Введение
Впервые предположение о существовании алюминия было высказано в 1808 г. английским ученым Дэви. Именно он дал это название новому металлу. Однако лишь в 1825 г. датскому ученому Эрстеду и в 1827 г. немецкому химику Вёлеру удалось выделить первые крупицы алюминия в чистом виде.
Авторы современного способа получения чистого алюминия — американец Чарльз Холл и француз Поль Эру. Родились оба в 1863 г. Разработав независимо один от другого способ получения алюминия электролизом расплавленных солей (расплав криолита Ка3А1Р6 с растворенным в нем оксидом алюминия А12О3), они независимо друг от друга взяли патент в одном и том же 1886 г.
До конца XIX столетия алюминий был дорогим металлом, лишь немного дешевле золота. Датой начала промышленного выпуска следует считать 1890 г. С 1854 по 1890 гг. произведено всего 200 т, с 1890 по 1899 гг. 28000 т, за один 1930 г. 270000 т, за 1968 г. 8386200 т. В 60-е годы XX столетия годовой прирост мирового производства алюминия составлял около 15%, а в последние годы он не превышает 5%.
В начале XX века алюминий применяли только в чистом виде. В машиностроении его не употребляли, так как он был дорог и малопрочен. История алюминиевых сплавов начинается с открытия в 1906 г. немецким ученым Альфредом Вильмом первого термически упрочняемого сплава. Предложенный им сплав дуралюмин содержал 4% Си; 0,5% М§ и 0,5% Мп. Сплавы типа дуралюмин, такие как Д1 и Д16, широко распространены в современной промышленности. Эти сплавы наряду с высокой прочностью 400...500 МПа имеют небольшую плотность. Хотя по прочности алюминиевые сплавы и уступают сталям, но по удельной прочности (отношению временного сопротивления к плотности) значительно превосходят их. Это обеспечило широкое применение алюминиевых сплавов в авиации и ракетной технике.
Алюминий – металл, сферы потребления которого постоянно расширяются. В ряде областей промышленности он успешно вытесняет традиционно применяемые металлы и сплавы. Бурное развитие потребления алюминия обусловлено замечательными его свойствами, среди которых в первую очередь следует назвать высокую прочность в сочетании с малой плотностью, удовлетворительную коррозионную стойкость, хорошую способность к формоизменению путем литья, давления и резания; возможность соединения алюминиевых деталей в различных конструкциях с помощью сварки, пайки, склеивания и других способов; способность к нанесению защитных и декоративных покрытий.
Алюминий и его сплавы отличаются высокой технологичностью, хорошо деформируются, из них сравнительно легко можно получить изделия сложной формы, и ряд его сплавов обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью. По электропроводности он уступает лишь серебру, меди и золоту. Неудивительно поэтому, что относительный объем производства и потребления алюминия среди других конструкционных металлов непрерывно возрастает. По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди конструкционных металлов. В земной коре содержится 8,8% алюминия, в то время как железа всего 5,1%. Алюминий входит в состав всех глин, полевого шпата, боксита и ряда других горных пород.
Применение алюминия обусловлено особенностью его свойств. Сочетание легкости с достаточно высокой электропроводностью позволяет применять алюминий как проводник электрического тока, заменяя им более дорогую медь. Разницу в электропроводности меди и алюминия компенсируют увеличением сечения алюминиевого провода. Малая масса алюминиевых проводов делает возможным осуществлять их подвеску при значительно большем, чем в случае медных проводов, расстоянии между опорами, не опасаясь обрыва проводов под влиянием собственного веса.
В настоящее время алюминий и его сплавы используют практически во всех областях современной техники. Важнейшие потребители алюминия и его сплавов - авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления. Использование алюминия и его сплавов во всех видах транспорта и в первую очередь - воздушного позволило решить задачу уменьшения собственной ("мертвой") массы транспортных средств и резко увеличить эффективность их применения. Из алюминия и его сплавов изготовляют авиаконструкции, моторы, блоки, головки цилиндров, картеры, коробки передач, насосы и другие детали.
Алюминием и его сплавами отделывают железнодорожные вагоны, изготовляют корпуса и дымовые трубы судов, спасательные лодки, радарные мачты, трапы. Широко применяют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока. В приборостроении алюминий и его сплавы используют в производстве кино- и фотоаппаратуры, радиотелефонной аппаратуры, различных контрольно-измерительных приборов. Благодаря высокой коррозионной стойкости и нетоксичности алюминий широко применяют при изготовлении аппаратуры для производства и хранения крепкой азотной кислоты, пероксида водорода, органических веществ и пищевых продуктов.
Высокая пластичность позволяет раскатывать алюминий в фольгу, которая в настоящее время полностью заменила применявшуюся ранее более дорогую оловянную фольгу. Фольга служит упаковкой для самых разнообразных пищевых продуктов: чая, шоколада, табака, сыра и др.
Все более широко используется алюминий при изготовлении тары для консервирования и хранения продуктов сельского хозяйства. В пищевой промышленности из него изготовляют разнообразную посуду для приготовления пищи. При этом используют не только его стойкость к действию органических кислот, но также и высокую теплопроводность.
Алюминий используется для строительства зернохранилищ и других быстровозводимых сооружений. Являясь одним из важнейших стратегических металлов, алюминий, как и его сплавы, широко используется в строительстве самолетов, танков, артиллерийских установок, ракет, зажигательных веществ, а также для других целей в военной технике.
