Алюміній — легкий та пластичний білий метал, матово-сріблястий завдяки тонкій оксидній плівці, яка відразу ж покриває його на повітрі. Він відноситься до III групи періодичної системи, що позначається символом Al, має атомний номер 13 і атомну масу 26,98154. Алюміній надзвичайно поширений у природі: за цим параметром він займає четверте місце серед усіх елементів і перше серед металів (8,8% від маси земної кори), але не зустрічається в чистому вигляді. Його в основному добувають з бокситів, хоча відомо кілька сотень мінералів алюмінію (алюмосилікати, алуніти тощо), абсолютна більшість яких не підходить для отримання металу. Алюміній має чудові властивості, які пояснюють найширший спектр його застосування. За обсягами використання в різних галузях промисловості він поступається тільки залізу. Ковкий і пластичний, алюміній легко набуває будь-яких форм. Оксидна плівка робить його стійким до корозії, а отже термін служби виробів з алюмінію може бути дуже довгим. Крім того, до списку переваг необхідно додати високу електропровідність, нетоксичність та легкість у переробці. Усім цим пояснюється велике значення легкого металу у світовій економіці. Без нього аерокосмічна індустрія ніколи не набула б розвитку. Алюміній необхідний виробництва автомобілів, вагонів швидкісних поїздів, морських суден. Різні види продуктів з алюмінію використовуються в сучасному будівництві. Алюміній є основним матеріалом високовольтних ліній електропередачі. Приблизно половина посуду для приготування їжі, що продається щороку в усьому світі, виготовлена саме з цього металу.Неможливо уявити магазин без алюмінієвих банок для напоїв та аптеку без ліків, упакованих у алюмінієву фольгу. Значення алюмінію для сучасної економіки важко переоцінити. Споживання алюмінію в промисловості тісно пов'язане з розвитком найбільш високотехнологічних виробничих галузей (автопром, авіація, аерокосмічні проекти, електроніка та ін.). Таким чином, споживання алюмінію та алюмінієвих сплавів побічно характеризує рівень розвитку технологій та інноваційність економіки загалом. © Об'єднання виробників, постачальників та споживачів алюмінію, 2025 Москва, 123100, Краснопресненська набережна, д.8 (ІПН: 7703401545, ОГРН: 1157700018222) Алюміній – елемент третього періоду періодичної таблиці Менделєєва з атомним номером 13. За поширеністю є першим серед металів та третім серед хімічних елементів земної кори (після кисню та кремнію). Давайте дізнаємося детальніше, що таке алюміній і які властивості він має. Що таке алюміній? Насамперед, це легкий парамагнітний метал біло-сріблястого кольору, який дуже піддатливий для обробки (лиття, формування, механічна обробка та інше). Хімічна формула алюмінію відома всім із шкільного курсу хімії – Al. Він має високу електро- та теплопровідність, а також стійкість до корозійних процесів. Остання властивість обумовлюється здатністю алюмінію до швидкого утворення оксидних плівок, що захищають його поверхню. Світова громадськість дізналася, що таке алюміній, в 1825, завдяки датському фізику Гансу Ерстеду. Вчений провів взаємодію амальгами калію з хлоридом алюмінію, з подальшим вилученням ртуті. Свою назву хімічний елемент отримав від латинського слова alumen, яке перекладається як «квасці». Перш ніж було відкрито промисловий спосіб отримання алюмінію, цей метал цінувався більше, ніж золото. 1889 року, бажаючи вшанувати розкішним подарунком Д.І. Менделєєва, британці вручили йому ваги, зроблені із золота та алюмінію. Метал утворює міцний зв'язок із киснем – оксид алюмінію. У порівнянні з іншими відомими металами його відновлення з руди більш трудомістке. Причина цього криється у високій реакційній здатності та високій температурі плавлення алюмінію, а точніше його руд. Метод прямого відновлення вуглецем не застосовується, так як у цього металу відновна здатність вища, ніж у вуглецю. Непряме відновлення можливе. Воно передбачає отримання проміжного продукту Al4C3, що піддається при температурі близько 2000°З розкладання з утворенням алюмінію. Поки що цей метод перебуває у розробці, але вже відомо, що він вимагатиме менше енерговитрат, ніж спосіб Холла – Еру. Методика Холла - Еру, яка на сьогоднішній день є широко використовуваною, була розроблена в 1886 році паралельно двома вченими - американцем Ч. Холлом і французом П. Еру. Її суть полягає у розчиненні Al2O3 (оксиду алюмінію) в Na3AlF6 (розплав кріоліту) та подальшому електролізі із застосуванням анодних електродів (коксових або графітових). Так як цей метод є дуже витратним, він отримав широке застосування лише у ХХ столітті. На виробництво однієї тонни чорнового алюмінію йде 1,92 т глинозему, 0,6 т електродів, 0,065 т кріоліту, 0,035 т фториду алюмінію та близько 61 ГДж електроенергії. Що ж до лабораторного способу отримання алюмінію, він був придуманий в 1827 року Фрідріхом Велером. Суть методу полягає у відновленні безводного хлориду алюмінію металевим калієм. Реакція відбувається при нагріванні, без доступу повітря. Масова концентрація цієї речовини у земній корі оцінюється в 7,45-8,14%. За цим показником алюміній посідає перше місце серед металів та третє серед хімічних елементів загалом. У природі у зв'язку з хімічною активністю металу він зустрічається в основному у вигляді сполук. Основні мінерали алюмінію: боксити, корунд, нефеліни, глиноземи, алуніти, польові шпати, берил, каолініт та хризоберил. У жерлах вулканів, у яких створено специфічні відновлювальні умови, знайшли малі кількості самородного металу. У природних водах алюміній представлений у вигляді малотоксичних сполук, наприклад фториду. На вигляд катіону чи аніону впливає головним чином кислотність середовища. У прісній воді концентрація розчину алюмінію може становити від 0,001 до 10 мг/л, а солоної – близько 0,01 мг/л. У складі природного алюмінію переважає стабільний ізотоп Al 27 і спостерігаються нікчемні сліди Al 26. Основні фізичні властивості матеріалу: Алюміній може утворювати метали практично з усіма металами. Найбільшого поширення набули дюралюміній (сплав з міддю та магнієм) та силумін (сплав з кремнієм). У нормальних умовах цей метал покритий тонкою, але дуже міцною оксидною плівкою, що зумовлює його стійкість до дії стандартних окислювачів: води, кисню, азотної та сірчаної кислот. Водночас алюміній реагує із соляною кислотою. Завдяки цим властивостям, метал не схильний до корозії і дуже затребуваний у промисловості. При руйнуванні алюмінієвої плівки може виступити в ролі активного металу-відновника. Щоб уникнути утворення плівки, до нього додають галій, олово чи індій. Розглянемо основні рівняння алюмінію. З простими речовинами цей метал утворює такі сполуки: Сульфіди та карбіди алюмінію можуть повністю гідролізуватись. Реакції алюмінію зі складними речовинами мають такий вигляд: До кінця 19 століття алюміній не вироблявся в промислових масштабах. Анрі Сент-Клер Девіль, роботу якого фінансував Наполеон Третій (він розраховував використання матеріалу для потреб армії), винайшов перший метод промислового отримання металу лише 1854 року. Суть методу полягала у витісненні алюмінію із подвійного натрієво-алюмінієвого хлориду за допомогою металевого натрію. У 1855 році був зроблений перший злиток, маса якого склала близько 7 кг. За наступні 36 років за цим методом було виготовлено 200 тонн алюмінію. Це при тому, що вже 1856 той же вчений розробив новий спосіб, заснований на електролізі розплаву зазначеного вище хлориду. У 1885 році в місті Гмелінгем (Німеччина) був побудований завод з виробництва алюмінію за технологією Миколи Бекетова. Цей спосіб мало відрізнявся від того, що розробив Девіль, але був трохи простішим. Він базувався на взаємодії між кріолітом та магнієм. За п'ять років роботи завод виробив 58 тонн алюмінію – понад 25% світового виробництва за 1854-1890 роки. Метод Холла - Еру започаткував більш технологічному та сучасному отриманню металу. З того часу, з розвитком електротехніки, розвивалися й технології виробництва алюмінію. Помітний внесок у розвиток цього напряму зробили зокрема й російські вчені: Байєр, Пеняков, Кузнєцов, Жуковський, Яковкін та ще. У Росії її перше підприємство з виробництва алюмінію було побудовано місті Волхове в 1932 року. У 1939 металургійна промисловість СРСР виробляла майже 50 тисяч тонн цього металу на рік. Друга світова війна стала стимулом випуску багатьох матеріалів, зокрема і алюмінію.Так, до 1943 року світове виробництво становило майже 2 млн тонн. З кожним роком, навіть після закінчення війни, цей показник зростав. 