1
Строительные материалы
Строительный материал на букву «А»

Строительный материал алюминий

Алюминий чрезвычайно распространен в природе: по этому параметру он занимает четвертое место среди всех элементов и первое — среди металлов (8,8% от массы земной коры), но не встречается в чистом виде. Его в основном добывают из бокситов, хотя известно несколько сот минералов алюминия (алюмосиликаты, алуниты и т. п.), абсолютное большинство которых не подходит для получения металла.

Алюминий обладает замечательными свойствами, которые объясняют широчайший спектр его применения. По объемам использования в самых разных отраслях промышленности он уступает только железу. Ковкий и пластичный, алюминий легко принимает любые формы. Оксидная пленка делает его устойчивым к коррозии, а значит, срок службы изделий из алюминия может быть очень долгим. Кроме того, к списку достоинств необходимо добавить высокую электропроводимость, нетоксичность и легкость в переработке.

Всем этим объясняется огромное значение легкого металла в мировой экономике. Без него аэрокосмическая индустрия никогда не получила бы развития. Алюминий необходим для производства автомобилей, вагонов скоростных поездов, морских судов. Самые разные виды продуктов из алюминия используются в современном строительстве. Алюминий является основным материалом для высоковольтных линий электропередачи. Примерно половина посуды для приготовления пищи, продаваемой каждый год во всем мире, сделана именно из этого металла. Невозможно представить магазин без алюминиевых банок для напитков и аптеку без лекарств, упакованных в алюминиевую фольгу.

Значение алюминия для современной экономики сложно переоценить. Потребление алюминия в промышленности тесно связано с развитием наиболее высокотехнологичных производственных отраслей (автопром, авиация, аэрокосмические проекты, электроника и пр.).

Таким образом, потребление алюминия и алюминиевых сплавов косвенно характеризует уровень развития технологий и инновационность экономики в целом.

Содержание страницы:

История открытия алюминия

Издавна человеку было известно соединение рассматриваемого металла - алюмокалиевые квасцы. Оно использовалось как средство, способное набухать и связывать между собой компоненты смеси, это было необходимо и при выделке кожаных изделий. О существовании в чистом виде оксида алюминия стало известно в XVIII веке, во второй его половине. Однако при этом чистое вещество получено не было.

Сумел же выделить металл из его хлорида впервые ученый Х. К. Эрстед. Именно он обработал амальгамой калия соль и выделил из смеси серый порошок, который и был алюминием в чистом виде.

Тогда же стало понятно, что химические свойства алюминия проявляются в его высокой активности, сильной восстановительной способности. Поэтому долгое время с ним никто больше не работал.

Однако в 1854 году француз Девиль смог получить слитки металла методом электролиза расплава. Этот способ актуален и по сей день. Особенно массовое производство ценного материала началось в XX веке, когда были решены проблемы получения большого количества электроэнергии на предприятиях.

На сегодняшний день данный металл - один из самых популярных и применяемых в строительстве и бытовой промышленности.

Химические свойства алюминия

В обычных условиях алюминий проявляет степень окисления +3, при высоких температурах +1, редко +2.

Алюминий обладает большим сродством к кислороду, образуя окись Al2О3; в порошкообразном состоянии при накаливании в токе кислорода он сгорает, развивая температуру около 3000°С. Эту особенность алюминия используют в алюминотермии для восстановления некоторых металлов из их окислов. При высокой температуре алюминий соединяется с азотом, углеродом и серой, образуя соответственно нитрид AlN, карбид Al4С3 и сульфид Al2S3. С водородом алюминий не взаимодействует; гидрид (AlH3)х получают косвенным путём. Алюминий легко растворяется в щелочах с выделением водорода и образованием алюминатов. Большинство солей алюминия хорошо растворимо в воде.

Место в природе

Массовая концентрация данного вещества в земной коре оценивается в 7,45-8,14%. По этому показателю алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди химических элементов в целом.

