Где применяется алюминий?

Алюминий: свойства, как добывают, сферы применения, инвестиции в металл

Алюминий – один из самых распространенных металлов в земной коре.

Исторические факты
Нахождение в природе
Как получают алюминий
Физические и химические свойства
Где и как производят алюминий
Сферы применения металла
- Применение в качестве восстановителя
- Виды сплавов
- Алюминий в ювелирных изделиях
- Другие сферы применения
Токсичность металла
Алюминий в инвестициях
Интересные факты об алюминии

Алюминий обладает серебристо-белым окрасом, легкой массой и высокой электропроводностью. Плавится металл при температуре 660 °С. Среди плюсов отмечают низкую плотность, достаточно высокую прочность, отличную проводимость тепла, стойкость к коррозии.

Благодаря этому считается одним самых важных технических металлов. Алюминиевые сплавы получают литейным, деформируемым и другими способами.

Исторические факты

Впервые об этом металле упоминается во времена римского императора Тиберия. Неизвестно, миф это или правда, но правителю в дар принесли чашу из очень легкого металла, визуально похожего на серебро. Испугавшись, что новый материал обесценит лежавшее в казне золото и серебро, он казнил изобретателя и уничтожил работы из алюминия. Заговорили вновь о легком серебристом металле спустя полторы тысячи лет. Известный немецкий врач и испытатель Парацельс фон Гогенгейм открыл алюминий в процессе исследования квасцовой земли. В то время её называли глиноземом.

Нахождение в природе

Одним из самых распространенных среди металлов считается алюминий. Он занимает 8,8 % всей массы земной коры. Его соединения – боксит, алюмосиликаты, корунд. Большую часть земной коры составляют алюмосиликаты. Боксит относится к горным породам, из которого добывают алюминий.

Практически весь металл алюминий в природе находится лишь в соединения. В редких случаях находят чистый металлический алюминий в очень маленьких количествах. Среди основных соединений стоит отметить такие:

Бокситы;
Нефелины;
Алуниты;
Глиноземы;
Корунд;
Полевые шпаты;
Каолинит;
Берилл;
Хризоберилл.

Также его находят в природных водах в форме низкотоксичных соединений, таких как фторид. Чистый алюминий включает только устойчивый изотоп 27 AI.

Как получают алюминий

Химический элемент алюминий достаточно сложно получить в чистом виде. Для получения алюминия потребуется провести множество этапов по отделению его от других элементов. Как получают алюминий? Сам процесс состоит из нескольких этапов: измельчение бокситной руды и добыча глинозема, получение конечного элемента из него. Другими словами его называют кристаллической окисью алюминия, которую электролизуют в криолите. Температура плавления 960 — 970 °С. Для этой процедуры требуется большое количество электроэнергии, поэтому производство вещества часто находится вблизи масштабных электростанций.

Физические и химические свойства

Основные физические свойства алюминия заключаются в высокой теплопроводности, практически в два раза больше чем сталь. Кроме того он имеет плотность в три раза меньше, чем у железа и цинка. И ко всему этому стоит добавить высокую прочность материала. Алюминий реагирует с такими веществами: медь, магний, кремний и другие.

Химические свойства алюминия:

Образование соединений ионного и ковалентного вида;
Высокая энергия ионизации;
Высокая плотность заряда наряду с катионами других подобных материалов;
Слабая подверженность коррозии;
Реакция с кислородом, галогенами, неметаллами, фтором, серой, азотом, углеродом, водой.

Где и как производят алюминий

Добыча и производство алюминия в целом состоит из трех стадий. Первый и второй этапы – выработка бокситов и образование из них глинозема. На последнем из глинозема получают чистый материал в процессе электролиза. На 4-5 тонн алюминийсодержащей руды приходится 2 глинозема и 1 алюминий.

Добыча алюминия в мире может производиться из других алюминиевых руд, но самыми распространенными считаются бокситы. Основа их — оксид алюминия и других минералов. Качество определяется высоким содержанием металла. Общий мировой запас алюминиевых руд составляет более 18 миллиардов тонн. Учитывая теперешнюю добычу алюминия в мире по странам, его должно хватит более чем на один век.

Большая часть бокситов находится в странах с тропическим поясом. Только 73 % приходится на Индию, Гвинею и Австралию. Больше всего бокситов сосредоточено в Гвинее. Они имеют высокое качество и минимум минеральных примесей. По подсчетам 2014 года отмечают такие страны — лидеры по добыче алюминия: Китай, Австралия, Бразилия, Гвинея, Индия, Ямайка, Россия и Казахстан.

Как правило, добыча алюминия осуществляется открытым методом. При помощи специального оборудования убирают слой земной коры, которая перевозится для следующего этапа переработки. Есть точки добычи руды с глубоким залеганием. Для получения ее приходится сооружать шахты. Самая глубокая шахта находится в России. Глубина ее составляет 1550 метров.

Россия по добыче алюминия находится на 7 месте мирового рейтинга. В этой стране существует более пятидесяти месторождений. Одним из самых старых считается Радынское, находящееся в Ленинградской области. Среди всех мест добычи алюминия в России выделяют «Красную шапочку», Кальинское, Ново-Кальинское в Североуральске, Черемузовское в Свердловской области. Наша страна славится также большим разнообразием заводов-производителей металла. Наиболее крупным в России и не только является «Русал», который производит более 3 миллионов тонн металла.

Сферы применения металла

Алюминий получил широкое применение в качестве конструкционного материала. Главные преимущества его – легкая масса, гибкость штамповки, устойчивость к коррозии, высокий уровень тепло или электропроводности, нетоксичность соединений. Именно эти достоинства привели к его широкому использованию в производстве посуды для кухни, упаковочной тары и фольги для пищевой отрасли.

