Алюминий химиялық элемент Алюминийдің механикалық қасиеттері 6
Алюминийдің токсикологиялық қасиеттері
жүктеу/скачать 43,07 Kb.
|
ал
- Бұл бет үшін навигация:
- 4. Алюминийдің физикалық және химиялық қасиеттері
3. Алюминийдің токсикологиялық қасиеттеріГОСТ-қа сәйкес адам ағзасына әсер ету дәрежесі бойынша алюминий шаңы қауіптің III класына жатады. Ауадағы металл алюминий мен оның оксидтері шаңының шекті рұқсат етілген концентрациясы (ШРК) 2 мг/м3 құрайды. Металл алюминий мен оның оксидінің шаңын үнемі деммен жұту кезінде өкпе алюминозы пайда болуы мүмкін. Шаңның әсеріне ұшыраған жұмысшылар кезең-кезеңімен флюорографиялық тексеруден өтуі тиіс. Алюминий өндірумен айналысатын жұмысшыларда жоғарғы тыныс жолдарының катаральды аурулары жиі кездеседі (рипиттер, фарингиттер). 950 °С температурада балқытылған криолитте (Na3AlF6) өтетін глиноземнің электролиз процесі денсаулыққа үлкен қауіп төндіреді. Бұл операциямен айналысатын жұмысшыларға балқытылған металл тиген кезде тері мен көздің күйіп қалу қаупі төнеді. Жазатайым оқиғаларды болдырмау үшін электролиз ванналарын сенімді оқшаулау қажет, жұмысшылардың жеке қорғаныс құралдары болуы керек: шаңға қарсы маскалар, көзілдіріктер, қолғаптар, алжапқыштар, етік және т.б. электролиз цехтарында ауадағы шаңның құрамына үнемі бақылау жүргізілуі керек. 4. Алюминийдің физикалық және химиялық қасиеттеріАлюминий-жұмсақ, жеңіл, күміс-ақ металл, жоғары жылу және электр өткізгіштігі бар. Балқу температурасы 660°C. Периодтық жүйедегі орны 1.Химиялық таңбасы-Al 2.Реттік нөмірі- 13 3.Ar(Al)- 27 4.Период нөмірі- ІІІ (кіші) 5.Топ нөмірі-ІІІ (негізгі) Атом құрылысы: 1.Ядро заряды- +13 2.Электрон саны- 13 3.Протон саны- 13 4.Нейтрон саны -14 5.Энергетикалық деңгей саны -3 6.Валенттілік электрондары- 3 7. Электрондық конфигурациясы 1s2 /2s22P6/3s2 3p1 Алынуы: AI2O3 электролиз→ 2AI+1.5O2 AICI3+3NaOH=AI(OH)3↓+3NaCI Химиялық қасиеттері: Қышқылмен: AI(OH)3+3HNO3=AI(NO3)3+3H2O Сілтімен: AI(OH)3+NaOH =Na[AI(OH)4] Алюминий тұздарын сілтілермен сапалық реакция бойынша анықтауға болады. Бұл кезде алюминий гидроксидінің қоймалжың тұнбасы түзіледі. Тұнба сілтінің артық мөлшерінде ериді. AICI3+3NaOH=AI(OH)3↓+3NaCI AI – құймалар алуда,электротехникада электр сымдарын жасау үшін, жарылғыш заттар алуда, химиялық аппаратураларды дайындауда, құрлыстар салуда, ыдыстар жасауда т.б қолданылады. AI2O3 – зергерлік істе, дәл аспаптарға (сағаттағы “тастар”) мойынтіректер мен тіректер, пластинка ойнағыштың басына дыбыс түсіргіш инелер жасайды. AICI3–алюминий хлоридін органикалық синтезде өршіткі ретінде; AI2(SO4)3 – алюминий сульфаты суды тазалауда және қағаз өндірісінде; KAI(SO4)2*12H2O – алюмокалий ашудасы тері, аяқкиім өнеркәсібінде теріні илеу үшін және маталарды бояғанда өңдеу үшін қолданады. Жер қыртысында таралуы бойынша алюминий барлық атомдар арасында оттегі мен кремнийден кейін 3-ші, ал металдар арасында 1-ші орын алады. Алюминий мен оның қорытпаларының артықшылықтары оның төмен тығыздығын (2,7 г/см3), салыстырмалы түрде жоғары беріктік сипаттамаларын, жақсы жылу мен электр өткізгіштігін, технологиялылығын, коррозияға жоғары төзімділігін қамтиды. Бұл қасиеттердің үйлесімі алюминийді маңызды техникалық материалдардың қатарына жатқызуға мүмкіндік береді. Алюминий және оның қорытпалары алу тәсілі бойынша Деформацияланатын, қысыммен өңделетін және фасонды құю түрінде пайдаланылатын құйма болып бөлінеді; термиялық өңдеуді қолдану бойынша — термиялық беріктендірілмейтін және термиялық