Алюміній - всім відомий зі шкільного курсу хімії елемент з таблиці Менделєєва. У більшій частині з'єднань він проявляє трехвалентность, але в умовах високих температур досягає певної міри окислення. Одним з найважливіших його сполук є оксид алюмінію.
Основні характеристики алюмінію
Алюміній - сріблястий метал з питомою вагою 2, 7 * 10 3 кг / м 3 і густиною 2, 7 г / см 3. Легкий і пластичний, гарний, як провідник електроенергії, завдяки тому, що теплопровідність алюмінію досить висока - 180 ккал / м * год * град (вказано коефіцієнт теплопровідності). Теплопровідність алюмінію перевищує аналогічний показник чавуну в п'ять разів і заліза в три рази.
Завдяки своїм складом, цей метал можна легко розкачати в тонкий лист або витягнути в дріт. При зіткненні з повітрям на його поверхні утворюється оксидна плівка (оксид алюмінію), яка є захистом від окислення і забезпечує його високі антикорозійні властивості. Тонкий алюміній, наприклад, фольга або порошок цього металу миттєво згорають, якщо їх нагріти до високих температур і стають оксидом алюмінію.
Метал не дуже стійкий до агресивних кислот. Наприклад, його можна розчинити в сірчаної або соляної кислотах навіть, якщо вони розбавлені, особливо, якщо їх нагріти. Однак він не розчиняється ні в розведеною ні в концентрованій і при цьому холодної азотної кислоти, завдяки оксидної плівці. Певний вплив на метал мають водні розчини лугів - оксидний шар розчиняється і утворюються солі, що містять цей метал в складі аніона - алюмінати.
Відомо, що алюміній є самим часто зустрічається металом в природі, але вперше в чистому вигляді його зміг отримати вчений-фізик з Данії Х. Ерстед ще в 1925 році XIX століття. Цей метал займає третє місце за поширеністю в природі серед елементів і є лідером серед металів. 8, 8% алюмінію містить земна кора. Його виявили в складі слюд, польового шпату, глин і мінералів.
Виробництво і застосування алюмінію
Процес виробництва дуже енергоємний і тому перший великий завод в нашій країні був побудований і запущений в XX столітті. Основною сировиною для отримання цього металу є оксид алюмінію. Щоб його отримати, необхідно мінерали, що містять алюміній або боксити, очистити від домішок. Далі електролітичним способом розплавляють природний або отриманий штучним шляхом кріоліт при температурі трохи нижче 1000 ° С. Потім починають потроху додавати оксид алюмінію і супутні речовини, необхідні для поліпшення якості металу. В процесі оксид починає розкладатися і виділяється алюміній. Чистота одержуваного металу 99, 7% і вище.
Цей елемент знайшов своє застосування в харчовому виробництві в якості фольги і столових приладів, в будівництві використовують його сплави з іншими металами, в авіації, електротехніці в якості замінника міді для кабелів, як легирующая добавка в металургії, алюмотермії та інших галузях.
Що таке температура плавки металів?
Температура плавки металів - значення температури нагрівання металу, при якій починається процес переходу з початкового стану в інше, тобто процес протилежний кристалізації (затвердіння), але нерозривно пов'язаний з нею.
Отже, для розплавлення метал нагрівають ззовні до температури плавки і продовжують нагрівати для подолання кордону фазового переходу. Суть в тому, що показник температури плавки означає температуру, при якій метал знаходиться в фазовому рівновазі, тобто між рідким і твердим тілом. Іншими словами існує одночасно, як в тому, так і в іншому стані. А для плавлення потрібно нагріти його більше прикордонної температури, щоб процес пішов в потрібну сторону.
Варто сказати про те, що тільки для чистих складів температура плавки постійна. Якщо в складі металу знаходяться домішки, то це змістить кордон фазового переходу, а, відповідно, і температура плавлення буде інший. Це пояснюється тим, що склад з домішками має іншу кристалічну структуру, в якій атоми взаимодейст між собою по-іншому. Виходячи з цього принципу, метали можна розділити на:
- легкого плавлення, такі як ртуть і галій, наприклад, (температура плавки до 600 ° С)
- среднеплавкие - це алюміній і мідь (600-1600 ° С)
- тугоплавкі - молібден, вольфрам (більше 1600 ° С).
Знання показника температури плавлення необхідно, як при виробництві сплавів для правильного розрахунку їх параметрів, так і при експлуатації виробів з них, оскільки цей показник визначає обмеження їх використання. Вже давним давно для зручності вчені фізики звели ці дані в одну таблицю. Існують таблиці температур плавки як металів, так і їх сплавів.
Температура плавлення алюмінію
Плавлення - процес перероблення металів зазвичай в спеціальних печах для отримання сплаву потрібної якості в рідкому стані. Як вже говорилося вище, алюміній відноситься до среднеплавкого металів і плавиться при нагріванні до 660ºС. При виготовленні виробів з металу температура плавлення впливає на вибір плавильної печі або агрегату і, відповідно, використовуваних для відливання вогнетривких форм.
Зазначена температура відноситься до процесу плавки чистого алюмінію. Так як в чистому вигляді він застосовується рідше, а введення в його склад домішок змінює температуру плавлення. Сплави алюмінію виготовляються для того, щоб змінити будь-які його властивості, збільшити міцність, наприклад, або жароустойчивость. Як добавки застосовують:
- цинк
- мідь
- магній
- кремній
- марганець.
Додавання домішок тягне за собою зниження електропровідності, погіршення або поліпшення корозійних властивостей, підвищення відносної щільності.
Зазвичай додавання інших елементів в метал призводить до того, що температура плавлення сплаву знижується, але не завжди. Наприклад, додавання міді в обсязі 5, 7% призводить до зниження температури плавлення до 548ºС. Отриманий сплав називають дюралюмінію, його піддають подальшої термічної загартуванню. А алюмінієво-магнієві склади плавляться при температурі 700 - 750ºС.
Під час процесу плавлення необхідний суворий контроль температури розплаву, а також присутності газів в складі, які виявляють через технологічні проби або способом вакуумної екстракції. На заключній стадії виробництва сплавів алюмінію проводять їх зміну.