Говоря о недостатках, следует в первую очередь отметить невысокую прочность. Поэтому в алюминий стали добавлять малую долю меди и магния. Также материал успешно применяется в производстве электротехники, поскольку его электропроводность на высоком уровне. Единственный минус – сложность пайки из-за прочной оксидной пленки.

Легкий металл используется в разных видах транспорта. В сфере авиации он является главным конструкционным материалом. Применение алюминия коснулось и область судостроения. При помощи сплавов из него производят корпусы, палубы и оборудование для суден.

Применение в качестве восстановителя

Алюминий успешно применяется в качестве восстановителя. Алюминиевое восстановление металлов достаточно распространено. Выплавка алюминия позволяет восстанавливать редкие виды металлов. Также его применяют для пиротехники.

Виды сплавов

Для производства конструктивных материалов требуется большая прочность. Алюминий таковой не обладает, поэтому его соединяют с другими химическими элементами в меньшем количестве. Самые распространенные сплавы:

Алюминиево-магниевые. Отличаются высокой прочностью, гибкостью, устойчивостью к коррозии, вибростойкостью и свариваемостью. Процент магний в сплавах составляет не более 6 %.
Алюминиево-марганцевые. Обладают также высокой прочностью, пластичностью, неподверженностью коррозии и свариваемостью.
Алюминиево-медные. Одни из самых высокотехнологичных. Улучшенный вариант низкоуглеродистых сталей. Существенный минус – подверженность коррозии.

Алюминий в ювелирных изделиях

Особенную ценность представлял металл во времена Наполеона III. В тот период из него изготавливали ювелирные изделия, пуговицы, посуду. Ее оценивали наряду с золотой и серебряной. Но спрос на драгоценности из алюминия быстро прошел, после того как возникли новые возможности его добычи.

Другие сферы применения

Легкий металл используют в разных отраслях, в том числе военной промышленности. Это как правило касается оружейного производства. Также известно его применение в ракетной технике в качестве твердого топлива и горючих компонентов.

Токсичность металла

Хотя алюминий очень распространен в мире, живые существа не используют его из-за небольшой токсичности. Соединения его долгое время оказывают вредное действие на людей и животных. Наибольшее влияние оказывают ацетат и гидроксид алюминия. Они воздействуют негативным образом на нервную систему и выделительную функцию организма.

Алюминий в инвестициях

В настоящее время выгодно инвестировать деньги в алюминий. Динамика цен на алюминий в 2018 году колеблется до 2, 562 доллара за тонну. Такой рост обусловлен множеством санкций и последствиями их. Цены на металл на бирже в апреле-мае не достигали выше 2,280 долларов.

Интересные факты об алюминии

Этот металл имеет такие особенности:

Его соединения существуют не только на нашей планете, но и на Луне и Марсе;
В организме человека имеется более 100 мг данного вещества;
Суточная необходимость в нем составляет 2, 4 мг;
Больше всего химического элемента находится в яблоках;
Первый слиток чистого металла был произведен в 1932 году.

Использование алюминия: сферы применения чистого металла и его сплавов

Алюминий, как наиболее легкий и пластичный металл, обладает широкой сферой использования. Он отличается устойчивостью к коррозии, имеет высокую электропроводность, а также легко переносит резкие температурные колебания. Еще одной особенностью является при контакте с воздухом появление на его поверхности особой пленки, которая защищает металл.

Все эти, а также другие особенности послужили его активному использованию. Итак, давайте узнаем подробнее, каковы области применения алюминия.

Основные области применения алюминия и его сплавов

Данный конструкционный металл имеет широкое распространение. В частности именно с его использования начали свою работу авиастроение, ракетостроение, пищевая промышленность и изготовление посуды. Благодаря своим особенностям алюминий позволяет улучшить маневренность судов за счет меньшей массы.

Отдельно стоит упомянуть способность металла проводить ток. Такая особенность позволила сделать его главным конкурентом меди. Он активно применяется при производстве микросхем и в целом в области микроэлектроники.

Наиболее популярными сферами использования можно назвать:

Авиастроение: насосы, двигатели, корпуса и прочие элементы;
Ракетостроение: как горючий компонент для ракетного топлива;
Судостроение: корпуса и палубные надстройки;
Электроника: провода, кабели, выпрямители;
Оборонное производство: автоматы, танки, самолеты, различные установки;
Строительство: лестницы, рамы, отделка;
Область ЖД: цистерны для нефтепродуктов, детали, рамы для вагонов;
Автомобилестроение: бампера, радиаторы;
Быт: фольга, посуда, зеркала, мелкие приборы;

Широкое распространение объясняется преимуществами металла, однако есть у него и существенный недостаток – это невысокая прочность. Чтобы минимизировать его, в металл добавляется медь и магний.

Как вы уже поняли, основное свое применение получили алюминий и его соединения в электротехнике (и просто технике), быту, промышленности, машиностроении, авиации. Теперь же мы поговорим о применении металла алюминия в строительстве.

О применении алюминия и его сплавах расскажет это видео:

Использование в строительстве

Использование алюминия человеком в области строительства обуславливается его устойчивостью к коррозии. Это дает возможность изготавливать из него конструкции, которые планируется использовать в агрессивных средах, а также на открытом воздухе.

Кровельные материалы

Алюминий активно используется для производства кровли. Этот листовой материал помимо хороших декоративных, несущих и ограждающих особенностей, отличается и доступной стоимостью по сравнению с остальными кровельными материалами. При этом такая кровля не требует профилактического осмотра или ремонта, а срок ее службы превышает многие существующие материалы.

