Оглавление

1. История алюминия и его сплавов

2.Физические свойства алюминия

3.Получение

4.Сплавы алюминия

5.Применение

1. История алюминия и его сплавов

Первые упоминания об «легком серебристом металле» можно встретить Плиния старшего, и относятся они к событиям почти двух тысячелетней давности.

В XVI веке талантливый немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, исследуя различные вещества и минералы, в том числе квасцы, установил, что они «есть соль некоторой квасцовой земли», в состав которой входит окись неизвестного металла, впоследствии названная глиноземом.

Квасцы, заинтересовавшие Парацельса, были известны с давних времен. По свидетельству греческого историка Геродота, жившего в V веке до н. э., древние народы применяли при крашении тканей для закрепления их цвета минеральную породу, которую они называли «алюмен», т. е. «свяжущая». Этой породой и были квасцы.

В 1754 году немецкий химик Маргграф сумел выделить «квасцовую землю», о которой 200 лет до этого писал Парацельс. Прошло еще несколько десятков лет, прежде чем англичанин Дэви попытался получить металл, скрывающийся в квасцах. В 1807 году ему удалось электролизом щелочей открыть натрий и калий, но разложить с помощью электрического тока глинозем он так и не сумел. Зато он дал металлу название – алюминий.

Первым, кому удалось получить металлический алюминий, был датский ученый Эрстед. В 1825 году в одном из химических журналов он опубликовал свою статью, в которой писал, что в результате проведенных им опытов образовался «кусок металла, с цветом и блеском, несколько похожим на олово». Однако журнал этот был не очень известен, и сообщение Эрстеда осталось почти незамеченным в научном мире. Да и сам ученый не придавал своему открытию большого значения.

Вскоре, опыты Эрстеда продолжил другой ученый – Вёлер, который в конце 1827 года наконец опубликовал свои методы получения метала. Еще 18 лет у него ушло на модернизацию своего метода. В 1855 году на парижской выставке был показан алюминий, полученный по технологии французского химика Сент-Клер Девиля, но металл разработанный по его технологии оставался весьма дорогим. Тем не менее он все же построил первый алюминиевый завод.

В 1865 году известный русский ученый Н. Н. Бекетов предложил интересный способ, который быстро нашел применение на алюминиевых заводах Франции а в1886 году, независимо друг от друга американский студент Холл и французский инженер Эру разработали электролитический способ производства этого металла, без которого немыслимо получение металла и сегодня.

Примерно в это время алюминий из драгоценного, постепенно становится промышленный металлом. Это произошло как раз во время, т.к. начинало развиваться машиностроение и вот-вот должна было появится авиация – индустрия, немыслимая без этого металла.

У алюминия в то время был только один недостаток – прочность. Но в начале 20 века немецкий химик Вильм запатентовал сплав, впоследствии названный дюралем или дюралюминием и имевший прочности в два раза большую чем у самого алюминия. Вскоре появились первые самолеты, сделанные из этого сплава, и в дальнейшем алюминий твердо стал «крылатым металлом».

2. Физические свойства алюминия

Алюминий(лат. Aluminium, от alumen - квасцы) - химический элемент III гр. периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154. Серебристо-белый металл, легкий, пластичный, с высокой электропроводностью, tпл = 660 °С. Химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой). По распространенности в природе занимает 4-е место среди элементов и 1-е среди металлов (8,8% от массы земной коры). Известно несколько сотен минералов Алюминия (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и др.). Получают электролизом глинозема Al2О3 в расплаве криолита Na3AlF6 при 950 °С. Алюминий имеет решётку гранецентрированного куба, устойчив при температурах от -269 °С до точки плавления (660 °С). Алюминий не имеет аллотропических изменений, элементарная ячейка состоит из 4 атомов, атомный диаметр 2,86×10-10 м. Теоретическая плотность алюминия равна 2698,72 кг/м3. Экспериментальные значения для поликристаллического материала находятся в пределах от 2696,6 до 2698,8 кг/м3. Коэффициент температурного расширения при комнатной температуре 23×10-6К-1. Теплопроводность составляет при 24°С 2,37 Вт×см-1×К-1. Электросопротивление алюминия высокой чистоты (99,99%) при 20°С составляет 2,6548×10-8 Ом×м, или 65% электросопротивления международного эталона из отожжённой меди. Отражательная способность полированной поверхности составляет более 90%.

3.Получение

В природе аллюминий находится в виде алюминиевых руд: бокситов, нефелинов, алунитов и каолинов. Важнейшей рудой, на которой базируется большая часть мировой алюминиевой промышленности, являются бокситы. Получение алюминия из руд состоит из двух последовательно проводимых этапов -сначала производят глинозем (Al O ), а затем из него получают алюминий.

Испльзуемые в настоящее время методы получения глинозема можно поделить на три вида: щелочные, кислотные и электротермические. Наиболее широкое применение получили щелочные методы. В одних видах щелочных методов боксит, обезвоженный при 1000 C, измельчают в шаровых мельницах, смешивают в определенных пропорциях с мелом и содой и спекают для получения растворимого в воде твердого алюмината натрия по реакции

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

Спекшуюся массу измельчают и выщелачивают водой, алюминат натрия при этом переходит в раствор.

В других видах щелочного метода глинозем, содержащийся в боксите, связывают в алюминат натрия путем непосредственной обработки руды щелочами. При этом сразу получается раствор алюмината в воде. В обоих случаях образование водного раствора алюмината натрия приводит к отделению его от нерастворимых компонентов руды, представляющих собой в основном окиси и гидроокиси кремния, железа и титана. Отделение раствора от нерастворимого осадка, называемого красным шламом, осуществляют в отстойниках. В полученный раствор при 125 C и давлении 5 ам добавляют известь, что приводит к обескремниванию - CaSiO уходит в осадок, образуя белый шлам. Очищенный от кремния раствор после отделения его от белого шлама обрабатывают углекислым газом при 60-80 C, в результате чего в осадок выпадает кристаллический гидрат окиси алюминия:

Al O Na O + 3H O + CO = 2Al(OH) + Na CO .

Его промывают, просушивают и прокаливают. Прокаливание приводит к образованию глинозема:

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

Этот способ обеспечивает довольно полное извлечение глинозема из боксита-около 80%.

Сам алюминий получают электролизом раствора глинозема Al2O3 в расплавленнном криолите. l2O3 должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Температура плавления Al2O3 около 050оС, а криолита - 1100оС. Электролизу подвергают расплавленную смесь риолита и Al2O3, содержащую около 10 масс.% Al2O3, которая плавится при 960оС и обладает электрической проводимостью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. При добавлении AlF3, CaF2 и MgF2 проведение электролиза оказывается возможным при 950оС.