Образование прочной оксидной пленки не наблюдается для металла
Прежде всего следует запомнить, что металлы делят в целом на три группы:
1) Активные металлы: к таким металлам относятся все щелочные металлы, щелочноземельные металлы, а также магний и алюминий.
2) Металлы средней активности: к таковым относят металлы, расположенные между алюминием и водородом в ряду активности.
3) Малоактивные металлы: металлы, расположенные в ряду активности правее водорода.
В первую очередь нужно запомнить, что малоактивные металлы (т.е. те, что расположены после водорода) с водой не реагируют ни при каких условиях.
Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой при любых условиях (даже при обычной температуре и на холоде), при этом реакция сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида металла. Например:
Магний из-за того, что покрыт защитной оксидной пленкой, реагирует с водой только при кипячении. При нагревании в воде оксидная пленка, состоящая из MgO, разрушается и находящийся под ней магний начинает реагировать с водой. При этом реакция также сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида металла, который, однако, в случае магния нерастворим:
Алюминий так же, как и магний, покрыт защитной оксидной пленкой, однако в этом случае кипячением ее разрушить нельзя. Для ее снятия требуются либо механическая чистка (каким-либо абразивом), либо ее химическое разрушение щелочью, растворами солей ртути или солей аммония:
Металлы средней активности реагируют с водой лишь тогда, когда она находится в состоянии перегретого водяного пара. Сам металл при этом должен быть нагрет до температуры красного каления (около 600-800 о С). В отличие от активных металлов, металлы средней активности при реакции с водой вместо гидроксидов образуют оксиды металлов. Продуктом восстановления и в этом случае является водород:
Fe + H2O = FeO + H2 (в зависимости от степени нагрева)
Коррозия алюминия
Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.
Для реакции Al 3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.
Температура плавления алюминия — 660 °C.
Плотность алюминия — 2,6989 г/см 3 (при нормальных условиях).
Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.
Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!
Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.
Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.
При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:
2Al + N2 → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;
4Al + 3С → Al4С3 – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;
2Al + 3S → Al2S3 – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.
Коррозия алюминия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия)
Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al2O3 либо Al2O3•H2O.
Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:
Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.
Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения – его применяют для изготовления установок переработки сернистой нефти, аппаратов вулканизации каучука.
Коррозия алюминия в воде
Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.
Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать при помощи уравнения реакции:
При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав метала будет входить медь.
Коррозия алюминия в кислотах
С повышением чистоты алюминия его стойкость в кислотах увеличивается.
Коррозия алюминия в серной кислоте
Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:
Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий корродирует:
При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.
Al стоек в олеуме (дымящая серная кислота) при температурах до 200 °С. Благодаря этому его используют для производства хлорсульфоновой кислоты (HSO3Cl) и олеума.
Коррозия алюминия в соляной кислоте
В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:
Аналогично действуют растворы бромистоводородной (HBr), плавиковой (HF) кислот.
Коррозия алюминия в азотной кислоте
Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек (стойкость выше, чем у нержавеющей стали 12Х18Н9). Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза
При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:
Коррозия алюминия в уксусной кислоте
Алюминий обладает достаточно высокой стойкостью к воздействию уксусной кислоты любых концентраций, но только если температура не превышает 65 °С. Его используют для производства формальдегида и уксусной к-ты. При более высоких температурах алюминий растворяется (исключение составляют концентрации кислоты 98 – 99,8%).
В бромовой, слабых растворах хромовой (до10%), фосфорной (до 1%) кислотах при комнатной температуре алюминий устойчив.
Слабое влияние на алюминий и его сплавы оказывают лимонная, масляная, яблочная, винная, пропионовая кислоты, вино, фруктовые соки.
Щавелевая, муравьиная, хлорорганические кислоты разрушают металл.
На коррозионную стойкость алюминия очень сильно влияет парообразная и капельножидкая ртуть. После недолгого контакта металл и его сплавы интенсивно корродируют, образуя амальгамы.
Коррозия алюминия в щелочах
Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).
Также оксидную пленку разрушают соли ртути, меди и ионы хлора.
Оксидная пленка силикатных присадок в теплоносителях и котловой воде
Присадки, которые используются в теплоносителях и котловой воде, делятся на две группы – карбоксилатные (органические) и обычные силикатные (неорганические). Первые обеспечивают длительный срок службы теплоносителя (до 10 лет) и воздействуют только на очаги коррозии. Вторые служат значительно меньше (до 5 лет) и имеют иной защитный механизм: они покрывают омываемые поверхности оксидной пленкой полностью.
Кто производит присадки
Выпуском присадок как одного, так и другого типа производители антифризов и других теплоносителей не занимаются. Это достаточно сложный и дорогостоящий процесс, которым заняты крупные химические концерны: в мире таких предприятий от силы дюжина. Наиболее известные из них – Arteco, DOW Chemical, BASF, Clariant. Каждая из присадок имеет патент и охраняется службами безопасности производителей в области авторского, интеллектуального, промышленного права.
Зачем бороться с коррозией
Смысл использования присадок заключается прежде всего в защите внутренних поверхностей отопительной системы от накипи и ржавчины. Негативный эффект коррозии состоит в следующем:
- радиатор, покрытый изнутри ржавчиной, отдает меньше тепла. Котел или другой генератор тепла работает с повышенной нагрузкой, и, как следствие, возрастают расходы на поддержание комфортной температуры в помещении;
- попадая в теплоноситель, частицы ржавчины перемещаются по системе и стирают резиновые уплотнения, с которыми вступают в соприкосновение;
- если не бороться с коррозией в течение длительного времени, это может привести не только к засорению, но и к полному разрушению теплообменника котла. Частицы ржавчины затрудняют циркуляцию теплоносителя и засоряют фильтр котла;
- развитие коррозии увеличивает риск прорыва труб на изгибах, в местах сужения и выхода объемных колен радиатора в трубопровод, где давление теплоносителя выше.
