Opišite kemijski element aluminij. Kemijska i fizikalna svojstva aluminija

Vrsta lekcije. Kombinirano.

Zadaci:

Obrazovni:

1. Na primjeru aluminija obnoviti znanja učenika o građi atoma, fizičkom značenju rednog broja, broja skupine, broja razdoblja.

2. Formirati kod učenika spoznaju da aluminij u slobodnom stanju ima posebna, karakteristična fizikalna i kemijska svojstva.

Obrazovni:

1. Potaknuti interes za proučavanje znanosti davanjem kratkih povijesnih i znanstvenih izvješća o prošlosti, sadašnjosti i budućnosti aluminija.

2. Nastaviti razvijati istraživačke sposobnosti učenika pri radu s literaturom i izvođenju laboratorijskih radova.

3. Proširiti pojam amfoternosti otkrivajući elektronsku strukturu aluminija i kemijska svojstva njegovih spojeva.

Obrazovni:

1. Potičite poštovanje prema okolišu pružanjem informacija o mogućim upotrebama aluminija jučer, danas, sutra.

2. Razvijati sposobnost timskog rada kod svakog studenta, uvažavati mišljenja cijele skupine i korektno braniti svoje prilikom izvođenja laboratorijskih radova.

3. Upoznati studente sa znanstvenom etikom, poštenjem i poštenjem prirodoslovaca prošlosti, dajući im informacije o borbi za pravo biti pronalazač aluminija.

PONAVLJANJE PREĐENOG GRADIVA na temama alkalije i zemnoalkaliji M (PONAVLJANJE):

Koliki je broj elektrona u vanjskoj energetskoj razini alkalije i zemlje alkalije M?

Koji proizvodi nastaju kada natrij ili kalij reagiraju s kisikom? (peroksid), može li litij proizvesti peroksid u reakciji s kisikom? (ne, reakcija proizvodi litijev oksid.)

Kako se dobivaju natrijevi i kalijevi oksidi? (kalciniranjem peroksida s odgovarajućim Me, Pr: 2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O).

Pokazuju li alkalijski i zemnoalkalijski metali negativna oksidacijska stanja? (ne, nemaju, jer su jaki redukcijski agensi.).

Kako se mijenja radijus atoma u glavnim podskupinama (odozgo prema dolje) periodnog sustava? (povećava se), s čime je to povezano? (s povećanjem broja energetskih razina).

Koje su od skupina metala koje smo proučavali lakše od vode? (za alkalne).

Pod kojim uvjetima dolazi do stvaranja hidrida u zemnoalkalijskim metalima? (na visokim temperaturama).

Koja tvar, kalcij ili magnezij, aktivnije reagira s vodom? (kalcij aktivnije reagira. Magnezij aktivno reagira s vodom tek kada se zagrije na 100 0 C).

Kako se mijenja topljivost hidroksida zemnoalkalijskih metala u vodi u nizu od kalcija do barija? (povećava se topljivost u vodi).

Recite nam o značajkama skladištenja alkalnih i zemnoalkalijskih metala, zašto se pohranjuju na ovaj način? (budući da su ovi metali vrlo reaktivni, skladište se u spremnicima pod slojem kerozina).

KONTROLNI RAD na temama alkalni i zemnoalkalijski M:

SAŽETAK LEKCIJE (NOVI NAUČENI MATERIJAL):

Učitelj, nastavnik, profesor: Pozdrav ljudi, danas prelazimo na proučavanje podskupine IIIA. Navedite elemente koji se nalaze u podskupini IIIA?

Pripravnici: Uključuje elemente kao što su bor, aluminij, galij, indij i talij.

Učitelj, nastavnik, profesor: Koliki broj elektrona sadrže na vanjskoj energetskoj razini, oksidacijsko stanje?

Pripravnici: Tri elektrona, oksidacijsko stanje +3, iako talij ima stabilnije oksidacijsko stanje +1.

Učitelj, nastavnik, profesor: Metalna svojstva elemenata podskupine bora mnogo su manje izražena nego kod elemenata podskupine berilija. Bor nije M. Naknadno, unutar podskupine, s povećanjem naboja jezgre M, svojstva se pojačavaju. Al– već M, ali nije tipično. Njegov hidroksid ima amfoterna svojstva.

Od M glavne podskupine III grupe najveću važnost ima aluminij, čija ćemo svojstva detaljno proučiti. Zanimljiv nam je jer je prijelazni element.

DEFINICIJA

Aluminij nalazi se u trećoj periodi, skupini III glavne (A) podskupine periodnog sustava. Ovo je prvi p-element 3. perioda.

Metal. Oznaka - Al. Serijski broj - 13. Relativna atomska masa - 26.981 amu.

Elektronska struktura atoma aluminija

Atom aluminija sastoji se od pozitivno nabijene jezgre (+13), unutar koje se nalazi 13 protona i 14 neutrona. Jezgra je okružena s tri ljuske, kroz koje se kreće 13 elektrona.

Riža. 1. Shematski prikaz strukture atoma aluminija.

