Descrivi l'elemento chimico alluminio. Proprietà chimiche e fisiche dell'alluminio

Tipo di lezione. Combinato.

Compiti:

Educativo:

1. Aggiornare le conoscenze degli studenti sulla struttura dell'atomo, il significato fisico del numero di serie, del numero di gruppo, del numero del periodo utilizzando l'esempio dell'alluminio.

2. Formare negli studenti la conoscenza che l'alluminio allo stato libero ha proprietà fisiche e chimiche speciali e caratteristiche.

Educativo:

1. Stimolare l'interesse per lo studio della scienza fornendo brevi resoconti storici e scientifici sul passato, presente e futuro dell'alluminio.

2. Continuare a sviluppare le capacità di ricerca degli studenti quando lavorano con la letteratura e svolgono attività di laboratorio.

3. Espandere il concetto di anfotericità rivelando la struttura elettronica dell'alluminio e le proprietà chimiche dei suoi composti.

Educativo:

1. Promuovere il rispetto per l'ambiente fornendo informazioni sui possibili usi dell'alluminio ieri, oggi, domani.

2. Sviluppare in ogni studente la capacità di lavorare in gruppo, tenere conto delle opinioni dell'intero gruppo e difendere correttamente le proprie durante lo svolgimento del lavoro di laboratorio.

3. Introdurre gli studenti all'etica scientifica, all'onestà e all'integrità degli scienziati naturali del passato, fornendo informazioni sulla lotta per il diritto di essere lo scopritore dell'alluminio.

RIPETIZIONE DEL MATERIALE TRATTATO sugli argomenti alcali e alcalino terrosi M (RIPETERE):

Qual è il numero di elettroni nel livello energetico esterno degli alcali e delle terre alcaline M?

Quali prodotti si formano quando il sodio o il potassio reagiscono con l'ossigeno? (perossido), il litio è in grado di produrre perossido in reazione con l'ossigeno? (no, la reazione produce ossido di litio.)

Come si ottengono gli ossidi di sodio e di potassio? (mediante calcinazione di perossidi con il corrispondente Me, Pr: 2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O).

I metalli alcalini e alcalino terrosi presentano stati di ossidazione negativi? (no, non lo fanno, poiché sono forti agenti riducenti.).

Come cambia il raggio di un atomo nei principali sottogruppi (dall'alto verso il basso) del Sistema Periodico? (aumenta), a cosa è collegato? (con un numero crescente di livelli energetici).

Quali dei gruppi di metalli che abbiamo studiato sono più leggeri dell'acqua? (per quelli alcalini).

In quali condizioni avviene la formazione di idruri nei metalli alcalino terrosi? (ad alte temperature).

Quale sostanza, calcio o magnesio, reagisce più attivamente con l'acqua? (il calcio reagisce più attivamente. Il magnesio reagisce attivamente con l'acqua solo quando viene riscaldato a 100 0 C).

Come cambia la solubilità degli idrossidi di metalli alcalino terrosi nell'acqua nella serie da calcio a bario? (la solubilità in acqua aumenta).

Raccontaci le caratteristiche dello stoccaggio dei metalli alcalini e alcalino terrosi, perché vengono conservati in questo modo? (poiché questi metalli sono molto reattivi, vengono conservati in contenitori sotto uno strato di cherosene).

VERIFICA LAVORO sugli argomenti alcalini e alcalino terrosi M:

RIASSUNTO DELLA LEZIONE (NUOVO MATERIALE APPRESO):

Insegnante: Ciao ragazzi, oggi passiamo allo studio del sottogruppo IIIA. Elencare gli elementi situati nel sottogruppo IIIA?

Tirocinanti: Comprende elementi come boro, alluminio, gallio, indio e tallio.

Insegnante: Che numero di elettroni contengono al livello energetico esterno, stato di ossidazione?

Tirocinanti: Tre elettroni, stato di ossidazione +3, sebbene il tallio abbia uno stato di ossidazione più stabile +1.

Insegnante: Le proprietà metalliche degli elementi del sottogruppo del boro sono molto meno pronunciate di quelle degli elementi del sottogruppo del berillio. Il boro non è M. Successivamente, all'interno del sottogruppo, con l'aumentare della carica del nucleo M, le proprietà si intensificano. UNl– già M, ma non tipico. Il suo idrossido ha proprietà anfotere.

Della M del sottogruppo principale del gruppo III, la più importante è l'alluminio, le cui proprietà studieremo in dettaglio. Per noi è interessante perché è un elemento transitorio.

DEFINIZIONE

Alluminio situato nel terzo periodo, gruppo III del sottogruppo principale (A) della tavola periodica. Questo è il primo elemento p del 3° periodo.

Metallo. Designazione - Al. Numero di serie - 13. Massa atomica relativa - 26.981 amu.

Struttura elettronica dell'atomo di alluminio

L'atomo di alluminio è costituito da un nucleo carico positivamente (+13), all'interno del quale si trovano 13 protoni e 14 neutroni. Il nucleo è circondato da tre gusci, attraverso i quali si muovono 13 elettroni.

Riso. 1. Rappresentazione schematica della struttura dell'atomo di alluminio.

