화학 원소인 알루미늄에 대해 설명해보세요. 알루미늄의 화학적 및 물리적 특성
수업 유형. 결합.
작업:
교육적:
1. 알루미늄의 예를 사용하여 원자의 구조, 원자 번호의 물리적 의미, 그룹 번호, 주기 번호에 대한 학생들의 지식을 업데이트합니다.
2. 자유 상태의 알루미늄이 특별하고 특징적인 물리적, 화학적 특성을 가지고 있다는 지식을 학생들에게 형성합니다.
교육적:
1. 알루미늄의 과거, 현재, 미래에 대한 간략한 역사적, 과학적 보고서를 제공하여 과학 연구에 대한 관심을 자극합니다.
2. 문학 작업과 실험실 작업을 수행하면서 학생들의 연구 기술을 계속 개발합니다.
3. 알루미늄의 전자구조와 알루미늄 화합물의 화학적 성질을 밝혀 양성성의 개념을 확장합니다.
교육적:
1. 어제, 오늘, 내일 알루미늄의 가능한 용도에 대한 정보를 제공하여 환경에 대한 존중을 기릅니다.
2. 각 학생이 팀으로 일할 수 있는 능력을 개발하고, 전체 그룹의 의견을 고려하고, 실험실 작업을 수행할 때 그들의 의견을 올바르게 방어할 수 있습니다.
3. 학생들에게 과거 자연과학자들의 과학적 윤리, 정직성, 성실성을 소개하고 알루미늄 발견자가 될 권리를 위한 투쟁에 대한 정보를 제공합니다.
알칼리 및 알칼리토류 M 주제에 대한 반복 표지 자료(반복):
알칼리 및 알칼리 토류 M의 외부 에너지 준위의 전자 수는 얼마입니까?
나트륨이나 칼륨이 산소와 반응하면 어떤 생성물이 생성됩니까? (과산화물), 리튬은 산소와 반응하여 과산화물을 생성할 수 있습니까? (아니요, 반응은 산화리튬을 생성합니다.)
나트륨과 칼륨 산화물은 어떻게 얻나요?
(해당 Me를 사용한 과산화물 하소에 의해, Pr: 2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O).
알칼리 및 알칼리 토금속은 음의 산화 상태를 나타냅니까? (아니요, 강력한 환원제이기 때문에 그렇지 않습니다.)
주기율표의 주요 하위 그룹(위에서 아래로)에서 원자의 반경은 어떻게 변합니까? (증가) 이게 무슨 연관이 있는 걸까요? (에너지 수준의 수가 증가함에 따라).
우리가 연구한 금속 그룹 중 물보다 가벼운 것은 무엇입니까? (알칼리성인 경우).
칼슘과 마그네슘 중 어떤 물질이 물과 더 활발하게 반응합니까? (칼슘은 더 활발하게 반응합니다. 마그네슘은 100 ℃로 가열 될 때만 물과 활발하게 반응합니다).
물에 대한 알칼리 토금속 수산화물의 용해도는 칼슘에서 바륨으로 순차적으로 어떻게 변합니까? (수용해도가 증가합니다).
알칼리 및 알칼리 토금속의 보관 특징에 대해 알려주십시오. 왜 이런 식으로 보관합니까? (이 금속들은 반응성이 매우 높기 때문에 등유 층 아래의 용기에 저장됩니다.)
알칼리 및 알칼리 토류 M 주제에 대한 작업 확인:
수업 요약(새로 배운 내용):
선생님: 안녕하세요 여러분, 오늘 우리는 하위 그룹 IIIA에 대한 연구로 넘어갑니다. 하위 그룹 IIIA에 있는 요소를 나열합니까?
연수생: 여기에는 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 탈륨과 같은 원소가 포함됩니다.
선생님: 외부 에너지 준위인 산화 상태에는 몇 개의 전자가 포함되어 있습니까?
연수생: 3개의 전자, 산화 상태 +3, 탈륨이 더 안정적인 산화 상태 +1을 갖습니다.
선생님: 붕소 하위 그룹 원소의 금속 특성은 베릴륨 하위 그룹 원소의 금속 특성보다 훨씬 덜 두드러집니다. 붕소는 M이 아닙니다. 결과적으로 하위 그룹 내에서 핵 M의 전하가 증가함에 따라 특성이 강화됩니다. 에이엘– 이미 M이지만 일반적이지 않습니다. 수산화물은 양쪽성 특성을 가지고 있습니다.
그룹 III의 주요 하위 그룹 M 중에서 알루미늄이 가장 중요하며, 그 특성에 대해 자세히 연구할 것입니다. 이는 과도기적 요소이기 때문에 우리에게 흥미롭습니다.
정의
알류미늄주기율표의 주(A) 하위 그룹의 세 번째 기간인 그룹 III에 위치합니다. 이것은 3주기의 첫 번째 p-요소입니다.
금속. 명칭 - 알. 일련 번호 - 13. 상대 원자 질량 - 26.981 amu.
알루미늄 원자의 전자 구조
알루미늄 원자는 양전하를 띤 핵(+13)으로 구성되며, 그 내부에는 13개의 양성자와 14개의 중성자가 있습니다. 핵은 3개의 껍질로 둘러싸여 있으며, 이를 통해 13개의 전자가 이동합니다.
쌀. 1. 알루미늄 원자 구조의 도식적 표현.
