Оксидирование сплавов алюминия
В атмосферных условиях поверхность алюминия покрыта тонкой оксидной пленкой, которая сообщает ему некоторую пассивность. Но эта пленка вследствие малой толщины, большой пористости и низкой механической прочности не в состоянии защитить металл от разрушительного действия коррозии.
При эксплуатации изделий во влажной атмосфере на поверхности алюминия образуется белый рыхлый налет гидратов металла, что не только ухудшает внешний вид, но и приводит к снижению механической прочности и других важных эксплуатационных характеристик изделий.
Наиболее простым и надежным способом защиты алюминия и его сплавов от коррозии является химическое и электрохимическое оксидирование. Сформированная в результате анодного окисления металла оксидная пленка состоит в основном из кристаллической y-модификации окиси алюминия А12Оз. Это соединение устойчиво против действия ряда органических реактивов, некоторых минеральных солей, но активно растворяется в щелочных растворах. Чем меньше примесей в металле, тем однороднее получается оксидная пленка и тем выше ее химическая стойкость. В зависимости от условий получения оксидных пленок их свойства могут изменяться, и соответственно будет изменяться степень влияния на эксплуатационные характеристики деталей.
Микротвердость оксидного покрытия на чистом алюминии достигает 1200-5000 МПа, на техническом алюминии — 5000-6000 МПа, на алюминиевых сплавах — 2000-5000 МПа. Чем выше толщина и твердость пленок, тем больше их хрупкость. При изгибе хрупкие пленки дают трещины, но не отслаиваются от металла. Они хорошо противостоят механическому и эрозионному износу. Непрозрачные оксидные пленки, полученные методом эматалирования алюминия в щавелево-кислом электролите с добавкой солей титана, по износостойкости приближаются к молочному хрому.
Оксидный слой является одним из жаростойких и электроизоляционных видов покрытий. Его теплопроводность значительно ниже, чем металла. Коэффициент теплового излучения оксидированного алюминия достигает 80 % излучения абсолютно черного тела. Пленки, полученные эматалированием алюминия, выдерживают нагрев до 500 °С без видимых изменений. На пленках, полученных анодированием металла в сернокислом электролите, при нагревании до 150 °С появляются мелкие трещины. Удельное объемное электросопротивление оксидной пленки 10 12 -10 13 Ом•см. Пробивное напряжение в зависимости от толщины пленки и способа ее получения изменяется от нескольких сот до нескольких тысяч вольт.
Оксидный слой имеет микропористую структуру и вследствие этого обладает высокой адсорбционной способностью, что, в зависимости от назначения покрытия, играет положительную или отрицательную роль. С одной стороны, пористость ухудшает защитную способность пленки, ее электроизоляционные свойства. Для уменьшения пористости применяют уплотнение пленок в горячей воде, что приводит к гидратации оксида. Хорошие результаты дает обработка в растворах хроматов. С другой стороны, высокая адсорбционная способность пленки позволяет окрашивать ее органическими красителями, пропитывать светочувствительными солями, лаками, маслами, компаундами, что расширяет области использования оксидированного алюминия.
Оксидные пленки на алюминии и его сплавах можно получить химическим или электрохимическим способом, с использованием постоянного или переменного тока. Механизм образования пленок изучался применительно к процессу анодного оксидирования. В начальный период электролиза в результате электрохимического взаимодействия ионов гидроксида с металлом на его поверхности образуется тонкий слой оксида. Дальнейший ход процесса зависит от того, какое влияние оказывает электролит на этот слой. Если образовавшаяся тонкая пленка не растворяется в электролите, то ее рост быстро прекращается, и на металле формируется тонкий, практически беспористый слой с высоким электросопротивлением. Такие пленки, полученные например, при анодной обработке алюминия в растворе боратов, используются в производстве электролитических конденсаторов.