La distribuzione degli elettroni tra gli orbitali è la seguente:

13Al)2)8)3;

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 1 .

Il livello energetico esterno dell'alluminio contiene tre elettroni, tutti elettroni del 3° sottolivello. Il diagramma energetico assume la seguente forma:

Uno stato eccitato è teoricamente possibile per l'atomo di alluminio a causa della presenza di un 3 vacante D-orbitali. Tuttavia, l'accoppiamento elettronico 3 S-il sottolivello in realtà non avviene.

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

Elemento chimico del gruppo III del sistema periodico di Mendeleev.

Nome latino- Alluminio.

Designazione- Al.

Numero atomico — 13.

Massa atomica — 26,98154.

Densità- 2,6989 g/cm3.

Temperatura di fusione— 660 °С.

Un metallo semplice, leggero e paramagnetico di colore grigio chiaro o bianco argentato. Ha un'elevata conduttività termica e conduttività elettrica ed è resistente alla corrosione. Distribuito nella crosta terrestre - 8,8% in massa - è il metallo più comune e il terzo elemento chimico più comune.

Viene utilizzato come materiale strutturale nella costruzione di edifici, aerei e costruzioni navali, per la fabbricazione di prodotti conduttivi nell'ingegneria elettrica, apparecchiature chimiche, beni di consumo, nella produzione di altri metalli mediante alluminotermia, come componente di combustibile solido per missili, prodotti pirotecnici composizioni e simili.

L'alluminio metallico fu prodotto per la prima volta dal fisico danese Hans Christian Oersted.

In natura si trova esclusivamente sotto forma di composti, poiché possiede un'elevata attività chimica. Forma un forte legame chimico con l'ossigeno. A causa della sua reattività, è molto difficile ottenere il metallo dal minerale. Attualmente viene utilizzato il metodo Hall-Heroult, che richiede grandi quantità di elettricità.

L'alluminio forma leghe con quasi tutti i metalli. I più famosi sono il duralluminio (una lega con rame e magnesio) e il silumin (una lega con silicio). In condizioni normali, l'alluminio è ricoperto da una resistente pellicola di ossido, quindi non reagisce con i classici agenti ossidanti acqua (H 2 O), ossigeno (O 2) e acido nitrico (HNO 3). Grazie a ciò, non è praticamente soggetto a corrosione, il che ne ha garantito la domanda nell'industria.

Il nome deriva dal latino “alumen”, che significa “allume”.

Applicazione dell'alluminio in medicina

Medicina tradizionale

Il ruolo dell'alluminio nel corpo non è completamente compreso. È noto che la sua presenza stimola la crescita del tessuto osseo, lo sviluppo dell'epitelio e dei tessuti connettivi. Sotto la sua influenza, aumenta l'attività degli enzimi digestivi. L'alluminio è legato ai processi di ripristino e rigenerazione del corpo.

L'alluminio è considerato un elemento tossico per l'immunità umana, ma fa comunque parte delle cellule. In questo caso si presenta sotto forma di ioni con carica positiva (Al3+), che agiscono sulle ghiandole paratiroidi. Diversi tipi di cellule contengono quantità diverse di alluminio, ma è noto che le cellule del fegato, del cervello e delle ossa lo accumulano più velocemente di altre.

I medicinali contenenti alluminio hanno effetti analgesici e avvolgenti, effetti antiacidi e adsorbenti. Quest'ultimo significa che quando interagiscono con l'acido cloridrico, i farmaci possono ridurre l'acidità del succo gastrico. L'alluminio è prescritto anche per uso esterno: nel trattamento di ferite, ulcere trofiche, congiuntivite acuta.

La tossicità dell'alluminio si manifesta nella sua sostituzione del magnesio nei centri attivi di numerosi enzimi. Anche il suo rapporto competitivo con fosforo, calcio e ferro gioca un ruolo.

Con una mancanza di alluminio, si osserva debolezza degli arti. Ma un fenomeno del genere è quasi impossibile nel mondo moderno, poiché il metallo arriva attraverso l'acqua, il cibo e l'aria inquinata.

Con un contenuto eccessivo di alluminio nel corpo, iniziano i cambiamenti nei polmoni, convulsioni, anemia, disorientamento spaziale, apatia e perdita di memoria.

Ayurveda

L'alluminio è considerato velenoso e non deve essere utilizzato per il trattamento. Allo stesso modo, non si devono utilizzare contenitori di alluminio per preparare decotti o conservare erbe aromatiche.

Uso dell'alluminio nella magia

A causa della difficoltà di ottenere un elemento puro, il metallo veniva utilizzato insieme alla magia e da esso venivano realizzati gioielli. Quando il processo di produzione divenne più semplice, la moda per l'artigianato in alluminio passò immediatamente.

Magia protettiva

Viene utilizzato esclusivamente il foglio di alluminio, che ha la proprietà di schermare i flussi energetici, impedendone la diffusione. Pertanto, di regola, è avvolto da oggetti che possono diffondere energia negativa attorno a sé. Molto spesso doni magici dubbi sono avvolti in un foglio di alluminio: bacchette, maschere, pugnali, specialmente quelli portati dall'Africa o dall'Egitto.

