8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Каким путем получается металлический алюминий?

Виды финишной обработки

Описание видов финишной обработки алюминия, осуществляемых членами Ассоциации

Защитное анодирование

При защитном анодировании, на поверхности алюминия выращивается слой оксидной пленки до 10 микрон. Как правило, данный вид анодирования, применяется в качестве «временного» покрытия для защиты поверхности от механических повреждений и коррозии под дальнейшую порошковую покраску поверхности изделия.

Декоративное анодирование

Данный вид анодирования, чаще всего применяется для изделий, которые используются внутри помещений. Это могут быть: элементы обрамления корпусной мебели, ручки и направляющие шкафов-купе, витрины, торговое оборудование, навигационные таблички и.т.д.

Оксидная пленка имеет толщину 10-15 микрон и хорошо защищает поверхность изделия от механических повреждений и коррозии. Главной особенностью декоративного анодирования, является богатый и респектабельный внешний вид поверхности. Различают два типа покрытия поверхности: матовая и глянцевая. Для придания поверхности матового оттенка, изделие проходит стадию предварительной подготовки поверхности мелкой дробью и затем следует на линию анодирования. Получение глянцевой поверхности достигается без предварительной обработки. Для получения необходимого оттенка применяются специальные красители. Самые распространенные оттенки: «Золото», «Серебро», «Шампань», «Бронза», «Коньяк» и «Черный».

Архитектурное анодирование

Архитектурное анодирование дает покрытие тверже, чем стекло, а это значит, что оно менее подвержено повреждениям, износу и при необходимости может быть очищено при помощи абразива для восстановления исходного блеска.
Преимущества анодированного алюминия в архитектуре:

Прозрачный оксидный слой подчеркивает богатый металлический внешний вид алюминия, а не скрывает его, как краска. Оксидный слой, в отличии от порошковой покраски не отслаивается и не шелушится.

Коррозионная стойкость

Оксидный слой устойчив к коррозии и это является одним из самых главных преимуществ анодированного алюминия.

Слой оксида алюминия является стойким, твердым и самообновляющимся, потому что алюминий спонтанно образует тонкий, но эффективный защитный оксидный слой, который предотвращает дальнейшее окисление или коррозию при механическом повреждении.

Анодированный алюминий не будет патинироваться, как медь и цинк, не ржавеет как сталь. Это отличный материал для использования в морской среде и прибрежных водах.

Анодированный алюминий обладает высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям даже во многих промышленных средах, в которых часто корродируют другие металлы. Основными загрязнителями в городской среде являются окись углерода и двуокись углерода, которые не влияют на анодированную алюминиевую поверхность.

Долговечность

Обладая очень прочным и устойчивым к истиранию оксидным слоем, анодированный алюминий достаточно прочен, чтобы выдерживать суровые и неблагоприятные климатические условия.

Стойкость к механическим повреждениям

Оксид алюминия является очень твердым соединением, которое признано вторым по твердости после алмаза по шкале минеральной твердости Мооса. Поэтому поверхность анодированного алюминия обеспечивает превосходную устойчивость к царапинам и истиранию.

Без отслоения

Анодирование является электролитическим процессом, который преобразует поверхность металла в оксидный слой, интегрированный в сам металл. Это не покрытие, нанесенное на поверхности металла. Следовательно, нет рисков разрушения анодной пленки, связанных с такими процессами, как пыление, образование пузырей, трещин, сколов или отслоений.

Без выцветания

Такие оттенки как серебро, шампань, бронза, золото и черный не содержат органических элементов. Эти покрытия не выцветают в течение всего срока службы.

Без пыления

Пыление – это формирование мелкодисперсного порошка на окрашенной поверхности пленки под воздействием атмосферных явлений (песчинок, переносимых ветром). Оно может вызвать значительное ухудшение внешнего вида поверхности со снижением уровня глянца, поверхностного блеска и цвета.

Анодированный алюминий не подвержен данной проблеме: он устойчив к негативному воздействию окружающей среды, одинаково стабилен в условиях жаркого (пустынного), морского или влажного климата.

Без образования нитевидной коррозии

Нитевидная коррозия– это «атака» на скрытую область между алюминием и слоем покраски, которая приводит к распространению коррозии под покрасочным слоем.

При анодировании анодный (оксидный) слой составляет одно целое с алюминием, и межуровневый слой просто отсутствует. А это значит, что покрытие никогда не будет подвержено нитевидной коррозии.

Причем в случае повреждения поверхности от удара или прокола, алюминий просто восстановит себя путем естественного окисления.

Равномерное покрытие

При анодировании, изделие полностью погружается в ванну, что обеспечивает равномерное покрытие поверхности оксидной пленкой.

Твердое анодирование

Толщина покрытия до 50 микрон.
Твердое анодирование — это анодирование, для получения покрытия, которое в первую очередь должно обеспечить высокую износостойкость или микротвердость.

Преимущества:

  • Высокая стойкость к истиранию;
  • высокая коррозионная стойкость;
  • высокая твёрдость;
  • высокая стойкость к электрическому пробою;
  • высокая термостойкость;
  • отличные теплоизоляционные свойства.