беріктендірілетін болып, сондай-ақ қоспалау жүйелері бойынша бөлінеді. Металл күміс-ақ түсті, жеңіл тығыздығы-2712 кг/м3 техникалық алюминийдің балқу температурасы - 658 °c, тазалығы жоғары алюминий - 660 °C балқытудың меншікті жылуы-390 кДж/кг қайнау температурасы-2518,8 °C буланудың меншікті жылуы-10,53 МДж/кг меншікті жылу сыйымдылығы - 897 Дж / кг * K [3] құйылған алюминийдің уақытша кедергісі — 10-12 кг/мм2, Деформацияланатын — 18-25 кг/мм2, қорытпалар-38-42 кг/мм2 Бринелл бойынша қаттылық-24-32 кгс/мм2 жоғары икемділік — техникалық - 35%, таза — 50%, жұқа параққа және тіпті фольгаға оралған Юнг Модулі - 70 ГПа Пуассон Коэффициенті-0,34 Алюминий жоғары электрөткізгіштікке (Мыстың электрөткізгіштігінен 37·106 См/м — 65%) және жылу өткізгіштікке (203,5 Вт/(м·К)) ие, жоғары жарық шағылыстыру қабілетіне ие. Әлсіз парамагнетик. Сызықтық кеңейтудің температуралық коэффициенті 24,58⋅10-6 к−1 (20-200 °C). Меншікті кедергі 0,0262-0,0295 Ом·мм2 / м Электр кедергісінің температуралық коэффициенті 4,3⋅10-3 K−1. Алюминий 1,2 Келвин температурасында өте өткізгіш күйге өтеді. Мохс қаттылығы-2,75 Алюминий барлық металдармен қорытпалар түзеді. Мыс пен магний (дуралумин) және кремний (силумин) бар ең танымал қорытпалар. Алюминийдің жылу өткізгіштігі темірден екі есе көп және Мыстың жылу өткізгіштігінің жартысына тең. Алу Алюминийді алғаш рет 1825 жылы Ханс Эрстед алған. Алудың заманауи әдісін американдық Чарльз Холл және француз Пол Эру дербес әзірледі. Ол Al2O3 алюминий оксидін na3alf6 криолит балқымасында ерітіп, графит электродтарын қолдана отырып электролизден тұрады. Алудың бұл әдісі электр энергиясының үлкен шығындарын талап етеді, сондықтан тек ХХ ғасырда сұранысқа ие болды. Алюминий оттегімен берік химиялық байланыс түзеді. Басқа металдармен салыстырғанда алюминийді табиғи оксидтер мен алюминосиликаттардан металға дейін төмендету оның жоғары реактивтілігіне және боксит, корунд сияқты барлық кендерінің жоғары балқу температурасына байланысты қиынырақ. Оксидті көміртекпен күйдіру арқылы металды әдеттегі қалпына келтіру (мысалы, темірді қалпына келтірудің металлургиялық процестеріндегі сияқты) мүмкін емес, өйткені алюминийдің оттегіге жақындығы көміртегіге қарағанда жоғары. Алюминийді аралық өнім — Al4C3 алюминий карбидін қалыптастыру үшін алюминийді толық емес қалпына келтіру арқылы алуға болады, ол одан әрі 1900-2000 °C температурада ыдырайды, металл алюминий түзеді. Алюминий өндірудің бұл әдісі зерттелуде, алюминий өндірудің классикалық электролиттік әдісіне қарағанда тиімдірек деп болжанады Холл — Эру процесі [en], өйткені ол аз энергия шығынын қажет етеді және аз СО2 пайда болуына әкеледі[10]. Қазіргі заманғы алу әдісі, холл — Эру процесі, 1886 жылы американдық Чарльз Холл және француз Пол Эру дербес дамыды. Ол Al2O3 алюминий оксидін na3alf6 криолит балқымасында ерітуден тұрады, содан кейін тұтынылатын Кокс немесе графит анод электродтарын қолдана отырып электролиз жасалады. Алудың бұл әдісі өте үлкен электр энергиясын қажет етеді, сондықтан оны тек ХХ ғасырда өнеркәсіптік қолдану қажет болды. Қолдану Алюминий құрылымдық материал ретінде кеңінен қолданылады. Бұл сападағы алюминийдің негізгі артықшылықтары-жеңілдігі, штамптаудың икемділігі, коррозияға төзімділігі (ауада алюминий тез арада Al2O3 пленкасымен жабылады, бұл оның одан әрі тотығуына жол бермейді), жоғары жылу өткізгіштік, оның қосылыстарының уыттылығы. Атап айтқанда, бұл қасиеттер алюминийді ас үй ыдыстарын өндіруде, тамақ өнеркәсібінде