При добавлении в чистый алюминий других металлов можно получить абсолютно любые декоративные особенности. Такая кровля позволяет иметь широкую цветовую гамму, которая идеально впишется в общий стиль.

Оконные переплеты

Можно встретить алюминий среди фонарных и оконных переплетов. Если с аналогичной целью использовать древесину, то она проявит себя как ненадежный и недолговечный материал.

Сталь же быстро покроется коррозией, будет иметь большой вес переплета и неудобства в его открытии. В свою очередь алюминиевые конструкции такими недостатками не обладают.

О свойствах и использовании алюминия расскажет видеоролик ниже:

Стеновые панели

Алюминиевые панели производятся из сплавов этого металла и используются для внешней отделки домов. Они могут иметь вид обычных штампованных листов или готовых ограждающих панелей, состоящих из листов, утеплителя и облицовки. В любом случае они максимально сдерживают тепло внутри дома и, обладая небольшим весом, не несут нагрузку на фундамент.

Отдельной характеристики заслуживает применение сплава алюминия разных марок.

Соединения металла

Сплавы получается в результате искусственного добавления к алюминию других металлов с целью получения необходимых свойств. И на сегодняшний момент существует нескончаемое количество составов таких сплавов, имеющих самое широкое применение.

Наиболее известной сферой их применения является авиастроение. Для производства самолетов используются сплавы, состоящие из алюминия, цинка и магния, что в результате позволяет получить сверхпрочный и надежный материал.
Также нередко используются сплавы алюминия с железом, титаном, никелем.

Если вы захотите самостоятельно изготовить что-либо из алюминия, то следующее видео расскажет вам о его расплавке в домашних условиях:

Алюминий: сфера применения

Одним из самых популярных металлов и наиболее часто применяемым в быту, строительстве, ремонте, медицине и других сферах является алюминий. Это легкий и пластичный материал, распространенное химическое соединение, которое содержится в земной коре.

Алюминий имеет ряд преимуществ:

Устойчив к коррозии.
Подвержен штамповке.
В своих соединениях не токсичен, не выделяет вредных веществ, экологически безопасен.
Обладает электропроводимостью.
Не теряет своих свойств и не портится при резких перепадах температуры.
При взаимодействии с воздухом на поверхности алюминия образуется твердая пленка, которая замедляет процесс естественного старения.

Почти все знают, что алюминий используется в авиастроении, однако мало кто знает, что он также используется и в автомобилестроении, и в медицине в качестве составляющих лекарств, и в пищевой промышленности (распространенная добавка Е-137, используемая как краситель, который придает продуктам серебристый оттенок).

Каждый конкретный сплав или соединение алюминия подвергается буквенно-цифровой классификации. Это упрощает процесс сортировки и помогает использовать каждое соединение согласно своему назначению.

Области применения оксидов и гидроксидов алюминия

Оксид и гидроксид алюминия – наиболее распространенные соединения этого металла. В природе они имеются только в виде минералов – корунды, бокситы, нефелины.

Ювелирная сфера. Корунды, незамутненные и чистые – это известные во всем мире драгоценности – рубины и сапфиры.
В химической промышленности эти соединения служат адсорбентом, также используются в производстве керамической посуды: котелки, ковши, чашки, кастрюли обладают повышенной жаропрочностью именно благодаря алюминию. Оксид алюминия применяется и для производства катализаторов. Кроме того, его иногда добавляют в бетон – для лучшего затвердевания, в стекло – для жаропрочности материала.
Гидроксид алюминия активно используется в медицине (разнообразные лекарства, вакцины от гепатитов «А» и «В») – во внимание фармацевтов попадают его свойства поглощать кислоту и каталитически воздействовать на иммунитет человека. Это соединение быстро выводит фосфаты из организма, что позволяет эффективно лечить почечную недостаточность.
Косметическая сфера. Так как соединения алюминия экологически чистые, абсолютно безопасны для окружающей среды, здоровья и жизни человека, то его часто добавляют в шампуни, солнцезащитные и увлажняющие крема для лица и тела, зубную пасту, мыло, косметические маски и лосьоны, тоники, пенки и антиперсперанты.

Области применения хлоридов и сульфатов алюминия

Хлорид алюминия не встречается в чистом виде, его получают искусственным путем из бокситов и каолинов. Больше всего его используют в нефтеперерабатывающей промышленности.

Сульфаты алюминия активно применяются в косметической сфере – в качестве добавки к косметическим средствам (например, антиперсперантам), и текстильной – в качестве красителя тканей, промышленности. Кроме того, соединение можно использовать как защиту от насекомых – комаров, мух, мелких мошек. Сульфаты алюминия способы и обезболить место укуса. Тем не менее, это соединение небезвредно для человека, при длительном контакте (если вдохнуть или проглотить его) возможно серьезное отравление.

Области применения сплавов алюминия с другими металлами

Наибольшее распространение сплавы алюминия получили в авиастроении – из сплавов алюминия, цинка и магния производят прочные материалы для обшивки корпусов самолетов.

Алюминиевый профиль активно используется в строительных и ремонтных работах (укладка гипсокартона и пр.).

Итак, алюминиевые соединения и сплав сегодня востребованы во многих сферах. Алюминий, цена на который полностью соответствует его характеристикам, можно приобрести в нашей компании на сайте или по телефону. В каталоге представлены алюминиевые профили различных типов.