오비탈 간의 전자 분포는 다음과 같습니다.
13A1) 2) 8) 3 ;
1에스 2 2에스 2 2피 6 3에스 2 3피 1 .
알루미늄의 외부 에너지 준위에는 3개의 전자가 포함되어 있으며, 모두 3차 하위 준위의 전자입니다. 에너지 다이어그램은 다음과 같은 형식을 취합니다.
빈 3의 존재로 인해 알루미늄 원자에 대해 이론적으로 들뜬 상태가 가능합니다. 디-궤도. 그러나 전자쌍 3 에스-하위 레벨은 실제로 발생하지 않습니다.
문제 해결의 예
실시예 1
멘델레예프 주기율표의 III족 화학 원소.
라틴어 이름- 알루미늄.
지정- 알.
원자번호 — 13.
원자 질량 — 26,98154.
밀도- 2.6989g/cm3.
녹는점— 660°С.
단순하고 가벼운 밝은 회색 또는 은백색의 상자성 금속입니다. 열전도율과 전기전도율이 높고 부식에 강합니다. 지각 내 분포(질량 기준 8.8%)는 가장 흔한 금속이자 세 번째로 흔한 화학 원소입니다.
이는 건물, 항공기 및 조선 건설의 구조 재료로 사용되며, 전기 공학, 화학 장비, 소비재의 전도성 제품 제조, 알루미늄열을 사용한 기타 금속 생산, 고체 로켓 연료, 불꽃의 구성 요소로 사용됩니다. 작곡 등.
알루미늄 금속은 덴마크 물리학자 Hans Christian Oersted에 의해 처음 생산되었습니다.
자연에서는 화학적 활성이 높기 때문에 화합물 형태로만 발견됩니다. 산소와 강한 화학적 결합을 형성합니다. 반응성으로 인해 광석에서 금속을 얻는 것은 매우 어렵습니다. 현재는 많은 전력이 필요한 Hall-Heroult 방식을 사용하고 있다.
알루미늄은 거의 모든 금속과 합금을 형성합니다. 가장 유명한 것은 두랄루미늄(구리와 마그네슘의 합금)과 실루민(실리콘과의 합금)입니다. 정상적인 조건에서 알루미늄은 내구성이 뛰어난 산화막으로 덮여 있으므로 전통적인 산화제인 물(H 2 O), 산소(O 2) 및 질산(HNO 3)과 반응하지 않습니다. 덕분에 실제로 부식이 발생하지 않아 업계 수요가 보장되었습니다.
이름은 "alum"을 의미하는 라틴어 "alumen"에서 유래되었습니다.
알루미늄을 의학에 응용
전통 의학
신체에서 알루미늄의 역할은 완전히 이해되지 않았습니다. 그 존재는 뼈 조직의 성장, 상피 및 결합 조직의 발달을 자극하는 것으로 알려져 있습니다. 그 영향으로 소화 효소의 활동이 증가합니다. 알루미늄은 신체의 회복 및 재생 과정과 관련이 있습니다.
알루미늄은 인간 면역에 독성 원소로 간주되지만 그럼에도 불구하고 세포의 일부입니다. 이 경우 부갑상선에 영향을 미치는 양전하 이온(Al3+)의 형태를 갖습니다. 다른 유형의 세포에는 다른 양의 알루미늄이 포함되어 있지만 간, 뇌 및 뼈 세포는 다른 세포보다 알루미늄을 더 빨리 축적하는 것으로 알려져 있습니다.
알루미늄을 함유한 의약품은 진통효과, 포위효과, 제산효과, 흡착효과가 있습니다. 후자는 염산과 상호 작용할 때 약물이 위액의 산도를 감소시킬 수 있음을 의미합니다. 알루미늄은 상처, 영양성 궤양, 급성 결막염 치료 등 외용으로도 처방됩니다.
알루미늄의 독성은 여러 효소의 활성 중심에서 마그네슘을 대체할 때 나타납니다. 인, 칼슘 및 철과의 경쟁 관계도 중요한 역할을 합니다.
알루미늄이 부족하면 팔다리가 약해집니다. 그러나 금속은 물, 음식, 오염된 공기와 함께 제공되기 때문에 현대 사회에서는 그러한 현상이 거의 불가능합니다.
신체의 과도한 알루미늄 함량으로 인해 폐 변화, 경련, 빈혈, 공간 방향 감각 상실, 무관심 및 기억 상실이 시작됩니다.
아유르베다
알루미늄은 독성이 있는 것으로 간주되므로 치료에 사용해서는 안 됩니다. 마찬가지로 달인을 준비하거나 약초를 보관할 때 알루미늄 용기를 사용해서는 안됩니다.
마법에 알루미늄을 사용하는 방법
순수한 원소를 얻기가 어렵기 때문에 금속을 마법과 함께 사용하고, 이를 이용해 장신구를 만들었다. 생산 공정이 단순해지면서 알루미늄 공예품의 유행은 순식간에 지나갔습니다.
보호마법
에너지 흐름을 차단하여 확산을 방지하는 특성을 지닌 알루미늄 호일만 사용됩니다. 따라서 일반적으로 주변에 부정적인 에너지를 퍼뜨릴 수 있는 물체가 그 안에 싸여 있습니다. 지팡이, 가면, 단검, 특히 아프리카나 이집트에서 가져온 모호한 마법 선물은 호일로 포장되는 경우가 많습니다.