Незамерзающие жидкости
Несмотря на то что наиболее популярным теплоносителем отопительных систем пока остается обычная вода, все большее число пользователей отдают предпочтение антифризам. Незамерзающие жидкости хорошо подходят прежде всего для частных домовладений, расположенных в дачных и коттеджных поселках, где перебои с электроснабжением случаются достаточно часто. Использование антифризов особенно удобно в загородных домах с сезонным проживанием. В состав качественных теплоносителей входит пакет присадок, исключающий возникновение накипи и ржавчины на металлических поверхностях элементов отопительного контура. Так, теплоноситель «THERMAGENT –30 °С ЭКО», который производится на основе пропиленгликоля высшего сорта с применением новейшей технологии Organic Acid Technology, содержит набор высокоэффективных присадок, способных обеспечить длительную безаварийную работу системы отопления любого жилого или служебного помещения.
Котловая вода
В специализированных магазинах можно купить готовую воду для систем отопления. Для многих отопительных контуров такой теплоноситель является оптимальным. Жидкость обычно производится на основе дистиллята высокого качества и не содержит солей и металлов, образующих накипь. Котловая вода, как правило, отличается повышенным pH (7,5 и более), что снижает скорость коррозийных процессов, и является экологически безопасной – в ней отсутствуют болезнетворные бактерии. В отличие от дистиллированной воды, теплоноситель такого типа содержит комплект функциональных присадок. Благодаря этому жидкость не только препятствует образованию накипи на поверхности теплообменника котла и другого оборудования, но и связывает активный кислород, а также образует пленку, которая защищает внутренние стенки элементов системы отопления от коррозии. Котловая вода не является агрессивной средой и успешно применяется в отопительных контурах жилых и служебных помещений.
Как происходит образование оксидной пленки
Взаимодействие неорганических присадок, имеющихся в теплоносителе, с внутренними поверхностями элементов системы отопления ведет к образованию оксидной пленки в результате химических реакций. Образующийся оксид порывает металлоконструкции, кристаллизуясь из раствора. Сначала на поверхности появляются отдельные фрагменты покрытия, которые затем разрастаются и формируют сплошную пленку. При этом структура пленки и ее толщина зависят от соотношения скоростей образования новых центров кристаллизации и роста отдельных кристаллов. При повышенной концентрации окислителей центры кристаллизации образуются быстрее новых кристаллов, и на поверхности металла быстро формируется слой оксида. Именно таким образом работают силикатные присадки в теплоносителях систем отопления.
Недостатки неорганических присадок
Теплоносители, в составе которых используются силикатные ингибиторы коррозии, отличаются невысокой стоимостью и при соблюдении правил эксплуатации достаточно эффективно выполняют свои функции. Вместе с тем силикаты выделяют гель и абразив, которые загрязняют оборудование и вызывают перебои в функционировании системы. Если незамерзающая жидкость содержит фосфаты, то при разбавлении теплоносителя водой (например, для изменения температуры замерзания) образуется осадок. Для нитритов характерно быстрое окисление – вещество переходит в неактивную форму и оседает. Взаимодействие аминов и нитритов ведет к образованию канцерогенных соединений. Осадок неорганических добавок повышает вязкость теплоносителя, наслаивается на внутренних поверхностях системы, ухудшает пропускную способность труб.
Заключение
Силикатные присадки повышают степень защищенности систем отопления от коррозии. Оксидная пленка, которая возникает на внутренних поверхностях труб, теплообменников и других элементов контура, покрывает все омываемые поверхности. Хорошим решением теплоносителя для отопительной системы вашего загородного дома может быть один из продуктов линейки THERMAGENT от АО «Обнинскоргсинтез».
Образование оксидной пленки на металлах
Первой стадией взаимодействия является хемосорбция атомов кислорода на поверхности металла. Приставка «хемо» показывает, что протекает процесс сопровождается химическим взаимодействием атомов металла и кислорода. Связь – ионная, но отличается от химической связи кислорода с металлом в оксиде, она значительно прочнее, т.к. атом кислорода испытывает действие поля, создаваемого нижележащими атомами металла. Насыщение поверхности металла хемосорбированным кислородом происходит практически мгновенно. Затем при низких температурах может иметь место физический процесс адсорбции кислорода за счет ван-дер-ваальсовых сил поверх хемосорбированного слоя. В случае термодинамической стабильности оксида хемосорбированный слой быстро переходит в состояние оксидной пленки, перестройки атомов металла и кислорода, соответствующей их пространственному распределению в оксиде.
Образующиеся оксидная пленка может обладать защитными свойствами, т.е. затрудняет проникновение реагентов – металла и кислорода – к друг другу. Защитные свойства пленки оцениваются по скорости окисления металла и характеру изменения этой скорости во времени. Кроме того, защитными свойствами обладают пленки, покрывающие поверхность металла сплошным слоем. Возможность образования такой пленки определяется следующим условием: молекулярный объем оксида на поверхности металла Vокс должен быть больше объема металла Vме, израсходованного на образование молекулы оксида. В противном случае образующегося соединения не хватает. Чтобы покрыть сплошным слоем поверхность металла, в результате чего пленка получается пористой, рыхлой. Таким образом, если Vокс/ Vме 1, то может образоваться сплошная пленка. Пористая оксидная пленка, с низкой адгезией по отношению к металлу, защитными свойствами не обладает (щелочные, щелочно-земельные металлы и железо).
