iCNC > Материалы > Способы получения алюминия и его основные свойства

Способы получения алюминия и его основные свойства

23.07.2015

color215_1

Алю­ми­ний – один цвет­ных метал­лов, кото­рый отли­ча­ет­ся высо­ки­ми пока­за­те­ля­ми лег­ко­сти и пла­стич­но­сти. Он име­ет мато­во-сереб­ри­стый отте­нок бла­го­да­ря при­сут­ствию на его поверх­но­сти оксид­ной плен­ки. Она появ­ля­ет­ся на поверх­но­сти это­го метал­ла при пер­вом же кон­так­те с воз­ду­хом. Дан­ный металл отно­сит­ся к 3-ей груп­пу пери­о­ди­че­ской систе­мы и обо­зна­ча­ет­ся сим­во­лом Al, име­ет 13-ый атом­ный номер и атом­ную мас­су в 26,98154.

Широ­кий спектр исполь­зо­ва­ния алю­ми­ния в раз­ных отрас­лях мож­но объ­яс­нить его отлич­ны­ми тех­ни­че­ски­ми харак­те­ри­сти­ка­ми. При­ме­ча­тель­но, что если про­ана­ли­зи­ро­вать еже­год­ные объ­е­мы при­ме­не­ния это­го метал­ла во всех отрас­лях про­мыш­лен­но­сти, то он усту­пит раз­ве что толь­ко желе­зу. Алю­ми­ний обла­да­ет отлич­ны­ми пока­за­те­ля­ми пла­стич­но­сти и ков­ко­сти, что поз­во­ля­ет без затруд­не­ния при­да­вать ему любые фор­мы. Бла­го­да­ря харак­тер­ной оксид­ной плен­ке этот цвет­ной металл име­ет высо­кую сте­пень защи­ты от кор­ро­зии, что зна­чи­тель­но повы­ша­ет пока­за­те­ли экс­плу­а­та­ци­он­но­го сро­ка служ­бы изде­лий из алю­ми­ния. К спис­ку пре­иму­ществ алю­ми­ния обя­за­тель­но сто­ит доба­вить, что этот цвет­ной металл обла­да­ет высо­ки­ми пока­за­те­ля­ми элек­тро­про­вод­но­сти, неток­сич­но­сти, а так­же он легок в обра­бот­ке.

Все эти пре­иму­ще­ства алю­ми­ния нагляд­но объ­яс­ня­ют его нема­лое зна­че­ние в миро­вой эко­но­ми­ке. Этот цвет­ной металл про­сто необ­хо­дим в отрас­ли маши­но­стро­е­ния, для постро­е­ния ваго­нов поез­дов, пере­ме­ща­ю­щих­ся на высо­ких ско­ро­стях, а так­же для стро­и­тель­ства судов. При­ме­ча­тель­но, что без алю­ми­ния аэро­кос­ми­че­ская отрасль не смог­ла бы достичь сего­дняш­не­го раз­ви­тия. Боль­шое коли­че­ство про­дук­тов из пред­став­лен­но­го цвет­но­го метал­ла широ­ко при­ме­ня­ют в стро­и­тель­ной отрас­ли. В насто­я­щее вре­мя из алю­ми­ния изго­тав­ли­ва­ют про­во­да для высо­ко­вольт­ных линий элек­тро­пе­ре­дач, при этом мед­ные про­во­да встре­ча­ют­ся все реже и реже. При­ме­ча­тель­но, что поло­ви­на посу­ды в насто­я­щее вре­мя про­из­во­дит­ся из алю­ми­ния и спла­вов на осно­ве это­го цвет­но­го метал­ла, кото­рая про­да­ет­ся во всех стра­нах мира.

Как производят алюминий?

