Informatii de baza:

Nume: Aluminiu
Simbol: Al
Numar atomic: 13
Masa atomica: 26.981539 uam
Punctul de topire: 660.37 C (933.52 K, 1220.666 F)
Punctul de fierbere: 2467.0 C (2740.15 K, 4472.6 F)
Numarul de protoni/electroni: 13
Numarul de neutroni:14
Clasificare: metal

Structura cristalina: cubica
Densitatea la 293 K: 2.702 g/cm3
Culoare: argintie

Structura atomica:
Numarul de straturi: 3
Primul strat: 2
Al doilea strat: 8
Al treilea strat: 3

Izotopi

Generalitǎti

Aluminiul este cel mai rǎspandit metal in scoarta tereatrǎ, iar printre elemente ocupǎ locul al treilea in urma oxigenului si siliciului. Datoritǎ activit tii sale chimice mari, se gǎseste in naturǎ numai sub formǎ de compusi. Impreunǎ cu oxigenul si siliciul formeaza 82,58% din scoarta terestra.

Aluminiul este cunoscut inca din antichitate si era

utilizat de catre greci si romani. Denumirea de aluminiu vine de la latinescul "alumen" care era folosit pentru a denumi substante astringente.

Primele incercari de separare ale aluminiului dateazǎ din anul 1810 si apartin fizicianului englez Humphry Davy, care a efectuat electroliza hidroxidului de aluminiu usor umezit, dispus intr-o atmosferǎ de hidrogen, intr-o pilǎ Volta. In urma acestui proces s-a obtinut un aliaj Al-Fe, din care ins nu s-a reusit sǎ se separe aluminiul.

Prima datǎ aluminiul a fost descoperit in anul 1827 de un chimist german Wohler care a obtinut primele 30g de aluminiu sub formǎ de bobite.

In anul 1854 Saint Claire Deville, a folosit metoda lui Wohler pentru obtinerea industrialǎ a aluminiului, inlocuind potasiul cu sodiu, iar clorura de aluminiu, instabilǎ si higroscopicǎ, cu clorurǎ dublǎ de aluminiu si sodiu.

La sfarsitul secolului al-XIX-lea, metoda lui Saint Claire Deville a fost inlocuitǎ, fiind aplicat procedeul de extragere a aluminiului prin electroliza aluminei dizolvatǎ in criolitǎ topitǎ, procedeu aplicat si in prezent in metalurgia acestui metal.

1810 - Davy obtine aliajul de fier-aluminiu pe cale electroliticǎ;

1821 - Berthie descoperǎ bauxita;

1824 - Oersted obtine in stare elementarǎ metalul;

1827 - Wohler produce aluminiu sub formǎ de pulbere prin reducerea cu potasiu a

clorurii sale;

1854 - Sainte Claire Deville toarnǎ primul lingou de aluminiu;

1886 - Herault si Hall descoperǎ si breveteazǎ procedeul de electrolizǎ a aluminei

dizolvate in criolitǎ topitǎ;

1890 - Bayer descoperǎ procedeul de fabricare a aluminei prin atacul bauxitei cu

solutii de sodǎ causticǎ;

1903 - Odam realizeazǎ sudarea autogenǎ a aluminiului cu ajutorul fluxurilor;

1905 - Betts stabileste principiile rafinǎrii electromagnetice a aluminiului;

1905 - Claessen demonstreazǎ posibilitǎtile de imbunǎtǎtire a proprietǎtilor aliajelor

de aluminiu prin cǎlire;

1906 - Wilm aplicǎ aluminiului aliajul de tip duralumin, tratamentul termic de

cǎlire si imbǎtranire;

1911 - De Saint Martin determinǎ principiile de bazǎ ale anodizǎrii aluminiului si

aliajelor sale;

1920 - Pacez imbunǎtǎteste proprietǎtile aliajelor de aluminiu-siliciu prin

modificarea cu sodiu;

1920 - Hoopes elaboreazǎ aluminiului de inaltǎ puritate;

1926 - Soderberg introduce la electrolizǎ anoacizi continui;

1932 - Gadeau aplicǎ pe scarǎ industrialǎ tehnologia de rafinare electroliticǎ;

1938 - Aparitia unor publicatii despre proprietǎtile aluminiului ultra pur.

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita, contine aproximativ 60% aluminiu.

Bauxita se gǎseste in muntii Bihorului, Grecia, Turcia si in Ungaria.

Principalele elemente de aliaje sunt Mg, Siliciu, Cupru si Mn.

In naturǎ se gǎseste numai sub formǎ de combinatii intr-un numǎr foarte mare de minerale ce contin oxizi si silicati. Cateva dintre mineralele ce contin aluminiu sunt: bauxita Al₂O₃*nH₂O; corindonul Al₂O₃; hidrargilitul Al(OH)₃; ortoclazul K(AlSiO₈); albitul Na(AlSi₃O₈); anortitul Ca(Al₂Si₂O₈); alaunitul KAl(SO₄)₂*2Al(OH)₃;

nelelinul Na(AlSiO₄); criolitul Na₃(AlF₆).