Чтобы оксидный слой добтиг сравнительно большой толщины, необходимо обеспечить доступ ионов кислорода к поверхности металла в течение всего времени электролиза. Такие условия создаются при обработке алюминия в электролитах, оказывающих определенное растворяющее действие на оксидную пленку. В этом случае первоначально образовавшийся тонкий беспористый слой, химически взаимодействуя с электролитом, частично растворяется, становится пористым и проницаемым для ионов. Создаются условия для дальнейшего окисления металла. Рост оксидной пленки происходит на границе металл — пленка, оксид как бы вырастает из металла. При этом его внешняя поверхность и поверхность пор непрерывно подвергаются воздействию электролита, а на границе с металлом продолжается формирование пленки. Таким образом, оксидная пленка, получаемая на алюминии, состоит из плотного барьерного слоя толщиной 0,01-0,03 мкм непосредственно на поверхности металла и внешнего пористого слоя, толщина которого может достигать 200-300 мкм.
В последние годы были высказаны новые взгляды на механизм формирования оксидных пленок на алюминии, основанные на коллоидно-электрохимических представлениях. Предполагается, что пленка состоит из коллоидных палочкообразных мицелл геля АLОз, в разлчичной мере гидратированных. Поры в пленке образуются по контурам плотно соприкасающихся друг с другом мицелл.
Рост оксидной пленки зависит от соотношения скоростей двух одновременно протекающих процессов: формирования ее в результате электрохимического окисления металла у основания пор и химического растворения пленки в электролите. Скорость формирования пленки определяется плотностью тока, скорость ее растворения зависит от природы электролита и температуры в зоне реакции — на поверхности металла и в прианодном слое электролита. Чем выше плотность тока, тем скорее идет формирование оксидной пленки. Чем выше температура, тем больше скорость ее растворения. Рост толщины пленки под влиянием повышения плотности тока или увеличения продолжительности электролиза сопровождается возрастанием омического сопротивления и, как следствие этого, повышением температуры.
Для получения оксидных пленок, применяемых в качестве защитно-декоративных покрытий алюминиевых деталей, подбирают такие условия электролиза, при которых скорость образования пленки превышает скорость ее растворения. Для получения твердых, износостойких и электроизоляционных пленок, толщина которых должна быть весьма большой, помимо подбора соответствующего электролита принимают меры для понижения его температуры.
Из рис. 1 видно, что чем ниже температура раствора, тем большей толщины достигает оксидная пленка.
Различные стадии процесса электрохимического оксидирования алюминия можно характеризовать изменением напряжения на ванне. В первые секунды обработки алюминия в растворе H2SO4 происходит быстрый рост напряжения, вызванный образованием на металле тонкого беспористого барьерного слоя (рис. 2, участок /). Следующее за этим небольшое падение напряжения (участок 2) вызывается агрессивным воздействием электролита на барьерный слой, что приводит к уменьшению его толщины и началу формирования пористой части оксидной пленки (участок 3). Затем в течение некоторого времени напряжение почти не увеличивается, хотя продолжается рост пористой части оксидного слоя. Такая относительная стабильность режима вызвана тем, что толщина барьерного слоя почти не изменяется, а утолщение пористой части пленки вследствие высокой электропроводности электролита в ее порах мало сказывается на величине напряжения. Дальнейший ход кривой напряжение — продолжительность электролиза зависит от свойств электролита и его реакции с оксидом. Чем агрессивнее электролит и выше его электропроводность, тем меньше изменяется напряжение на ванне. Такой случай наблюдается при оксидировании алюминия в сернокислом электролите, когда формируются очень пористые пленки. При оксидировании в щавелевокислом электролите, обладающем меньшей электропроводностью и оказывающем менее активное растворяющее действие на окисел, напряжение на ванне в процессе электролиза возрастает, а формирующаяся при этом пленка обладает повышенными электроизоляционными свойствами.
В ряде случаев, когда формируются пленки большой толщины и электросопротивления, вследствие местного разогрева электролита возможно растравливание пленки и ее электрический пробой.
Химическое оксидирование алюминия проводится в слабощелочном растворе хроматов, растворе, содержащем наряду с хроматами фосфорную кислоту и соединения фтора, и хроматно-фторидных растворах, содержащих эти соли в малых концентрациях. Толщина получаемых оксидных пленок от 0,5 до 4 мкм.
