ALUMINIUM Damian Haczek Marek Przystaś Mateusz Zawiło

Plan wykładu Właściwości chemiczne Trochę historii Zastosowania Wydobycie Wytwarzanie Stopy aluminium i ich zastosowania

Aluminium - wstęp pierwiastek chemiczny metal z bloku p układu okresowego trzeci najpowszechniej występującym pierwiastkiem na powierzchni Ziemi od jego symbolu (oraz krzemu) wywodzi się dawna nazwa pierwszej warstwy globu – SiAl

Aluminium - historia Odkrycie: Istnienie tego pierwiastka i nazwę zasugerował Louis-Bernard Guyton de Morveau w 1761 r. W 1807 podobną sugestię wyraził sir Humphry Davy, który zaproponował współczesną nazwę Wyodrębnienie pierwiastka: Friedrich Wöhler w 1827 r Hans Christian Ørsted w 1825 r.

Aluminium – historia Uwodniony, mieszany siarczan tego pierwiastka, ałun, był używany jako środek antyseptyczny przez starożytnych Greków. Sole i tlenki glinu znane były od zarania dziejów.

Aluminium – właściwości chemiczne występuje na +3 stopniu utlenienia, rzadziej na +1 i +2. ulega pasywacji w stanie czystym (utlenieniu) podgrzany reaguje z tlenem (produkt tlenek) roztwarza się w mocnych zasadach 2Al + 2NAOH + 6H20 -> 2Na[AL(OH)4] + 3H2 (powstaje tetrahydroksyglinian)

Aluminium – reakcje z kwasami Kwas solny, rozcieńczony k. siarkowy – wypiera wodór. Stężony k. siarkowy, rozcieńczony azotowy – wydziela się dwutlenek siarki, azotu. Stężony k. azotowy – ulega pasywacji.

Aluminium – zastosowanie Dzięki małej gęstości i odporności na korozję jego stopy z miedzią i magnezem (DURALUMINIUM) są wykorzystywane przy produkcji bardzo szerokiej grupy produktów. Od puszek do napojów do części statków kosmicznych. Sproszkowany Glin stosuje się w hutnictwie do otrzymywania metali z ich tlenków (ALUMINOTERMII). Termitu używa się do produkcji materiałów wybuchowych w wojsku, spawania rur i szyn kolejnowych Sproszkowany glin ze sproszkowanym nadmanganianem potasu tworzy łatwopalną mieszankę wybuchową (mocno dymiącą) Aluminium utwardzane dyspersyjnie służy do produkcji koszulek konstrukcyjnych reaktorów jądrowych. Przemysł spożywczy. Barwnik do tortów i ciast

Aluminium złoża

Aluminium wydobycie

Aluminium - produkcja krajprodukcja [mln t] w tym wtórne[mln t] udział w świecie [%] świat297,2100 USA7,53,825,9 Rosja3,1.10,8 Chiny2,8.9,7 Kanada2,40,18,2 Australia1,7.5,8 Brazylia1,30,24,3 Japonia1,2 4 Norwegia10,13,6 Włochy0,70,52,4 RPA0,7.2,4

Aluminium Związki Tlenek glinu i amfoteryczny wodorotlenek glinu. Wodorek, Tetrahydroglinian litu LiAlH4 Aluminoksany Glina i kaolin

Boksyt ilasta skała osadowa najczęściej koloru czerwonego lub brunatnego, drobnoziarnisty, miękki, słabo spojony lub zwięzły i twardy. Górnictwo boksytów jest najlepiej rozwinięte w Australii

Wytwarzanie Aluminium Wydobycie rudy glinu, boksytu Spalanie i mielenie. Al(OH) 3 + NaOH Na[Al(OH) 4 ] Kriolit.