Raspodjela elektrona među orbitalama je sljedeća:

13Al) 2) 8) 3 ;

1s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 1 .

Vanjska energetska razina aluminija sadrži tri elektrona, svi elektroni 3. podrazine. Energetski dijagram ima sljedeći oblik:

Pobuđeno stanje je teoretski moguće za atom aluminija zbog prisutnosti praznog 3 d-orbitale. Međutim, uparivanje elektrona 3 s-podrazina se zapravo ne pojavljuje.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Kemijski element III skupine periodnog sustava Mendeljejeva.

latinski naziv- Aluminij.

Oznaka- Al.

Atomski broj — 13.

Atomska masa — 26,98154.

Gustoća- 2,6989 g/cm3.

Temperatura topljenja- 660 °S.

Jednostavan, lagan, paramagnetski metal svijetlo sive ili srebrnasto bijele boje. Ima visoku toplinsku i električnu vodljivost te je otporan na koroziju. Rasprostranjenost u zemljinoj kori - 8,8 % po masi - najčešći je metal i treći najčešći kemijski element.

Koristi se kao konstrukcijski materijal u gradnji zgrada, zrakoplovnoj i brodogradnji, za izradu vodljivih proizvoda u elektrotehnici, kemijskoj opremi, robi široke potrošnje, proizvodnji drugih metala aluminotermijom, kao komponenta krutog raketnog goriva, pirotehnike. kompozicije i slično.

Metalni aluminij prvi je proizveo danski fizičar Hans Christian Oersted.

U prirodi se nalazi isključivo u obliku spojeva, jer ima visoku kemijsku aktivnost. Stvara jaku kemijsku vezu s kisikom. Zbog njegove reaktivnosti vrlo je teško dobiti metal iz rude. Trenutno se koristi Hall-Heroultova metoda koja zahtijeva velike količine električne energije.

Aluminij tvori legure s gotovo svim metalima. Najpoznatiji su duraluminij (legura bakra i magnezija) i silumin (legura silicija). U normalnim uvjetima aluminij je prekriven postojanim oksidnim filmom, tako da ne reagira s klasičnim oksidansima vodom (H 2 O), kisikom (O 2) i dušičnom kiselinom (HNO 3). Zahvaljujući tome, praktički nije podložan koroziji, što je osiguralo njegovu potražnju u industriji.

Ime dolazi od latinske riječi "alumen", što znači "stipsa".

Primjena aluminija u medicini

Tradicionalna medicina

Uloga aluminija u tijelu nije u potpunosti shvaćena. Poznato je da njegova prisutnost potiče rast koštanog tkiva, razvoj epitela i vezivnog tkiva. Pod njegovim utjecajem povećava se aktivnost probavnih enzima. Aluminij je povezan s procesima obnove i regeneracije tijela.

Aluminij se smatra toksičnim elementom za ljudski imunitet, ali je ipak dio stanica. U ovom slučaju ima oblik pozitivno nabijenih iona (Al3+), koji utječu na paratireoidne žlijezde. Različite vrste stanica sadrže različite količine aluminija, no poznato je da ga stanice jetre, mozga i kostiju akumuliraju brže od ostalih.

Lijekovi koji sadrže aluminij imaju analgetsko i omotajuće djelovanje, antacidno i adsorbirajuće djelovanje. Potonje znači da u interakciji s klorovodičnom kiselinom lijekovi mogu smanjiti kiselost želučanog soka. Aluminij je također propisan za vanjsku upotrebu: u liječenju rana, trofičnih ulkusa, akutnog konjunktivitisa.

Toksičnost aluminija očituje se u njegovoj zamjeni magnezija u aktivnim centrima niza enzima. Njegov konkurentski odnos s fosforom, kalcijem i željezom također igra važnu ulogu.

Uz nedostatak aluminija, opaža se slabost u udovima. Ali takva pojava je gotovo nemoguća u suvremenom svijetu, budući da metal dolazi s vodom, hranom i preko zagađenog zraka.

S prekomjernim sadržajem aluminija u tijelu počinju promjene na plućima, grčevi, anemija, dezorijentacija u prostoru, apatija, gubitak pamćenja.

Ayurveda

Aluminij se smatra otrovnim i ne smije se koristiti za liječenje. Isto tako, ne biste trebali koristiti aluminijske posude za pripremu dekokata ili čuvanje bilja.

Upotreba aluminija u magiji

Zbog poteškoća u dobivanju čistog elementa, metal se koristio u magiji zajedno s njim, a od njega se izrađivao nakit. Kada je proizvodni proces postao jednostavniji, moda za aluminijske zanate odmah je prošla.

Zaštitna magija

Koristi se samo aluminijska folija koja ima svojstva zaštite protoka energije, sprječavajući njihovo širenje. Stoga se u njega u pravilu omotavaju predmeti koji oko sebe mogu širiti negativnu energiju. Vrlo često su sumnjivi čarobni darovi zamotani u foliju - štapići, maske, bodeži, posebno oni doneseni iz Afrike ili Egipta.