Рассмотрим примеры уравнений реакций газовой коррозии при высоких температурах, например в кислородной атмосфере:
При повышенных температурах металлы более активны по отношению к кислороду, чем при низких. При нагревании оксида металла до некоторой критической температуры происходит его термическое разложение, т.е. указанные процессы идут справа налево. Мерой устойчивости оксида следует считать давление газообразного кислорода над этим оксидом (в закрытом сосуде) – это называется давлением диссоциации. Оксид начинает образовываться на поверхности металла только при такой температуре, при которой давление диссоциации меньше, чем давление кислорода в газовой смеси (в воздухе, дыме), с которой контактирует металл. Для серебра давление диссоциации уже при 400 о С превосходит давление кислорода в воздухе, поэтому при температурах, превышающих это значение, коррозии серебра не происходит. Некоторые металлы образуют летучие оксиды, которые обнажают поверхность металла (молибден, вольфрам, ниобий, рений). В случае оксида железа, давление диссоциации которого очень мало, окисление железа происходит как при низких, так и при высоких температурах – порядка 2000 о С. Также ведут себя никель, медь, алюминий. Таким образом, стабильность оксида является необходимым условием начала процесса коррозии.
Дальнейшее окисление также зависит от свойств оксида. Если на поверхности образуется сплошная хорошо пристающая к поверхности металла пленка (обладает высокой адгезией), то доступ кислорода к ней затрудняется, коррозия замедляется, а затем и прекращается (цинк, никель, алюминий). Такие металлы достаточно коррозионно стойкие, толщина их оксидных пленок может быть от 5-10 до нескольких тысяч ангстрем. Однако в реальных условиях температура нагрева постоянно изменяется. Металл нагревается и охлаждается, что приводит к возникновению механических напряжений в слое металл-оксид. Оксидная пленка, обычно не обладая достаточной упругостью и пластичностью, отслаивается от металла; участки поверхности оказываются не защищенными, и вновь окисляются даже у металлов прочной оксидной пленкой.
Процессы газовой коррозии существенно ускоряются, если в составе газовой атмосферы присутствуют диоксид углерода, соединения серы. Образующиеся карбонаты, сульфиды и сульфаты термически разлагаются, обнажая поверхность металла, а вновь образовавшаяся оксидная пленка более пористая, чем та, которая образуется в чисто кислородной атмосфере.
Действие водорода под высоким давлением на сталь сводится к тому, что он растворяется в железе, что приводит с одной стороны к увеличению его жесткости и хрупкости, с другой – водород взаимодействует с карбидом железа (цементитом) с образованием метана. Все это приводит к потере прочности и упругости стальных изделий: Fe3C + 2H2 = 3Fe + CH4
В качестве примера газовой химической коррозии, которая идет в жидких неэлектролитах (органических средах), можно привести коррозионную активность нефти и нефтепродуктов, которые содержат сероводород, серу и меркаптаны (органические производные серы типа R-SH, R-S-SH) и вызывают коррозию железа, меди, свинца, олова, кобальта, никеля, кадмия, серебра с образованием сульфидов.
Образование прочной оксидной пленки не наблюдается для металла (см)?
Образование прочной оксидной пленки не наблюдается для металла:
Тест по химии. Вам нужно выбрать правильный ответ.
Бериллия Оксид бромеллит
Эта задача реально может быть решена если вспомнить уроки химии. Прежде всего особое внимание нужно обратить на натрий и вот почему. Все знают что натрий очень активный металл и реально он в виде металла не существует. Так что предыдущий ответ не совсем верен. И именно натрий и есть верный ответ.
Наверное каждая из них по своему хороша. Например в кастрюле из алюминия можно приготовить молочную кашу, которая практически не пригорит. Эмалированные кастрюли тоже пользуются большим успехом. Они имеют нарядный вид, который сохраняется очень продолжительное время, хорошо чистятся. Благодаря эмали, пища не контактирует с металлом, что является несомненным плюсом. В кастрюле из нержавейки приготовленная еда не окисляется, поэтому долго может не прокиснуть. Однако в последнее время верхние позиции занимает - керамическая посуда.
В борще слишком много натуральных красителей, которые с легкостью входят в тонкий алюминий и окрашивают его. Вообще считается, что борщи, щи, рассольник и прочие "кислые" блюда нельзя готовить в алюминиевой посуде.
Отчистить потемневшую посуду можно той же кислотой, прокипятить с уксусом, лучше яблочным или просто сварить яблоки кислые,другие ягоды, лимонную кислоту. Потом почистить с помощью пищевой соды и жесткой тряпочкой.
Алюминий относится к активным металлам. Достаточно посмотреть на ряд активности металлов, он стоит через магний за щелочными и щелочно-земельными металлами. Этот металл амфотерный, который реагирует и с кислотами, и с щелочами. На воздухе он пассивирует, покрываясь прочной и тонкой оксидной пленкой, но если снят эту пленку,например, с помощью амальгамы с ртутью, то алюминий будет реагировать с водой при обычных условиях. В свободном (самородном) виде встречаются в природе тяжелые металлы, такие как медь, ртуть, серебро, золото и др. благородные металлы. А алюминий среди металлов самый распространенный элемент, занимает 3 место после кислорода и кремния. Природные соединения алюминия: бокситы; каолин - белая глина, алюмосиликаты.
Остановят ли алюминиевое производство на Богословском алюминиевом заводе?