АЛЮМИНИЙ — дороги, которые он выбирает

Металл алюминий — мечта многих производств. Коррозия ему не страшна, он прекрасно проводит электрический ток, цветной металл легче железа почти в три раза, отличается прочностью. Не магнитится, легко образует сплавы с металлами.

Второе имя алюминия — крылатый металл. Появление чистого алюминия открыло человеку дорогу в небо.

Как искали неизвестный алюминий

История открытия алюминия вяло тянулась с античности. Плиний пишет о квасцах (Alumen). Но под квасцами понимались разные вещества. Это антимоний, тартар, щелочь, гипс.

Лавуазье высказал здравую мысль: алюмина является окислом неизвестного металла. Тут химики оживились и стали пытаться «выцепить» незнакомца. Попыток было много, но только в 1825 году датчанин Эрстед извлек-таки неизвестный металл, напоминающий олово. Назвали его алюминием.

Свойства крылатого металла

Алюминий (Aluminium) имеет несчастливый 13 номер в периодической таблице Менделеева. Однако на счастливую судьбу металла это не повлияло.

Этот легкий серебристый металл послушно поддается механической обработке и литью, имеет большую тягучесть.

Редкая способность — быстро образовывать окисные пленки на поверхности чистого металла. Но эти пленки не слишком хорошо защищают от коррозии. Надежнее химическое и электрохимическое оксидирование. Формула оксидной пленки А12Оз.

Химические и физические характеристики алюминия:

плотность 2,7 г/см3;
температура плавления 660°С;
кипит цветной металл при температуре 2518°С;
строение кристаллической решетки гранецентрированное, кубическое;
степени окисления 0; +3.

С помощью металлического алюминия (его взаимодействия с оксидами металлов) получают трудновосстанавливаемые металлы. Этот метод называется алюминотермия.

Алюминий имеет один стабильный изотоп, 27Al.

Неправда, но хорошо придумано

В печатных изданиях, а сейчас и в интернете гуляет история о крестьянине, который вел «крамольные беседы о полете на Луну». Крестьянина (или мещанина), по одним сведениям Петрова, по другим Никифорова, сослали в киргизский поселок Байконур» Якобы известие о факте напечатано был в Московских губернских новостях», в 1848 году. Сейчас, когда с космодрома Байконура ушли в космос не один десяток спутников и станций, этот факт выглядит пророческим и мистическим.

Алюминиевые сплавы, плюсы и минусы

Чистый алюминий в строительных конструкциях применять нецелесообразно. Прочностные характеристики у него «так себе». А вот алюминиевые сплавы — другое дело. Сейчас известны и используются около 60 сплавов. Можно выбрать для любых нужд, на любой вкус.

Классификация сплавов проводится по составу, свойствам, по способности к термической обработке.

Добавки меди, магния и марганца, цинка существенно улучшают характеристики сплава в сравнении с чистым металлом. Этими металлами чаще всего легируют алюминий. Титан, литий, ванадий, церий, скандий, некоторые редкоземельные элементы для легирования применяются реже, но свойства этих сплавов также востребованы в промышленности.

Дюраль

Дюралюмины — сплавы алюминия с медью (4%), магнием (0,5%) и небольшого количества железа, марганца, кремния. Недостаток дюралей — подверженность коррозии; с ней справляются, применяя анодирование, плакировку, авиационную грунтовку, окрашивание.

Востребованные свойства сплава: хорошая статическая и усталостная прочность, высокая вязкость разрушения.

Широко применяется в деталях и конструкциях, где большую роль играет масса изделия. Главные потребители сплава — авиация, судостроение, космонавтика.

Сплав 7075

Разрабатывался компанией Sumitomo Metal Corporation (Япония) в строжайшей тайне.

Представляет соединение алюминия с цинком (до 6%), магния (2-2,5%), меди (до 1,5%). В тот же сплав добавлены титан, кремний, марганец, хром, железо. Добавки эти составляют не более 0,5%, но свой вклад в свойства сплава вносят.

7075-0;
7075-06;
7075-Т651;
7075-Т7;
7075-АСР.

Сплавы устойчивы к коррозии, хорошо полируются.

Применяются в производстве винтовок для армии и граждан. Промышленности автомобильная, авиационная, морская активно используют сплав. Его минус — достаточно высокая цена.

Сплавов разных много

В России довольно много сплавов с разными свойствами:

D1, D16, 1161, 1163 — алюминий, магний, медь;
АМГ1 — АМГ6, сплав алюминия и магния;
AD31, AD33, AD35, AB — алюминий, кремний, магний. Список легко продолжить.

Старость в радость

Не всегда старость — это плохо. Металл — как человек или вино; с возрастом свойства алюминия меняются; он становится лучше, крепче, сильнее.

Естественное старение металла происходит при нормальных условиях; можно сказать, что металл «дозревает».

Искусственное старение проходит при термообработке и пластическом деформировании.

Термическая обработка бывает разных видов. Выбор зависит от назначения будущего сплава.

Вид термообработки	Что дает термообработка
Закалка с полным искусственным старением	Высокая прочность сплава, но некоторое снижение пластичности
Закалка со стабилизирующим старением	Хорошая прочность, довольно высокая стабильность структуры
Закалка с последующим смягчающим отпуском	Хорошая пластичность, но снижение прочности сплава
Искусственное старение	Повышает прочность сплава, улучшает возможность обработки резанием
Отжиг	Повышение пластичности, уменьшение остаточных напряжений металла
Закалка	Улучшает прочностные характеристики
Закалка и неполное искусственное старение	Повышает прочность при сохранении пластичности

Минералы, месторождения…а самородный алюминий?