Isto čine i s podmetnutim nepoznatim predmetima pronađenim u dvorištu ili ispod vrata. Umjesto da ga podižete rukama ili kroz krpu, bolje ga je pokriti folijom bez dodirivanja samog predmeta.

Ponekad se folija koristi kao zaštitni zaslon za amulete i talismane koji trenutno nisu potrebni, ali bi mogli biti potrebni u budućnosti.

Aluminij u astrologiji

Horoskopski znak: Jarac.

Aluminij prvi je u svom čistom obliku izolirao Friedrich Wöhler. Njemački kemičar zagrijao je bezvodni klorid elementa s metalnim kalijem. To se dogodilo u 2. polovici 19. stoljeća. Sve do 20. stoljeća kg aluminija koštati više.

Samo su bogati i oni u državnom vlasništvu mogli priuštiti novi metal. Razlog visoke cijene je teškoća odvajanja aluminija od drugih tvari. Charles Hall je predložio metodu za ekstrakciju elementa u industrijskim razmjerima.

Godine 1886. otopio je oksid u rastaljenom kriolitu. Nijemac je smjesu zatvorio u granitnu posudu i na nju spojio električnu struju. Pločice od čistog metala taložile su se na dnu posude.

Kemijska i fizikalna svojstva aluminija

Kakav aluminij? Srebrnasto bijela, sjajna. Stoga je Friedrich Wöhler usporedio dobivene metalne granule s. Ali postojalo je upozorenje: aluminij je puno lakši.

Plastičnost je bliska dragocjenoj i. Aluminij je tvar, lako se izvlače u tanku žicu i listove. Sjetite se samo folije. Izrađen je na bazi 13. elementa.

Aluminij je lagan zbog male gustoće. To je tri puta manje od željeza. U isto vrijeme, 13. element je gotovo jednako jak kao i on.

Ova kombinacija je učinila srebrni metal nezamjenjivim u industriji, na primjer, u proizvodnji autodijelova. Govorimo i o zanatskoj proizvodnji jer zavarivanje aluminija moguće čak i kod kuće.

Aluminijska formula omogućuje aktivno reflektiranje svjetlosti, ali i toplinskih zraka. Električna vodljivost elementa je također visoka. Glavna stvar je ne zagrijavati ga previše. Topiti će se na 660 stupnjeva. Ako temperatura malo poraste, izgorjet će.

Samo će metal nestati aluminijev oksid. Također nastaje u standardnim uvjetima, ali samo u obliku površinskog filma. Štiti metal. Stoga se dobro odupire koroziji, jer je pristup kisiku blokiran.

Oksidni film također štiti metal od vode. Ako uklonite plak s površine aluminija, započet će reakcija s H 2 O. Do oslobađanja plinova vodika doći će čak i na sobnoj temperaturi. Tako, aluminijski čamac ne pretvara se u dim samo zahvaljujući oksidnom filmu i zaštitnoj boji nanesenoj na trup broda.

Najaktivniji interakcija aluminija s nemetalima. Reakcije s bromom i klorom odvijaju se i pod normalnim uvjetima. Kao rezultat toga, oni se formiraju soli aluminija. Vodikove soli dobivaju se spajanjem 13. elementa s kiselim otopinama. Reakcija će se također odvijati s alkalijama, ali tek nakon uklanjanja oksidnog filma. Čisti vodik će se osloboditi.

Primjena aluminija

Metal se prska na ogledala. Visoke vrijednosti refleksije svjetlosti dobro dolaze. Proces se odvija u uvjetima vakuuma. Izrađuju ne samo standardna ogledala, već i predmete sa zrcalnim površinama. To uključuje: keramičke pločice, kućanske aparate, svjetiljke.

Duet aluminij-bakar– baza je duraluminij. Jednostavno se zove duraluminij. Dodajte kao kvalitetu. Sastav je 7 puta jači od čistog aluminija, stoga je pogodan za strojarstvo i konstrukciju zrakoplova.

Bakar daje 13. elementu snagu, ali ne i težinu. Dural ostaje 3 puta lakši od željeza. Mali masa aluminija– garancija lakoće automobila, aviona, brodova. To pojednostavljuje transport i rad te smanjuje cijenu proizvoda.

Kupite aluminij proizvođači automobila također su zainteresirani jer se njegove legure lako mogu premazati zaštitnim i dekorativnim spojevima. Boja se nanosi brže i ravnomjernije nego na čelik i plastiku.

U isto vrijeme, legure su savitljive i lake za obradu. Ovo je vrijedno, s obzirom na masu zavoja i prijelaza dizajna na modernim modelima automobila.

13. element ne samo da se lako boji, već i sam može djelovati kao boja. Kupljen u tekstilnoj industriji aluminijev sulfat. Također je koristan u tiskarstvu, gdje su potrebni netopivi pigmenti.

Pitam se što riješenje sulfat aluminij Koriste se i za pročišćavanje vode. U prisutnosti "agensa", štetne nečistoće se talože i neutraliziraju.