  • Пневматические и гидравлические цилиндры;
  • поршни;
  • автомобильная промышленность;
  • авиационная и аэрокосмическая промышленность;
  • оборонная промышленность.

Химическое полирование

Толщина покрытия от 5 до 25 микрон

Химическое полирование — это предварительная обработка алюминия перед анодированием для получения декоративного эффекта зеркальной или полированной поверхности. В процессе химического полирования, происходит растворение верхнего слоя металла. При растворении, все микронеровности удаляются и поверхность детали приобретает блеск. Алюминиевый профиль и детали с химическим полированием активно применяются во многих сферах промышленности и в том числе в мебельной.

Органическое окрашивание

Толщина покрытия от 5 до 25 микрон.

Органическое окрашивание – технологический процесс нанесения на анодированную поверхность алюминия различных красителей. Органическое окрашивание позволяет получить более широкий спектр цветов, чем обычное анодирование. Оксидные пленки на алюминии и его сплавах, полученные электрохимическим анодированием, характеризуются высокой адсорбционной способностью. Они хорошо впитывают и удерживают в себе минеральные соли и органические соединения — красители. Органические красители окрашивают пленку, адсорбируясь в ее порах, в основном по внешней их части. Наиболее подходящими для окрашивания органическими красителями являются оксидные пленки, сформированные в сернокислом электролите. Наиболее чистые тона получаются при окрашивании оксидных пленок на алюминии и его сплавах с магнием или марганцем. Литейные сплавы типа силумина образуют при оксидировании темную пятнистую пленку, которую не удается окрашивать в светлые тона и получать однородный цвет. Органическое окрашивание применяется в: автомобильной, судостроительной, авиационной и мебельной промышленности.

© Объединение производителей, поставщиков и потребителей алюминия, 2020
Все права защищены

Москва, 123100, Краснопресненская набережная, д.8 (ИНН: 7703401545, ОГРН: 1157700018222)
+7 (495) 663 99 50 info@aluminas.ru
Политика в отношении обработки персональных данных | Правовая информация | Карта сайта

Москва, 123100, Краснопресненская набережная, д.8 (ИНН: 7703401545, ОГРН: 1157700018222)
+7 (495) 663 99 50 info@aluminas.ru
Политика в отношении обработки персональных данных | Правовая информация | Карта сайта

Объединение производителей, поставщиков и потребителей алюминия (Алюминиевая Ассоциация) © 2020 Показать больше
Все права защищены

Производство алюминия

Как производится алюминий

Алюминий в чистом виде в природе не встречается, именно поэтому еще 200 лет назад человечество ничего не знало об этом металле. Метод получения алюминия при помощи электричества был разработан в 1886 году и применяется до сих пор. Вот как это происходит.

ДОБЫЧА БОКСИТОВ

Производство алюминия начинается с добычи бокситов. Эта горная порода богата алюминием, который содержится в ней в форме гидрооксидов. Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточены в тропическом поясе.

ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА

Боксит дробят, высушивают и размалывают в мельницах вместе с небольшим количеством воды. Образовавшуюся густую массу собирают в емкости и нагревают паром, чтобы отделить большую часть кремния, содержащегося в бокситах.

Руду загружают в автоклав и обрабатывают щелочью – едким натром. В получившейся щелочной раствор из руды переходит практически весь оксид алюминия, а все посторонние примеси формируют твердый осадок — красный шлам.

Раствор алюмината натрия несколько суток перемешивают в декомпозерах, в результате чего в осадок выпадает чистый глинозем – Al2O3.

ЭЛЕКТРОЛИЗ АЛЮМИНИЯ

На алюминиевом заводе глинозем засыпают в ванны с расплавленным криолитом при температуре 950 ⁰С. Через раствор пропускают электрический ток силой до 400 кА и выше – он разрывает связь между атомами алюминия и кислорода, в результате металл в жидкой форме собирается на дне ванны.

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

Первичный алюминий отливается в слитки и отправляется потребителям, а также используется
для дальнейшего производства алюминиевых сплавов для различных целей.

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Литейные алюминиевые сплавы служат для получения готовых изделий путем отливки металла в формы. При этом необходимых свойств от сплава добиваются добавлением к нему различных добавок: кремния, меди и магния. Из таких сплавов, например, производят детали автомобильных и авиационных двигателей или колесные диски.

Благодаря высокой пластичности алюминий легко прокатывается в тончайшие листы. Для этих целей соответствующие алюминиевые сплавы выливают в прямоугольные бруски, достигающие 9 метров в длину и более. Из них производят алюминиевую фольгу и банки для напитков, а также детали автомобильных кузовов и многое другое.

Путем экструзии – получения нужной формы продавливанием размягченного металла через формовое отверстие – сегодня изготавливается большинство изделий из алюминия: от оправы очков или корпуса телефона, до фюзеляжа самолета или космического корабля.

ПЕРЕРАБОТКА АЛЮМИНИЯ

В отличие от железа алюминий не подвержен коррозии, поэтому изделия из него можно переплавлять и использовать металл бесконечное количество раз. При этом переработка алюминия требует всего 5% энергии, затраченной на изготовление алюминия впервые.