Industrial, aluminiul se obtine aproape in intregime prin descompunerea electroliticǎ a aluminei pure dizolvate intr-o topiturǎ de criolit cu adaus de fluorurǎ de calciu. Prin electrolizǎ se obtine "aluminiul tehnic primar" numit si "aluminiu tehnic pur" care contine de la 0,2% la 1% impuritati metalice (Fe; Si; Ca; Ti; Na) si nemetalice (alumina; electrolit; carbura de aluminiu; gaze). In tara noastra sunt standardizate urmǎtoarele mǎrci de aluminiu tehnic pur: Al 99,8; Al 99,7; Al 99,6; Al 99,5; Al 99,4; Al 99 si AIE.

"Aluminiul de inaltǎ puritate" se obtine din aluminiul tehnic filtrat, spǎlat cu gaz sau degresat, prin rafinarea electroliticǎ cu anod solubil in sǎruri topite, cunoscute sub numele de rafinare in trei straturi. Acest aluminiu contine de la 0,05% la 0,1% impuritǎti, in tara noastrǎ fiind stabilizate trei marci Al 99,99; Al 99,95 si Al 99,90.

"Aluminiul extra pur" se obtine prin topirea zonarǎ, distilarea halogenurilor inferioare sau electroliza compusilor organici ai aluminiului de inaltǎ puritate, gradul de puritate putand ajunge panǎ la 99,999995%.

Productia de aluminiu pe plan global (2000-2003)

Circuite ale aluminiului de la productia primara la cea secundara

(primary production = productie primara

secondary production = productie secundara

collection = colectare

recovery = recuperare

product use = utilizarea produsului)

Proprietǎti fizice si caracteristicile mecanice

Proprietatile fizice si caracteristicile mecanice ale diferitelor sorturi de aluminiu sunt influentate de prezenta impuritǎtilor. Cele mai frecvente impuritǎti din aluminiu sunt fierul si siliciul, elemente care se pot gasi panǎ la 0,5-0,6% fiecare. Fierul este practic insolubil in aluminiu, formand cu acesta eutecticul Al-Al₃Fe care contine doar 7% Al₃Fe (1,7%Fe).

Ca urmare aluminiul impurificat cu fier prezintǎ un aspect microscopic format din cristale poliedrice de aluminiu si precipitate aciculare de Al₃Fe. Eutecticul din sistemul Al-Si se formeazǎ la 11,7%.

Dacǎ in acelasi timp sunt prezente simultan fierul si siliciul, se formeazǎ douǎ faze noi: faza (Fe₃SiAl₃) si faza (FeSiAl₅), care nu existǎ in aliaje binare. Acesti compusi, situati in mod obisnuit la limitele cristalelor de aluminiu micsoreazǎ mult plasticitatea acestuia.

Aluminiul face parte din grupa IIIA a sistemului periodic al elementelor, are un singur izotop stabil ²⁷Al si patru izotopi radioactivi (²⁴Al; ²⁵Al; ²⁶Al; ²⁸Al) cu perioadele de injumǎtǎtire cuprinse intre 2,10s si 94s.

Aluminiul se caracterizeazǎ prin plasticitate foarte mare, rezistentǎ mecanica micǎ, conductibilitate electricǎ si termicǎ ridicatǎ si rezistentǎ mare la coroziune in aer, apǎ si acizi organici.

Principalele proprietǎti ale aluminiului care influenteaza defavorabil sudabilitatea sunt:

conductibilitatea termicǎ ridicatǎ, deci si temperatura de topire a aluminiului este redusǎ (650⁰C), datoritǎ conductibilitǎtii de caldurǎ si preancǎlzirea intregii piese la temperaturii ridicate;

coeficientul mare de dilatare al aluminiului care determinǎ producerea de tensiuni permanente si deformatii mari;

la incǎlzire aluminiul nu-si schimbǎ culoarea, de aceea la sudare nu se poate aprecia vizual gradul de incǎlzire;

fragilitatea aluminiului la temperaturi inalte, deformarea si fisurarea peretilor se pot preantampina prin fixarea piesei pe suporturi cat mai exact;

in stare lichidǎ, aluminiul absoarbe cu avilitate oxigenul si poate reduce rezistenta imbinarii;

oxidul de aluminiu avand punctul de topire ridicat (2050⁰C), formeazǎ o pojghitǎ solidǎ care impiedicǎ sudarea; indepǎrtarea oxidului se poate realiza pe cale chimicǎ, prin utilizarea unor fluxurii care formeazǎ cu oxidul o zgurǎ usor fuzibilǎ si care protejeazǎ metalul topit.

Productia primara de aluminiu necesita un volum mare de energie, mai ales electrica.

(Hydroelectric - energie hidroelectrica

Coal - carbune

Oil - petrol

Natural Gas - gaze naturale

Nuclear - energie nucleara)

Consumul de energie pentru realizarea aluminiului s-a redus in timp. Acum s-a ajuns la un consum de 10-15kW pe kilogramul de aluminiu produs.

Utilizǎri

Folosirea aluminiului ca material pentru constructii mecanice si metalice este limitatǎ din cauza proprietǎtilor de rezistentǎ scazute.

Totusi, o serie dintre proprietǎtile aluminiului fac ca acest metal sǎ fie deosebit de apreciat pentru o serie de aplicatii.