Алюминий высокой чистоты находит широкое применение в новых областях техники - ядерной энергетике, полупроводниковой электронике, радиолокации, а также для защиты металлических поверхностей от действия различных химических веществ и атмосферной коррозии. Химическую активность алюминия по отношению к кислороду используют для раскисления при производстве полуспокойной и спокойной стали и для получения трудновосстановимых металлов путем вытеснения алюминием из их кислородных соединений. Высокая отражающая способность алюминия используется для изготовления из него отражающих поверхностей нагревательных и осветительных рефлекторов и зеркал. Алюминий применяют как легирующий элемент в самых различных сталях и сплавах. Он придает им специфические свойства. Так например, он повышает жаростойкость сплавов на основе железа, меди, титана и некоторых других металлов.
Широко применяют алюминий и его сплавы в промышленном и гражданском строительстве для изготовления каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и др. В Канаде, например, расход алюминия для этих целей составляет около 30 % от общего потребления, в США- более 20 %. По масштабам производства и значению в хозяйстве алюминий прочно занял первое место среди других цветных металлов.
В целом применение алюминия в различных отраслях хозяйства на примере развитых стран оценивают следущими цифрами: транспортное машиностроение 20-23% (в том числе автомобилестроение 15%), строительство 17-18%, электротехника 10-12%, производство упаковочных материалов 9-10%, производство потребительских товаров длительного пользования 9-10%, общее машиностроение 8-10%.
Алюминий завоевывает все новые области применения, несмотря на конкуренцию других материалов и особенно пластмасс.
2. Классификационные признаки алюминия первичного
1. По виду используемого сырья.
В природе алюминий 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.
2. По способам производства.
Известные в настоящее время методы получения глинозема можно разбить на три группы: щелочные, кислотные и электротермические. Наиболее широкое применение получили щелочные методы. Получение металлического алюминия из глинозема заключается в его электролитическом разложении на составные части - на алюминий и кислород.
3. По содержанию примесей.
Алюминий подразделяется на:
· Чистый
· Технический
· Алюминиевые сплавы
Чистота алюминия является решающим показателем, влияющим на все его свойства, поэтому химический состав положен в основу классификации алюминия.
Чистый алюминий имеет малую прочность и не может быть использован в качестве конструкционного материала. Однако его прочность возрастает под влиянием добавок других элементов, термической и химической обработки.
В настоящее время используется следующая классификация алюминия по степени чистоты:
| Обозначение | Содержание алюминия по массе,% |
| Алюминий промышленной чистоты | 99,5 - 99,79 |
| Высокочистый алюминий | 99,80 - 99,949 |
| Сверхчистый алюминий | 99,950 - 99,9959 |
| Особочистый алюминий | 99,9960 - 99,9990 |
| Ультрачистый алюминий | свыше 99,9990 |
Химический состав алюминия первичного
| Марка алю-миния | Химический состав, % | |||||||||||||||
| Алюми-ний, не более | Массовая доля примесей, % | Прочие примеси | ||||||||||||||
| Железо | Кремний | Медь | Цинк | Титан | Каждая в отдельности | сумма | ||||||||||
| Алюминий особой чистоты | ||||||||||||||||
| А999 | 99,999 | ____ | ____ | ____ | ____ | ____ | ____ | 0,001 | ||||||||
| Алюминий высокой чистоты | ||||||||||||||||
| А995 | 99,995 | 0,00015 | 0,0015 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,005 | ||||||||
| А99 | 99,990 | 0,0030 | 0,0030 | 0,003 | 0,003 | 0,002 | 0,001 | 0,010 | ||||||||
| А97 | 99,970 | 0,0150 | 0,0150 | 0,005 | 0,003 | 0,002 | 0,002 | 0,030 | ||||||||
| А95 | 99,950 | 0,0300 | 0,0300 | 0,0015 | 0,005 | 0,002 | 0,005 | 0,050 | ||||||||
| Алюминий технической чистоты | ||||||||||||||||
| А85 | 99,850 | 0,0800 | 0,0600 | 0,010 | 0,020 | 0,008 | 0,020 | 0,150 | ||||||||
| А8 | 99,800 | 0,1200 | 0,1000 | 0,010 | 0,040 | 0,010 | 0,020 | 0,200 | ||||||||
| А7 | 99,700 | 0,1600 | 0,1500 | 0,010 | 0,040 | 0,010 | 0,020 | 0,300 | ||||||||
| А7Е | 99,700 | 0,2000 | 0,0800 | 0,010 | 0,040 | 0,010 | 0,020 | 0,300 | ||||||||
| А6 | 99,600 | 0,2500 | 9,1800 | 0,010 | 0,060 | 0,020 | 0,030 | 0,400 | ||||||||
| А5Е | 99,500 | 0,3500 | 0,1200 | 0,020 | 0,040 | 0,015 | 0,020 | 0,500 | ||||||||
| А5 | 99,500 | 0,3000 | 0,2500 | 0,020 | 0,060 | 0,020 | 0,030 | 0,500 | ||||||||
| А0 | 99,000 | 0,5000 | 0,5000 | 0,020 | 0,080 | 0,020 | 0,030 | 1,000 | ||||||||
В зависимости от содержания примесей алюминий первичный предназначен для изготовления чушек, слитков, катанки.