В природе, в связи с химической активностью металла, он встречается в основном в виде соединений. Основные минералы алюминия: бокситы, корунд, нефелины, глиноземы, алуниты, полевые шпаты, берилл, каолинит и хризоберилл. В жерлах вулканов, в которых созданы специфические восстановительные условия, были найдены малые количества самородного металла.

В природных водах алюминий представлен в виде малотоксичных соединений, к примеру фторида. На вид катиона или аниона влияет главным образом кислотность среды. В пресной воде концентрация раствора алюминия может составлять от 0,001 до 10 мг/л, а в соленой – порядка 0,01 мг/л.

В составе природного алюминия преобладает стабильный изотоп 27Al и наблюдаются ничтожные следы 26Al.

Получение алюминия

Основной трудностью в получении алюминия из руды являлась необходимость нагревать её до очень высокой температуры, превышающей 1900 градусов Цельсия. Длительное время, вплоть до ХХ столетия, металл не представлял никакого интереса для промышленности, несмотря на все свои замечательные качества, так как промышленное производство оставалось невероятно дорогим и сложным. Лишь после того, как были введены в действие мощные промышленные электростанции, началась эра массового использования алюминия.

Метод электролиза, требующий значительного расхода электроэнергии, был практически одновременно предложен двумя изобретателями – французом П. Эру и американцем Ч. Холлом – ещё в 1886 году. С некоторыми изменениями он используется в алюминиевой промышленности и сегодня. Измельчённую руду растворяют в расплавленном криолите, после чего подвергают расплав электролизу при помощи графитовых или коксовых электродов.

Для получения одной тонны металла необходимо затратить примерно 15 МВт*ч электроэнергии. Много ли это? Примерно столько же электричества расходует многоэтажный стоквартирный дом за месяц. Поэтому алюминиевые комбинаты всегда располагают вблизи крупных электростанций, чаще всего возле ГЭС или АЭС.

Применение алюминия

Металл напыляют на зеркала. Пригождаются высокие показатели отражения света. Процесс проходит в условиях вакуума. Изготавливают не только стандартные зеркала, но предметы с зеркальными поверхностями. Таковыми становятся: керамическая плитка, бытовая техника, светильники.

Дуэт алюминий-медь – основа сплава дюралюминий. Попросту его называют дюраль. В качестве лигатуры добавляют магний. Состав прочнее чистого алюминия в 7 раз, поэтому, подходит для области машиностроения и авиаконструирования.

Медь придает 13-му элементу прочность, но не тяжесть. Дюраль остается в 3 раза легче железа. Небольшая масса алюминия – залог легкости авто, самолетов, кораблей. Это упрощает перевозку, эксплуатацию, снижает цену продукции.

Купить алюминий автопромышленники стремятся еще и потому, что на его сплавы легко наносятся защитные и декоративные составы. Краска ложится быстрее и ровнее, чем на сталь, пластик.

При этом, сплавы податливы, просто обрабатываются. Это ценно, учитывая массу изгибов и конструктивных переходов на современных моделях автомобилей.

13-ый элемент не только легко красится, но и сам может выступать в роли красителя. В текстильной промышленности закупается сульфат алюминия. Он же пригождается в печатном деле, где требуются нерастворимые пигменты.

Интересно, что раствор сульфата алюминия применяют еще и для очистки воды. В присутствии «агента» вредные примеси выпадают в осадок, нейтрализуются.

Нейтрализует 13-ый элемент и кислоты. Особенно хорошо с этой ролью справляется гидроксид алюминия. Его ценят в фармакологии, медицине, добавляя в лекарства от изжоги.

Выписывают гидроксид и при язвах, воспалительных процессах кишечного тракта. Так что в аптечных препарата тоже есть алюминий. Кислота в желудке – повод узнать о таких лекарствах побольше.

