ALUMINIJ

Tehnička škola Ruđera Boškovića Getaldićeva 4 Zagreb

Elektrotehnički materijali i komponente

Aluminij

Razred:

Ime i prezime:

2. E

Matija Pozojević

Ocjena:

Trusted by over 1 million members

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.





S a d r ž a j:

● Povijest ● Fizičke osobine ● Kemijske osobine ● Proizvodnja aluminija ● Upotreba aluminija ● Literatura

2 3 3 4 6 7





ALUMINIJ ALUMINIJ POVIJEST Engl Englez ez Hump Humphry hry Davy Davy poku pokuša šavv vvao ao je oko oko 1807 1807,, ali ali bez bez uspij uspijeh eha, a, da iz «zemlje» koju su nazivali aluminina izdvoji metalni element čije je prisustvo u njoj predpostavljao i koji je preama njoj nazvao aluminium. Tek je 1825 uspjeo Danac Hanc Ch. Orsted izdvojiti malo tog nepoznatog metala iz njegovog klorida pomoću kalij-alamgama. Njemac Friedrich Wöhler nastavio je 1827 Orstedove eksperimente, ali tek 1845 uspio je izdvojiti male kuglice rastezljivog metala. Francuz Henri SainteClarie Deville izdvojio je električnom strujom 1845 iz dvojnog klorida aluminija i natrija aluminijum u većim količinama, a slične uspjehe imao je istovremeno i Njemac Robe Robert rt Buns Bunsen en.. Devi Deville lle je zain zainte tere resi sira rao o za novi novi meta metall Napo Napoleo leona na III, koji je istr istraž aživ ivan anje je finan financi cijs jski ki pomo pomoga gao. o. Na svije svijets tsko kojj izlo izložb žbii 1855 1855 «sre «srebr bro o iz glin gline» e» predstavljeno je široj publici. Kad je 1866 Warner Simens pronašao dinamo stroj, omogućena je upotreba struje struje proizv proizvolj oljnog nog napona napona i jačine jačine i time ubrza ubrzan n postup postupak ak elektr elektrome ometal talurš urških kih postupaka. Godina 1886 smatra se za početak moderne aluminijske industrije. Tada su Francuz Paul T. i Amerikanac Charles M., nezavisno jedan od drugog, objavili postupak dobivanja aluminija elektrolitičkim putem. U narednim godinama proizvodnja aluminija brzo je rasla. Sagrađene su tvornice u Švicar Švicarsko skoj,j, Njemač Njemačkoj koj i Vel. Vel. Britani Britaniji. ji. Alumin Aluminijsk ijskii lim za krovo krovove, ve, suđe, suđe, dijelo dijelovi vi automobila... Mala čvrstoća aluminija ograničavala je njegovu uporabu. Uskoro su pronašli da se može postići mnogo veća čvrstoća dodavanjem drugih metala. Godine 1906., Alfred Wilim pronašao je leguruduralumin, leguruduralumin, koja može dostići čvrstoću čelika. čelika. U narednim desetljećima, postupci dobivanja, a naručito prerađivanja dopunjavali su se sve više, tako da je proizvodnja aluminija porasla od 7,3 kt u 1900 na 580 kt 1938, dok je godine 1960 proizvodnja aluminija premašila 4,5 Mt. Godina 1949 1950 1951 1952 1954 1956 1958 1959 1960 1961

Proizvodnja (u kT) 1257 1507 1808 2032 2820 3343 3544 4087 4541 4577

Potrošnja (u kT) 1210 1584 1810 1958 2543 3223 3191 4025 4143 4485

Svijetska proizvodnja i potrošnja aluminija od 1949 do 1961





FIZIČKE OSOBINE Aluminij ima kristalnu strukturnu površinski centrirane kocke. Odstojanje u mreži je 4,413 ∙ 10 cm, tvrdoća po Mohsovoj skali 2,9. Glavne primjese su željezo i sicilij; one dolaze iz aluminij-oksida, anoda i elektrolita. Te primjese nisu uvijek štetne, jer čine aluminij čvršćim. Elektrolitski rafinirani aluminij koji sadrži 99,998% Al, a najmanje 99,990%, naziva se i rafinal. Fizičke osobine zavisne su donekle od stupnja čistoće materijala i načina obrade. Specifična čistoća najčišćeg aluminija 2,698 g/cm³ (na 20°), a prešanog ili vučenog tehničkog aluminija 20,70 ∙∙∙ 2,71 g/cm³. Ljevani metal ima specifičnu mase 2,64, a tekući na 700°C, 2,37 g/cm³. Pri očvršćivanju se volumen smanji za 6,6%. Točka topljenja najčišćeg aluminija je 660,2°C, a tehničkog približno 658°C. Točka vrenja aluminija je 2270°C. Toplinska provodljivost na 0°C je 0,5, na 100°C 0,51, a na 200°C 0,52 cal/cm sek °C (Toplinska provodljivost aluminija je tri puta veća nego toplinska provodljivost željeza, ali iznnosi polovinu provodljivosti bakra). Linearni koeficijent toplinskog rastezanja je za interval od 20 pa do 100°C 24, između 20° i 300°C 25,8, a između 20° i 500°C 27,9 ∙ 10 /°C Električna provodljivost provodljivost meko žarenog aluminija aluminija (rafinala) je 37,82 ∙∙∙ 37,87, tvrdog 37,6 m/Ω mm². Čvrstoća na kidanje mekog aluminija (99,5%) je 7 ∙∙∙ 9, a tvrdog 13 ∙∙∙ 18 kp/mm³. Čelik Debljina lima (nm) Težina (kg/m²) 0,8 6,24 1,0 7,80 1,5 11,70 2,0 15,60 2,5 19,60 3,0 23,40

