электролитная ванна

алюминий
Химический элемент III группы Периодич. системы; ат. н. 13, ат. м. 26,9815; серебристо-белый легкий металл. Состоит из одного стабильного изотопа 27А1. Первый пром. способ произ-ва Аl предложил в 1854 г. франц. химик А. Э. С.-Клер Девиль: восстановление двойного хлорида Na₃AlCl₆ металлич. Na. Похожий по цвету на серебро Аl сначала ценился очень дорого. С 1855 по 1890 г. было получено всего 200 т Аl. Соврем, способ получения Аl электролизом криолито-глиноземного расплава разработали в 1886 г. одноврем. и независимо Ч. Холл (США) и П. Эру (Франция). По распространенности в природе Аl занимает 3-е место после кислорода и кремния и 1-е — среди металлов. Его содержание в земной коре 8,80 мае. %. В свободном виде Аl в силу хим. активности не встречается. Известны сотни минералов Аl, преимущ. алюмосиликатов. Пром. значение имеют бокситы, алуниты и нефелины. Нефелиновые породы беднее бокситов глиноземом, но при их комплексной переработке разработ. в России способом получают важные побочные продукты: соду, поташ, серную кислоту. Нефелиновые руды в России образуют, в отличие от бокситов, весьма крупные месторождения (на Кольском п-ве, на Урале, в Красноярском крае и др.).
Аl сочетает весьма ценный комплекс с-в: малую плотность, высокие тепло- и электропроводность, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Он легко поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. Аl хорошо сваривается газовой, контактной и др. видами сварки. Решетка Аl — ГЦК (а = = 0,40413 нм). Св-ва Аl, как и всех металлов, зависят от его чистоты. Св-ва Аl особой чистоты (99,996 %): у20.с = 2,69 г/см³; t_m = 660,24 °С; 'к» * 250° °с; ТКЛР (от 20 до 100 °С) 23,86 • КГ6; XIW.C = 343 Вт/(м • К) электропроводность по отношению к меди (при 20 °С) 65,5 %. Прочность Аl невысока (<тв= 50-60 МПа), НВ = = 170 МПа, пластичность до 50 %. После холодной прокатки ав Аl возрастает до 115 МПа, НВ < 270 МПа, Е, снижается до 5 %. Аl хорошо полируется, анодируется и обладает высокой отражательной способностью, близкой к Ag. При большом сродстве к кислороду Аl на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной пленкой Аl₂О,, защищающей его от дальнейшего окисления и обусловл. высокие антикоррозионные свойства. Аl стоек на воздухе, в морской и пресной воде, практически не взаимодействует с концентрир. или сильно разбавл. HNO₃, с органич. кислотами, пищевыми продуктами.
Произ-во Аl включает две основные стадии: получение глинозема (Аl₂О₃) сложной химической переработкой Аl-руд и металлич. Аl электролизом Аl₂О₃, р-ренного в расплавл. криолите (Na₃AlF₆). Глинозем получают из бокситов, нефелинов, алунитов, но наиб, широко используют бокситы, к-рые, в осн., перерабатывают по способу Байера (см. Глинозем). Электролиз р-ра Аl₂О₃ в криолите ведут в электролизерах при 950—975 °С. Используют электролизеры трех осн. конструкций: с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым подводом тока; те же, но с верхним подводом тока; с обожженными анодами. Электролитная ванна - железный кожух, футеров. огнеупорным кирпичом и выложенный угольными плитами и блоками. Катод - подина ванны. Пром. электролит помимо криолита содержит добавки (АlF₃, CaF₂, LiF, MgF₂, NaCl и др.), сумма к-рых не превышает 8-10 %. Осн. назначение добавок -снижение t_m электролита и увеличение электропроводности. В пром. электролите поддерживают содержание 6-8 % Аl₂О₃ во избежание его остатков на подине ванны. Важная характеристика электролита — криолитовое отношение (к.о.) — отношение молярных содержаний NaF/AlF₃. Для чистого криолита к. о.= 3. Электролиты с к. о. = 3 называют нейтральными, < 3 — кислыми, > 3 — основными. В пром. Аl-ваннах применяют кислые электролиты с к. о. = 2,6-5-2,8. У пром. электролита у = 2,09-2,11 г/см³ при 1100 ^оС, т.е. на ~ 10 % меньше, чем у расплавленного Аl.
При электролизе Аl₂О₃ криолит диссоциирует на ионы. На катоде разряжаются ионы Аl₃⁺ с образованием металлич. Аl, а на аноде - ионы О2", окисляющие углерод анода до СО и СО2. Соврем, электролизеры - серия из 150—160 ванн, подключенных последовательно к источнику постоянного тока, работают при U = 4,1-4,5 В и / < 150 кА. Из ванны расплавл. Аl извлекают вакуум-ковшом. Примеси из чернового Аl удаляют продуванием расплава хлором с получением первичного алюминия с 99,5-99,85 % Аl и разливкой его в формы. А1 высокой чистоты (99,9965 %) получают электролит, рафинированием первичного Аl по т.н. 3-слойному способу, снижающему содержание примесей Fe, Si и Си. П.Д.К. в воздухе пыли металлич. Аl и его оксидов - 2 мг/м³.
Сочетание физ., механич. и хим. свойств Аl определяет его широкое применение во всех областях техники, особенно в виде сплавов (см. Al-сплавы). В электротехнике Аl успешно заменяет Сu, особенно в массивных проводниках, напр. воздушных линий, высоковольтных кабелях, шинах распред. устройств, трансформаторов и т.п. (при поперечном сечении, обеспечив. одну и ту же проводимость, масса проводников из Al вдвое меньше медных). Сверхчистый Аl используют в произ-ве электрич. конденсаторов и выпрямителей. Аl применяют для предохранения металлич. поверхностей от атм. коррозии (алитирование, плакирование, алюмин. краска), изготовления резервуаров большой емкости для хранения и транспортировки жидких газов (метан, кислород, водород и т.д.), азотной и уксусной кислот, пищевых масел, а также оборудования и аппаратов в пищевой пром-ти. Аl - одна из самых распространенных легир. добавок в сплавах на основе Сu, Mg, Ti, Ni, Zn и один из основных раскислителей сталей и сплавов на основе железа.
[ http://metaltrade.ru/abc/a.htm]

Тематики

• металлургия в целом

EN

• aluminium