Astfel, plasticitatea mare a aluminiului permite ca din el sǎ se obtinǎ prin deformare plasticǎ produse foarte subtiri ca foliile utilizate pentru ambalaje in industria alimentarǎ, conductibilitatea electrica mare, in jur de 65% din cea a cuprului determinǎ ca aluminiul sǎ fie mai mult utilizat ca material pentru conductorii electrici, rezistenta mare la coroziune permite folosirea aluminiului in industria chimicǎ si alimentarǎ. Aluminiul este utilizat pe scarǎ largǎ ca bazǎ pentru o serie importantǎ de aliaje.

Bicicleta cu cadru de aluminiu

Caroserii de automobil de aluminiu

Procentaje ale uzului de aluminiu

(transport = transport

packaging = ambalare

construction = constructii

electricity = electricitate

others = alte utilizari)

Productia globala de aluminiu (milioane tone)

Stalpii de inalta tensiune

Eliporturi

Rafinarea electroliticǎ

Rafinarea electroliticase realizeazǎ in topiturǎ de floruri si este cunoscutǎ sub denumirea de rafinare intre straturi. Procesul se desfasoarǎ la 850-920⁰C, temperaturǎ necesarǎ ca toate cele trei straturi sǎ fie in intregime topite. Pe bazǎ celulei de electolizǎ se introduce topiturǎ de aluminiu care urmeazǎ sǎ fie rafinatǎ prin adaos de cupru

(25-35%), acest strat avand o grosime de 60-70mm. Acest electrolit contine 60% BaCl₂; 23% AlF₃ si 17% NaF. Cel de-al treilea strat este format din aluminiu rafinat in stare lichidǎ, care se colecteazǎ la suprafata metalului.

Stratul metalic inferior formeazǎ anodul, cadodul fiind constituit de stratul superior al aluminiului rafinat. Curentul este adus prin bare metalice incastrate in zidǎria vetrei.

Se lucreazǎ cu curent continuu de mare intensitate (panǎ la 45000A), cu o tensiune de 6-7V si densitate de curent de 0,5A/cm³.

Aliaje pe bazǎ de aluminiu

Principalele elemente de aliere ale aluminiului sunt Cu, Mg si Zn, la care se adaugǎ Mn, Ni, Cr, Fe, alierea avand ca principiu si imbunǎtǎtirea caracteristicilor de rezistentǎ mecanice ale acestuia.

Cele mai rǎspandite si utilizate aliaje sunt aliajele din sistemele Al-Si; Al-Mg; Al-Cu-Mg; Al-Mg-Mn; Al-Mg-Si; Al-Zn-Mg-Cu.

Clasificarea aliajelor pe bazǎ de aluminiu

Aliaje pe bazǎ de aluminiu se impart in:

a) aliaje deformabile

b) aliaje pentru turnǎtorie;

c) 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 aceastǎ 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 alcǎtuire structuralǎ solutie solidǎ si compusul Al₈Mg₅. Aliajele deformabile contin panǎ la 7% Mg; dintre acestea, cele ce contin panǎ la 5% Mg nu se durificǎ prin tratament termic, iar cele ce contin peste 5% Mg pot fi durificate prin tratament termic insǎ efectul durificǎrii este foarte mic.

Avand in vedere faptul cǎ aliajele din acest sistem contin o serie de impuritǎti, structura lor este alcatuitǎ din solutie solidǎ, compusul Al₈Mg₅ si alte faze intermediare, care se dispun de obicei la limitele granulelor de solutie solidǎ.

Aliajele Al-Mg au o rezistentǎ mecanicǎ ridicatǎ asociatǎ cu o bunǎ plasticitate, ele putandu-se deforma plastic la rece foarte usor, au rezistentǎ la coroziune ridicatǎ si o bunǎ sudabilitate. Proprietǎtile 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 actioneazǎ asupra mǎrimii de grǎunte finisand granulatia, manganul si cromul mǎresc rezistenta mecanicǎ si rezistenta la coroziune, siliciul mǎreste fluiditatea, cuprul impiedicǎ susceptibilitatea la coroziune, fierul si zirconiul mǎresc temperatura de recristalizare, beriliul si litiul reduc gradul de oxidare al magneziului la elaborare.

Aliajele Al-Mg avand rezistenta mecanicǎ ridicatǎ in comparatie cu aluminiul au o largǎ 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 variabilǎ cu temperatura, teoretic aceste aliaje pot fi durificate prin tratament termic. Au aceleasi utilizǎri ca si aliajele Al-Mg. Aliajele deformabile nedurificabile, prin tratament termic din sistemul Al-Mn-Mg contin panǎ la 3% Mg si 1-1,5% Mn; sunt caracterizate prin rezistentǎ mecanicǎ ridicatǎ, plasticitate bunǎ, rezistentǎ 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 rezistentǎ bunǎ la coroziune, in apǎ au rezistenta mare la temperaturi si presiuni ridicate si sunt utilizate in energetica nuclearǎ.

Aliajele deformabile nedurificabile structural din sistemul Al-Sn-Ni-Cu au proprietǎti antifrictiune foarte bune, fiind utilizate la confectionarea lagǎrelor in industria automobilelor.

Aliaje de aluminiu durificabile prin tratament termic

Aceasta grupa cuprinde aliaje cu elemente care au solubilitatea in aluminiu relativ ridicatǎ: Cu, Mg, Zn, variatia solubilitǎtii acestora cu temperatura permitand aplicarea tratamentelor termice. Din aceastǎ clasǎ 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%.

