Пассивация алюминия азотной кислотой

Рецепты из гаража

Некоторые детали автомобилей также изготавливаются из алюминия. Нередко они подвергаются окислению и требуют очистки. Автолюбители разработали эффективные способы, позволяющие очистить детали даже от сложных окислов:

На 2 столовые ложки соды берут литр воды. Изделие погружают в раствор, а затем кипятят. Процесс следует контролировать. Уже после 10 минут очищения появляется видимый эффект. Для придания идеальной чистоты алюминию может понадобиться несколько кипячений.

Убрать окисную пленку с алюминия можно с помощью буры. На 10 г вещества нужно несколько капель нашатырного спирта. Достаточно нанести раствор на поверхность алюминиевых деталей и дать ему высохнуть (примерно 30 минут). После этого деталь протирают сухой тряпкой.

Хорошо очищает алюминий едкий натр. Нужно приготовить раствор: на 1 литр воды берут 1-2 чайной ложки едкого натра. В полученную смесь кладут деталь – образуется бурная химическая реакция. Уже через пять минут на поверхности не будет и следа оксидной пленки. Далее остается только промыть водой обработанные детали.

Также обрабатывают детали из данного металла кока-колой. Очистка займет определенное время, но при этом напиток эффективно удалит ржавчину, окисление, грязь. Если должного эффекта не наступило, можно прокипятить деталь в кока-коле.

На видео: полироль для очистки алюминия.

Промышленное производство, применение и действие на организм

Перевозка азотной кислоты железнодорожным транспортом осуществляется в специализированных вагонах-цистернах

Азотная кислота является одним из самых крупнотоннажных продуктов химической промышленности.

Производство азотной кислоты

Современный способ её производства основан на каталитическом окислении синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (процесс Оствальда) до смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой

4NH3+5O2→Pt4NO+6H2O{\displaystyle {\mathsf {4NH_{3}+5O_{2}{\xrightarrow{Pt}}4NO+6H_{2}O}}}

2NO+O2→2NO2{\displaystyle {\mathsf {2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2}}}}

4NO2+O2+2H2O→4HNO3{\displaystyle {\mathsf {4NO_{2}+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow 4HNO_{3}}}}

Все три реакции — экзотермические, первая — необратимая, остальные — обратимые. Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %. Для получения концентрированной азотной кислоты либо смещают равновесие в третьей реакции путём повышения давления до 50 атмосфер, либо в разбавленную азотную кислоту добавляют серную кислоту и нагревают, при этом азотная кислота, в отличие от воды и серной кислоты, испаряется.

Впервые азотную кислоту получили алхимики, нагревая смесь селитры и железного купороса:

4KNO3+2FeSO4⋅7H2O→otFe2O3+2K2SO4+2HNO3↑+2NO2↑+6H2O{\displaystyle {\mathsf {4KNO_{3}+2FeSO_{4}\cdot 7H_{2}O{\xrightarrow{^{o}t}}Fe_{2}O_{3}+2K_{2}SO_{4}+2HNO_{3}\uparrow +2NO_{2}\uparrow +6H_{2}O}}}

Чистую азотную кислоту получил впервые Иоганн Рудольф Глаубер, действуя на селитру концентрированной серной кислотой:

KNO3+H2SO4→otKHSO4+HNO3↑{\displaystyle {\mathsf {KNO_{3}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow{^{o}t}}KHSO_{4}+HNO_{3}\uparrow }}}

Дальнейшей дистилляцией может быть получена т. н. «дымящая азотная кислота», практически не содержащая воды.

Применение

• в производстве минеральных удобрений;
• в военной промышленности (дымящая — в производстве взрывчатых веществ, как окислитель ракетного топлива, разбавленная — в синтезе различных веществ, в том числе отравляющих);
• крайне редко в фотографии — разбавленная — подкисление некоторых тонирующих растворов;
• в станковой графике — для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише);
• в производстве красителей и лекарств (нитроглицерин);
• в ювелирном деле — основной способ определения золота в золотом сплаве;
• в основном органическом синтезе (нитроалканы, анилин, нитроцеллюлоза, тротил)