Запасы алюминия в природе огромны. Среди металлов он держит первое место по распространенности. Но «общительность», активность элемента привела к тому, что в чистом виде металл практически отсутствует.

Минералов, содержащих алюминий, много:

бокситы;
глиноземы;
полевые шпаты;
нефелины;
корунды.

Так что добыча алюминиевого сырья не составляет большого труда.

Если все запасы на Земле истощатся (что сомнительно), то алюминий можно добывать из морской воды. Там его содержание составляет 0,01 мг/л.

Кто захочет увидеть самородный алюминий, тому придется опускаться в жерла вулканов.

Происхождением такой металл из самых глубин нашей планеты.

Как производят крылатый металл

Производство металла можно разделить на две стадии.

Первая — добыча бокситов, их дробление и отделение кремния при помощи пара.
Вторая стадия: глинозем смешивают с расплавленным криолитом и воздействуют на смесь электротоком. В процессе реакции жидкий алюминий оседает на дне ванны.

Образовавшийся металл отливают в слитки; далее он отправляется потребителям или на производство сплавов и высокочистого алюминия.

Метод энергозатратный, «кушает» много электричества.

Бывает технический и сверхчистый

Полученный алюминий называется техническим или нелегированным. В нем содержание чистого металла не менее 99%. Его потребляет электронная промышленность, он необходим в производстве теплообменных и нагревательных устройств, осветительного оборудования.

Часть этого металла отправляется на дополнительную очистку, «рафинирование». В результате имеем металл высокой чистоты, с содержанием алюминия не менее 99,995%.

Его употребляют в электронике, в производстве полупроводников. Кабельное производство, химическое машиностроение сейчас не обойдется без сверхчистого алюминия.

Металл для крыльев

Без такого металла, как алюминий, невозможно покорение неба. Крыльев людям не дано, а летать хочется человеку с давних времен. Не напрасно миф об Икаре живет с античных времен. Попытки взлететь предпринимались неоднократно.

Но прорыв случился в 1903 году, когда романтики неба и замечательные механики братья Райт подняли в воздух самолетик. Этот самолет открыл путь в небо.

Где применяется

Применение легкого и прочного металла необходимо не только в авиации.

В пуленепробиваемых и бронированные стеклах, экранчиках смартфонов присутствует сапфир. У таких стекол высокая прочность на сжатие.

Из алюминия делают фольгу, которую используют в электрических конденсаторов. Домохозяйки с удовольствием запекают в фольге вкусняшки для домашних. Кастрюли, сковородки, другие изделия для домашнего хозяйства производят из «крылатого металла».

Тонко молотый порошок металла используют для производства прочной краски.

Вы удивитесь, но алюминиевая кастрюлька в кухне, самолет и перстень с сапфиром — родня. В каждом есть наш герой.

Оксид алюминия — это корунд. А к ним относятся сапфиры, рубины, изумруды — все эти короли драгоценных камней содержат алюминий. Сам корунд используют как наждак.

Купить металл

Стоимость металла на бирже 148 USD за тонну (на 05.05.2020).

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Алюминий: свойства, применение, виды, способы получения

Алюминий – металлический элемент серебристо-белого цвета, его механические характеристики и технологические свойства обеспечивают широкое применение в различных отраслях промышленности, строительстве и быту.

Алюминий сочетает малую плотность и прочность, устойчивость к коррозии и резким температурным перепадам. В периодической таблице Менделеева обозначается как Al, атомный номер – 13. Этот элемент распространен в земной коре, по содержанию в ней занимает третье место после кислорода и кремния. В недрах его содержится примерно 8%. Для сравнения – золото в земной коре присутствует в количестве, равном всего миллионным долям процента.

Технологии промышленного получения алюминия

Впервые о существовании этого металла в 16 веке догадался Парацельс, выделивший из квасцов «квасцовую землю». В нейон выявил оксид неизвестного на тот момент металла, очень заинтересовавший ученого. В 18 веке его опыты повторил немецкий химик Маргграф, который и дал имя новому элементу. В переводе с латыни переводится как «вяжущий». Только в конце позапрошлого века был найден экономически выгодный способ промышленного получения алюминия.

Чаще всего этот металл получают из бокситов –вторичных пород. Они образовались при распаде алюмосиликатов первичного происхождения, которые, в свою очередь, сформировались в высокотемпературных условиях вулканических извержений. В России алюминий выделяют из нефелиновых руд, добываемых на Кольском полуострове и в Кемеровской области. Вторичные продукты добычи Al из нефелиновых руд: портландцемент, сода, удобрения.

Популярная технология получения глинозема (оксида алюминия) из бокситов – щелочной метод Байера, разработанный российскими учеными в конце 19 века. Полученный в результате этого процесса оксид Al₂O₃ – прочное химическое соединение, плавящееся при +2050°C. Металл в чистом виде получают электролизным восстановлением оксида. ОсобочистыйAlполучают трехслойным электролизом. Дополнительную очистку, если такая требуется, проводят рафинирующим электролизом с электролитом из алюмоорганических соединений, а также с помощью зонного плавления или дистилляции через субфторид.

Основные свойства алюминия

Этот элемент химически активен, но образующаяся на его поверхности плотная оксидная пленка защищает полуфабрикаты и готовые изделия от коррозионного разрушения.

Для алюминия характерны следующие физические свойства:

плотность – 2,7 г/см 3 (для сравнения – плотность железа составляет 7,85 г/см 3 );
температура плавления +600°C (железа+1535°C);
высокие электро- и теплопроводность;
парамагнетизм – металл притягивается магнитом исключительно при наличии магнитного поля;
объемная гранецентрированная металлическая кристаллическая решетка.