Производство на заводе алюминия и сплавов стало нерентабельным. Владелец завода. а это не государство как раньше, а частник, миллиардер Олег Дерипаска решил закрыть предприятие. Зачем ему убытки. А люди, рабочие для него, как и для других таких же - ничто. Только после вмешательства властей, профсоюзной организации было подписано ряд документов о сохранении рабочих мест. Этот день теперь считают вторым днем рождения завода.
Хлоргидрат алюминия - это техническое название гидроксидов-хлоридов алюминия различного состава. Получают либо растворением алюминия в соляной кислоте с последующей реакцией с основаниями до нужной степени соотношения гидроксидных и хлоридных групп, либо действием оснований на водный раствор хлорида алюминия.
Основные области применения - косметическая продукция и водоподготовка.
В косметике он часто входит в состав антиперспирантов, так как вызывает закупорку потовых желез и местно уменьшает потоотделение.
В водоподготовке его добавляют в воду как коагулянт, осаждающий взвешенные в воде вещества, а также сорбирующий на поверхности осадка некоторые загрязнения из воды.
Оксиды на поверхности металлов, механизм их образования и роста. Сравнительная характеристика физической и химической стойкости оксидов
В атмосферных условиях металлы покрыты оксидными пленками. Первично образующаяся на металле оксидная пленка может иметь аморфную или кристаллическую структуру. Например, в случае окисления алюминия при комнатной температуре образуется аморф-ная пленка толщиной 20¸45Å, которая при нагреве становится кри-сталлической. Первичная пленка на железе меди, цинке с самого на-чала имеет кристаллическое строение. Образование аморфных или кристаллических первичных оксидных пленок зависит не только от физико-химической природы окисляемого металла, но и от условий ее образования, в основном от температуры.
При комнатной температуре в атмосфере воздуха вначале окисление металла идет быстро, но при достижении определенной толщины пленки процесс окисления практически заканчивается. Так, при окислении меди приблизительно через 2 часа толщина пленки достигает 24Å, а затем почти не изменяется. После образования первичной пленки дальнейшее окисление определяется скоростью диффузии через нее металла и кислорода. При диффузии металла зоной роста является внешняя поверхность оксидной пленки. При диффузии кислорода зоной роста является граница металл-оксидная пленка. При соизмеримых скоростях встречной диффузии металла и кислорода зона роста находится внутри оксидной пленки. Схема роста оксидной пленки в этом случае представлена на рис. 1
 |
Рис. 1 – Схема роста оксидной пленки при соизмеримых скоростях встречной диффузии металла и кислорода
Так как оксидные пленки на металлах имеют кристаллическую структуру, обладающую ионной, а также электронной проводимостью, то при диффузии через пленку перемещаются не непосредственные атомы металла, а ионы и свободные электроны. Это не исключает возможности атомной диффузии, но поскольку радиусы ионов металлов значительно меньше атомов, то можно предположить, что основной диффузионный поток от металла будет состоять из их ионов. Кислород же проникает внутрь оксидной пленки в виде атомов, а не ионов, т.к. размер атомов кислорода в два с лишним раза меньше радиуса иона кислорода.
В процессе образования оксидных пленок закон их роста может быть различным, что в основном определяется соотношением объема оксида Vокк объему металла Vм, из которого он образовался. Например, это отношение для некоторых металлов имеет следующее значение:
Mg – 0,35 Zn – 1,57 Ni – 1,64
Sn – 1,31 Cu – 1,71 W – 3,50
Al – 1,38 Fe – 1,78
= k, (1)
где y – толщина оксидной пленки;
t– время окисления;
k – константа.
После интегрирования зависимости (4.1) получим
y = kt + A(2)
Линейный характер роста пленки устанавливается через некоторое время после начала окисления, когда пленка достигает критической величины. Это наблюдается на щелочных и щелочноземельных металлах, а также на таких металлах как ванадий, молибден, вольфрам, образующих оксиды, легко испаряющиеся при нагреве.
y 2 = kt + A(3)
Для некоторых металлов рост пленки можно описать зависимостью
y n = kt + A (4)
(Частный случай – кубическая парабола при n = 3)
Иногда наблюдается логарифмическая зависимость роста оксидной пленки.
y = ln(kt)(5)
Скорость роста оксидной пленки в процессе окисления зависит от температуры. С повышением температуры скорость увеличивается в соответствии с зависимостью
= Ае – Q / RT ,(6)
где Q – энергия активации процесса;
R – газовая постоянная;
T – абсолютная температура.
Следует отметить, что рассмотренные закономерности роста оксидной пленки соблюдается лишь для чистых металлов. Наличие даже следов примесей может сильно изменить свойства поверхности металла и характер реакций его с кислородом.
Образующиеся на металлах в результате окисления пленки делятся на тонкие, средние и толстые. Тонкими принято считать невидимые пленки от мономолекулярных до 400Å, средними от 400 до 5000Å и толстыми – выше 5000Å (0,5 мкм). В процессе пайки металлов большое значение имеют не только толщины, но и свойства оксидных пленок. Плотные, прочно связанные с металлом оксидные пленки труднее удалить с поверхности металла, что осложняет процесс пайки. Чем менее компактна оксидная пленка, чем слабее ее связь с металлом и, чем менее устойчива она при нагреве, тем меньше затруднений возникает в процессе удаления ее при пайке.
При окислении железа кислородом возможно образование разных соединений в соответствии с диаграммой состояния железо-кислород. Оксидная пленка на железе обычно имеет четко выраженный слоистый характер. На границе с металлом образуется монооксид железа FeO, соответствующая наименьшему содержанию кислорода в оксиде, затем следует промежуточный слой монооксида-оксида железа Fe3O4 и на внешней поверхности пленки – высший оксид Fe2O3. Предполагается, что поверхностный слой металла, находящийся под оксидной пленкой, содержит некоторое количество кислорода в виде твердого раствора с металлом.