Fanno lo stesso con oggetti sconosciuti piantati nel cortile o sotto la porta. Invece di sollevarlo con le mani o attraverso un panno, è meglio coprirlo con della pellicola senza toccare l'oggetto stesso.

A volte la lamina viene utilizzata come schermo protettivo per amuleti e talismani che non sono attualmente necessari, ma potrebbero essere necessari in futuro.

Alluminio in astrologia

segno zodiacale: Capricorno.

Alluminio fu isolato per la prima volta nella sua forma pura da Friedrich Wöhler. Un chimico tedesco riscaldò il cloruro anidro dell'elemento con potassio metallico. Ciò accadde nella seconda metà del XIX secolo. Fino al 20° secolo kg di alluminio costare di più.

Solo i ricchi e i posseduti dallo Stato potevano permettersi il nuovo metallo. Il motivo del costo elevato è la difficoltà di separare l'alluminio da altre sostanze. Un metodo per estrarre l'elemento su scala industriale è stato proposto da Charles Hall.

Nel 1886 sciolse l'ossido nella criolite fusa. Il tedesco racchiuse la miscela in un recipiente di granito e vi collegò la corrente elettrica. Placche di metallo puro si depositarono sul fondo del contenitore.

Proprietà chimiche e fisiche dell'alluminio

Quale alluminio? Bianco argenteo, brillante. Pertanto Friedrich Wöhler ha confrontato i granuli metallici con cui ha ottenuto. Ma c'era un avvertimento: l'alluminio è molto più leggero.

La plasticità è vicina al prezioso e. L'alluminio è una sostanza, facilmente trafilato in fili e fogli sottili. Ricorda solo il foglio. È realizzato sulla base del 13° elemento.

L'alluminio è leggero grazie alla sua bassa densità. È tre volte inferiore a quello del ferro. Allo stesso tempo, il tredicesimo elemento è forte quasi quanto lui.

Questa combinazione ha reso il metallo argentato indispensabile nell'industria, ad esempio nella produzione di componenti per automobili. Parliamo anche di produzione artigianale, perché saldatura dell'alluminio possibile anche a casa.

Formula di alluminio permette di riflettere attivamente la luce, ma anche i raggi termici. Anche la conduttività elettrica dell'elemento è elevata. L'importante è non scaldarlo troppo. Si scioglierà a 660 gradi. Se la temperatura aumenta leggermente, brucerà.

Il metallo scomparirà, solo ossido di alluminio. Si forma anche in condizioni standard, ma solo sotto forma di pellicola superficiale. Protegge il metallo. Pertanto resiste bene alla corrosione perché l'accesso all'ossigeno è bloccato.

La pellicola di ossido protegge il metallo anche dall'acqua. Se rimuovi la placca dalla superficie dell'alluminio, inizierà una reazione con H 2 O. Il rilascio di gas idrogeno avverrà anche a temperatura ambiente. COSÌ, barca in alluminio non si trasforma in fumo solo grazie al film di ossido e vernice protettiva applicata sullo scafo della nave.

Il piu 'attivo interazione alluminio con non metalli. Le reazioni con bromo e cloro avvengono anche in condizioni normali. Di conseguenza, si formano sali di alluminio. I sali dell'idrogeno si ottengono combinando il 13° elemento con soluzioni acide. La reazione avverrà anche con gli alcali, ma solo dopo aver rimosso la pellicola di ossido. Verrà rilasciato idrogeno puro.

Applicazione dell'alluminio

Il metallo viene spruzzato sugli specchi. Valori elevati di riflessione della luce tornano utili. Il processo avviene in condizioni di vuoto. Producono non solo specchi standard, ma anche oggetti con superfici a specchio. Questi includono: piastrelle di ceramica, elettrodomestici, lampade.

Duetto alluminio-rame– la base è in duralluminio. Chiamato semplicemente duralluminio. Aggiungi come qualità. La composizione è 7 volte più resistente dell'alluminio puro, quindi è adatta all'ingegneria meccanica e alla costruzione di aeromobili.

Il rame conferisce forza al tredicesimo elemento, ma non pesantezza. Il Dural rimane 3 volte più leggero del ferro. Piccolo massa di alluminio– una garanzia di leggerezza di automobili, aerei, navi. Ciò semplifica il trasporto e il funzionamento e riduce il prezzo dei prodotti.

Acquista alluminio Anche le case automobilistiche sono interessate perché le sue leghe possono essere facilmente rivestite con composti protettivi e decorativi. La vernice si applica più velocemente e in modo più uniforme rispetto all'acciaio e alla plastica.

Allo stesso tempo, le leghe sono malleabili e facili da lavorare. Ciò è prezioso, data la massa di curve e transizioni di design sui modelli di auto moderne.

Il tredicesimo elemento non solo è facile da tingere, ma può anche agire come colorante stesso. Acquistato nel settore tessile solfato di alluminio. È utile anche nella stampa, dove sono richiesti pigmenti insolubili.

immagino cosa soluzione solfato alluminio Sono utilizzati anche per la purificazione dell'acqua. In presenza dell '"agente", le impurità nocive precipitano e vengono neutralizzate.

Neutralizza il 13° elemento e gli acidi. Particolarmente bravo in questo ruolo idrossido di alluminio. È apprezzato in farmacologia e medicina, aggiungendolo ai farmaci per il bruciore di stomaco.