Aliajele deformabile, durificabile prin tratament termic din sistemul Al-Cu sunt formate in solutie solidǎ si compusul CuAl₂. Deoarece aceste aliaje contin o serie de elemente ca impuritǎti sau ca elemente de aliere in structura lor, apar si alte faze intermetalice, care fie se dizolvǎ in solutia solidǎ favorizand durificarea, fie sunt insolubile dispunandu-se la limitele de granule.

Caracteristicile tehnologice si de exploatare ale aliajelor Al-Cu sunt puternic influentate de prezenta elementelor de aliere.

Siliciul mǎreste rezistenta mecanicǎ, micsoreazǎ ductibilitatea si rezistenta la obosealǎ, influenteazǎ comportarea la tratament termic, reduce rezistenta la cǎldurǎ si rezistenta la fluaj. Magneziul mǎreste rezistenta mecanicǎ si duritatea, influenteazǎ comportarea la tratamentul termic.

Aliajele din sistemul Al-Cu-Mg sunt formate din solutie solidǎ si compusii: CuAl₂; CuMgAl₂; CuMg₄Al₆. Compusii intermetalici prezenti in structurǎ influenteazǎ asupra comportǎrii la tratamente termice, influenta lor manifestandu-se in functie de marimea raportului Cu:Mg.

In aliajele cu raport Cu:Mg mai mare de 8:1 faza durificatoare este CuAl₂, in cele pentru care raportul este cuprins intre 8:1 si 4:1 fazele durificatoare sunt CuAl₂ si CuMgAl₂, in aliajele la care raportul este cuprins intre 4:1 si 1,5:1 faza durificatoare este CuMgAl₂ si in aliajele pentru care raportul este sub 1,5:1 durificarea se face prin participarea compusului CuMg₄Al₆.

Aliajele Al-Cu-Mg dupǎ imbǎtranirea naturalǎ au o rezistenta mecanicǎ ridicatǎ, asociatǎ cu o plasticitate buna comparabilǎ cu plasticitatea obtinutǎ la "recoacere". Comportarea la tratamente termice si caracteristicile mecanice ale aliajelor Al-Cu-Mg este puternic imfluentatǎ de prezenta impuritǎtilor sau elementelor de aliere astfel :

- manganul mǎreste rezistenta mecanicǎ dar la continuturi mai mari de 1% micsoreazǎ mult plasticitatea,

- siliciul mǎreste rezistenta mecanicǎ si imbunǎtǎteste comportarea la imbǎtranirea artificialǎ;

- nichelul mǎreste refractaritatea;

- fierul la continuturi mai mari de 0,5% micsoreazǎ rezistenta mecanicǎ.

Al-Mg-Si sunt utilizate in industria constructoare de masini datoritǎ caracteristicilor de rezistentǎ mecanicǎ ridicate, rezistentei la coroziune bune, prelucrabilitǎtii prin aschiere si sudabilitǎtii foarte bune. O parte din aceste aliaje sunt utilizate pentru executarea unor obiecte decorative.

Tot in categoria aliajelor deformabile durificabile prin tratament termic sunt incluse si aliajele din sistemul Al-Zn-Mg, aliaje caracterizate prin rezistentǎ mare la coroziune. Aceste aliaje contin 2-8% Zn, la care se mai adaugǎ Cu; Fe; Si; Cr; Mn; Ti; Ag.

Aliajele din acest sistem se impart in :

- aliaje de inaltǎ rezistentǎ, pentru care suma Zn+Mg+Cu>10%;

- aliaje de medie rezistentǎ, cu suma Zn+Mg+Cu=7-9%;

- aliaje cu rezistentǎ scazutǎ pentru care suma respectivǎ este Zn+Mg+Cu<6%.

Aliaje de aluminiu obtinute prin metalurgia pulberilor

Dintre aliajele pe bazǎ de aluminiu obtinute prin metalurgia pulberilor, cele mai utilizate sunt aliajele Al-Al₂O₃ cunoscute sub denumirea de aliaje de tip SAP. Aliajele de tip SAP sunt alcǎtuite dintr-o matrice de aluminiu in care sunt dispersate particule de Al₂O₃. Proportia de Al₂O₃ variazǎ de la 6-9% (SAP 1), panǎ la 18-20% (SAP 4).

Odatǎ cu cresterea continutului in Al₂O₃ creste rezistenta la rupere de la 30-32 daN/mm², la 44-46daN/mm2 si scade alungirea de la 5-8 la 1,5-2%. Aliajele de tip SAP in comparatie cu celelalte aliaje de aluminiu au o inaltǎ rezistentǎ la coroziune si refractaritate ridicatǎ, sunt utilizate in industria chimicǎ si aeronauticǎ.

Tot prin metalurgia pulberilor se pot obtine piese din aliaje a cǎror elaborare sau deformare este foarte dificilǎ. In aceastǎ categorie sunt cuprinse aliajele de tip SAS, aliaje ale aluminiului cu: Fe; Si; Ni; Mg; Cr; Mo; Ti; Zr; Be; Sn; Pb.

