementi dei sistemi di accesso si trovano lungo il connettore dello stampo. Si consigliano i seguenti rapporti delle sezioni trasversali dei canali di colata: per piccoli getti EFst: EFshl: EFpit = 1: 2: 3; per fusioni di grandi dimensioni EFst: EFsh: EFpit = 1: 3: 6.
Per ridurre la velocità del flusso del materiale fuso nella cavità dello stampo, vengono utilizzati montanti curvi, reti in fibra di vetro o metalliche e filtri granulari. La qualità dei getti in lega di alluminio dipende dalla velocità di aumento del materiale fuso nella cavità dello stampo di colata. Tale velocità deve essere sufficiente a garantire il riempimento di sezioni sottili di getti in condizioni di maggiore dissipazione del calore e allo stesso tempo non provocare un sottoriempimento dovuto al rilascio incompleto di aria e gas attraverso i condotti di ventilazione e profitti, turbolenze e sgorghi del fuso durante il passaggio da tratti stretti a tratti larghi. Si presuppone che la velocità di aumento del metallo nella cavità dello stampo durante la colata in uno stampo a freddo sia leggermente superiore rispetto a quando si cola in stampi di sabbia. La velocità di sollevamento minima consentita viene calcolata utilizzando le formule di A. A. Lebedev e N. M. Galdin (vedere sezione 5.1, "Colata in sabbia").
Per ottenere getti densi si crea una solidificazione mirata, come nella fusione in sabbia, posizionando opportunamente il getto nello stampo e regolando la dissipazione del calore. Di norma, le unità di colata massicce (spesse) si trovano nella parte superiore dello stampo. Ciò consente di compensare la riduzione del loro volume durante l'indurimento direttamente con gli utili installati sopra di essi. La regolazione dell'intensità della rimozione del calore al fine di creare una solidificazione direzionale viene effettuata raffreddando o isolando varie sezioni dello stampo di colata. Per aumentare localmente la rimozione del calore, sono ampiamente utilizzati inserti in cuprum termoconduttore, che prevedono un aumento della superficie di raffreddamento dello stampo freddo grazie alle alette ed effettuano il raffreddamento locale degli stampi freddi con aria compressa o acqua. Per ridurre l'intensità della rimozione del calore, sulla superficie di lavoro dello stampo freddo viene applicato uno strato di vernice spesso 0,1–0,5 mm. A tale scopo, sulla superficie dei canali e dei profitti viene applicato uno strato di vernice di spessore 1-1,5 mm. Il rallentamento del raffreddamento del metallo nello stampo può essere ottenuto anche attraverso l'ispessimento locale delle pareti dello stampo, l'uso di vari rivestimenti a bassa conduttività termica e l'isolamento dello stampo con adesivi di amianto. La verniciatura della superficie di lavoro dello stampo in conchiglia migliora l'aspetto dei getti, aiuta ad eliminare le sacche di gas sulla loro superficie e aumenta la durata degli stampi in conchiglia. Prima della verniciatura gli stampi refrigerati vengono riscaldati a 100-120 °C. Una temperatura di riscaldamento eccessivamente elevata non è desiderabile, poiché ciò riduce la velocità di solidificazione dei getti e la durata scadenza servizio freddo. Il riscaldamento riduce la differenza di temperatura tra il pezzo fuso e lo stampo e l'espansione dello stampo dovuta al riscaldamento da parte del metallo colato. Di conseguenza, le tensioni di trazione nel getto, che causano crepe, vengono ridotte. Tuttavia, il solo riscaldamento dello stampo non è sufficiente per eliminare la possibilità di crepe. È necessaria la rimozione tempestiva del getto dallo stampo. Il getto deve essere rimosso dallo stampo prima del momento in cui la sua temperatura diventa uguale alla temperatura dello stampo e lo stress da contrazione raggiunge il suo valore massimo. Di solito la fusione viene rimossa nel momento in cui è così resistente da poter essere spostata senza distruzione (450-500 ° C). A questo punto il sistema di chiusura non ha ancora acquisito una resistenza sufficiente e viene distrutto da colpi leggeri. La durata di permanenza della fusione nello stampo è determinata dalla velocità di solidificazione e dipende dalla temperatura del metallo, dalla temperatura dello stampo e dalla velocità di colata.
Per eliminare l'adesione del metallo, aumentare la durata e facilitare la rimozione, le aste metalliche vengono lubrificate durante il funzionamento. Il lubrificante più comune è una sospensione di acqua-grafite (3-5% di grafite).
Parti degli stampi che compongono i contorni esterni delle fusioni sono realizzate in grigio ghisa. Lo spessore delle pareti degli stampi è determinato in base allo spessore delle pareti dei getti secondo le raccomandazioni di GOST 16237-70. Le cavità interne delle fusioni sono realizzate utilizzando barre di metallo (acciaio) e sabbia. Le bacchette di sabbia vengono utilizzate per formare cavità complesse che non possono essere realizzate con bacchette metalliche. Per facilitare la fuoriuscita delle fusioni dagli stampi, le superfici esterne delle fusioni devono avere una pendenza di colata compresa tra 30" e 3° verso il connettore. Le superfici interne delle fusioni realizzate con tondino metallico devono avere una pendenza di almeno 6°. Nei getti non sono ammessi passaggi netti da sezioni spesse a sezioni sottili. I raggi di curvatura devono essere almeno di 3 mm. Vengono realizzati fori con diametro superiore a 8 mm per i getti piccoli, 10 mm per quelli medi e 12 mm per quelli grandi. con aste Il rapporto ottimale tra la profondità del foro e il suo diametro è 0,7-1.
L'aria ed i gas vengono rimossi dalla cavità dello stampo mediante canali di ventilazione posti nel piano di separazione e tappi posti nelle pareti in prossimità delle cavità profonde.
Nelle fonderie moderne, gli stampi a conchiglia sono installati su macchine di colata semiautomatiche monoposizione o multiposizione, in cui la chiusura e l'apertura dello stampo a conchiglia, l'installazione e la rimozione delle anime, l'espulsione e la rimozione del getto dallo stampo sono automatizzate . C'è anche il controllo automatico della temperatura di riscaldamento dello stampo freddo. Il riempimento degli stampi freddi sulle macchine viene effettuato tramite dispenser.
Per migliorare il riempimento delle cavità sottili degli stampi ed eliminare l'aria e i gas rilasciati durante la distruzione dei leganti, gli stampi vengono evacuati e riempiti a bassa pressione o utilizzando la forza centrifuga.
Colata a compressione
Lo Squeeze Casting è una tipologia di colata in conchiglia, destinata alla produzione di getti in pannelli di grandi dimensioni (2500x1400 mm) con spessore di parete di 2-3 mm. A questo scopo vengono utilizzate semiforme metalliche, che vengono montate su macchine di colata e pressatura specializzate con approccio delle semiforme su un lato o su due lati. Una caratteristica distintiva di questo metodo di colata è il riempimento forzato della cavità dello stampo con un ampio flusso di materiale fuso quando le metà dello stampo si avvicinano l'una all'altra. Lo stampo di colata non contiene elementi di un sistema di colata convenzionale. Dati Questo metodo produce getti dalle leghe AL2, AL4, AL9, AL34, che hanno un intervallo di cristallizzazione ristretto.
La velocità di raffreddamento del materiale fuso viene controllata applicando un rivestimento termoisolante di spessore variabile (0,05-1 mm) sulla superficie di lavoro della cavità dello stampo. Il surriscaldamento delle leghe prima della colata non deve superare i 15-20°C sopra la temperatura del liquidus. La durata dell'avvicinamento delle mezze forme è di 5-3 s.
Colata a bassa pressione
La fusione a bassa pressione è un'altra variante della pressofusione. Viene utilizzato nella produzione di getti a pareti sottili di grandi dimensioni da leghe di alluminio con un intervallo di cristallizzazione ristretto (AL2, AL4, AL9, AL34). Come nella fusione in conchiglia, le superfici esterne dei getti sono realizzate con uno stampo metallico e le cavità interne sono realizzate con bacchette di metallo o sabbia.
Per realizzare le canne utilizzare una miscela composta al 55% da sabbia di quarzo 1K016A; 13,5% sabbia semigrassa P01; 27% quarzo polverizzato; colla di pectina allo 0,8%; 3,2% resina M e 0,5% cherosene. Questa miscela non forma un'ustione meccanica. Il riempimento degli stampi con il metallo viene effettuato mediante la pressione di aria compressa ed essiccata (18–80 kPa), fornita alla superficie della massa fusa in un crogiolo, riscaldata a 720–750 °C. Sotto l'influenza di questa pressione, la massa fusa viene espulsa dal crogiolo nel filo metallico, da qui nel sistema di colata e ulteriormente nella cavità dello stampo di colata. Il vantaggio della fusione a bassa pressione è la capacità di controllare automaticamente la velocità di salita del metallo nella cavità dello stampo, il che consente di ottenere getti a pareti sottili di qualità superiore rispetto alla fusione sotto l'influenza della gravità.
La cristallizzazione delle leghe in uno stampo viene effettuata sotto una pressione di 10–30 kPa prima della formazione di una crosta metallica solida e di 50–80 kPa dopo la formazione di una crosta.
I getti in lega di alluminio più densi sono prodotti mediante fusione a contropressione a bassa pressione. Il riempimento della cavità dello stampo durante la colata in contropressione viene effettuato a causa della differenza di pressione nel crogiolo e nello stampo (10-60 kPa). La cristallizzazione del metallo nello stampo viene effettuata sotto una pressione di 0,4-0,5 MPa. Ciò impedisce il rilascio dell'idrogeno disciolto nel metallo e la formazione di pori di gas. L'aumento della pressione contribuisce ad una migliore nutrizione delle unità di colata massicce. Altrimenti, la tecnologia di colata a contropressione non è diversa dalla tecnologia di colata a bassa pressione.
La fusione a contropressione combina con successo i vantaggi della fusione a bassa pressione e della cristallizzazione a pressione.