Отливка

Отливка — продукция, полученная способом заливки жидкого сплава в литейные формы, в которых, после охлаждения и затвердения, происходит формирование. Она может быть полностью законченным изделием либо требовать дальнейшей механической обработки.

Подразделяется на следующие виды:

  • полуфабрикаты – это чушки, которые в дальнейшем требуют прохождения процесса переработки;
  • слитки, обработка которых проводится давлениям;
  • фасонные отливки – обрабатываются с помощью резания;
  • готовая продукция, которая не требует никакой механической обработки, только очищается либо окрашивается декоративной краской.
Читать еще:  Способы соединения металлических труб без сварки

Для получения отливок используется множество разновидностей металла и сплавов, стекло, пластмасса, воск и другой исходный материал. Около 80% заготовок получаются методом литья в песчаные формы, но полученная таким образом отливка перед отправкой заказчику требует обязательной обработки.

Литейное производство позволяет получить заготовки высокой точности даже с самой сложной конфигурацией, при этом пропуски, требующие обработку — незначительные. Технология получения отливок выбирается с учетом их размеров и способа производства.

Разделяют три группы получения отливок:

1) в разовых формах;

2) по растворяемым моделям;

3) отливка в формах полупостоянного и комбинированного типа, сделанных из огнеупорных материалов:

Это основные виды литья, но на практике применяются и комбинированные варианты.

Литье металлов

Литье металлов – производственный процесс, основанный на технологии заливки расплавленного, горячего металла в специальные литейные формы, в результате которого получают литые заготовки — отливки. Полость формочек повторяет конфигурацию будущих заготовок и представляет собой рабочую часть литейной формы, куда поступает жидкий металл. Здесь будущие заготовки охлаждаются, затвердеют и получают вид конечной продукции. До поставки потребителю алюминиевые отливки проходят механическую обработку (токарные работы, фрезерование, шлифование и полировка).

Такой способ применяется для получения алюминиевых отливок, которые за счет уникальных химических свойств используются во многих сферах: в приборостроении, в строительстве, в автомобилестроении, мебельном производстве (фурнитура и декоративные детали) и пр. Для их получения применяются различные технологии, выбор которых зависит от размеров, конфигурации и других показателей, требуемых от конечной продукции.

Литье в песчаные формы

Литье отливок в песчаные формы — самый распространенный и дешевый способ литья. Начальным этапом этого метода является изготовление литейной модели. Раньше делали ее из дерева, но в современном производстве изготавливают пластиковые формочки. Модель засыпается специальной смесью из песка и связующего, который уплотняется прессованием. Литье отливки осуществляется путем заливки расплава в образовавшиеся полости через специальные отверстия. После остывания, форму разбивают и вынимают ли в дальнейшем обязательно проходят переработку.

В современном производстве технология литья в песчаные формы осуществляется применением вакуумных форм, которые заполняются песком. Чтобы получить форму, используют металлическую опоку, которая состоит из двух бездонных коробов, которые засыпаются песком и утрамбовываются. На поверхности разъема снимается отпечаток будущей модели, соответствующей форме отливки. Соединяя две формы, осуществляется заливка расплава.

Литье в кокиль

Это наиболее качественный способ литья отливки, который осуществляется с помощью разборной металлической формы. После застывания кокиль используется повторно. Но делается это после его очистки. Особенностью данного метода заключается в том, что затвердение жидкого расплава происходит без какого-либо внешнего воздействия. Полученные таким образом изделия обладают мелкозернистым, плотным строением, обеспечивающим герметичность и хорошие механические показатели.

Кокиля используются для получения отливок из разных сплавов, чаще всего алюминиевых и магниевых, обладающих невысокой температурой плавления. При этом один кокиль можно использовать до 1000 раз. Литье в кокиль — очень эффективный метод для серийного производства деталей, что и является причиной его применения для получения до 45% изделий.

Литье под давлением

Этот метод гарантирует высокое качество поверхности, которую после этого не придется подвергать механической обработке. Он очень производительный для получения деталей различной конфигурации, весом от нескольких грамм до десяток кг.

Литье под давлением позволяет получать сложные детали, с наличием криволинейных поверхностей и различных канал. При этом чаще всего используют цинковые, магниевые, латунные и алюминиевые отливки.

Технология ЛПД имеет много плюсов:

  • низкая цена;
  • точность отливки в размерах и конфигурации;
  • с одной пресс формы получают множество отливок.

Но данная технология имеет и ряд минусов: продолжительность процесса, высокая стоимость на производство пресс форм, сложности в получении отливок, содержащих скрытые полости, а также возможность появления в заготовках газовых раковин и усадочных трещин.

Для изготовления алюминиевых отливок в ЛПД применяют специальное оборудование, оснащенное холодной горизонтальной камерой, предназначенной для прессовки материала, и полуавтоматические машины для литья сплавов из цинка с горячей камерой прессовки материала и с усилием запирания.

Литье по выплавляемым моделям

Данный метод позволяет осуществить литье отливки высокой точности. Заранее изготавливается точная копия модели из парафина, воска и стеарина и другого материала, а также литниковая система. Применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например, лопатки турбин и т. п.).

