Alumīnijs (Al) ir viegls, sudrabaini balts metāls, kas ir trešais visizplatītākais elements Zemes garozā, aiz skābekļa un silīcija. Tomēr, pateicoties tā augstajai ķīmiskajai reaģētspējai, tas nekad dabiski nav sastopams tīrā metāliskā formā. Tā vietā tas ir atrodams savienojumos, galvenokārt boksīta rūdā, hidratētu alumīnija oksīdu maisījumā, tostarp gibsītā (Al(OH)₃), bemītā (AlO(OH)₃) un diasporā.
Rafinēšanas process divos posmos
Ceļojums no neapstrādāta boksīta līdzaugstas tīrības pakāpes alumīnijs ietverdivi atšķirīgi rūpnieciskie procesi.
Pirmais posms ir Baijera process, kas tika izstrādāts 1888. gadā. Sasmalcinātu boksītu zem spiediena sajauc ar karstu nātrija hidroksīda šķīdumu, izšķīdinot alumīniju saturošos minerālus, atstājot aiz sevis tādus piemaisījumus kā dzelzs oksīdi un silīcija dioksīds. Iegūto nātrija alumināta šķīdumu pēc tam filtrē, lai atdalītu sarkano dubļu atlikumus, iesēj ar alumīnija hidroksīda kristāliem un kalcinē aptuveni 1100 °C temperatūrā, lai iegūtu tīru baltu alumīnija oksīdu jeb alumīnija oksīdu (Al₂O₃). Vairāk nekā 90% no pasaules alumīnija oksīda tagad tiek ražoti, izmantojot šo metodi.
Otrais posms ir Hola Hero process. Alumīnija oksīda kušanas temperatūra pārsniedz 2000 °C, tāpēc tieša elektrolīze nav praktiska. Risinājums ir Al₂O₃ izšķīdināšana izkausētā kriolītā (Na₃AlF₆), kas pazemina darba temperatūru līdz aptuveni 950–1000 °C. Pēc tam caur maisījumu tiek laista elektriskā strāva. Izkausētais alumīnijs uzkrājas apakšā (katodā), savukārt skābeklis apvienojas ar oglekļa anodiem, veidojot CO₂. Šī elektrolītiskā metode joprojām ir vienīgais rūpnieciskais primārā alumīnija ražošanas process, iegūstot metālu ar 99,5–99,8 % tīrības pakāpi.
Kādus elementus satur alumīnijs?
Tīrs alumīnijs pats par sevi sastāv tikai no elementa Al, kura atomskaitlis ir 13 un atomsvars ir aptuveni 26,98 g/mol. Komerciālās tīrības alumīnijs (98,8–99,7% Al) satur nelielu daudzumu dzelzs un silīcija kā dabiskus piemaisījumus. Tomēr lielākā daļalietojumprogrammas balstās uz alumīnija sakausējumiem, kur īpaši elementi tiek apzināti pievienoti, lai pielāgotu mehāniskās īpašības.
Konstrukciju pielietojumiem 6000. sērijā (piemēram, 6061) kā galvenie leģējošie elementi tiek izmantots magnijs un silīcijs, parasti 0,8–1,2 % Mg un 0,400–0,8 % Si. Šis sakausējums piedāvā lielisku līdzsvaru starp mērenu izturību, labu metināmību un izcilu apstrādājamību.
Augstas izturības prasībām 7000. sērijas (piemēram, 7075) galvenie leģējošie elementi ir cinks un varš, ar aptuveni 5,16–0,1 % Zn un 1,2–2,0 % Cu. 7075 T6 atlaidums nodrošina gandrīz divreiz lielāku stiepes izturību nekā 6061-T6, padarot to par izvēles materiālu kosmosa un augstas veiktspējas konstrukciju komponentiem.
Komerciālos sakausējumos bieži ir arī hroma, mangāna un titāna pēdas, un katram no tiem ir sava loma graudu attīrīšanā un korozijas izturībā. Lai izvēlētos pareizo materiālu konkrētām apstrādes vai izgatavošanas prasībām, ir svarīgi izprast katra sakausējuma precīzo elementu sastāvu.
Publicēšanas laiks: 2026. gada 13. maijs