Ismertesse az alumínium kémiai elemet! Az alumínium kémiai és fizikai tulajdonságai

Az óra típusa. Kombinált.

Feladatok:

Nevelési:

1. Frissítse a tanulók ismereteit az atom szerkezetéről, a sorszám, a csoportszám, a periódusszám fizikai jelentéseiről, alumínium példaként.

2. A tanulókban ismereteket formálni arról, hogy az alumínium szabad állapotában különleges, jellegzetes fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik.

Fejlesztés:

1. Keltse fel az érdeklődést a tudomány tanulmányozása iránt azáltal, hogy rövid történelmi és tudományos jelentéseket készít az alumínium múltjáról, jelenéről és jövőjéről.

2. Folytassa a hallgatók kutatói készségeinek formálását a szakirodalommal való munka során, laboratóriumi munkák végzése során.

3. Bővítse ki az amfoter fogalmát az alumínium elektronszerkezetének, vegyületeinek kémiai tulajdonságainak feltárásával!

Nevelési:

1. Növelje a környezet tiszteletét azáltal, hogy tájékoztatást ad az alumínium lehetséges használatáról tegnap, ma, holnap.

2. A csoportos munkavégzés képességének kialakítása minden tanuló számára, az egész csoport véleményének figyelembe vétele és saját helyes megvédése laboratóriumi munkával.

3. A hallgatók megismertetése a múlt természettudósainak tudományos etikájával, őszinteségével és tisztességével, tájékoztatást nyújtva az alumínium felfedezői jogáért folytatott küzdelemről.

SZEMLE az alkáli- és alkáliföldfém M témáiról (ISMÉTLÉS):

Hány elektronok vannak az M alkáli- és alkáliföldfém külső energiaszintjében?

Milyen termékek keletkeznek, amikor a nátrium vagy a kálium oxigénnel reagál? (peroxid), képes-e a lítium oxigénnel reagálva peroxidot termelni? (Nem, a reakció során lítium-oxid képződik.)

Hogyan állítják elő a nátrium- és kálium-oxidokat? (peroxidok kalcinálása a megfelelő Me-vel, Pr: 2Na+Na 2 O 2 =2Na 2 O).

Az alkáli- és alkáliföldfémek negatív oxidációs állapotot mutatnak? (Nem, nem, mivel erős redukálószerek.).

Hogyan változik egy atom sugara a periódusos rendszer fő alcsoportjaiban (felülről lefelé)? (növekszik) mi ennek az oka? (az energiaszintek számának növekedésével).

Az általunk vizsgált fémcsoportok közül melyik könnyebb a víznél? (lúgosban).

Milyen körülmények között megy végbe hidridek képződése az alkáliföldfémekben? (magas hőmérsékleten).

Melyik anyag, a kalcium vagy a magnézium reagál aktívabban a vízzel? (A kalcium reagál aktívabban. A magnézium vízzel csak akkor lép aktív reakcióba, ha 100 0 C-ra melegítjük).

Hogyan változik az alkáliföldfém-hidroxidok vízoldhatósága a kalciumtól a báriumig terjedő sorozatban? (növekszik a vízoldékonyság).

Meséljen az alkáli- és alkáliföldfémek tárolásának sajátosságairól, miért tárolják őket így? (mivel ezek a fémek nagyon reakcióképesek, kerozinréteg alatt tárolják őket).

ELLENŐRZÉSI MUNKA az alkáli és alkáliföldfém M témájában:

ÓRA ÖSSZEFOGLALÁSA (ÚJ ANYAG TANULMÁNYOZÁSA):

Tanár: Sziasztok srácok, ma áttérünk a IIIA alcsoport tanulmányozására. Sorolja fel a IIIA alcsoportban található elemeket?

Gyakornok: Olyan elemeket tartalmaz, mint a bór, alumínium, gallium, indium és tallium.

Tanár: Hány elektront tartalmaznak külső energiaszintjükben, oxidációs állapotukban?

Gyakornok: Három elektron, +3 oxidációs állapot, bár a talliumnak stabilabb oxidációs állapota +1.

Tanár: A bór alcsoport elemeinek fémes tulajdonságai sokkal kevésbé hangsúlyosak, mint a berillium alcsoport elemei. Bor nem M. A jövőben az alcsoporton belül, növekvő M nukleáris töltéssel a tulajdonságok javulnak. DEl- már M, de nem jellemző. Hidroxidja amfoter tulajdonságokkal rendelkezik.

A III. csoport fő alcsoportjának M-e közül az alumínium a legnagyobb jelentőségű, amelynek tulajdonságait részletesen tanulmányozzuk. Ez azért érdekel bennünket, mert átmeneti elem.

MEGHATÁROZÁS

Alumínium harmadik periódusban található, a periódusos rendszer fő (A) alcsoportjának III. Ez a 3. periódus első p-eleme.

Fém. Megnevezés - Al. Sorszám - 13. Relatív atomtömeg - 26,981 a.m.u.

Az alumínium atom elektronszerkezete

Az alumínium atom egy pozitív töltésű magból (+13) áll, amelyben 13 proton és 14 neutron található. Az atommagot három héj veszi körül, amelyek mentén 13 elektron mozog.

Rizs. 1. Az alumínium atom szerkezetének sematikus ábrázolása.