Основные естественные примеси, присутствующие в Al после восстановления из оксида (кремний, цинк, титан, железо, медь), влияют на физические и технологические параметры металла. Чем он чище, тем выше его электропроводность, теплопроводность, коррозионная стойкость и, конечно, цена. Основные механические параметры: предел прочности после холодного пластического деформирования– 150 МПа, относительное удлинение – 50%.

Alлегко формуется, поддается механической обработке, сваривается различными видами сварки. Для повышения коррозионной стойкости поверхность деталей и конструкций анодируют. Анодирование – электрохимический процесс создания толстой оксидной пленки.

Химические характеристики металла алюминия:

Химическая активность. В мелкофракционном состоянии при высоких температурах Al активно соединяется с кислородом, фосфором, серой, азотом, йодом, углеродом. При комнатных температурах реагирует с бромом, хлором, щелочами.
Взаимодействие с другими металлами с образованием сплавов, содержащих алюминиды, – интерметаллические соединения.
При наличии на поверхности плотной оксидной пленки –стойкость к атмосферной коррозии, пресной и соленой воде, инертность к органическим кислотам, разбавленной и концентрированнойHNO₃. При очищенной оксидной пленке этот металл активно вступает в реакцию с водой.

Виды алюминия по степени очистки

В зависимости от процентного содержания основного элемента принята следующая классификация степеней чистоты:

99,5-99,79% – промышленная чистота (техническая);
99,8-99,949% – высокочистая;
99,95-99,9959% – сверхчистая;
99, 9960-99,9990 % – особо чистая;
свыше 99,999% – ультрачистая.

Алюминий технической чистоты имеет широкое применение в промышленности, где важны его главные физические свойства – небольшая плотность, электро- и теплопроводимость. Он выпускается в виде алюминиевых листов, труб, плит, прутков, профильного проката. Их применяют для изготовления деталей и элементов конструкций, не запланированных для значительных нагрузок. Из высокоочищенных материалов выпускают фольгу и токопроводящие элементы.

Виды алюминиевых сплавов

Основная область применения алюминия– производство сплавов, которые разделяют на деформируемые и литейные.

Деформируемые

Такие марки хорошо обрабатываются на всех стадиях обработки, сочетают прочность и пластичность. Используется при производстве листов, прутков, труб, поковок, штамповок. Применяемые способы деформирования: прокатка, волочение, прессование, ковка. По способности повышать прочностные характеристики деформируемые материалы на базе алюминия подразделяют на термически неупрочняемые и термически упрочняемые.

Популярный сплав, относящийся к этой группе, – дюралюминAl-Cu-Mg, в который дополнительно вводится марганец, повышающий устойчивость к коррозии. Если ранее наиболее распространенным был материал Д1, то постепенно его заменила более технологичная марка Д16. В Евросоюзе и США используются марки 2017, 2024, 2117.Дюралюмин, выпускаемый в листах, для дополнительного улучшения коррозионной стойкости плакируют – покрывают поверхность слоем чистого Al.

Еще один представитель этой группы – авиаль (АВ), материал, используемый в авиастроении. Он немного уступает по прочности дюралюминам, но превышает их по пластичности в нормальном и нагретом состояниях. Удовлетворительно обрабатывается режущими инструментами, сваривается аргонодуговой и контактной сваркой.

Высокопрочные сплавы на основе алюминия обладают повышенными прочностными свойствами, но меньшей пластичностью по сравнению с дюралюминами. Марка В95широко применяется в самолетостроении для конструкций, эксплуатируемых при температурах выше +100°C. Хорошо сваривается точечной сваркой и обрабатывается режущими инструментами.

Литейные

Алюминиевые сплавы для фасонного литья отличаются жидкотекучестью, небольшой усадкой, стойкостью к образованию горячих трещин, коррозии. Количество легирующих элементов в таких материалах выше, чем в деформируемых. Наиболее распространены композиции Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, дополнительно легированные небольшими количествами марганца, хрома, никеля.

Примеры использования алюминия и его сплавов при производстве различных видов транспорта

Современные отрасли транспортостроения невозможно представить без материалов, созданных на основе Al, которые сочетают достаточно высокую прочность, пластичность, малую плотность и хорошую устойчивость ко многим видам коррозии.

Самолетостроение

В РФ при создании авиационной техники широко используют тремоупрочняемые высокопрочные марки, содержащие, помимо AL, цинк, магний, медь. Марки повышенной прочности и среднепрочные, не имеющие в своем составе цинка, используются для изготовления киля, крыла, фюзеляжа. Для гидросамолетов востребованы магнийсодержащие марки АМг5, АМг6 с хорошей свариваемостью и марки В92, 1915, 1420.

Создание объектов космической техники

В этой области используют сплавы на основе алюминия, обладающие хорошей устойчивостью к низким температурам. Из марки 2219, способной работать при криогенных температурных условиях в контакте с жидким кислородом, гелием, водородом, изготавливались листы, применяемые при создании космических «Шаттлов». Из алюминиево-литиевой марки 2090 изготавливают емкости для жидкого водорода.

Судостроение

Алюминиевая промышленность изготавливает полуфабрикаты из алюминия и его сплавов для использования в судостроении. Из них производят судовое оборудование, корпуса судов, коммуникационные системы, надстройки для палубы. Применение этих материалов вместо стали уменьшает массу судна, улучшает его маневренность и максимально допустимую скорость. Чаще всего в этой отрасли востребованы магний- и марганецсодержащие марки.