Stampaggio a iniezione
Mediante stampaggio ad iniezione delle leghe di alluminio AL2, ALZ, AL1, ALO, AL11, AL13, AL22, AL28, AL32, AL34, vengono prodotti getti con configurazioni complesse di 1-3 classi di precisione con spessori di parete da 1 mm e oltre, fori di fusione con diametro fino a 1,2 mm, filettature esterne ed interne fuse con un passo minimo di 1 mm e un diametro di 6 mm. La pulizia superficiale di tali getti corrisponde alle classi di rugosità 5–8. La produzione di tali getti viene effettuata su macchine con camere di pressatura fredde orizzontali o verticali, con una pressione di pressatura specifica di 30-70 MPa. La preferenza è data alle macchine con camera di pressatura orizzontale.
Le dimensioni e il peso dei pezzi fusi sono limitati dalle capacità delle macchine per lo stampaggio a iniezione: il volume della camera di pressatura, la pressione di pressatura specifica (p) e la forza di bloccaggio (0). L'area di proiezione (F) del getto, dei canali di materozza e della camera di pressatura sulla piastra mobile dello stampo non deve superare i valori determinati dalla formula F = 0,85 0/r.
I valori ottimali di pendenza per le superfici esterne sono 45°; per 1° interno. Il raggio minimo delle curve è 0,5-1 mm. Fori di diametro superiore a 2,5 mm vengono realizzati per fusione. Le fusioni in leghe di alluminio vengono solitamente lavorate solo lungo le superfici di seduta. Il sovrametallo viene assegnato tenendo conto delle dimensioni del getto e varia da 0,3 a 1 mm.
Per realizzare gli stampi vengono utilizzati vari materiali. Le parti degli stampi a contatto con il metallo liquido sono realizzate in acciaio 3Х2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, le piastre di fissaggio e le gabbie matrici sono in acciai 35, 45, 50, perni, boccole e colonne guida - in acciaio U8A.
La fornitura di metallo alla cavità dello stampo viene effettuata utilizzando sistemi di colata esterni ed interni. Gli alimentatori vengono portati nelle zone della fusione soggette a lavorazione. Il loro spessore è determinato in base allo spessore della parete del getto nel punto di fornitura e alla natura specificata del riempimento dello stampo. Questa dipendenza è determinata dal rapporto tra lo spessore dell'alimentatore e lo spessore della parete del getto. Il riempimento regolare degli stampi, senza turbolenze o intrappolamenti d'aria, avviene se il rapporto è vicino all'unità. Per getti con spessore della parete fino a 2 mm. gli alimentatori hanno uno spessore di 0,8 mm; con uno spessore della parete di 3 mm. lo spessore degli alimentatori è di 1,2 mm; con uno spessore della parete di 4-6 mm-2 mm.
Per ricevere la prima porzione del fuso, arricchito di inclusioni d'aria, in prossimità della cavità dello stampo vengono poste apposite vasche di lavaggio, il cui volume può raggiungere il 20 - 40% del volume del getto. Le rondelle sono collegate alla cavità dello stampo tramite canali il cui spessore è pari allo spessore degli alimentatori. L'aria e il gas vengono rimossi dalla cavità dello stampo attraverso speciali canali di ventilazione e spazi tra le aste (espulsori) e la matrice dello stampo. I canali di ventilazione sono realizzati nel piano del connettore sulla parte fissa dello stampo, nonché lungo le aste mobili e gli espulsori. La profondità dei canali di ventilazione durante la fusione di leghe di alluminio è considerata pari a 0,05-0,15 mm e la larghezza è 10-30 mm per migliorare la ventilazione, gli stampi delle cavità della lavatrice sono collegati all'atmosfera con canali sottili (0,2- 0,5 mm).
I principali difetti dei getti ottenuti mediante stampaggio ad iniezione sono la porosità subcorticale dell'aria (gas), causata dall'intrappolamento dell'aria ad alte velocità di ingresso del metallo nella cavità dello stampo, e la porosità (o le cavità) da ritiro nelle unità termiche. La formazione di questi difetti è fortemente influenzata dai parametri della tecnologia di colata, dalla velocità di pressatura, dalla pressione di pressatura e dalle condizioni termiche dello stampo.
La velocità di pressatura determina la modalità di riempimento dello stampo. Maggiore è la velocità di pressatura, maggiore è la velocità di movimento del materiale fuso attraverso i canali di colata, maggiore è la velocità di ingresso del materiale fuso nella cavità dello stampo. Le elevate velocità di pressatura contribuiscono a un migliore riempimento delle cavità sottili e allungate. Allo stesso tempo, fanno sì che il metallo intrappoli l’aria e formi porosità sottocorticale. Quando si fondono le leghe di alluminio, le velocità di pressatura elevate vengono utilizzate solo per la produzione di getti complessi a pareti sottili. La pressione ha una grande influenza sulla qualità dei getti. Man mano che aumenta, aumenta la densità dei getti.
L'entità della pressione di pressatura è solitamente limitata dall'entità della forza di bloccaggio della macchina, che deve superare la pressione esercitata dal metallo sulla matrice mobile (pF). Pertanto, la prestampa locale di getti a pareti spesse, nota come “processo Ashigai”, sta guadagnando grande interesse. La bassa velocità di ingresso del metallo nella cavità degli stampi tramite alimentatori di grande sezione e l'efficace prepressatura del fuso cristallizzante mediante doppio pistone consentono di ottenere getti densi.
La qualità dei getti è influenzata in modo significativo anche dalla temperatura della lega e dello stampo. Quando si producono getti a pareti spesse di configurazione semplice, la massa fusa viene colata a una temperatura di 20-30 °C inferiore alla temperatura del liquidus. I getti a pareti sottili richiedono l'uso di una massa fusa surriscaldata al di sopra della temperatura del liquidus di 10-15°C. Per ridurre l'entità delle sollecitazioni da ritiro e prevenire la formazione di crepe nei getti, gli stampi vengono riscaldati prima della colata. Si consigliano le seguenti temperature di riscaldamento:
Spessore parete getto, mm 1—2 2—3 3—5 5—8
Temperatura di riscaldamento
stampi, °C 250—280 200—250 160—200 120—160
La stabilità del regime termico è assicurata dal riscaldamento (elettrico) o dal raffreddamento (ad acqua) degli stampi.
Per proteggere la superficie di lavoro degli stampi dagli effetti attaccanti ed erosivi della fusione, per ridurre l'attrito durante la rimozione delle anime e per facilitare la rimozione delle fusioni, gli stampi sono lubrificati. A tale scopo vengono utilizzati lubrificanti grassi (olio con grafite o polvere di alluminio) o acquosi (soluzioni saline, preparati acquosi a base di grafite colloidale).
La densità dei getti in leghe di alluminio aumenta significativamente durante la fusione con stampi a vuoto. Per fare ciò, lo stampo viene posto in un involucro sigillato, nel quale viene creato il vuoto necessario. Buoni risultati possono essere ottenuti utilizzando il "processo all'ossigeno". A tale scopo l'aria nella cavità dello stampo viene sostituita con ossigeno. Ad elevate velocità di ingresso del metallo nella cavità dello stampo, causando la cattura di ossigeno da parte della massa fusa, nei getti non si forma porosità sottocorticale, poiché tutto l'ossigeno intrappolato viene speso nella formazione di ossidi di alluminio finemente dispersi, che non influenzano sensibilmente le proprietà meccaniche dei getti. Tali getti possono essere sottoposti a trattamento termico.
A seconda delle esigenze tecniche, i getti realizzati in leghe di alluminio possono essere sottoposti a vari tipi di ispezione: a raggi X, rilevamento di difetti gamma o ultrasuoni per rilevare difetti interni; contrassegni per determinare le deviazioni dimensionali; luminescente per rilevare crepe superficiali; controllo idro o pneumatico per valutare la tenuta. La frequenza dei tipi di controllo elencati è stabilita dalle condizioni tecniche o determinata dal dipartimento del capo metallurgista dello stabilimento. I difetti rilevati, se consentito dalle specifiche tecniche, vengono eliminati mediante saldatura o impregnazione. La saldatura ad arco di argon viene utilizzata per saldare sottoriempimenti, cavità e fessure sciolte. Prima della saldatura la zona difettosa viene tagliata in modo che le pareti delle cavità abbiano una pendenza di 30 - 42°. I getti sono sottoposti a riscaldamento locale o generale a 300-350°C. Il riscaldamento locale viene effettuato con una fiamma ossigeno-acetilene, il riscaldamento generale viene effettuato in forni a camera. La saldatura viene eseguita con le stesse leghe da cui vengono realizzate le fusioni, utilizzando un elettrodo di tungsteno non consumabile con diametro di 2-6 mm a consumo Argon 5-12 l/min. La corrente di saldatura è solitamente di 25-40 A per 1 mm di diametro dell'elettrodo.
La porosità nei getti viene eliminata mediante impregnazione con vernice di bachelite, vernice per asfalto, olio essiccante o vetro liquido. L'impregnazione viene effettuata in apposite caldaie ad una pressione di 490-590 kPa con esposizione preliminare dei getti in atmosfera rarefatta (1,3-6,5 kPa). La temperatura del liquido impregnante viene mantenuta a 100°C. Dopo l'impregnazione, i getti vengono essiccati a 65-200°C, durante la quale il liquido impregnante si indurisce, e nuovamente ispezionati.
L'alluminio è
Applicazione dell'alluminio
Ampiamente usato come materiale da costruzione. I principali vantaggi dell'alluminio in questa qualità sono la leggerezza, la malleabilità allo stampaggio, la resistenza alla corrosione (nell'aria, l'alluminio viene immediatamente ricoperto da un film durevole di Al2O3, che ne impedisce l'ulteriore ossidazione), l'elevata conduttività termica e l'atossicità dei suoi composti. In particolare, queste proprietà hanno reso l'alluminio estremamente apprezzato nella produzione di pentole, fogli di alluminio nell'industria alimentare e per l'imballaggio.
