ALIUMINIS - vienas iš labiausia paplitusių žemės plutos elementų: trečias po deguonies ir silicio ir pirmas iš metalų. Jis yra vienas iš gausiausių žemės plutos elementų ir sudaro 7,9% jos masės. Aliuminis gerai praleidžia šilumą ir elektros srovę: Jo elektrinis laidumas lygus maždaug 2/3 vario elektrinio laidumo. Aliuminis labai plastiškas Aliuminis yra sidabriškai baltos spalvos. Jis priklauso prie lengvųjų metalų - 2700 kg/m3. Cheminėse reakcijose aliuminis atiduoda tris išorinio sluoksnio elektronus ir virsta teigiamuoju jonu Al+3, turinčiu tris krūvio vienetus. Įtampų eilėje aliuminis yra arti šarminių ir šarminių žemės metalų ir turėtų būti chemiškai aktyvus metalas. Ar tam neprieštarauja kasdieninė patirtis? Juk aliuminio induose kasdien virinamas vanduo ir verdamas maistas, ir niekas tiems indams neatsitinka. Šio prieštaravimo priežastį padės išsiaiškinti bandymas.
Nuožulniai įtvirtiname stove aliuminio vielą ir kaitiname apatinį jos galą degiklio liepsna. Įkaites vielos galas staiga nulinksta žemyn. Įsižiūrėjus galima pamatyti, kad aliuminio viela apsitraukė pusiau skaidria plėvele, kurios viduje išsilydęs aliuminis, blizgėdamas kaip sidabras, srūva žemyn ir išpučia apatinį plėvelės galą. Plėvelę sudaro aliuminio oksidas. Aliuminis jungiasi su atmosferos deguonimi ir normalioje temperatūroje. Jo paviršiuje tuoj pat susidaro plonytė, bet labai tanki aliuminio oksido plėvelė. Skutant aliuminį, nuo jo paviršiaus, be abejo, pašalina ir apsauginė plėvelė, bet vietoj jos tuoj pat susidaro pažeistame paviršiuje naujas oksido sluoksnis. Kad apsauginė plėvelė tikrai yra, galima įrodyti dar taip. Jei gabaliuką aliuminio panardysime į gyvsidabrį ir keliuose vietose aliuminį įbrėšime dilde, tai įbrėžimuose susidarys aliuminio amalgamas - jo lydinys su gyvsidabriu. Amalgamuotame aliuminio paviršiuje oksido plėvelė nesilaiko ir atšoka.
Dabar lengva paaiškinti aliuminio pasyvumą vandens atžvilgiu. Aliuminio oksidas ir hidroksidas pasižymi amfoterinėmis savybėmis. Su koncentruota azoto rūgštimi, skirtingai negu su praskiesta, aliuminis normalioje temperatūroje nereaguoja. Įkaitintas aliuminis reaguoja su daugelio metalų oksidais, jų tarpe ir su geležies oksidais. Aliuminis gaunamas iš aliuminio rūdų: boksito, kaolinito, korundo. Gamtoje aliuminis randamas tik junginiuose. Svarbiausia mineralų grupė - putnagai. Aliuminis - vienas iš lengviausių metalų, jo lydiniai labai tvirti, nors grynas aliuminis yra gan trapus. Dėl šios priežasties aliuminis buvo atrastas ir pavadintas dabartiniu vardu tik 1808 m.
Nuo boksito iki lydinių iki perdirbto laužo - aliuminio kelias yra ilgas ir išskirtinai svarbus moderniai pramonei. 1886 m. Paul Louis Toussaint Héroult ir Charles Martin Hall independently atrado elektrinį procesą, kuris dabar yra pagrindas šiuolaikinei aliuminio gamybai. Hall ir Héroult surado tinkamą tirpiklį, kuris lydosi žemesnėje temperatūroje, yra laidus elektrai ir neblogai tirpina Al2O3. Toks tirpiklis yra kriolitas, kuriame maždaug 1000 °C temperatūroje ištirpsta iki 15% Al2O3. Nuo to laiko aliuminis gaminamas elektrolizuojant maždaug 950 °C temperatūros Al2O3 tirpalą išlydytame kriolite. Aliuminis naudojamas aviacijoje, mechanikoje, elektrotechnikoje, virtuvės rakandams. Platų aliuminio panaudojimą lemia jo tvirtumas ir lengvumas.
Aliuminio rūda, daugiausia boksitas, yra randama tropinėse ir subtropinėse srityse: Afrikoje, Vakarų Indijoje, pietų Amerikoje ir Australijoje. Svarbiausia boksito sudėtis - Al(OH)3, Boehmite ir Diaverstras, su priemaišomis Fe2O3, SiO2, TiO2. Aukštoje boksite yra 45-55% Al2O3, todėl jis yra idealus efektyviam aliuminio gamybai. Bayer procesas boksitą paverčia į aliuminio oksidą (Al2O3) naudojant natrio hidroksidą ir aukštą temperatūrą. Po proceso gaunamas Al2O3, kuris lydomas Hall-Héroult procesu į gryną aliuminį. Per šį procesą energija tampa reikšminga: vienam tonui aliuminio reikia apie 13 MWh elektros energijos.
