Aluminium jest pierwiastkiem z układu okresowego, znanym ze szkolnego kursu chemii. W większości związków wykazuje trójwartościowość, ale w wysokich temperaturach osiąga pewien stopień utlenienia. Jednym z jego najważniejszych związków jest tlenek glinu .
Główne cechy aluminium
Aluminium jest srebrzystym metalem o ciężarze właściwym 2, 7 * 10 3 kg / m3 i gęstości 2, 7 g / cm3. Lekki i plastyczny, dobry jako przewodnik prądu, ponieważ przewodność cieplna aluminium jest dość wysoka - 180 kcal / m * h * grad (wskazany współczynnik przewodności cieplnej). Przewodność cieplna aluminium jest trzy razy większa niż w przypadku surówki i żelaza.
Ze względu na swój skład ten metal można łatwo zwinąć w cienki arkusz lub wciągnąć w drut. W kontakcie z powietrzem na jego powierzchni tworzy się warstwa tlenku (tlenek glinu), która stanowi ochronę przed utlenianiem i zapewnia jej wysokie właściwości antykorozyjne . Cienkie aluminium, na przykład folia lub proszek tego metalu, natychmiast spala się, jeśli zostanie podgrzane do wysokiej temperatury i stanie się tlenkiem glinu.
Metal nie jest szczególnie odporny na agresywne kwasy. Na przykład może być rozpuszczony w kwasie siarkowym lub chlorowodorowym, nawet jeśli są one rozcieńczone, zwłaszcza jeśli są ogrzewane. Jednak nie rozpuszcza się ani w rozcieńczonym, ani w stężonym, a jednocześnie zimnym kwasie azotowym, ze względu na warstwę tlenkową. Wodne roztwory alkaliczne mają pewien wpływ na metal - warstwa tlenku rozpuszcza się i sole zawierające ten metal w składzie anionu - tworzą się gliniany.
Wiadomo, że aluminium jest najczęściej występującym metalem w przyrodzie, ale po raz pierwszy w czystej postaci możliwe było uzyskanie przez naukowca-fizyka z Danii, H. Oersteda, w 1925 r. XIX wieku. Metal ten jest trzecim najbardziej rozpowszechnionym w naturze spośród pierwiastków i jest liderem wśród metali. 8, 8% aluminium zawiera skorupę ziemską. Został znaleziony w składzie miki, skaleni, glin i minerałów.
Produkcja i wykorzystanie aluminium
Proces produkcji jest bardzo energochłonny i dlatego pierwszy duży zakład w naszym kraju został zbudowany i uruchomiony w XX wieku. Głównym surowcem do produkcji tego metalu jest tlenek glinu. Aby to uzyskać, potrzebujesz minerałów zawierających aluminium lub boksyt, oczyszczonych z zanieczyszczeń. Następnie należy stopić elektrolitycznie naturalny lub sztucznie otrzymany kriolit w temperaturze nieco poniżej 1000 ºС. Następnie zacznij dodawać trochę tlenku glinu i substancji pokrewnych niezbędnych do poprawy jakości metalu. W tym procesie tlenek zaczyna się rozkładać i uwalniane jest aluminium. Czystość wytwarzanego metalu wynosi 99, 7% i więcej.
Ten element znalazł zastosowanie w produkcji żywności jako folia i sztućce, w budownictwie jest stosowany w stopach z innymi metalami, w lotnictwie, w elektrotechnice jako substytut miedzi dla kabli, jako dodatek stopowy w metalurgii, aluminotermii i innych gałęziach przemysłu.
Jaka jest temperatura topnienia metali?
Temperatura topnienia metali jest temperaturą ogrzewania metalu, w którym rozpoczyna się proces przejścia od stanu początkowego do drugiego, to znaczy proces odwrotny do krystalizacji (krzepnięcia), ale nierozerwalnie z nim związany.
Tak więc, aby stopić metal, ogrzewa się od zewnętrznej do temperatury topnienia i kontynuuje ogrzewanie, aby pokonać granicę przejścia fazowego. Najważniejsze jest to, że wskaźnik temperatury topnienia oznacza temperaturę, w której metal jest w równowadze fazowej, to jest między cieczą a ciałem stałym. Innymi słowy, istnieje równocześnie, zarówno w tym, jak iw innym stanie. A do topienia trzeba podgrzać go bardziej niż temperaturę graniczną, aby proces przebiegał we właściwym kierunku.
Warto powiedzieć, że tylko dla czystych kompozycji temperatura topnienia jest stała. Jeśli metal zawiera zanieczyszczenia, przesunie granicę przejścia fazowego i odpowiednio temperatura topnienia będzie inna. Tłumaczy to fakt, że kompozycja z zanieczyszczeniami ma inną strukturę krystaliczną, w której atomy oddziałują na siebie w inny sposób. W oparciu o tę zasadę metale można podzielić na:
- łatwe topienie, takie jak na przykład rtęć i gal (temperatura topnienia do 600 ° C)
- średnie topnienie to aluminium i miedź (600-1600 ° С)
- ogniotrwały - molibden, wolfram (ponad 1600 ° С).
Znajomość wskaźnika temperatury topnienia jest konieczna zarówno w produkcji stopów do prawidłowego obliczania ich parametrów, jak i w działaniu produktów z nich, ponieważ wskaźnik ten określa ograniczenia ich stosowania. Od dawna, dla wygody, fizycy naukowo zredukowali te dane do jednej tabeli. Istnieją tabele temperatur topnienia obu metali i ich stopów.
Temperatura topnienia aluminium
Topienie to proces przetwarzania metali, zwykle w specjalnych piecach, w celu wytworzenia stopu o pożądanej jakości w stanie ciekłym. Jak wspomniano powyżej, aluminium należy do metali o średniej temperaturze topnienia i topi się po podgrzaniu do 660ºС. Przy wytwarzaniu wyrobów metalowych temperatura topnienia wpływa na wybór pieca lub jednostki do topienia i, odpowiednio, na formy ogniotrwałe stosowane do odlewania.
Wskazana temperatura odnosi się do procesu topienia czystego aluminium. Ponieważ w czystej postaci stosuje się go rzadziej, a wprowadzenie zanieczyszczeń do jego składu zmienia temperaturę topnienia. Stopy aluminium są wytwarzane w celu zmiany jakichkolwiek jego właściwości, na przykład w celu zwiększenia wytrzymałości lub odporności na ciepło . Jako dodatki:
- cynk
- miedź
- magnez
- krzem
- mangan.
Dodawanie zanieczyszczeń pociąga za sobą zmniejszenie przewodności elektrycznej, pogorszenie lub poprawę właściwości korozyjnych, wzrost gęstości względnej.
Zazwyczaj dodanie innych pierwiastków do metalu powoduje spadek temperatury topnienia stopu, ale nie zawsze. Na przykład dodanie miedzi w ilości 5, 7% prowadzi do obniżenia temperatury topnienia do 548ºС. Powstały stop nazywa się duraluminium, poddaje się dalszemu utwardzaniu termicznemu. Związki glinowo-magnezowe topią się w temperaturze 700 - 750 ºС.
Podczas procesu topienia wymagana jest ścisła kontrola temperatury stopu, jak również obecność gazów w kompozycji, które są wykrywane przez próbki procesowe lub przez ekstrakcję próżniową. Na ostatnim etapie produkcji stopów aluminium są one modyfikowane.