Neutralizira 13. element i kiseline. Posebno dobar u ovoj ulozi aluminijev hidroksid. Cijenjen je u farmakologiji i medicini, dodajući ga lijekovima protiv žgaravice.

Hidroksid se također propisuje za čireve i upalne procese probavnog trakta. Dakle, lijek je dostupan iu ljekarnama aluminij. Kiselina u želucu - razlog da saznate više o takvim lijekovima.

U SSSR-u je također kovana bronca s 11% dodatkom aluminija. Apoeni znakova su 1, 2 i 5 kopejki. Počeli su ga proizvoditi 1926., a završili 1957. godine. Ali proizvodnja aluminijskih limenki za konzerviranu hranu nije prestala.

U ambalažu na bazi 13. elementa i dalje se pakiraju pirjani, saurija i drugi turistički doručci. Takve staklenke ne reagiraju s hranom, a istovremeno su lagane i jeftine.

Aluminijski prah je dio mnogih eksplozivnih smjesa, uključujući i pirotehniku. Industrija koristi mehanizme za miniranje na bazi trinitrotoluena i drobljenog elementa 13. Snažan eksploziv dobiva se i dodavanjem amonijevog nitrata aluminiju.

U naftnoj industriji to je potrebno aluminijev klorid. Ima ulogu katalizatora u razgradnji organske tvari na frakcije. Nafta ima svojstvo otpuštanja plinovitih, lakih ugljikovodika tipa benzina, u interakciji s kloridom 13. metala. Reagens mora biti bezvodan. Nakon dodavanja klorida, smjesa se zagrijava na 280 stupnjeva Celzijusa.

U građevinarstvu često miješam natrij I aluminij. Ispada da je to dodatak betonu. Natrijev aluminat ubrzava njegovo stvrdnjavanje ubrzavanjem hidratacije.

Povećava se brzina mikrokristalizacije, što znači povećanje čvrstoće i tvrdoće betona. Osim toga, natrijev aluminat štiti armaturu postavljenu u otopinu od korozije.

Rudarstvo aluminija

Metal zatvara prva tri najčešća na zemlji. To objašnjava njegovu dostupnost i široku upotrebu. Međutim, priroda ne daje element ljudima u čistom obliku. Aluminij se mora odvojiti od raznih spojeva. 13. element je najzastupljeniji u boksitu. To su stijene poput gline, koncentrirane uglavnom u tropskoj zoni.

Boksit se drobi, zatim suši, ponovno drobi i melje u prisutnosti malog volumena vode. Ispada gusta masa. Zagrijava se parom. Istovremeno, većina, od kojih boksit također nije siromašan, ispari. Ono što ostaje je oksid 13. metala.

Postavlja se u industrijske kupke. Već sadrže rastopljeni kriolit. Temperatura se održava na oko 950 stupnjeva Celzijusa. Također je potrebna električna struja od najmanje 400 kA. Odnosno, koristi se elektroliza, baš kao i prije 200 godina, kada je element izolirao Charles Hall.

Prolazeći kroz vruću otopinu, struja razbija veze između metala i kisika. Kao rezultat toga, dno kupke ostaje čisto aluminij. Reakcije završio. Proces se dovršava lijevanjem iz sedimenta i slanjem do potrošača ili korištenjem za stvaranje raznih legura.

Glavna proizvodnja aluminija nalazi se na istom mjestu kao i nalazišta boksita. U prvim redovima - Gvineja. U njegovim dubinama skriveno je gotovo 8.000.000 tona 13. elementa. Australija je na 2. mjestu s pokazateljem od 6 000 000. U Brazilu je aluminija već 2 puta manje. Globalne rezerve procjenjuju se na 29 000 000 tona.

Cijena aluminija

Za tonu aluminija traže gotovo 1500 dolara. Ovo su podaci s burzi obojenih metala na dan 20. siječnja 2016. godine. Troškove određuju uglavnom industrijalci. Točnije, na cijenu aluminija utječe njihova potražnja za sirovinama. To također utječe na zahtjeve dobavljača i cijenu električne energije, jer je proizvodnja 13. elementa energetski intenzivna.

Za aluminij su određene različite cijene. Odlazi u talionicu. Cijena se objavljuje po kilogramu, a bitna je i vrsta materijala koji se isporučuje.

Dakle, za električni metal daju oko 70 rubalja. Za prehrambeni aluminij možete dobiti 5-10 rubalja manje. Jednako plaćaju i motorni metal. Ako iznajmljujete mješovitu sortu, cijena joj je 50-55 rubalja po kilogramu.

Najjeftinija vrsta otpada su aluminijske strugotine. Možete dobiti samo 15-20 rubalja za to. Za 13. element će dati malo više. Ovo se odnosi na posude za piće i konzerviranu hranu.

Aluminijski radijatori također nisu visoko cijenjeni. Cijena po kilogramu otpada je oko 30 rubalja. Ovo su prosjeci. U različitim regijama i na različitim točkama, aluminij je prihvaćen skuplji ili jeftiniji. Često trošak materijala ovisi o isporučenim količinama.

