Алюминий первичный

    Получение металлического алюминия из глинозема  заключается в его электролитическом  разложении на составные части – на алюминий и кислород. Электролитом в этом процессе является раствор глинозема в криолите (AlF  3NaF). Криолит, обладая способностью растворять глинозем, одновременно снижает его температуру плавления. Глинозем плавится при температуре около 2000 C, а температура плавления раствора, состоящего, например, из 85 % криолита и 15 % глинозема, равна 935 C.

    Схема электролиза глинозема достаточно проста, но технологически этот процесс  сложный и требует больших  затрат электроэнергии.

    В поду ванны с хорошей теплоизоляцией и угольной набивкой  заложены катодные шины, соединенные с отрицательным полюсом источника электрического тока. К анодной шине  присоединены электроды. Перед началом электролиза на дно ванны насыпают тонкий слой кокса, электроды опускают до соприкосновения с ним и включают ток. Когда угольная набивка накалится, постепенно вводят криолит. При толщине слоя расплавленного криолита, равной 200-300 мм, загружают глинозем из расчета 15% к количеству криолита. Процесс происходит при температуре 950-1000 C.

    Под действием электрического тока глинозем разлагается на алюминий и кислород. Жидкий алюминий  скапливается на угольной подине (дно угольной ванны), являющейся катодом, а кислород соединяется с углеродом анодов, постепенно сжигая их. Криолит расходуется незначительно. Глинозем периодически добавляют, электроды для компенсации сгоревшей части постепенно опускают вниз, а накопившийся жидкий алюминий через определенные промежутки времени выпускают в ковш. При электролизе на 1 т алюминия расходуется около 2 т глинозема, 0.6 т угольных электродов, служащих анодами, 0.1 т криолита и от 17000 до 18000 квт ч электроэнергии.Полученный при электролизе глинозема алюминий-сырец содержит металлические примеси (железо, кремний, титан и натрий), растворенные газы, главным из которых является водород, и неметаллические включения, представляющие собой частицы глинозема, угля и криолита. В таком состоянии он непригоден для применения, так как имеет низкие свойства, поэтому его обязательно подвергают рафинированию. Неметаллические и газообразные примеси удаляют путем переплавки и продувки металла хлором. Металлические примеси можно удалить только сложными электролитическими способами.

    После рафинирования получают торговые сорта  алюминия.

    Чистота алюминия является решающим показателем, влияющим на все его свойства, поэтому химический состав положен в основу классификации алюминия.

    Неизбежными примесями, получающимися при производстве алюминия, являются железо и кремний. Обе они в алюминии вредны. Железо не растворяется в алюминии, а образует с ним хрупкие химические соединения FeAl  и Fe Al . С кремнием алюминий образует эвтектическую механическую смесь при 11.7% Si. Поскольку растворимость кремния при комнатной температуре очень мала (0.05%), то даже при его незначительном количестве он образует эвтетику Fe+Si и включения очень твердых (НВ 800) хрупких кристалликов кремния, которые снижают пластичность алюминия. При совместном присутствии кремния и железа образуется тройное химическое соединение и тройная эвтектика, тоже понижающие пластичность.

    Прочность алюминия незначительна, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок.

    Введение  различных легирующих элементов  в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелательные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих случаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается относительная плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стойкость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюминий.

    Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы: деформируемые и литейные. Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов: деформируемые имеют высокую пластичность в нагретом состоянии, а литейные - хорошую жидкотекучесть. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.

    Сырьем  для получения сплавов обоего типа являются не только технически чистый алюминий, о котором речь шла выше, но также и двойные сплавы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и несколько отличаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общей содержание примесей в них 0.5-1.7 %. Эти сплавы называют силуминами и маркируют у нас в стране СИЛ-00 (наиболее чистый по примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2. Поставляют их в виде гладких чушек или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг. Силумин в чушках тоже является товаром на мировом рынке.

    Для получения деформируемых сплавов  в алюминий вводят в основном растворимые  в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости  при высокой температуре. В них не должно эвтектики, которая легкоплавка и резко снижает пластичность.

    Деформируемые сплавы при нагреве под обработку  давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.

