Цей сріблястий метал застосовується в багатьох галузях промисловості: в автомобілебудуванні, літакобудуванні, в будівництві і безумовно, в електроенергетиці. Алюміній є 13 елементом в періодичній таблиці Дмитра Івановича Менделєєва. На даний момент підраховано, що на нього припадає приблизно 8% від всієї маси твердої земної кори і він є 3 хімічним елементом за поширеністю на планеті Земля, поступаючись місцем лише кисню і кремнію.
Історія відкриття
Але так як алюміній має високу хімічну активність, то в чистому вигляді він практично не зустрічається в природі, тому на відміну від багатьох інших металів про нього стало відомо тільки на початку XIX століття, коли алюміній був формально отримано.
У 1824 році датський фізик в процесі електролізу вперше отримав алюміній. Хоча метал і містив домішки ртуті і калію, цей випадок є першим доведеним випадком отримання алюмінію в лабораторних умовах.
Ім'я вченого, прівёдшего до революційного методу, було Ханс Крістіан Ерстед. Але знадобилося ще майже півстоліття, щоб розробити технології для отримання його в промисловому виробництві. Найбільше природний алюміній зустрічається в складі мінералів квасцов. Саме завдяки цьому мінералу алюміній і отримав свою назву, яке на латині звучить Alumen.
алюмінієва руда
У сучасному світі при виробництві алюмінію застосовують широко поширену в природі алюмінієву руду - боксити. Боксити є глинистої гірською породою, до складу якої входять різноманітні модифікації гідроксиду з такими домішками, як хром, кремній, титан, сірка, ванадій, карбонатні солі магнію, кальцій, залізо.
В боксити можна зустріти майже половину таблиці хімічних елементів Менделєєва. Цінність цієї руди полягає в тому, що крім однієї тонни алюмінію, видобутої з чотирьох тонн бокситів, цінність для промисловості мають і домішки. З бокситів в процесі переробки отримують білий порошок - оксид алюмінію (Al2O3), який ще має назву «глинозем». Саме з глинозему шляхом електролізу на сучасних підприємствах виробляють метал.
Роль електроенергетики в виробництві
При виробництві алюмінію витрачається колосальна кількість електроенергії. Для того щоб отримати одну тонну металу, енергії витрачається стільки, що її вистачило б на потреби 100-квартирного будинку на протязі цілого місяця. А саме 15 МВт * год. Тому більшість алюмінієвих заводів розташовуються недалеко від гідроелектростанцій, атомних електростанцій або мають власні теплові електростанції, а також розвинену структуру електроенергетичних систем і мереж.
властивості алюмінію
В алюмінії закладено рідкісне поєднання таких властивостей, як:
- невелика вага;
- пластика, електропровідність;
- можливість утворювати сплави з іншими металами.
Поверхня алюмінію завжди покрита найтоншої оксидною плівкою, яка є дуже міцною і не дозволяє алюмінію піддаватися корозії. Цей матеріал і в гарячому, і в холодному стані легко піддається обробці тиском. Такі методи обробки, як прокатка, штампування, волочіння часто виробляються на підприємстві при виробництві тих чи інших деталей.
Ще одна цінність алюмінію полягає в тому, що він не токсичний, не схильний до горіння і не потребує додаткової фарбуванні: це робить його застосування в авто- і авіабудуванні незамінним елементом. Гнучкість алюмінію дивує: з нього вдалося виготовити лист і дуже тонкий дріт товщиною всього в 4 мікрони, а товщини фольги - домогтися в три рази тонше волосся людини.
Завдяки можливості алюмінію утворювати сполуки з великою групою хімічних елементів з'явилася велика група сплавів. Наприклад, поєднання алюмінію і цинку використовується в створенні корпусів різних видів планшетів і телефонів, алюміній у поєднанні магнію і кремнію використовується при виробництві різних типів двигунів, в складі елементів шасі і всіляких двигунів. Різні сплави застосовуються і в електроенергетиці.
Сучасна наука продовжує вивчати і винаходити нові типи алюмінієвих сплавів. Сьогодні не існує жодної галузі промисловості, де б не використовувався алюміній. Можна з упевненістю сказати, що такі види промисловості, як авіаційна, космічна, енергетична, автомобільна, харчова, електронна отримали свою сучасну розвиток завдяки алюмінію і його сплавів.
Не можна не згадати про таку важливу властивість, як теплопровідність. Адже саме ця властивість металу потрібно при виробництві систем опалення, електропродукції, в авто- і авіабудуванні, при виготовленні гальмівних систем і тому подібних. Теплоємність - це процес перенесення теплової енергії в фізичних тілах або їх частки від гарячих об'єктів до холодних на основі закону Фур'є. Конкурентом алюмінію в даній області є мідь.
То який же метал має велику теплопровідність? Це не зовсім однозначний питання. Відомо, що алюміній по теплопровідності поступається міді при середніх температурах, але коли заходить мова про низьких температурах, а саме при 50 К, тоді теплопровідність алюмінію значно зростає, в той час як у міді теплопровідність стає нижче. Температура плавлення алюмінію складає 933, 61 К, це приблизно 660 ° C, в цей момент властивості Al, такі як теплопровідність і щільність, зменшуються.