Az elektronok eloszlása ​​a pályákon a következő:

13Al) 2) 8) 3;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .

Az alumínium külső energiaszintjén három elektron található, mindegyik a 3. alszint elektronja. Az energiadiagram a következő formában jelenik meg:

Elméletileg gerjesztett állapot lehetséges egy alumínium atomnál egy üres 3 jelenléte miatt d-pályák. Az elektronvesztés azonban 3 s- alszint valójában nem fordul elő.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

A Mengyelejev-féle periodikus rendszer III. csoportjának kémiai eleme.

Latin név— Alumínium.

Kijelölés— Al.

atomszám — 13.

Atomtömeg — 26,98154.

Sűrűség- 2,6989 g/cm3.

Olvadási hőmérséklet- 660 °С.

Egyszerű, könnyű, paramágneses fém világosszürke vagy ezüstfehér színű. Magas hő- és elektromos vezetőképességgel, korrózióállósággal rendelkezik. A földkéregben való eloszlás - 8,8 tömegszázalék - a leggyakoribb fém és a harmadik leggyakoribb kémiai elem.

Szerkezeti anyagként használják épületek, repülőgép- és hajógyártásban, vezetőképes termékek gyártásához az elektrotechnikában, vegyi berendezésekben, fogyasztási cikkekben, egyéb fémek előállításához alumíniumtermiával, szilárd rakéta-üzemanyag összetevőjeként, pirotechnikai eszközökben. kompozíciók és hasonlók.

A fémes alumíniumot először Hans Christian Oersted dán fizikus szerezte meg.

A természetben kizárólag vegyületek formájában fordul elő, mivel nagy kémiai aktivitással rendelkezik. Erős kémiai kötést képez oxigénnel. A reaktivitás miatt nagyon nehéz fémet nyerni az ércből. Most a Hall-Heroult módszert alkalmazzák, amely nagy mennyiségű villamos energiát igényel.

Az alumínium szinte minden fémmel ötvözetet képez. A leghíresebb a duralimium (réz és magnézium ötvözete) és a szilumin (szilícium ötvözete). Normál körülmények között az alumíniumot erős oxidfilm borítja, ezért nem lép reakcióba a klasszikus oxidálószerekkel, vízzel (H 2 O), oxigénnel (O 2) és salétromsavval (HNO 3). Emiatt gyakorlatilag nincs kitéve a korróziónak, ami biztosította keresletét az iparban.

A név a latin „alumen” szóból származik, ami „timsót” jelent.

Az alumínium felhasználása a gyógyászatban

hagyományos gyógyászat

Az alumínium szerepe a szervezetben nem teljesen ismert. Ismeretes, hogy jelenléte serkenti a csontszövet növekedését, a hám és a kötőszövetek fejlődését. Hatása alatt megnő az emésztőenzimek aktivitása. Az alumínium a szervezet helyreállítási és regenerációs folyamataihoz kapcsolódik.

Az alumínium az emberi immunitás mérgező eleme, de ennek ellenére a sejtek része. Ugyanakkor pozitív töltésű ionok (Al3 +) formája van, amelyek hatással vannak a mellékpajzsmirigyekre. A különböző típusú sejtek eltérő mennyiségű alumíniumot tartalmaznak, de az biztos, hogy a máj, az agy és a csontok sejtjei gyorsabban halmozzák fel, mint mások.

Az alumíniumot tartalmazó gyógyszerek fájdalomcsillapító és burkoló hatásúak, savlekötő és adszorbens hatásúak. Ez utóbbi azt jelenti, hogy a sósavval való kölcsönhatás során a gyógyszerek csökkenthetik a gyomornedv savasságát. Az alumíniumot külső használatra is felírják: sebek, trofikus fekélyek, akut kötőhártya-gyulladás kezelésére.

Az alumínium toxicitása abban nyilvánul meg, hogy számos enzim aktív központjában a magnéziumot helyettesíti. A foszforral, kalciummal és vassal való versengő kapcsolata is szerepet játszik.

Alumíniumhiány esetén a végtagok gyengesége figyelhető meg. De egy ilyen jelenség a modern világban szinte lehetetlen, mivel a fém vízzel, élelmiszerrel és szennyezett levegővel érkezik.

Az alumínium feleslegével a szervezetben tüdőelváltozások, görcsök, vérszegénység, térbeli tájékozódási zavar, apátia és memóriavesztés kezdődik.

Ayurveda

Az alumínium mérgezőnek tekinthető, ezért nem használható kezelésre. Ahogy a főzetek elkészítéséhez vagy a gyógynövények tárolásához sem szabad alumínium edényeket használni.

Az alumínium használata a varázslatban

A tiszta elem megszerzésének nehézsége miatt a fémet vele együtt varázsolták, ékszereket készítettek belőle. Amikor a beszerzési folyamat leegyszerűsödött, az alumínium kézművesség divatja azonnal elmúlt.

Védő varázslat

Kizárólag alumíniumfóliát használnak, amely képes átszitálni az energiaáramlásokat, megakadályozva azok szétszóródását. Ezért általában olyan tárgyakat csomagolnak bele, amelyek negatív energiát terjeszthetnek körülöttük. Nagyon gyakran fóliába csomagolják a kétes varázslatos ajándékokat - pálcákat, maszkokat, tőröket, különösen azokat, amelyeket Afrikából vagy Egyiptomból hoztak.