    Основными легирующими элементами в различных  деформируемых сплавах является медь, магний, марганец и цинк, кроме  того, в сравнительно небольших количествах  вводят также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.

    Деформируемые алюминиевые сплавы делят на упрочняемые  и неупрочняемые. Это наименование отражает способность или неспособность  сплава заметно повышать прочность  при термической обработке.

    Структурные превращения, происходящие в алюминиевых сплавах при их термической обработке, существенно отличается от таковых в стали потому, что алюминий не имеет аллотропического превращения. В них повышение прочности может происходить только за счет процессов, связанных с выделением из перенасыщенного в результате закалки твердого раствора каких-то упрочняющих фаз.

    Характерными  упрочняемыми сплавами являются дюралюминии-сплавы алюминия с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и  железа и могут быть легированы магнием  и марганцем. Количество меди в них находится в пределах 2.2-7 %.

    Название  марок дюралюминия начинается буквой Д, затем идет цифра, которая не отражает химического состава, а представляет собой просто номер. В разное время  было разработано много марок  дюралюминия, но многие из них не нашли широкого применения. Сейчас промышленность выпускает пять основных марок дюралюминия, химический состав которых приведен в таблице. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  5. Нормативно-технические документы по алюминию первичному, нормируемые показатели качества в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

  Основными нормативно-техническими документами, определяющими качество алюминия первичного, являются ГОСТ 11069 – 2001 «Алюминий первичный. Марки» и ГОСТ 11070 – 74 «Чушки первичного алюминия. Технические условия».

  ГОСТ 11069 – 2001 устанавливает требования к маркам первичного алюминия высокой  и технической чистоты, выпускаемого в жидком виде, в виде чушек, слитков, катанки, ленты и др.

  В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

  ГОСТ 3221–85 Алюминий первичный. Методы спектрального  анализа.

  ГОСТ 7229–76 Кабели, провода и шнуры. Метод  определения электрического сопротивления  токопроводящих жил и проводников.

  ГОСТ 11739.10–90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Метод определения лития.

  ГОСТ 12697.1–77 Алюминий. Методы определения  ванадия.

  ГОСТ 12697.2–77 Алюминий. Методы определения  магния.

  ГОСТ 12697.3–77 Алюминий. Методы определения  марганца.

  ГОСТ 12697.4–77 Алюминий. Метод определения  натрия.

  ГОСТ 12697.5–77 Алюминий. Метод определения хрома.

  ГОСТ 12697.6–77 Алюминий. Метод определения  кремния.

  ГОСТ 12697.7–77 Алюминий. Методы определения  железа.

  ГОСТ 12697.8–77 Алюминий. Методы определения  меди.

  ГОСТ 12697.9–77 Алюминий. Методы определения  цинка.

  ГОСТ 12697.10–77 Алюминий. Метод определения титана.

  ГОСТ 12697.11–77 Алюминий. Метод определения  свинца.

  ГОСТ 12697.12–77 Алюминий. Методы определения  мышьяка.

  ГОСТ 12697.13–90 Алюминий. Методы определения  галлия.

  ГОСТ 12697.14–90 Алюминий. Метод определения  кальция.

  ГОСТ 13843–78 Катанка алюминиевая. Технические условия.

  ГОСТ 23189–78 Алюминий первичный. Спектральный метод определения мышьяка и  свинца.

  ГОСТ 24231–80 Цветные металлы и сплавы. Общие требования к отбору и подготовке проб для химического анализа.

  ГОСТ 25086–87 Цветные металлы и их сплавы. Общие требования к методам анализа.

  EN 573-3-94* Алюминий и алюминиевые  сплавы. Химический состав и форма  деформируемых полуфабрикатов. Часть  3. Химический состав.

  В зависимости от химического состава  первичный алюминий подразделяется на алюминий высокой и технической  чистоты.

  В алюминии технической чистоты всех марок, используемом для изготовления пищевой посуды, массовая доля мышьяка  должна быть не более 0,015%.

  В алюминии высокой чистоты массовая доля магния не учитывается в сумме  примесей при расчете марки алюминия.

  По  согласованию с потребителем производитель определяет массовую долю натрия и лития и указывает результат с точностью до третьего знака после запятой в документе о качестве на конкретный вид продукции. 
 
 
 

  Таблица – Химический состав