Karakteristike aluminija

industrija kvalitete metala aluminija

Aluminij je najčešći metal u zemljinoj kori. Njegov sadržaj se procjenjuje na 7,45% (više od željeza, koje iznosi samo 4,2%). Aluminij kao element otkriven je nedavno, 1825. godine, kada su dobiveni prvi mali komadići ovog metala. Početak njenog industrijskog razvoja seže u kraj prošlog stoljeća. Poticaj za to bio je razvoj metode za njegovu proizvodnju elektrolizom glinice otopljene u kriolitu 1886. godine. Načelo metode je temelj moderne industrijske ekstrakcije aluminija iz glinice u svim zemljama svijeta.

Aluminij je izgledom sjajan srebrno bijeli metal. Na zraku brzo oksidira, prekrivajući se tankim bijelim mat filmom AlO. Ova folija ima visoka zaštitna svojstva, stoga je aluminij, prekriven takvim filmom, otporan na koroziju.

Aluminij se prilično lako uništava otopinama kaustičnih lužina, klorovodične i sumporne kiseline. Vrlo je otporan na koncentriranu dušičnu kiselinu i organske kiseline.

Najkarakterističnija fizikalna svojstva aluminija su njegova niska relativna gustoća, jednaka 2,7, kao i relativno visoka toplinska i električna vodljivost. Na 0C, električna vodljivost aluminija, t.j. električna vodljivost aluminijske žice presjeka 1 mm i duljine 1 m iznosi 37 1 ohma.

Otpornost na koroziju, a posebno električna vodljivost aluminija veća je, što je čišći, to sadrži manje nečistoća.

Talište aluminija je nisko, oko 660C. Međutim, njegova latentna toplina taljenja je vrlo velika - oko 100 cal g, stoga je za taljenje aluminija potreban veći utrošak topline nego za taljenje iste količine, na primjer, vatrostalnog bakra, koji ima talište od 1083 C, latentna toplina taljenja od 43 cal g.

Mehanička svojstva aluminija karakterizira visoka duktilnost i niska čvrstoća. Valjani i žareni aluminij ima = 10 kg mm, a tvrdoća HB25, = 80% i = 35%.

Kristalna rešetka aluminija je kocka s licem u središtu, koja pri 20 C ima parametar (veličinu stranice) 4,04. Aluminij ne prolazi kroz alotropske transformacije.

U prirodi se aluminij nalazi u obliku aluminijevih ruda: boksit, nefelin, alunit i kaolin. Najvažnija ruda na kojoj se temelji veliki dio svjetske industrije aluminija je boksit.

Proizvodnja aluminija iz ruda sastoji se od dvije uzastopne faze - prvo se proizvodi glinica (AlO), a zatim se iz nje dobiva aluminij.

Trenutno poznate metode za proizvodnju glinice mogu se podijeliti u tri skupine: alkalne, kisele i elektrotermalne. Najviše se koriste alkalne metode.

U nekim varijantama alkalnih metoda, boksit, dehidriran na 1000 C, drobi se u kuglastim mlinovima, miješa u određenim omjerima s kredom i sodom i sinterira kako bi se reakcijom dobio čvrsti natrijev aluminat topiv u vodi.

Al O + Na CO = Al O Na O + CO

Sinterirana masa se usitnjava i ispira vodom, a natrijev aluminat prelazi u otopinu.

U drugim varijantama alkalne metode, glinica sadržana u boksitu se veže u natrijev aluminat izravnom obradom rude s alkalijama. Ovo odmah proizvodi otopinu aluminata u vodi.

U oba slučaja, stvaranje vodene otopine natrijevog aluminata dovodi do njegovog odvajanja od netopljivih komponenti rude, a to su uglavnom oksidi i hidroksidi silicija, željeza i titana. Odvajanje otopine od netopljivog sedimenta, zvanog crveni mulj, provodi se u taložnicima.

U dobivenu otopinu dodaje se vapno pri 125 C i tlaku od 5 sati ujutro, što dovodi do desilikonizacije - taloži se CaSiO, stvarajući bijeli mulj. Otopina, očišćena od silicija, nakon odvajanja od bijelog mulja, tretira se ugljičnim dioksidom na 60-80 C, pri čemu se taloži kristalni hidrat aluminijevog oksida:

AlONaO + 3H2O + CO = 2Al(OH) + NaCO.

Oprano je, osušeno i kalcinirano. Kalcinacija dovodi do stvaranja glinice:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

Opisana metoda osigurava prilično potpunu ekstrakciju glinice iz boksita - oko 80%.

Proizvodnja metalnog aluminija iz glinice uključuje njegovu elektrolitičku razgradnju na sastavne dijelove - aluminij i kisik. Elektrolit u ovom procesu je otopina glinice u kriolitu (AlF 3NaF). Kriolit, koji ima sposobnost otapanja glinice, istovremeno smanjuje svoju talište. Glinica se tali na temperaturi od oko 2000 C, a talište otopine koja se sastoji npr. od 85% kriolita i 15% glinice je 935 C.