Железнодорожный транспорт

Подвижной состав, эксплуатируемый на железной дороге, изготавливается только из прочных, износостойких, коррозионностойких, долговечных материалов. Такие свойства имеют алюминий и сплавы на его основе. Из них изготавливают емкости для перевозки сырой нефти, темных и светлых нефтепродуктов, масел.

Автомобильный транспорт

Сочетание небольшой плотности, прочности, декоративных характеристик и коррозионной устойчивости позволяет успешно использовать алюминиевые марки в автомобилестроении. Их применение расширяет ассортимент перевозимых товаров, среди которых могут быть жидкости и газы высоких классов опасности.

Применение алюминия в металлургии

Алюминий – высокоактивный металл, поэтому его используют в металлургии в качестве мощного восстановителя при производстве хрома, кальция, марганца. Для раскисления стали используется низкокачественный материал, не подходящий для производства полуфабрикатов и готовой металлопродукции. В ходе этого процесса из расплавленного железа удаляется кислород, негативно влияющий на эксплуатационные свойства конечного продукта.

Алюминий – «серебро из глины»

Представить современную жизнь без этого металла невозможно. Упаковка таблеток, тара для напитков, начинка холодильника и многое другое – все это алюминий.

Что представляет собой
Как был открыт
Мировой опыт
Металл в России
Новое «золото»
История названия
Металл в природе
Месторождения и методы добычи
Физико-химические характеристики
Способы получения
Алюминий vs медь
Где используется
Промышленность
Им восстанавливают редкие металлы из их соединений.
ВПК, авиация и космонавтика
Другие отрасли
Предостережение
Цены

Что представляет собой

Алюминий – это металл, элемент периодической системы Д. И. Менделеева №13. Простое вещество с формулой из одного символа – Al.

Международное обозначение – Al (Aluminium).

Структура решетки – куб, центрированный по граням.

Цвет изначально белый, но на воздухе создается серебристо-матовая пленка-оксид.

По классификации цветных металлов причислен к группе легких (вместе с титаном и магнием).

Алюминий – самый распространенный в земной коре среди металлов и третий среди химических элементов, вслед за кислородом и кремнием.

Как был открыт

Бокситы и глинозем известны людям веками. С алюминием как металлом они познакомились только к середине XIX века.

Мировой опыт

История открытия – это опыты ученых-одиночек:

Первую попытку предпринял Парацельс (XVI век). Он выделил из квасцов «квасцовую землю», содержащую оксид неизвестного металла (алюминия).
Два века спустя процесс повторил немецкий химик Андреас Маргграф. Тоже получил оксид металла, которому присвоил название alumina («вяжущий»).
Первые миллиграммы металла выделил датчанин Ганс Эрстед. Физик-практик выбрал исходником хлорид алюминия. Нагревая и воздействуя калийной амальгамой, получил чистый металл.
Чистый калий, а не амальгаму использовал Фридрих Велер. Восстановив металл (получилось несколько крупинок), описал его свойства.
Еще дальше пошел француз Сент-Клер Девиль. Он изготовил слиток металла, использовав метод Велера. Но вместо калия взял натрий. Девиль предъявил слиток публике на Всемирной выставке в Париже (1855 год), сотворив сенсацию. Спустя год получил металл методом электролиза. Такой успех объясним: ученого спонсировал сам Наполеон III, рассчитывавший приспособить металл для военных нужд.

Получение металла промышленными партиями – заслуга американца Чарльза Холла и француза Поля Эру. Независимо друг от друга они к 1886 году разработали методику расплава глинозема в криолите электролизом.

Металл в России

С глиноземом экспериментировали и русские ученые. Метод, предложенный К.И.Байером, стал классическим для алюминиевой промышленности мира.

Первый алюминиевый завод – Волховский – ввели в строй во времена СССР (1932 год).

Производство сырья исчислялось тысячами тонн. Эта отрасль была на особом счету: ее продукт обеспечивал обороноспособность государства.

Сегодня монополист по добыче и переработке сырья – компания «Русал» («Русский Алюминий»).

Новое «золото»

Первый алюминий был дороже золота:

Европейская знать использовала алюминиевые столовые приборы (гостям попроще выдавались серебряные или золотые). Моду задал своим указом император Франции Наполеон III.
Ювелиры изготавливали украшения класса люкс.
Бесценный подарок сделали англичане русскому гению Дмитрию Менделееву – весы с чашами из золота и алюминия.

Дешевый метод появился к началу ХХ века. В 1911 году во французском Дюрене выпустили первую партию металла. Его назвали в честь этого города. А алюминий перешел в разряд бижутерии.

История названия

Латинский термин восходит к корню alumen. Так назывались квасцы, издревле используемые лекарями.

В России металл именовали «серебром из глины», поскольку глинозем – главный компонент глины.

Металл в природе

7,4-8,1% земной коры – это алюминий. В природе представлен горными породами и минералами, формирующими земную кору.

Почти всегда это соединения алюминия:

Бокситы (оксиды с примесью кремния, кальция, железа).
Глиноземы (каолиново-песчаная либо известковая, магнезиальная смесь).
Нефелины (с калием).
Каолиниты.
Корунды.

В сегменте корундов соседствуют «суровый» наждак и ювелирные минералы: сапфир, рубин. Строение их решеток идентично.

Соединения алюминия найдены в воде рек, морей, океанов. В чистом виде – только в жерлах вулканов.

Месторождения и методы добычи

Главное сырье для получения алюминия – бокситы. Их залежи сосредоточены в тропиках и субтропиках.

Добыча алюминия

Россия богата нефелиновыми рудами, источник которых – север страны (Кольский полуостров и Кемеровская область).

