Алюминий

Алюминий Al является химическим элементом серебристо-белого цвета и относится к лёгким металлам.

4.5.1. Физические, химические и механические свойства. Алюминий сочетает весьма ценный комплекс свойств: малую плотность, высокую теплопроводность и электрическую проводимость, пластичность, хорошую коррозионную стойкость и достаточную прочность. Он легко поддаётся ковке, штамповке, прокатке, волочению. Алюминий хорошо сваривается газовой, контактной и др. видами сварки.

Алюминий обладает относительно невысокой прочностью (предел прочности 50-60 МН/м²), твёрдостью (170 МН/м² по Бринеллю) и высокой пластичностью (до 50%). При холодной прокатке предел прочности алюминия возрастает до 115 МН/м², твёрдость ‒ до 270 МН/м², относительное удлинение снижается до 5% (при σ = 1 МН/м²). Алюминий стоек к действию атмосферной коррозии, морской и пресной воды, практически не взаимодействует с концентрированной или сильно разбавленной азотной кислотой, с органическими кислотами, пищевыми продуктами.

4.5.2. Алюминиевые руды. В природе имеется большое количество минералов и горных пород, содержащих алюминий, однако лишь немногие из них могут быть использованы для получения металлического алюминия. Наиболее широкое распространение в качестве алюминиевого сырья получили бокситы. Для получения алюминия применяются также нефелин-сиенитовые, нефелин-апатитовые и др. породы.

4.5.3. Получение алюминия. В промышленности алюминий получают электролизом глинозёма, растворённого в расплавленном криолите при температуре около 950°С. (Криоли́ т — минерал из группы природных фторидов, имеющий химический состав Na₃AlF₆). Электролитная ванна представляет собой железный кожух, футерованный внутри тепло- и электро-изолирующим материалом – огнеупорным кирпичом, и выложенный угольными плитами и блоками. Рабочий объём заполняется расплавленным электролитом, состоящим из 6-8% глинозёма и 94-92% криолита. Катодом служит подина ванны, анодом - погружённые в электролит угольные обожжённые блоки или же набивные самообжигающиеся электроды. При прохождении тока на катоде выделяется расплавленный алюминий, который накапливается на подине, а на аноде ‒ кислород, образующий с угольным анодом окислы углерода. Из ванн алюминий извлекают обычно с помощью вакуум-ковша. Расплавленный алюминий чистотой 99, 7% разливают в формы.

4.5.4. Алюминиевые сплавы. В строительстве используется не сам алюминий, а его сплавы. Поворотным моментом в развитии алюминиевых сплавов явились результаты исследований А. Вильма (Германия, 1903-11 гг), который обнаружил процесс старения алюминиевых сплавов, приводящее к резкому улучшению их свойств (главным образом прочностных). Этот улучшенный алюминиевый сплав был назван дуралюмином.

К самым прочным относятся сплавы алюминево-марганцево-кремневый, алюминиево-цинко-магневый; к наиболее жаропрочным – алюминево-медно-марганцевый; к лёгким и высокомодульным алюминиево-берилливо-магневый.