Прилегающий к металлу слой монооксида железа FeO (вюстит) имеет кубическую кристаллическую решетку по типу каменной соли. FeO устойчив только при температурах выше 570 0 С. При более низких температурах он не образуется, а при медленном охлаждении распадается с выделением металла по реакции:
4FeO Þ Fe + Fe3O4
При температуре 1377 0 С монооксид железа плавится.
Монооксид-оксид железа Fe3O4 (магнетит) имеет кристалличесую кубическую решетку. Магнетит кристаллографически является самостоятельной фазой, а не молекулярной смесью монооксида и оксида железа. Он устойчив при всех температурах, начиная от комнатной и до точки плавления железа. При нагреве в окислительной среде магнетит переходит в оксид железа a-Fe2O3. Этот переход совершается в две стадии. При нагреве до температуры 220 0 С образуется промежуточная структура оксида g- Fe2O3 с сохранением кубической шпинельной решетки. Двухвалентное железо при этом превращается в трехвалентное:
 |
При дальнейшем нагреве до 400-500 0 С оксид теряет магнитные свойства и образуется решетка оксида железа a- Fe2O3.
Рис. 2 – Микроструктура оксидной пленки на железе (схема)
Оксид железа Fe2O3 (гематит) имеет ромбоэдрическую структуру. Гематит устойчив в широком интервале температур, но при нагреве выше 1100 0 С частично разлагается. При температуре плавления железа гематит полностью диссоциирует на железо и кислород.
При окислении меди образуются три вида оксидов – монооксид меди Cu2O, оксид меди CuO и полуторный оксид меди Cu2O3. Имеются также предположения об образовании в интервале 950-1050 0 С соединения типа недооксида Cu4O. Окисление меди начинается с адсорбции газа на ее поверхности. При комнатной температуре на воздухе происходит образование оксида меди, кристаллизующегося в кубической решетке. Кристаллическая решетка оксида меди ориентирована так, что ребра и грани кубической решетки Cu2O лежат параллельно и граням кубической решетки меди.
Нагрев меди выше 250 0 С вызывает более интенсивное окисление, при этом пленка состоит из смеси оксида и монооксида меди. Рост пленки происходит по диффузионному механизму; предполагают, что при повышенных температурах через пленку диффундируют ионы меди, имеющие малый размер. При 300 0 С и выдержке 5÷10 мин в атмосфере воздуха медь покрывается цветами побежалости.
Наряду с монооксидом меди при окислении также образуется полуторный оксид меди, который, как и монооксид, имеет красный цвет. Кристаллическая решетка его соответствует решетке монооксида меди и отличается от последней только удельной проводимостью. Полуторный оксид меди неустойчив, он начинает разлагаться при 75 0 С. При 400 0 С разложение происходит по уравнению
В интервале 400 – 500 0 С и выдержке 5¸15 мин окисная пленка на меди двухслойная. К металлу примыкает монооксид меди, верхний более тонкий слой состоит из оксида меди, имеющий почти черный цвет. Оксидная пленка в интервале 600 – 800 0 С имеет мелкокристаллическую структуру и плохую связь с металлом. Выше 800 0 С образовавшийся оксид меди разлагается по уравнению
4 CuO Þ 2 Cu2O + O2
В интервале 800 – 950 0 С пленка состоит только из монооксида меди. Этот интервал характерен несколько более прочной связью пленки с основным металлом. При 950¸1050 0 С оксидная пленка приобретает ярко малиновый цвет, что связано, по-видимому, с образованием соединения Cu4O. Оксидная пленка в этом интервале имеет крупнокристаллическую структуру и наиболее прочно держится на металле.
Алюминий при взаимодействии с кислородом при комнатной температуре окисляется с образованием первичной оксидной пленки толщиной 40¸100 мкм. Дальнейшее окисление алюминия тормозится, т.к. образовавшаяся пленка надежно изолирует металл от кислорода. Для оксида алюминия известны модификации a, b, g и др. Наряду с оксидом алюминия известны оксиды состава Al2O – недооксид алю-миния и AlO – субоксид алюминия, существующие при высоких температурах. Первоначально образующийся на поверхности алюми-ния оксидный слой в атмосферных условиях представляет собой аморфное образование. Умеренное нагревание этого слоя до темпе-ратуры выше 200 0 С приводит к возникновению модификации g- Al2O3. В результате взаимодействия с влагой воздуха в оксидной пленке на поверхности алюминия могут образовываться гидрооксиды.
Применяемые в качестве припоев металлы и сплавы также имеют на своей поверхности оксидную пленку. Нагрев под пайку при недостаточной защите может вызывать дальнейшее окисление припоя. Наличие на поверхности припоя в процессе пайки оксидной пленки приводит к ухудшению условий пайки и свойств паяных соединений. Поэтому для получения качественных паяных соединений необходима очистка припоя перед пайкой и надежные условия удаления оксидов в процессе пайки.
В зависимости от состава припои имеют различную окисляемость. Наибольшей стойкостью при высоких температурах отличаются припои на основе никеля.
При легировании основы паяемого металла или припоя легирующие элементы по-разному могут влиять на образование оксидной пленки. Скорость окисления металла может или уменьшаться или увеличиваться. Если легирующие элементы обладают меньшим сродством к кислороду по сравнению с основным металлом, то они обычно остаются под оксидной пленкой в неокисленном состоянии.