В СССР и бронзы с 11-процентной добавкой алюминия чеканили монеты. Достоинство знаков – 1, 2 и 5 копеек. Начали выпускать в 1926-ом, закончили в 1957-ом году. А вот производство алюминиевых банок для консервов не прекратили.

Тушенку, сайру и прочие завтраки туристов до си пор упаковывают в тару на основе 13-го элемента. Такие банки не вступают в реакцию с продуктами питания, при этом, легки и дешевы.

Порошок алюминия входит в состав многих взрывчатых смесей, в том числе и пиротехники. В промышленности применяют подрывные механизмы на основе тринитротолуола и измельченного 13-го элемента. Мощная взрывчатка получается и при добавлении к алюминию аммиачной селитры.

В нефтяной отрасли необходим хлорид алюминия. Он играет роль катализатора при разложении органики на фракции. У нефти есть свойство выделять газообразные, легкие углеводороды бензинового типа, взаимодействуя с хлоридом 13-го металла. Реагент должен быть безводным. После добавления хлорида, смесь прогревают до 280-ти градусов Цельсия.

В строительстве нередко смешиваю натрий алюминий. Получается присадка к бетону. Алюминат натрия ускоряет его затвердение за счет убыстрения гидратации.

Повышается скорость микрокристаллизации, значит, увеличивается прочность и твердость бетона. К тому же, алюминат натрия спасает арматуру, уложенную в раствор, от коррозии.

Использование алюминия

Алюминий широко используется в качестве конструкционного материала. Его основные достоинства – легкость, коррозионная стойкость, податливость штамповке, высокая тепловодность и безвредность. Последние свойства сделали материал очень популярным в производстве кухонной утвари и пищевой пленки. Благодаря первым трем свойствам, алюминий стал основным сырьем космической и авиационной промышленности. Главным недостатком данного конструктивного материала является его малая прочность. Для упрочнения его обычно используют в сплавах с малыми количествами меди и магния (дюралюминий).

По электропроводности алюминий в 1,7 раз уступает меди, но за счет того, что его плотность в 3,3 раза меньше, для получения приблизительно равного сопротивления его требуется в два раза меньше по весу. Кроме того, алюминий примерно в 4 раза дешевле, чем медь. Этим обусловлено широкое применение данного материала в электротехнике (изготовление и экранирование проводников) и микроэлектронике (напыление проводников на поверхность микросхем). Главным недостатком алюминия как материала для электротехники является образование прочной диэлектрической пленки на его поверхности. Она затрудняет пайку и вызывает нагревание в местах соединений, что снижает качество контакта и надежность изоляции. Чтобы нивелировать данную особенность, используют алюминиевые проводники большого сечения.

Кроме того, алюминий используют в таких направлениях:

  • Ювелирные изделия. Конечно, речь идет в основном о временах, когда алюминий был очень дорог. Сегодня его используют в бижутерии, а в Японии этот материал заменяет серебро в производстве традиционных украшений.
  • Столовые приборы. В этом направлении алюминий использовался еще во времена Наполеона 3-го, однако и сейчас в заведениях общепита можно встретить столовые приборы из него.
  • Стекловарение. В этой области используют фосфат, фторид и оксид алюминия.
  • Пищевая промышленность. Данный металл зарегистрирован как пищевая добавка Е173.
  • Военная промышленность. Благодаря дешевизне и небольшой массе алюминия, он используется в производстве пистолетов и автоматов.
  • Ракетная техника. Алюминий и его соединения нашли применение в качестве ракетного горючего в 2-компонентных ракетных топливах.
  • Энергетика. Алюминий используют как вторичный энергоноситель.

В качестве восстановителя алюминий используется в таких областях:

  • Как компонент смесей для алюмотермии.
  • Как восстановитель редких металлов из их оксидов и галогенидов.
  • В пиротехнике.
  • При анодной защите, в качестве протектора.
Строительный материал
Алюминий Арматура Асбест Асфальт
Яндекс.Метрика