Технология производства алюминия

Содержание примесей, в алюминии, дистиллированном через  субфторид, находится в обратной зависимости от массы получаемых слитков. В слитках массой 1,5-1,7 кг суммарное содержание примесей (Si, Fe, Cu, Mg) составляет 11 ּ 10–4 %, а содержание газов 0,007 см3/100 г. Удельное остаточное сопротивление (ρ ○ ) при температуре жидкого гелия для такого металла составляет (1,7÷2,0) ּ 10–10 Ом ּ см. Дистилляция алюминия через субфторид имеет ряд недостатков (сравнительно небольшая производительно сть, недостаточно глубокая очистка от магния и др.), поэтому способ не получил промышленного развития.

Разработаны также  способы получения алюминия особой чистоты электролизом комплексных алюминийорганических соединений, отличающиеся составом электролита. Например, в ФРГ применяют способ электролиза 50%-ного раствора NaF ּ 2Al (C2H5)3 в толуоле. Рафинирование проводят при 100°С, напряжении на электролизере 1,0-1,5 В и плотности тока 0,3-0,5 А/дм2 с использованием алюминиевых электродов. Катодный выход по току 99%. Электрохимическим рафинированием в алюминийорганических электролитах существенно снижается содержание марганца и скандия, которые практически не удаляются при зонной очистке. Недостатками указанного способа являются его низкая производительность и высокая пожароопасность.

Для более глубокой очистки алюминия и получения  металла чистотой 99,99999% и более  можно использовать комбинирование указанных выше способов: электролиз алюминийорганических соединений или возгонку через субфторид с последующей зонной плавкой полученного алюминия. Например, многократной зонной очисткой алюминия, полученного электролизом алюминийорганических соединений, удается получить металл особой чистоты с содержанием примесей, ×10–9 %: Fe 50; Si <500; Cu 10; Mg 30; Mn 5; Ti <500; Cr 20; Zn <50; Co <1; Ag <5; Sb <1 и Se 3.

Применение

Сочетание физических, механических и химических свойств  алюминия определяет его широкое  применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с другими металлами. В электротехнике алюминий успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например, в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах (электрическая проводимость алюминия достигает 65,5% электрической проводимости меди, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из алюминия вдвое меньше медных). Сверхчистый алюминий употребляют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности окисной пленки алюминия пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый алюминий, очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений типа AIII BV, применяемых для производства полупроводниковых приборов. Чистый алюминий используют в производстве разного рода зеркал отражателей. Алюминий высокой чистоты применяют для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, алюминий применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.

В алюминиевых  резервуарах большой емкости  хранят и транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород и т. д.), азотную и уксусную кислоты, чистую воду, перекись водорода и пищевые масла. Алюминий широко применяют и оборудовании и аппаратах пищевой промышленности, для упаковки пищевых продуктов (в виде фольги), для производства разного рода бытовых изделии. Резко возросло потребление алюминия для отделки зданий, архитектурных, транспортных и спортивных сооружений.

В металлургии  алюминий (помимо сплавов на его  основе) — одна из самых распространённых легирующих добавок в сплавах на основе Cu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Применяют алюминий также для раскисления стали пред заливкой её в форму, а также в процессах получения некоторых металлов методом алюминотермии. На основе алюминия методом порошковой металлургии создан САП (спечённый алюминиевый порошок), обладающий при температурах выше 300°С большой жаропрочностью.

Алюминий используют в производстве взрывчатых веществ (аммонал, алюмотол). Широко применяют  различные соединения алюминия.

Производство  и потребление алюминия непрерывно растет, значительно опережая по темпам роста производство стали, меди, свинца, цинка. 

 

 

 

 
Алюминий, Свойства и параметры алюминия

Алюминий, Вступление
Символ	Al
Латинское название	Aluminum
Тип вещества	простой химический элемент
Первооткрыватель	Х.К. Эрстед
Год открытия	1825
Основные параметры  алюминия по таблице Менделеева
Атомный номер	13
Атомная масса	26.981538
Группа	13
Период	3
Принадлежность  к группе	другие металлы
Механические  свойства алюминия
Плотность твердых веществ	2.710 · 103 (Килограмм / Метр3)
Модуль  упругости твердого тела	7.1 · 1010 (Ньютон / Метр2)
Модуль  сдвига	2.6 · 1010 (Ньютон / Метр2)
Скорость  звука	5100 (Метр / Секунда)
Термодинамические свойства алюминия
Агрегатное  состояние при нормальных условиях	твердое тело
Точка плавления по Кельвину	933.47 (Кельвин)
Точка плавления по Цельсию	660.32 (°C)
Точка кипения по Кельвину	2792.15 (Кельвин)
Точка кипения по Цельсию	2519 (°C)
Электрические свойства алюминия
Тип электрической  проводимости	проводник
Удельное  электрическое сопротивление проводников (при 20°C)	2.700 · 10 − 8 (Ом · Метр)
Температурный коэффициент сопротивления (при 20°C)	4.30 · 10 − 3 (1 / Кельвин)
Магнитные свойства алюминия
Тип магнитной  проницаемости	парамагнетик
Свойства атома  алюминия
Конфигурация  электронного облака	1s2 | 2s22p63s23p1
Радиус  атома	118 · 10 − 12 (Метр)
Химические свойства алюминия
Валентность	3
Распространенность  алюминия
Вселенная состоит из алюминия на	0.005%
Солнце  состоит из алюминия на	0.006%
Мировой океан состоит из алюминия на	5×10-7%
Человеческое  тело состоит из алюминия на	0.00009%
Вселенная
Вселенная состоит из алюминия на	0.005%