На основе анализа состава и строения оксидных пленок можно видеть, что даже при самых благоприятных условиях окисления чистых металлов и сплавов в атмосфере воздуха образующиеся пленки имеют толщину более 20Å. Силы взаимодействия атомов металлов между собой практически исчезают на расстояниях более 10 ангстрем, поэтому обеспечить взаимодействие паяемого металла и расплавленного припоя при наличии на их поверхности оксидных пленок невозможно. Следовательно, металлы необходимо тщательно очищать от оксидных пленок и загрязнений, для чего перед пайкой надо производить механическую зачистку или травление их поверхности в растворах щелочей или кислот. Однако за время между очисткой и пайкой на поверхности металлов вновь образуется тонкая оксидная пленка. Поэтому непосредственно в процессе пайки необходимо удалять оксидную пленку не только с паяемого металла, но и с расплавленного припоя, что достигается применением при пайке флюсов, искусственных газовых сред, вакуума, а также физико-механическими способами разрушения оксидной пленки.
Покрытие оксидными плёнками как способ защиты от коррозии металлов
Тема моей исследовательской работы « Покрытие оксидными плёнками как способ зашиты от коррозии металлов».
Всем нам хорошо известен символ Франции – Эйфелева башня. Но в настоящее время башня неизлечимо больна. Как вы думаете, что это за болезнь?
Оказывается, башня изготовлена из обычной стали и неотвратимо ржавеет, разрушается, и только постоянная химиотермия (лечение химическими веществами) помогает бороться с этим смертельным недугом: Эйфелеву башню красили уже 18раз, отчего ее масса увеличилась на 70 тонн. Ржавеют и многие другие изделия из железа: автомобили,морские судна, цистерны, трубопроводы.
Коррозия металлов наносит большой экономический вред. Приводит к уменьшению надежности работы оборудования, к простоям производства из-за замены вышедшего из строя оборудования, к потерям сырья и продукции. Коррозия так же приводит к загрязнению продукции, и к снижению ее качества.
Основная цель исследования – исследовать действие факторов окружающей среды на степень ржавления металлов и способность защитить их при помощи оксидной антикоррозийной плёнки.
Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:
1. Изучить сущность коррозии, её виды, способы защиты от коррозии.
2. Исследовать зависимость скорости коррозии от присутствия кислорода.
3. Исследовать влияние электролитов на процесс коррозии.
5. Исследовать покрытые изделия оксидной плёнкой на устойчивость к коррозии.
Для выполнения этих задач потребовалось следующее оборудование:
· слесарный инструмент, изготовленный в школьной мастерской;
· заранее поставленные опыты по коррозии.
Проблема защиты металлов от коррозии, знакомой человечеству с древних времён по сей день, остается чрезвычайно актуальной. Ежегодные потери из-за коррозии составляет от 20 до 30 млн. тонн металла. Прямой экономический ущерб от неё исчисляется сотнями миллиардов долларов в год.
Коррозия наносит не только прямой ущерб (ежегодно от коррозии теряется около трети мирового годового производства металла), но и косвенный, ведь разрушаются конструкции, на которые был затрачен труд, ржавеют машины, крыши, памятники, мосты, тратятся огромные средства на борьбу с коррозией.
В связи с этим исследование механизма коррозии и разработка методов защиты от неё имеют большое значение.
Коррозии подвергаются различные металлы и сплавы, но наиболее часто приходится сталкиваться с коррозией самого распространенного металла - железа и его различных сплавов. Поэтому мы решили рассмотреть коррозию железа подробнее, исследовать покрытые оксидной плёнкой изделия на устойчивость к коррозии.
Гипотеза : если покрыть железо защитной оксидной пленкой , то скорость коррозии уменьшится.
Объект исследования – защитная антикоррозийная плёнка.
Предмет исследования – стальной слесарный инструмент.
Основной метод исследования – проблемно-поисковый, данная деятельность направлена на решение проблемы, которую следует сформулировать, выяснить пути ее решения, проверить возникшие гипотезы, провести эксперимент, собрать необходимые данные, интерпретировать их и в итоге сделать выводы и обобщения.
Актуальность данной работы в том, что изучая сущность коррозии, её виды и способы защиты от коррозии, экспериментальным путём пришли к выводу, что можно покрыть защитной антикоррозийной пленкой изготовленный своими руками в учебной мастерской слесарный инструмент, при этом используя вторичное сырьё - отработанное машинное моторное масло. Полученные результаты расширили мои знания в технологии защиты металла от коррозии, применении знаний на практике.
ГЛАВА 1. Коррозия металлов и её виды
Коррозия - это разрушение металла под действием внешней среды, окислительно-восстановительный процесс, при котором атомы металлов переходят в ионы (идет процесс окисления).
В роли окислителя, как правило, выступают
Коррозия в переводе с «латинского» - разъедать.
По механизму протекания разрушений различают 2 типа коррозии: химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия - это разрушение металлов в результате взаимодействия их с сухими газами или жидкостями, не проводящими электрический ток (в газах, нефти), при высоких температурах, когда невозможна конденсация водяного пара. Ей подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин, аппаратура химической отрасли промышленности.
При химической коррозии электроны переходят от металла к окислителю непосредственно.
Электрохимическая коррозия - это разрушение металлов при контакте двух металлов в воде или среде электролита. Электрохимическая коррозия распространена значительно шире, чем химическая. Ей подвергаются подводные части судов в морской и пресной воде, паровые котлы, металлические сооружения и конструкции под водой и в атмосфере, проложенные в грунте трубопроводы и др.