PRODUKCJA ALUMINIUM Wytwarzanie z surowców pierwotnych: - Boksyty Wytwarzanie z surowców wtórnych - Złom aluminiowy

Wytwarzanie aluminium z surowców naturalnych Gibbsyt - Al(OH) 3

Wytwarzanie aluminium z surowców naturalnych Bemit - AlOOH

Wytwarzanie aluminium z surowców naturalnych Diaspor – AlO*OH

Wytwarzanie aluminium z surowców naturalnych

Wytwarzanie aluminium z tlenku glinu w procesie elektrolizy - elektrolizer ze wstępnie spiekaną anodą ( z łamaczem środkowym lub bocznym ) - elektrolizer Søderberga ( z pionowymi lub poziomymi sworzniami )

Wytwarzanie aluminium z surowców naturalnych

Rafinacja: - ma na celu uzyskanie metalu o jak najczystszym składzie - odbywa się przez dodanie do ciekłego aluminium odpowiedniego gazu

Wytwarzanie aluminium z surowców naturalnych Urządzenie do rafinacji aluminium firmy Remix

Wytwarzanie aluminium z surowców wtórnych Rodzaje używanych surowców wtórnych: - złom technologiczny - zużyte puszki i folie aluminiowe - złom przemysłowy i odpady produkcyjne ( np. kożuchy powstające podczas produkcji z rudy )

Wytwarzanie aluminium z surowców wtórnych Rodzaje pieców: - obrotowe - płomieniowe - indukcyjne - proces Meltower

Wytwarzanie aluminium z surowców wtórnych Przetapianie Rafinacja i odlewanie Kożuchy i żużle

Stopy Aluminium

Podział stopów Podział stopów ze względu na sposób wytwarzania: stopy odlewnicze ( od 5 do 25% – pierwiastków stopowych, głównie Cu, Si, Mg i Ni) do obróbki plastycznej ( ok. 5%, pierwiastków stopowych, zwykle Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li)

Przykład klasyfikacji stopów Al według norm ASTM

Wpływ pierwiastków na własności mechaniczne stopów Al Wytrzymałość na rozciąganie Rm, MPa Zawartość pierwiastków, % miedź krzem cynk 0,10,20,30,40,50,60,70,80,9

Wpływ pierwiastków na twardość stopów Al Twardość [HB] Zawartość [%] 1 - tytan, 2 – chrom, 3 – mangan, 4 – miedź, 5 – wanad, 6 – magnez, 7 – cynk, 8 - krzem

Stopy do obróbki plastycznej na zimno Najpopularniejszymi grupami stopów aluminium są: stopy aluminium – mangan Al-Mn (seria 3000) stopy aluminium – magnez - mangan Al-Mg-Mn (seria 5000) StopMg [% wag.]R e [MPa] 50050, , ,590 (przesycony) 54542,7120 (przesycony) 50834,5145 (przesycony) 54565,1160 (przesycony) Granica plastyczności stopów Al serii 5000 (Al-Mg)

Stopy aluminium umacniane wydzieleniowo Do pierwiastków umożliwiających ten rodzaj umocnienia należą: Cu, Zn, Si oraz Mg Obróbka cieplna składa się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia.

Schemat starzenia przesyconego roztworu stałego stopu AlCu 4 a) po przesyceniu, b) powstawanie stref Guinier-Prestona, c) tworzenie się koherentnych faz θ i θ, d) wydzielenie fazy θ

Durale (Al-Cu-Mg; 2-5% Cu i poniżej 2% Mg) Zależnie od zawartości Cu stopy charakteryzują się: dużą plastycznością (< 3%Cu) wysoką wytrzymałością (> 4%Cu) Stopy te są stosowane na silnie obciążone elementy konstrukcji w tym również samolotów i pojazdów (np. AlCu4Mg1).

Zastosowanie stopów Al-Li w konstrukcjach lotniczych

Stopy odlewnicze Najważniejszą grupą odlewniczych stopów są stopy z układu Aluminium – Krzem Al-Si zwane potocznie siluminami Wyróżnia się siluminy: podeutektyczne (4-10%Si), okołoeutektyczne (10-13%Si), nadeutektyczne (17-30%Si).

Przykłady siluminów ZnakRmRm AZastosowanie AlSi N/mm % Odlewy części o skomplikowanym kształcie, średnio obciążone części dla przemysłu okrętowego, jak armatura, części silników i pomp AlSi5Cu N/mm 2 ~1 % Odlewy głowic cylindrów silników spalinowych, wysoko obciążone części dla przemysłu maszynowego AlSi10Mg1CuNi N/mm 2 ~0 % Odlewy tłoków wysokoprężnych silników benzynowych oraz sprężarek powietrznych i chłodnicowych AlSi3Cu2Zn2Mg160 N/mm 2 ~1 % Okucia budowlane, klamki, uchwyty, osprzęt wagonów kolejowych ~0 %

Podstawowe rodzaje stopów aluminium: Siluminy Hydronalinium Duraluminium Magnal Awional,