На блок модели наносится суспензия и производится обсыпка огнеупорным наполнителем из кварца, дистенсилиманита, электрокорунда и т. д. Требуется наносить 6 – 10 слоев, каждый из них сушится примерно полчаса. Этот процесс ускоряется с помощью сушильных шкафов, закачанных аммиачным газом. Таким образом, формируется оболочка, из которой выплавляют модельный состав. Осуществляется это в воде, воздействием пара высокого давления или путем выжигания.

Следующим этапом литья по выплавляемым моделям является прокаливание блока путем вытопки при температуре 1000 градусов Цельсия. Затем устанавливают нагретый блок в печь и в оболочку заливают расплавленный металл. Последним этапом является охлаждение, выбивка и отрезка отливки. Плюсом данного способа является литье отливок из сплавов, которые трудно поддаются механической обработке. Применяется данная технология и для изготовления единичных деталей, и в серийном производстве.

Литье по газифицируемым моделям

Технология ЛГМ – наиболее выгодное решение в плане экономичности, экологичности и высокого качества полученных фасонных отливок. Данный метод все больше внедряется в мировом производстве, особенно популярен он в США и Китае. В начале изготавливается копия модели из пенопласта, которая помещается в песчаную форму. Таким образом изготавливаются отливки массой до 2 тонн и более, размерами от 40 до 1000 мм.

Этот метод активно применяется в двигателестроении для получения головок блоков цилиндров, отдельных блоков и прочих деталей. При этом для годного литья массой 100 кг расходуется несколько видов неметаллических материалов, предназначенных для формирования моделей-формочек:

  • Противопригарное покрытие – до 25 кг;
  • Кварцевый песок – 50кг;
  • Пенополистирол – 6кг;
  • Полиэтиленовая пленка – около 10 кв.м.

Формовка при этом состоит из засыпки модели песчаным составом, с возможностью его повторного использования в 95-97% случаях.

Центробежное литье

Литье отливки центробежным методом применяется для получения деталей с формой тела вращения из чугуна, алюминия, стали и бронзы. Расплав заливается в металлическую форму, которая вращается со скоростью до 3000 об/мин.

За счет центробежной силы расплав равномерно распределяется внутри формы, после кристаллизации образуется отливка. Такой способ позволяет получать двухслойные заготовки, состоящие из различных сплавов. Отливка, полученная таким способом, обладает высокой плотностью и хорошими физико-механическими качествами.

Большим плюсом центробежного литья является возможность образования внутренних полостей без необходимости применения стержней, а также экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы. Таким методом получается до 95% годных изделий.

В производственном процессе используется оборудование, оснащенное горизонтальными осями вращения. Широко применяется метод центробежного литья для получения отливок гильз, втулок и прочих деталей с формой тела вращения.

Литье в оболочковые формы

Способ литья в оболочковых формах позволяет получить фасонные алюминиевые отливки из металлических сплавов путем их заполнения смесью из песчаных зерен (в основном кварцевых) и синтетического порошка (пульвер-бакелита и фенолоформальдегидной смолы).

Оболочковая форма получается засыпкой на нагретую до 300 °C металлическую модель и ее выдержкой до образования упрочненного тонкого слоя. После этого избыток смеси удаляется. Если используется плакированная смесь, то ее вдувают в зазор, образовавшийся между наружной контурной плитой и нагретой моделью.

И в первом, и во втором случае необходимо подождать упрочнения оболочки на модели в печи. Последующий этап – это скрепление полученных полуформ, их помещение в металлический корпус и заливка расплава. Таким способом осуществляется литье алюминиевых отливок весом до 25 кг. Плюсами данной методики является контроль над тепловым режимом охлаждения заготовок, возможность механизации процесса и повышения производительности.

Цветное литье отливки

Цветное литье отливки – процедура изготовления заготовок определенной формы из металла путем заполнения необходимой формы жидким материалом (алюминий, бронза, латунь, медь).

Применяются следующие разновидности отливки цветного литья:

  • заполнение формы при ее вращении (центробежное цветное литье);
  • метод цветного литья в металлические формы с охлаждением (кокиль);
  • методика заполнения форм ПГС.

Из всех названных наиболее качественным и экономным вариантом цветного литья является первый, это практически безотходный способ литья.

Особенности цветного литья отливки положены и в основу художественного литья (дизайнерские изделия, изготовленные по особым эскизам из латуни, бронзы и чугуна) для получения как мелких деталей декора, так и ворот, заборов и фонтанных конструкций.

Сплавы цветного литья отличаются своей прочностью и стойкостью к коррозии под воздействием раствора из бетона цемента, извести.

Онлайн калькулятор

— С помощью онлайн калькулятора вы можете рассчитать приблизительную стоимость вашего заказа

Производство алюминия

«В природе ничто не возникает мгновенно и ничто не появляется в свете в совершенно готовом виде».

Александр Герцен
русский публицист, писатель

Производство металла делится на три основных этапа: добыча бокситов – алюминийсодержащей руды, их переработка в глинозем – оксид алюминия, и, наконец, получение чистого металла с использованием процесса электролиза – распада оксида алюминия на составные части под воздействием электрического тока. Из 4-5 тонн бокситов получается 2 тонны глинозема, из которого производят 1 тонну алюминия.