При электрохимической коррозии окислительно-восстановительная реакция разбивается на полу реакции окисления и восстановления и электроны переходят по металлу от восстановителя к окислителю, наряду с химическим процессом идет электрический - перенос электрона, то есть возникает электрический ток.
Коррозия железа, находящегося в контакте с медью и раствором слабой кислоты. Этот вид коррозии приносит наибольший вред!
ГЛАВА 2. Виды и способы оксидирования металлов
Оксидирование – процесс формирования оксидных пленок на поверхности металла.[3] Оксидирование применяется для нанесения оксидных слоев, как в целях защиты, так и для придания металлическому изделию декоративных свойств.
Для этого естественную оксидную пленку, всегда имеющуюся на металле, делают более прочной путем обработки сильным окислителем, например, концентрированной азотной кислотой, растворами марганцевой или хромовой кислот и их солей. Частным случаем оксидирования является воронение стали. В этом случае на поверхности также создается оксидная пленка, но более сложными приемами, связанными с многократной термической обработкой при температуре З00. 450°С в присутствии древесного угля и минерального масла, или в нашем случае отработанного моторного масла.
Оксидирование металла можно проводить несколькими способами:
- анодное оксидирование (электрохимическое);
- пламенные методы (микродуговое оксидирование и др.).
Мы выбрали термическое оксидирование стали , которое позволяют произвести условия нашей мастерской, известное под названием «воронение». В силу ряда преимуществ оно придает поверхности антикоррозийные свойства, красивый внешний вид, применяется для покрытия мелких деталей (в частности для покрытия инструмента).
Термический способ заключается в смазывании изделия тонким слоем минерального масла, раствора масляного или битумного лака в бензине и нагреве до температуры 300—450°С. [3]
Термическое оксидирование – процесс образования оксидной пленки на металле при повышенных температурах и в кислородсодержащих (может быть водяной пар) атмосферах. Термическое оксидирование проводят в нагревательных печах. При термическом оксидировании низколегированных сталей либо железа (операция называется воронение) температуру поднимают до 300 – 450°С (синий цвет побежалости ) . Для легированных сталей термическое оксидирование проводится при более высоких температурах (до 700°С). Продолжительность процесса – около 60 минут. Очень часто термическое оксидирование применяют для создания оксидного слоя на поверхности изделий из кремния. Такой процесс проводится при высоких температурах (800 – 1200°С). Применяются оксидированные кремниевые изделия в электронике.
Оксидирование стали , называемое иначе воронением, относится к одному из многих способов защиты железа от коррозии. Получаемая пленка имеет незначительную толщину (0,6—0,8 мк) и требует последующего промасливания для создания дополнительной защиты. [3 ]
При воронении толщина ее может достигать 10 мк и более, благодаря присутствию магнитной окиси железа пленка имеет черный цвет. Нержавеющие стали оксидированию не поддаются. [4]
Оксидирование стали можно производить термическим, термохимическим, химическим и электрохимическим способами . В зависимости от толщины и цвета получаемой пленки различают операции синения и воронения. [4]
Оксидирование стали (воронение). Пленка считается качественной, если при нанесении капли 2-процентного раствора медного купороса в течение 20 секунд на поверхности не образуются точки красной контактной меди. [2]
ГЛАВА 3. Термическая обработка металлов
Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры. Термическая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как в нашем случае окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств детали.
Зака́лка - вид термической обработки материалов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры, с последующим быстрым охлаждением.[4] Закалка в одном охладителе или двух средах — нагретую до определённых температур 727°С — 768°С ( таблица цвета каления) деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей .
Затем выполняется воронение, заключающееся в смазывании изделия тонким слоем минерального масла, раствора масляного или битумного лака в бензине и нагреве до температуры 300 — 450°С.
Термическое оксидирование – процесс образования оксидной пленки на металле при повышенных температурах и в кислородсодержащих атмосферах. Термическое оксидирование провели в нагревательной муфельной печи. При термическом оксидировании низколегированных сталей либо железа температуру поднимают до 300 – 450 °С (синий цвет побежалости , таблица побежалости).
ГЛАВА 4. Экспериментальный этап
В три пробирки налили воды. В одной из них воду прокипятили. Поместили в три пробирки по очищенному наждачной бумагой железному гвоздю и в три пробирки по оксидированному железному. Плотно закрыли пробирки резиновыми пробками, чтобы предотвратить новое растворение кислорода в прокипяченной воде. Наблюдаем, в какой из пробирок быстрее происходит коррозия железа, в какой нет.
При использовании металлических материалов очень важен вопрос о скорости их коррозии, от чего зависит скорость коррозии? Эксперимент поможет нам в этом разобраться. Демонстрируем слайды презентации.
1. Эксперимент №1. Роль кислорода в процессе коррозии железа.
· пробирка 1-ж. гвоздь + вода наполовину
· пробирка 2-ж. гвоздь + полностью
· пробирка 3-ж. гвоздь + вода + масло
Больше ржавчины образуется в пробирке 1- железо соприкасается и с водой и с кислородом. В пробирке 2 ржавчины меньше, т. к. железо соприкасается только с водой. В пробирке 3 гвоздь почти не проржавел, кислород не смог пройти через слой масла, а без кислорода коррозия не развивается. Железо покрыто защитной плёнкой, в трёх пробирках не корродирует, даже в сильно коррозионной среде – растворе хлорида натрия, остается защищенным до тех пор, пока не нарушить плёнку. Коррозия железа в данном случае практически отсутствует, потому что плёнка защищает от проникновения кислорода и хлорид натрия.
2. Эксперимент №2. Влияние электролитов на процесс коррозии железа.