Щільність сріблястого металу визначається його температурою і залежить від його стану. Так, при температурі в 27 ° C, щільність алюмінію відповідно дорівнює 2697 кг / м 3, а при температурі плавлення, яка дорівнює 660 ° C, його щільність дорівнює 2368 кг / м 3. Зниження щільності металу в залежності від температури обумовлюється його розширенням при безпосередньому нагріванні.
Таблиці властивостей алюмінію і міді
Далі, розглянемо таблиці фізичних властивостей і теплопровідності алюмінію і міді при відповідно різних температур.
- щільність Cu і Al, кг / м 3;
- Питома теплоємність Cu і Al, Дж / (кг · K);
- температуропровідність Cu і Al, м 2 / с;
- теплопровідність Cu і Al, Вт / (м · K);
- питомий електричний опір Cu і Al, Ом · м;
- функція Лоренца Cu і Al;
Таблиця фізичних властивостей алюмінію
| T, K | кг / м 3 | Дж / (кг · K) | м 2 / с | Вт / (м · K) | Ом · м | L / L0 |
| 50 | - | - | 358 | 1350 | 0.0478 / 0.0476 | - |
| 100 | 2.725 | 483.6 | 228 | 300.4 / 302 | 0.442 / 0.440 | - |
| 200 | 2.715 | 800.2 | 109 | 236.8 / 237 | 1.587 / 1.584 | 0.78 |
| 300 | 2.697 | 903.7 | 93.8 | 235.9 / 237 | 2.733 / 2.733 | 0.88 |
| 400 | 2.675 | 951.3 | 93.6 | 238.8 / 240 | 3.866 / 3.875 | 0.94 |
| 500 | 2.665 | 991.8 | 88.8 | 234.7 / 236 | 4.995 / 5.020 | 0.96 |
| 600 | 2.652 | 1036.7 | 83.7 | 230.1 / 230 | 6.130 / 6.122 | 0.95 |
| 700 | 2.626 | 1090.2 | 78.4 | 224.4 / 225 | 7.350 / 7.322 | 0.96 |
| 800 | 2.595 | 1153.8 | 73.6 | 220.4 / 218 | 8.700 / 8.614 | 0.97 |
| 900 | 2.560 | 1228.2 | 69.2 | 217.6 / 210 | 10.18 / 10.005 | 0.99 |
| 933.61s | 2.550 | 1255.8 | 68.0 | 217.7 / 208 | 10.74 / 10.565 | 1 |
| 933.61l | 2.368 | 1176.7 | 35.2 | 98.1 | - 24.77 | 1.06 |
| 1000 | 2.350 | 1176.7 | 36.4 | 100.6 | - 25.88 | 1.06 |
| 1200 | 2.290 | 1176.7 | 39.5 | 106.4 | - 28.95 | 1.04 |
| 1400 | - | 1176.7 | 42.4 | - | - 31.77 | - |
| 1600 | - | 1176.7 | 44.8 | - | - 34.40 | - |
| 1800 | - | 1176.7 | 46.8 | - | - 36.93 | - |
Таблиця фізичних властивостей міді
| T, K | кг / м 3 | Дж / (кг · K) | м 2 / с | Вт / (м · K) | Ом · м | L / L0 |
| 50 | - | - | - | 1250 | 0.0518 | - |
| 100 | - | - | - | 482 | 0.348 | - |
| 200 | - | - | 130 | 413 | 1.048 | - |
| 300 | 8.933 | 385.0 | 117 | 401.9 / 401 | 1.725 | 0.945 |
| 400 | 8.870 | 3.97.7 | 111 | 391.5 / 393 | 2.402 | 0.961 |
| 500 | 8.628 | 408.0 | 107 | 385.4 / 386 | 3.090 | 0.976 |
| 600 | 8.779 | 416.9 | 103 | 376, 9 / 379 | 3.792 | 0.976 |
| 700 | 8.726 | 425.1 | 99.7 | 369.7 / 373 | 4.514 | 0.976 |
| 800 | 8.656 | 432.9 | 96.3 | 360.8 / 366 | 5.262 | 0.973 |
| 900 | 8.622 | 441.7 | 93.3 | 355.3 / 359 | 6.041 | 0.979 |
| 1000 | 8.567 | 451.4 | 90.3 | 349.2 / 352 | 6.868 | 0.979 |
| 1100 | 8.509 | 464.3 | 85.5 | 337.6 / 346 | 7.717 | 0.972 |
| 1200 | 8.451 | 480.8 | 80.6 | 327.5 / 339 | 8.626 | 0.970 |
| 1300 | 8.394 | 506.5 | 75.8 | 322.1 / 332 | 9.592 | 0.972 |
| 1357.6s | 8.361 | 525.2 | 72.3 | 317 | 10.171 | 0.972 |
| 1357.6l | 8.00 | 513.9 | 41.2 | 175 | 21.01 | 1.08 |
| 1400 | 7.98 | 513.9 | 42.7 | 175 | 21.43 | 1.08 |
З усього перерахованого вище ясно видно, що алюміній є одним з пріоритетних металів в промисловості, але у нього є ще одна властивість: цей метал і його сплави можна переплавляти, причому неодноразово, без втрат його характеристик. Крім іншого, це економічно вигідніше, ніж видобуток з руди. Так, на одній електроенергії економія перевищує 14 кВт / год. За підрахунками, 75% видобутого за весь час алюмінію і його сплавів використовуються по теперішній час.