De exemplu aliajul SAS 1 cu 25-30% Si si 5-7% Ni are coeficient de dilatare mic si conductibilitate termicǎ scazutǎ. Aliajele Al-Zn-Mg-Cu-Fe-Ni-Cr cu 7,5% Zn; 2,5% Mg; 1,1% Cu; 1,1-2,2% Fe; 1-2,3% Ni si 0,2% Cr au rezistentǎ mecanicǎ ridicatǎ, sunt refractare, au rezistentǎ la coroziune ridicatǎ si proprietǎti antifrictiune.

Prin metalurgia pulberilor se pot obtine si aliaje ale Al cu SiO₂; SiC; B₄C; AlPO₄. De exemplu, aliajele aluminiului cu bor sau cu carbura de bor sunt utilizate pentruobtinerea unor bare modelatoare de la reactoarele nucleare.

Aliaje de aluminiu pentru turnǎtorie

Aliajele de aluminiu pentru turnǎtorie trebuie sǎ aibǎ fluiditate mare, contractie relativ micǎ, susceptibilitate scazutǎ de fisurare la cald si de formare a porilor, proprietǎti caracteristice aliajelor care contin eutectice. Dintre aliajele pentru turnatorie se mentioneaza aliajele: Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al- Zn si Al-Mg-Cu-Ni-Cr.

Aliajele Al-Cu pentru turnǎtorie se impart in:

- aliaje cu 4-6% Cu si mici adaosuri de Si; Mg; Ni; Mn; Ti;

- aliaje cu 6-8% Cu si adausuri de Fe; Si; Mn; Cr; Zn; Sn;

- aliaje cu 10-14% Cu ce contin panǎ la 0,4% Mg; 1,5% Fe; 5% Si si mici proportii de Ni; Mn; Cr.

Adǎugarea elementelor de aliere are ca scop imbunǎtǎtirea proprietǎtilor mecanice si a caracteristicilor tehnologice si imbunǎtǎteste proprietǎtile de turnare si in prezenta Mg face posibilǎ aplicarea tratamentelor termice de durificare. Mg contribuie la cresterea proprietǎtilor de rezistentǎ mecanicǎ, Ti finiseazǎ granularea mǎrind tenacitatea, Ni mǎreste rezistentǎ la temperaturi ridicate, Mn mǎreste rezistenta mecanicǎ, dar scade plasticitatea.

Aliajele Al-Cu pentru turnǎtorie, ce contin 4-6% Cu deoarece nu contin eutectic, au proprietǎti de turnare scǎzute, in schimb aliajele cu peste 10% Cu au proprietǎti de turnare foarte bune. Aliajele Al-Cu sunt utilizate pentru turnarea unor piese puternic solicitate in constructia de masini si aviatie cum ar fi: tambure de franǎ, pistoane, chiulase, blocuri motoare, etc.

Aliaje Al-Mg pentru turnǎtorie contin de la 1% panǎ la 13% Mg si unele elemente de aliere sau insotitoare: Si panǎ la 2%; Mn panǎ la 2%; Zn pana la 3%; Li panǎ la 3% si alte elemente ca : Fe; Cu; Cr; Ni; Ti; B; Be; Zr. Ele au proprietǎti mecanice ridicate, densitate micǎ si rezistentǎ la coroziune in altmosferǎ sau mediu salin.

Proprietǎtile de turnare ale acestor aliaje depind de continutul in Mn.

- manganul mǎreste rezistenta mecanicǎ si indepǎrteazǎ actiunea negativǎ a Fe asupra rezistentei la coroziune;

- Zn imbunatǎteste proprietǎtile de turnare;

- Cu; Fe; Ni micsoreazǎ rezistenta la coroziune si plasticitatea, ridica refractaritatea;

- Ti; Zr; Br finiseazǎ granulatia mǎrind tenacitatea;

- Be micsoreazǎ susceptibilitatea la oxidare a aliajelor topite.

Aliajele din sistemul Al-Mg sunt utilizate in industria constructoare de masini, la turnarea unor piese rezistente la coroziune in atmosferǎ, in apǎ de mare si solutii alcaline, cu proprietǎti de rezistentǎ mecanicǎ corespunzǎtoare.

Aliajele Al-Si cunoscute sub denumirea de siluminuri contin in mod obisnuit de la 2 la 14% Si si diferite impuritǎti: Fe panǎ la aproximativ 1,4%; Mg panǎ la circa 0,15%; Cu maxim 0,6%.

Foarte utilizate sunt aliajele cu 10-13% Si. Al si Si sunt partial solubili in stare solidǎ si nu formeazǎ compusi. Structura aliajelor cu 11-13% Si este formatǎ din cristale primare de siliciu si masǎ de bazǎ din eutectic grosolan de +Si.

La solidificarea eutecticului, cristalele de siliciu se depun la limita cristalelor de sub formǎ de cristale aciculare si efectueazǎ negativ proprietǎtile mecanice. Aceste neajuns este inlǎturat prin modificǎri care produc urmǎtoarele efecte:

- micsorarea grǎuntilor dentritici;

- subtiera si fragmentarea ramurilor dentritice;

- schimbarea morfologiei si formei eutecticului.

