ALUMINIU (Al) - stiinta si ingineria materialelor

Universitatea din pitesti

Facultatea de Mecanica si Tehnologie

ALUMINIU(Al)

Stiinta si ingineria materialelor

Aluminiul este un element chimic, notat cu simbolul Al. Numarul atomic al aluminiului are valoarea 13, iar masa atomica este 26.97. Este un element chimic comun, ocupand pozitia a treia, dupa oxigen si siliciu, ca raspandire terestra, existand in procent de 7.4%.^]Compusii aluminiului constituie 8.13% din scoarta terestra, fiind intalniti in substantele minerale, precum si in lumea vegetala si animala.

In stare naturala este intalnit sub forma mineralelor, dintre care amintim silicatii, silicoaluminatii (feldspat, mica, argile), criolitul (fluoaluminat de sodiu), bauxita, corindonul.

Dupa fier, acesta a devenit metalul cu cea mai larga intrebuintare. Aluminiul a fost remarcat pentru faptul ca este un metal usor, cu o densitate de 2.7 g-cm3. Aceasta calitate il face sa fie utilizat in cantitati mari in industria navala si aeronautica. Capacitatea mare de reflexie este folosita in construirea oglinzilor metalice.

Este un bun conducator electric si termic, fiind folosit in industria electrochimica sub forma de sarma, inlocuind conductoarele electrice din cupru, care sunt mai scumpe.

Este un metal ductil si maleabil, fiind posibila obtinerea unei foite subtiri de 0.005 mm grosime. Totodata, aceasta proprietate este utilizata in industria alimentara, aluminiul fiind folosit la ambalarea produselor alimentare sau in industria farmaceutica.

alta proprietate importanta a acestui metal este rezistenta la coroziune, care se datoreaza formarii unui strat protector de oxid. Rezista la actiunea chimica a acidului azotic diluat sau concentrat, iar acest lucru se reflecta in fabricarea canistrelor transportoare de acid azotic din aluminiu.

Prezinta o afinitate mare pentru oxigen, fiind utilizat in obtinerea altor metale precum Cr, Mn, Co, V din oxizi.

Termenul 'alumen,' care este tradus in 'alaun,' apare in lucrarea lui Pliniu cel Batran, Naturalis Historia, capitolul 15 al cartii 35, furnizand detalii despre acest metal. Desi diferite substante erau deosebite prin numele de alumen, toate erau caracterizate de un anumit grad de astringenta, fiind utilizate in medicina sau ca vopsele..

Statuia lui Anteros (confundat cu Eros sau cuIngerul Crestin al Caritatii^]) in Piccadilly Circus din Londra, confectionata in 1893 si prima statuie facuta din aluminiu.

In anul 1760, un anumit oxid metalic care prezenta stabilitate si nu putea fi redus a fost extras din alaun si numitalumina de catre chimistul francez L.G.Morveau. In 1807 Sir Humphry Davy a concluzionat ca reducerea compusilor chimici stabili ar trebui sa se faca electrolitic cu ajutorul unei noi celule voltaice, reusind obtinereasodiului, potasiului, bariului, strontiului si al calciului in forma metalica. Pentru aceasta demonstratie remarcabila a puterii electrochimice, Davy a obtinut un premiu de 50.000 de franci din partea lui Napoleon. Desi esuase in incercarile sale de a obtine acest element, denumindu-l aluminiu, era evident ca restul metalelor obtinute de el prezentau un caracter reducator mai puternic decat al carbonului si al hidrogenului.

In 1808 reuseste sa obtina pentru prima data bor elementar prin reducerea oxidului boric cu potasiu obtinut prinelectroliza. Pierre Berthier descopera in anul 1821 langa Baux-de-Provence o mina in care exista un mineral ce continea mai mult de 50% de oxid de aluminiu. Mineralul va fi numit bauxita.

Cercetarea aluminiului metalic a fost continuata de catre chimistul danez Hans Christian Oersted, care descrie in1825 Societatii Filosofiei Naturale o metoda de reducere a clorurii de aluminiu la o forma metalica cu ajutorul unui amalgam mercuric al potasiului. Mercurul din amalgam era treptat indepartat prin distilare, produsul rezultat fiind o pulbere gri, care a fost descrisa ca aluminiu, desi era posibil sa fi continut o cantitate mare de oxid.