При щелочном оксидировании получаются пленки толщиной до 2 мкм, отличающиеся малой механической прочностью. Они могут быть использованы в качестве грунта под лакокрасочные покрытия. Большей механической прочностью и лучшими электроизоляционными свойствами характеризуются пленки, полученные в фосфорнокислом растворе. Толщина их достигает 3-4 мкм. В состав таких пленок помимо окиси алюминия входят фосфаты и хроматы. Оксидно-фосфатные пленки окрашены в светло-зеленый цвет. Они могут быть использованы в качестве грунта, а также как самостоятельное покрытие, защищающее алюминий от коррозии. Тонкие, но плотные пленки, формирующиеся в разбавленных хроматно-фторидных растворах, имеют низкое электросопротивление и используются в тех случаях, когда требуется более токопроводное оксидное покрытие.
Преимуществами химических способов оксидирования являются небольшая продолжительность процесса, простота его выполнения, несложность оборудования. Однако малая толщина пленок, низкие механическая прочность и диэлектрические свойства ограничивают область применения химического оксидирования.
Электрохимическое оксидирование позволяет получать пленки толщиной до 100 и более микрометров, обладающие хорошими механическими и диэлектрическими свойствами. Для зашиты от коррозии используют пленки толщиной 8-12 мкм с обязательным уплотнением пор. Для повышения твердости и износостойкости поверхности требуются оксидные слои толщиной 40-80 мкм, а для получения высокой электроизоляции — до 100 мкм. Окрашиванию органическими красителями подвергают бесцветные прозрачные пленки или матовые, молочно-белые.
Наибольшее промышленное применение нашли способы оксидирования в растворах серной, щавелевой и хромовой кислот. Сернокислотный способ оксидирования наиболее экономичен, позволяет использовать для питания ванн как постоянный, так и переменный ток. При небольшой толщине получаемые пленки прозрачны, бесцветны, хорошо адсорбируют органические красители, минеральные соли, компаунды. В сернокислом электролите можно оксидировать все алюминиевые сплавы. Его не рекомендуется применять лишь для литейных сплавов, а также изделий, имеющих клепаные или сварные соединения, так как в раковинах, узких зазорах могут остаться следы электролита, что приведет к коррозии металла. Для таких изделий применяют оксидирование в хромовокислом электролите, который оказывает менее агрессивное воздействие на металл. В процессе анодной обработки алюминия в хромовой кислоте на нем формируется бесцветная, прозрачная пленка толщиной 6-8 мкм. Такие пленки более эластичны, чем пленки, полученные в сернокислом и щавелевокислом электролитах.
Оксидированием в растворах щавелевой кислоты получают пленки, обладающие хорошими диэлектрическими свойствами. Они непрозрачны, окрашены в желтый или коричневый цвет.
Для получения твердых оксидных пленок большой толщины, так называемого процесса глубокого оксидирования, используют сернокислый электролит при температуре от — 6 до + 2 °С. Поддержание такого теплового режима требует принятия специальных мер по охлаждению раствора и обрабатываемых деталей, что усложняет и удорожает процесс.
В последние годы получили промышленное применение электролиты на основе сульфосалициловой кислоты с добавками серной и щавелевой кислот или одной из них. В этих растворах при температуре до 30-40 °С возможно получение оксидных пленок значительной толщины, обладающих хорошими механическими и диэлектрическими свойствами. Опыт эксплуатации таких электролитов показывает, что в ряде случаев они могут заменить сернокислые электролиты с глубоким охлаждением, которые давно используются в промышленности для получения толстых оксидных пленок.
Как будет показано ниже, в электролитах эматалирования на основе щавелевой кислоты формируются пленки большей толщины, обладающие сравнительно лучшими эксплуатационными характеристиками, чем пленки, получаемые в электролитах на основе хромовой кислоты. Однако меньшие стоимость и дефицитность хромовокислых растворов обусловили их большее использование в промышленности.