В мире существуют несколько видов алюминиевых руд, но основным сырьем для производства этого металла являются именно бокситы. Это горная порода, состоящая, в основном, из оксида алюминия с примесью других минералов. Боксит считается качественным, если он содержит более 50% оксида алюминия.

Читать еще:  Металлический песок для пескоструйки

Бокситы могут сильно отличаться друг от друга. По структуре они бывают твердые и плотные либо рыхлые и рассыпчатые. По цвету – как правило, кирпично-красные, рыжеватые или коричневые из-за примеси оксида железа. При небольшом содержании железа бокситы имеют белый или серый цвет. Но иногда встречаются руды желтого, темно-зеленого цвета и даже пестрые – с голубыми, красно-фиолетовыми или черными прожилками.

Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточено в странах тропического и субтропического поясов – из них 73% приходится на пять стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. В Гвинее бокситов больше всего – 5,3 миллиарда тонн (28,4%), при этом они высокого качества, содержат минимальное количество примесей и залегают практически на поверхности.

Следующим этапом является производственной цепочки является переработка бокситов в глинозем – это оксид алюминия Al2O3, который представляет собой белый рассыпчатый порошок. Основным способом получения глинозема в мире является метод Байера, открытый более ста лет назад, но актуальный до сих пор – около 90% глинозема в мире производятся именно так. Этот способ весьма экономичен, но использовать его можно только при переработке высококачественных бокситов со сравнительно низким содержанием примесей – в первую очередь кремнезема.

Метод Байера основан на следующем: кристаллическая гидроокись алюминия, входящая в состав боксита, хорошо растворяется при высокой температуре в растворе едкого натра (каустической щёлочи, NaOH) высокой концентрации, а при понижении температуры и концентрации раствора вновь кристаллизуется. Посторонние, входящие в состав боксита (так называемый балласт), не переходят при этом в растворимую форму или перекристаллизовываются и выпадают в осадок до того, как производится кристаллизация гидроокиси алюминия. Поэтому после растворения гидроокиси алюминия балласт легко может быть отделен – он называется красный шлам.

Это густая масса красно-бурого цвета, состоящая из соединений кремния, железа, титана и других элементов. Его складируют на тщательно изолированных территориях – шламохранилищах. Их обустраивают таким образом, чтобы содержащиеся в отходах щёлочи не проникали в грунтовые воды. Как только хранилище отрабатывает свой потенциал, территорию можно вернуть в первоначальный вид, покрыв её песком, золой или дёрном и посадив определённые виды деревьев и трав. На полное восстановление могут уйти годы, но в итоге местность возвращается в изначальное состояние.

Многие специалисты не считают красный шлам отходом, так как он может служить сырьем для переработки. Например, из него извлекают скандий для дальнейшего производства алюминиево-скандиевых сплавов. Скандий придает таким сплавом особую прочность, сферы использования – автомобиле- и ракетостроение, спортивная экипировка, производство электропроводов.

Также красный шлам может использоваться для производства чугуна, бетона, получения редкоземельных металлов.

У глинозема нет срока годности, но хранить его непросто, так как при малейшей он возможности активно впитывает влагу – поэтому производители предпочитают как можно быстрее отправлять его на алюминиевое производство. Сначала глинозем складывают в штабели весом до 30 тысяч тонн – получается своеобразный слоеный пирог высотой до 10-12 метров. Потом пирог «нарезают» и грузят для отправки в железнодорожные вагоны – в среднем, в один вагон от 60 до 75 тонн (зависит от вида самого вагона).

Существует еще один, гораздо менее распространенный способ получения глинозема – метод спекания. Его суть заключается в получения твердых материалов из порошкообразных при повышенной температуре. Бокситы спекают с содой и известняком – они связывают кремнезем в нерастворимые в воде силикаты, которые легко отделить от глинозема. Этот способ требует больших затрат, чем способ Байера, но в то же время дает возможность перерабатывать бокситы с высоким содержанием вредных примесей кремнезема.

Глинозем выступает непосредственным источником металла в процессе производства алюминия. Но для создания среды, в которой этот процесс будет происходить, необходим еще один компонент – криолит.

Это редкий минерал из группы природных фторидов состава Na3AlF6. Обычно он образует бесцветные, белые или дымчато-серые кристаллические скопления со стеклянным блеском, иногда – почти черные или красновато-коричневые. Криолит хрупкий и легко плавится.

Природных месторождений этого минерала крайне мало, поэтому в промышленности используется искусственный криолит. В современной металлургии его получают взаимодействием плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия и содой.

Ток для производства алюминия

Для запуска двигателя автомобильный аккумулятор должен обеспечить электрический ток в 300-350 А в течение 30 секунд. То есть в 1000 раз меньше, чем нужно одному электролизеру для постоянной работы.

В каждой ванне происходит процесс электролиза алюминия. Емкость ванны заполняется расплавленным криолитом, который создает электролитическую (токопроводящую) среду при температуре 950°С. Роль катода выполняет дно ванны, а анода – погружаемые в криолит угольные блоки длиной около 1,5 метров и шириной 0,5 метра, со стороны они выглядят как впечатляющих размеров молот.