In 1827, Wohler imbunatatise metoda de reducere propusa de Oersted prin utilizarea unui proces gazos in care triclorura de aluminiu volatilizata reactiona cu potasiul metalic. Potasiul era un metal rar si foarte reactiv, iar triclorura de aluminiu, datorita higroscopicitatii sale era un material cu care se lucra greu. Experimentele initiale ale lui Wohler produceau cantitati mici de pudra de aluminiu, insa nu constau baza producerii aluminiului in masa.

Munca sa timpurie asupra aluminiului a fost abandonata pana in anul 1854, cand a modificat procesul astfel incat a produs globule mici si stralucitoare, care erau suficient de pure pentru confirmarea densitatii reduse a aluminiului si pentru stabilirea ductilitatii si a caracteristicilor chimice.

Chimistul francez Henri Etienne Sainte-Claire Deville a imbunatatit de asemenea metoda lui Wohler in 1846, descriindu-le in anul 1859, printre care afisase si propunerea folosirii sodiului in locul potasiului costisitor.

Aluminiul a fost ales drept material pentru varful Monumentului Washington in 1884, cand o uncie (30 g) de aluminiu costa cat salariul zilnic al unui colaborator la acel proiect; aluminiul era la fel de valoros ca si argintul. In anul 1886, Charles Martin Hall, student la colegiul Oberlin, a obtinut cantitati mici de aluminiu prin electroliza oxidului de aluminiu dizolvat in criolit topit, folosind electrozi de carbune.

Cu toate ca procesele de extragere au suferit imbunatatiri, preturile scadeau incontinuu, iar in 1889 se descoperise un procedeu simplu de extragere al aluminiului. Inventia dinamului de catre Siemens in anul 1866 a usurat producerea procesului de electroliza pentru extragerea metalului. Procesul Hall-Heroult din 1886 si procesul Bayer din 1887 marcheaza inceputul aplicatiilor multiple ale aluminiului. Utilizarea acestui metal ca material de constructie a devenit atat de raspandita, incat a fost folosit in Sydney, Australia unde a fost folosit la construirea cupolei Secretariatului cladirii.

Anul 1900 marcheaza perioada cand productia mondiala de aluminiu a ajuns la 6700 de tone, 1939 cu 700000 de tone si 1943 cu 2.000.000 de tone, datorita celui de-al Doilea Razboi Mondial. De atunci, productia crescuse mai mult decat cea a celorlalte metaleneferoase.

Anul 2008 marcheaza perioada cand pretul aluminiului a atins apogeul in iulie, fiind cotat la 1.45 dolari per livra, insa a scazut in decembrie la 0.7 dolari per livra.

In scoarta terestra, aluminiul este cel mai abundent element metalic (8.3% din greutate) si al treilea ca abundenta dintre toate elementele chimice (dupa oxigen si siliciu). Datorita afinitatii puternice pentru oxigen, nu este intalnit in stare nativa, ci doar in oxizi sau silicati. Feldspatul, grupa cea mai comuna de minerale din scoarta terestra, sunt aluminosilicati. Aluminiu de metal nativ pot fi gasite ca o etapa minora in medii slab , cum ar fi interioarele de vulcani anumitor. De asemenea, apare in minerale beril, criolit, granat.Apar de asemena si impuritati inAl2O3, cum ar fi crom sau cobalt randament rubin si safir pietre pretioase,respectiv Al2O3 , cunoscut sub numele de corindon, este unul dintre materiale de cea mai grea noscut
Desi aluminiu este un element extrem de comun si pe scara larga, mineralele comune de aluminiu nu sunt surse economice din melta                                                                        Bauxita apare ca un produs de alterare a scazut de fier si siliciu roca in conditiitropicale climatice mari depozite de bauxita apar in Australia, Brazilia,Guineea si Jamaica, dar zonele de primare pentru minereu sunt inGhana, Indonezia, Jamaica.Toirea minereului se produce in Australia, Brazilia, Canada, Norvegia,Rusia si States.Format Unite: Inote ca topirea este un proces energo intensive, regiuni cu exces livrarilor de gaze naturale cum ar Emiratele Arabe)apar din ce in ce mai multe rafinariile din aluminiu.