Алю­ми­ний – металл, кото­рый чрез­мер­но рас­про­стра­нен в при­ро­де. Если срав­ни­вать метал­лы по это­му пока­за­те­лю, то алю­ми­ний зай­мет чет­вер­тое место сре­ди всех при­род­ных эле­мен­тов и пер­вое место сре­ди метал­лов. Он состав­ля­ет 8.8% от веса всей зем­ной коры, одна­ко при этом не встре­ча­ет­ся в при­ро­де в исклю­чи­тель­но чистом виде. Зача­стую алю­ми­ний изго­тав­ли­ва­ют из бок­си­тов. Сто­ит отме­тить, что поряд­ка 90% запа­сов дан­но­го мине­ра­ла рас­по­ло­же­но на тер­ри­то­рии тро­пи­че­ских и суб­тро­пи­че­ских стран, то есть в Австра­лии, Ямай­ке, Бра­зи­лии и т.д. На тер­ри­то­рии Рос­сии актив­но исполь­зу­ют­ся нефе­ли­но­вые руды, место­рож­де­ния кото­рых нахо­дят­ся на Коль­ском полу­ост­ро­ве и на тер­ри­то­рии Кеме­ров­ской обла­сти. Сто­ит отме­тить, что во вре­мя обра­бот­ки нефе­ли­нов уда­ет­ся полу­чить доволь­но боль­шое коли­че­ство допол­ни­тель­ной про­дук­ции, напри­мер, каль­ци­ни­ро­ван­ную соду, поташ и даже цемент. Пер­вым делом из этой руды при­ня­то извле­кать гли­но­зем, то есть оксид алю­ми­ния. При­ме­ча­тель­но, что он не име­ет ниче­го обще­го по виду с гли­ной и зем­лей. Он более похо­дит на муку или же свет­ло­го оттен­ка песок. Посред­ством элек­тро­ли­за гли­но­зем транс­фор­ми­ру­ют в алю­ми­ний. Что каса­тель­но затрат сырье­во­го мате­ри­а­ла, то про­пор­ции при­мер­но тако­вы: при обра­бот­ке двух тонн гли­но­зе­ма уда­ет­ся полу­чить все­го тон­ну чисто­го алю­ми­ния.

auto-nfmetall.ru-(-photos-)-img12

Сто­ит отме­тить, что про­цесс полу­че­ния алю­ми­ния из гли­но­зе­ма очень энер­го­ем­кий, поэто­му боль­шин­ство заво­дов по про­из­вод­ству это­го цвет­но­го метал­ла стро­ят в тех реги­о­нах, где есть воз­мож­ность полу­чать доступ к источ­ни­кам элек­тро­энер­гии.

Немного истории алюминия

Пер­вое упо­ми­на­ние о метал­ле, кото­рый очень похож на алю­ми­ний, впер­вые встре­ча­ет­ся у Пли­ния Стар­ше­го, жив­ше­го в 1 веке нашей эры. Соглас­но леген­ды, авто­ром кото­рой он явля­ет­ся, один из масте­ров одна­жды пре­под­нес импе­ра­то­ру Тибе­рию необы­чай­но лег­кий и при это кра­си­вый кубок сереб­ри­сто­го цве­та. Мастер пове­дал импе­ра­то­ру о том, что он научил­ся про­из­во­дить абсо­лют­но новый металл из обыч­ной гли­ны. Веро­ят­но, пер­во­от­кры­ва­тель алю­ми­ния рас­счи­ты­вал на бла­го­дар­ность со сто­ро­ны импе­ра­то­ра, одна­ко тот лишил его жиз­ни. Импе­ра­тор побо­ял­ся обес­це­ни­ва­ния сереб­ра и золо­та, поэто­му при­ка­зал лишить куз­не­ца голо­вы и пол­но­стью раз­ру­шить его мастер­скую.