Каждые полчаса при помощи автоматической системы подачи глинозема в ванну загружается новая порция сырья. Под воздействием электрического тока связь между алюминием и кислородом разрывается – алюминий осаждается на дне ванны, образуя слой в 10-15 см, а кислород соединяется с углеродом, входящим в состав анодных блоков, и образует углекислый газ.

Примерно раз в 2-4 суток алюминий извлекают из ванны при помощи вакуумных ковшей. В застывшей на поверхности ванны корке электролита пробивают отверстие, в которое опускают трубу. Жидкий алюминий по ней засасывается в ковш, из которого предварительно откачан воздух. В среднем, из одной ванны откачивается около 1 тонны металла, а в один ковш вмещается около 4 тонн расплавленного алюминия. Далее этот ковш отправляется в литейное производство.

При производстве каждой тонны алюминия выделяется 280 000 м 3 газов. Поэтому каждый электролизер независимо от его конструкции оснащен системой газосбора, которая улавливает выделяющиеся при электролизе газы и направляет их в систему газоочистки. Современные «сухие» системы газоочистки для улавливания вредных фтористых соединений используют ни что иное, а глинозем. Поэтому перед тем как использоваться для производства алюминия, глинозем на самом деле сначала участвует в очистке газов, которые образовались в процессе производства металла ранее. Вот такой замкнутый цикл.

Для процесса электролиза алюминия требуется огромное количество электроэнергии, поэтому важно использовать возобновляемые и не загрязняющие окружающую среду источники этой энергии. Чаще всего для этого используются гидроэлектростанции – они обладают достаточной мощностью и не имеют выбросов в атмосферу. Например, в России 95% алюминиевого мощностей обеспечены гидрогенерацией. Однако есть в места в мире, где угольная генерация пока доминирует – в частности, в Китае на нее приходится 93% производства алюминия. В результате для производства 1 тонны алюминия с использованием гидрогенерации в атмосферу выделяется чуть более 4 тонн углекислого газа, а при использовании угольной генерации – в пять раз больше – 21,6 тонны.

Алюминий (Al)

Алюминий (квасцы) впервые был полуен в 1825 году датчанином Г. К. Эрстедом. Изначально, до открытия промышленного способа получения, алюминий был дорооже золота.

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре (массовая доля составляет 7-8%), и третьим по распространенности среди всех элементов после кислорода и кремния. В свободном виде в проироде алюминий не встречается.

Важнейшие природные соединения алюминия:


Рис. Строение атома алюминия.

Алюминий химически активный металл — на его внешнем электронном уровне находятся три электрона, которые участвуют в образовании ковалентных связей при взаимодействии алюминия с другими химическими элементами (см. Ковалентная связь). Алюминий — сильный восстановитель, во всех соединениях проявляет степень окисления +3.

При комнатной температуре алюминий вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в атмосферном воздухе, с образованием прочной оксидной пленки, которая надежно препятствует процессу дальнейшего окисления (корродирования) металла, в результате чего химическая активность алюминия снижается.

Благодаря оксидной пленке алюминий не вступает в реакцию с азотной кислотой при комнатной температуре, поэтому, алюминиевая посуда является надежной тарой для хранения и трансопртирования азотной кислоты.

Физические свойства алюминия:

  • металл серебристо-белого цвета;
  • твердый;
  • прочный;
  • легкий;
  • пластичный (протягивается в тонкую проволоку и фольгу);
  • обладает высокой электро- и теплопроводностью;
  • температура плавления 660°C
  • природный алюминий состоит из одного изотопа 27 13Al

Химические свойства алюминия:

  • при снятии оксидной пленки алюминий реагирует с водой:
    2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2;
  • при комнатной температуре вступает в реакции с бромом и хлором с образованием солей:
    2Al + 3Br2 = 2AlCl3;
  • при высокой температуре алюминий реагирует с кислородом и серой (реакция сопровождается выделением большого кол-ва тепла):
    4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q;
    2Al + 3S = Al2S3 + Q;
  • при t=800°C реагирует с азотом:
    2Al + N2 = 2AlN;
  • при t=2000°C реагирует с углеродом:
    2Al + 3C = Al4C3;
  • восстанавливает многие металлы из их оксидов — алюмотермией (при t до 3000°C) получают промышленным способом вольфрам, ванадий, титан, кальций, хром, железо, марганец:
    8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe;
  • с соляной и разбавленной серной кислотой реагирует с выделением водорода:
    2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
    2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2;
  • с концентрированной серной кислотой реагирует при высокой температуре:
    2Al + 6H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O;
  • со щелочами реагирует с выделением водорода и образованием комплексных солей — реакция идет в несколько этапов: при погружении алюминия в раствор щелочи происходит растворение прочной защитной оксидной пленки, которая находится на поверхности металла; после растворения пленки, алюминий, как активиный металл, реагирует с водой с образованием гидроксида алюминия, который взаимодействует со щелочью, как амфотерный гидроксид:
    • Al2O3+2NaOH = 2NaAlO2+H2O — растворение оксидной пленки;
    • 2Al+6H2O = 2Al(OH)3+3H2↑ — взаимодействие алюминия с водой с образованием гидроксида алюминия;
    • NaOH+Al(OH)3 = NaAlO2+2H2O — взаимодействие гидроксида алюминия со щелочью
    • 2Al+2NaOH+2H2O = 2NaAlO2+3H2↑ — суммарное уравнение реакции алюминия со щелочью.
Читать еще:  Чем заделать щели в металлической крыше?