Мировые запасы сырья исчисляются миллионами тонн.

Добыча ведется открытым либо закрытым способом.

Физико-химические характеристики

Для практических целей важны следующие свойства алюминия:

Наконец, с ним легко работается. Металл подходит для любого вида обработки (штамповка, волочение, ковка, прокат, полировка).

Способы получения

Бокситная руда – это глинозем (45-58%) плюс соединения железа, титана, кремнезем. Ее транспортируют на обогатительную фабрику.

Для очистки глинозема применяют процесс К.И.Байера:

Руду загружают в автоклав, где нагревают с едким натром, охлаждают.
Отделяют твердый осадок.
Гидроокись осаждают, прокаливают.

На выходе получают оксид алюминия, то есть чистый глинозем. Его тестируют на калибровку и чистоту, затем превращают в алюминий.

Свойства алюминия делают невозможным применение классических для металлов способов восстановления.

Сегодня металл высвобождают способом, придуманным в конце XIX века (метод Холла-Эру).

Изучается возможность производства металлического алюминия через частичное восстановление. Образуется карбид алюминия, который разлагают при 1950°С. По расчетам, он рентабельнее классического.

Из нефелинов попутно получают кальцинированную соду, поташ, цемент, удобрения.

Алюминий vs медь

Эти металлы – соперники на рынке. У каждого свои достоинства и недостатки.

Главные конкурентные преимущества алюминия – легкость, пластичность, дешевизна (втрое по сравнению с медью).

Медь отличается более высокой тепло- и электропроводностью.

Где используется

Характеристики алюминия обусловили его применение во всех отраслях хозяйства – от ракетостроения до производства пищевой фольги.

По степени чистоты металла различают два вида: технический и высокой чистоты.

Промышленность

Металл используют как конструкционный материал и восстановитель.

Например, трубы из него долговечны, надежны. Кроме магистральных газо-, водопроводов, радиаторов отопления, это элементы бензобаков, автомобилей, самолетов, судов. Их используют декораторы и укладчики дорог.

Металлургия

Металл применяется как базис для сплавов. В отличие от природных примесей, сплавы создаются людьми. Их искусственное происхождение обнуляет природные недостатки материала. Например, медь и магний повышают порог прочности.

Алюминиевых сплавов сотни, самые известные:

дюралюминий – плюс медь, магний;
силумин – плюс кремний.

Другие легирующие элементы – железо, никель.

Как мощный раскислитель задействован в производстве сталей. Благодаря ему исключена пористость отливок и слитков.

Им восстанавливают редкие металлы из их соединений.

Электротехника

Это оптимальный материал для ассортимента изделий:

Провода, кабели, тепловое оборудование.
Холодильные, другие криогенные системы.
Клапаны двигателей внутреннего сгорания, нефтяных платформ, турбин.

Алюминий заменяет затратный процесс цинкования.

Энергетика

Металл выступает универсальным вторичным энергоносителем для выработки тепла, производства водорода, электричества для электрохимических генераторов.

Применяется в теплообменниках, радиаторах охлаждения.

Строительство

Газообразующий агент, благодаря которому возможно получение пористого строительного материала.

Технологи работают над созданием пенистого алюминия – сверхлегкого, сверхпрочного материала нового поколения.

ВПК, авиация и космонавтика

Из алюминия сделан первый самолет (1919 год). Сегодня это сырье номер один в авиа- и ракетостроении. Он есть в корпусах самолетов, ракет, спутников.

Алюминий и его соединения – основа либо компонент топлива для ракет.

Дешевый легкий металл приспособили для производства автоматов, гранатометов, пистолетов, взрывчатки.

Другие отрасли

Металл популярен в «мирных» сегментах.

Пищевая промышленность

В пищепроме это упаковка продуктов питания, фольга для кулинарных целей (например, запекания в духовке).

Алюминий – это пищевая добавка Е173.

Столовые приборы для общепита, армии (котелки, фляги), пенитенциарных заведений тоже алюминиевые.

Медицина

Алюмогель – основа препаратов при проблемах желудочно-кишечного тракта. Самые известные – Маалокс, Альмагель.

Ювелирное дело

Ювелиры любили алюминий: его легко обрабатывать, а пленка на поверхности придает сходства с благородной патиной.

Но эти времена прошли. Сегодня металл в почете только у японцев. Мастера выполняют традиционные украшения для причесок, одежды. Они проходят как бижутерия, заменяя элитарное серебро.

Мода прихотлива: сегодня появились украшения класса люкс из бетона как оправы. Так что всплеск популярности ювелирного алюминия не исключен.

Предостережение

Алюминий не заложен изначально в биологические организмы. Но человек получает его микродозы ежедневно – с пищей.

Им богаты горох, пшеница, рис, овсяный «геркулес». Доказана польза алюминия как стимулятора регенерации, развития тканей, работы ЖКТ, ферментов.

Однако его переизбыток (откладывается в костях, мозге, печени, почках) чреват тяжелыми расстройствами нервной системы.

По стандартам РФ, в литре питьевой воды не должно быть более 0,2 мг алюминия.

Алюминиевой посудой пользоваться можно, но ограниченно. Безопасны готовка, подогрев, хранение продуктов с нейтральными характеристиками. Приготовление кислых блюд (щи, томат, компот) опасно. Алюминий поступит в еду, создавая избыточную дозу при попадании в организм, плюс «железный» привкус.

На 2021 год стоимость тонны сырья на мировых рынках превышает $2000. За последние три года она колебалась, достигая максимума ($2300, май 2018) и минимума (в коронакризисс – $1500, апрель 2020 года).