Ugyanezt teszik a feldobott, az udvaron vagy az ajtó alatt talált ismeretlen tárgyakkal is. Ahelyett, hogy kézzel vagy ruhán keresztül emelné fel, jobb, ha letakarja fóliával anélkül, hogy magához a tárgyhoz érne.

Néha a fóliát védőernyőként használják amulettek és talizmánok számára, amelyekre jelenleg nincs szükség, de a jövőben szükség lehet rá.

Alumínium az asztrológiában

Zodiákus jel: Bak.

Alumínium tiszta formájában először Friedrich Wöhler izolálta. Egy német vegyész vízmentes elem-kloridot hevített káliumfémmel. A 19. század második felében történt. A XX. század előtt kg alumínium többe kerül.

Csak a gazdagok és az állam engedhetik meg maguknak az új fémet. A magas költségek oka az alumínium más anyagoktól való elválasztásának nehézsége. Az elem ipari méretekben történő kinyerésének módszerét Charles Hall javasolta.

1886-ban feloldotta az oxidot egy kriolit olvadékban. A német a keveréket gránitedénybe zárta, és elektromos áramot csatlakoztatott hozzá. Tiszta fém plakkok telepedtek a tartály aljára.

Az alumínium kémiai és fizikai tulajdonságai

Milyen alumínium? Ezüstfehér, fényes. Ezért Friedrich Wöhler összehasonlította a kapott fémgranulátumokkal. De volt egy figyelmeztetés – az alumínium sokkal könnyebb.

A plaszticitás közel áll az értékes és. az alumínium egy anyag, problémamentesen vékony dróttá és lapokká nyúlik. Elég felidézni a fóliát. A 13. elem alapján készül.

Az alumínium kis sűrűsége miatt könnyű. Háromszor kevesebb, mint a vasé. Ugyanakkor a 13. elem erőssége szinte nem alacsonyabb.

Ez a kombináció az ezüstfémet nélkülözhetetlenné tette az iparban, például az autóalkatrészek gyártásában. Kézműves termelésről beszélünk, mert alumínium hegesztés akár otthon is lehetséges.

alumínium formula lehetővé teszi a fény, de a hősugárzás aktív visszaverését is. Az elem elektromos vezetőképessége is magas. A lényeg az, hogy ne melegítse túl. 660 fokon fog megolvadni. Emelje fel egy kicsit a hőmérsékletet - megég.

Csak a fém fog eltűnni alumínium-oxid. Normál körülmények között is kialakul, de csak felületi film formájában. Megvédi a fémet. Ezért jól ellenáll a korróziónak, mivel az oxigén hozzáférése blokkolva van.

Az oxidfilm a fémet a víztől is védi. Ha az alumínium felületéről eltávolítják a lepedéket, reakció indul be H 2 O-val, és szobahőmérsékleten is hidrogéngázok szabadulnak fel. Tehát, alumínium csónak csak a hajótestre felvitt oxidfilm és védőfesték miatt nem válik füstté.

A legaktívabb alumínium kölcsönhatás nemfémekkel. A brómmal és klórral való reakciók normál körülmények között is lezajlanak. Ennek eredményeként kialakulnak alumínium sók. A hidrogénsókat úgy állítják elő, hogy a 13. elemet savas oldatokkal kombinálják. A reakció lúgokkal is végbemegy, de csak az oxidfilm eltávolítása után. Tiszta hidrogén szabadul fel.

Alumínium alkalmazása

Fémet szórnak a tükrökre. Jó fényvisszaverő képesség. A folyamat vákuumkörülmények között zajlik. Nemcsak szabványos tükröket, hanem tükörfelületű tárgyakat is készítenek. Ezek a következők: kerámia csempe, háztartási gépek, lámpák.

Duett alumínium-réz- duralumínium alap. Egyszerűen Duralnak hívják. Mint hozzátették. Összetétele 7-szer erősebb, mint a tiszta alumínium, ezért alkalmas a gépészet és a repülőgéptervezés területére.

A réz erőt ad a 13. elemnek, de nem nehézkességet. A Dural 3-szor könnyebb marad, mint a vas. kicsi alumínium tömege- az autók, repülőgépek, hajók könnyűségének záloga. Ez leegyszerűsíti a szállítást, üzemeltetést, csökkenti a termékek árait.

Vásároljon alumíniumot az autógyártók arra is törekednek, hogy ötvözeteire könnyen felvihetők a védő- és dekorációs vegyületek. A festék gyorsabban és egyenletesebben fekszik, mint az acélon, műanyagon.

Ugyanakkor az ötvözetek képlékenyek, könnyen feldolgozhatók. Ez értékes, tekintettel a modern autómodellek kanyarjainak és konstruktív átmeneteinek tömegére.

A 13. elem nemcsak könnyen festhető, hanem maga is festékként funkcionálhat. A textiliparban vásárolt alumínium-szulfát. Nyomtatásnál is jól jön, ahol oldhatatlan pigmentekre van szükség.

Érdekes ez megoldás szulfát alumínium víztisztításra is használják. Egy „ágens” jelenlétében a káros szennyeződések kicsapódnak és semlegesítik.

