Алюминий и его сплавы

Из группы цветных металлов наибольшее распространение по­лучили алюминий и его сплавы. Как и железо, он является метал­лом, добываемым из недр земли в виде соответствующих руд, по­ступающих на переработку.

Алюминий — серебристо-белый металл с температурой плавления 660,4°С, плотностью 2,7 г/см³, пределом прочности 127 МПа, твердостью 245 МПа. По распространенности в земной коре он занимает первое место среди метал­лов и третье (после кислорода и кремния) среди всех элементов, а именно — содержание алюминия в земной коре составляет 8,45% мас., тогда как содержание железа 4,85% мас. Он химически весьма активен и поэтому всегда в природе находится только в виде соединений. Свыше 200 минералов в земной коре содержат в своем составе алюминий. Почти половина из них — алюмосиликаты, в осо­бенности полевые шпаты, на долю которых приходится более половины массы земной коры, а также нефелин, цеолиты, слюды и другие минералы. Кроме того, алюмосиликаты содержатся во вто­ричных породах, образовавшихся вследствие выветривания пер­вичных с переходом их в каолинит Аl2О3 • 2SiO2 • 2H2O, боксит Аl2О3 • 2H2O. Одной из важных алюминиевых руд является алунит. Важнейшие соединения алюминиевых руд: криолит Na3AlF6, бок­сит и латерит.

Получают алюминий из чистого оксида алюминия, выделяемого из обезвоженных прокаливанием бокситов и других руд. Для этого оксид алюминия (иногда называемый глиноземом) подвергают электролизу в расплавленном состоянии и при высокой температуре (около 1000°С) и большой силе тока. Для понижения температуры плавления добавляют минерал криолит и получают криолитоглиноземный расплав. В результате: 2Аl2Оз = 4Аl (на катоде) + 3О2 (на аноде). Электролиз выполняют в ванне (рис. 1), катодом служит ее графитовая подина. Собранный на катоде (на дне канны) алюминии периодически выпускают из ванны. В целом производство алюминии яв­ляется трудоемким и сложным.

Рис. 1. Схема электролитиче­ской ванны для получения алюми­ния:

1 — графитовая подина-катод; 2 — графитовые аноды; 3 — расплав элект­ролита; 4 — расплавленный алюминий

Для повышения механической прочности в алюминий вводят легиру­ющие добавки — Мg, Мn, Cu, Si, Zn, т. е. переводят чистый алюминий в сплавы. В качестве конструкционных материалов чаще используют именно сплавы. Их разделяют на деформируе­мые, характеризуемые своей высокой пластичностью и прочностью, и литейные — для изготовления из них различных отливок. Среди деформируемых сплавов — дюралюмины, содержащие добавки меди, магния, марганца, кремния, железа. К литейным относят сплавы, содержащие до 7% кремния и именуе­мые силуминами или до 10% магния и отличающиеся высокой кор­розионной стойкостью. Марки технического алюминия: АД, АД1; марки высокопрочного: В-95, В-96.

Алюминиевые сплавы применяют в различных отраслях про­мышленности, а также в промышленном и гражданском строите­льстве, в том числе при возведении подъемно-транспортных соо­ружений, мостов, сборных домов, труб, профилей любого сечения, для изготовления оконных и дверных алюминиевых бло­ков, фасадов зданий, витражей, защитных рольставень, карнизов и т. д.

И.А. Рыбьев

“Строительное материаловедение”