1980-го року він становив 16 млн т., 1990-го – 18 млн т., 2008-го – вже близько 40 млн т., а 2016-го – майже 60 млн т. Рейтинг країн, що масово випускають алюміній, виглядає наступним чином: Світовий запас бокситів практично безмежний і несумірний з динамікою попиту. У майбутньому багато ліній з виробництва алюмінію може бути переорієнтовані випуск, наприклад, композитних матеріалів. Ціна даного металу на торгах всесвітніх сировинних бірж за останні десять років коливалася в межах 1250-3300 доларів за тонну. Алюміній широко використовується як конструкційний матеріал. Його основні переваги – легкість, корозійна стійкість, податливість штампування, висока тепловодність та нешкідливість. Останні властивості зробили матеріал дуже популярним у виробництві кухонного начиння та харчової плівки. Завдяки першим трьом властивостям, алюміній став основною сировиною космічної та авіаційної промисловості. Головним недоліком цього конструктивного матеріалу є його мала міцність. Для зміцнення його зазвичай використовують у сплавах з малими кількостями міді та магнію (дюралюміній). По електропровідності алюміній в 1,7 разів поступається міді, але за рахунок того, що його щільність у 3,3 рази менша, для отримання приблизно рівного опору його потрібно вдвічі менше за вагою. Крім того, алюміній приблизно в 4 рази дешевше, ніж мідь. Цим обумовлено широке застосування даного матеріалу в електротехніці (виготовлення та екранування провідників) та мікроелектроніці (напилення провідників на поверхню мікросхем).Головним недоліком алюмінію як матеріалу для електротехніки є утворення міцної діелектричної плівки на поверхні. Вона ускладнює паяння та викликає нагрівання в місцях з'єднань, що знижує якість контакту та надійність ізоляції. Щоб нівелювати цю особливість, використовують алюмінієві провідники великого перерізу. Крім того, алюміній використовують у таких напрямках: Як відновник алюміній використовується в таких областях: Як конструктивний матеріал часто використовують не чистий алюміній, а сплави на його основі. Алюмінієво-магнієві сплави. Характеризуються поєднанням високої пластичності, задовільної міцності, корозійної стійкості, гарної зварюваності та високої вібростійкості. Найчастіше в промисловості використовують сплави, в яких вміст магнію коливається в межах 1-5%. Чим більший цей показник, тим надійніший сплав. Кожен відсоток дає додаткові 30 МПа до межі міцності. Сплави, що містять масою до 3% магнію, відрізняються структурною стабільністю при нормальній і підвищеній температурі, навіть у нагартованому стані. Зі зростанням вмісту магнію стабільність знижується. При збільшенні кількості до 6% погіршується корозійна стійкість сплаву. Тому для подальшого підвищення характеристик міцності, системи алюміній-магній легують титаном, марганцем, хромом, ванадієм або кремнієм. Попадання міді та заліза до таких сплавів небажане. Воно призводить до зниження зварюваності та корозійної стійкості. Алюмінієво-марганцеві сплави. Мають високі показники міцності, пластичності, технологічності, корозійної стійкості та зварюваності. У системах алюміній-марганець основними домішками є залізо та кремній. Ці елементи знижують рівень розчинності марганцю в алюмінії. Щоб отримати дрібнозернисту структуру такі сплави легують титаном. Достатня кількість марганцю забезпечує стабільну структуру нагартованого металу за будь-якої температури. Алюмінієво-мідні сплави. За своїми механічними властивостями в термозміцненому стані, ця система може обійти низьковуглецеві сталі. Такі метали дуже технологічні. Їхній єдиний недолік – низька корозійна стійкість. З цією проблемою борються за допомогою захисних покриттів. Як легуючі добавки використовують залізо, магній, марганець і кремній. Найсильніше на властивості сплаву впливає магній, помітно підвищуючи межі плинності та міцності системи. Кремній підвищує здатність металу до штучного старіння, а залізо з нікелем – його жароміцність. Нагартовка цих систем після гарту призводить до прискорення штучного старіння, а також збільшує їх опір корозії та міцність. Сплави системи алюміній-цинк-марганець. Цінуються за високі показники міцності та технологічності. Високе зміцнення досягається завдяки добрій розчинності компонентів при підвищених температурах, що різко зменшується при охолодженні. Головним і дуже суттєвим недоліком таких систем є низький опір корозії. Для підвищення цього показника застосовують легування міддю. Також ще в 60-х роках минулого століття було виявлено, що присутність літію в системах алюміній-цинк-марганець