Действие на организм

Азотная кислота ядовита. По степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности.
Её пары очень вредны: пары вызывают раздражение дыхательных путей, а сама кислота оставляет на коже долгозаживающие язвы. При действии на кожу возникает характерное жёлтое окрашивание кожи, обусловленное ксантопротеиновой реакцией. При нагреве или под действием света кислота разлагается с образованием высокотоксичного диоксида азота NO₂ (газа бурого цвета). ПДК для азотной кислоты в воздухе рабочей зоны по NO₂ 2 мг/м3. Рейтинг NFPA 704 для концентрированной азотной кислоты: опасность для здоровья: 4, огнеопасность: 0, нестабильность: 0, специальное: Ox

Общие рекомендации

Алюминий – мягкий металл, который требует бережного отношения во время эксплуатации и чистки. Чтобы почистить изделия от разного рода загрязнений и не повредить материал, следуйте простым рекомендациям:

1. Не используйте металлические скребки или щетки, жесткие мочалки или острые предметы. Данные инструменты повреждают поверхность, оставляют царапины и другие неэстетичные следы. После такой обработки посуды частички алюминия могут попадать в пищу, что негативно отразиться на вкусовых качествах блюда и его пользе.
2. Не проводите очистку изделий из алюминиевого сплава абразивными средствами (песком, порошком).
3. Кухонную утварь следует мыть только после остывания. Горячий металл при взаимодействии с водой деформируется, а вернуть его первоначальный вид самостоятельно практически невозможно.
4. Не применяйте для чистки агрессивные вещества – кислоты и щелочи. Они портят эстетический вид, а возникшая химическая реакция может привести к выделению токсинов или тяжелых металлов, опасных для здоровья.
5. Чтобы добиться желаемого эффекта, выбирайте метод очистки и чистящее средство с учетом типа и степени загрязнения.
6. Не мойте алюминиевую посуду в посудомойке. Перепады температур негативно действуют на металл, повышают риск деформации и коррозии.
7. Дабы изделие блестело, проводите полировку поверхности губкой, смоченной в растворе, приготовленном из буры и аммиака в соотношении 3:1.

Алюминиевые изделия требуют особого подхода к чистке и эксплуатации, чтобы избежать деформации, царапин и необратимой порчи

Виды травления

Травление металлов вообще и алюминия в частности бывает двух основных видов: химическое и гальваническое. Последним методом осуществляют как раз художественное.

При химическом: изделие кладется в емкость, в которую предварительно налит раствор соляной или серной кислоты. Таким же способом осуществляется травление алюминиевой заготовки щелочью, например едким натром.

А гальваническое (иначе — электролитическое или электрохимическое) происходит благодаря электрической батарее. Сам процесс осуществляется в специальной ванне, где есть анод и катод.

Далее будет рассмотрен каждый из способов травления алюминия более подробно. Также выясним, какой метод наиболее безопасный в домашних условиях.

Неорганические соединения

Алюминий не стоек к действию кислот. Исключение составляют концентрированные азотная и серная кислоты — их окислительные свойства настолько сильны, что при контакте с алюминием на его поверхности образуется прочный слой оксида алюминия, препятствующий дальнейшему разрушению металла (поэтому концентрированную азотную или серную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах). Разбавленная азотная или серная кислота — более слабый окислитель — энергично реагирует с алюминием.

В кислотах алюминий растворяется тем хуже, чем меньше содержит дополнительных примесей. Следует помнить, что анодное окисление не защищает от воздействия кислот, поскольку они разрушают слой Al₂O₃. Химическая активность кислот увеличивается с ростом температуры. Например, с возрастанием температуры на 10°С скорость коррозии удваивается. Увеличение концентрации кислоты, как правило, увеличивает скорость коррозии (концентрированные серная и азотная кислоты — исключение).

Соляная кислота вызывает сильную коррозию. Действие этой кислоты нельзя ослабить добавлением ингибиторов.

Фтороводородная кислота оказывает самое сильное влияние на алюминий. Даже непродолжительное взаимодействие разбавленной кислоты ведет к полному растворению алюминия.

Кислородсодержащие кислоты хлора (HClO₄, HClO₃, HClO) вызывают сильную коррозию алюминия.

Серная кислота вызывает равномерную коррозию алюминия, интенсивность которой зависит от концентрации. Разбавленная кислота средней концентрации при комнатной температуре отличается умеренной агрессивностью. Наиболее агрессивна кислота концентрации 80%. Некоторые вещества, входящие в состав алюминиевых сплавов, а также ионы, содержащиеся в воде (особенно фториды и хлориды), усиливают действие серной кислоты.

Сернистая кислота вызывает локальную коррозию алюминия.

Сера и халькогены (селен и теллур) на алюминий не действуют.