Соединения алюминия

Al2O3 (глинозем)

Оксид алюминия Al2O3 является белым, очень тугоплавким и твердым веществом (в природе тверже только алмаз, карборунд и боразон).

Свойства глинозема:

  • не растворяется в воде и вступает с ней в реакцию;
  • является амфотерным веществом, реагируя с кислотами и щелочами:
    Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;
    Al2O3 + 6NaOH + 3H2O = 2Na3[Al(OH)6];
  • как амфотерный оксид реагирует при сплавлении с оксидами металлов и солями, образуя алюминаты:
    Al2O3 + K2O = 2KAlO2.

В промышленности глинозем получают из бокситов. В лабораторных условиях глинозем можно получить сжигая алюминий в кислороде:
4Al + 3O2 = 2Al2O3.

Применение глинозема:

  • для получения алюминия и электротехнической керамики;
  • в качестве абразивного и огнеупорного материала;
  • в качестве катализатора в реакциях органического синтеза.

Al(OH)3

Гидроксид алюминия Al(OH)3 является белым твердым кристаллическим веществом, которое получается в результате обменной реакции из раствора гидроксида алюминия — выпадает в виде белого студенистого осадка, кристаллизующегося со временем. Это амфотерное соединение почти не растворимое в воде:
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6];
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O.

  • взаимодействие Al(OH)3 с кислотами:
    Al(OH)3+3H + Cl = Al 3+ Cl3+3H2O
  • взаимодействие Al(OH)3 со щелочами:
    Al(OH)3+NaOH — = NaAlO2 — +2H2O

Гидроксид алюминия получают путем действия щелочей на растворы солей алюминия:
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl.

Получение и применение алюминия

Алюминий достаточно трудно выделить из природных соединений химическим способом, что объясняется высокой прочностью связей в оксиде алюминия, поэтому, для промышленного получения алюминия применяют электролиз раствора глинозема Al2O3 в расплавленном криолите Na3AlF6. В результате процесса алюминий выделяется на катоде, на аноде — кислород:

Исходным сырьем служат бокситы. Электролиз протекает при температуре 1000°C: температура плавления оксида алюминия составляет 2500°C — проводить электролиз при такой температуре не представляется возможным, поэтому оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите, и уже затем полученный электролит используют при электролизе для получения алюминия.

Применение алюминия:

  • алюминиевые сплавы широко применяются в качестве конструкционных материалов в автомобиле-, самолето-, судостроении: дюралюминий, силумин, алюминиевая бронза;
  • в химической промышленности в качестве восстановителя;
  • в пищевой промышленности для изготовления фольги, посуды, упаковочного материала;
  • для изготовления проводов и проч.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Какой радиатор выбрать?

Чтобы у вас дома даже в самые холода было комфортно и уютно нужно правильно выбрать радиатор: конструкцию, материал и размер для каждого помещения. Как же выбрать из многообразия вариантов?

Шаг 1: Выбираем тип радиатора

Алюминиевый радиатор

Достоинства:
  • Для него характерна низкая инерционность (быстро нагревается и быстро остывает) и способность выдерживать относительно высокое давление. Эти особенности делают алюминиевый радиатор универсальным отопительным прибором. Он может быть использован как в автономной, так и в центральной системе отопления.
  • Дополнительно можно приобрести термоголовки и индивидуально задавать температуру для каждого помещения. Это позволит экономить на топливе.
  • Алюминиевые радиаторы обладают эффектным внешним видом, который подойдет под любой интерьер помещения. Эти радиаторы являются секционными — от 4 до 12 секций. И если у вас возникнет необходимость в дополнительных секциях, вы сможете их приобрести в магазинах «Бауцентр». Но надо учитывать, что секционные радиаторы можно раскрутить только напополам (то есть если радиатор состоит из 10 секций, то вы можете купить отдельно 5 секций, если 12 — то 6 секций и т.д.)

Важно! При установке алюминиевых радиаторов важно не допустить контакта алюминия с медными переходниками и фитингами, поскольку в такой паре наступает коррозия металла с возможным выделением водорода.

Биметаллический радиатор

Достоинства:
  • Идеален для всех систем отопления — как для центральной, так и для автономной. Что значит биметалл? Корпус радиатора сделан из алюминия, благодаря чему он обладает высокой теплоотдачей, а внутренние коллекторы (места, где радиатор соприкасается с теплоносителем) выполнены из стали. Стальной коллектор позволяет без опаски устанавливать данный радиатор в центральную систему отопления. Биметаллический радиатор не боится некачественного теплоносителя и выдерживает высокое давление, 25-50 атмосфер, в зависимости от производителя. Этот вид радиатора долговечнее стального и алюминиевого.
  • Биметаллические радиаторы выглядят так же эстетично как алюминиевые и подойдут под любой интерьер помещения. Они тоже являются секционными — от 4 до 12 секций. Можно приобрести дополнительные секции (эти радиаторы также раскручиваются только напополам.).