그들은 마당이나 문 아래에 심어져 있는 알 수 없는 물체에 대해서도 동일한 작업을 수행합니다. 손이나 천으로 들어 올리는 것보다는 물건 자체에 닿지 않게 호일로 덮어주시는 것이 좋습니다.
때때로 호일은 현재는 필요하지 않지만 앞으로는 필요할 수 있는 부적과 부적의 보호막으로 사용됩니다.
점성술의 알루미늄
조디악 로그인: 염소자리.
알류미늄프리드리히 뵐러(Friedrich Wöhler)가 순수한 형태로 처음 분리했습니다. 독일의 한 화학자는 금속 칼륨과 함께 원소의 무수 염화물을 가열했습니다. 이것은 19세기 후반에 일어났습니다. 20세기까지 kg 알루미늄더 많은 비용이 듭니다.
오직 부자와 국유민만이 새로운 금속을 구입할 수 있었습니다. 가격이 비싼 이유는 알루미늄을 다른 물질과 분리하기 어렵기 때문이다. 산업적 규모로 원소를 추출하는 방법은 Charles Hall이 제안했습니다.
1886년에 그는 용융된 빙정석에 산화물을 용해시켰습니다. 독일인은 혼합물을 화강암 용기에 넣고 전류를 연결했습니다. 순수한 금속판이 용기 바닥에 가라앉았습니다.
알루미늄의 화학적 및 물리적 특성
무슨 알루미늄?은백색, 반짝임. 따라서 Friedrich Wöhler는 그가 얻은 금속 과립을 비교했습니다. 그러나 주의할 점은 알루미늄이 훨씬 가볍다는 것입니다.
가소성은 소중함에 가깝습니다. 알루미늄은 물질이다, 얇은 와이어와 시트에 쉽게 그려집니다. 호일만 기억하세요. 13번째 원소를 기준으로 만들어졌습니다.
알루미늄은 밀도가 낮아 가볍습니다. 철보다 3배나 적습니다. 동시에 13번째 원소의 강도도 거의 비슷합니다.
이러한 조합으로 인해 은금속은 예를 들어 자동차 부품 생산과 같은 산업에서 없어서는 안 될 요소가 되었습니다. 우리는 수공예품 생산에 대해서도 이야기하고 있습니다. 알루미늄 용접집에서도 가능하다.
알루미늄 공식빛뿐만 아니라 열선도 적극적으로 반사할 수 있습니다. 요소의 전기 전도성도 높습니다. 가장 중요한 것은 너무 많이 가열하지 않는 것입니다. 660도에서 녹습니다. 온도가 조금 더 올라가면 타버릴 겁니다.
금속은 사라지지만 산화알루미늄. 표준 조건에서도 형성되지만 표면 필름 형태로만 형성됩니다. 금속을 보호해 줍니다. 따라서 산소 접근이 차단되므로 부식에 잘 견딥니다.
산화막은 또한 금속을 물로부터 보호합니다. 알루미늄 표면에서 플라크를 제거하면 실온에서도 H 2 O와의 반응이 시작됩니다. 그래서, 알루미늄 보트선체에 도포된 산화막과 보호도료 때문에 연기로 변하지 않습니다.
가장 활동적 알루미늄 상호 작용비금속으로. 브롬 및 염소와의 반응은 정상적인 조건에서도 발생합니다. 결과적으로 그들은 형성됩니다 알루미늄염. 수소염은 13번째 원소와 산성 용액을 결합하여 얻습니다. 반응은 알칼리에서도 발생하지만 산화막을 제거한 후에만 발생합니다. 순수한 수소가 방출됩니다.
알루미늄의 응용
금속이 거울에 뿌려집니다. 높은 빛 반사율 값이 유용합니다. 이 과정은 진공 상태에서 진행됩니다. 그들은 표준 거울뿐만 아니라 거울 표면을 가진 물체도 만듭니다. 여기에는 세라믹 타일, 가전 제품, 램프가 포함됩니다.
이중주 알루미늄-구리– 베이스는 두랄루민입니다. 간단히 두랄루민이라고 합니다. 품질로 추가하세요. 이 성분은 순수 알루미늄보다 7배 더 강해 기계공학, 항공기 제작에 적합합니다.
구리는 13번째 원소의 강도를 제공하지만 무거움은 제공하지 않습니다. 듀랄은 철보다 3배 가볍습니다. 작은 알루미늄 덩어리– 자동차, 비행기, 선박의 가벼움을 보장합니다. 이는 운송 및 운영을 단순화하고 제품 가격을 낮춥니다.
알루미늄 구매자동차 제조업체들은 또한 합금이 보호 및 장식 화합물로 쉽게 코팅될 수 있기 때문에 관심을 갖고 있습니다. 페인트는 강철이나 플라스틱보다 더 빠르고 균일하게 도포됩니다.
동시에, 합금은 가단성이 있고 가공이 쉽습니다. 현대 자동차 모델의 굴곡과 디자인 전환이 많다는 점을 고려할 때 이는 매우 중요합니다.
13번째 원소는 염색하기 쉬울 뿐만 아니라 그 자체로 염료 역할도 할 수 있다. 섬유업계에서 구매 황산알루미늄. 불용성 안료가 필요한 인쇄에도 유용합니다.