Фосфорная кислота разрушает алюминий умеренно или сильно (в зависимости от концентрации).

Мышьяк при комнатной температуре не действует на алюминий.

Мышьяковая кислота (H₃AsO₄) и окись мышьяка сильно разрушают алюминий, а мышьяковистая кислота (H₃AsO₃) без нагревания на него не влияет.

Азотистая кислота (HNO₂) при комнатной температуре не действует на алюминий.

Азотная кислота (HNO₃) воздействует на алюминий по-разному, в зависимости от концентрации. Разбавленные растворы интенсивно разрушают алюминий. В концентрированных растворах вследствие окислительных процессов поверхность алюминия пассивируется и коррозия замедляется. Наиболее сильную коррозию вызывает кислота концентрацией 10-60%. Действие азотной кислоты приводит к равномерной коррозии. С увеличением чистоты алюминия возрастает его стойкость к коррозии. Наличие в составе слава примесей меди, кремния, магния усиливает воздействие азотной кислоты.

Причины появления коррозии

Когда встает вопрос о том, ржавеет ли алюминий, необходимо задуматься о причинах, приводящих к коррозии. Различные внешние факторы могут ускорять этот процесс. Причины появления ржавчины на алюминии могут быть следующими:

Взаимодействие с какой-либо кислотой или щелочью.
Механическое давление. Например, трение или сильный удар, после чего появляется царапина на верхнем слое металла.
Существуют промышленные районы. В них продукты распада топлива влияют на оксидную пленку и разрушают ее. Металл начинает портиться. Аналогичная ситуация происходит в мегаполисах, где продукты распада топлива будут взаимодействовать с серой, а также с оксидами углерода. Подобный процесс разрушает пленку на алюминии. После такого рода внешнего воздействия алюминий подвергается коррозии.
Следует помнить, что хлор, фтор, а также бром и натрий могут растворить защитный слой металла.
Если на металл попадают строительные смеси, то он начинает быстро портиться. В данном случае на алюминий неблагоприятно воздействует цемент.
Ржавеет ли алюминий от воды? Если она попадает на лист, то металл может быть подвержен коррозионным процессам. Важно при этом уточнить, какая жидкость оказывает воздействие. Многие используют специальный сплав, который не подвержен коррозии от воды. Его называют дюралюминием. Уникальный сплав используют вместе с медью, а также с марганцем.

Как вода воздействует на описываемый металл?

Коррозия алюминия в воде может наступить от повреждения верхнего слоя и защитной пленки. Высокая температура жидкости способствует скорейшему разрушению металла. Если алюминий поместить в пресную воду, то коррозионные процессы практически не будут наблюдаться. Если повысить температуру воды, то изменений можно не заметить. Когда жидкость нагревается до температуры 80 градусов и выше, то металл начинает портиться.

Скорость коррозии алюминия увеличивается, если в воду попадает щелочь. Описываемый металл обладает повышенной чувствительностью к соли. Именно поэтому морская вода для него губительна. Чтобы использовать этот металл в морской воде, необходимо в жидкость добавлять магний или кремний. Если использовать лист алюминия, в составе которого есть медь, то коррозия сплава будет протекать гораздо быстрее, чем у чистого вещества.

Особенности материала

Алюминием называют металл, поверхность которого окрашена в серебристый цвет с легким белым оттенком. Этот материал имеет определенные особенности, с которыми следует заранее ознакомиться. К ним относят следующее:

• Высокий уровень плотности. Изделия, сделанные из такого металла, очень прочные и не подвергаются механическим повреждениям.
• Хорошая теплопроводность. Этот показатель почти такой же, как у серебра, золота или меди.
• Защищенность от коррозийного налета. Алюминиевые конструкции никогда не ржавеют, однако вместо ржавчины на их поверхности может появиться окись.

Суть и описание процесса пассивации металла

При пассивировании поверхности металлических изделий обрабатывают растворами химических соединений, обладающих окислительными свойствами. В этой роли чаще всего выступают кислоты, нитриты и растворы солей хрома (реже — молибдена). Нанесение раствора на поверхность металлических заготовок производится методом погружения или вручную, с помощью специального оборудования. Применяемые при пассивировании растворы обычно состоят из основного реагента и нескольких добавок, ускоряющих и стабилизирующих процесс пассивации.