Shema elektrolize aluminijevog oksida je prilično jednostavna, ali tehnološki je ovaj proces složen i zahtijeva velike količine električne energije.

Dno kupelji s dobrom toplinskom izolacijom 1 i karbonskim pakiranjem 2 sadrži katodne sabirnice 3, spojene na negativni pol izvora električne struje. Elektrode 5 pričvršćene su na anodni sabirnik 4. Prije početka elektrolize na dno kupelji se izlije tanak sloj koksa, elektrode se spuste dok ne dođu u dodir s njim i uključi se struja. Kada se ugljična ambalaža zagrijava, postupno se uvodi kriolit. Kada je debljina sloja rastaljenog kriolita 200-300 mm, glinica se puni u količini od 15% količine kriolita. Proces se odvija na 950-1000 C.

Pod utjecajem električne struje glinica razgrađuje aluminij i kisik. Tekući aluminij 6 nakuplja se na ugljičnom dnu (dno ugljene kupelji), koje je katoda, a kisik se spaja s ugljikom na anodama, postupno ih izgarajući. Kriolit se neznatno troši. Povremeno se dodaje glinica, elektrode se postupno spuštaju kako bi se nadoknadio spaljeni dio, a akumulirani tekući aluminij ispušta se u lonac 8 u određenim intervalima.

Tijekom elektrolize za 1 tonu aluminija potroši se oko 2 tone glinice, 0,6 tona ugljičnih elektroda koje služe kao anode, 0,1 tona kriolita i od 17 000 do 18 000 kWh električne energije.

Sirovi aluminij dobiven elektrolizom glinice sadrži metalne nečistoće (željezo, silicij, titan i natrij), otopljene plinove, od kojih je glavni vodik, i nemetalne inkluzije, koje su čestice glinice, ugljena i kriolita. U ovakvom stanju je neprikladno za upotrebu, jer ima niska svojstva, pa se mora rafinirati. Nemetalne i plinovite nečistoće uklanjaju se taljenjem i propuhivanjem metala klorom. Metalne nečistoće mogu se ukloniti samo složenim elektrolitičkim metodama.

Nakon rafiniranja dobivaju se komercijalne kvalitete aluminija.

Čistoća aluminija je odlučujući pokazatelj koji utječe na sva njegova svojstva, stoga je kemijski sastav osnova za klasifikaciju aluminija.

Neizbježne nečistoće koje nastaju pri proizvodnji aluminija su željezo i silicij. I jedno i drugo u aluminiju je štetno. Željezo se ne otapa u aluminiju, već s njim stvara krte kemijske spojeve FeAl i Fe2Al. Aluminij tvori eutektičku mehaničku smjesu sa silicijem na 11,7% Si. Budući da je topljivost silicija na sobnoj temperaturi vrlo niska (0,05%), čak i s malom količinom stvara Fe + Si eutektik i inkluzije vrlo tvrdih (HB 800) krhkih kristala silicija, koji smanjuju duktilnost aluminija. Kada su silicij i željezo prisutni zajedno, nastaju ternarni kemijski spoj i ternarni eutektik, koji također smanjuju plastičnost.

Kontrolirane nečistoće u aluminiju su željezo, silicij, bakar i titan.

Aluminij svih klasa sadrži više od 99% Al. Kvantitativni višak ove vrijednosti u stotinkama ili desetinkama postotka naveden je u nazivu marke nakon početnog slova A. Dakle, stupanj A85 sadrži 99,85% Al. Izuzetak od ovog načela označavanja su razredi A AE, u kojima je sadržaj aluminija isti kao u razredima A0 i A5, ali je omjer nečistoća željeza i silicija uključenih u sastav drugačiji.

Slovo E u stupnju AE znači da je aluminij ovog razreda namijenjen za proizvodnju električnih žica. Dodatni zahtjev za svojstva aluminija je nizak električni otpor, koji za žicu izrađenu od njega ne smije biti veći od 0,0280 ohm mm m na 20 C.

Aluminij se koristi za proizvodnju proizvoda i legura na njegovoj osnovi, čija svojstva zahtijevaju visok stupanj čistoće.

Ovisno o namjeni, aluminij se može proizvoditi u različitim oblicima. Aluminij svih razreda (visoke i tehničke čistoće), namijenjen za pretapanje, lijeva se u obliku svinja težine 5; 15 i 1000 kg. Njihove granične vrijednosti su sljedeće: visina od 60 do 600 mm, širina od 93 do 800 mm i duljina od 415 do 1000 mm.

Ako je aluminij namijenjen za valjanje listova i traka, tada se ravni ingoti sedamnaest veličina lijevaju kontinuiranom ili polukontinuiranom metodom. Debljina im je od 140 do 400 mm, širina od 560 do 2025 mm, a težina 1 m duljine ingota od 210 do 2190 kg. Duljina ingota se dogovara s kupcem.

Glavna vrsta kontrole aluminija, kako u svinjama tako iu ravnim ingotima, je provjera kemijskog sastava i njegove usklađenosti s robnom markom. Ingoti i ingoti namijenjeni za obradu pod pritiskom podliježu dodatnim zahtjevima, kao što su nepostojanje šupljina, mjehurića plina, pukotina, troske i drugih stranih inkluzija.

Za deoksidaciju čelika tijekom taljenja, kao i za proizvodnju ferolegura i aluminotermije, možete koristiti jeftiniji aluminij niže čistoće nego što je navedeno u tablici "Čistoća aluminija različitih stupnjeva". U tu svrhu industrija proizvodi šest vrsta aluminija u ingotima težine od 3 do 16,5 kg, koji sadrže od 98,0 do 87,0% Al. Njihov sadržaj željeza doseže 2,5%, a silicija i bakra do 5% svaki.

Upotreba aluminija je zbog osobitosti njegovih svojstava. Kombinacija lakoće s dovoljno visokom električnom vodljivošću omogućuje korištenje aluminija kao vodiča električne struje, zamjenjujući skuplji bakar. Razlika u električnoj vodljivosti bakra (631 ohma) i aluminija (371 ohma) nadoknađuje se povećanjem poprečnog presjeka aluminijske žice. Mala masa aluminijskih žica omogućuje njihovo vješanje na znatno većem razmaku između nosača nego u slučaju bakrenih žica, bez straha od loma žice pod utjecajem vlastite težine. Od njega se također izrađuju kabeli, sabirnice, kondenzatori i ispravljači. Visoka otpornost na koroziju aluminija čini ga u nekim slučajevima nezamjenjivim materijalom u kemijskom inženjerstvu, na primjer, za proizvodnju opreme koja se koristi u proizvodnji, skladištenju i transportu dušične kiseline i njezinih derivata.

Također se naširoko koristi u prehrambenoj industriji - od njega se izrađuje razno posuđe za kuhanje. U ovom slučaju ne koristi se samo njegova otpornost na organske kiseline, već i njegova visoka toplinska vodljivost.

Visoka duktilnost omogućuje namotavanje aluminija u foliju, koja je sada u potpunosti zamijenila ranije korištenu skuplju limenu foliju. Folija služi kao ambalaža za širok izbor prehrambenih proizvoda: čaj, čokolada, duhan, sir, itd.

Aluminij se koristi na isti način kao i antikorozivni premaz drugih metala i legura. Može se nanositi oblaganjem, difuzijskom metalizacijom i drugim metodama, uključujući bojanje bojama i lakovima koji sadrže aluminij. Posebno je česta aluminijska obloga ravnih valjanih proizvoda izrađenih od aluminijskih legura manje otpornih na koroziju.

Kemijska aktivnost aluminija u odnosu na kisik koristi se za deoksidaciju u proizvodnji polumirnih i mirnih čelika te za proizvodnju teško reduktivnih metala istiskivanjem aluminija iz njihovih kisikovih spojeva.

Aluminij se koristi kao legirajući element u velikom broju čelika i legura. Daje im specifična svojstva. Na primjer, povećava otpornost na toplinu legura na bazi željeza, bakra, titana i nekih drugih metala.

Možemo navesti i druga područja primjene aluminija različitog stupnja čistoće, ali najveći dio troši se na proizvodnju raznih lakih legura na njegovoj osnovi. Informacije o glavnima dane su u nastavku.

Općenito, korištenje aluminija u različitim sektorima gospodarstva na primjeru razvijenih kapitalističkih zemalja procjenjuje se sljedećim brojkama: prometno strojarstvo 20-23% (uključujući automobilsku industriju 15%), građevinarstvo 17-18%, elektrotehnika 10 -12%, proizvodnja materijala za pakiranje 9-10%, proizvodnja trajnih dobara široke potrošnje 9-10%, opće inženjerstvo 8-10%.

Aluminij osvaja sve više novih područja primjene, unatoč konkurenciji drugih materijala, a posebice plastike.

Glavne industrijske rude koje sadrže aluminij su boksit, nefelin, alunit i kaolin.

Kvaliteta ovih ruda ocjenjuje se sadržajem glinice Al O, koja sadrži 53% Al. Od ostalih pokazatelja kakvoće aluminijevih ruda najvažniji je sastav nečistoća čija se štetnost i korisnost određuju uporabom rude.

Boksit je najbolja i glavna sirovina za proizvodnju aluminija u cijelom svijetu. Također se koristi za proizvodnju umjetnog korunda, visoko vatrostalnih proizvoda iu druge svrhe. Po kemijskom sastavu ova sedimentna stijena je mješavina aluminijevih hidrata AlO nH2O s oksidima željeza, silicija, titana i drugih elemenata. Najčešći hidrati glinice pronađeni u boksitu su minerali dijaspore, bemit i hidrargelit. Sadržaj glinice u boksitu, čak iu jednom ležištu, varira u vrlo širokim granicama - od 35 do 70%.