алюминий фольгасын өндіруде және орауда өте танымал етті. Құрылымдық материал ретінде алюминийдің басты кемшілігі-бұл төмен беріктік, сондықтан ол әдетте мыс пен магнийдің аз мөлшерімен біріктіріледі (қорытпа дуралумин деп аталады). Алюминийдің электр өткізгіштігін мыспен салыстыруға болады, ал алюминий арзан. Сондықтан ол электр техникасында сымдарды жасау үшін, оларды экрандау үшін және микроэлектроникада чиптердегі өткізгіштерді жасау кезінде кеңінен қолданылады. Рас, алюминий электрлік материал ретінде жағымсыз қасиетке ие — күшті оксид пленкасына байланысты оны дәнекерлеу қиын. Қасиеттерінің арқасында ол жылу жабдықтарында кең таралған. Құрылыста алюминий қорытпаларын енгізу металл сыйымдылығын азайтады, экстремалды жағдайларда (төмен температура, жер сілкінісі және т.б.) пайдалану кезінде құрылымдардың беріктігі мен сенімділігін арттырады. Алюминий әртүрлі көлік түрлерінде кеңінен қолданылады. Авиацияны дамытудың қазіргі кезеңінде алюминий қорытпалары ұшақ жасаудағы негізгі құрылымдық материалдар болып табылады. Алюминий және оның негізіндегі қорытпалар Кеме жасауда кеңінен қолданылады. Кеме корпустары, палубалық қондырмалар, коммуникациялар және әртүрлі кеме жабдықтары алюминий қорытпаларынан жасалған. Көбік алюминийін әсіресе берік және жеңіл материал ретінде дамыту бойынша зерттеулер жүргізілуде. Қымбат алюминий Қазіргі уақытта алюминий ең танымал және кеңінен қолданылатын металдардың бірі болып табылады. ХІХ ғасырдың ортасында ашылған сәттен бастап, ол таңғажайып қасиеттерінің арқасында ең құндыларының бірі болып саналды: күміс сияқты ақ, салмағы жеңіл және қоршаған ортаға әсер етпейді. Оның құны алтын бағасынан жоғары болды. Ең алдымен, алюминий зергерлік бұйымдар мен қымбат сәндік элементтерді жасауда өз қолданысын тапқаны таңқаларлық емес. 1855 жылы Париждегі әмбебап көрмеде алюминий ең маңызды көрнекті орын болды. Алюминийден жасалған бұйымдар Француз тәжінің гауһарына жақын орналасқан терезеде орналасқан. Біртіндеп алюминийге белгілі бір сән пайда болды. Ол тек өнер туындыларын жасау үшін қолданылатын асыл, аз зерттелген металл болып саналды. Алюминийді зергерлер жиі қолданған. Көмегімен ерекше өңдеу бетінің зергерлер добивались неғұрлым жарқын түсті металл, соның салдарынан оның жиі приравнивали қарай күміс. Бірақ күміспен салыстырғанда алюминий жұмсақ жылтырға ие болды, бұл зергерлердің оған деген сүйіспеншілігін арттырды. Алюминийдің химиялық және физикалық қасиеттері бастапқыда нашар түсінілгендіктен, зергерлердің өздері оны өңдеудің жаңа әдістерін ойлап тапты. Алюминийді өңдеу техникалық жағынан оңай, бұл жұмсақ металл кез-келген өрнектің іздерін жасауға, сызбаларды қолдануға және өнімнің қажетті пішінін жасауға мүмкіндік береді. Алюминий алтынмен қапталған, жылтыратылған және күңгірт реңктерге келтірілген. Бірақ уақыт өте келе алюминий бағасы төмендей бастады. Егер 1854-1856 жылдары бір килограмм алюминийдің құны 3 мың ескі франк болса, 1860 жылдардың ортасында бұл металдың бір килограмы үшін жүзге жуық ескі франк берілді. Кейіннен арзан бағаға байланысты алюминий сәнден шықты. Термиялық өңдеумен нығайтылатын қорытпалар ерігіштік шегі температураның өзгеруімен өзгеретін қатты күйдегі шектеулі ерігіштігі бар қорытпаларға жатады. Термиялық өңдеудің міндеті-бөлме температурасында 1 қаныққан қатты ерітіндіні бекіту. Бұған қорытпаны температураға дейін қыздыру арқылы қол жеткізіледі, бұл тепе-тең біртекті қатты ерітінді алуды және кейіннен тез салқындатуды (қатайтуды) қамтамасыз етеді. Бөлме температурасында қатайтылған қорытпаның ұзақ әсер етуімен оның табиғи қартаюы жүреді. Қартаю қатайтылған қатты ерітіндінің өздігінен тұрақты күйге ауысуымен бірге жүреді. Қартаю температурасы жоғарылаған кезде қатты ерітіндінің ыдырау процесі тезірек жүреді (жасанды қартаю). Қартаю процестері қорытпаның қатаюымен бірге жүреді. Қартаюмен қатайтылған ең маңызды және кең таралған қорытпалардың қатарына алюминий мен магний, мыс, магний және мырыш, мыс және магний қорытпалары жатады. Алюминий мен магний мен кремний қорытпалары al-Mg-Si үштік жүйесіне жатады және әдетте кремнийдің артық концентрациясы аймағында A1-Mg2-Si квазибинарлық кесіндіге жақын орналасқан. Бұл қорытпаларды қатайту қорытпаны 530-550 ° C температура аралығында қыздырғаннан кейін жүзеге асырылады, беріктендірудің ең үлкен әсері 6-10 сағат ішінде 140-160°C температурада жасанды қартаю кезінде байқалады. Алюминий мен мыс қорытпалары (дуралумин типі) AL-Cu-Mg үштік жүйесіне жатады. Олардағы қатайтатын фазалар-CuAl2 және Al2 CuMg қосылыстары. Дуралуминді термиялық өңдеудің әдеттегі түрі-қатаю және қартаю. Дюралюминийді нығайтуға арналған термиялық өңдеу келесі операцияларға келеді: суда салқындатумен қатаю. D1 қорытпасы үшін қыздыру температурасы — 505-510°c, D6 және D16 қорытпалары үшін-495-503°C; табиғи қартаю. Бөлме температурасында қартаю нәтижесінде дюралюминий жоғары механикалық қасиеттерге және коррозияға жақсы төзімділікке ие болады. Жоғары температурада жасанды қартаю максималды қасиеттерді қамтамасыз етпейді және коррозияға төзімділікті төмендетеді. Табиғи қартаюдан кейін 250-270°C температурада жабысқан дюралюминийдің қысқа мерзімді қызуы қайтадан қорытпаға қатаю нәтижесінде алынған қасиеттерді қайтарады-қайтару. Қайтару процесі тәжірибеде ескі дуралуминді суық штамптау кезінде екінші қатаюдың орнына қолданылады. Қатты және берік құрылымдарды (мысалы, бұрғылау қондырғысының мұнарасы) жасау үшін қолданылатын материалдар жоғары беріктікпен бірге жоғары серпімді модульге ие болуы керек. Термиялық өңдеу, суық және ыстық деформация Деформацияланатын алюминий қорытпаларының серпімді Модулінің мөлшеріне айтарлықтай әсер етпейді. Серпімділік модулін едәуір арттыратын жалғыз әдіс-жоғары серпімді модулі бар элементтермен алюминий қорытпаларын легирлеу. Мұндай элементтерге бериллий (Е = 31,000 кГ/мм2) және кремний (Е = 11,950 кГ/мм2) жатады. Алюминийді кремниймен легирлеу тиімсіз, өйткені алюминий қорытпаларының серпімді модулін жоғарылату үшін 50% Si-ден көп енгізу керек еді. Алюминий қорытпаларының серпімді модулін жоғарылатудың ең тиімді қоспасы-бериллий. Жоғары модульді алюминий-бериллий қорытпалары жеткілікті технологиялық икемділікке ие және таза бериллийге қарағанда әлдеқайда жақсы басылады, домаланады және штампталады. Бериллийдің жоғары құрамымен al-Be Қос қорытпалары икемділіктің жоғары модуліне ие, бірақ жеткіліксіз беріктікке және төмен қарсылыққа ие. Қорытпалардың беріктігін арттыру үшін бериллий мөлшері 57-76% дейін артады. Дегенмен, икемділік айтарлықтай төмендейді. Термиялық өңдеумен қатаймайтын қорытпалар олардың механикалық қасиеттерін өзгертпестен 500°C дейін ұзақ уақыт қыздыруға төтеп бере алатындығымен сипатталады. Шешуші есептік Өлшем қаттылық (серпімділік модулі) болып табылатын конструкцияларда алюминий-бериллий қорытпаларын қолданған кезде конструкциялардың салмағын 20-50% - ға төмендетуге болады. [1] жүктеу/скачать 43,07 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|