Непрозрачные эмалевидные оксидные покрытия на алюминии и его деформируемых сплавах получают по способу эматалирования в электролитах на основе щавелевой или хромовой кислот, содержащих специальные добавки. Своеобразный внешний вид эматаль-пленок связывают с тем, что соли титана, циркония, тория, содержащиеся в электролитах для эматалирования, гидролизуются и, включаясь в оксидную пленку, делают ее непрозрачной. По другим данным, при изменении напряжения на ванне в процессе эматалирования происходит перестройка ячеистой структуры пленки, что приводит к увеличению рассеивания света при его прохождении через оксидный слой и, как следствие, к получению непрозрачных пленок. Последние соображения высказывались на основании опытов с хромовокислым электролитом, который не содержит редких металлов. Обращает на себя внимание то, что в хромовокислом электролите непрозрачные пленки получаются лишь при отсутствии в растворе серной кислоты. По-видимому, растворяющее действие H2S04 на оксидную пленку и включение в ее состав ионов SO -2 4 оказывают большое влияние на структуру и свойства покрытия.
Эматаль-пленки характеризуются хорошими механическими и диэлектрическими свойствами, которые в ряде случаев лучше, чем свойства пленок, сформированных в сернокислом электролите.
Микротвердость пленок, полученных в щавелевокислом электролите с добавкой солей титана, достигает 5000-7000 МПа, удельное объемное электросопротивление 10 9 -10 14 Ом • см, прочность на электрический пробой при толщине пленки 20 мкм — около 600 В.
По внешнему виду эматаль-пленки напоминают эмаль, фарфор, пластмассу. Независимо от способа получения, они хорошо окрашиваются органическими красителями. Эматалирование наиболее широко применяется в отечественной судостроительной промышленности для защитно-декоративной отделки деталей оборудования и приборов, повышения их износостойкости.
Автор: Администрация
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Анодирования алюминия по низкой цене (анодное оксидирование, оксидирование алюминия)
Вы можете загазать услуги по анодировани. алюминия в нашей кампании. Мы гарантируем качество нанесенных гальванических покрытий на изделия. Для уточнения стоимости анодирования, свяжитесь с нашим менеджером.
Что такое анодирование (анодное оксидирование, ан.окс.)
Анодирование (оксидирование) — электрохимическое оксидирование, образование защитной оксидной плёнки на поверхности металлических изделий электролизом. При анодировании изделие, погруженное в электролит, соединяют с положительно заряженным электродом источника тока (анодом). Плёнка толщиной от 1 до 200 мкм защищает металл от коррозии, обладает электроизоляционными свойствами и служит хорошей основой для лакокрасочных покрытий.
Применение анодного оксидирования деталей
Анодирование применяют для декоративной отделки изделий из алюминия и его сплавов, эмалеподобных покрытий на алюминии и некоторых его сплавах, а также используют для защиты от коррозии магниевых сплавов, повышения антифрикционных свойств титановых сплавов, для покрытия деталей радиоэлектронной аппаратуры из ниобия, тантала и др., в самолёто-, ракето- и приборостроении, радиоэлектронике.
Сразу после механической обработки алюминий взаимодействует с кислородом воздуха, поэтому при нормальных условиях поверхность всегда покрыта тонкой оксидной пленкой. Структура пленки и ее состав зависят от воздействия атмосферных явлений. Но алюминий всегда имеет оксидную пленку толщиной 2-3 нм. Эта пленка защищает металл от дальнейшего окисления и обладает превосходной электропроводностью. Оксидная плёнка образуется на чистом алюминии, при комнатной температуре и имеет аморфную структуру (не кристаллическую) и поэтому не является хорошей коррозионной защитой.
Защитное покрытие алюминия
Защита алюминия от коррозии реализуется путем создания на его поверхности кристаллической оксидной пленки толщиной 20-30 микрон. На следующих этапах процесса анодирования эта пленка может быть окрашена или может сохранить естественный цвет.
Анодирование алюминия позволяет так же получить различные декоративные эффекты, такие как зеркальная поверхность, матовая и полуматовая поверхность, имитация полированной и шлифованной нержавеющей стали.
Процесс анодирования алюминия
Прежде чем приступить к процессу анодирования необходимо очистить поверхность алюминия от загрязнений и убрать оксидную пленку. Для этого проводят процессы обезжиривания и травления.
Процесс, в результате которого, происходит образование на поверхности металла высокопористых оксидных слоев алюминия. Процесс анодирования является электрохимическим.
Существуют два вида оксидных пленок, которые образуются в процессе анодирования:
Барьерная — оксидная пленка растет в нейтральных растворах, в которых оксид алюминия трудно растворим. Преимущественно это бораты аммония, фосфаты или тартраты.