Aluminij Debljina lima (nm) Težina (kg/m²) 1,2 3,25 1,5 4,07 2,2 5,96 2,9 7,86 3,6 9,76 4,3 11,60

Usporedba aluminijskog aluminijskog i čeličnog čelič nog lima uz uvijet iste lokalne čvrstoće (ušteda 50%)

KEMIJSKE OSOBINE Iako je aluminij neplemeniti metal, vrlo je otporan prema atmosferi i kemijskim sredstvima. Uzrok postojanosti je sloj oksida koji se odmah stvara na svježoj površini čvrstog aluminija i štiti ga od uticaja atmosfere. Iako je debljina tog sloja minimalna,





on hermetički hermetički pokriva metal i štiti ga od oksidacije. oksidacije. I pri topljenju topljenju aluminija stvara se na površini korica koja ga štiti od jake oksidacije. Zaštitni oksidacijski sloj stvara se i na legurama aluminija. Vodik se dobro rastvara u tekućem aluminiju, a dijelomično i u čvrstom. Aluminij može primiti vodik i iz vlage sadržane u plinovima loženja. Vlaga se raspada u tekućem aluminiju po reakciji: 2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2 Iako je kompaktni aluminij na zraku postojan, aluminijska površina oksidira već na sobnoj temperaturi. Pri tome se oslobađa velika količina topline i metalna se prašina može zapaliti, a zbog vodika koji nastaje može i eksplodirati. Klor i ostali halogeni elementi reagiraju direktno s aluminijem, stvara se klorid AlCl3 i mnogo topline. Prisutnost zraka ubrzava reakciju. Uvođenjem klora u tekući aluminij stvara se klorid, koji isparava. Sličan utjecaj kao i klor ima plin HCl, naručito uz pristnost vlage i na povišenoj temperaturi. UgljikUgljik-mon monoks oksid id i ugljikugljik-mon monok oksid sid reagira reagiraju ju s alumin aluminijo ijom m tek na vis visok okim im temperaturama; stvaraju aluminij-oksid i aluminij-karbid Al 4C3. Rastvorljivost aluminija je velika u natrijskoj ili kalijskoj lužini. Vrlo postojani su alum alumin inijij i neke neke njeg njegov ove e legu legure re prem prema a mnog mnogim im orga organs nski kim m kise kiselin linam ama a i drug drugim im spojevima, zbog čega se upotrebljavaju u prehrambenoj industriji za ambalažu.

PROIZVODNJA ALUMINIJA Kako zbog fizičko-kemijskih razloga nije nije moguća moguća direktna direktna redukcija redukcija u boksitu sadržanog aluminij-oksida u aluminij dovoljne dovoljne čistoće, danas se se tehničko dobivanje komercijalnog aluminija izvodi u dvije faze: a) odvaja odvajanje nje dovolj dovoljno no čis čistog tog alumin aluminij-o ij-oks ksida ida (glinic (glinice) e) iz prirod prirodnih nih sirovi sirovina na podesnim postupcima, pri čemu se danas pretežno primjenjuje Bayerov postupak. b) elektroliz elektroliza a tako tako dobivenog dobivenog aluminijaluminij-oksid oksida a u rastopljenom rastopljenom kriolitu kriolitu po postupku Heroulta i Halla. Za proizvodnju aluminija po spomenutim postupcima potrebne su sirovine pomoćni materijali i energija. Kao sirovina za proizvodnju čiste glinicu principu se može upotrijebiti svaka stijena koja sadrži aluminij-oksid , ali budući da u svijetu ima lako pristupačne rude bogate aluminij-oksidom, boksita, ekonomičnost i rentabilnost prerade prerade u sadašnjim sadašnjim odnosima svode svode izbor sirovina sirovina za dobivanje dobivanje glinice gotovo gotovo isključivo na tu rudu, sa strogim ograničenjem u sastavu, naročito u pogledu odnosa Al2O3 i SiO2. Pomoćni materijali materijali su za proizvodnju proizvodnju glinice uglavnom kaustična kaustična soda (odnosno kalcinirana soda i kreč), a za elektrolizu ugljene elektrode (odnosno od





