Алюминий (Al)

[aluminium] - химический элемент III группы Периодич. системы; ат. н. 13, ат. м. 26,9815; серебристо-белый легкий металл. Состоит из одного стабильного изотопа 27А1. Первый пром. способ произ-ва А1 предложил в 1854 г. франц. химик А. Э. С.-Клер Девиль: восстановление двойного хлорида Na3AlCl6 металлич. Na. Похожий по цвету на серебро А1 сначала ценился очень дорого. С 1855 по 1890 г. было получено всего 200 т А1. Соврем, способ получения А1 электролизом криолито-глиноземного расплава разработали в 1886 г. одноврем. и независимо Ч. Холл (США) и П. Эру (Франция).По распространенности в природе А1 занимает 3-е место после кислорода и кремния и 1-е — среди металлов. Его содержание в земной коре 8,80 мае. %. В свободном виде А1 в силу хим. активности не встречается. Известны сотни минералов А1, преимущ. алюмосиликатов. Пром. значение имеют бокситы, алуниты и нефелины. Нефелиновые породы беднее бокситов глиноземом, но при их комплексной переработке разработ. в России способом получают важные побочные продукты: соду, поташ, серную кислоту. Нефелиновые руды в России образуют, в отличие от бокситов, весьма крупные месторождения (на Кольском п-ве, на Урале, в Красноярском крае и др.).
А1 сочетает весьма ценный комплекс с-в: малую плотность, высокие тепло- и электропроводность, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Он легко поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. А1 хорошо сваривается газовой, контактной и др. видами сварки. Решетка А1 — ГЦК (а = = 0,40413 нм). Св-ва А1, как и всех металлов, зависят от его чистоты. Св-ва А1 особой чистоты (99,996 %): у20.с = 2,69 г/см3; tm = 660,24 °С; 'к» * 250° °с; ТКЛР (от 20 до 100 °С) 23,86 • КГ6; XIW.C = 343 Вт/(м • К) электропроводность по отношению к меди (при 20 °С) 65,5 %. Прочность А1 невысока (<тв= 50-60 МПа), НВ = = 170 МПа, пластичность до 50 %. После холодной прокатки ав А1 возрастает до 115 МПа, НВ < 270 МПа, Е, снижается до 5 %. А1 хорошо полируется, анодируется и обладает высокой отражательной способностью, близкой к Ag. При большом сродстве к кислороду А1 на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной пленкой А12О,, защищающей его от дальнейшего окисления и обусловл. высокие антикоррозионные свойства. А1 стоек на воздухе, в морской и пресной воде, практически не взаимодействует с концентрир. или сильно раз-бавл. HNO3, с органич. кислотами, пищевыми продуктами.
Произ-во А1 включает две основные стадии: получение глинозема (А12О3) сложной химической переработкой А1-руд и металлич. А1 электролизом А12О3, р-ренного в расплавл. криолите (Na3AlF6). Глинозем получают из бокситов, нефелинов, алунитов, но наиб, широко используют бокситы, к-рые, в осн., перерабатывают по способу Байера (см. Глинозем). Электролиз р-ра А12О3 в криолите ведут в электролизерах при 950—975 °С. Используют электролизеры трех осн. конструкций: с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым подводом тока; те же, но с верхним подводом тока; с обожженными анодами. Электролитная ванна - железный кожух, футеров, огнеупорным кирпичом и выложенный угольными плитами и блоками. Катод - подина ванны. Пром. электролит помимо криолита содержит добавки (A1F3, CaF2, LiF, MgF2, NaCl и др.), сумма к-рых не превышает 8-10 %. Осн. назначение добавок -снижение tm электролита и увеличение электропроводности. В пром. электролите поддерживают содержание 6-8 % А12О3 во избежание его остатков на подине ванны. Важная характеристика электролита — криолитовое отношение (к.о.) — отношение молярных содержаний NaF/AlF3. Для чистого криолита к. о.= 3. Электролиты с к. о. = 3 называют нейтральными, < 3 — кислыми, > 3 — основными. В пром. А1-ваннах применяют кислые электролиты с к. о. = 2,6-5-2,8. У пром. электролита у = 2,09-2,11 г/см3 при 1100 'С, т.е. на ~ 10 % меньше, чем у расплавленного А1.
При электролизе А12О3 криолит диссоциирует на ионы. На катоде разряжаются ионы А13+ с образованием металлич. А1, а на аноде - ионы О2", окисляющие углерод анода до СО и СО2. Соврем, электролизеры - серия из 150—160 ванн, подключенных последовательно к источнику постоянного тока, работают при U = 4,1-4,5 В и / < 150 кА. Из ванны расплавл. А1 извлекают вакуум-ковшом. Примеси из чернового А1 удаляют продуванием расплава хлором с получением первичного алюминия с 99,5-99,85 % А1 и разливкой его в формы. А1 высокой чистоты (99,9965 %) получают электролит, рафинированием первичного А1 по т.н. 3-слойному способу, снижающему содержание примесей Fe, Si и Си. П.Д.К. в воздухе пыли металлич. А1 и его оксидов - 2 мг/м3.
Сочетание физ., механич. и хим. свойств А1 определяет его широкое применение во всех областях техники, особенно в виде сплавов (см. Al-сплавы). В электротехнике А1 успешно заменяет Си, особенно в массивных проводниках, напр, воздушных линий, высоковольтных кабелях, шинах распред. устройств, трансформаторов и т.п. (при поперечном сечении, обеспечив, одну и ту же проводимость, масса проводников из AJ вдвое меньше медных). Сверхчистый А1 используют в произ-ве электрич. конденсаторов и выпрямителей. А1 применяют для предохранения металлич. поверхностей от атм. коррозии (алитирование, плакирование, алюмин. краска), изготовления резервуаров большой емкости для хранения и транспортировки жидких газов (метан, кислород, водород и т.д.), азотной и уксусной кислот, пищевых масел, а также оборудования и аппаратов в пищевой пром-ти. А1 - одна из самых распространенных легир. добавок в сплавах на основе Си, Mg, Ti, Ni, Zn и один из основных раскислителей сталей и сплавов на основе железа.