L'idrossido è prescritto anche per le ulcere e i processi infiammatori del tratto intestinale. Quindi il farmaco è disponibile anche nelle farmacie alluminio. Acido nello stomaco - un motivo per saperne di più su tali farmaci.

Nell'URSS veniva coniato anche il bronzo con l'aggiunta dell'11% di alluminio. Le denominazioni dei segni sono 1, 2 e 5 kopecks. Iniziarono a produrlo nel 1926 e lo terminarono nel 1957. Ma la produzione di lattine in alluminio per il cibo in scatola non si è fermata.

La carne in umido, la lucciola e altre colazioni turistiche sono ancora confezionate in contenitori basati sul 13° elemento. Tali barattoli non reagiscono con il cibo, allo stesso tempo sono leggeri ed economici.

La polvere di alluminio fa parte di molte miscele esplosive, comprese quelle pirotecniche. L'industria utilizza meccanismi di sabbiatura basati su trinitrotoluene e elemento frantumato 13. Un potente esplosivo si ottiene anche aggiungendo nitrato di ammonio all'alluminio.

Nell'industria petrolifera è necessario cloruro di alluminio. Svolge il ruolo di catalizzatore nella decomposizione della materia organica in frazioni. Il petrolio ha la proprietà di rilasciare idrocarburi gassosi e leggeri come la benzina, interagendo con il cloruro del tredicesimo metallo. Il reagente deve essere anidro. Dopo aver aggiunto il cloruro, la miscela viene riscaldata a 280 gradi Celsius.

In edilizia spesso mescolo sodio E alluminio. Risulta essere un additivo al calcestruzzo. L'alluminato di sodio ne accelera l'indurimento accelerando l'idratazione.

Il tasso di microcristallizzazione aumenta, il che significa che aumenta la resistenza e la durezza del calcestruzzo. Inoltre, l'alluminato di sodio preserva dalla corrosione il rinforzo posato nella soluzione.

Estrazione dell'alluminio

Il metallo chiude i primi tre più comuni sulla terra. Ciò spiega la sua disponibilità e l'uso diffuso. Tuttavia, la natura non fornisce l’elemento all’uomo nella sua forma pura. L'alluminio deve essere separato da vari composti. Il tredicesimo elemento è più abbondante nella bauxite. Si tratta di rocce argillose, concentrate principalmente nella zona tropicale.

La bauxite viene frantumata, quindi essiccata, nuovamente frantumata e macinata in presenza di un piccolo volume d'acqua. Risulta essere una massa spessa. Si riscalda con vapore. Allo stesso tempo, la maggior parte, di cui anche la bauxite non è povera, evapora. Ciò che rimane è l'ossido del 13° metallo.

Viene posto in bagni industriali. Contengono già criolite fusa. La temperatura è mantenuta a circa 950 gradi Celsius. È inoltre necessaria una corrente elettrica di almeno 400 kA. Cioè, viene utilizzata l'elettrolisi, proprio come 200 anni fa, quando l'elemento fu isolato da Charles Hall.

Passando attraverso una soluzione calda, la corrente rompe i legami tra il metallo e l'ossigeno. Di conseguenza, il fondo della vasca rimane pulito alluminio. Reazioni finito. Il processo si completa colando dal sedimento e inviandolo al consumatore, oppure utilizzandolo per formare varie leghe.

La principale produzione di alluminio è localizzata nello stesso luogo dei giacimenti di bauxite. In prima linea: la Guinea. Nelle sue profondità sono nascoste quasi 8.000.000 di tonnellate del 13° elemento. L'Australia è al 2 ° posto con un indicatore di 6.000.000, mentre in Brasile l'alluminio è già 2 volte inferiore. Le riserve globali sono stimate a 29.000.000 di tonnellate.

Prezzo dell'alluminio

Per una tonnellata di alluminio chiedono quasi 1.500 dollari. Questi sono i dati delle borse dei metalli non ferrosi al 20 gennaio 2016. Il costo è fissato principalmente dagli industriali. Più precisamente, il prezzo dell'alluminio è influenzato dalla domanda di materie prime. Influisce anche sulle richieste dei fornitori e sul costo dell’elettricità, perché la produzione del 13° elemento è ad alta intensità energetica.

Per l'alluminio sono fissati prezzi diversi. Va alla fonderia. Il costo è annunciato per chilogrammo e la natura del materiale consegnato è importante.

Quindi, per il metallo elettrico danno circa 70 rubli. Per l'alluminio alimentare puoi ottenere 5-10 rubli in meno. Pagano lo stesso per il metallo del motore. Se noleggi una varietà mista, il suo prezzo è di 50-55 rubli per chilogrammo.

Il tipo di rottame più economico sono i trucioli di alluminio. Puoi ottenere solo 15-20 rubli per questo. Daranno un po' di più per il 13° elemento. Questo si riferisce ai contenitori per bevande e cibo in scatola.

Anche i radiatori in alluminio non sono molto apprezzati. Il prezzo per chilogrammo di rottame è di circa 30 rubli. Queste sono le medie. In diverse regioni e in diversi punti, l'alluminio viene accettato come più costoso o più economico. Spesso il costo dei materiali dipende dai volumi consegnati.