kojih kojih se proi proizv zvod ode: e: uglj ugljič ični ni mate materij rijal alii iIi smol smola) a).. Os Osim im toga toga su za obij obije e faze faze proizvodnje potrebne znatne količine vode, tehnološke i za hlađenje. Energija se troši kao toplinska, u obliku pregrijane pare dobivene sagorjevanjem jeftinog goriva i u obliku generatorskog plina ili mazuta, i električna energija za pogon strojeva u prvoj fazi proizvodnje, a za elektrolizu u drugoj. Boksit je stijena ili smjesa minerala nastala u prirodi vremenskim trošenjem primarnih eruptivnih ili sedimentnih stijena kao granita, bazalta, glineastih vapnenaca itd.. Te stijene sadržavale su su prosječno 15 % Al2O3 u obliku alumosilikata; izvrgnute dugotrajnom procesu vremenskog trošenja gubile su postepeno manje postojane sastojke kao okside silicija, magnezija, natrija i kalija, ostavljajući ostatak bogatiji na oksidima aluminija, željeza i titana od primarnih stijena, tj. Sa sadržajem od 35∙∙∙50% i više Al2O3. Taj se ostatak sedimentirao ili neposredno ispod površine zemlje, ili u veći većim m ili ili mani manim m dubi dubina nama ma,, gdje gdje je bio bio i izol izolož ožen en razl različ ičititim im uvje uvjetim tima a priti pritisk ska a i temper temperatu ature. re. To je imalo imalo utica uticaja ja na njegov njegovogu ogu minera mineralnu lnu strukt strukturu uru.. Kemijsk Kemijskii iIi mineralni sastav takvog ostatka kreće se unutar vrlo širokih granica, što zavisi o sastavu primarnih stijena, trajnosti i intenzitetu vremenskog trošenja i o uvjetima u kojima kojima je nastal nastalii sedime sediment nt bio izložen. izložen. Zbog Zbog tog se bitno bitno razliku razlikuju ju po sasta sastavu vu i strukturi. Npr. tropski površinski lateriti od boksita u užem smislu.

Pojednostavljeni proces proizvodnje od aluminija pa do gotovog proizvoda







UPOTREBA ALUMINIJA Građevinarstvo. Od aluminija i lakih legura prave se: kompletne noseće konst konstruk rukcij cije, e, kao kao npr. npr. mostov mostovi,i, tornje tornjevi, vi, tanko tankovi vi Ii montaž montaže; e; elemen elementiti za fasade fasade zgrad zgrada, a, krovov krovovi,i, prozo prozori ri i vrata; vrata; razni razni arhite arhitekto ktonsk nskii ukras ukrasni ni elemen elementi; ti; elemen elementiti unutrašnje arhitekture, namještaj; obloge od aluminijske folije za zvučnu i toplinsku izolaciju. Elementi koji su izvrgnuti opasnosti korozije ( npr. u industrijskoj atmosferi ) I gdje se poleže na estetski izgled često se anodno oksidiraju. Transpor Transportna tna sredstva sredstva. Upot Upotre reba ba alum alumin inijs ijski kih h legu legura ra na ovom ovom podr područ učju ju omogućava znatnu uštedu na teženi, što se očituje povećanjem korisnog tereta. Aluminijske legure upotrebljavaju se za gradnju željezničkih putničkih i teretnih vagona, gradskih vozila na tračnicama. U gradnji cestovnih vozila preve se od lakih metala: karoserije, trolejbusi, autobusi, teretnih automobila i putničkih automobila. Brodogradnja se koris koristiti alumin aluminijs ijskim kim legura legurama ma (uglav (uglavno nom m tipa tipa Al-Mg) Al-Mg) za brodska brodska nadgrađa nadgrađa (čime se postiže postiže povećanje povećanje stabiliteta stabiliteta ili povećanje povećanje nadgrađa) nadgrađa).. Manji objekti grade se potpuno od aluminijskih legura, naročito čamci za spašavanje, jahte na jedra. U novije vrijeme izgrađeno je nekoliko tankera za tekuće gorivo i ugljen potpuno od lakih legura. Elektrotehnika upotrebljava aluminij i njegove legure kao aktivni materijal koji sprovodi struju I kao pasivni za konstrukcije. Najviše služi za užad za dalekovode, I to ili kao uže u cijelosti od aluminijskih žica ili kao uže od aluminij-čelika. Služi I za sprovodne kablove kablove , antene, reflektore reflektore za radarsku i UKV – tehniku. Kemijska i prehra prehrambe mbena na indust industrija rija upotre upotreblj bljava ava pregrij pregrijače ače,, izmjen izmjenjiv jivače ače topline, hladila, kotlove, posude, ambalažu od lakih metala. Metalurgija želj želje eza i čelika lika upotr potre eblja bljavva alumi lumin nij kao kao sre sredstv dstvo o za dezoksidaciju, za poboljšanje otpornosti protiv korozije na viskokim temperaturama, za magnetske legure. Aluminij i njegove legure primjenjuju se na daljnji niz područja, kao što su npr. tekstilna industrija, rudarstvo, poljoprivreda, poljoprivreda, ribarstvo, vojna oprema i dr.





Litratura: Internet (http://www.aluminij.com) Tehnička enciklopedija Udžbenik

ALUMINIJ

Recommend Documents