Prin urmare un aliaj cu 12% Si dupǎ modificare are o structurǎ hipoeutecticǎ, fiind alcǎtuit din solutie solidǎ si eutectic fin. Siluminurile sunt caracterizate prin proprietǎti bune de turnare, sudabilitate bunǎ si rezistentǎ la coroziune ridicatǎ. Sunt utilizate in constructia de masini pentru turnarea unor piese subtiri cu sectiuni complicate care sǎ aibǎ caracteristici mecanice si rezistente la coroziune bune.

Imbunǎtǎtirea caracteristicilor mecanice si tehnologice a acestor aliaje poate fi realizatǎ prin aliere cu: Mg; Mn; Cu; Ni. Dintre aliajele Al-Si aliate se mentioneazǎ aliajele Al-Si-Mg; Al-Si-Cu; Al-Si-Cu-Mg-Ni. Aliajele Al-Si-Mg contin 2-14% Si, panǎ la 2% Mg si adaosuri de Fe; Mg; Ti. Sunt utilizate la turnarea unor piese puternic solicitate in exploatare, in constructii importante cum ar fi motoarele cu ardere internǎ sau la turnarea unor piese cu rezistentǎ la coroziune ridicatǎ.

Aliajele Al-Si-Cu contin 5-12% Si panǎ la 5% Cu si mici adaosuri de Mn si Fe. Caracteristicile tehnologice si de exploatare ale acestor aliaje pot fi modificate prin tratamente termice. Sunt utilizate in industria constructoare de masini si aviatie, la piese turnate supuse la solicitǎri mari cum ar fi: carcase capete de cilindrii; blocuri de motor; pistoane si alte piese rezistente la solicitǎri la cǎldurǎ in timpul exploatǎrii.

Aliajele din sistemul Al-Zn contin aproximativ 12% Zn, la care se mai adaugǎ 0,1-1,0% Mg; 5-8% Si si uneori Ti; Cr; Fe. Cresterea proportiei de Zn micsoreazǎ caracteristicile de turnare. Proprietǎtile mecanice ale acestor aliaje depind de procedeul de turnare si de tratamentul termic aplicat pieselor. Sunt utilizate pentru obtinerea unor piese cu stabilitate dimensionala ridicatǎ si cu proprietǎti mecanice foarte bune.

Rafinarea aluminiului

Aluminiul obtinut prin electroliza aluminei nu depǎseste puritatea de

99,5-99,85% Al, el contine o serie de impuritǎti metalice si nemetalice pentru eliminarea acestor impuritǎti se practicǎ rafinarea clorurantǎ si cea electroliticǎ.

Rafinarea clorurantǎ

Prin rafinarea cloruranta se urmǎreste indepǎrtarea Mg; Na; K si a incluziunilor nemetalice. Prin metalul topit se aplicǎ un curent de clor care indeplineste functii multiple: separǎ metalele respective sub formǎ de cloruri; degazeificǎ metalul dacǎ acesta e solubil; antreneazǎ suspensiile de aluminǎ cu ajutorul clorurii de aluminiu, care rezultǎ in stare gazoasǎ. Spre sfarsitul operatiei se introduce azot pentru a se rǎci metalul si se eliminǎ urmele de clor, care ar putea rǎmane in topiturǎ.

Materiale compozite pe bazǎ de aluminiu

Aluminiul si aliajele sale sunt utilizate si pentru obtinerea unor materiale compozite. Aceste materiale se pot obtine prin mai multe metode: solidificarea unidirectionalǎ a aliajelor eutectice bifazice cum ar fi Al-NiAl₃; CuAl₂-Al; Al-Co; Al-Be; includera unor fibre de bor; B₄C; Be; Grafit; Nb; Al₂O₃; Otel; SiO₂; SiC₂ intr-o matrice de aluminiu sau aliaje pe baza de aluminiu, la laminarea multistrat a aluminiului cu cadmiu si stamiu.

Extragerea aluminiului prin electroliza aluminei

Obtinerea aluminei.

(bauxite from mine - bauxita din mina

crusher = concasor

filter = filtru

rotary kiln = cuptor de uscat rotativ)

Alumina purǎ, este supusǎ electrolizei in mediu topit in vederea obtinerii aluminiului. Alumina dizolvatǎ in criolitǎ topitǎ este supusǎ actiunii unui curent electric continuu, la 940-960⁰C, fiind descompusǎ in aluminiu si oxigen- reactia generalǎ este :

Al₂O₃=2Al+3/2O₂

La catod se va depune aluminiul metalic, iar la anod se degajeazǎ O₂ care reactioneazǎ cu anodul. Principalele teorii ale electrolizei aluminiului sunt:

a) elecroliza florurii de sodiu cu urmǎtoarele reactii secundare

la anod: 6F+Al₂O₃→2AlF₃+3/2O₂

sau: 12F+3O+2Al₂O₃→3CO₂+4AlF₃

sau: 4F+C→CF₄

3CF₄+2Al₂O₃→3CO₂+4AlF₃

la catod: 3Na+2AlF₃→Al+AlF₃*3NaF

sau: 6Na+Al₂O₃→2Al+3Na₂O

3Na₂O+2AlF₃→2AlF₃→Al₂O₃+6NaF

b) electroliza fluorurii de aluminiu cu depozit primar de aluminiu la catod si reactia

fluorului asupra aluminei la anod

c) electroliza criolitei disociatǎ in ionii Na⁺ si AlF₆^3- si a aluminei partial disociatǎ in

ionii Al³⁺ si AlO₃^3-

d) electoliza sodei care existǎ in stare ionizatǎ ca urmare a reactiei:

Al₂O₃+6NaF→2AlF₃+6Na⁺+3O^2-

e) electoliza aluminatului de sodiu format dupǎ reactia:

2Al₂O₃+AlF_3*3NaF→2AlF₃+3/2Al₂O₄Na₂

Majoritatea acestor teorii admit formarea primara a CO₂ la anod.