Все ска­зан­ное выше под­твер­жда­ет­ся лишь ста­ри­ной леген­дой, одна­ко пер­вые досто­вер­ные фак­ты гово­рят о том, что впер­вые нача­ли полу­чать алю­ми­ний толь­ко в 7 веке, после того как была выде­ле­на «квас­цо­вая зем­ля», в соста­ве кото­рой при­сут­ство­ва­ла окись неиз­вест­но­го в те вре­ме­на нико­му метал­ла. Уже в сере­дине 8-го века экс­пе­ри­мент успеш­но смог повто­рить Андре­ас Марг­граф – извест­ней­ший немец­кий химик, дав­ший назва­ние совре­мен­но­му алю­ми­нию. Имен­но с тех пор исто­рия узна­ла такой метал, как алю­ми­ний, одна­ко до тех пор, пока его не отыс­ка­ли в чистом виде, он не полу­чал все­об­ще­го при­зна­ния. Спу­стя неко­то­рое вре­мя на Все­мир­ной выстав­ке в Пари­же в 1855-ом году «сереб­ро из гли­ны» про­из­ве­ло на зри­те­лей неиз­гла­ди­мое впе­чат­ле­ние. Импе­ра­тор Напо­ле­он III, за сто­лом кото­ро­го всем важ­ным пер­со­нам пода­ва­лась посу­да из алю­ми­ния, выска­зал идею, что хочет снаб­дить всю свою армию кира­са­ми из алю­ми­ния. Спу­стя неко­то­рое вре­мя появи­лись пер­вые заво­ды по изго­тов­ле­нию алю­ми­ния, но его сто­и­мость по-преж­не­му оста­ва­лась доста­точ­но высо­кой, поэто­му из это­го метал­ла изго­тав­ли­ва­ли толь­ко юве­лир­ные изде­лия и доро­го­сто­я­щие укра­ше­ния.

Най­ти более прак­тич­ный и недо­ро­гой спо­соб полу­че­ния алю­ми­ния уда­лось толь­ко в 19-ом веке. Одно­вре­мен­но, но при этом неза­ви­си­мо друг от дру­га его изоб­ре­ли Чарльз Холл – аме­ри­кан­ский сту­дент и Поль Эру – инже­нер из Фран­ции. Они пред­ло­жи­ли про­ве­де­ние элек­тро­ли­за в крио­ли­те оки­си алю­ми­ния, что дава­ло отлич­ные резуль­та­ты. Этот метод был всем хорош, но при этом тре­бо­вал нема­лых затрат элек­тро­энер­гии. При­ме­ча­тель­но, что этот метод и в насто­я­щее вре­мя широ­ко при­ме­ня­ет­ся на совре­мен­ных заво­дах, спе­ци­а­ли­зи­ру­ю­щих­ся на про­из­вод­стве алю­ми­ния.

Мате­ри­ал, кото­рый ста­ли полу­чать посред­ством элек­тро­ли­за, то есть алю­ми­ний, был хорош сво­и­ми тех­ни­че­ски­ми харак­те­ри­сти­ка­ми, одна­ко и их не хва­ти­ло для того, что­бы при­ме­нять алю­ми­ний во всех отрас­лях, посколь­ку он был недо­ста­точ­но про­чен. Дан­ная про­бле­ма вско­ре была реше­на хими­ком Аль­фре­дом Виль­мом из Гер­ма­нии, кото­рый впер­вые стал сплав­лять алю­ми­ний с медью, маг­ни­ем и мар­ган­цем. Он пер­вым сумел отме­тить, что на про­тя­же­нии несколь­ких дней после закал­ки сплав ста­но­вил­ся все проч­нее и проч­нее. Уже в 1911-ом году на тер­ри­то­рии Гер­ма­нии была выпу­ще­на пер­вая пар­тия дюра­лю­ми­ния, а спу­стя 8 лет из это­го мате­ри­а­ла постро­и­ли пер­вый само­лет. Имен­но с это­го собы­тия попу­ляр­ность алю­ми­ния ста­ла рас­про­стра­нять­ся по все­му миру. Уже в 1900-ом году было про­из­ве­де­но поряд­ка 8 000 тонн алю­ми­ния, то спу­стя ров­но век объ­ем про­из­вод­ства это­го цвет­но­го метал­ла уже состав­лял 24 мил­ли­о­на тонн.