дозволяє сповільнити природне та прискорити штучне старіння. Крім того, літій зменшує вагу сплаву та збільшує його модуль міцності. У промисловості використовуються також силуміни (алюмінієво-кремнієві сплави), з яких відливають корпуси усіляких механізмів, та комплексні сплави (авіалі). Відповідаючи на питання про те, що таке алюміній, варто згадати про токсичність металу. Незважаючи на широке поширення у природі, алюміній є мертвою речовиною, тобто не використовується живими істотами у метаболізмі. Сам по собі метал має незначну токсичну дію, проте багато з його неорганічних сполук, розчинних у воді, можуть шкідливо впливати на теплокровних жуйних і людину.Для людини токсичну дію мають такі дози сполук металу (мг/кг маси тіла): При попаданні в організм із водою сполуки алюмінію діють на нервову систему, що може призвести до її тяжких розладів. Позитивним є той факт, що нагромадженню металу в організмі перешкоджає механізм виведення. За добу із сечею може бути виведено до 15 мг елемента. Таким чином, негативний ефект від сполук алюмінію може торкнутися лише людей, які страждають на порушення функції виділення нирок. У толкінівських ельфів був мітриль — місячне срібло: чудовий метал, міцний, напрочуд легкий, не тьмяніючий. Я у дитинстві вважала, що його прототипом був саме алюміній. А чому ні? Вони справді схожі! Тільки для отримання алюмінію не потрібні гноми. Легкий і міцний метал використовують у всіх сферах життя, від високих технологій до дитячих іграшок. Джерело: Shutterstock Він дійсно скидається на метал із фентезі або коміксів про супергероїв. Звичайний і нудний на перший погляд, у потрібний момент він розкриває свої суперздатності і нехай не рятує світ, але робить його набагато цікавішим. Це легкий метал-парамагнетик. Легкість пояснюється малою щільністю - всього 2,7 г/см 3 (для порівняння: той же показник у сталі майже втричі більший - 7,85). Також це найпоширеніший метал у земній корі, масова частка - 8,2% (удвічі більше заліза). Завдяки унікальним властивостям алюміній широко застосовують у різних галузях промисловості.
А які його властивості?
Їх можна назвати універсальними:
Які країни виробляють найбільше алюмінію?
Їх лише сім. У порядку спадання:
Коли та як його відкрили?
В 1825 датський фізик Ханс Крістіан Ерстед шляхом хімічної реакції отримав з глинозему кілька молекул цього металу. Лише через 20 років французький вчений Сент-Клер Девіль зумів модифікувати цей метод і одержав цілий злиток. Його показували як дивину на виставці технологічних досягнень у Парижі. Додамо, що Ерстед відомий ще й тим, що виявив магнітне поле, важливість цього відкриття важко переоцінити.
Чому він вважався дорогоцінним металом?
Тому що початковий метод його отримання "за Девілем" був надзвичайно витратним. У 1850-1860-і роки алюміній за ціною був порівнянний із золотом і платиною. Знати у ті роки замовляла собі алюмінієві коштовності та столові сервізи, мати такі вважалося престижним. Чи варто інвестувати в дорогоцінне каміння
А чому зараз став таким дешевим?
До кінця 1860-х років одразу у двох країнах — Франції та США — винайшли до непристойності дешевий метод його виробництва. Ціни впали. А ще через 15 років інженер Карл-Йозеф Байєр розробив систему підготовки глинозему з бокситів, власне — метод промислового отримання алюмінію. Після цього дорогоцінний метал остаточно став звичним і практично всюдисущим.
З чого і як його одержують?
Зазвичай із бокситів. Так називають руду, що містить метал. Справа в тому, що у природі алюміній у чистому вигляді не зустрічається. Натомість його солі є у силікатах, у тому числі їх багато у бокситах. З них методом Байєра виділяють глинозем, а вже з нього – алюміній. Світові запаси бокситів обмежені. Понад третину родовищ перебувають у Африці. Видобуток бо кситів зазвичай ведуть відкритим способом, оскільки вони залягають неглибоко. Але є винятки: на Уралі є одна з найглибших у світі бокситних шахт — Черемухово-Глибока. Її глибина перевищує 1,5 км.
Де його використовують?
Можна сказати, що скрізь. Сьогодні важко знайти сферу, де б її не було. Алюміній застосовують: Ну і ще з нього роблять багато побутових предметів, від посуду до недорогої біжутерії.
Чому він такий широко поширений?
Тому що алюміній легше і дешевшим стали. А ще міцний, не іржавіє і чудово обробляється.
Хто вигадав йому назву?