(electrolysis cell = celula de electroliza

aluminium oxide = oxid de aluminiu

molten aluminium = aluminiu topit)

Cutiile(dozele) de aluminiu (CAN-uri)

Cutiile sunt alegerea ideala pentru ambalarea bauturilor, deoarece:

Sunt usor de manevrat si de transportat, sunt usor de deschis, nu se sparg, se racesc usor,
sunt usoare si eficiente din punct de vedere al volumului, protejeaza continutul de lumina si aer, sunt usor de reciclat, nu afecteaza mediul inconjurator, pastreaza continutul efervescent si proaspat 

Cutia se comporta asemanator unui mic panou publicitar. Are un design usor de modificat: modificarile privind forma, dimensiunea si culoarea se pot realiza imediat.
Dozele sunt compacte si, prin urmare, ofera cea mai buna eficienta volumetrica pentru bauturile carbogazoase. Un exemplu: pentru aceeasi cantitate de bautura ambalata in sticle este necesar un numar dublu de autocamioane decat in varianta de ambalare in cutii.

Cutiile pentru bauturi, din otel stanat sau aluminiu se numara printre ambalajele cele mai reciclate din lume. Dupa utilizare, cutiile sunt reciclate si transformate in produse metalice noi de inalta calitate sau chiar in alte cutii. Procesul de reciclare poate fi repetat de un numar nelimitat de ori, iar calitatea materialului ramane la acelasi nivel ridicat. De aceea, cutia pentru bauturi se dovedeste a fi un adevarat 'produs de reciclare' si cel mai eficient ambalaj in ceea ce priveste protectia mediului. 

Cutiile nu sunt numai cel mai usor de reciclat si cel mai usor ambalaj pentru bauturi carbogazoase si ambalajul cel mai usor de reciclat, dar reprezinta, de asemenea, singurul ambalaj care ofera protectie absoluta la lumina si oxigen - doi factori care influenteaza calitatea bauturii.

Cutia pentru bauturi a fost inventata in SUA, la inceputul anilor 1930. Dupa ce a trecut printr-o serie de teste riguroase, a fost lansata mai intai pe piata americana de Krueger Brewery din New Jersey. La sfarsitul primului an din istoria cutiei pentru bauturi, se vandusera deja 200 de milioane de cutii de bere.

In 1935, micuta companie independenta Felinfoel Brewery Co. din Llanelli, Tara Galilor, a devenit primul producator de bere european care a vandut cutii pentru bauturi in Europa. Datorita succesului impresionant, piata cutiilor a cunoscut o crestere spectaculoasa. La doar un an dupa intrarea pe piata europeana, 23 de companii producatoare de bere utilizau cutiile pentru a aduce pe piata 40 de marci diferite. "Stil de viata modern - cu bere la cutie", asa suna sloganul publicitar pentru prima cutie de bere din Germania.
Cu toate acestea, era inca nevoie de un dispozitiv pentru a deschide capacul plat si rotund. Portiunea de capac din aluminiu indepartabil, introdusa in 1964, a reprezentat un pas inainte important care a contribuit semnificativ la utilizarea practica a cutiilor.

In anii 1950 si 1960, cutia de bere era alcatuita din trei sectiuni: corpul sudat, un capac superior si unul inferior. Primele cutii alcatuite din doua elemente au fost lansate pe piata in 1974. In 1951, cutia cantarea inca 83 de grame, dar in 1974, greutatea a fost redusa la exact 38 de grame - astazi, o cutie cantarind doar 13,4 grame!

Potentialul de modernizare al cutiilor pentru bauturi nu a fost insa epuizat nici pe departe: pentru imbunatatirea continua a cutiei, se efectueaza astazi cercetari si dezvoltari importante.

Cutia activa pentru bauturi Cutia activa pentru bauturi poate comunica direct cu consumatorul. De exemplu, poate informa consumatorul despre temperatura bauturii sau reactioneaza la dorintele consumatorului cu privire la racire, incalzire sau formarea spumei. De asemenea, cutia activa pentru bauturi poate permite amestecarea diferitelor ingrediente la momentul consumului.

Cutia pentru bauturi cu pai Cutia are un capac special cu o deschizatura foarte mica, perfecta pentru un pai. Deoarece paiul ocupa perfect acest spatiu, sansele ca bautura sa se verse sunt foarte mici, chiar si in cazul in care cutia se rastoarna. Paiul asigura placerea de a bea in conditii practice, igienice, in special daca se bea in miscare, de exemplu in timpul calatoriilor. De asemenea, pentru copii, paiul este un accesoriu ideal. Bautura poate fi bauta direct din cutie, fara a trebui sa lasati capul pe spate.