Eseu: CAIET DE SARCINI pentru executia infrastructurii din beton armat Referat: Manual de reabilitare termica a cladirilor prin imbunatatirea protectiei termice a peretilor exteriori

Cel mai abundent element metalic din scoarta terestra si al treilea element chimic ca raspandire. Nu se gaseste in stare nativa, fiind intalnit doar in combinatii sub forma de minereuri, dintre care cei mai importanti sunt:

silicatii si silicoaluminatii (SiO₂*Al₂O₃*Fe₂O₃*H₂O argila, K[AlSi₃O₈] feldspatul, Na[AlSi₃O₃], albita, mica, etc.)

criolitul Na₃[AlF₆]

bauxita AlO(OH)

oxidul de aluminiu:Al₂O₃. In functie de impuritatile continute, oxidul de aluminiu poarta urmatoarele denumiri: corindon(incolor), topaz(galben), rubin(rosu),safir(albastru), ametist(violet), smarald(verde), smirghelul(negru)

oxizi micsti: MgAl₂O₄ spinel, BeAl₂O₄ crisoberil

Bauxita constituie minereul din care se extrage peste 95% din productia mondiala de aluminiu. Dupa continutul lor in aluminiu si fier, bauxitele pot fi albe(foarte bogate in Al₂O₃, 60-70%), rosii (bogate in Fe₂O₃, 20-25% si mai sarace in Al₂O₃, 40-60%) si cenusii (mai sarace in Fe₂O₃ si Al₂O₃ decat cele rosii, dar mai bogate in SiO₂). Cele mai mari zacaminte de bauxita se afla in Franta.

Clasificarea

aliajelor pe baza de aluminiu

Aliaje pe baza de aluminiu se impart in:

1) aliaje deformabile;

2) aliaje pentru turnatorie;

3) aliaje obtinute prin metalurgia pulberilor.

Aliajele deformabile se impart in aliaje deformabile nedurificabile prin tratament termic si aliaje deformabile durificabile prin tratament termic.

Aliaje de aluminiu deformabile, nedurificabile prin tratament termic in aceasta categorie sunt cuprinse aliajele din sistemele Al-Mg, Al-Mn, Al-Mg-Mn, Al-Mn-Cu, Al-Ni-Fe, Al-Sn-Ni-Cu. Aliajele Al-Mg ce contin mai mult de 1,4% Mg au in alcatuire structurala solutie solida ? si compusul Al8Mg5.

Aliajele deformabile contin pana la 7% Mg; dintre acestea, cele ce contin pana la 5% Mg nu se durifica prin tratament termic, iar cele ce contin peste 5% Mg pot fi durificate prin tratament termic insa efectul durificarii este foarte mic. Avand in vedere faptul ca aliajele din acest sistem contin o serie de impuritati, structura lor este alcatuita din solutie solida, compusul Al8Mg5 si alte faze intermediare, care se dispun de obicei la limitele grauntilor de solutie solida.

Aliajele Al-Mg au o rezistenta mecanica ridicata asociata cu o buna plasticitate, ele putandu-se deforma plastic la rece foarte usor, au rezistenta la coroziune ridicata si o buna sudabilitate. Proprietatile mecanice si caracteristicile tehnologice ale aliajelor Al-Mg pot fi modificate prin alierea, cu diferite elemente ca: Ti, B, Mn, Cr, Cu, Fe, Zr, Be, Li. Titanul si borul actioneaza asupra marimii de graunte finisand granulatia, manganul si cromul maresc rezistenta mecanica si rezistenta la coroziune, siliciul mareste fluiditatea, cuprul impiedica susceptibilitatea la coroziune pitting, fierul si zirconiul maresc temperatura de recristalizare, beriliu si litiu reduc gradul de oxidare al magneziului la elaborare.

Aliajele Al-Mg avand rezistenta mecanica ridicata in comparatie cu aluminiul au o larga utilizare in constructii metalice, in industria constructoare de masini, in transporturi, in aviatie si in industria de armament.

Aliajele Al-Mn contin de obicei 1-1,7% Mn. Deoarece solubilitatea compusului Al6Mn in aluminiu este variabila cu temperatura, teoretic aceste aliaje pot fi durificate prin tratament termic. Aliajele Al-Mn au aceleasi utilizari ca si aliejele Al-Mg.

Aliajele deformabile nedurificabile, prin tratament termic din sistemul Al-Mn-Mg contin pana la 3% Mg si 1-1,5% Mn; sunt caracterizate prin rezistenta mecanica ridicata, plasticitate buna, rezistenta la coroziune mare si sunt usor sudabile.

Aliajele deformabile nedurificabile prin tratament termic din sistemul Al-Ni-Fe contin circa 1% Ni si 0,6% Fe; au rezistenta buna la coroziune, in apa la temperaturi si presiuni ridicate si sunt utilizate in energetica nucleara.