Caratteristiche dell'alluminio

industria della qualità dei metalli in alluminio

L'alluminio è il metallo più comune nella crosta terrestre. Il suo contenuto è stimato al 7,45% (più del ferro, che è solo del 4,2%). L'alluminio come elemento fu scoperto recentemente, nel 1825, quando furono ottenuti i primi piccoli grumi di questo metallo. L'inizio del suo sviluppo industriale risale alla fine del secolo scorso. L'impulso a ciò fu lo sviluppo nel 1886 di un metodo per la sua produzione mediante elettrolisi dell'allumina disciolta nella criolite. Il principio del metodo è alla base della moderna estrazione industriale dell'alluminio dall'allumina in tutti i paesi del mondo.

L'alluminio è un metallo bianco argenteo lucido dall'aspetto. All'aria si ossida rapidamente, ricoprendosi di un sottile film bianco opaco di AlO. Questo film ha elevate proprietà protettive, quindi, essendo ricoperto da tale film, l'alluminio è resistente alla corrosione.

L'alluminio viene distrutto abbastanza facilmente da soluzioni di alcali caustici, acidi cloridrico e solforico. È altamente resistente all'acido nitrico concentrato e agli acidi organici.

Le proprietà fisiche più caratteristiche dell'alluminio sono la sua bassa densità relativa, pari a 2,7, nonché una conduttività termica ed elettrica relativamente elevata. A 0°C, la conduttività elettrica dell'alluminio, cioè la conduttività elettrica di un filo di alluminio con una sezione trasversale di 1 mm e una lunghezza di 1 m è 37 1 ohm.

La resistenza alla corrosione e soprattutto la conduttività elettrica dell'alluminio è maggiore, più è pulito, meno impurità contiene.

Il punto di fusione dell'alluminio è basso, è di circa 660°C. Tuttavia, il suo calore latente di fusione è molto elevato - circa 100 cal g, quindi per fondere l'alluminio è necessario un consumo di calore maggiore rispetto a quello necessario per fondere la stessa quantità, ad esempio, del rame refrattario, che ha un punto di fusione di 1083 C, un calore latente di fusione di 43 cal g.

Le proprietà meccaniche dell'alluminio sono caratterizzate da elevata duttilità e bassa resistenza. L'alluminio laminato e ricotto ha = 10 kg mm, e durezza HB25, = 80% e = 35%.

Il reticolo cristallino dell'alluminio è un cubo a facce centrate, che a 20°C ha un parametro (dimensione del lato) di 4,04. L'alluminio non subisce trasformazioni allotropiche.

In natura l'alluminio si trova sotto forma di minerali di alluminio: bauxite, nefelina, alunite e caolino. Il minerale più importante su cui si basa gran parte dell'industria mondiale dell'alluminio è la bauxite.

La produzione di alluminio dai minerali consiste in due fasi sequenziali: prima viene prodotta l'allumina (AlO) e poi da essa si ottiene l'alluminio.

I metodi attualmente noti per la produzione di allumina possono essere suddivisi in tre gruppi: alcalini, acidi ed elettrotermici. I metodi alcalini sono i più utilizzati.

In alcune varietà di metodi alcalini, la bauxite, disidratata a 1000 C, viene frantumata in mulini a sfere, mescolata in determinate proporzioni con gesso e soda e sinterizzata per ottenere alluminato di sodio solido idrosolubile mediante reazione

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

La massa sinterizzata viene frantumata e lisciviata con acqua e l'alluminato di sodio va in soluzione.

In altre varianti del metodo alcalino, l'allumina contenuta nella bauxite viene legata all'alluminato di sodio trattando direttamente il minerale con alcali. Questo produce immediatamente una soluzione di alluminato in acqua.

In entrambi i casi, la formazione di una soluzione acquosa di alluminato di sodio porta alla sua separazione dai componenti insolubili del minerale, che sono principalmente ossidi e idrossidi di silicio, ferro e titanio. La separazione della soluzione dal sedimento insolubile, denominato fango rosso, viene effettuata in vasche di decantazione.

Alla soluzione risultante viene aggiunta calce a 125 C e una pressione di 5 del mattino, che porta alla desiliconizzazione: CaSiO precipita, formando fanghi bianchi. La soluzione, depurata dal silicio, dopo averla separata dal fango bianco, viene trattata con anidride carbonica a 60-80 C, per cui precipita l'ossido di alluminio idrato cristallino:

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

Viene lavato, asciugato e calcinato. La calcinazione porta alla formazione di allumina:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

Il metodo descritto garantisce un'estrazione abbastanza completa dell'allumina dalla bauxite - circa l'80%.

La produzione di alluminio metallico dall'allumina comporta la sua decomposizione elettrolitica nelle sue parti costitutive: alluminio e ossigeno. L'elettrolita in questo processo è una soluzione di allumina in criolite (AlF 3NaF). La criolite, avendo la capacità di dissolvere l'allumina, riduce contemporaneamente il suo punto di fusione. L'allumina fonde ad una temperatura di circa 2000 C e il punto di fusione di una soluzione composta, ad esempio, dall'85% di criolite e dal 15% di allumina è 935 C.