Efecte optice inovatoare Pentru a face cutiile pentru bauturi mai rafinate si atragatoare, au fost dezvoltate tehnici noi pentru a crea design-uri noi. Lacurile si cernelurile isi pot modifica culorile si pot deterima schimbarea aspectului cutiei. Noile cerneluri fluorescente si tehnologiile de imprimare pot face cutia chiar sa straluceasca in discoteci.

Cutia termosensibila Una dintre cele mai noi inventii care fac utilizarea cutiilor de bauturi si mai practica este cutia termosensibila. Cerneala speciala termosensibila indica temperatura bauturii. Deindata ce bautura a atins temperatura optima, cerneala isi schimba culoarea - iar bautura dumneavoastra este gata pentru a fi bauta!

Cutii in relief si cu forme diferite Prelucrarea in relief ofera o combinatie de efecte vizuale si tactile prin crearea unor structuri pe anumite suprafete ale cutiei. Aceasta tehnica de fabricatie inovatoare confera cutiei un plus de atractivitate, punand in valoare designul si imprima un aspect "cvadri-dimensional".

Cutii SLEEKT O noutate absoluta este sistemul unic de ambalare ce permite umplerea cutiilor cu bauturi asemanatoare laptelui! Asa-numitele ambalaje "SLEEKT" ofera avantajele cutiei din aluminiu - prospetime garantata, conservare superioara a continutului carbogazos, termene de valabilitate mai mari, racire rapida, umplere si distributie imbunatatite precum si cel mai inalt grad de reciclare.

Cutiile pentru bauturi sunt fabricate din aluminiu sau din otel. Ambele materiale pot fi reciclate cu usurinta la nesfarsit in proportie de 100%; iata de ce cutiile sunt ambalajele cele mai reciclate din lume.
De-a lungul ultimilor 25 de ani, greutatea medie a unei cutii pentru bauturi de 33cl a fost redusa cu circa 30%. Ca urmare, cutia de 0,33l cantareste acum doar 13,8 grame, incluzand aici si capacul.

Cantitatea de cutii pentru bauturi reciclata efectiv depinde in mare masura de reglementarile si programele nationale, in Europa Occidentala ratele variind intre 25% si 90%,. In toate cazurile insa, valoarea deseurilor colectate acopera cea mai mare parte - daca nu in intregime - a costurilor legate de reciclare.
Rata medie oficiala de colectare a cutiilor pentru bauturi din aluminiu monitorizata in Europa Occidentala incepand din1991, a crescut mai mult de doua ori, de la 21% la 52% in 2005.

Reducerea in greutate in combinatie cu cresterea continua a ratei de reciclare a cutiilor face posibila utilizarea unei cantitati din ce in ce mai mici de materie prima virgina pentru fabricarea de cutii noi, economisind astfel energie si resurse primare.

Ambalajul uzat este la fel de usor de retopit ca si alte tipuri de deseuri metalice. De aceea, industria aluminiului sustinuta de producatorii de cutii depune eforturi considerabile pentru a optimiza si mai mult sortarea fractiunii importante de aluminiu rezultat din alte deseuri menajere. Sunt utilizate cele mai noi procese de sortare si tehnici de detectare-extragere pentru a extrage metalul cat mai eficient posibil din deseurile menajere.

Recuperarea aluminiului

Aluminiul se recupereaza din mai multe surse: produse de ambalare (packaging), CAN-uri pentru bauturi (drink cans)m transport si cladiri (transport and building), deseuri din lucrari(manufacturing waste) etc.

Exemplu de procente recuperate, in functie de sursa (Marea Britanie)

Evolutia recuperarii aluminiului din CAN-uri. (cans used = doze folosite, cans recycled = doze reciclate)

Actiuni intreprinse pentru imbunatatirea procentului de aluminiu reciclat

In decursul anilor s-au demarat nenumarate planuri de informare a publicului in privinta importantei aluminiului si a reciclarii acestuia.

Spre finele anului 1999 (septembrie) in Africa de Sud incepe un punerea in aplicare a unui proiect de diminuare a numarului de deseuri de aluminiu, proiect ce-si are radacini in 1997.

Printre actiunile initiate pentru o educatie in reciclarea aluminiului sunt prezente si jocurile ce doresc a-i invata si pe cei mici despre efectele negative ale unei utilizari inadecvate a resurselor, cum ar fi CAN run, un joc dezvoltat de catre wecan.ro.

Concluzii

Odata cu aderarea la Uniunea Europeana, Romania este nevoita sa ridice noi standarde in materie de ecologie, reciclarea aluminiului fiind o problema foarte importanta. Astfel CNMP (Centrul National de Management Programe), infiintat in 2004, sustine mai multe proiecte de acest gen, printre care si proiectul cu numarul 357 (finantat la CEEX) -  METODE DE PROCESARE A CENUSILOR REZIDUALE DIN INDUSTRIA ALUMINIULUI SECUNDAR CU SCOPUL PREVENIRII POLUARII MEDIULUI SI CONSERVARII RESURSELOR NATURALE. Intre timp au fost demarate mai multe proiecte de-acest gen, avand in vedere agravarea problemei in ultimul timp.

Bibliografie:

www.wecan.ro

https://www.greener-industry.org/

https://www.mechatherm.com

https://www.sistemul-periodic.go.ro/

https://www.world-aluminium.org/

https://www.environment.gov.za/

https://www.cnmp.ro/