Fémek Fémfeldolgozás - Alumínium
Felosztás - Vas - Nemvasfémek Nemvasfémek: - könnyűfémek (Al, Mg, Be, Ti) ρ < 5000kg / m3 - színesfémek (Cu, Pb, Sb, Zn) - nemesfémek (Au, Ag, Pt)
Előfordulás - Elemi állapotban ritkák a fémek (Au, Pt, esetleg Cu) - A többi csak vegyület formájában karbonátok, kloridok, stb. (fel kell dolgozni, finomítani) - Fémtartalmú hasznos vegyületek a természetben: ásványok - ásvány + meddő = érc - ércek: a földkéreg 30 - 40km-es rétegében
Tiszta fém előállítása Aprítás
Porítás
Dúsítás
- minél több meddő eltávolítása - szemcseméret beállítása kohósításhoz Kémiai feldolgozás
Kohó
Alumínium - Az ipar legnagyobb mennyiségben előállított és felhasznált fém alapanyaga - Szürke, oxid nélkül ezüstös színű könnyűfém - 2700kg/m3 - 0,027 - jó hővezető - ötvözve nemcsak könnyű, de magas szilárdságú is - univerzális - oxidréteg!
Bayer eljárás - 1. Bayer eljárás = timföldgyártás
1.
Durva aprítás
2.
Pörkölés
- felület növelése - később kémiai eljárás => könnyebb hozzáférés - 300 - 400C - forgó csőkemence - szerves összetevők elégnek
Bayer eljárás - 2.
3.
Örlés
- cementszerű állagra - szárazon, vagy nedvesen (utóbbi ritka) - Nedves (!) eljárás
4.
Feltárás
- 160 - 170C NaOH + H2O - keverik, “főzik” - 3 - 4 óra - Si, Ti, Fe vegyületek => vörösiszap - Eredmény: NaAlO2 (nátriumaluminát)
Bayer eljárás - 3.
5.
Kikeverés
- vizet adnak hozzá - 3 - 4 nap - 45C - 60%-ig vihető végbe a reakció - visszaforgatással javítható a hfok
- Al(OH)3 [Alumínium-hidroxid] =>
6.
Izzítás
timföld Al2O3 - 1200 - 1300C - csak tized %-nyi idegen anyag lehet benne
Így néz ki...
Ülepítő medence (kikeverés után)
Cső! kemence!
Timföldből alumínium 1. - Timföldből alumínium: elektrolízis - olvadékba kell vinni - hohó! 2000C + az olvadáspont => drága lenne - előtte kriolitot adnak hozzá (Na3AlF6) - a timföld feloldódik a kriolitban - optimum: 18,5% timföld Tolv. = 935C - gyakorlatban: 6 - 10 % => 950 - 970C
Timföldből alumínium 2.
Timföldből alumínium 3.
- vegyes elektrolit és színalumínium együtt - Al nehezebb - Az anód szénből van => CO2 szabadul fel - jellemző adatok: U= 4 - 4,5V I= 30 - 150kA (!)
Timföldből alumínium 4. Medence: - kívül vasköpeny - befelé tűzálló tégla szurkos szénporral kikenve (szénpáncél => katód) - anód(ok): fürdőbe függesztett szénrudak - veszély: anódeffektus (felgyűlik a CO2 az anódok körül és akadályozza a folyamat)
Timföldből alumínium 5. Södeberg elektródás elektrolizáló medence: - tiszta alu cső az anód (folyamatosan olvad le a fürdőbe) - folyékony szénmassza utántöltéssel - napi 2 cm előtolás
Kohóalumínium finomítása - A timföld elektrolízise kohóalumíniumot eredményez (99 t%) - Jellemző maradékanyagok: Fe, Zn, Mn, Si - Elektronikai ipar igénye: min. 99,99 t% - szilárdság (ötvözhetőség) - vezetőképesség
Rétegzéssel történő elektrolízis - Anód: - előzetesen rézzel ötvözött olvadt Al - ez van alul, ezt akarjuk tisztítani - Anód fogy - folyamatosan pótolják - Középen elektrolit - Felül tiszta Al (sűrűség miatt), ezt csapolják le - Eredmény: 99,99 t% tisztaság (“négykilences”)
Zónás átolvasztás - ha kevés a “négykilences” tisztaság… - Az előző eljárásban keletkezett Al rudat vékony rétegben megolvasztják - a szennyeződések az olvadékba vándorolnak és ott koncentrálódnak - végigviszik a felületen, a végén levágják a szennyződésben gazdag végét - 99,999 t% - sokszor ágyúval verébre (tisztán tartás?)
Alumínium és ötvözetei 1. - ismétlésként: Al: ezüstszínű könnyűfém, 2,7 t/m3, 660C, hőt és áramot jól vezeti (0,027 ) - fajlagos ellenállás: Ag < Cu < Al (az ár meg fordítva…) - általában a vezetőképességet rontja az ötvözés - extrém oxidációs hajlam => redukálószer - az oxidréteg jó védelem (pl. élelmiszeripar)
Al és ötvözetei 2. - oxidréteg: gond a kötéstechnológiáknál (2000C körüli olvadáspont…) - Al további tulajdonságai: - kis szakítószilárdság, képlékeny fém - rosszul önthető - jól forgácsolható, de figyelni kell - hideg képlékeny alakítások - színalumínium szinte csak elektronikai iparban
Az alumínium ötvőzői - Cu, Mg, Si, Ni - Réz: - növeli a szilárdságot - csökkenti az olvadáspont (ktsg.!) A rézzel ötvözött alumínium termékeket Dural csoportnak nevezzük.
Dural csoport 1. - 5,6 t% a max. Cu tartalom, többet nem vesz fel - nedvességet nem szereti (eletrolitikus korrózió) CuAl2 + H2O => galvánelem (villanyszerelés!) - alap Dural + Mg = dúralumínium - repülőgépipar és fémszerkezet építés - korrózióvédelem! - magas szilárdság & könnyű
Dural csoport 2. - ha mégis önteni kell, akkor Mg helyett Ni a plusz ötvöző - ez sem korrózióálló, de kiválóan alakítható képlékenyen és jól önthető - korszerű belső égésű motorok öntvényei
Hidronálium - fő ötvözőanyag: Mg - kiemelkedő kémiai ellenállóképesség - jól forgácsolható - korrózió és öregedésálló - nagy szilárdság (gépalkatrészek) - korrózió ellen: Al - Mg - Mn - vezetőképességhez: Al - Mg - Si (pl. villamos gépgyártásnál)
Szilumin - fő ötvőző a Si. - kis falvastagságú öntvények (centrifugálöntés) - edzhető/nemesíthető - hegeszthető (!) - jól forgácsolható - melegalakítást nem bírja - szakítószilárdság növelésére: Mg adagolása