- Gamybos šerdis - Bayer procesas boksitui paversti į aliuminio oksidą.
- Po to - Hall-Héroult procesas Al2O3 paverčia į aliuminį lydymoje.
- Grynas aliuminis gali būti legiruojamas su kitais elementais siekiant didesnės savybės.
Perdirbtas aliuminis: uždaras kilpos sistema. Nors pirminis aliuminis gaunamas iš boksito, perdirbtas aliuminis sudaro apie 30% viso pasaulinio tiekimo. Perdirbtas aliuminis gaunamas iš laužo: skardinės, automobilių dalys, statybinės atliekos. Perdirbimas reikalauja žemesnės temperatūros ir mažesnės energijos, o tai suteikia didelį tvarumo potencialą. Aliuminio cheminė sudėtis rodo, kad beveik visi aliuminio lydiniai gali būti perdirbami be kokybės praradimo. Grynas Al turi ženklais: 99,9%+ Al kalbant apie aukštos kokybės laidumą ar atsparumą korozijai, o komerciniai lydiniai dažnai turi 85-99% Al bei papildomas priemaišas.
Aliuminio panaudojimo pavyzdžiai: aviacija, mechanika, elektrotechnika, virtuvės įrankiai ir pakuotė. Duraliuminis (Al-Cu-Mg-Mn) ir Siluminas (Al-Si) - svarbiausi deformuojamieji lydiniai. Duraliuminis pasižymi dideliu stiprumu ir kietumu, tačiau jo negalima lieti; Siluminas tinkamas liejiniams. Korozijos atžvilgiu duraliuminiai reikalauja atidumo laikant grūdinimo ir sendinimo procesą. Liejamieji lydiniai turi mažą subėgimą, gerą užpildymą formų ir atsparumą korozijai. Europoje naudojamos EN 1706 standarto liejamųjų lydinių žymėjimo sistemos, Rusijoje - AЛ su skaičiais, JAV - triženinė sistema.
Aliuminio oksidas (Al2O3) - vienas kietiausių mineralų, bespalvis korundas ir spalvotos atmainos rubinas bei safyras. Termiškai išlydytas Al2O3 veda į aluminių druskų formavimą; iš jo gaunamas metalinis aliuminis. Al(OH)3 - balta, kieta medžiaga, netirpstanti vandenyje; aliuminio hidroksidas susidaro reaguojant aliuminio druskoms su šarmais. Jei į aliuminio hidroksidą įpilsime natrio šarmo, susidarys skaidrus tirpalas. Aliuminio plėvelė - amfoterinis oksido sluoksnis, veikiant šarmui susidaro tirpus natrio aliuminatas ir vanduo. Taigi aliuminis pasyvus vandens aplinkoje dėl plėvelės.
Aliuminio universalumas atsiranda iš jo lengvumo ir stiprumo. Jis tris kartus lengvesnis už plieną, plačiai naudojamas transporto sektoriuje, aviacijoje, elektronikoje, pakuotėse ir daugybėje kitų sričių. Perdirbimas leidžia sumažinti energijos sąnaudas ir emisijas. Svarbiausios aliuminio savybės - lengvumas, stiprumas, atsparumas korozijai ir gebėjimas būti lengvai apdirbamiems pagal poreikius.
3D animacija | Hall Heroult procesas | Aliuminio išgavimo procesas
Aliuminio lydiniai gali būti skirstomi į deformuojamuosius ir liejamus. Pagrindiniai legiravimo elementai - varis, magnis, silicis, manganas ir cinkas. Duraliuminiai - Al-Cu-Mg-Mn lydiniai; jie pasižymi dideliu stiprumu, plastiškumu ir tvirtumu, bet reikalauja specialių grūdinimo ir formavimo technologijų. Deformuojamuosius lydinius galima termiškai stiprinti: grūdinant ir sendinant. Liejamieji lydiniai dažnai naudojami aviacijos ir automobilių pramonėje dėl jų formabilumo ir užpildymo savybių. Techniniams standarto apibrėžimams - grynas aliuminis (Al) bei komerciniai lydiniai (AD, AЛ) ir jų atitikmenys užsienio rinkose.
Apibendrinant galima teigti, kad aliuminis iš esmės yra pagamintas iš bokto rūdos, per Bayer procesą paverčiamas į aliuminio oksidą, o po to per Hall-Héroult procesą į metalą. Perdirbtas aliuminis iš laužo vaidina vis kritiškesnį vaidmenį, naudojant žemą energiją ir uždarą kilpą. Jo sudėtis - ar gryna, ar legiruota - diktuoja savybes ir plačias pramonės taikymo galimybes.
tags: #is #siu #uolienu #isgaunamas #aliuminis