· стакан 1-ж. гвоздь + вода
· стакан 2-ж. гвоздь + раствор NaCl
· стакан 3-ж. гвоздь + медь + раствор NaCl
· стакан 4-ж. гвоздь + алюминий + раствор NaCl
Рассмотрим результаты эксперимента. В стакане 1 мало ржавчины, в чистой воде коррозия идет медленно, т. к. вода слабый электролит. В данном случае мы наблюдаем химическую коррозию. В стакане 2 ржавчины больше, следовательно, хлорид ионы увеличивают скорость коррозии. В стакане 3 скорость коррозии очень велика, образовалось много ржавчины. Следовательно, хлорид натрий - это сильно коррозионная среда для железа, особенно в случае контакта с менее активным металлом - медью. В стакане 4 тоже наблюдаем коррозию, но не железа, а алюминия, т. к железо в контакте с более активным металлом в сильно коррозионной среде -NaCl- не корродирует до тех пор, пока не прокорродирует весь алюминий. В стаканах 3 и 4 - электрохимическая коррозия.
По результатам экспериментов можно сделать выводы:
1. Коррозия железа резко усиливается в присутствии кислорода.
2. Коррозия усиливается, если железо соприкасается с более активным металлом.
3. Скорость коррозии зависит от состава омывающей металл среды, хлорид ионы усиливают коррозию железа.
Великий Гёте сказал: «Просто знать - еще не всё, знания нужно уметь использовать!»
Наука пошла несколькими путями, разработав способы защиты металлов от коррозии.
1. Применение защитных покрытий.
а) Металлические изделия покрывают лаками, красками, эмалями, стеклом, кристаллическими покрытиями.
б) металлические изделия покрывают другими металлами. В качестве металлов для покрытия применяют металлы, образующие на своей поверхности защитные пленки. К таким металлам относятся хром, никель цинк, олово и другие.
2. Приготовление сплавов стойких к коррозии части машин, инструменты и предметы быта изготовляют из нержавеющей стали и других сплавов, стойких к коррозии. В сплав вводят хром, никель, кремлей, кобальт, алюминий.
3. Электрохимические методы защиты.
а) применение заклепок изготовленных из более активных металлов.
б) Прикрепление пластинок из более активного металла для защиты основного металлического изделия. Например, в паре Zn-Fe (оцинкованное железо)защищено железо, в паре Sn-Cu защищена медь и т. д.
К днищам кораблей прикрепляют протекторы - слитки более активного металла, чем обшивка днища корабля - это протекторная защита с помощью цинка (анодная защита) Катодная защита - защита менее активным металлом (лужёное железо, кузов автомобиля, банки для консервов). Особые требования - не допускать разрушения целостности покрытия.
4. Нейтрализация тока, возникающего при коррозии, постоянным током, пропускаемым в противоположном направлении. Так обычно защищают трубы нефтепровода, газопровода. Ни в коем случае нельзя перепутать полюсы тока, ошибки должны быть исключены.
В ходе работы, изучая сущность коррозии, её виды и способы защиты от коррозии, экпериментальным путём пришли к выводу, что можно покрыть защитной антикоррозийной пленкой изготовленный своими руками в учебной мастерской слесарный инструмент. Благодаря тому, что на поверхности образуется тонкий защитный слой, предохраняющий расположенный под ним метал от дальнейшей коррозии, антикоррозийный слой разрушается не так быстро, как железо, и при этом было использовано вторичное сырьё - отработанное машинное моторное масло. Полученные результаты расширили мои знания в технологии защиты металла от коррозии, применении знаний на практике.
Теперь мы можем понять широко используемые на практике способы предупреждения и борьбы с коррозией. Однако они полностью не защищают металлы от разрушения, поэтому учёные заняты поиском новых, более перспективных способов защиты. Коррозия металлов осуществляется в соответствие с законами природы, и поэтому её нельзя полностью устранить, её можно лишь замедлить.
Выдвинутая гипотеза подтвердилась : коррозия железа , покрытого оксидной плёнкой , уменьшается .
Список используемой литературы:
1. Бельницкая, Е. А. Любознательным о тайнах вещества. Пособие для учащихся. / Е. А. Бельницкая, Н. В. Манкевич, Г. С. Романовец. – Минск: Адукацыя і выхаванне, 2014
2. Карабанов, И. А. Справочник по техническому труду. / И. А. Карабанов, А. А. Деркачев, В. А. Юдицкий; под ред. И. А. Карабанова. – Москва: Просвещение, 1992
3. Русин, В.Н. Коррозия и защита металлов. / В.Н. Русин – М.: Издательство МГОУ, 1996.
4. Семенова, И.В. Коррозия и защита от коррозии. / И. В. Семенова, Г. М. Флорианович, А. В. Хорошилов; под ред. И. В. Семеновой. – М.: Физматлит, 2002.
Презентация по химии на тему "Алюминий"
Что такое алюминий и история открытия.
Алюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13.
В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.
Физические свойства
Алюминий в свободном виде — серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 650 . Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см) — примерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл
Нахождение в природе
По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах)
Химические свойства
Алюминий – химически активный металл, но прочная оксидная пленка состава определяет его стойкость при обычных условиях. Практически во всех химических реакциях алюминий проявляет восстановительные свойства.
Получение
Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов. Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.
Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.
Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.
В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.
Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.
Применение
Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.
Использование различных изделий из алюминия.
Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.
Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.
Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.
Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.
Алюминиевый круг - это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.
Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.
Алюминиевый лист
Алюминиевая плита
Алюминиевые чушки
Алюминиевые уголки
Алюминиевая проволока
При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.
Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 3 000 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
Читайте также: