Глава 6 Алюминий и его сплавы

Алюминий – второй (после железа) металл современной техники. Наиболее важным свойством алюминия, определяющим его широкое применение в технике, является его небольшая плотность, равная 2,7 г/см³, то есть алюминий почти в три раза легче железа.

Вторым очень важным свойством алюминия является его относительно высокая электропроводность, которая равна 34•10* Ом"1-см"1, что составляет 57% электропроводности меди. Температура плавления алюминия 660⁰С, температура кипения около 2500⁰С.

Кроме того, из свойств алюминия следует отметить его хорошую теплопроводность и теплоемкость. Алюминий химически стоек против органических кислот и хорошо сопротивляется воздействию азотной кислоты. Он очень быстро окисляется на воздухе, покрываясь тонкой пленкой окиси, которая, в отличие от окиси железа, не пропускает кислород в толщу металла. Следовательно, алюминий, несмотря на быстрое окисление при нормальных условиях, коррозионностоек. Его кристаллическая решетка куб с центрированными гранями и параметром а=0,404 Нм (4,04 Ǻ). Никаких аллотропических превращений у алюминия не обнаружено.

Алюминий и его сплавы широко применяются в машиностроении для изготовления различных транспортных аппаратов. В технике очень важно, чтобы собственный вес транспортной машины был минимален, что дает возможность при той же мощности мотора повысить грузоподъемность аппарата. Использование алюминия в авиации всем хорошо известно. За границей алюминий широко применяется для изготовления многих деталей железнодорожных вагонов, автомобилей и подъемных кранов различных конструкций.

Вторая область его применения – электротехника. Это обусловлено тем, что алюминий менее дефицитен и встречается в природе более широко, чем медь; электропроводность алюминия меньше меди, хотя провод из алюминия такой же электропроводности, как аналогичный медный провод, получается толще, но зато легче. Это важно для проводки во всех летательных и транспортных аппаратах, а также для проводов воздушных линий электропередач, где, применяя алюминиевые провода, можно реже ставить опоры.

Алюминиевая промышленность является сложным производством. Для получения алюминия недостаточно иметь только алюминиевую руду; требуется еще другой вид сырья – плавиковый шпат для получения криолита и других фтористых солей, необходимых в производстве алюминия. Нужны также чистые углеродистые материалы для получения анодной массы и других электродных изделий, без которых невозможно электролитическое производство алюминия. Нельзя его осуществить и без электрической энергии.

Таким образом, современное производство алюминия складывается из четырех часто самостоятельных предприятий: производства глинозема, получения криолита, электродного производства и электролитического получения алюминия

6.1. Руды алюминия

Алюминий – наиболее распространенный металл в земной коре (8,8%); в чистом виде он не встречается, зато минералов, содержащих алюминий, очень много. По данным акад. А. Е. Ферсмана, их больше 250, но алюминиевыми рудами являются далеко не все из них.

Основным сырьем для получения алюминия служат бокситы. Бокситы представляют собой сложную горную породу, которая содержит алюминий в виде гидроокисей. Кроме того, в бокситах всегда присутствуют окиси и гидроокиси железа, содержится кремнезем в виде кварца, каолинита, а также карбонат кальция, окись титана и др. Внешний вид и химический состав бокситов очень непостоянен. Качество бокситов определяется количеством и формой окиси алюминия (хорошие бокситы содержат ее 50÷60%) и содержанием кремнезема, вредной примеси, затрудняющей получение алюминия.

Вторая руда, которая используется для производства алюминия в нашей стране, нефелин. Химическая формула этого минерала: Na(K)₂O-Al₂O₃-2SiO₂ Нефелины сопутствуют горной породе, которая называется апатит. Апатито-нефелиновых пород очень много на Кольском полуострове. Они давно разрабатываются для получения фосфорных удобрений и их отходом являются нефелины. Поскольку в нашей стране уделяется особое внимание комплексному использованию сырья, в настоящее время организовано производство глинозема из нефелинов на нескольких заводах. Алуниты, которые также относят к алюминиевым рудам, широко встречаются на Кавказе и в других южных районах.

Их химическая формула K2SO₄Ab(SO₄)₃-4Al(OH)₃. Из алунитов алюминия получают пока немного, но в ближайшее время это производство будет расширяться.

К рудам алюминия относятся также каолины, или глины. Химическая формула каолина А1₂О₃^.2SiO₂^.2Н₂О. Лучшие сорта глин содержат до 39% окиси алюминия. Однако глины пока не используются для получения алюминия.