В общем виде процесс пассивирования состоит из следующих этапов:

1. Механическая очистка поверхностей изделия.
2. Химическое обезжиривание в растворе едкого натра и кальцинированной соды.
3. Промывка в проточной горячей, а затем холодной воде.
4. Пассивирование в течение заданного времени.
5. Нейтрализация в растворе кальцинированной соды.
6. Промывка путем многократного погружения в проточную холодную воду.
7. Сушка в сушильном шкафу или обдувом теплого воздуха.
8. Контроль качества поверхности после пассивирования производится визуальным или инструментальным способом. При неудовлетворительном результате процесс пассивирования повторяется, начиная с п. 1.

В приведенном примере описан технологический процесс пассивации с использованием стационарного производственного оборудования. Для пассивирования поверхностей изделий на месте их установки применяют ручные приводные инструменты и приспособления (см. фото ниже).

Свойства пассивированного металла и его применение

После пассивации на поверхности металла образуется устойчивый к коррозии слой, который в случае применения хроматов к тому же имеет повышенную механическую прочность. Некоторые металлы и сплавы склонны к естественной пассивации. Это особенно характерно для алюминия и нержавеющей стали с присутствием хрома. Но в случае нарушения структуры и химического состава поверхностного слоя они также могут подвергаться коррозии. При пассивировании нержавеющей стали для создания стойкой поверхностной защиты используется ее собственный хром, который, соединяясь с кислородом, образует плотную оксидную пленку. Все изделия из нержавеющей стали, работающие в агрессивных средах, заранее подвергаются пассивации, что помогает избежать (или отсрочить) их коррозию.

Пассивация железа и его сплавов в виде конструкционных и специальных сталей обычно проводится по покрытию из никеля, цинка или кадмия с использованием солей хрома. Такое пассивирование укрепляет поверхностный слой и позволяет эксплуатировать стальные изделия в течение длительного периода без опасности коррозии, а в случае ее проявления обрабатывать только пораженные участки. Пассивирование меди и ее сплавов (бронзы и латуни) выполняется как в защитных, так и в декоративных целях с применением хроматных растворов. В этом случае на поверхности медного изделия образуется тонкая прозрачная пленка, предохраняющая металл от окисления и сохраняющая его товарный вид.

Типичные заблуждения и ошибки, возникающие при решении задач на смеси.

1. Попытка записать оба вещества в одну реакцию.
   Получается примерно так:
   «Смесь оксидов кальция и бария растворили в соляной кислоте…»
   Уравнение реакции составляется так:СаО + ВаО + 4HCl = СаCl₂ + BaCl₂ + 2H₂O.
   Это ошибка, ведь в этой смеси могут быть любые количества каждого оксида.
   А в приведенном уравнении предполагается, что их равное количество.
2. Предположение, что их мольное соотношение соответствует коэффициентам в уравнениях реакций.
   Например:Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂
   Количество цинка принимается за х, а количество алюминия — за 2х (в соответствии с коэффициентом в уравнении реакции). Это тоже неверно. Эти количества могут быть любыми и они никак между собой не связаны.
3. Попытки найти «количество вещества смеси», поделив её массу на сумму молярных масс компонентов.
   Это действие вообще никакого смысла не имеет. Каждая молярная масса может относиться только к отдельному веществу.

Часто в таких задачах используется реакция металлов с кислотами. Для решения таких задач надо точно знать, какие металлы с какими кислотами взаимодействуют, а какие — нет.

Коррозия алюминия

Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.

Для реакции Al 3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.

Температура плавления алюминия – 660 °C.

Плотность алюминия – 2,6989 г/см 3 (при нормальных условиях).

Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!

Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.

Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.

При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:

2Al + N₂ → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;

4Al + 3С → Al₄С₃ – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;

2Al + 3S → Al₂S₃ – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.

Сплавы Mg-Al

Такие материалы широко используются в строительстве, пищевой и химической промышленности. Также их очень часто применяют в машиностроении. Считается, что неплохо подобные материалы подходят и для возведения сооружений, подвергающихся воздействию морской воды.

В том случае, если магния в состав сплава входит не более 3%, антикоррозийные свойства он будет иметь практически такие же, как и технический алюминий. Магний в таком сплаве находится в твердом растворе и в виде частиц Al8Mg5, равномерно распределенных по всей матрице.

Если этого металла в сплаве содержится больше 3%, частицы Al8Mg5 начинают выпадать по большей мере не внутри зерен, а по их границам. А это, в свою очередь, крайне негативно сказывается на антикоррозийных свойствах материала. То есть изделие становится гораздо менее устойчивым к ржавлению.