나는 무엇을 궁금해 해결책황산염 알류미늄그들은 또한 수질 정화에도 사용됩니다. "제제"가 있으면 유해한 불순물이 침전되어 중화됩니다.
13번째 원소와 산을 중화합니다. 특히 이 역할을 잘함 수산화알루미늄. 그것은 약리학 및 의학에서 가치가 있으며 가슴 앓이 약물에 추가됩니다.
수산화물은 또한 장의 궤양 및 염증 과정에도 처방됩니다. 따라서 약은 약국에서도 구입할 수 있습니다. 알류미늄. 산위장에 - 그러한 약물에 대해 더 많이 알아야 할 이유입니다.
소련에서는 알루미늄을 11% 첨가한 청동도 주조되었습니다. 표지판의 명칭은 1, 2, 5 코펙입니다. 1926년부터 생산을 시작해 1957년에 완성됐다. 그러나 통조림용 알루미늄 캔 생산은 중단되지 않았습니다.
조림 고기, 꽁치 및 기타 관광 아침 식사는 여전히 13번째 요소를 기반으로 하는 용기에 포장되어 있습니다. 이러한 항아리는 음식과 반응하지 않으며 가볍고 저렴합니다.
알루미늄 분말은 불꽃을 포함한 많은 폭발성 혼합물의 일부입니다. 산업계에서는 트리니트로톨루엔과 분쇄된 요소 13을 기반으로 하는 폭발 메커니즘이 사용됩니다. 알루미늄에 질산암모늄을 첨가하면 강력한 폭발물도 얻을 수 있습니다.
석유산업에서는 꼭 필요하다 염화알루미늄. 유기물을 분획으로 분해하는 촉매 역할을 합니다. 오일은 13번째 금속의 염화물과 상호 작용하여 휘발유 유형의 경질 가스 탄화수소를 방출하는 특성을 가지고 있습니다. 시약은 무수물이어야 합니다. 염화물을 첨가한 후 혼합물을 섭씨 280도까지 가열합니다.
건설 중에는 종종 섞입니다. 나트륨그리고 알류미늄. 콘크리트에 첨가제로 밝혀졌습니다. 알루민산나트륨은 수화를 촉진하여 경화를 촉진합니다.
미세 결정화 속도가 증가하면 콘크리트의 강도와 경도가 증가합니다. 또한, 알루민산나트륨은 용액에 놓인 보강재의 부식을 방지합니다.
알루미늄 채굴
금속은 지구상에서 가장 흔한 상위 3개를 마감합니다. 이는 가용성과 광범위한 사용을 설명합니다. 그러나 자연은 인간에게 순수한 형태의 원소를 주지 않습니다. 알루미늄은 다양한 화합물로부터 분리되어야 합니다. 13번째 원소는 보크사이트에 가장 풍부합니다. 이들은 주로 열대 지역에 집중되어 있는 점토질 암석입니다.
보크사이트는 분쇄된 다음 건조되고 다시 분쇄되어 소량의 물이 있는 상태에서 분쇄됩니다. 두꺼운 덩어리로 밝혀졌습니다. 증기로 가열됩니다. 동시에 보크사이트도 나쁘지 않은 대부분이 증발합니다. 남은 것은 13번째 금속의 산화물이다.
산업용 욕조에 배치됩니다. 그들은 이미 용융된 빙정석을 포함하고 있습니다. 온도는 섭씨 950도 정도를 유지합니다. 최소 400kA의 전류도 필요합니다. 즉, 200년 전 찰스 홀(Charles Hall)이 원소를 분리했을 때와 마찬가지로 전기 분해가 사용되었습니다.
뜨거운 용액을 통과하면서 전류는 금속과 산소 사이의 결합을 끊습니다. 그 결과 욕조 바닥이 깨끗하게 유지됩니다. 알류미늄. 반응완성된. 퇴적물을 주조하여 소비자에게 보내거나 이를 사용하여 다양한 합금을 형성함으로써 공정이 완료됩니다.
주요 알루미늄 생산은 보크사이트 광상과 같은 장소에 위치해 있습니다. 최전선 - 기니. 그 깊이에는 거의 8,000,000톤에 달하는 13번째 원소가 숨겨져 있습니다. 호주는 6,000,000으로 2위를 차지했습니다. 브라질에서는 알루미늄이 이미 2배나 적습니다. 전 세계 매장량은 29,000,000톤으로 추산됩니다.
알루미늄 가격
알루미늄 1톤에 대해 거의 1,500달러를 요구합니다. 2016년 1월 20일 기준 비철금속 거래소 자료입니다. 비용은 주로 산업가에 의해 설정됩니다. 보다 정확하게는 알루미늄 가격은 원자재 수요에 영향을 받습니다. 13번째 원소의 생산은 에너지 집약적이기 때문에 공급업체의 수요와 전기 비용에도 영향을 미칩니다.
알루미늄 가격은 다양합니다. 그는 제련소로 간다. 비용은 킬로그램당 발표되며 배송되는 재료의 특성이 중요합니다.
따라서 전기 금속의 경우 약 70 루블을 제공합니다. 식품 등급 알루미늄의 경우 5-10 루블을 덜 얻을 수 있습니다. 그들은 모터 금속에 대해서도 동일한 비용을 지불합니다. 혼합 품종을 임대하는 경우 가격은 킬로그램 당 50-55 루블입니다.
가장 저렴한 유형의 스크랩은 알루미늄 부스러기입니다. 15-20 루블 만 얻을 수 있습니다. 그들은 13번째 요소에 대해 조금 더 많은 정보를 제공할 것입니다. 음료수, 통조림 등을 담는 용기를 말합니다.
알루미늄 라디에이터도 높은 평가를 받지 못합니다. 스크랩 1kg 당 가격은 약 30 루블입니다. 이것은 평균입니다. 다른 지역과 다른 지점에서 알루미늄은 더 비싸거나 저렴하게 허용됩니다. 종종 자재 비용은 납품된 수량에 따라 달라집니다.
알루미늄의 특성
알루미늄 금속 품질 산업
알루미늄은 지각에서 가장 흔한 금속입니다. 그 함량은 7.45%(단지 4.2%인 철보다 많음)로 추산됩니다. 원소로서의 알루미늄은 최근인 1825년에 처음으로 작은 덩어리의 금속이 얻어지면서 발견되었습니다. 산업 발전의 시작은 지난 세기 말로 거슬러 올라갑니다. 이에 대한 원동력은 1886년 빙정석에 용해된 알루미나를 전기분해하여 생산하는 방법이 개발된 것이었습니다. 이 방법의 원리는 세계 모든 국가의 알루미나에서 알루미늄을 추출하는 현대 산업의 기초가 됩니다.
알루미늄은 외관상 반짝이는 은백색 금속입니다. 공기 중에서는 빠르게 산화되어 얇은 흰색 무광택 Al2O 필름으로 덮입니다. 이 필름은 보호 특성이 높기 때문에 이러한 필름으로 덮으면 알루미늄은 내식성이 있습니다.
알루미늄은 가성 알칼리, 염산 및 황산 용액에 의해 쉽게 파괴됩니다. 농축질산, 유기산에 대한 저항성이 매우 높습니다.
알루미늄의 가장 특징적인 물리적 특성은 2.7에 해당하는 낮은 상대 밀도와 상대적으로 높은 열 및 전기 전도성입니다. 0C에서 알루미늄의 전기 전도성, 즉 단면적이 1mm이고 길이가 1m인 알루미늄 와이어의 전기 전도도는 371Ω입니다.
알루미늄은 내식성, 특히 전기 전도도가 높을수록 깨끗하고 불순물이 적습니다.
알루미늄의 융점은 낮으며 약 660C입니다. 그러나 용융 잠열은 약 100calg으로 매우 크므로 알루미늄을 녹이려면 같은 양을 녹이는 것보다 더 많은 열 소비가 필요합니다. 예를 들어 융점이 1083C인 내화 구리는 43 cal g의 잠열 융합.
알루미늄의 기계적 성질은 높은 연성과 낮은 강도를 특징으로 합니다. 압연 및 어닐링된 알루미늄의 무게는 10kg·mm, 경도는 HB25, 80% 및 35%입니다.
알루미늄 결정 격자는 면심 입방체로, 20℃에서 매개변수(변 크기)가 4.04입니다. 알루미늄은 동소체 변형을 겪지 않습니다.
자연에서 알루미늄은 보크사이트, 네펠린, 명반석, 고령토 등 알루미늄 광석의 형태로 발견됩니다. 세계 알루미늄 산업의 기반이 되는 가장 중요한 광석은 보크사이트입니다.
광석에서 알루미늄을 생산하는 과정은 두 가지 연속 단계로 구성됩니다. 먼저 알루미나(Al2O)가 생산되고 그 다음 알루미늄이 얻어집니다.
현재 알려진 알루미나 생산 방법은 알칼리성, 산성 및 전열의 세 그룹으로 나눌 수 있습니다. 알칼리 방법이 가장 널리 사용됩니다.
일부 종류의 알칼리 방법에서는 1000C에서 탈수된 보크사이트를 볼밀로 분쇄하고 초크 및 소다와 일정 비율로 혼합한 후 소결하여 반응에 의해 수용성 고체 알루민산나트륨을 얻습니다.
Al2O + Na2CO = Al2O Na2O + CO
소결된 덩어리는 분쇄되고 물로 침출되며, 알루민산나트륨은 용액에 들어갑니다.
알칼리 방법의 다른 변형에서는 광석을 알칼리로 직접 처리하여 보크사이트에 포함된 알루미나가 알루민산 나트륨으로 결합됩니다. 이는 즉시 물에 알루미네이트 용액을 생성합니다.
두 경우 모두 알루민산 나트륨 수용액이 형성되면 주로 규소, 철 및 티타늄의 산화물 및 수산화물인 광석의 불용성 성분으로부터 분리됩니다. 레드머드라 불리는 불용성 침전물로부터 용액의 분리는 침전조에서 수행됩니다.
결과 용액에 석회를 125C 및 5am의 압력에서 첨가하면 탈실리콘화가 진행됩니다. CaSiO가 침전되어 흰색 슬러지가 형성됩니다. 규소가 제거된 용액을 백색 진흙에서 분리한 후 60-80C에서 이산화탄소로 처리하면 결정질 산화알루미늄 수화물이 침전됩니다.
AlONaO + 3H2O + CO = 2Al(OH) + Na2CO.
세척, 건조 및 하소됩니다. 하소하면 알루미나가 형성됩니다.
2Al(OH) = Al2O + 3H2O.
설명된 방법은 보크사이트에서 약 80%의 상당히 완전한 알루미나 추출을 보장합니다.
알루미나에서 알루미늄 금속을 생산하려면 알루미늄과 산소라는 구성 요소로의 전해 분해가 필요합니다. 이 공정의 전해질은 빙정석(AlF 3NaF)에 있는 알루미나 용액입니다. 알루미나를 용해시키는 능력을 갖는 빙정석은 동시에 녹는점을 감소시킵니다. 알루미나는 약 2000C의 온도에서 녹으며, 예를 들어 빙정석 85%와 알루미나 15%로 구성된 용액의 녹는점은 935C입니다.
알루미나 전기분해 방식은 매우 간단하지만 기술적으로 이 공정은 복잡하고 많은 양의 전기를 필요로 합니다.
단열성이 좋은 욕조 바닥 1과 탄소 패킹 2에는 전류원의 음극에 연결된 음극 버스 3이 포함되어 있습니다. 전극 5는 양극 버스 4에 부착됩니다. 전기 분해가 시작되기 전에 얇은 코크스 층을 욕조 바닥에 붓고 전극이 전극과 접촉하여 전류가 켜질 때까지 낮추어집니다. 카본 패킹을 가열하면 빙정석이 서서히 유입됩니다. 용융 빙정석 층의 두께가 200-300mm일 때, 알루미나는 빙정석 양의 15% 비율로 로딩됩니다. 이 과정은 950-1000C에서 발생합니다.
전류의 영향으로 알루미나는 알루미늄과 산소를 분해합니다. 음극인 탄소저면(석탄욕 바닥)에 액체알루미늄(6)이 쌓이고, 양극의 탄소와 산소가 결합해 점차 연소된다. 빙정석은 미미하게 소모됩니다. 주기적으로 알루미나를 첨가하고, 탄 부분을 보상하기 위해 전극을 점차 낮추며, 축적된 액체 알루미늄을 일정 간격으로 레이들(8)로 방출합니다.
전기분해 시 알루미늄 1톤은 알루미나 약 2톤, 양극 역할을 하는 탄소전극 0.6톤, 빙정석 0.1톤, 전력 17,000~18,000kWh를 소비한다.
알루미나를 전기분해하여 얻은 원료 알루미늄에는 금속 불순물(철, 규소, 티타늄 및 나트륨), 용해된 가스(주로 수소), 알루미나, 석탄 및 빙정석 입자인 비금속 개재물이 포함되어 있습니다. 이 상태에서는 물성이 낮아 사용하기에 부적합하므로 정제가 필요하다. 비금속 및 기체 불순물은 금속을 염소로 녹이고 불어서 제거합니다. 금속 불순물은 복잡한 전해 방법을 통해서만 제거할 수 있습니다.
정제 후에는 상업용 등급의 알루미늄이 얻어집니다.
알루미늄의 순도는 알루미늄의 모든 특성에 영향을 미치는 결정적인 지표이므로 화학 성분이 알루미늄 분류의 기초가 됩니다.
알루미늄 생산 과정에서 필연적으로 발생하는 불순물은 철과 규소이다. 둘 다 알루미늄으로 되어 있어 해롭습니다. 철은 알루미늄에 용해되지 않지만 알루미늄과 함께 부서지기 쉬운 화합물인 FeAl 및 Fe2Al을 형성합니다. 알루미늄은 11.7% Si의 실리콘과 공융 기계적 혼합물을 형성합니다. 실온에서 실리콘의 용해도는 매우 낮기 때문에(0.05%), 소량으로도 Fe + Si 공융을 형성하고 매우 단단한(HB 800) 부서지기 쉬운 실리콘 결정을 포함하여 알루미늄의 연성을 감소시킵니다. 규소와 철이 함께 존재하면 삼원 화합물과 삼원 공융이 형성되어 소성을 감소시킵니다.
알루미늄에서 통제되는 불순물은 철, 규소, 구리 및 티타늄입니다.
모든 등급의 알루미늄에는 99% 이상의 Al이 포함되어 있습니다. 이 값의 100분의 1 또는 10분의 1퍼센트 단위의 정량적 초과는 브랜드 이름의 첫 문자 A 뒤에 표시됩니다. 따라서 등급 A85에는 99.85%의 Al이 포함되어 있습니다. 이 표시 원칙의 예외는 A등급 AE입니다. 이 등급의 알루미늄 함량은 A0 및 A5 등급과 동일하지만 구성에 포함된 철 및 규소 불순물의 비율이 다릅니다.
AE 등급의 문자 E는 이 등급의 알루미늄이 전선 생산용임을 의미합니다. 알루미늄의 특성에 대한 추가 요구 사항은 낮은 전기 저항이며, 알루미늄으로 만든 와이어의 경우 20C에서 0.0280ohm mm m 이하여야 합니다.
알루미늄은 높은 순도를 요구하는 특성을 지닌 제품 및 합금을 생산하는 데 사용됩니다.
알루미늄은 목적에 따라 다양한 형태로 생산될 수 있습니다. 재용해를 목적으로 하는 모든 등급(고순도 및 기술 순도)의 알루미늄은 무게가 5인 돼지 형태로 주조됩니다. 15 및 1000kg. 제한 값은 높이 60~600mm, 너비 93~800mm, 길이 415~1000mm입니다.
알루미늄이 압연 시트 및 스트립용으로 사용되는 경우 연속 또는 반연속 방법을 사용하여 17개 크기의 편평한 주괴가 주조됩니다. 두께는 140~400mm, 너비는 560~2025mm, 잉곳 길이 1m의 무게는 210~2190kg입니다. 잉곳의 길이는 고객과 합의됩니다.
돼지와 편평한 주괴 모두에서 알루미늄을 관리하는 주요 유형은 화학적 조성과 브랜드 이름 준수 여부를 확인하는 것입니다. 압력 처리용 잉곳 및 잉곳에는 공동, 기포, 균열, 슬래그 및 기타 이물질이 없어야 한다는 추가 요구 사항이 적용됩니다.
제련 중 강철을 탈산하고 합금철 및 알루미늄열체 생산을 위해 "다양한 등급의 알루미늄 순도" 표에 표시된 것보다 순도가 낮은 저렴한 알루미늄을 사용할 수 있습니다. 이를 위해 업계에서는 98.0~87.0%의 Al을 함유하고 무게가 3~16.5kg인 잉곳으로 6가지 등급의 알루미늄을 생산합니다. 철분 함량은 2.5%에 달하고, 규소와 구리 함량은 각각 최대 5%에 이릅니다.
알루미늄의 사용은 그 특성의 특성 때문입니다. 가벼움과 충분히 높은 전기 전도도의 조합으로 알루미늄을 전류 전도체로 사용하여 더 비싼 구리를 대체할 수 있습니다. 구리(631옴)와 알루미늄(371옴)의 전기 전도도 차이는 알루미늄 와이어의 단면적을 늘려 보상됩니다. 알루미늄 와이어의 질량이 적기 때문에 자체 무게로 인해 와이어가 파손될 염려 없이 구리 와이어의 경우보다 지지대 사이에 훨씬 더 먼 거리에 매달 수 있습니다. 케이블, 모선, 커패시터 및 정류기도 이 재료로 만들어집니다. 알루미늄의 높은 내식성으로 인해 질산 및 그 파생물의 생산, 저장 및 운송에 사용되는 장비 제조와 같은 화학 공학에서 대체할 수 없는 재료가 되는 경우도 있습니다.
또한 식품 산업에서도 널리 사용됩니다. 다양한 요리 도구가 만들어집니다. 이 경우 유기산에 대한 내성뿐만 아니라 높은 열전도율도 사용됩니다.
높은 연성을 통해 알루미늄을 포일로 만들 수 있으며, 이는 이전에 사용되었던 더 비싼 주석 포일을 완전히 대체합니다. 호일은 차, 초콜릿, 담배, 치즈 등 다양한 식품의 포장재 역할을 합니다.
알루미늄은 다른 금속 및 합금의 부식 방지 코팅과 동일한 방식으로 사용됩니다. 이는 클래딩, 확산 금속화 및 알루미늄 함유 페인트 및 바니시를 사용한 페인팅을 포함한 기타 방법으로 적용할 수 있습니다. 내식성이 낮은 알루미늄 합금으로 만든 평판 압연 제품의 알루미늄 클래딩이 특히 일반적입니다.
산소와 관련된 알루미늄의 화학적 활성은 반조용하고 차분한 강철 생산 시 탈산과 산소 화합물에서 알루미늄을 대체하여 환원이 어려운 금속을 생산하는 데 사용됩니다.
알루미늄은 다양한 철강 및 합금의 합금 원소로 사용됩니다. 이는 특정 속성을 제공합니다. 예를 들어, 철, 구리, 티타늄 및 기타 금속을 기반으로 한 합금의 내열성을 높입니다.
다양한 순도의 알루미늄 적용 분야를 지정할 수 있지만, 이를 기반으로 다양한 경합금을 생산하는 데 가장 많은 양이 사용됩니다. 주요 내용에 대한 정보는 다음과 같습니다.
일반적으로 선진 자본주의 국가의 예를 사용하여 경제의 다양한 부문에서 알루미늄의 사용은 다음 수치로 추정됩니다: 운송 공학 20-23%(자동차 산업 포함 15%), 건설 17-18%, 전기 공학 10 -12%, 포장재 생산 9-10%, 소비재 생산 9-10%, 일반 엔지니어링 8-10%.
알루미늄은 다른 재료, 특히 플라스틱과의 경쟁에도 불구하고 점점 더 새로운 응용 분야를 확보하고 있습니다.
알루미늄을 함유한 주요 산업 광석은 보크사이트, 네펠린, 명반석 및 고령토입니다.
이러한 광석의 품질은 53%의 Al을 함유한 알루미나 함량 Al2O로 평가됩니다. 알루미늄 광석의 다른 품질 지표 중에서 가장 중요한 것은 불순물의 조성이며, 불순물의 유해성과 유용성은 광석의 사용에 따라 결정됩니다.
보크사이트는 전 세계적으로 알루미늄 생산을 위한 최고의 주요 원료입니다. 또한 인공 강옥, 내화도가 높은 제품 및 기타 목적의 생산에도 사용됩니다. 화학적 조성 측면에서 이 퇴적암은 알루미나 수화물 AlO·nH2O와 철, 규소, 티타늄 및 기타 원소의 산화물이 혼합된 혼합물입니다. 보크사이트에서 발견되는 가장 흔한 알루미나 수화물은 디아스포어(diaspore), 보에마이트(boehmite) 및 수화석(hydrargellite) 광물입니다. 보크사이트의 알루미나 함량은 단일 광상에서도 35%에서 70%까지 매우 넓은 범위 내에서 다양합니다.
보크사이트를 구성하는 광물은 매우 미세한 혼합물을 형성하므로 농축이 어렵습니다. 산업에서는 주로 원광석이 사용됩니다. 광석에서 알루미늄을 추출하는 과정은 복잡하고 에너지 집약적이며 두 단계로 구성됩니다. 먼저 알루미나가 추출되고 그 다음 알루미늄이 얻어집니다.
세계 무역의 대상은 보크사이트 자체와 보크사이트 또는 다른 광석에서 추출된 알루미나입니다.
CIS에서는 보크사이트 광상이 고르지 않게 분포되어 있으며 다양한 광상에서 나온 보크사이트의 품질이 동일하지 않습니다. 최고 품질의 보크사이트 매장지는 우랄 지역에 있습니다. 보크사이트의 대량 매장량은 CIS의 유럽 지역과 서부 카자흐스탄에서도 이용 가능합니다.
산업이 발달한 국가 중에서 이제 발전이 처음 시작된 프랑스만이 실질적으로 안전합니다. 1975년 이 그룹 국가의 신뢰할 수 있고 가능한 매장량은 48억 톤(호주 46억 톤 포함)으로 추산되었으며, 개발도상국에서는 주로 아프리카와 라틴 아메리카(가장 부유한 국가는 기니, 카메룬)에서 125억 톤으로 추정되었습니다. , 브라질, 자메이카).
전후 기간 동안 보크사이트를 채굴하고 1차 알루미늄을 생산하는 국가의 범위가 급격히 확대되었습니다. 1950년에 보크사이트는 소련을 제외하고 11개국에서만 채굴되었습니다. 그중 100만 톤이 넘는 3개국(미국 수리남, 가이아나)과 10만 톤이 넘는 4개국(프랑스, 인도네시아, 이탈리아, 가나)이 포함되었습니다. 1977년까지 생산량은 12배 증가했고 지리는 극적으로 변했습니다(자본주의 세계 생산량의 절반 이상이 개발도상국에서 이루어졌습니다).
개발도상국과 달리 연료가 풍부한 호주는 보크사이트 생산량의 대부분(주로 세계 최대 보크사이트 매장지인 요크 반도)을 알루미나로 가공하여 글로벌 수출에 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 카리브해 국가와 서아프리카 국가는 주로 보크사이트를 수출합니다. 이는 정치적 이유(세계 알루미늄 독점 기업은 이에 의존하는 보크사이트 채굴 국가 외부에서 알루미나 생산을 선호함)와 순전히 경제적인 이유 때문입니다. 보크사이트는 중비철 금속 광석과 달리 운송이 가능합니다(35- 65% 이산화알루미늄) 및 알루미나 생산에는 상당한 특정 비용이 필요하지만 대다수의 보크사이트 채굴 국가에서는 그렇지 않습니다.
세계 알루미늄 독점의 명령에 저항하기 위한 노력의 일환으로 보크사이트 수출국들은 1973년에 보크사이트 채광 국가 국제 협회(IABC)를 창설했습니다. 여기에는 호주, 기니, 가이아나, 자메이카, 유고슬라비아가 포함되었습니다. 이후 도미니카 공화국, 아이티, 가나, 시에라리온, 수리남이 합류했고, 그리스와 인도가 옵서버 국가가 되었습니다. 건국 당시 이들 국가는 비사회주의 국가 보크사이트 생산량의 약 85%를 차지했습니다.
알루미늄 산업은 보크사이트 채굴과 알루미나 생산, 후자와 1차 알루미늄 제련 사이의 영토적 격차를 특징으로 합니다. 가장 큰 알루미나 생산량(연간 최대 1~130만 톤)은 알루미늄 제련소(예: 연간 40만 톤의 알루미늄 생산 능력을 갖춘 퀘벡 Arvida의 캐나다 공장)와 알루미늄 제련소 모두에서 현지화되어 있습니다. 보크사이트 수출 항구(예: 수리남의 파라남)뿐만 아니라 두 번째에서 첫 번째까지의 보크사이트 경로(예: 미국 걸프 연안(Corpus Christi, Point Comfort)).
우리나라에서는 채굴된 모든 보크사이트를 10등급으로 나눕니다. 다양한 등급의 보크사이트 간의 주요 차이점은 주요 추출 가능한 성분인 알루미나의 양이 다르고 실리콘 모듈러스 값이 다르다는 것입니다. 보크사이트(Al2O3SiO)의 유해한 실리카 불순물 함량에 따라 알루미나 함량이 다릅니다. 실리콘 모듈은 보크사이트의 품질을 나타내는 매우 중요한 지표이며, 그 적용 및 처리 기술은 주로 이에 달려 있습니다.
모든 등급의 보크사이트의 수분 함량은 매장지에 따라 설정됩니다. 남부 우랄 매장지의 보크사이트와 북부 우랄, 카멘스크-우랄 및 티흐빈 매장지의 경우 가장 낮은 수분 함량(7% 이하)이 설정됩니다. 각각 12%, 16%, 22% 이상입니다. 습도 표시기는 거부 기준이 아니며 소비자와의 합의에만 사용됩니다.
보크사이트는 500mm 이하의 조각으로 공급됩니다. 플랫폼이나 곤돌라를 통해 대량으로 운송됩니다.