Lo schema dell'elettrolisi dell'allumina è abbastanza semplice, ma tecnologicamente questo processo è complesso e richiede grandi quantità di elettricità.

Il fondo del bagno con un buon isolamento termico 1 e un imballaggio in carbonio 2 contiene bus catodici 3, collegati al polo negativo della sorgente di corrente elettrica. Gli elettrodi 5 sono collegati al bus dell'anodo 4. Prima che inizi l'elettrolisi, un sottile strato di coke viene versato sul fondo del bagno, gli elettrodi vengono abbassati finché non entrano in contatto con esso e la corrente viene attivata. Quando l'imballaggio in carbonio viene riscaldato, viene introdotta gradualmente la criolite. Quando lo spessore dello strato di criolite fusa è di 200-300 mm, l'allumina viene caricata in ragione del 15% della quantità di criolite. Il processo avviene a 950-1000 C.

Sotto l'influenza della corrente elettrica, l'allumina decompone l'alluminio e l'ossigeno. L'alluminio liquido 6 si accumula sul fondo di carbonio (il fondo del bagno di carbone), che è il catodo, e l'ossigeno si combina con il carbonio degli anodi, bruciandoli gradualmente. La criolite viene consumata in modo insignificante. Periodicamente viene aggiunta allumina, gli elettrodi vengono gradualmente abbassati per compensare la parte bruciata e l'alluminio liquido accumulato viene rilasciato nella siviera 8 ad intervalli determinati.

Durante l'elettrolisi, per 1 tonnellata di alluminio vengono consumate circa 2 tonnellate di allumina, 0,6 tonnellate di elettrodi di carbonio che fungono da anodi, 0,1 tonnellate di criolite e da 17.000 a 18.000 kWh di elettricità.

L'alluminio grezzo ottenuto mediante elettrolisi dell'allumina contiene impurità metalliche (ferro, silicio, titanio e sodio), gas disciolti, il principale dei quali è l'idrogeno, e inclusioni non metalliche, che sono particelle di allumina, carbone e criolite. In questo stato non è adatto all'uso, poiché ha proprietà basse, quindi deve essere raffinato. Le impurità non metalliche e gassose vengono rimosse sciogliendo e soffiando il metallo con cloro. Le impurità metalliche possono essere rimosse solo mediante complessi metodi elettrolitici.

Dopo la raffinazione si ottengono qualità commerciali di alluminio.

La purezza dell'alluminio è un indicatore decisivo che influenza tutte le sue proprietà, pertanto la composizione chimica è la base per la classificazione dell'alluminio.

Le impurità inevitabili derivanti dalla produzione dell'alluminio sono ferro e silicio. Entrambi in alluminio sono dannosi. Il ferro non si dissolve nell'alluminio, ma forma con esso i composti chimici fragili FeAl e Fe2Al. L'alluminio forma una miscela meccanica eutettica con il silicio all'11,7% di Si. Poiché la solubilità del silicio a temperatura ambiente è molto bassa (0,05%), anche in piccole quantità forma Fe+Si eutettico e inclusioni di cristalli di silicio fragili molto duri (HB 800), che riducono la duttilità dell'alluminio. Quando silicio e ferro sono presenti insieme, si formano un composto chimico ternario e un eutettico ternario, che riducono anche la plasticità.

Le impurità controllate nell'alluminio sono ferro, silicio, rame e titanio.

L'alluminio di tutti i gradi contiene più del 99% di Al. L'eccedenza quantitativa di questo valore in centesimi o decimi di percentuale è indicata nel marchio dopo la lettera iniziale A. Pertanto, il grado A85 contiene il 99,85% di Al. Un'eccezione a questo principio di marcatura sono i gradi A AE, in cui il contenuto di alluminio è lo stesso dei gradi A0 e A5, ma il rapporto tra impurità di ferro e silicio incluse nella composizione è diverso.

La lettera E nel grado AE significa che l'alluminio di questo grado è destinato alla produzione di cavi elettrici. Un ulteriore requisito per le proprietà dell'alluminio è la bassa resistenza elettrica, che per il filo realizzato con esso non deve essere superiore a 0,0280 ohm mm m a 20 C.

L'alluminio viene utilizzato per la produzione di prodotti e leghe basati su di esso, le cui proprietà richiedono un elevato grado di purezza.

A seconda dello scopo, l’alluminio può essere prodotto in varie forme. L'alluminio di tutti i gradi (purezza elevata e tecnica), destinato alla rifusione, viene colato sotto forma di maiali del peso di 5; 15 e 1000kg. I loro valori limite sono i seguenti: altezza da 60 a 600 mm, larghezza da 93 a 800 mm e lunghezza da 415 a 1000 mm.

Se l'alluminio è destinato alla laminazione di fogli e nastri, i lingotti piatti di diciassette dimensioni vengono fusi utilizzando un metodo continuo o semicontinuo. Il loro spessore varia da 140 a 400 mm, la larghezza da 560 a 2025 mm e il peso di 1 m di lunghezza del lingotto va da 210 a 2190 kg. La lunghezza del lingotto viene concordata con il cliente.

Il principale tipo di controllo dell'alluminio, sia nei maiali che nei lingotti piatti, è la verifica della composizione chimica e della sua conformità al marchio. I lingotti e i lingotti destinati al trattamento a pressione sono soggetti a requisiti aggiuntivi, come l'assenza di cavità, bolle di gas, crepe, scorie e altre inclusioni estranee.

Per disossidare l'acciaio durante la fusione, nonché per la produzione di ferroleghe e alluminotermia, è possibile utilizzare alluminio più economico di purezza inferiore rispetto a quello indicato nella tabella "Purezza dell'alluminio di diversi gradi". A questo scopo, l’industria produce sei gradi di alluminio in lingotti di peso compreso tra 3 e 16,5 kg, contenenti dal 98,0 all’87,0% di Al. Il loro contenuto di ferro raggiunge il 2,5% e quello di silicio e rame fino al 5% ciascuno.

L'uso dell'alluminio è dovuto alla particolarità delle sue proprietà. La combinazione di leggerezza con conduttività elettrica sufficientemente elevata consente l'utilizzo dell'alluminio come conduttore di corrente elettrica, in sostituzione del rame più costoso. La differenza nella conduttività elettrica del rame (631 ohm) e dell'alluminio (371 ohm) viene compensata aumentando la sezione trasversale del filo di alluminio. La bassa massa dei fili di alluminio consente di appenderli a una distanza tra i supporti molto maggiore rispetto ai fili di rame, senza timore che il filo si rompa sotto l'influenza del proprio peso. Da esso vengono realizzati anche cavi, sbarre collettrici, condensatori e raddrizzatori. L'elevata resistenza alla corrosione dell'alluminio lo rende in alcuni casi un materiale indispensabile nell'ingegneria chimica, ad esempio per la fabbricazione di apparecchiature utilizzate nella produzione, stoccaggio e trasporto dell'acido nitrico e dei suoi derivati.

È anche ampiamente utilizzato nell'industria alimentare: da esso vengono ricavati una varietà di utensili da cucina. In questo caso viene utilizzata non solo la sua resistenza agli acidi organici, ma anche la sua elevata conduttività termica.

L'elevata duttilità consente all'alluminio di essere arrotolato in un foglio di alluminio, che ora ha completamente sostituito il più costoso foglio di stagno precedentemente utilizzato. La pellicola funge da imballaggio per un'ampia varietà di prodotti alimentari: tè, cioccolato, tabacco, formaggio, ecc.

L'alluminio viene utilizzato allo stesso modo del rivestimento anticorrosivo di altri metalli e leghe. Può essere applicato mediante rivestimento, metallizzazione per diffusione e altri metodi, inclusa la verniciatura con pitture e vernici contenenti alluminio. Particolarmente comune è il rivestimento in alluminio di prodotti laminati piatti realizzati con leghe di alluminio meno resistenti alla corrosione.

L'attività chimica dell'alluminio in relazione all'ossigeno viene utilizzata per la disossidazione nella produzione di acciaio semi-silenzioso e calmo e per la produzione di metalli difficili da ridurre spostando l'alluminio dai suoi composti di ossigeno.

L'alluminio è utilizzato come elemento di lega in un'ampia varietà di acciai e leghe. Dà loro proprietà specifiche. Ad esempio, aumenta la resistenza al calore delle leghe a base di ferro, rame, titanio e alcuni altri metalli.

Possiamo citare altre aree di applicazione dell'alluminio con vari gradi di purezza, ma la maggior parte viene spesa per produrre varie leghe leggere basate su di esso. Di seguito vengono fornite informazioni sui principali.

In generale, l'uso dell'alluminio in vari settori dell'economia usando l'esempio dei paesi capitalisti sviluppati è stimato dalle seguenti cifre: ingegneria dei trasporti 20-23% (inclusa l'industria automobilistica 15%), edilizia 17-18%, ingegneria elettrica 10 -12%, produzione di materiali da imballaggio 9-10%, produzione di beni di consumo durevoli 9-10%, ingegneria generale 8-10%.

L’alluminio conquista sempre più nuovi ambiti di applicazione, nonostante la concorrenza di altri materiali e soprattutto delle plastiche.

I principali minerali industriali contenenti alluminio sono bauxite, nefelina, alunite e caolino.

La qualità di questi minerali è valutata dal loro contenuto di allumina Al O, che contiene il 53% di Al. Tra gli altri indicatori di qualità dei minerali di alluminio, il più importante è la composizione delle impurità, la cui nocività e utilità sono determinate dall'uso del minerale.

La bauxite è la migliore e principale materia prima per la produzione di alluminio in tutto il mondo. Viene utilizzato anche per la produzione di corindone artificiale, prodotti altamente refrattari e per altri scopi. In termini di composizione chimica, questa roccia sedimentaria è una miscela di allumina idrata AlO nH2O con ossidi di ferro, silicio, titanio e altri elementi. Gli idrati di allumina più comuni presenti nella bauxite sono i minerali diasporo, boehmite e idrargellite. Il contenuto di allumina nella bauxite, anche in un deposito, varia entro limiti molto ampi, dal 35 al 70%.

I minerali che compongono la bauxite formano una miscela molto fine, che ne rende difficile l'arricchimento. Nell'industria viene utilizzato principalmente il minerale grezzo. Il processo di estrazione dell'alluminio dal minerale è complesso, ad alta intensità energetica e consiste in due fasi: prima viene estratta l'allumina e poi da essa si ottiene l'alluminio.

Oggetto del commercio mondiale è sia la bauxite stessa che l'allumina da essa estratta o altri minerali.

Nella CSI, i depositi di bauxite sono distribuiti in modo non uniforme e la bauxite proveniente da depositi diversi è di qualità disuguale. I giacimenti di bauxite di altissima qualità si trovano negli Urali. Grandi riserve di bauxite sono disponibili anche nella parte europea della CSI e nel Kazakistan occidentale.

Tra i paesi industrialmente sviluppati, solo la Francia è ormai praticamente sicura, dove ha avuto inizio il suo sviluppo. Le sue riserve certe e probabili in questo gruppo di paesi nel 1975 erano stimate a 4,8 miliardi di tonnellate (di cui 4,6 miliardi di tonnellate in Australia), mentre nei paesi in via di sviluppo erano di 12,5 miliardi di tonnellate, principalmente in Africa e America Latina (i più ricchi sono Guinea, Camerun , Brasile, Giamaica).

Nel dopoguerra, la cerchia dei paesi in cui si estrae la bauxite e si produce alluminio primario si è notevolmente ampliata. Nel 1950, la bauxite veniva estratta solo in 11 paesi, senza contare l'URSS, di cui tre con quantità superiori a 1 milione di tonnellate (Suriname, Guyana, Stati Uniti) e quattro con più di 0,1 milioni di tonnellate ciascuno (Francia, Indonesia, Italia, Ghana). Nel 1977, il volume della produzione aumentò di 12 volte e la sua geografia cambiò radicalmente (più della metà della produzione del mondo capitalista era nei paesi in via di sviluppo).

A differenza dei paesi in via di sviluppo, l’Australia, ricca di combustibili, trasforma la maggior parte della sua produzione di bauxite (principalmente dalla penisola di York, il più grande giacimento di bauxite del mondo) in allumina, svolgendo un ruolo cruciale nelle sue esportazioni globali. Non è un esempio: i paesi dei Caraibi e dell'Africa occidentale esportano principalmente bauxite. Ciò è dovuto sia a ragioni politiche (i monopoli mondiali dell’alluminio preferiscono la produzione di allumina al di fuori dei paesi minatori di bauxite che dipendono da loro) sia a ragioni puramente economiche: la bauxite, a differenza dei minerali di metalli pesanti non ferrosi, è trasportabile (contiene 35- 65% di biossido di alluminio) e la produzione di allumina richiede costi specifici significativi, che la stragrande maggioranza dei paesi minerari di bauxite non sostiene.

Nel tentativo di resistere ai dettami dei monopoli mondiali dell’alluminio, i paesi esportatori di bauxite hanno creato nel 1973 l’Associazione internazionale dei paesi minerari di bauxite (IABC). Comprendeva Australia, Guinea, Guyana, Giamaica e Jugoslavia; successivamente si unirono la Repubblica Dominicana, Haiti, il Ghana, la Sierra Leone, il Suriname e la Grecia e l'India divennero paesi osservatori. Nell'anno della creazione, questi stati rappresentavano circa l'85% della produzione di bauxite negli stati non socialisti.

L’industria dell’alluminio è caratterizzata da un divario territoriale sia tra l’estrazione della bauxite e la produzione dell’allumina, sia tra quest’ultima e la fusione dell’alluminio primario. La maggiore produzione di allumina (fino a 1-1,3 milioni di tonnellate all'anno) è localizzata sia negli smelter di alluminio (ad esempio, nello stabilimento canadese di Arvida in Quebec, che ha una capacità produttiva di 0,4 milioni di tonnellate di alluminio all'anno) sia in porti esportatori di bauxite (ad esempio Paranam nel Suriname), nonché sulle rotte della bauxite dal secondo al primo - ad esempio negli Stati Uniti sulla costa del Golfo (Corpus Christi, Point Comfort).

Nel nostro paese, tutta la bauxite estratta è divisa in dieci gradi. La differenza principale tra i diversi gradi di bauxite è che contengono quantità diverse del principale componente estraibile, l'allumina, e hanno diversi valori di modulo di silicio, vale a dire diverso contenuto di allumina rispetto al contenuto di impurità di silice dannose nella bauxite (AlO SiO). Il modulo di silicio è un indicatore molto importante della qualità della bauxite, da esso dipende in gran parte la sua applicazione e la tecnologia di lavorazione.

Il contenuto di umidità nella bauxite di qualsiasi grado viene stabilito in base al loro deposito: il contenuto di umidità più basso (non più del 7%) è stabilito per la bauxite dai depositi degli Urali meridionali e per i depositi degli Urali settentrionali, Kamensk-Ural e Tikhvin - no rispettivamente più del 12, 16 e 22%. L'indicatore di umidità non è un criterio di rifiuto e viene utilizzato solo per gli accordi con il consumatore.

La bauxite viene fornita in pezzi non più grandi di 500 mm. Viene trasportato sfuso su piattaforme o gondole.