Пористая – оксидная пленка растет в кислых электролитах , в которых оксид может не только осаждаться, но и растворяться. Наиболее широко используется разбавленная серная кислота Н2SO4 . Можно также использовать щавелевую и фосфорную кислотыты.
В первые секунды анодирования на алюминии образуется барьерный слой, сначала формирующийся в активных центрах на поверхности металла. Из этих зародышей вырастают полусферические линзообразные микроячейки, срастающиеся затем в сплошной барьерный слой. При соприкосновении с шестью окружающими ячейками образуется форма гексагональной призмы с полусферой в основании.
Под влиянием локальных воздействий ионов электролита в барьерном слое зарождаются поры (в центре ячеек), число которых обратно пропорционально напряжению. В поре толщина барьерного слоя уменьшается, и, как следствие, увеличивается напряженность электрического поля, при этом возрастает плотность ионного тока вместе со скоростью оксидирования. Но, поскольку растет и температура в поровом канале, способствующая вытравливанию поры, наступает динамическое равновесие, и толщина барьерного слоя остается практически неизменной.
На этом процесс анодирования заканчивается, мы получаем покрытие с замечательными оптическими и технологическими свойствами.
Преимущества анодирования изделий
Анодированные изделия могут служить десятилетиями без изменения своих декоративных свойств. Анодная защита от коррозии настолько эффективна, что может защитить детали от самых агрессивных воздействий. Эти замечательные свойства давно оценили производители автомобилей, строители, военные, авиапроизводители.
Почему алюминий проводит ток если покрыт оксидной плёнкой?
Оксидная плёнка для алюминия должна служить как изо лента так как оксид алюминия является диэлектриком, в нём нет свободных электронов в отличии от алюминия.
Лучший ответ
Плёнка дырявая, и очень тонкая, во-первых контакт с другим металлом её протыкает, да к тому же такая небольшая толщина, что электронная плотность метала выходит частично за неё.
Впрочем если качественно электрохимически окислить алюминий — будет изолятором! Так, кстати, «электролитические алюминиевые» конденсаторы устроены))))
Остальные ответы
Эта плёнка очень тонкая, и защищает алюминий от атмосферного влияния (в бОльшей степени от кислорода, содержащегося в воздухе) ; для электрических проводников, в основном — шин, применяются переходные шайбы для соединения с медными кабелями; переходные шайбы представляют собой скреплённые между собой сваркой пластина медная — пластина алюминиевая.
Алюминий
Алюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13. Купить алюминий вы можете на нашем сайте.
История открытия
В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.
Физические свойства
Металл алюминий характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и морозу, пластичностью. Он хорошо поддаётся штамповке, ковке, волочению, прокатке. Алюминий хорошо сваривается различными видами сварки. Важным свойством является малая плотность около 2,7 г/см³. Температура плавления составляет около 660°С.
Механические, физико-химические и технологические свойства алюминия зависят от наличия и количества примесей, которые ухудшают свойства чистого металла. Основные естественные примеси – это кремний, железо, цинк, титан и медь.
По степени очистки различают алюминий высокой и технической чистоты. Практическое различие заключается в отличии коррозионной устойчивости к некоторым средам. Чем чище металл, тем он дороже. Технический алюминий используется для изготовления сплавов, проката и кабельно-проводниковой продукции. Металл высокой чистоты применяют в специальных целях.
По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью. Длительный отжиг улучшает электропроводность, а нагартовка ухудшает.
Теплопроводность алюминия повышается с увеличением чистоты металла. Примеси марганца, магния и меди снижают это свойство. По показателю теплопроводности алюминий проигрывает только меди и серебру. Благодаря этому свойству металл применяется в теплообменниках и радиаторах охлаждения.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Чем выше степень чистоты алюминия, тем больше он способен отражать свет от поверхности. Металл хорошо полируется и анодируется.
Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой.
Химические свойства
Алюминий — это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.
При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.
Получение
Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов. Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.
Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.
Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.
В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.
Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.
Применение
Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.
Рассмотрим, как используют различные изделия из алюминия.
Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.
Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.
Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.
Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.
Алюминиевый круг — это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.
Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.
При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.
Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.