Како се рафинира алуминиумот и кои елементи ги содржи?

Алуминиумот (Al) е лесен, сребрено-бел метал кој се рангира како трет најзастапен елемент во Земјината кора, веднаш по кислородот и силициумот. Сепак, поради неговата висока хемиска реактивност, никогаш не се јавува природно во чиста метална форма. Наместо тоа, се наоѓа во соединенија, првенствено во бокситната руда, мешавина од хидрирани алуминиумски оксиди, вклучувајќи гибсит (Al(OH)₃), бемит (AlO(OH)₃) и дијаспора.

Процесот на рафинирање во две фази

Патувањето од суров боксит доалуминиум со висока чистота вклучувадва различни индустриски процеси.

Првата фаза е Бајеровиот процес, развиен во 1888 година. Здробениот боксит се меша со топол раствор на натриум хидроксид под притисок, растворувајќи ги минералите што содржат алуминиум, а оставајќи нечистотии како железни оксиди и силициум диоксид. Добиениот раствор на натриум алуминат потоа се филтрира за да се отстрани остатокот од црвената кал, се засејува со кристали од алуминиум хидроксид и се калцинира на приближно 1.100°C за да се произведе чиста бела алумина или алуминиум оксид (Al₂O₃). Над 90% од светската алумина сега се произведува преку овој метод.

Втората фаза е процесот Хол Еро. Алумината има точка на топење над 2.000°C, што ја прави директната електролиза непрактична. Решението лежи во растворање на Al₂O₃ во стопен криолит (Na₃AlF₆), што ја намалува работната температура на околу 950~1.000°C. Потоа електрична струја се пропушта низ смесата. Растопениот алуминиум се собира на дното (катодата), додека кислородот се комбинира со јаглеродните аноди за да формира CO₂. Овој електролитски метод останува единствениот индустриски процес за производство на примарен алуминиум, давајќи метал со чистота од 99,5~99,8%.

Кои елементи ги содржи алуминиумот?

Самиот чист алуминиум се состои исклучиво од елементот Al, со атомски број 13 и атомска тежина од приближно 26,98 g/mol. Комерцијалниот алуминиум со чистота (98,8–99,7% Al) содржи мали траги од железо и силициум како природни нечистотии. Сепак, повеќетоапликациите се потпираат на алуминиумски легури, каде што специфични елементи се намерно додадени за да се прилагодат механичките својства.

За структурни апликации, серијата 6000 (на пр., 6061) користи магнезиум и силициум како примарни легирачки елементи, обично 0,8~1,2% Mg и 0,400~0,8% Si. Оваа легура нуди одлична рамнотежа помеѓу умерена цврстина, добра заварливост и супериорна машинска обработка.

За барања со висока цврстина, серијата 7000 (на пр., 7075) вклучува цинк и бакар како главни легирачки елементи, со приближно 5,16~0,1% Zn и 1,2~2,0% Cu. Т6 темпераментот на 7075 обезбедува речиси двојно поголема затегнувачка цврстина од 6061-T6, што го прави материјал по избор за воздухопловни и високо-перформансни структурни компоненти.

Траги од хром, манган и титаниум се исто така вообичаени во комерцијалните легури, при што секој од нив игра улога во рафинирањето на зрната и отпорноста на корозија. Разбирањето на прецизниот елементарен состав на секоја легура е од суштинско значење за избор на вистинскиот материјал за специфични барања за машинска обработка или изработка.