Lo svantaggio principale dell'alluminio come materiale strutturale è la sua bassa resistenza, quindi per rafforzarlo viene solitamente legato con una piccola quantità di cuprum e magnesio (la lega è chiamata duralluminio).
La conducibilità elettrica dell'alluminio è solo 1,7 volte inferiore a quella del cuprum, mentre l'alluminio è circa 4 volte più economico al chilogrammo, ma a causa della sua densità 3,3 volte inferiore, per ottenere pari resistenza necessita di circa 2 volte meno peso. Pertanto, è ampiamente utilizzato nell'ingegneria elettrica per la fabbricazione di fili, la loro schermatura e persino nella microelettronica per la fabbricazione di conduttori in chip. La minore conduttività elettrica dell'alluminio (37 1/ohm) rispetto al cuprum (63 1/ohm) viene compensata aumentando la sezione trasversale dei conduttori di alluminio. Lo svantaggio dell'alluminio come materiale elettrico è la presenza di una forte pellicola di ossido, che rende difficile la saldatura.
Grazie al suo complesso di proprietà, è ampiamente utilizzato nelle apparecchiature di riscaldamento.
L'alluminio e le sue leghe mantengono la resistenza a temperature ultra-basse. Per questo motivo è ampiamente utilizzato nella tecnologia criogenica.
L'elevata riflettività, combinata con il basso costo e la facilità di deposizione, rende l'alluminio un materiale ideale per realizzare specchi.
Nella produzione di materiali da costruzione come agente che forma gas.
L'alluminizzazione conferisce resistenza alla corrosione e alle incrostazioni all'acciaio e ad altre leghe, ad esempio alle valvole dei motori a combustione interna a pistoni, alle pale delle turbine, agli impianti di produzione petrolifera, alle apparecchiature di scambio termico e sostituisce anche la zincatura.
Il solfuro di alluminio viene utilizzato per produrre idrogeno solforato.
Sono in corso ricerche per sviluppare l'alluminio espanso come materiale particolarmente resistente e leggero.
Come componente della termite, miscele per alluminotermia
L'alluminio viene utilizzato per recuperare metalli rari dai loro ossidi o alogenuri.
L'alluminio è un componente importante di molte leghe. Ad esempio, nei bronzi all'alluminio i componenti principali sono rame e alluminio. Nelle leghe di magnesio, l'alluminio viene spesso utilizzato come additivo. Per la produzione di spirali nei dispositivi di riscaldamento elettrico, viene utilizzato fechral (Fe, Cr, Al) (insieme ad altre leghe).
caffè in alluminio" Height="449" src="/pictures/investments/img920791_21_Klassicheskiy_italyanskiy_proizvoditel_kofe_iz_alyuminiya.jpg" title="21. Classico produttore italiano di caffè in alluminio" width="376" />!}
Quando l'alluminio era molto costoso, con esso venivano realizzati una varietà di articoli di gioielleria. Pertanto, Napoleone III ordinò bottoni in alluminio e nel 1889 Dmitry Ivanovich Mendeleev ricevette una bilancia con ciotole in oro e alluminio. La moda per loro passò immediatamente quando apparvero nuove tecnologie (sviluppi) per la sua produzione, che ne ridussero i costi molte volte. Al giorno d'oggi, l'alluminio viene talvolta utilizzato nella produzione di bigiotteria.
In Giappone, l'alluminio viene utilizzato nella produzione di gioielli tradizionali, in sostituzione del .
L'alluminio e i suoi composti sono utilizzati come propellente altamente efficiente nei propellenti per razzi a due propellenti e come componente combustibile nei propellenti solidi per razzi. I seguenti composti dell'alluminio sono di grande interesse pratico come carburante per missili:
Alluminio in polvere come combustibile nei propellenti solidi per razzi. Viene utilizzato anche sotto forma di polvere e sospensioni in idrocarburi.
Idruro di alluminio.
Boranato di alluminio.
Trimetilalluminio.
Trietilalluminio.
Tripropilalluminio.
Il trietilalluminio (solitamente insieme al trietilboro) viene utilizzato anche per l'accensione chimica (cioè come combustibile di avviamento) nei motori a razzo, poiché si accende spontaneamente in ossigeno gassoso.
Ha un leggero effetto tossico, ma molti composti inorganici di alluminio idrosolubili rimangono a lungo allo stato disciolto e possono avere un effetto dannoso sull'uomo e sugli animali a sangue caldo attraverso l'acqua potabile. I più tossici sono cloruri, nitrati, acetati, solfati, ecc. Per l'uomo, le seguenti dosi di composti di alluminio (mg/kg di peso corporeo) hanno un effetto tossico se ingeriti:
acetato di alluminio - 0,2-0,4;
idrossido di alluminio - 3,7-7,3;
allume di alluminio - 2.9.
Colpisce principalmente il sistema nervoso (si accumula nel tessuto nervoso, causando gravi disturbi del sistema nervoso centrale). Tuttavia, la neurotossicità dell’alluminio è stata studiata fin dalla metà degli anni ’60, poiché l’accumulo del metallo nel corpo umano è impedito dal suo meccanismo di eliminazione. In condizioni normali, fino a 15 mg dell'elemento al giorno possono essere escreti nelle urine. Di conseguenza, l'effetto negativo maggiore si osserva nelle persone con funzionalità escretoria renale compromessa.
Secondo alcuni studi biologici, l'assunzione di alluminio nel corpo umano era considerata un fattore nello sviluppo della malattia di Alzheimer, ma questi studi furono successivamente criticati e la conclusione sulla connessione tra l'uno e l'altro fu confutata.
Le caratteristiche geochimiche dell'alluminio sono determinate dalla sua elevata affinità per l'ossigeno (in minerali l'alluminio è incluso negli ottaedri e nei tetraedri dell'ossigeno), valenza costante (3), bassa solubilità della maggior parte dei composti naturali. Nei processi endogeni durante la solidificazione del magma e la formazione di rocce ignee, l'alluminio entra nel reticolo cristallino di feldspati, miche e altri minerali: alluminosilicati. Nella biosfera, l’alluminio è un debole migrante; è scarso negli organismi e nell’idrosfera. In un clima umido, dove i resti in decomposizione di un'abbondante vegetazione formano molti acidi organici, l'alluminio migra nei suoli e nelle acque sotto forma di composti colloidali organominerali; l'alluminio viene adsorbito dai colloidi e depositato nella parte inferiore dei terreni. Il legame tra alluminio e silicio è parzialmente rotto e in alcuni luoghi dei tropici si formano minerali - idrossidi di alluminio - boehmite, diaspore, idrargillite. La maggior parte dell'alluminio fa parte degli alluminosilicati: caolinite, beidellite e altri minerali argillosi. La debole mobilità determina l'accumulo residuo di alluminio nella crosta esposta agli agenti atmosferici dei tropici umidi. Di conseguenza, si forma bauxite eluviale. Nelle epoche geologiche passate, la bauxite si accumulava anche nei laghi e nelle zone costiere dei mari delle regioni tropicali (ad esempio, le bauxiti sedimentarie del Kazakistan). Nelle steppe e nei deserti, dove c'è poca materia vivente e le acque sono neutre e alcaline, l'alluminio quasi non migra. La migrazione dell’alluminio è più energica nelle aree vulcaniche, dove si osservano fiumi altamente acidi e acque sotterranee ricche di alluminio. Nei luoghi in cui le acque acide si mescolano con le acque marine alcaline (alla foce dei fiumi e altri), l'alluminio precipita con formazione di depositi di bauxite.
L'alluminio fa parte dei tessuti degli animali e delle piante; Negli organi dei mammiferi è stato trovato dal 10-3 al 10-5% di alluminio (su base grezza). L'alluminio si accumula nel fegato, nel pancreas e nelle ghiandole tiroidee. Nei prodotti vegetali, il contenuto di alluminio varia da 4 mg per 1 kg di sostanza secca (patate) a 46 mg (rape gialle), nei prodotti di origine animale - da 4 mg (miele) a 72 mg per 1 kg di sostanza secca ( ). Nella dieta umana quotidiana, il contenuto di alluminio raggiunge i 35-40 mg. Sono noti organismi che concentrano l'alluminio, ad esempio i muschi (Lycopodiaceae), che contengono fino al 5,3% di alluminio nelle loro ceneri, e i molluschi (Helix e Lithorina), che contengono lo 0,2-0,8% di alluminio nelle loro ceneri. Formando composti insolubili con i fosfati, l'alluminio interrompe la nutrizione delle piante (assorbimento dei fosfati da parte delle radici) e degli animali (assorbimento dei fosfati nell'intestino).
L'acquirente principale è l'aviazione. Gli elementi più caricati dell'aereo (pelle, rinforzo energetico) sono realizzati in duralluminio. E questa lega è stata portata nello spazio. Ed è persino andato sulla Luna ed è tornato sulla Terra. E le stazioni Luna, Venere e Marte, create dai progettisti dell'ufficio, che per molti anni fu diretto da Georgy Nikolaevich Babakin (1914-1971), non potevano fare a meno delle leghe di alluminio.
Le leghe dei sistemi alluminio-manganese e alluminio-magnesio (AMts e AMg) sono il materiale principale per gli scafi dei “missili” ad alta velocità e delle “meteore” - aliscafi.
Ma le leghe di alluminio non vengono utilizzate solo nei trasporti spaziali, aeronautici, marittimi e fluviali. L’alluminio ha anche una posizione forte nel trasporto terrestre. I seguenti dati indicano l’uso diffuso dell’alluminio nell’industria automobilistica. Nel 1948 furono utilizzati 3,2 kg di alluminio per uno, nel 1958 - 23,6, nel 1968 - 71,4, e oggi questa cifra supera i 100 kg. L’alluminio è apparso anche nel trasporto ferroviario. E il super espresso "Russian Troika" è costituito per oltre il 50% da leghe di alluminio.
L’alluminio è sempre più utilizzato nell’edilizia. I nuovi edifici utilizzano spesso travi, pavimenti, colonne, ringhiere, recinzioni ed elementi di sistemi di ventilazione resistenti e leggeri realizzati in leghe a base di alluminio. Negli ultimi anni le leghe di alluminio sono state utilizzate nella costruzione di numerosi edifici pubblici e complessi sportivi. Esistono tentativi di utilizzare l'alluminio come materiale di copertura. Un tetto del genere non teme le impurità di anidride carbonica, composti di zolfo, composti di azoto e altre impurità nocive che aumentano notevolmente la corrosione atmosferica del ferro del tetto.
Come leghe da colata vengono utilizzati i silumini, leghe del sistema alluminio-silicio. Tali leghe hanno una buona fluidità, danno un basso ritiro e segregazione (eterogeneità) nei getti, il che rende possibile produrre parti della configurazione più complessa mediante fusione, ad esempio, alloggiamenti di motori, giranti di pompe, alloggiamenti di strumenti, blocchi di motori a combustione interna, pistoni , testate e camicie di motori a pistoni.
Lottare per il declino costo anche le leghe di alluminio hanno avuto successo. Ad esempio, il silumin è 2 volte più economico dell'alluminio. Di solito è il contrario: le leghe sono più costose (per ottenere una lega, è necessario ottenere una base pura e quindi legarla per ottenere la lega). Nel 1976, i metallurgisti sovietici dello stabilimento di alluminio di Dnepropetrovsk padroneggiarono la fusione del silumin direttamente dagli alluminosilicati.
L'alluminio è noto da tempo nell'ingegneria elettrica. Tuttavia, fino a poco tempo fa, l’applicazione dell’alluminio era limitata alle linee elettriche e, in rari casi, ai cavi elettrici. L'industria dei cavi era dominata dal rame e dal rame Guida. Gli elementi conduttori della struttura del cavo erano realizzati in cupro e la guaina metallica Guida o leghe a base di piombo. Per molti decenni (le guaine di piombo per la protezione dei nuclei dei cavi furono proposte per la prima volta nel 1851) è stato l'unico materiale metallico per le guaine dei cavi. È eccellente in questo ruolo, ma non senza difetti: alta densità, bassa resistenza e scarsità; Questi sono solo i principali che hanno costretto le persone a cercare altri metalli che possano sostituire adeguatamente il piombo.
Si è scoperto che era alluminio. L'inizio del suo servizio in questo ruolo può essere considerato nel 1939, mentre i lavori iniziarono nel 1928. Tuttavia, un serio cambiamento nell'uso dell'alluminio nella tecnologia dei cavi si verificò nel 1948, quando fu sviluppata e padroneggiata la tecnologia per la produzione di guaine in alluminio.
Anche il rame è stato per molti decenni l’unico metallo utilizzato per la fabbricazione di conduttori che trasportano corrente. La ricerca sui materiali che potrebbero sostituire il rame ha dimostrato che tale metallo dovrebbe e può essere l’alluminio. Quindi, invece di due metalli con scopi essenzialmente diversi, l’alluminio è entrato nella tecnologia dei cavi.
Questa sostituzione presenta numerosi vantaggi. In primo luogo, la possibilità di utilizzare un guscio di alluminio come conduttore neutro significa un notevole risparmio di metallo e una riduzione di peso. In secondo luogo, maggiore resistenza. In terzo luogo, facilita l'installazione, riduce i costi di trasporto, riduce i costi dei cavi, ecc.
I fili di alluminio vengono utilizzati anche per le linee elettriche aeree. Ma ci sono voluti molto tempo e impegno per realizzare una sostituzione equivalente. Sono state sviluppate molte opzioni e vengono utilizzate in base alla situazione specifica. [Vengono prodotti fili di alluminio con maggiore robustezza e maggiore resistenza allo scorrimento, ottenuta mediante lega con magnesio fino allo 0,5%, silicio fino allo 0,5%, ferro fino allo 0,45%, indurimento e invecchiamento. I fili in acciaio-alluminio vengono utilizzati soprattutto per la realizzazione di grandi luci necessarie dove le linee elettriche attraversano ostacoli di varia natura. Esistono campate superiori a 1500 m, ad esempio durante l'attraversamento dei fiumi.
L'alluminio nella tecnologia delle trasmissioni elettricità su lunghe distanze vengono utilizzati non solo come materiale conduttore. Dieci anni e mezzo fa, le leghe a base di alluminio iniziarono ad essere utilizzate per la produzione di supporti per linee di trasmissione di potenza. Sono stati costruiti per la prima volta nel ns Paese nel Caucaso. Sono circa 2,5 volte più leggeri dell'acciaio e non richiedono protezione dalla corrosione. Pertanto, lo stesso metallo ha sostituito il ferro, il rame e il piombo nell'ingegneria elettrica e nella tecnologia di trasmissione dell'elettricità.
E questo, o quasi, è avvenuto anche in altri ambiti della tecnologia. Nell'industria petrolifera, del gas e chimica si sono dimostrati efficaci serbatoi, condutture e altre unità di assemblaggio realizzate in leghe di alluminio. Hanno sostituito molti metalli e materiali resistenti alla corrosione, come i contenitori in leghe ferro-carbonio, smaltati all'interno per conservare liquidi corrosivi (una crepa nello strato di smalto di questa costosa struttura potrebbe portare a perdite o addirittura incidenti).
Ogni anno nel mondo vengono consumate più di 1 milione di tonnellate di alluminio per la produzione di fogli. Lo spessore della lamina, a seconda dello scopo, è compreso tra 0,004 e 0,15 mm. La sua applicazione è estremamente diversificata. Viene utilizzato per confezionare vari prodotti alimentari e industriali: cioccolato, caramelle, medicinali, cosmetici, prodotti fotografici, ecc.
La lamina viene utilizzata anche come materiale da costruzione. Esiste un gruppo di materie plastiche riempite di gas - plastica a nido d'ape - materiali cellulari con un sistema di celle che si ripetono regolarmente di forma geometrica regolare, le cui pareti sono costituite da un foglio di alluminio.
Enciclopedia di Brockhaus ed Efron
ALLUMINIO- (argilla) prodotto chimico zn. AL; A. V. = 27,12; colpo V. = 2,6; p.f. circa 700°. Metallo bianco argenteo, morbido, sonoro; in combinazione con l'acido silicico è il componente principale di argille, feldspati e mica; presente in tutti i terreni. Va a... ... Dizionario delle parole straniere della lingua russa
ALLUMINIO- (simbolo Al), metallo bianco-argenteo, elemento del terzo gruppo della tavola periodica. Fu ottenuto per la prima volta nella sua forma pura nel 1827. Il metallo più comune nella crosta terrestre; La sua fonte principale è il minerale di bauxite. Processi… … Dizionario enciclopedico scientifico e tecnico
ALLUMINIO- ALLUMINIO, Alluminio (simbolo chimico A1, peso at. 27,1), il metallo più diffuso sulla superficie terrestre e, dopo O e silicio, il componente più importante della crosta terrestre. A. si presenta in natura, principalmente sotto forma di sali dell'acido silicico (silicati);... ... Grande Enciclopedia Medica
Alluminio- è un metallo bianco-bluastro particolarmente leggero. È molto duttile e può essere facilmente laminato, trafilato, forgiato, stampato e fuso, ecc. Come altri metalli teneri anche l'alluminio si presta molto bene... ... Terminologia ufficiale
Alluminio- (Alluminio), Al, elemento chimico del gruppo III del sistema periodico, numero atomico 13, massa atomica 26,98154; metallo leggero, punto di fusione 660 °C. Il contenuto nella crosta terrestre è dell'8,8% in peso. L'alluminio e le sue leghe vengono utilizzati come materiali strutturali in... ... Dizionario enciclopedico illustrato
ALLUMINIO- ALLUMINIO, alluminio man., chimico. argilla di metalli alcalini, base di allumina, argilla; così come la base della ruggine, del ferro; e bruciare il rame. Maschio in alluminio un fossile simile all'allume, solfato idrato di allumina. Marito Alunit. un fossile molto vicino a... ... Dizionario esplicativo di Dahl
alluminio- Dizionario di metallo (argento, leggero, alato) di sinonimi russi. sostantivo alluminio, numero di sinonimi: 8 argilla (2) ... Dizionario dei sinonimi
ALLUMINIO- (dal latino Alluminio da alumen alum), Al, elemento chimico del gruppo III della tavola periodica, numero atomico 13, massa atomica 26,98154. Metallo bianco-argento, leggero (2,7 g/cm³), duttile, con elevata conduttività elettrica, punto di fusione 660.C.... ... Grande dizionario enciclopedico
Alluminio- Al (dal latino alumen nome dell'allume, usato anticamente come mordente per la tintura e la concia * a. alluminio; n. Alluminio; f. alluminio; i. aluminio), chimico. elemento del gruppo III periodico. Sistema Mendeleev, a. N. 13, alle. m.26.9815 ... Enciclopedia geologica
ALLUMINIO- ALLUMINIO, alluminio, molti altri. nessun marito (dal latino alumen alume). Metallo leggero malleabile bianco-argento. Il dizionario esplicativo di Ushakov. D.N. Ushakov. 1935 1940… Dizionario esplicativo di Ushakov
PROPRIETÀ DELL'ALLUMINIO
Contenuto:
Gradi di alluminio
Proprietà fisiche
Proprietà corrosive
Proprietà meccaniche
Proprietà tecnologiche
Applicazione
Gradi di alluminio.
L'alluminio è caratterizzato da elevata conduttività elettrica e termica, resistenza alla corrosione, duttilità e resistenza al gelo. La proprietà più importante dell'alluminio è la sua bassa densità (circa 2,70 g/cc). Il punto di fusione dell'alluminio è di circa 660 C.
Le proprietà fisico-chimiche, meccaniche e tecnologiche dell'alluminio dipendono molto dal tipo e dalla quantità di impurità, peggiorando gran parte delle proprietà del metallo puro.Le principali impurità naturali dell'alluminio sono ferro e silicio. Il ferro, ad esempio, è presente come fase Fe-Al indipendente,riduce la conduttività elettrica e la resistenza alla corrosione, compromette la duttilità, ma aumenta leggermente la resistenza dell'alluminio.
A seconda del grado di purificazione, l'alluminio primario è suddiviso in alluminio ad alta purezza e tecnica (GOST 11069-2001). L'alluminio tecnico comprende anche i gradi contrassegnati con AD, AD1, AD0, AD00 (GOST 4784-97). L'alluminio tecnico di tutti i gradi è prodotto mediante elettrolisi di fusioni di criolite-allumina. L'alluminio ad elevata purezza si ottiene mediante un'ulteriore purificazione dell'alluminio tecnico. Le caratteristiche delle proprietà dell'alluminio di elevata e speciale purezza sono discusse nei libri
1) Metallurgia dell'alluminio e delle sue leghe. Ed. I.N.Fridlyander. M.1971.2) Proprietà meccaniche e tecnologiche dei metalli. A.V.Bobylev. M.1980.La tabella seguente fornisce informazioni abbreviate sulla maggior parte dei gradi di alluminio. Viene inoltre indicato il contenuto delle sue principali impurità naturali: silicio e ferro.
| Marca | Al, % | Sì,% | Fe,% | Applicazioni |
| Alluminio ad alta purezza | ||||
| A995 | 99.995 | 0.0015 | 0.0015 | Attrezzature chimiche Lamina per piastre di condensatori Scopi speciali |
| A98 | 99.98 | 0.006 | 0.006 |
|
| A95 | 99.95 | 0.02 | 0.025 |
|
| Alluminio di grado tecnico | ||||
| A8 AD000 | 99.8 | 0.10 0.15 | 0.12 0.15 | Vergella per la produzione prodotti di cavi e fili (da A7E e A5E). Materie prime per la produzione delle leghe di alluminio Foglio Prodotti laminati (verghe, nastri, lamiere, fili, tubi) |
| A7 AD00 | 99.7 | 0.15 | 0.16 0.25 |
|
| A6 | 99.6 | 0.18 | 0.25 |
|
| A5E | 99.5 | 0.10 | 0.20 |
|
| A5 AD0 | 99.5 | 0.25 0.25 | 0.30 0.40 |
|
| d.C.1 | 99.3 | 0.30 | 0.30 |
|
| A0 INFERNO | 99.0 | 0.95 In totale fino all'1,0% |
||
La principale differenza pratica tra l’alluminio tecnico e quello altamente purificato è legata alle differenze nella resistenza alla corrosione in determinati ambienti. Naturalmente, maggiore è il grado di purificazione dell'alluminio, più costoso sarà.
L'alluminio ad alta purezza viene utilizzato per scopi speciali. L'alluminio tecnico viene utilizzato per la produzione di leghe di alluminio, prodotti in cavi e fili e prodotti laminati. Successivamente parleremo dell’alluminio tecnico.
Conduttività elettrica.
La proprietà più importante dell'alluminio è la sua elevata conduttività elettrica, in cui è secondo solo all'argento, al rame e all'oro. La combinazione di alta conduttività elettrica e bassa densità consente all'alluminio di competere con il rame nel campo dei cavi e dei fili.
Oltre al ferro e al silicio, la conduttività elettrica dell'alluminio è fortemente influenzata da cromo, manganese e titanio. Pertanto, nell'alluminio destinato alla produzione di conduttori di corrente, viene regolato il contenuto di molte più impurità. Pertanto, nell'alluminio A5E con un contenuto consentito di ferro dello 0,35% e di silicio dello 0,12%, la somma delle impurità Cr + V + Ti + Mn non deve superare solo lo 0,01%.
La conduttività elettrica dipende dallo stato del materiale. La ricottura a lungo termine a 350 C migliora la conduttività, mentre l'indurimento a freddo peggiora la conduttività.
Il valore della resistività elettrica alla temperatura di 20 C èOhm*mm 2 /m o μOhm*m :
0,0277 – filo di alluminio ricotto di grado A7E
0.0280 – filo di alluminio ricotto di grado A5E
0,0290 – dopo la pressatura, senza trattamento termico da alluminio AD0
Pertanto, la resistività elettrica dei conduttori in alluminio è circa 1,5 volte superiore alla resistenza elettrica dei conduttori in rame. Di conseguenza, la conduttività elettrica (il reciproco della resistività) dell'alluminio è pari al 60-65% della conduttività elettrica del rame. La conduttività elettrica dell'alluminio aumenta al diminuire della quantità di impurità.
Il coefficiente di temperatura della resistenza elettrica dell'alluminio (0,004) è approssimativamente uguale a quello del rame.
Conduttività termicaLa conduttività termica dell'alluminio a 20 C è di circa 0,50 cal/cm*s*C e aumenta con l'aumentare della purezza del metallo. In termini di conduttività termica, l'alluminio è secondo solo all'argento e al rame (circa 0,90), tre volte superiore alla conduttività termica dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Questa proprietà determina l'utilizzo dell'alluminio nel raffreddamento dei radiatori e degli scambiatori di calore.
Altre proprietà fisiche.
L'alluminio ha un valore molto alto capacità termica specifica(circa 0,22 cal/g*C). Questo è significativamente superiore a quello della maggior parte dei metalli (rame – 0,09). Calore specifico di fusione anche molto elevato (circa 93 cal/g). Per fare un confronto, per il rame e il ferro questo valore è di circa 41-49 cal/g.
Riflettività l'alluminio dipende molto dalla sua purezza. Per un foglio di alluminio con una purezza del 99,2%, la riflettività della luce bianca è del 75%, mentre per un foglio con un contenuto di alluminio del 99,5%, la riflettività è già dell'84%.
Proprietà di corrosione dell'alluminio.L'alluminio stesso è un metallo molto reattivo. Ciò è legato al suo utilizzo nell'alluminotermia e nella produzione di esplosivi. Tuttavia, nell'aria, l'alluminio è rivestito da una sottile pellicola (circa un micron) di ossido di alluminio. Possedendo elevata resistenza e inerzia chimica, protegge l'alluminio da ulteriore ossidazione e determina le sue elevate proprietà anticorrosive in molti ambienti.
Nell'alluminio di elevata purezza, la pellicola di ossido è continua e non porosa e ha un'adesione molto forte all'alluminio. Pertanto, l'alluminio di elevata purezza è molto resistente agli acidi inorganici, agli alcali, all'acqua di mare e all'aria. L'adesione della pellicola di ossido all'alluminio nei punti in cui si trovano le impurità si deteriora notevolmente e questi luoghi diventano vulnerabili alla corrosione. Pertanto, l'alluminio di purezza tecnica ha meno resistenza. Ad esempio, rispetto all'acido cloridrico debole, la resistenza dell'alluminio raffinato e tecnico differisce di 10 volte.
La corrosione per vaiolatura è comune sull'alluminio (e sulle sue leghe). Pertanto, la stabilità dell’alluminio e delle sue leghe in molti ambienti è determinata non dai cambiamenti nel peso dei campioni o dalla velocità di penetrazione della corrosione, ma dai cambiamenti nelle proprietà meccaniche.
L'influenza principale sulle proprietà di corrosione dell'alluminio tecnico è il contenuto di ferro. Pertanto, il tasso di corrosione di una soluzione di HCl al 5% per diverse marche è (in):
| Marca | ContenutoAl | Contenuto Fe | Tasso di corrosione |
| A7 | 99.7 % | < 0.16 % | 0.25 – 1.1 |
| A6 | 99.6% | < 0.25% | 1.2 – 1.6 |
| A0 | 99.0% | < 0.8% | 27 - 31 |
La presenza del ferro riduce inoltre la resistenza dell'alluminio agli alcali, ma non pregiudica la resistenza all'acido solforico e nitrico. In generale, la resistenza alla corrosione dell'alluminio tecnico, a seconda della purezza, si deteriora nel seguente ordine: A8 e AD000, A7 e AD00, A6, A5 e AD0, AD1, A0 e AD.
A temperature superiori a 100°C, l'alluminio reagisce con il cloro. L'alluminio non interagisce con l'idrogeno, ma lo dissolve bene, quindi è il componente principale dei gas presenti nell'alluminio. Il vapore acqueo, che si dissocia a 500 C, ha un effetto dannoso sull'alluminio; a temperature più basse l'effetto del vapore è trascurabile.
L'alluminio è resistente ai seguenti ambienti:
Atmosfera industriale
Acqua dolce naturale fino a temperature di 180 C. La velocità di corrosione aumenta con l'aerazione,
impurità di soda caustica, acido cloridrico e soda.
Acqua di mare
Acido nitrico concentrato
Sali acidi di sodio, magnesio, ammonio, iposolfito.
Soluzioni deboli (fino al 10%) di acido solforico,
Acido solforico al 100%.
Soluzioni deboli di fosforo (fino all'1%), cromo (fino al 10%)
Acido borico in qualsiasi concentrazione
Aceto, limone, vino. acido malico, succhi di frutta acidi, vino
Soluzione di ammoniaca
L'alluminio è instabile in tali ambienti:
Acido nitrico diluito
Acido cloridrico
Acido solforico diluito
Acido fluoridrico e bromidrico
Acido ossalico, formico
Soluzioni di alcali caustici
Acqua contenente sali di mercurio, rame, ioni di cloro, che distruggono la pellicola di ossido.
Corrosione da contattoA contatto con la maggior parte dei metalli e delle leghe industriali, l'alluminio funge da anodo e la sua corrosione aumenterà.
Proprietà meccanicheModulo elastico E = 7000-7100 kgf/mm 2 per alluminio tecnico a 20 C. All'aumentare della purezza dell'alluminio il suo valore diminuisce (6700 per A99).
Modulo di taglio G = 2700 kgf/mm2.
Di seguito sono riportati i principali parametri delle proprietà meccaniche dell'alluminio tecnico:
Parametro | Unità modifica | Deforme | Ricotto |
Forza di rendimento? 0.2 | kgf/mm2 | 8 - 12 | 4 - 8 |
Resistenza alla trazione? V | kgf/mm2 | 13 - 16 | |
Allungamento a rottura? | 5 – 10 | 30 – 40 |
|
Restringimento relativo alla pausa | 50 - 60 | 70 - 90 |
|
Resistenza al taglio | kgf/mm2 | ||
Durezza | NV | 30 - 35 |
Gli indicatori forniti sono molto indicativi:
1) Per l'alluminio ricotto e fuso questi valori dipendono dal tipo di alluminio tecnico. Maggiore è il numero di impurità, maggiore è la resistenza e la durezza e minore è la duttilità. Ad esempio, la durezza dell'alluminio pressofuso è: per A0 - 25HB, per A5 - 20HB e per l'alluminio di elevata purezza A995 - 15HB. Il carico di rottura per questi casi è: 8,5; 7,5 e 5 kgf/mm 2 , e relativo allungamento 20; 30 e 45% rispettivamente.
2) Per l'alluminio deformato le proprietà meccaniche dipendono dal grado di deformazione, dal tipo di prodotto laminato e dalle sue dimensioni. Ad esempio, la resistenza alla trazione è di almeno 15-16 kgf/mm 2 per il filo e 8 – 11 kgf/mm 2 per i tubi.
In ogni caso, però, l’alluminio tecnico è un metallo tenero e fragile. Il basso carico di snervamento (anche per l'acciaio lavorato a freddo non supera i 12 kgf/mm2) limita l'utilizzo dell'alluminio in termini di carichi ammissibili.
L'alluminio ha un limite di scorrimento basso: a 20 C - 5 kgf/mm 2 e a 200 C - 0,7 kgf/mm 2. Per fare un confronto: per il rame questi valori sono rispettivamente 7 e 5 kgf/mm 2 .
Il basso punto di fusione e la temperatura alla quale inizia la ricristallizzazione (per l'alluminio tecnico è di circa 150 C) e il basso limite di scorrimento viscoso limitano l'intervallo di temperature di funzionamento dell'alluminio sul lato ad alta temperatura.
La duttilità dell'alluminio non si deteriora alle basse temperature, fino all'elio. Quando la temperatura scende da +20 C a - 269 C, la resistenza alla trazione aumenta di 4 volte per l'alluminio tecnico e di 7 volte per l'alluminio di elevata purezza. In questo caso il limite elastico aumenta di 1,5 volte.
La resistenza al gelo dell'alluminio ne consente l'utilizzo in dispositivi e strutture criogeniche.
Proprietà tecnologiche.
L'elevata duttilità dell'alluminio consente di produrre fogli (fino a 0,004 mm di spessore), prodotti imbutiti e utilizzarli per rivetti.
L'alluminio di purezza tecnica mostra fragilità alle alte temperature.
La capacità di taglio è molto bassa.
La temperatura di ricottura di ricristallizzazione è 350-400 C, la temperatura di rinvenimento è 150 C.
Saldabilità.
Le difficoltà nella saldatura dell'alluminio sono dovute 1) alla presenza di un forte film di ossido inerte, 2) all'elevata conduttività termica.
Tuttavia, l’alluminio è considerato un metallo altamente saldabile. La saldatura ha la resistenza del metallo base (allo stato ricotto) e le stesse proprietà di corrosione. Per dettagli sulla saldatura dell'alluminio vedere, ad esempio,www. sito di saldatura.com.u.a.
Applicazione.
A causa della sua bassa resistenza, l'alluminio viene utilizzato solo per elementi strutturali non caricati quando sono importanti un'elevata conduttività elettrica o termica, resistenza alla corrosione, duttilità o saldabilità. Le parti sono collegate mediante saldatura o rivetti. L'alluminio tecnico viene utilizzato sia per i prodotti fusi che per quelli laminati.
Nel magazzino dell'azienda sono costantemente disponibili lamiere, fili e pneumatici in alluminio tecnico.
(vedi le pagine corrispondenti del sito). Su richiesta sono disponibili lingotti A5-A7.
Preparazione dell'allume di potassio
Alluminio(latino: alluminio), – nella tavola periodica, l'alluminio si trova nel terzo periodo, nel sottogruppo principale del terzo gruppo. Carica principale +13. La struttura elettronica dell'atomo è 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Il raggio atomico metallico è 0,143 nm, il raggio covalente è 0,126 nm, il raggio convenzionale dello ione Al 3+ è 0,057 nm. Energia di ionizzazione Al – Al + 5,99 eV.
Lo stato di ossidazione più caratteristico dell'atomo di alluminio è +3. Raramente si verificano stati di ossidazione negativi. Ci sono sottolivelli d liberi nello strato elettronico esterno dell'atomo. Per questo motivo, il suo numero di coordinazione nei composti può essere non solo 4 (AlCl 4-, AlH 4-, alluminosilicati), ma anche 6 (Al 2 O 3, 3+).
Riferimento storico. Il nome Alluminio deriva dal latino. alumen - quindi nel 500 a.C. chiamato allume di alluminio, che veniva utilizzato come mordente per la tintura dei tessuti e per la concia delle pelli. Lo scienziato danese H. K. Oersted nel 1825, agendo con l'amalgama di potassio su AlCl 3 anidro e poi distillando il mercurio, ottenne alluminio relativamente puro. Il primo metodo industriale per produrre l'alluminio fu proposto nel 1854 dal chimico francese A.E. Sainte-Clair Deville: il metodo consisteva nella riduzione del doppio cloruro di alluminio e sodio Na 3 AlCl 6 con sodio metallico. Di colore simile all'argento, all'inizio l'alluminio era molto costoso. Dal 1855 al 1890 furono prodotte solo 200 tonnellate di alluminio. Il moderno metodo di produzione dell'alluminio mediante elettrolisi della fusione di criolite-allumina fu sviluppato nel 1886 contemporaneamente e indipendentemente da C. Hall negli Stati Uniti e P. Heroux in Francia.
Essere nella natura
L'alluminio è il metallo più comune nella crosta terrestre. Rappresenta 5,5–6,6 mol. frazione% o 8% in peso La sua massa principale è concentrata negli alluminosilicati. Un prodotto estremamente comune della distruzione delle rocce da essi formate è l'argilla, la cui composizione principale corrisponde alla formula Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Tra le altre forme naturali di alluminio, la bauxite Al 2 O 3 è quella di maggiore importanza. xH 2 O e minerali corindone Al 2 O 3 e criolite AlF 3 . 3NaF.
Ricevuta
Attualmente, nell'industria, l'alluminio viene prodotto mediante elettrolisi di una soluzione di allumina Al 2 O 3 nella criolite fusa. Al 2 O 3 deve essere abbastanza puro, poiché le impurità sono difficili da rimuovere dall'alluminio fuso. Il punto di fusione di Al 2 O 3 è circa 2050 o C e la criolite è 1100 o C. Una miscela fusa di criolite e Al 2 O 3 contenente circa il 10% in peso di Al 2 O 3 viene sottoposta ad elettrolisi, che fonde a 960 o C e ha conduttività elettrica, densità e viscosità, più favorevoli per il processo. Con l'aggiunta di AlF 3, CaF 2 e MgF 2 l'elettrolisi diventa possibile a 950 o C.
L'elettrolizzatore per la fusione dell'alluminio è un involucro di ferro rivestito internamente da mattoni refrattari. Il suo fondo (sotto), assemblato da blocchi di carbone compresso, funge da catodo. Gli anodi si trovano in alto: si tratta di telai in alluminio riempiti con bricchette di carbone.
Al2O3 = Al3+ + AlO33-
L'alluminio liquido viene rilasciato al catodo:
Al 3+ + 3е - = Al
L'alluminio viene raccolto sul fondo del forno, da dove viene periodicamente rilasciato. L'ossigeno viene rilasciato all'anodo:
4AlO33- – 12e - = 2Al2O3 + 3O2
L'ossigeno ossida la grafite in ossidi di carbonio. Man mano che il carbonio brucia, si forma l'anodo.
L'alluminio viene anche utilizzato come additivo legante per molte leghe per conferire loro resistenza al calore.
Proprietà fisiche dell'alluminio. L'alluminio combina un insieme di proprietà molto preziose: bassa densità, elevata conduttività termica ed elettrica, elevata duttilità e buona resistenza alla corrosione. Può essere facilmente forgiato, stampato, laminato, trafilato. L'alluminio è ben saldato mediante gas, contatto e altri tipi di saldatura. Il reticolo di alluminio è cubico a facce centrate con parametro a = 4,0413 Å. Le proprietà dell'Alluminio, come di tutti i metalli, dipendono quindi dalla sua purezza. Proprietà dell'alluminio ad elevata purezza (99,996%): densità (a 20 °C) 2698,9 kg/m 3 ; tpl 660,24 °C; punto di ebollizione circa 2500 °C; coefficiente di dilatazione termica (da 20° a 100 °C) 23,86·10 -6; conduttività termica (a 190 °C) 343 W/m·K, capacità termica specifica (a 100 °С) 931,98 J/kg·K. ; conducibilità elettrica rispetto al rame (a 20°C) 65,5%. L'alluminio ha una bassa resistenza (resistenza alla trazione 50–60 Mn/m2), durezza (170 Mn/m2 secondo Brinell) ed elevata duttilità (fino al 50%). Durante la laminazione a freddo, la resistenza alla trazione dell'alluminio aumenta fino a 115 Mn/m2, la durezza fino a 270 Mn/m2, l'allungamento relativo diminuisce al 5% (1 Mn/m2 ~ e 0,1 kgf/mm2). L'alluminio è altamente lucidato, anodizzato e ha un'elevata riflettività vicina all'argento (riflette fino al 90% dell'energia luminosa incidente). Avendo un'elevata affinità con l'ossigeno, l'alluminio nell'aria è ricoperto da una pellicola sottile ma molto resistente di ossido di Al 2 O 3, che protegge il metallo da ulteriore ossidazione e ne determina le elevate proprietà anticorrosive. La resistenza del film di ossido e il suo effetto protettivo diminuiscono notevolmente in presenza di impurità di mercurio, sodio, magnesio, rame, ecc. L'alluminio è resistente alla corrosione atmosferica, al mare e all'acqua dolce, praticamente non interagisce con nitrico concentrato o altamente diluito acido, acidi organici, prodotti alimentari.
Proprietà chimiche
Quando l'alluminio finemente tritato viene riscaldato, brucia vigorosamente nell'aria. La sua interazione con lo zolfo procede in modo simile. La combinazione con cloro e bromo avviene a temperature normali e con iodio - quando riscaldata. A temperature molto elevate, l'alluminio si combina direttamente anche con l'azoto e il carbonio. Al contrario, non interagisce con l'idrogeno.
L'alluminio è abbastanza resistente all'acqua. Ma se l'effetto protettivo del film di ossido viene rimosso meccanicamente o per amalgama, si verifica una reazione vigorosa:
HNO3 e H2SO4 altamente diluiti e molto concentrati non hanno quasi alcun effetto sull'alluminio (al freddo), mentre a concentrazioni medie di questi acidi si dissolve gradualmente. L'alluminio puro è abbastanza resistente all'acido cloridrico, ma in esso si dissolve il normale metallo industriale.
Quando l'alluminio viene esposto a soluzioni acquose di alcali, lo strato di ossido si dissolve e si formano alluminati - sali contenenti alluminio come parte dell'anione:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na
L'alluminio, privo di pellicola protettiva, interagisce con l'acqua, spostandone l'idrogeno:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
L'idrossido di alluminio risultante reagisce con l'eccesso di alcali, formando idrossialluminato:
Al(OH)3 + NaOH = Na
L'equazione generale per la dissoluzione dell'alluminio in una soluzione acquosa alcalina:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
L'alluminio si dissolve notevolmente in soluzioni di sali che, a causa della loro idrolisi, hanno una reazione acida o alcalina, ad esempio in una soluzione di Na 2 CO 3.
Nella serie delle sollecitazioni si trova tra Mg e Zn. In tutti i suoi composti stabili, l'alluminio è trivalente.
La combinazione dell'alluminio con l'ossigeno è accompagnata da un enorme rilascio di calore (1676 kJ/mol Al 2 O 3), significativamente maggiore di quello di molti altri metalli. In considerazione di ciò, quando viene riscaldata una miscela dell'ossido del metallo corrispondente con polvere di alluminio, si verifica una reazione violenta che porta al rilascio di metallo libero dall'ossido prelevato. Il metodo di riduzione con Al (alluminotermia) viene spesso utilizzato per ottenere più elementi (Cr, Mn, V, W, ecc.) allo stato libero.
L'alluminotermia viene talvolta utilizzata per saldare singole parti in acciaio, in particolare i giunti delle rotaie del tram. La miscela utilizzata (“thermite”) è solitamente costituita da polveri fini di alluminio e Fe 3 O 4 . Si accende utilizzando una miccia composta da una miscela di Al e BaO 2. La reazione principale segue l'equazione:
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe + 3350 kJ
Inoltre, la temperatura si sviluppa intorno ai 3000 o C.
L'ossido di alluminio è un ossido bianco, molto refrattario (pf 2050 o C) e insolubile nella massa acquosa. L'Al 2 O 3 naturale (corindone minerale), così come quelli ottenuti artificialmente e poi altamente calcinati, si distinguono per elevata durezza e insolubilità negli acidi. Al 2 O 3 (la cosiddetta allumina) può essere convertito in uno stato solubile mediante fusione con alcali.
Tipicamente, il corindone naturale contaminato con ossido di ferro, a causa della sua estrema durezza, viene utilizzato per realizzare mole, pietre per affilare, ecc. In forma finemente tritata, si chiama smeriglio e viene utilizzato per pulire le superfici metalliche e produrre carta vetrata. Per gli stessi scopi viene spesso utilizzato Al 2 O 3, ottenuto dalla fusione della bauxite (nome tecnico - alundum).
Cristalli di corindone colorati trasparenti - rubino rosso - una miscela di cromo - e zaffiro blu - una miscela di titanio e ferro - pietre preziose. Vengono anche ottenuti artificialmente e utilizzati per scopi tecnici, ad esempio per la fabbricazione di parti per strumenti di precisione, pietre per orologi, ecc. I cristalli di rubino contenenti una piccola miscela di Cr 2 O 3 vengono utilizzati come generatori quantistici: laser che creano un raggio diretto di radiazione monocromatica.
A causa dell'insolubilità di Al 2 O 3 in acqua, l'idrossido Al(OH) 3 corrispondente a questo ossido può essere ottenuto solo indirettamente dai sali. La preparazione dell'idrossido può essere rappresentata come il seguente schema. Sotto l'azione degli alcali, gli ioni OH – vengono gradualmente sostituiti da 3+ molecole d'acqua negli acquacomplessi:
3+ + OH - = 2+ + H2O
2+ + OH - = + + H2O
OH - = 0 + H2O
Al(OH) 3 è un voluminoso precipitato gelatinoso di colore bianco, praticamente insolubile in acqua, ma facilmente solubile negli acidi e negli alcali forti. Ha quindi carattere anfotero. Tuttavia, le sue proprietà basiche e soprattutto acide sono espresse piuttosto debolmente. L'idrossido di alluminio è insolubile in eccesso di NH 4 OH. Una delle forme di idrossido disidratato, il gel di alluminio, viene utilizzata nella tecnologia come adsorbente.
Quando si interagisce con alcali forti, si formano gli alluminati corrispondenti:
NaOH + Al(OH)3 = Na
Gli alluminati dei metalli monovalenti più attivi sono altamente solubili in acqua, ma a causa della forte idrolisi, le loro soluzioni sono stabili solo in presenza di un sufficiente eccesso di alcali. Gli alluminati, prodotti da basi più deboli, sono quasi completamente idrolizzati in soluzione e quindi possono essere ottenuti solo per via secca (fondendo Al 2 O 3 con ossidi dei metalli corrispondenti). Si formano metaalluminati, la cui composizione deriva dall'acido metaalluminio HAlO 2. La maggior parte di essi sono insolubili in acqua.
Al(OH)3 forma sali con gli acidi. I derivati della maggior parte degli acidi forti sono altamente solubili in acqua, ma sono idrolizzati in modo abbastanza significativo e quindi le loro soluzioni mostrano una reazione acida. I sali di alluminio solubili e gli acidi deboli sono ancora più idrolizzati. A causa dell'idrolisi, solfuro, carbonato, cianuro e alcuni altri sali di alluminio non possono essere ottenuti da soluzioni acquose.
In un ambiente acquoso, l'anione Al 3+ è direttamente circondato da sei molecole d'acqua. Uno ione così idratato è alquanto dissociato secondo lo schema:
3+ + H2O = 2+ + OH3 +
La sua costante di dissociazione è 1. 10 -5, cioè è un acido debole (vicino in forza all'acido acetico). L'ambiente ottaedrico di Al 3+ con sei molecole d'acqua è conservato anche negli idrati cristallini di numerosi sali di alluminio.
Gli alluminosilicati possono essere considerati silicati in cui parte dei tetraedri di silicio-ossigeno SiO 4 4 - è sostituita da tetraedri di alluminio-ossigeno AlO 4 5. Tra gli alluminosilicati, i più comuni sono i feldspati, che rappresentano più della metà della massa dei silicati la crosta terrestre. I loro principali rappresentanti sono i minerali
ortoclasio K 2 Al 2 Si 6 O 16 o K 2 O . Al2O3. 6SiO2
albite Na 2 Al 2 Si 6 O 16 o Na 2 O. Al2O3. 6SiO2
anortite CaAl 2 Si 2 O 8 o CaO. Al2O3. 2SiO2
Molto comuni sono i minerali del gruppo delle miche, ad esempio la muscovite Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Di grande importanza pratica è il minerale nefelina (Na, K) 2, utilizzato per produrre allumina, prodotti a base di soda e cemento. Questa produzione consiste nelle seguenti operazioni: a) la nefelina e il calcare vengono sinterizzati in forni tubolari a 1200 o C:
(Na, K)2 + 2CaCO3 = 2CaSiO3 + NaAlO2 + KAlO2 + 2CO2
b) la massa risultante viene lisciviata con acqua - si forma una soluzione di alluminati di sodio e potassio e una sospensione di CaSiO 3:
NaAlO2 + KAlO2 + 4H2O = Na + K
c) La CO 2 formata durante la sinterizzazione viene fatta passare attraverso la soluzione di alluminato:
Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2 Al(OH) 3
d) riscaldando Al(OH) 3 si ottiene l'allumina:
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O
e) mediante evaporazione delle acque madri si separano la soda e la potatura, ed i fanghi precedentemente ottenuti vengono utilizzati per la produzione del cemento.
Quando si produce 1 tonnellata di Al 2 O 3, si ottengono 1 tonnellata di prodotti a base di soda e 7,5 tonnellate di cemento.
Alcuni alluminosilicati hanno una struttura sciolta e sono capaci di scambio ionico. Tali silicati – naturali e soprattutto artificiali – vengono utilizzati per l'addolcimento dell'acqua. Inoltre, grazie alla loro superficie altamente sviluppata, vengono utilizzati come supporti catalitici, ad es. come materiali impregnati con un catalizzatore.
Gli alogenuri di alluminio in condizioni normali sono sostanze cristalline incolori. Nella serie degli alogenuri di alluminio, AlF 3 ha proprietà molto diverse dai suoi analoghi. È refrattario, leggermente solubile in acqua e chimicamente inattivo. Il metodo principale per produrre AlF 3 si basa sull'azione dell'HF anidro su Al 2 O 3 o Al:
Al2O3 + 6HF = 2AlF3 + 3H2O
I composti di alluminio con cloro, bromo e iodio sono fusibili, molto reattivi e altamente solubili non solo in acqua, ma anche in molti solventi organici. L'interazione degli alogenuri di alluminio con l'acqua è accompagnata da un significativo rilascio di calore. In soluzione acquosa sono tutti altamente idrolizzati, ma a differenza dei tipici alogenuri non metallici acidi, la loro idrolisi è incompleta e reversibile. Essendo notevolmente volatili anche in condizioni normali, AlCl 3, AlBr 3 e AlI 3 fumano nell'aria umida (a causa dell'idrolisi). Possono essere ottenuti per interazione diretta di sostanze semplici.
Le densità di vapore di AlCl 3, AlBr 3 e AlI 3 a temperature relativamente basse corrispondono più o meno esattamente alle doppie formule: Al 2 Hal 6. La struttura spaziale di queste molecole corrisponde a due tetraedri con un bordo comune. Ciascun atomo di alluminio è legato a quattro atomi di alogeno e ciascuno degli atomi di alogeno centrali è legato a entrambi gli atomi di alluminio. Dei due legami dell'atomo centrale di alogeno, uno è donatore-accettore, mentre l'alluminio funge da accettore.
Con i sali alogenuri di numerosi metalli monovalenti, gli alogenuri di alluminio formano composti complessi, principalmente dei tipi M 3 e M (dove Hal è cloro, bromo o iodio). La tendenza alle reazioni di addizione è generalmente molto pronunciata negli alogenuri considerati. Questo è proprio il motivo dell'uso tecnico più importante di AlCl 3 come catalizzatore (nella raffinazione del petrolio e nelle sintesi organiche).
Tra i fluoroalluminati, il maggiore utilizzo (per la produzione di Al, F 2, smalti, vetro, ecc.) è la criolite Na 3. La produzione industriale della criolite artificiale si basa sul trattamento dell'idrossido di alluminio con acido fluoridrico e soda:
2Al(OH)3 + 12HF + 3Na2CO3 = 2Na3 + 3CO2 + 9H2O
Cloro-, bromo- e iodoalluminati si ottengono fondendo trialogenuri di alluminio con alogenuri dei metalli corrispondenti.
Sebbene l'alluminio non reagisca chimicamente con l'idrogeno, l'idruro di alluminio può essere ottenuto indirettamente. È una massa amorfa bianca di composizione (AlH 3) n. Si decompone se riscaldato oltre 105 o C con rilascio di idrogeno.
Quando AlH 3 interagisce con gli idruri basici in una soluzione eterea, si formano idroalluminati:
LiH + AlH3 = Li
Gli idridoalluminati sono solidi bianchi. Si decompone rapidamente con l'acqua. Sono forti agenti riducenti. Sono utilizzati (soprattutto Li) nella sintesi organica.
Solfato di alluminio Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O si ottiene dall'azione dell'acido solforico caldo sull'ossido di alluminio o sul caolino. Viene utilizzato per la purificazione dell'acqua, nonché nella preparazione di alcuni tipi di carta.
Allume di potassio e alluminio KAl(SO 4) 2. Il 12H 2 O viene utilizzato in grandi quantità per la concia delle pelli e anche nell'industria della tintura come mordente per i tessuti di cotone. In quest'ultimo caso, l'effetto dell'allume si basa sul fatto che l'idrossido di alluminio formato a seguito della sua idrolisi si deposita nelle fibre del tessuto in uno stato finemente disperso e, adsorbendo il colorante, lo trattiene saldamente sulla fibra.
Tra gli altri derivati dell'alluminio è da menzionare il suo acetato (altrimenti sale dell'acido acetico) Al(CH 3 COO) 3, utilizzato nella tintura dei tessuti (come mordente) e in medicina (lozioni e impacchi). Il nitrato di alluminio è facilmente solubile in acqua. Il fosfato di alluminio è insolubile in acqua e acido acetico, ma solubile in acidi forti e alcali.
Alluminio nel corpo. L'alluminio fa parte dei tessuti degli animali e delle piante; negli organi dei mammiferi è stato ritrovato dal 10 -3 al 10 -5% di Alluminio (su base grezza). L'alluminio si accumula nel fegato, nel pancreas e nelle ghiandole tiroidee. Nei prodotti vegetali, il contenuto di alluminio varia da 4 mg per 1 kg di sostanza secca (patate) a 46 mg (rape gialle), nei prodotti di origine animale - da 4 mg (miele) a 72 mg per 1 kg di sostanza secca ( manzo). Nella dieta umana quotidiana, il contenuto di alluminio raggiunge i 35-40 mg. Gli organismi che concentrano l'alluminio sono noti, ad esempio, i muschi (Lycopodiaceae), che contengono fino al 5,3% di alluminio nelle loro ceneri, e i molluschi (Helix e Lithorina), che contengono lo 0,2–0,8% di alluminio nelle loro ceneri. Formando composti insolubili con i fosfati, l'alluminio interrompe la nutrizione delle piante (assorbimento dei fosfati da parte delle radici) e degli animali (assorbimento dei fosfati nell'intestino).
Geochimica dell'alluminio. Le caratteristiche geochimiche dell'alluminio sono determinate dalla sua elevata affinità per l'ossigeno (nei minerali, l'alluminio è incluso negli ottaedri e nei tetraedri dell'ossigeno), dalla valenza costante (3) e dalla bassa solubilità della maggior parte dei composti naturali. Nei processi endogeni durante la solidificazione del magma e la formazione di rocce ignee, l'alluminio entra nel reticolo cristallino di feldspati, miche e altri minerali: alluminosilicati. Nella biosfera, l’alluminio è un debole migrante; è scarso negli organismi e nell’idrosfera. In un clima umido, dove i resti in decomposizione di un'abbondante vegetazione formano molti acidi organici, l'alluminio migra nei suoli e nelle acque sotto forma di composti colloidali organominerali; l'alluminio viene adsorbito dai colloidi e depositato nella parte inferiore dei terreni. Il legame tra alluminio e silicio è parzialmente rotto e in alcuni luoghi dei tropici si formano minerali - idrossidi di alluminio - boehmite, diaspore, idrargillite. La maggior parte dell'alluminio fa parte degli alluminosilicati: caolinite, beidellite e altri minerali argillosi. La debole mobilità determina l'accumulo residuo di alluminio nella crosta esposta agli agenti atmosferici dei tropici umidi. Di conseguenza, si forma bauxite eluviale. Nelle epoche geologiche passate, la bauxite si accumulava anche nei laghi e nelle zone costiere dei mari delle regioni tropicali (ad esempio, le bauxiti sedimentarie del Kazakistan). Nelle steppe e nei deserti, dove c'è poca materia vivente e le acque sono neutre e alcaline, l'alluminio quasi non migra. La migrazione dell’alluminio è più energica nelle aree vulcaniche, dove si osservano fiumi altamente acidi e acque sotterranee ricche di alluminio. Nei luoghi in cui le acque acide si mescolano con le acque marine alcaline (alla foce dei fiumi e altri), l'alluminio precipita con formazione di depositi di bauxite.
Applicazione dell'alluminio. La combinazione delle proprietà fisiche, meccaniche e chimiche dell'alluminio determina il suo utilizzo diffuso in quasi tutti i settori della tecnologia, soprattutto sotto forma di leghe con altri metalli. Nell'ingegneria elettrica, l'alluminio sostituisce con successo il rame, soprattutto nella produzione di conduttori massicci, ad esempio in linee aeree, cavi ad alta tensione, sbarre di quadri elettrici, trasformatori (la conduttività elettrica dell'alluminio raggiunge il 65,5% della conduttività elettrica del rame e è più di tre volte più leggero del rame; a parità di conduttività, la massa dei fili di alluminio è la metà di quella del rame). L'alluminio ultrapuro viene utilizzato nella produzione di condensatori e raddrizzatori elettrici, la cui azione si basa sulla capacità del film di ossido di alluminio di far passare la corrente elettrica in una sola direzione. L'alluminio ultrapuro, purificato mediante fusione zonale, viene utilizzato per la sintesi di composti semiconduttori di tipo A III B V, utilizzati per la produzione di dispositivi a semiconduttore. L'alluminio puro viene utilizzato nella produzione di vari tipi di riflettori a specchio. L'alluminio di elevata purezza viene utilizzato per proteggere le superfici metalliche dalla corrosione atmosferica (rivestimento, vernice di alluminio). Possedendo una sezione trasversale di assorbimento dei neutroni relativamente bassa, l'alluminio viene utilizzato come materiale strutturale nei reattori nucleari.
I serbatoi in alluminio di grande capacità immagazzinano e trasportano gas liquidi (metano, ossigeno, idrogeno, ecc.), acido nitrico e acetico, acqua pulita, perossido di idrogeno e oli commestibili. L'alluminio è ampiamente utilizzato nelle attrezzature e negli apparecchi dell'industria alimentare, per l'imballaggio degli alimenti (sotto forma di fogli) e per la produzione di vari tipi di prodotti per la casa. Il consumo di alluminio per la finitura di edifici, strutture architettoniche, trasportistiche e sportive è in forte aumento.
In metallurgia, l'alluminio (oltre alle leghe a base di esso) è uno degli additivi di lega più comuni nelle leghe a base di Cu, Mg, Ti, Ni, Zn e Fe. L'alluminio viene utilizzato anche per disossidare l'acciaio prima di versarlo in uno stampo, nonché nei processi di produzione di alcuni metalli utilizzando il metodo dell'alluminotermia. Basato sull'alluminio, il SAP (polvere di alluminio sinterizzato) è stato creato utilizzando la metallurgia delle polveri, che ha un'elevata resistenza al calore a temperature superiori a 300 °C.
L'alluminio è utilizzato nella produzione di esplosivi (ammonal, alumotol). Vari composti di alluminio sono ampiamente utilizzati.
La produzione e il consumo di alluminio sono in continua crescita, superando significativamente il tasso di crescita della produzione di acciaio, rame, piombo e zinco.
Elenco della letteratura usata
1. V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin "Un breve libro di consultazione chimica"
2. L.S. Guzey "Lezioni di chimica generale"
3. N.S. Akhmetov “Chimica generale e inorganica”
4. B.V. Nekrasov “Libro di testo di chimica generale”
5. N.L. Glinka “Chimica generale”
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