Російський хімік, творець періодичної системи Дмитро Менделєєв. Хоча насправді російський геній лише «застовпив» цю назву у своїй монументальній праці «Основи хімії». До цього алюміній називали «глиноземом», «алумією», навіть галуном.У таблиці Менделєєва Al стоїть на 13-му місці у третьому періоді. Але саме слово «алюмін» — дуже давнє, відоме з античності. Так називали різні солі. Так, ще давньогрецькі вчені знали, що різні метали присутні у ґрунті чи воді у вигляді солей. Просто тоді не вміли їх синтезувати. Масове виробництво почалося з робіт француза Поля Ера та американця Чарльза Холла. Незалежно один від одного в 1866 вони винайшли спосіб отримання алюмінію за допомогою електролізу. Їх відкриття стало першим кроком до того, щоб «друге золото», за яким полювали королі та мільйонери, з'явилося на кожній кухні. Сьогодні виробничий ланцюжок виглядає так:
Крок 1 Видобувають боксити.
Крок 2 Доставляють на завод — зазвичай він знаходиться неподалік шахти. Там методом Баєра з бокситів роблять глинозем — «батька» алюмінію.
Крок 3 Отримують чистий метал із глинозему. Це вкрай енерговитратний процес. Комбінати намагаються будувати поряд із електростанціями: так простіше доставляти електрику на виробництво. Глинозем поміщають електролізну ванну, її дно — катод. Туди ж як анод відправляють вугілля та кріоліт — мінерал, необхідний виділення металу із сировини. Від електроструму глинозем руйнується. Чистий розплавлений алюміній осідає на дно ванни. Кисень, що утворюється від розпаду сировини, реагує з вугіллям і утворює вуглекислий газ, який направляють у газозбірники. Розплавлений метал за допомогою спецобладнання вигрібають із ванни та відправляють далі — на авіаційні, автомобільні, будівельні заводи тощо. Звісно, це максимально спрощена схема. Отримання алюмінію – складний технологічний процес, який постійно вдосконалюють вчені та інженери. У Росії з 1930-х років працює ВАМІ - Всеросійський алюмінієво-магнієвий інститут. Нині цей заклад входить у структуру РусАла. Інститут вивчає алюміній, розробляє нові технології виробництва. Інвестиції в інновації завжди сторицею окупають себе. Відкрийте брокерський рахунок у «Совкомбанк Інвестиціях» та отримайте доступ до широкого набору біржових інструментів та зручного сервісу. Щоб успішно торгувати на біржі, відкрийте рахунок у надійного брокера - "Совкомбанк Інвестиції". Ви отримаєте вигідні умови обслуговування та широкий вибір інструментів, включаючи акції, облігації та фонди. Залишіть заявку на свій брокерський рахунок онлайн. У пристрої, з якого ви читаєте цю статтю, чи то ноутбук, смартфон чи планшет, є алюмінієві деталі. Напевно, у вас вдома припасені ложки, каструльки або форми для випікання з алюмінію. Але це лише сота частина того, де його використовують. Без алюмінію навряд чи з'явилися б літаки, ракети, комп'ютери і смартфони. Джерело: Shutterstock З дивовижі він давно перетворився на найпоширеніший метал сучасного виробництва. Легкість, міцність та хімічна стійкість роблять його чудовим матеріалом для багатьох галузей. Ось основні з них: Звичайно, він годиться не для всього. Наприклад, з алюмінію не роблять колюче-ріжучі інструменти - ножі та інші леза, цвяхи, болти або свердла. Він не витримає такого навантаження. Зараз я розумію, що алюміній все ж таки не був прототипом «ельфійського срібла» у «Володарі кілець». Але для сучасної людини він важливіший за мітриль. Це надійний і непомітний супутник, на зразок Сема для Фродо, він допомагає нам щодня і робить наше життя простішим і веселішим. Для тих, хто цінує свій час Підпишіться на щотижневу email-розсилку та дізнавайтеся про найцікавіші публікації. Підписуйтесь на анонси в Дзені та ТелеграміАлюміній
Усі права захищені
+7 (495) 663 99 50 [email protected]
Політика щодо обробки персональних даних Правова інформація Карта сайту Що таке алюміній: формула, реакції, властивості та застосування
Загальна характеристика
Історична довідка
Отримання
Місце у природі
Фізичні властивості
Хімічні властивості
Виробництво
Використання
Використання сплавів
Токсичність
Алюміній: що це за метал, як його одержують і де застосовують
10 питань та відповідей про алюміній
Народження алюмінію: як із глини створюють метал
Застосування алюмінію
Висновок
Бажаєте дізнаватися про нові публікації не заходячи на сайт?