Алюминий, свойства алюминия

стр. 581

 

 

 

 

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 11 октября 2012; проверки требуют 25 правок.

 

13 Магний ← Алюминий → Кремний B  ↑  Al  ↓  Ga 13Al
Внешний вид  простого вещества
Мягкий, лёгкий металл серебристо-белого цвета.
Свойства атома
Имя, символ, номер	Алюминий / Aluminium (Al), 13
Группа, период, блок	13, 3,
Атомная масса  (молярная масса)	26,981539 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s2 3p1
Электроны по оболочкам	2, 8, 3
Радиус атома	143 пм
Химические  свойства
Ковалентный радиус	118 пм
Радиус Ван-дер-Ваальса	140 пм
Радиус иона	51 (+3e) пм
Электроотрицательность	1,61 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	-1,66 в
Степени окисления	3
Энергия ионизации	1-я: 577,2 (5,98) кДж/моль (эВ)  2-я: 577,2 (5,98) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Термодинамическая фаза	Твёрдое
Плотность (при н. у.)	2,6989 г/см³
Температура плавления	660 °C, 933,5 K
Температура кипения	2518,82 °C, 2792 K
Теплота плавления	10,75 кДж/моль
Теплота испарения	284,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,35[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	10,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	4,050 Å
Температура Дебая	394 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 237 Вт/(м·К)
Скорость звука	5200 м/с

Кодовый символуказывающий что алюминий может быть вторично переработан

13	Алюминий
Al 26,982
3s23p1

Алюми́ний — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементовД. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода икремния).

Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшеговзаимодействия.

Содержание   [убрать]  1 История 2 Получение 2.1 В лабораторных условиях 3 Физические свойства 4 Нахождение в природе 5 Химические свойства 6 Производство 7 Применение 7.1 В качестве восстановителя 7.2 Сплавы на основе алюминия 7.3 Алюминий как добавка в другие сплавы 7.4 Ювелирные изделия 7.5 Стекловарение 7.6 Пищевая промышленность 7.7 Алюминий и его соединения в ракетной технике 8 Алюминий в мировой культуре 8.1 В произведениях эпохи знакомства человечества с алюминием 9 Токсичность 10 См. также 11 Примечания 12 Ссылки

 

[править]История

Впервые алюминий был получен датским физиком Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Название элемента образовано от лат. aluminis — квасцы.

[править]Получение

Современный метод  получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al₂O₃ в расплаве криолита Na₃AlF₆ с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

Для производства 1000 кг чернового  алюминия требуется 1920 кг глинозёма, 65 кг криолита, 35 кг фторида алюминия, 600 кг анодной массы и 17 тыс. кВт·ч электроэнергии постоянного тока.^[2]

[править]В лабораторных условиях

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте  должен располагатьсяспециальный раздел.  Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Лабораторный  способ получения алюминия предложил  Фридрих Вёлер в 1827 году. AlCl₃+3K → 3KCl + Al (реакция протекает при нагревании)

[править]Физические свойства

Микроструктура  алюминия на протравленной поверхности  слитка, чистотой 99,9998 %, размер видимого сектора около 55×37 мм

• Металл серебристо-белого цвета, лёгкий
• плотность — 2,7 г/см³
• температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C
• удельная теплота плавления — 390 кДж/кг
• температура кипения — 2500 °C
• удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг
• временное сопротивление литого алюминия — 10-12 кг/мм², деформируемого — 18-25 кг/мм², сплавов — 38-42 кг/мм²
• Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²
• высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу
• Модуль Юнга — 70 ГПа
• Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·10⁶ См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.
• Слабый парамагнетик.
• Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10⁻⁶ К⁻¹ (20…200 °C).
• Температурный коэффициент электрического сопротивления 2,7·10⁻⁸K⁻¹.