Minerali koji čine boksit čine vrlo finu smjesu, što otežava obogaćivanje. U industriji se uglavnom koristi sirova ruda. Proces ekstrakcije aluminija iz rude je složen, energetski vrlo intenzivan i sastoji se od dvije faze: prvo se ekstrahira glinica, a zatim se iz nje dobiva aluminij.

Predmet svjetske trgovine je i sam boksit i glinica izvađena iz njega ili drugih ruda.

U ZND-u ležišta boksita su neravnomjerno raspoređena, a boksit iz različitih ležišta je nejednake kvalitete. Najkvalitetnija nalazišta boksita nalaze se na Uralu. Velike rezerve boksita također su dostupne u europskom dijelu ZND-a i zapadnom Kazahstanu.

Od industrijski razvijenih zemalja sada je praktički sigurna samo Francuska, gdje je prvi put započeo njen razvoj. Njegove pouzdane i vjerojatne rezerve u ovoj skupini zemalja 1975. procijenjene su na 4,8 milijardi tona (uključujući 4,6 milijardi tona u Australiji), dok su u zemljama u razvoju iznosile 12,5 milijardi tona, uglavnom u Africi i Latinskoj Americi (najbogatije su Gvineja, Kamerun , Brazil, Jamajka).

U poslijeratnom razdoblju naglo se proširio krug zemalja u kojima se vadi boksit i proizvodi primarni aluminij. Godine 1950. boksit se vadio u samo 11 zemalja, ne računajući SSSR, uključujući tri u količinama od preko 1 milijun tona (Surinam, Gvajana, SAD) i četiri više od 0,1 milijuna tona svaka (Francuska, Indonezija, Italija, Gana). Do 1977. obujam proizvodnje porastao je 12 puta, a njezin se zemljopis dramatično promijenio (više od polovice proizvodnje kapitalističkog svijeta bilo je u zemljama u razvoju).

Za razliku od zemalja u razvoju, Australija bogata gorivom prerađuje većinu svoje proizvodnje boksita (uglavnom s poluotoka York, najvećeg nalazišta boksita na svijetu) u glinicu, igrajući ključnu ulogu u njezinom globalnom izvozu. Nije primjer, zemlje Kariba i Zapadne Afrike izvoze uglavnom boksit. To je zbog političkih razloga (svjetski aluminijski monopoli preferiraju proizvodnju glinice izvan zemalja koje rudare boksit koje o njima ovise) i čisto ekonomskih razloga: boksit je, za razliku od ruda teških obojenih metala, transportabilan (sadrži 35- 65% aluminijevog dioksida), a proizvodnja glinice zahtijeva značajne specifične troškove, koje velika većina zemalja koje rudare boksit nemaju.

U nastojanju da se odupru diktatu svjetskih aluminijskih monopola, zemlje izvoznice boksita su 1973. godine stvorile Međunarodno udruženje zemalja koje rudare boksit (IABC). Obuhvaćala je Australiju, Gvineju, Gvajanu, Jamajku i Jugoslaviju; kasnije su se pridružile Dominikanska Republika, Haiti, Gana, Sierra Leone, Surinam, a Grčka i Indija postale su zemlje promatrači. U godini nastanka te su države činile približno 85% proizvodnje boksita u nesocijalističkim državama.

Aluminijsku industriju karakterizira teritorijalni jaz između rudarenja boksita i proizvodnje glinice, te između potonje i taljenja primarnog aluminija. Najveća proizvodnja glinice (do 1-1,3 milijuna tona godišnje) lokalizirana je iu talionicama aluminija (na primjer, u kanadskoj tvornici u Arvida u Quebecu, koja ima proizvodni kapacitet od 0,4 milijuna tona aluminija godišnje) iu izvoznim lukama boksita (primjerice, Paranam u Surinamu), kao i na rutama boksita od druge do prve - primjerice u SAD-u na obali Meksičkog zaljeva (Corpus Christi, Point Comfort).

Kod nas se sav iskopani boksit dijeli u deset klasa. Glavna razlika između različitih vrsta boksita je u tome što sadrže različite količine glavne komponente koja se može ekstrahirati, glinice, i imaju različite vrijednosti modula silicija, tj. različit sadržaj aluminijevog oksida na sadržaj štetnih silicijevih nečistoća u boksitu (AlO SiO). Silicijski modul vrlo je važan pokazatelj kvalitete boksita, o njemu uvelike ovisi njegova primjena i tehnologija obrade.

Sadržaj vlage u boksitu bilo kojeg stupnja utvrđuje se ovisno o njihovom ležištu: najniži sadržaj vlage (ne više od 7%) utvrđen je za boksit iz ležišta Južnog Urala, a za ležišta Sjevernog Urala, Kamensk-Urala i Tihvina - ne više od 12, 16 odnosno 22%. Indikator vlažnosti nije kriterij odbijanja i koristi se samo za obračune s potrošačem.

Boksit se isporučuje u komadima ne većim od 500 mm. Prevozi se u rasutom stanju na platformama ili u gondolama.