Aliajele deformebile nedurificabile structural din sistemul Al-Sn-Ni-Cu au proprietati antifrictiune foarte bune fiind utilizate la confectionarea lagarelor in industria automobilelor. Aliaje de aluminiu durificabile prin tratament termic Aceasta grupa cuprinde aliaje cu elemente care au solubilitatea in aluminiu relativ ridicata: Cu, Mg, Zn, variatia solubilitatii acestora cu temperatura permitand aplicarea tratamentelor termice. Din aceasta clasa mai des sunt utilizate aliaje din sistemele Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cu-Ni-Mg. Reprezentantul tipic al acestor aliaje este aliajul Al-Cu cu circa 4,0-5,5%. Aliaje deformabile, durificabile prin tratament termic din sistemul Al-Cu sunt formate in solutie solida  si compusul CuAl2.

Aluminiul poate fi obtinut din Al₂O₃ sau din AlCl₃ prin reducere cu metale. Reducerea nu se poate face cu carbon, deoarece s-ar forma Al₄C₃.

AlCl₃ + Na - Al + 3NaCl

Industrial, aluminiul poate fi obtinut prin prelucrarea bauxitei, care poate avea loc in 2 faze:

Prepararea aluminei (Al₂O₃), proces prin care se separa alumina de celelalte impuritati, precum Fe₂O₃, SiO₂, TiO₂, etc. Aceasta preparare are loc prin procedeul Bayer, bauxita fiind calcinata la temperatura de 700 °C intr-un cuptor rotativ, in scopul deshidratarii si distrugerii materiilor organice. Are loc un proces de macinare fina si apoi o incalzire sub agitare cu o solutie de NaOH concentrata in autoclave aflate sub presiune de 5 atmosfere si temperaturi de 160-180C, timp de cateva ore. Oxidul de aluminiu trece in solutie sub forma aluminatului de sodiu, Na[Al(OH)₄].

Amestecul se filtreaza, solutia de aluminat de sodiu fiind separata de noroaiele-rosii, bogate in Fe₂O₃ si aluminosilicatul de sodiu insolubil format ca produs secundar, conform reactiilor:

SiO₂+2NaOH = Na₂SiO₃+H₂O

2NaAlO₂ + 2Na₂SiO₃ + 2H₂O = 3Na₂O*Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O

metal de culoare gri-argintiu - densitate mica 2,7 g/cm cub - bun conductor electric si termic - putere de reflexie mare - formeaza aliaje- duraluminiu - temperatura de topire 660 grade celsiu - este maleabil - este ductil

valenta III - ionizarea pozitiva - reactioneaza-nemetale

Cu oxigenul formeaza oxizi (Al₂O₃)

cu sulful - sulfuri (Al₂S₃)

cu clorul - cloruri (AlCl₃).

Este foarte folosit in industrie datorita rezistentei sale la oxidare, proprietatilor mecanice bune si densitatii sale mici. Aluminiul este folosit in industria aerospatiala, in constructii, acolo unde este necesar un material usor si rezistent. Datorita proprietatilor electrice bune, aluminiul este folosit si ca material conductori.

Mihai Zapan, Chimie anorganica, Editura tehnica, Bucuresti, 1968

Chimie anorganica, V.Aldea. Editura medicala, Bucuresti, 1999, tabelul 1.4, pagina 3

Tecnología automotriz.Monografías.com Jesús Guevara, Carabolo, Venezuela

V.Aldea, op.cit., pagina 4

Chimie, manual de clasa a VIII-a, Sanda Fatu, Felicia Stroe, Constantin Stroe, Ed. Corint, 2000

Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements By John Emsley, pagina 23

Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements By John Emsley, pagina 22

virtute crestina, care poate fi corelata cu notiunea deAgape

Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements By John Emsley, pagina 23

Preturile aluminiului

^ ^{a b c} Format:Greenwood&Earnshaw2ndFormat:Inote

"Aluminum Mineral Data". Accesat la 2008-07-09

Guilbert, John M. and Carles F. Park (1986). The Geology of Ore Deposits. Freeman. pp. 774-795. ISBN

Emsley, John (2001). "Aluminium". Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, UK: Oxford University Press. p. 24. ISBN

V.Aldea, op.cit., pagina 5

I.Grecu, Chimie anorganica, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1964, pagina 465

1.Chimie anorganica, V.Aldea. Editura medicala, Bucuresti, 1999

2.I.Grecu, Chimie anorganica, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1964

Stiinta Materialelor,Marioara Abrudeanu 2009

https://www.webelements.com/webelements/elements/text/