Semlegesíti a 13. elemet és a savakat. Különösen jó ebben a szerepben. alumínium-hidroxid. Nagyra értékelik a farmakológiában, az orvostudományban, a gyomorégés elleni gyógyszerekhez.

A hidroxidot fekélyekre, a bélrendszer gyulladásos folyamataira is felírják. Tehát van gyógyszertári gyógyszer is alumínium. Sav a gyomorban - ok arra, hogy többet megtudjunk az ilyen gyógyszerekről.

A Szovjetunióban bronzot is vertek 11% alumínium hozzáadásával. A jelek értéke 1, 2 és 5 kopejka. 1926-ban kezdték el gyártani, 1957-ben fejezték be. De a konzervipari alumíniumdobozok gyártását nem állították le.

A 13. elem alapján továbbra is konténerekbe csomagolják a turisták pörkölt húsát, saryit és egyéb reggelijét. Az ilyen dobozok nem reagálnak az élelmiszerrel, miközben könnyűek és olcsók.

Az alumíniumpor számos robbanásveszélyes keverék része, beleértve a pirotechnikát is. Az iparban trinitrotoluolon és 13 zúzott elemen alapuló felforgató mechanizmusokat használnak. Erőteljes robbanóanyagot is kapunk, ha ammónium-nitrátot adunk az alumíniumhoz.

Az olajiparnak szüksége van alumínium-klorid. Katalizátor szerepét tölti be a szerves anyagok frakciókra való lebontásában. Az olaj képes gáz halmazállapotú, könnyű benzin típusú szénhidrogéneket felszabadítani, kölcsönhatásba lépve a 13. fém kloridjával. A reagensnek vízmentesnek kell lennie. A klorid hozzáadása után az elegyet 280 Celsius-fokra melegítjük.

Az építőiparban gyakran keverem nátriumés alumínium. Kiderül, hogy adalék a betonhoz. A nátrium-aluminát a hidratáció felgyorsításával gyorsítja a keményedést.

A mikrokristályosodás sebessége nő, ami azt jelenti, hogy a beton szilárdsága és keménysége nő. Ezenkívül a nátrium-aluminát megóvja az oldatba helyezett szerelvényeket a korróziótól.

Alumínium bányászat

A földön legelterjedtebb három első helyet a fém zárja. Ez magyarázza elérhetőségét és széles körű alkalmazását. A természet azonban nem tiszta formájában adja az elemet az embernek. Az alumíniumot különféle vegyületektől el kell különíteni. A 13. elem nagy része bauxitokban van. Ezek agyagszerű kőzetek, elsősorban a trópusi övezetben koncentrálódnak.

A bauxitot összetörik, majd megszárítják, újra összetörik és kis mennyiségű víz jelenlétében megőrlik. Sűrű masszává válik. Gőzzel melegítik. Ugyanakkor a bauxit nagy része szintén nem szegény, elpárolog. A 13. fém oxidja megmarad.

Ipari fürdőkbe kerül. Már olvadt kriolitot tartalmaznak. A hőmérsékletet 950 Celsius fok körül tartják. Szükségünk van egy legalább 400 kA teljesítményű elektromos áramra is. Azaz elektrolízist alkalmaznak, akárcsak 200 évvel ezelőtt, amikor az elemet Charles Hall izolálta.

A forró oldaton áthaladva az áram megszakítja a fém és az oxigén közötti kötéseket. Ennek eredményeként a fürdő alja tiszta marad alumínium. Reakciók befejezett. A folyamat úgy fejeződik be, hogy az üledékből öntjük és elküldjük a fogyasztóhoz, vagy pedig különféle ötvözetek előállítására használják őket.

A fő alumínium termelés ugyanazon a helyen található, ahol a bauxit lelőhelyek találhatók. Az élen Guinea áll. A 13. elemből csaknem 8 000 000 tonna rejtőzik a beleiben. Ausztrália a 2. helyen áll 6 000 000-es mutatójával. Brazíliában az alumínium már 2-szer kevesebb. A globális készleteket 29 000 000 tonnára becsülik.

alumínium ár

Egy tonna alumíniumért csaknem 1500 amerikai dollárt kérnek. Ezek a színesfém tőzsdék 2016. január 20-i adatai. A költségeket elsősorban az iparosok határozzák meg. Pontosabban az alumínium árát az alapanyag-igényük befolyásolja. A beszállítói igényeket és a villamos energia költségét érinti, mert a 13. elem gyártása energiaigényes.

Az egyéb árak alumíniumra vonatkoznak. Elmegy az összeomlásba. A költséget kilogrammonként hirdetik meg, és számít a szállított anyag jellege.

Tehát az elektromos fémért körülbelül 70 rubelt adnak. Élelmiszeripari alumínium esetében 5-10 rubel kevesebbet kaphat. Ugyanennyit fizetnek a motorfémért is. Ha vegyes fajtát bérelnek, annak ára kilogrammonként 50-55 rubel.

A legolcsóbb hulladékfajta az alumíniumforgács. Mert csak 15-20 rubelt sikerül nyernie. A 13. elemre kicsit többet adnak. Ez italok, konzervek tárolóedényeire vonatkozik.

Az alumínium radiátorokat is alábecsülik. A törmelék kilogrammonkénti ára körülbelül 30 rubel. Ezek átlagos adatok. A különböző régiókban, különböző pontokon az alumíniumot drágábban vagy olcsóbban fogadják el. Az anyagok költsége gyakran a szállított mennyiségtől függ.

Alumínium jellemző

alumínium fém minőségi ipar

Az alumínium a leggyakoribb fém a földkéregben. Tartalmát 7,45%-ra becsülik (több, mint a vas, ami mindössze 4,2%). Az alumíniumot mint elemet a közelmúltban, 1825-ben fedezték fel, amikor előkerültek ebből a fémből az első kis csomók. Ipari fejlődésének kezdete a múlt század végére nyúlik vissza. Ennek ösztönzője az volt, hogy 1886-ban egy eljárást dolgoztak ki a kriolitban oldott alumínium-oxid elektrolízisével történő előállítására. A módszer elve az alumínium timföldből történő korszerű ipari kinyerésének alapja a világ minden országában.

Megjelenésében az alumínium fényes, ezüstös fehér fém. Levegőben gyorsan oxidálódik, és vékony fehér, matt AlO filmréteg borítja. Ez a fólia magas védő tulajdonságokkal rendelkezik, ezért ilyen fóliával bevonva az alumínium korrózióálló.

Az alumínium könnyen tönkretehető maró lúgok, sósav és kénsav oldataival. Tömény salétromsavban és szerves savakban nagy az ellenállása.

Az alumínium legjellemzőbb fizikai tulajdonságai az alacsony, 2,7 relatív sűrűsége, valamint a viszonylag magas hő- és elektromos vezetőképesség. 0C-on az alumínium elektromos vezetőképessége, i.e. 1 mm keresztmetszetű és 1 m hosszú alumíniumhuzal elektromos vezetőképessége 37 1 ohm.

Az alumínium korrózióállósága és különösen elektromos vezetőképessége minél magasabb, minél tisztább, annál kevesebb szennyeződést tartalmaz.

Az alumínium olvadáspontja alacsony, körülbelül 660 C. Látens olvadási hője azonban nagyon nagy - körülbelül 100 cal g, ezért az alumínium megolvasztásához nagyobb hőmennyiség szükséges, mint ugyanennyi, például a tűzálló réz, amelynek olvadáspontja 1083 C, 43 cal g látens olvadási hő.

Az alumínium mechanikai tulajdonságait nagy rugalmasság és alacsony szilárdság jellemzi. A hengerelt és lágyított alumínium = 10 kg mm, keménysége HB25 = 80% és = 35%.

Az alumínium kristályrácsa egy arcközpontú kocka, melynek paramétere (oldalmérete) 20 C-on 4,04. Az alumíniumnak nincs allotróp átalakulása.

A természetben az alumínium alumíniumércek formájában található meg: bauxitok, nefelinek, alunitok és kaolinok. A legfontosabb érc, amelyre a világ alumíniumiparának nagy része épül, a bauxit.

Az alumínium ércekből történő kinyerése két egymást követő lépésből áll - először alumínium-oxidot (AlO) állítanak elő, majd alumíniumot nyernek belőle.

A jelenleg ismert alumínium-oxid-előállítási módszerek három csoportra oszthatók: lúgos, savas és elektrotermikus. A lúgos módszerek a legszélesebb körben alkalmazottak.

A lúgos eljárások egyes változataiban az 1000 C-on víztelenített bauxitot golyósmalomban őrlik, bizonyos arányban krétával és szódával összekeverik, majd szinterezik, hogy a reakció során vízben oldható szilárd nátrium-aluminátot kapjanak.

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

A szinterezett masszát összetörik és vízzel kimossák, míg a nátrium-aluminát oldatba megy.

A lúgos módszer más változataiban a bauxitban lévő alumínium-oxidot nátrium-alumináttá kötik az érc lúgokkal való közvetlen kezelésével. Ebben az esetben azonnal aluminát vizes oldatát kapjuk.

Mindkét esetben a nátrium-aluminát vizes oldatának képződése az érc oldhatatlan komponenseitől való elválasztásához vezet, amelyek főként a szilícium, a vas és a titán oxidjai és hidroxidjai. Az oldat elválasztása az oldhatatlan csapadéktól, az úgynevezett vörösiszaptól ülepítő tartályokban történik.

A kapott oldathoz 125 C-on és 5 óra nyomáson meszet adunk, ami szilikonizációhoz vezet - a CaSiO kicsapódik, fehér iszapot képezve. A szilíciumtól megtisztított oldatot a fehériszaptól való elválasztás után 60-80 C-on szén-dioxiddal kezelik, melynek eredményeként kristályos alumínium-oxid-hidrát válik ki:

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

Mossuk, szárítjuk és kalcináljuk. A kalcinálás timföld képződéséhez vezet:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

A leírt módszer az alumínium-oxid meglehetősen teljes kivonását biztosítja a bauxitból - körülbelül 80%.

A fémes alumínium timföldből való kinyerése abból áll, hogy az elektrolitikusan bomlik fel alkotórészeire - alumíniumra és oxigénre. Az elektrolit ebben a folyamatban alumínium-oxid kriolitos oldata (AlF 3NaF). A kriolit, amely képes feloldani az alumínium-oxidot, egyidejűleg csökkenti az olvadáspontját. Az alumínium-oxid körülbelül 2000 C-on olvad, és egy például 85% kriolitból és 15% alumínium-oxidból álló oldat olvadáspontja 935 C.

Az alumínium-oxid elektrolízis sémája meglehetősen egyszerű, de technológiailag ez a folyamat összetett és nagy mennyiségű villamos energiát igényel.

A jó hőszigetelő 1 és 2 széntömítésű fürdő aljában 3 katód gumiabroncsok vannak elhelyezve, amelyek az elektromos áramforrás negatív pólusához kapcsolódnak. Az 5 elektródákat a 4 anódbuszra rögzítjük. Az elektrolízis megkezdése előtt a fürdő aljára vékony kokszréteget öntünk, az elektródákat leengedjük, amíg érintkezésbe nem kerülnek vele, és bekapcsoljuk az áramot. Amikor a széntömítést felmelegítik, fokozatosan bevezetik a kriolitot. Amikor az olvadt kriolit rétegvastagsága 200-300 mm, a timföldet a kriolit mennyiségéhez képest 15%-os arányban töltik fel. A folyamat 950-1000 C-on megy végbe.

Elektromos áram hatására az alumínium-oxid lebontja az alumíniumot és az oxigént. A folyékony alumínium 6 felhalmozódik a szénfenéken (a szénfürdő alján), amely a katód, és az oxigén egyesül az anódok szénével, fokozatosan elégetve azokat. A kriolit elenyésző mennyiségben fogyasztható. Időnként alumínium-oxidot adnak hozzá, az elektródákat fokozatosan leeresztik, hogy kompenzálják az égett részt, és a felgyülemlett folyékony alumíniumot bizonyos időközönként a 8 üstbe engedik.

Az elektrolízis során 1 tonna alumíniumra körülbelül 2 tonna alumínium-oxid, 0,6 tonna anódként szolgáló szénelektródák, 0,1 tonna kriolit és 17 000-18 000 kWh villamos energia fogy.

Az alumínium-oxid elektrolízisével nyert nyers alumínium fémes szennyeződéseket (vas, szilícium, titán és nátrium), oldott gázokat, amelyek közül a fő a hidrogén, és nem fémes zárványokat tartalmaz, amelyek alumínium-oxid, szén és kriolit részecskéi. Ebben az állapotban felhasználásra alkalmatlan, mivel alacsony tulajdonságai vannak, ezért finomítani kell. A nem fémes és gáznemű szennyeződéseket a fém újraolvasztásával és klórral történő átöblítésével távolítják el. A fémes szennyeződések csak összetett elektrolitikus módszerekkel távolíthatók el.

Finomítás után kereskedelmi minőségű alumíniumot kapnak.

Az alumínium tisztasága döntő mutató, amely minden tulajdonságát befolyásolja, így a kémiai összetétel az alumínium osztályozásának alapja.

A vas és a szilícium elkerülhetetlen szennyeződések az alumíniumgyártás során. Mindkettő káros az alumíniumban. A vas nem oldódik az alumíniumban, hanem rideg kémiai vegyületeket képez vele FeAl és Fe2Al. Az alumínium eutektikus mechanikai elegyet képez szilíciummal 11,7% szilíciumtartalom mellett. Mivel a szilícium oldhatósága szobahőmérsékleten nagyon alacsony (0,05%), még kis mennyiségű szilícium mellett is Fe + Si eutektikát és nagyon kemény (HB 800) rideg szilícium kristályok zárványait képezi, amelyek csökkentik az alumínium képlékenységét. . A szilícium és a vas együttes jelenlétével hármas kémiai vegyület és hármas eutektikum képződik, amelyek szintén csökkentik a plaszticitást.

Az alumínium ellenőrzött szennyeződései a vas, a szilícium, a réz és a titán.

Az összes minőségű alumínium több mint 99% Al-t tartalmaz. Ennek az értéknek a századrészben vagy tizedrészben kifejezett mennyiségi többletét a márkanévben az A betű után jelzik. Így az A85 márka 99,85% Al-t tartalmaz. Ez alól a jelölési elv alól kivételt képeznek az A AE osztályok, amelyekben az alumíniumtartalom megegyezik az A0 és A5 osztályokkal, de a készítményben lévő vas- és szilíciumszennyeződések aránya eltérő.

Az AE márka E betűje azt jelenti, hogy ennek a márkának az alumíniumát elektromos vezetékek gyártására szánják. Az alumínium tulajdonságainak további követelménye az alacsony elektromos ellenállás, amely az ebből készült huzal esetében 20 C-on nem lehet nagyobb, mint 0,0280 ohm mm m.

Az alumíniumot olyan termékek és az azon alapuló ötvözetek előállítására használják, amelyek tulajdonságai nagyfokú tisztaságot igényelnek.

A céltól függően az alumínium különféle formákban állítható elő. Az újraolvasztásra szánt minden minőségű (nagy és műszaki tisztaságú) alumíniumot 5 tömegű tuskó formájában öntik; 15 és 1000 kg. Határértékeik a következők: magasság 60-600 mm, szélesség 93-800 mm és hosszúság 415-1000 mm.

Ha az alumíniumot lemezek és szalagok hengerlésére szánják, akkor a tizenhét méretű lapos tuskót folyamatos vagy félig folytonos módszerrel öntik. Vastagságuk 140 és 400 mm között van, szélességük 560 és 2025 mm között van, és 1 m-es tuskó súlya 210 és 2190 kg között van. A tuskó hosszát a megrendelővel egyeztetjük.

Az alumínium-ellenőrzés fő típusa, mind a bugákban, mind a lapos bugákban, a kémiai összetétel és a márkásnak való megfelelőség ellenőrzése. A nyomás alatti kezelésre szánt tuskókra és tuskókra további követelmények vonatkoznak, például a héjak, gázbuborékok, repedések, salak és egyéb idegen zárványok hiánya.

Az acél olvasztása során történő deoxidációjához, valamint vasötvözetek előállításához és alumíniumtermiához olcsóbb, alacsonyabb tisztaságú alumínium használható, mint a „Különböző minőségű alumínium tisztasága” táblázatban feltüntetett. Ebből a célból az ipar hatféle alumíniumot gyárt 3–16,5 kg tömegű, 98,0–87,0% Al-tartalmú ingotokban. Bennük a vastartalom eléri a 2,5%-ot, a szilícium és a réz pedig akár 5%-ot.

Az alumínium használata sajátosságainak köszönhető. A könnyűség és a kellően magas elektromos vezetőképesség kombinációja lehetővé teszi az alumínium elektromos áramvezetőként való használatát, helyettesítve azt drágább rézzel. A réz (631 ohm) és az alumínium (371 ohm) elektromos vezetőképességének különbségét az alumíniumhuzal keresztmetszetének növekedése kompenzálja. Az alumíniumhuzalok kis tömege lehetővé teszi, hogy felfüggesztésüket sokkal nagyobb távolsággal hajtsák végre a támaszok között, mint a rézhuzalok esetében, anélkül, hogy attól kellene tartani, hogy a huzal saját súlya hatására eltörik. Kábelek, gumik, kondenzátorok, egyenirányítók is készülnek belőle. Az alumínium nagy korrózióállósága miatt bizonyos esetekben nélkülözhetetlen anyaggá válik a vegyiparban, például a salétromsav és származékai előállításához, tárolásához és szállításához használt berendezések gyártásához.

Az élelmiszeriparban is széles körben használják - különféle főzéshez szükséges eszközöket készítenek belőle. Ebben az esetben nemcsak a szerves savakkal szembeni ellenállását használják, hanem a magas hővezető képességét is.

A nagy rugalmasság lehetővé teszi az alumínium fóliává tekerését, amely mára teljesen felváltotta a korábban használt drágább ónfóliát. A fólia különféle élelmiszerek csomagolására szolgál: tea, csokoládé, dohány, sajt stb.

Az alumíniumot ugyanúgy használják, mint más fémek és ötvözetek korróziógátló bevonatát. Felhordható burkolással, diffúziós bevonattal és más módszerekkel, beleértve az alumínium festést festékekkel és lakkokkal. Különösen elterjedt a kevésbé korrózióálló alumíniumötvözetekből készült síkhengerelt termékek alumíniumburkolata.

Az alumínium oxigénnel szembeni kémiai aktivitását dezoxidációra használják félcsendes és nyugodt acélok gyártásánál, valamint nehezen visszanyerhető fémek előállítására oly módon, hogy az alumíniumot kiszorítják oxigénvegyületeikből.

Az alumíniumot különféle acélok és ötvözetek ötvözőelemeként használják. Különleges tulajdonságokat ad nekik. Például növeli a vas, réz, titán és néhány más fém alapú ötvözetek hőállóságát.

A változó tisztaságú alumínium egyéb felhasználási területeit is meg lehet nevezni, de ebből a legnagyobb mennyiséget különféle könnyűötvözetek beszerzésére fordítják az alapján. A főbbek részleteit alább közöljük.

Általánosságban elmondható, hogy az alumínium felhasználását a gazdaság különböző ágazataiban a fejlett kapitalista országok példájával a következő számokkal becsüljük: közlekedéstechnika 20-23% (ebből az autóipar 15%), építőipar 17-18%. elektrotechnika 10-12%, csomagolóanyag gyártás 9-10%, tartós fogyasztási cikk gyártás 9-10%, általános gépészet 8-10%.

Az alumínium egyre több új felhasználási területet nyer, annak ellenére, hogy más anyagok és főleg a műanyagok versenyeznek.

A fő alumíniumtartalmú ipari ércek a bauxit, a nefelin, az alunit és a kaolin.

Ezen ércek minőségét az 53% Al-t tartalmazó alumínium-oxid-Al O-tartalmuk alapján értékelik. Az alumíniumércek minőségének egyéb mutatói közül a legfontosabb a szennyeződések összetétele, amelyek károsságát és hasznosságát az érc felhasználása határozza meg.

A bauxit a világ legjobb és fő alapanyaga az alumíniumgyártáshoz. Mesterséges korund, erősen tűzálló termékek előállítására és egyéb célokra is használják. A kémiai összetétel szerint ez az üledékes kőzet alumínium-oxid-hidrát AlO nH2O keveréke vas-, szilícium-, titán- és egyéb elemek oxidjaival. A bauxitokat alkotó leggyakoribb alumínium-oxid-hidrátok a diaszpóra, a böhmit és a hidrargelit. A bauxit alumínium-oxid tartalma még egy lerakódásban is nagyon széles tartományban, 35-70% között változik.

A bauxit összetételében található ásványi anyagok nagyon vékony keveréket alkotnak, ami megnehezíti a dúsítást. Az iparban főként nyers ércet használnak. Az alumínium ércből történő kinyerésének folyamata összetett, nagyon energiaigényes, és két lépésből áll: először az alumínium-oxidot vonják ki, majd abból nyerik ki az alumíniumot.

A világkereskedelem tárgya maga a bauxit és a belőle kivont timföld vagy más ércek.

A FÁK területén a bauxitlerakódások egyenetlenül oszlanak el, a különböző lelőhelyekből származó bauxit minősége pedig egyenlőtlen. A legjobb minőségű bauxitok lelőhelyei az Urálban találhatók. A FÁK európai részében és Nyugat-Kazahsztánban is nagy bauxitkészletek vannak.

Az iparosodott országok közül ma már gyakorlatilag csak Franciaország biztosított, ahol fejlődése először kezdődött. Megbízható és valószínű készleteit ebben az államcsoportban 1975-ben 4,8 milliárd tonnára becsülték (ebből 4,6 milliárd tonnát Ausztráliában), míg a fejlődő országokban 12,5 milliárd tonnára, főként Afrikában és Latin-Amerikában (a leggazdagabb Guinea, Kamerun, Brazília, Jamaica).

A háború utáni időszakban jelentősen bővült azon országok köre, ahol bauxitot bányásznak és elsődleges alumíniumot állítanak elő. 1950-ben a Szovjetuniót nem számítva csak 11 országban bányásztak bauxitot, köztük hármat 1 millió tonnánál nagyobb mennyiségben (Suriname, Guyana, USA) és négyben egyenként 0,1 millió tonnánál nagyobb mennyiséget (Franciaország, Indonézia, Olaszország, Ghána). 1977-re a termelés volumene 12-szeresére nőtt, földrajzi elhelyezkedése pedig drámaian megváltozott (a kapitalista világ termelésének több mint fele fejlődő országokból származott).

A fejlődő országokkal ellentétben az üzemanyagokban gazdag Ausztrália a (főleg a York-félszigeten, a világ legnagyobb bauxitlelőhelyén) bányászott bauxit nagy részét timföldgé dolgozza fel, ami meghatározó szerepet játszik világexportjában. Nem példa számára, a karibi és nyugat-afrikai országok főleg bauxitot exportálnak. Ez egyrészt politikai okokat (a világ alumíniummonopóliumai a bauxittermelő, függő országokon kívüli timföldgyártást részesítenek előnyben), másrészt pusztán gazdasági okokat is érint: a bauxitok a nehéz színesfémek érceivel ellentétben szállíthatók (35-65% alumínium-dioxidot tartalmaznak). ), a timföldgyártás pedig jelentős fajlagos költségeket igényel, amivel a bauxittermelő országok túlnyomó többsége nem rendelkezik.

Annak érdekében, hogy ellenálljanak a világ alumíniummonopóliumainak diktátumának, a bauxitexportáló országok 1973-ban létrehozták a „Bauxitbányászati ​​Országok Nemzetközi Szövetsége” (IABS) szervezetet. Ide tartozott Ausztrália, Guinea, Guyana, Jamaica és Jugoszlávia; később a Dominikai Köztársaság, Haiti, Ghána, Sierra Leone, Suriname csatlakozott, míg Görögország és India megfigyelő országok lettek. A létrehozás évében ezek az államok adták a nem szocialista államok bauxitbányászatának körülbelül 85%-át.

Az alumíniumipart területi szakadék jellemzi mind a bauxit kitermelése és a timföldgyártás, mind pedig az utóbbi és az elsődleges alumínium olvasztása között. A legnagyobb timföldgyártás (évi 1-1,3 millió tonnáig) mind az alumíniumgyárakban (például a québeci Arvidában található kanadai gyárban, amely gyártási kapacitását tekintve évi 0,4 millió tonna alumíniumot foglal el) és bauxitexportáló kikötőkben (például Paranam Suriname-ban), valamint a bauxit útvonalain a másodiktól az elsőig - például az USA-ban a Mexikói-öböl partján (Corpus Christi, Point Comfort).

Hazánkban minden bányászott bauxitot tíz osztályba sorolnak. A fő különbség a különböző minőségű bauxitok között az, hogy különböző mennyiségben tartalmazzák a fő extrahálható komponenst, az alumínium-oxidot, és eltérő szilícium modulus értékkel rendelkeznek, pl. a bauxitokban káros szilícium-dioxid-szennyeződések (AlO SiO) timföldtartalma eltérő. A szilícium modulus a bauxitok minőségének nagyon fontos mutatója, alkalmazásuk és feldolgozási technológiájuk nagymértékben függ ettől.

Bármely minőségű bauxit nedvességtartalmát lerakódásuk függvényében határozzák meg: a legalacsonyabb nedvességtartalmat (legfeljebb 7%) a dél-uráli lerakódások, illetve az észak-uráli, a kamensk-uráli és a tikhvini lerakódások bauxitjaira állapítják meg. , legfeljebb 12, 16 és 22% . A páratartalom jelző nem elutasító jel, csak a fogyasztóval való elszámolásra szolgál.

A bauxitot 500 mm-nél nem nagyobb darabokban szállítjuk. Tömlesztve szállítják platformokon vagy gondolákban.