Важно! Биметаллические радиаторы более тяжелые, чем алюминиевые и стальные, поэтому требуют большего количества креплений при монтаже.

Стальной радиатор

Достоинства:
  • Подходит для автономной системы отопления. В систему центрального отопления устанавливать можно, но при условии, что теплоноситель соответствует ГОСТ-ам, а давление в центральной системе отопления не будет превышать 9 атмосфер. То есть такие радиаторы можно ставить только в малоэтажные дома. В высокоэтажных зданиях с центральной системой отопления давление превышает 9 атмосфер.
  • Огромный выбор размеров – от очень крупного до самого маленького, позволяет подобрать именно тот стальной панельный радиатор, который подойдет для того помещения, которое нужно обогреть.
  • Также стальной радиатор имеет очень низкую тепловую инерционность (быстро нагревается и быстро остывает), и при использовании термоголовок на стальных радиаторах получается наибольшая экономия тепловой энергии.
  • Стальные радиаторы подойдут к дизайну любого помещения. Эти радиаторы панельные и имеют множество вариаций размеров, что дает возможность подобрать стальной радиатор под любую потребность.

Внимание! У данного радиатора есть важная особенность — оборудование из стали плохо переносит редко посещаемые помещения. Если спустить воду из системы на срок более 2-х недель, то попавший воздух приведет к активной коррозии, которую невозможно будет остановить.
Есть и свое ограничение — нарастить или уменьшить такой радиатор не получится, только полностью его заменить при необходимости.

Шаг второй: Считаем количество секций

Важный критерий выбора радиатора — его тепловая мощность. Она указана на ценнике или в паспорте радиатора. Как правильно подобрать радиатор под Ваши потребности?
Необходимо вспомнить размер помещения, куда планируется его установка. Приблизительный расчет таков: 1000 Вт на 10 м кв (для угловых комнат, помещений с обширным остеклением и плохой теплоизоляцией берем 1200-1300 Вт на 10 м кв).
В зависимости от расчетной тепловой мощности выбираем радиатор нужного размера с необходимым количеством секций.
Например, чтобы обогреть помещение 15 м кв, потребуется прибор мощностью 1500 Вт.

Шаг третий: Выбираем вид подключения и размер радиатора

В зависимости от того, в каком месте будет установлен радиатор, а также как и на какой высоте расположены подводящие трубы системы отопления, определяется: вид подключения радиатора (нижняя или боковая подводка), а также размер радиатора (межосевое расстояние – т.е. расстояние между трубами подключения). Он может составлять от 200 до 2000 мм. Это число обязательно указывается в маркировке каждой модели.

Шаг четвертый: Выбираем место установки

Обычно нагревательные приборы находятся около окон под подоконниками. Выступающая над батареей подоконная доска может препятствовать движению вверх теплого воздуха. Поэтому радиатор рекомендуется устанавливать около наружной стены на высоте 10 см от пола так, чтобы между ним и подоконником был зазор не менее 8 см.
Часто из эстетических соображений около батареи ставят различные декоративные экраны, загораживающие нагревательный прибор. В этом случае экран становится препятствием для излучаемой радиатором тепловой энергии, и помещение начинает обогреваться только за счет конвективного теплообмена, что естественно снижает его эффективность. В этом случае мы рекомендуем брать более мощный радиатор для компенсации потери тепла.

Шаг пятый: Самостоятельно регулируем температуру

Можно самостоятельно регулировать и задавать оптимальную температуру в разных комнатах, согласно их использованию, и при этом беречь значительную часть энергии. Это легко сделать с помощью термостатической головки, установленной на термостатический вентиль на подводе к радиатору отопления.
Термостатическая головка, установленная с радиатором, регулирует мощность обогрева в соответствии с заданной температурой. Термостатический вентиль, тот на который ставится термоголовка, не регулирует расход теплоносителя – он либо открыт, либо закрыт. Таким образом, остается лишь установить желаемый уровень температуры в помещении (путём поворота термоголовки на определенную цифру) и термоголовка, в зависимости от температуры окружающей среды, самостоятельно будет её регулировать – открывая или закрывая путь теплоносителю к радиатору отопления. Важно! При установке необходимо, чтобы температура воздуха, окружающего термоголовку, была выставлена правильно, отражая реальную температуру помещения, тогда вся система в целом будет работать как положено.

Больше подробностей об использовании термоголовки — в наших советах!

Оптимальное решение для каждого дома!

Для коттеджной застройки и домов с индивидуальными тепловыми пунктами можно использовать все типы отопительных приборов, при условии, что вы правильно учли при проектировании рабочее и опрессовочное давление, на которое рассчитан выбранный радиатор, а также не забыли о небольших технических нюансах, свойственных каждому типу радиаторов, например, таких как повышенное газовыделение в алюминиевых радиаторах.
В современных многоэтажных домах желательно использовать биметаллические и алюминиевые радиаторы, отличающихся элегантным дизайном, высокой прочностью и коррозийной стойкостью.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector