Opisz pierwiastek chemiczny aluminium. Właściwości chemiczne i fizyczne aluminium

Rodzaj lekcji. Łączny.

Zadania:

Edukacyjny:

1. Uaktualnić wiedzę uczniów na temat budowy atomu, fizycznego znaczenia numeru seryjnego, numeru grupy, numeru okresu na przykładzie aluminium.

2. Ukształtowanie wiedzy studentów, że aluminium w stanie wolnym posiada szczególne, charakterystyczne właściwości fizyczne i chemiczne.

Rozwój:

1. Wzbudzaj zainteresowanie nauką poprzez dostarczanie krótkich historycznych i naukowych raportów na temat przeszłości, teraźniejszości i przyszłości aluminium.

2. Kontynuować kształtowanie umiejętności badawczych studentów podczas pracy z literaturą, wykonywania prac laboratoryjnych.

3. Rozwiń pojęcie amfoteryczne, ujawniając strukturę elektronową aluminium, właściwości chemiczne jego związków.

Edukacyjny:

1. Budź szacunek dla środowiska poprzez informowanie o możliwościach wykorzystania aluminium wczoraj, dziś, jutro.

2. Wykształcenie umiejętności pracy zespołowej dla każdego studenta, uwzględniania opinii całej grupy i poprawnej obrony własnej poprzez wykonanie pracy laboratoryjnej.

3. Zapoznanie studentów z etyką naukową, uczciwością i rzetelnością dawnych przyrodników, przekazanie informacji o walce o prawo do bycia odkrywcą aluminium.

PRZEGLĄD na tematy alkaliczne i ziem alkalicznych M (POWTÓRZ):

Jaka jest liczba elektronów na zewnętrznym poziomie energetycznym metalu alkalicznego i metalu ziem alkalicznych M?

Jakie produkty powstają, gdy sód lub potas reagują z tlenem? (nadtlenek), czy lit może wytwarzać nadtlenek w reakcji z tlenem? (Nie, w wyniku reakcji powstaje tlenek litu.)

Jak otrzymuje się tlenki sodu i potasu? (kalcynacja nadtlenków z odpowiednim Me, Pr: 2Na+Na2O2=2Na2O).

Czy metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych wykazują ujemne stopnie utlenienia? (Nie, nie, ponieważ są silnymi środkami redukującymi.).

Jak zmienia się promień atomu w głównych podgrupach (od góry do dołu) układu okresowego? (wzrasta) jaki jest tego powód? (wraz ze wzrostem liczby poziomów energetycznych).

Która z badanych przez nas grup metali jest lżejsza od wody? (w alkalicznym).

W jakich warunkach w metalach ziem alkalicznych powstają wodorki? (w wysokich temperaturach).

Która substancja wapń lub magnez aktywniej reaguje z wodą? (Wapń reaguje bardziej aktywnie. Magnez reaguje aktywnie z wodą dopiero po podgrzaniu do 100 0 C).

Jak zmienia się rozpuszczalność wodorotlenków metali ziem alkalicznych w wodzie w szeregu od wapnia do baru? (rozpuszczalność w wodzie wzrasta).

Opowiedz nam o cechach przechowywania metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, dlaczego są one przechowywane w ten sposób? (ponieważ metale te są bardzo reaktywne, przechowuje się je w pojemniku pod warstwą nafty).

PRACA KONTROLNA na tematy alkaliczne i ziem alkalicznych M:

PODSUMOWANIE LEKCJI (NAUKA NOWEGO MATERIAŁU):

Nauczyciel: Cześć chłopaki, dzisiaj przechodzimy do badania podgrupy IIIA. Wymień elementy znajdujące się w podgrupie IIIA?

Stażyści: Zawiera takie pierwiastki jak bor, aluminium, gal, ind i tal.

Nauczyciel: Ile elektronów zawierają na swoim zewnętrznym poziomie energii, stopniach utlenienia?

Stażyści: Trzy elektrony, stopień utlenienia +3, chociaż tal ma bardziej stabilny stopień utlenienia +1.

Nauczyciel: Właściwości metaliczne pierwiastków z podgrupy boru są znacznie słabsze niż właściwości pierwiastków z podgrupy berylu. Bor nie jest M. W przyszłości w obrębie podgrupy, wraz ze wzrostem ładunku jądrowego M, właściwości ulegają poprawie. Al- już M, ale nie typowe. Jego wodorotlenek ma właściwości amfoteryczne.

Spośród M głównej podgrupy grupy III największe znaczenie ma aluminium, którego właściwości szczegółowo zbadamy. Interesuje nas to, ponieważ jest elementem przejściowym.

DEFINICJA

Aluminium znajduje się w trzecim okresie, grupa III głównej (A) podgrupy układu okresowego. Jest to pierwszy element p trzeciego okresu.

Metal. Oznaczenie - Al. Liczba porządkowa - 13. Względna masa atomowa - 26,981 a.m.u.

Struktura elektronowa atomu glinu

Atom glinu składa się z dodatnio naładowanego jądra (+13), wewnątrz którego znajduje się 13 protonów i 14 neutronów. Jądro otoczone jest trzema powłokami, po których porusza się 13 elektronów.

Ryż. 1. Schematyczne przedstawienie budowy atomu glinu.

Rozkład elektronów na orbitalach jest następujący:

13Al) 2) 8) 3;

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

Na zewnętrznym poziomie energetycznym aluminium znajdują się trzy elektrony, wszystkie elektrony trzeciego podpoziomu. Schemat energetyczny ma następującą postać:

Teoretycznie stan wzbudzony jest możliwy dla atomu glinu ze względu na obecność wakatu 3 D-orbitale. Jednak deparowanie elektronów 3 S- poziom podrzędny w rzeczywistości nie występuje.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Pierwiastek chemiczny III grupy układu okresowego Mendelejewa.

Nazwa łacińska— Aluminium.

Przeznaczenie— Al.

Liczba atomowa — 13.

Masa atomowa — 26,98154.

Gęstość- 2,6989 g/cm3.

Temperatura topnienia- 660 °С.

Prosty, lekki, paramagnetyczny metal o jasnoszarym lub srebrzystobiałym kolorze. Ma wysoką przewodność cieplną i przewodność elektryczną, odporność na korozję. Rozmieszczenie w skorupie ziemskiej - 8,8% wagowo - jest to najczęściej występujący metal i trzeci najczęściej występujący pierwiastek chemiczny.

Stosowany jest jako materiał konstrukcyjny w konstrukcjach budynków, przemyśle lotniczym i stoczniowym, do produkcji wyrobów przewodzących w elektrotechnice, sprzęcie chemicznym, dobrach konsumpcyjnych, do produkcji innych metali z wykorzystaniem aluminotermii, jako składnik stałego paliwa rakietowego, materiałów pirotechnicznych kompozycje i tym podobne.

Metaliczne aluminium zostało po raz pierwszy otrzymane przez duńskiego fizyka Hansa Christiana Oersteda.

W przyrodzie występuje wyłącznie w postaci związków, gdyż wykazuje wysoką aktywność chemiczną. Tworzy silne wiązanie chemiczne z tlenem. Ze względu na reaktywność bardzo trudno jest uzyskać metal z rudy. Teraz stosowana jest metoda Halla-Heroulta, która wymaga dużych ilości energii elektrycznej.

Aluminium tworzy stopy z prawie wszystkimi metalami. Najbardziej znane to duralimium (stop z miedzią i magnezem) oraz silumin (stop z krzemem). W normalnych warunkach aluminium jest pokryte mocnym filmem tlenkowym, dlatego nie reaguje z klasycznymi utleniaczami: wodą (H 2 O), tlenem (O 2) i kwasem azotowym (HNO 3). Dzięki temu praktycznie nie podlega korozji, co zapewniło jej popyt w przemyśle.

Nazwa pochodzi od łacińskiego „alumen”, co oznacza „ałun”.

Zastosowanie aluminium w medycynie

Medycyna tradycyjna

Rola aluminium w organizmie nie jest do końca poznana. Wiadomo, że jego obecność stymuluje wzrost tkanki kostnej, rozwój nabłonka i tkanki łącznej. Pod jego wpływem wzrasta aktywność enzymów trawiennych. Aluminium jest związane z procesami regeneracji i regeneracji organizmu.

Aluminium jest uważane za pierwiastek toksyczny dla ludzkiej odporności, ale mimo to jest częścią komórek. Jednocześnie ma postać dodatnio naładowanych jonów (Al3+), które oddziałują na przytarczyce. Różne rodzaje komórek zawierają różne ilości glinu, ale wiadomo na pewno, że komórki wątroby, mózgu i kości akumulują go szybciej niż inne.

Leki z aluminium mają działanie przeciwbólowe i otulające, działanie zobojętniające kwas i adsorbujące. To ostatnie oznacza, że ​​\u200b\u200bpodczas interakcji z kwasem solnym leki mogą zmniejszać kwasowość soku żołądkowego. Aluminium jest również przepisywane do użytku zewnętrznego: w leczeniu ran, owrzodzeń troficznych, ostrego zapalenia spojówek.

Toksyczność glinu przejawia się w zastępowaniu magnezu w aktywnych centrach wielu enzymów. Pewną rolę odgrywa również jego konkurencyjny związek z fosforem, wapniem i żelazem.

Przy braku aluminium obserwuje się osłabienie kończyn. Ale takie zjawisko we współczesnym świecie jest prawie niemożliwe, ponieważ metal pochodzi z wodą, pożywieniem i zanieczyszczonym powietrzem.

Przy nadmiarze aluminium w organizmie zaczynają się zmiany w płucach, drgawki, anemia, dezorientacja w przestrzeni, apatia, utrata pamięci.

Ajurweda

Aluminium jest uważane za trujące i dlatego nie powinno być stosowane w leczeniu. Tak samo jak nie należy używać naczyń aluminiowych do przygotowywania wywarów czy przechowywania ziół.

Zastosowanie aluminium w magii

Ze względu na trudność w uzyskaniu czystego pierwiastka metal był wraz z nim używany w magii, wykonywano z niego biżuterię. Kiedy proces pozyskiwania został uproszczony, moda na rękodzieło z aluminium natychmiast przeminęła.

Magia ochronna

Stosowana jest wyłącznie folia aluminiowa, która ma właściwości ekranowania przepływów energii, zapobiegając ich rozprzestrzenianiu się. Dlatego z reguły owijane są w niego przedmioty, które mogą rozprzestrzeniać wokół nich ujemną energię. Bardzo często w folię zawijane są wątpliwe magiczne prezenty - różdżki, maski, sztylety, zwłaszcza te przywiezione z Afryki czy Egiptu.

To samo robią z nieznanymi przedmiotami wyrzuconymi w górę, znalezionymi na podwórku lub pod drzwiami. Zamiast podnosić go rękami lub przez szmatkę, lepiej przykryć go folią, nie dotykając samego przedmiotu.

Czasami folia jest używana jako ekran ochronny dla amuletów i talizmanów, które nie są obecnie potrzebne, ale mogą być potrzebne w przyszłości.

Aluminium w astrologii

znak zodiaku: Koziorożec.

Aluminium w czystej postaci został po raz pierwszy wyizolowany przez Friedricha Wöhlera. Niemiecki chemik ogrzał bezwodny chlorek pierwiastka z metalicznym potasem. Stało się to w drugiej połowie XIX wieku. Przed XX wiekiem kg aluminium Kosztować więcej.

Tylko bogaci i państwo mogli sobie pozwolić na nowy metal. Powodem wysokich kosztów jest trudność w oddzieleniu aluminium od innych substancji. Metodę wydobywania pierwiastka na skalę przemysłową zaproponował Charles Hall.

W 1886 roku rozpuścił tlenek w stopie kriolitu. Niemiec zamknął mieszaninę w granitowym naczyniu i podłączył do niej prąd elektryczny. Płytki z czystego metalu osiadły na dnie pojemnika.

Właściwości chemiczne i fizyczne aluminium

Jakie aluminium? Srebrzystobiały, błyszczący. Dlatego Friedrich Wöhler porównywał otrzymane granulki metalu. Ale było zastrzeżenie - aluminium jest znacznie lżejsze.

Plastyczność jest bliska wartości i. aluminium jest substancją, bez problemów z rozciąganiem na cienki drut i arkusze. Wystarczy przypomnieć folię. Wykonany jest na podstawie 13. elementu.

Aluminium jest lekkie ze względu na małą gęstość. To trzy razy mniej niż żelazo. Jednocześnie 13. element prawie nie ma gorszej siły.

Ta kombinacja sprawiła, że ​​srebro metaliczne stało się niezastąpione w przemyśle, na przykład przy produkcji części do samochodów. Mówimy o produkcji rękodzielniczej, bo spawanie aluminium możliwe nawet w domu.

formuła aluminium pozwala aktywnie odbijać światło, ale także promienie cieplne. Przewodność elektryczna elementu jest również wysoka. Najważniejsze, żeby go nie przegrzać. Topi się w temperaturze 660 stopni. Podnieś temperaturę nieco wyżej - będzie się palić.

Metal zniknie, tylko tlenek glinu. Powstaje również w standardowych warunkach, ale tylko w postaci filmu powierzchniowego. Chroni metal. Dlatego dobrze znosi korozję, ponieważ dostęp tlenu jest zablokowany.

Warstwa tlenku chroni również metal przed wodą. Jeśli płytka nazębna zostanie usunięta z powierzchni aluminium, rozpocznie się reakcja z H 2 O. Wodór będzie uwalniany nawet w temperaturze pokojowej. Więc, łódź aluminiowa nie zamienia się w dym tylko dzięki warstwie tlenków i farbie ochronnej nałożonej na kadłub statku.

Najbardziej aktywny interakcja aluminium z niemetalami. Reakcje z bromem i chlorem zachodzą nawet w normalnych warunkach. W rezultacie tworzą się sole aluminium. Sole wodorowe uzyskuje się przez połączenie 13. pierwiastka z roztworami kwasów. Reakcja zajdzie również z alkaliami, ale dopiero po usunięciu warstwy tlenku. Czysty wodór zostanie uwolniony.

Zastosowanie aluminium

Metal jest natryskiwany na lustra. Dobre odbicie światła. Proces odbywa się w warunkach próżni. Wykonują nie tylko standardowe lustra, ale także przedmioty z lustrzanymi powierzchniami. Są to: płytki ceramiczne, sprzęt AGD, lampy.

Duet aluminium-miedź- podstawa z duraluminium. Nazywa się po prostu Dural. Jak dodano. Skład jest 7 razy mocniejszy niż czyste aluminium, dlatego nadaje się do inżynierii mechanicznej i projektowania samolotów.

Miedź daje trzynastemu elementowi siłę, ale nie ciężkość. Dural pozostaje 3 razy lżejszy od żelaza. mały masa aluminium- zastaw lekkości samochodów, samolotów, statków. Upraszcza to transport, obsługę, obniża cenę produktów.

Kup aluminium producenci samochodów również starają się, ponieważ na jego stopy łatwo nakłada się związki ochronne i dekoracyjne. Farba układa się szybciej i bardziej równomiernie niż na stali, plastiku.

Jednocześnie stopy są plastyczne, łatwe w obróbce. Jest to cenne, biorąc pod uwagę masę zakrętów i konstruktywnych przejść w nowoczesnych modelach samochodów.

Trzynasty pierwiastek jest nie tylko łatwy do barwienia, ale może również sam pełnić rolę barwnika. Kupiony w branży tekstylnej siarczan glinu. Przydaje się również w druku, gdzie wymagane są nierozpuszczalne pigmenty.

To ciekawe rozwiązanie siarczan aluminium również do oczyszczania wody. W obecności „środka” szkodliwe zanieczyszczenia wytrącają się i są neutralizowane.

Neutralizuje 13. element i kwasy. Jest szczególnie dobry w tej roli. wodorotlenek glinu. Jest ceniony w farmakologii, medycynie, jako dodatek do leków na zgagę.

Wodorotlenek jest również przepisywany na wrzody, procesy zapalne przewodu pokarmowego. Więc jest też lek apteczny aluminium. Kwas w żołądku - powód, aby dowiedzieć się więcej o takich lekach.

W ZSRR wybijano również brązy z 11% dodatkiem aluminium. Wartość znaków to 1, 2 i 5 kopiejek. Zaczęli produkować w 1926 roku, zakończyli w 1957 roku. Ale produkcja puszek aluminiowych na konserwy nie została zatrzymana.

Duszone mięso, saury i inne śniadania turystów są nadal pakowane w pojemniki oparte na 13 elemencie. Takie puszki nie wchodzą w reakcje z żywnością, a przy tym są lekkie i tanie.

Proszek aluminiowy wchodzi w skład wielu mieszanek wybuchowych, w tym pirotechnicznych. W przemyśle stosuje się mechanizmy wywrotowe oparte na trinitrotoluenie i kruszonym pierwiastku 13. Potężny materiał wybuchowy uzyskuje się również przez dodanie azotanu amonu do aluminium.

Przemysł naftowy potrzebuje chlorek glinu. Pełni rolę katalizatora w rozkładzie materii organicznej na frakcje. Ropa ma zdolność uwalniania gazowych, lekkich węglowodorów typu benzyny, wchodzących w interakcje z chlorkiem 13 metalu. Odczynnik musi być bezwodny. Po dodaniu chlorku mieszaninę ogrzewa się do 280 stopni Celsjusza.

W budownictwie często mieszam sód I aluminium. Okazuje się, że jest dodatkiem do betonu. Glinian sodu przyspiesza jego twardnienie poprzez przyspieszenie nawilżenia.

Wzrasta szybkość mikrokrystalizacji, co oznacza, że ​​wzrasta wytrzymałość i twardość betonu. Ponadto glinian sodu chroni okucia ułożone w roztworze przed korozją.

Wydobycie aluminium

Metal zamyka pierwszą trójkę najpowszechniejszych na ziemi. To wyjaśnia jego dostępność i szerokie zastosowanie. Jednak natura nie daje człowiekowi pierwiastka w czystej postaci. Aluminium musi być izolowane z różnych związków. Większość trzynastego pierwiastka znajduje się w boksytach. Są to skały glinopodobne, skoncentrowane głównie w strefie tropikalnej.

Boksyt jest kruszony, następnie suszony, ponownie kruszony i mielony w obecności niewielkiej ilości wody. Okazuje się, że jest to gęsta masa. Jest podgrzewany parą. Jednocześnie odparowuje większość boksytów, które nie są ubogie. Pozostaje tlenek 13. metalu.

Umieszcza się go w łaźniach przemysłowych. Zawierają już stopiony kriolit. Temperatura jest utrzymywana na poziomie około 950 stopni Celsjusza. Potrzebujemy również prądu elektrycznego o mocy co najmniej 400 kA. Oznacza to, że stosuje się elektrolizę, tak jak 200 lat temu, kiedy pierwiastek został wyizolowany przez Charlesa Halla.

Przechodząc przez gorący roztwór, prąd przerywa wiązania między metalem a tlenem. Dzięki temu dno wanny pozostaje czyste aluminium. Reakcje skończone. Proces kończy się odlewaniem z osadów i wysyłaniem ich do konsumenta lub alternatywnie wykorzystaniem ich do formowania różnych stopów.

Główna produkcja aluminium zlokalizowana jest w tym samym miejscu co złoża boksytu. Na czele jest Gwinea. Prawie 8 000 000 ton 13. pierwiastka jest ukrytych w jego wnętrznościach. Australia jest na 2. miejscu ze wskaźnikiem 6 000 000. W Brazylii aluminium jest już 2 razy mniej. Globalne rezerwy szacuje się na 29 000 000 ton.

cena aluminium

Za tonę aluminium żądają prawie 1500 dolarów. Są to dane z giełd metali nieżelaznych na dzień 20 stycznia 2016 r. Koszt jest ustalany głównie przez przemysłowców. Mówiąc dokładniej, na cenę aluminium wpływa ich zapotrzebowanie na surowce. Wpływa to na żądania dostawców i koszt energii elektrycznej, ponieważ produkcja 13. elementu jest energochłonna.

Inne ceny ustalane są dla aluminium. Idzie do rozlewiska. Koszt jest podawany za kilogram, a charakter dostarczonego materiału ma znaczenie.

Tak więc za metal elektryczny dają około 70 rubli. W przypadku aluminium spożywczego można uzyskać o 5-10 rubli mniej. To samo płaci się za metal silnikowy. Jeśli wynajmowana jest odmiana mieszana, jej cena wynosi 50-55 rubli za kilogram.

Najtańszym rodzajem złomu są wióry aluminiowe. Bo udaje mu się zdobyć tylko 15-20 rubli. Nieco więcej zostanie podane za 13. element. Dotyczy to pojemników na napoje, konserwy.

Grzejniki aluminiowe są również niedoceniane. Cena za kilogram złomu wynosi około 30 rubli. To są średnie liczby. W różnych regionach, w różnych punktach aluminium jest akceptowane drożej lub taniej. Często koszt materiałów zależy od dostarczonych ilości.

Charakterystyka aluminium

przemysł jakości aluminium metal

Aluminium jest najpowszechniejszym metalem w skorupie ziemskiej. Jego zawartość szacuje się na 7,45% (więcej niż żelazo, które wynosi tylko 4,2%). Aluminium jako pierwiastek odkryto niedawno, bo w 1825 roku, kiedy to uzyskano pierwsze drobne bryłki tego metalu. Początek jej rozwoju przemysłowego datuje się na koniec ubiegłego wieku. Impulsem do tego było opracowanie w 1886 roku metody jego wytwarzania poprzez elektrolizę tlenku glinu rozpuszczonego w kriolicie. Zasada metody leży u podstaw nowoczesnej przemysłowej ekstrakcji aluminium z tlenku glinu we wszystkich krajach świata.

Z wyglądu aluminium jest błyszczącym, srebrzystobiałym metalem. W powietrzu szybko utlenia się, pokrywając się cienką białą matową warstwą AlO . Folia ta posiada wysokie właściwości ochronne, dzięki czemu aluminium pokryte taką folią jest odporne na korozję.

Aluminium jest łatwo niszczone przez roztwory żrących zasad, kwasów solnych i siarkowych. W stężonym kwasie azotowym i kwasach organicznych wykazuje wysoką odporność.

Najbardziej charakterystycznymi właściwościami fizycznymi aluminium są jego niska gęstość względna wynosząca 2,7 oraz stosunkowo wysoka przewodność cieplna i elektryczna. W temperaturze 0C przewodność elektryczna aluminium, tj. przewodność elektryczna drutu aluminiowego o przekroju 1 mm i długości 1 m wynosi 37 1 om.

Odporność na korozję, a zwłaszcza przewodność elektryczna aluminium jest tym wyższa, im jest ono czystsze, im mniej zawiera zanieczyszczeń.

Temperatura topnienia aluminium jest niska, wynosi około 660C. Jednak jego utajone ciepło topnienia jest bardzo duże - około 100 cal g, dlatego do stopienia aluminium potrzebna jest większa ilość ciepła niż do stopienia tej samej ilości, na przykład miedzi ogniotrwałej, która ma temperaturę topnienia 1083 C, utajone ciepło topnienia 43 cal g.

Właściwości mechaniczne aluminium charakteryzują się dużą ciągliwością i niską wytrzymałością. Walcowane i odprężone aluminium ma = 10 kg mm, a twardość HB25 = 80% i = 35%.

Sieć krystaliczna aluminium jest sześcianem wyśrodkowanym na ścianie o parametrze (rozmiar boku) równym 4,04 w temperaturze 20°C. Aluminium nie ma przemian alotropowych.

W naturze aluminium występuje w postaci rud aluminium: boksytów, nefelinów, alunitów i kaolinów. Najważniejszą rudą, na której opiera się większość światowego przemysłu aluminiowego, jest boksyt.

Pozyskiwanie aluminium z rud składa się z dwóch następujących po sobie etapów – najpierw powstaje tlenek glinu (AlO), a następnie otrzymuje się z niego aluminium.

Obecnie znane metody wytwarzania tlenku glinu można podzielić na trzy grupy: zasadowe, kwaśne i elektrotermiczne. Najszerzej stosowane są metody alkaliczne.

W niektórych odmianach metod alkalicznych boksyt odwodniony w temperaturze 1000 C jest mielony w młynach kulowych, mieszany w określonych proporcjach z kredą i sodą i spiekany w celu uzyskania rozpuszczalnego w wodzie stałego glinianu sodu w reakcji

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

Spiekana masa jest kruszona i ługowana wodą, podczas gdy glinian sodu przechodzi do roztworu.

W innych odmianach metody alkalicznej tlenek glinu zawarty w boksycie jest wiązany w glinian sodu przez bezpośrednie traktowanie rudy alkaliami. W takim przypadku natychmiast otrzymuje się roztwór glinianu w wodzie.

W obu przypadkach powstanie wodnego roztworu glinianu sodu prowadzi do jego oddzielenia od nierozpuszczalnych składników rudy, którymi są głównie tlenki i wodorotlenki krzemu, żelaza i tytanu. Oddzielenie roztworu od nierozpuszczalnego osadu, zwanego czerwonym szlamem, odbywa się w osadnikach.

Do otrzymanego roztworu dodaje się wapno w temperaturze 125 C i pod ciśnieniem 5 rano, co prowadzi do odsilikonizacji - wytrąca się CaSiO, tworząc biały szlam. Roztwór oczyszczony z krzemu, po oddzieleniu go od białego szlamu, traktuje się dwutlenkiem węgla w temperaturze 60-80 C, w wyniku czego wytrąca się krystaliczny hydrat tlenku glinu:

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

Jest myte, suszone i kalcynowane. Kalcynacja prowadzi do powstania tlenku glinu:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

Opisana metoda zapewnia dość całkowitą ekstrakcję tlenku glinu z boksytu - około 80%.

Otrzymywanie metalicznego aluminium z tlenku glinu polega na jego elektrolitycznym rozkładzie na części składowe - na aluminium i tlen. Elektrolitem w tym procesie jest roztwór tlenku glinu w kriolicie (AlF3NaF). Kriolit, mając zdolność rozpuszczania tlenku glinu, jednocześnie obniża jego temperaturę topnienia. Tlenek glinu topi się w temperaturze około 2000 C, a temperatura topnienia roztworu składającego się na przykład z 85% kriolitu i 15% tlenku glinu wynosi 935 C.

Schemat elektrolizy tlenku glinu jest dość prosty, ale technologicznie proces ten jest złożony i wymaga dużych ilości energii elektrycznej.

W dnie wanny z dobrą izolacją termiczną 1 i wypełnieniem węglowym 2 umieszczone są opony katodowe 3, podłączone do bieguna ujemnego źródła prądu elektrycznego. Elektrody 5 są przymocowane do szyny anodowej 4. Przed rozpoczęciem elektrolizy na dno wanny wylewa się cienką warstwę koksu, elektrody opuszcza się, aż zetkną się z nią, i włącza się prąd. Gdy wypełnienie węglowe jest podgrzewane, stopniowo wprowadzany jest kriolit. Gdy grubość warstwy stopionego kriolitu wynosi 200-300 mm, tlenek glinu jest ładowany w ilości 15% do ilości kriolitu. Proces odbywa się w temperaturze 950-1000 C.

Pod działaniem prądu elektrycznego tlenek glinu rozkłada aluminium i tlen. Ciekłe aluminium 6 gromadzi się na dnie węgla (dno kąpieli węglowej), którym jest katoda, a tlen łączy się z węglem anod, stopniowo je spalając. Kriolit jest zużywany w niewielkim stopniu. Okresowo dodawany jest tlenek glinu, elektrody są stopniowo opuszczane w celu skompensowania spalonej części, a zgromadzone ciekłe aluminium jest uwalniane do kadzi 8 w określonych odstępach czasu.

Podczas elektrolizy na 1 tonę aluminium zużywa się około 2 ton tlenku glinu, 0,6 tony elektrod węglowych służących jako anody, 0,1 tony kriolitu i od 17 000 do 18 000 kWh energii elektrycznej.

Surowe aluminium otrzymane przez elektrolizę tlenku glinu zawiera zanieczyszczenia metaliczne (żelazo, krzem, tytan i sód), rozpuszczone gazy, z których głównym jest wodór, oraz wtrącenia niemetaliczne, którymi są cząstki tlenku glinu, węgla i kriolitu. W tym stanie nie nadaje się do użytku, ponieważ ma niskie właściwości, dlatego wymaga uszlachetnienia. Zanieczyszczenia niemetaliczne i gazowe są usuwane przez przetapianie i przepłukiwanie metalu chlorem. Zanieczyszczenia metaliczne można usunąć jedynie skomplikowanymi metodami elektrolitycznymi.

Po rafinacji uzyskuje się handlowe gatunki aluminium.

Czystość aluminium jest decydującym wskaźnikiem, który wpływa na wszystkie jego właściwości, dlatego skład chemiczny jest podstawą klasyfikacji aluminium.

Żelazo i krzem to nieuniknione zanieczyszczenia przy produkcji aluminium. Oba są szkodliwe w aluminium. Żelazo nie rozpuszcza się w aluminium, ale tworzy z nim kruche związki chemiczne FeAl i Fe2Al. Aluminium tworzy eutektyczną mieszaninę mechaniczną z krzemem o zawartości 11,7% Si. Ponieważ rozpuszczalność krzemu w temperaturze pokojowej jest bardzo niska (0,05%), nawet przy niewielkiej ilości krzemu tworzy on eutektykę Fe+Si oraz wtrącenia bardzo twardych (HB 800) kruchych kryształów krzemu, które zmniejszają plastyczność aluminium . Przy wspólnej obecności krzemu i żelaza powstaje trójskładnikowy związek chemiczny i trójskładnikowy eutektyk, które również zmniejszają plastyczność.

Kontrolowane zanieczyszczenia w aluminium to żelazo, krzem, miedź i tytan.

Aluminium wszystkich klas zawiera ponad 99% Al. Ilościowe przekroczenie tej wartości w setnych lub dziesiątych procentach jest wskazane w nazwie marki po pierwszej literze A. Tak więc marka A85 zawiera 99,85% Al. Wyjątkiem od tej zasady oznaczania są klasy A AE, w których zawartość aluminium jest taka sama jak w klasach A0 i A5, ale inny stosunek zawartych w składzie zanieczyszczeń żelaza i krzemu.

Litera E w marce AE oznacza, że ​​aluminium tej marki przeznaczone jest do produkcji przewodów elektrycznych. Dodatkowym wymaganiem dotyczącym właściwości aluminium jest niski opór elektryczny, który dla wykonanego z niego drutu nie powinien przekraczać 0,0280 oma mm m w temperaturze 20 C.

Aluminium jest wykorzystywane do produkcji wyrobów i stopów na jego bazie, których właściwości wymagają wysokiego stopnia czystości.

W zależności od przeznaczenia aluminium może być produkowane w różnych postaciach. Aluminium wszystkich klas (wysoka i techniczna czystość), przeznaczone do przetapiania, odlewane jest w postaci wlewków o masie 5; 15 i 1000 kg. Ich wartości graniczne są następujące: wysokość od 60 do 600 mm, szerokość od 93 do 800 mm i długość od 415 do 1000 mm.

Jeśli aluminium jest przeznaczone do walcowania blach i taśm, wówczas płaskie wlewki o siedemnastu rozmiarach są odlewane metodą ciągłą lub półciągłą. Ich grubość waha się od 140 do 400 mm, szerokość od 560 do 2025 mm, a waga 1 m długości wlewka od 210 do 2190 kg. Długość wlewka ustalana jest z klientem.

Głównym rodzajem kontroli aluminium, zarówno we wlewkach, jak i we wlewkach płaskich, jest weryfikacja składu chemicznego i jego zgodności z markowym. Wlewki i wlewki przeznaczone do obróbki ciśnieniowej podlegają dodatkowym wymaganiom, takim jak brak skorup, pęcherzyków gazu, pęknięć, żużla i innych obcych wtrąceń.

Do odtleniania stali podczas jej wytapiania, a także do produkcji żelazostopów i do aluminotermii można stosować tańsze aluminium o niższej czystości niż wskazano w tabeli „Czystość aluminium różnych klas”. W tym celu przemysł produkuje sześć gatunków aluminium we wlewkach o masie od 3 do 16,5 kg, zawierających od 98,0 do 87,0% Al. Zawartość żelaza w nich sięga 2,5%, a krzemu i miedzi do 5%.

Zastosowanie aluminium wynika ze specyfiki jego właściwości. Połączenie lekkości z odpowiednio wysokim przewodnictwem elektrycznym umożliwia wykorzystanie aluminium jako przewodnika prądu elektrycznego, zastępując je droższą miedzią. Różnica w przewodności elektrycznej miedzi (631 omów) i aluminium (371 omów) jest kompensowana przez zwiększenie przekroju drutu aluminiowego. Niewielka masa drutów aluminiowych umożliwia prowadzenie ich podwieszania przy znacznie większej odległości między podporami niż w przypadku drutów miedzianych, bez obawy o zerwanie drutu pod wpływem własnego ciężaru. Wykonuje się z niego również kable, opony, kondensatory, prostowniki. Wysoka odporność korozyjna aluminium sprawia, że ​​w niektórych przypadkach jest ono niezbędnym materiałem w inżynierii chemicznej, np. do produkcji urządzeń służących do produkcji, magazynowania i transportu kwasu azotowego i jego pochodnych.

Jest również szeroko stosowany w przemyśle spożywczym - wykonuje się z niego różnorodne przybory kuchenne. W tym przypadku wykorzystywana jest nie tylko jego odporność na kwasy organiczne, ale również wysoka przewodność cieplna.

Wysoka plastyczność pozwala na zwijanie aluminium w folię, która obecnie całkowicie zastąpiła stosowaną wcześniej droższą folię aluminiową. Folia służy jako opakowanie dla szerokiej gamy produktów spożywczych: herbaty, czekolady, tytoniu, serów itp.

Aluminium stosuje się w taki sam sposób, jak powłokę antykorozyjną innych metali i stopów. Może być nakładany metodą platerowania, powlekania dyfuzyjnego i innymi metodami, w tym malowania aluminium farbami i lakierami. Szczególnie rozpowszechnione są okładziny aluminiowe wyrobów walcowanych płaskich wykonanych ze stopów aluminium mniej odpornych na korozję.

Aktywność chemiczna aluminium względem tlenu wykorzystywana jest do odtleniania w produkcji stali półcichej i spokojnej oraz do produkcji metali trudno odzyskiwalnych poprzez wypieranie aluminium ze związków tlenowych.

Aluminium jest stosowane jako pierwiastek stopowy w różnych stalach i stopach. Nadaje im określone właściwości. Na przykład zwiększa odporność cieplną stopów na bazie żelaza, miedzi, tytanu i niektórych innych metali.

Można wymienić inne obszary zastosowania aluminium o różnym stopniu czystości, jednak najwięcej go przeznacza się na otrzymywanie na jego bazie różnych lekkich stopów. Szczegóły dotyczące głównych podano poniżej.

Generalnie wykorzystanie aluminium w różnych sektorach gospodarki, na przykładzie rozwiniętych krajów kapitalistycznych, szacuje się na następujące liczby: inżynieria transportu 20-23% (w tym motoryzacja 15%), budownictwo 17-18%, elektrotechnika 10-12%, produkcja materiałów opakowaniowych 9-10%, produkcja dóbr konsumpcyjnych trwałego użytku 9-10%, budownictwo ogólne 8-10%.

Aluminium zyskuje coraz więcej nowych obszarów zastosowań, pomimo konkurencji ze strony innych materiałów, a zwłaszcza tworzyw sztucznych.

Głównymi rudami przemysłowymi zawierającymi aluminium są boksyt, nefelin, alunit i kaolin.

Jakość tych rud ocenia się na podstawie zawartości w nich tlenku glinu Al O, który zawiera 53% Al. Spośród pozostałych wskaźników jakości rud glinu najważniejszy jest skład zanieczyszczeń, których szkodliwość i przydatność determinuje wykorzystanie rudy.

Boksyt jest najlepszym i głównym na świecie surowcem do produkcji aluminium. Jest również używany do produkcji sztucznego korundu, produktów wysoce ogniotrwałych i do innych celów. Według składu chemicznego ta skała osadowa jest mieszaniną hydratów tlenku glinu AlO nH2O z tlenkami żelaza, krzemu, tytanu i innych pierwiastków. Najbardziej powszechnymi hydratami tlenku glinu tworzącymi boksyty są minerały diaspor, boehmit i hydrargellit. Zawartość tlenku glinu w boksycie, nawet w jednym złożu, zmienia się w bardzo szerokim zakresie, od 35 do 70%.

Minerały wchodzące w skład boksytu tworzą bardzo rzadką mieszaninę, co utrudnia wzbogacanie. W przemyśle wykorzystuje się głównie surową rudę. Proces wydobywania aluminium z rudy jest złożony, bardzo energochłonny i składa się z dwóch etapów: najpierw wydobywa się tlenek glinu, a następnie uzyskuje się z niego aluminium.

Przedmiotem handlu światowego jest zarówno sam boksyt, jak i wydobywany z niego tlenek glinu lub inne rudy.

Na terytorium WNP złoża boksytu są nierównomiernie rozmieszczone, a boksyty z różnych złóż są nierównej jakości. Na Uralu znajdują się złoża najwyższej jakości boksytów. Duże rezerwy boksytu występują również w europejskiej części WNP oraz w zachodnim Kazachstanie.

Spośród krajów uprzemysłowionych tylko Francja jest obecnie praktycznie wyposażona, gdzie rozpoczął się jej rozwój. Jej wiarygodne i prawdopodobne zasoby w tej grupie państw szacowano w 1975 roku na 4,8 mld ton (w tym 4,6 mld ton w Australii), natomiast w krajach rozwijających się na 12,5 mld ton, głównie w Afryce i Ameryce Łacińskiej (najbogatsze to Gwinea, Kamerun, Brazylia, Jamajka).

W okresie powojennym krąg krajów, w których wydobywa się boksyt i produkuje aluminium pierwotne, znacznie się rozszerzył. W 1950 r. boksyt wydobywano tylko w 11 krajach, nie licząc ZSRR, w tym w trzech na ponad 1 mln ton (Surinam, Gujana, USA) i czterech na ponad 0,1 mln ton (Francja, Indonezja, Włochy, Ghana). Do 1977 roku wielkość produkcji wzrosła 12-krotnie, a jej geografia zmieniła się diametralnie (ponad połowa produkcji świata kapitalistycznego pochodziła z krajów rozwijających się).

W przeciwieństwie do krajów rozwijających się, bogata w paliwa Australia przetwarza większość wydobywanego boksytu (głównie na Półwyspie York, największym złożu boksytu na świecie) na tlenek glinu, który odgrywa decydującą rolę w jej światowym eksporcie. To nie jest dla niej przykład, kraje Karaibów i Afryki Zachodniej eksportują głównie boksyt. Wpływa to zarówno na względy polityczne (światowe monopole aluminium preferują produkcję tlenku glinu poza krajami zależnymi produkującymi boksyty), jak i czysto ekonomiczne: boksyty w przeciwieństwie do rud metali nieżelaznych są transportowalne (zawierają 35-65% dwutlenku glinu ), a produkcja tlenku glinu wymaga znacznych kosztów jednostkowych, których zdecydowana większość krajów produkujących boksyt nie ponosi.

Aby oprzeć się nakazom światowych monopoli aluminiowych, kraje eksportujące boksyt w 1973 r. utworzyły organizację „International Association of Bouxite Mining Countries” (IABS). Obejmował Australię, Gwineę, Gujanę, Jamajkę i Jugosławię; później dołączyły Dominikana, Haiti, Ghana, Sierra Leone, Surinam, a Grecja i Indie stały się krajami obserwatorami. W roku powstania na te państwa przypadało około 85% wydobycia boksytu w państwach niesocjalistycznych.

Przemysł aluminiowy charakteryzuje się dystansem terytorialnym zarówno między wydobyciem boksytu a produkcją tlenku glinu, jak i między tą ostatnią a wytopem aluminium pierwotnego. Największa produkcja tlenku glinu (do 1-1,3 mln ton rocznie) zlokalizowana jest zarówno w hutach aluminium (np. w portach eksportujących boksyt (np. Paranam w Surinamie), a także na trasach boksytu od drugiego do pierwszego – np. w USA na wybrzeżu Zatoki Meksykańskiej (Corpus Christi, Point Comfort).

W naszym kraju wszystkie wydobywane boksyty są podzielone na dziesięć klas. Główna różnica między boksytami różnych klas polega na tym, że zawierają różne ilości głównego ekstrahowalnego składnika, tlenku glinu, i mają różne wartości modułu krzemu, tj. różna zawartość tlenku glinu do zawartości zanieczyszczeń krzemionkowych szkodliwych w boksytach (AlO SiO). Moduł krzemu jest bardzo ważnym wskaźnikiem jakości boksytów, od którego w dużej mierze zależy ich zastosowanie i technologia przetwarzania.

Zawartość wilgoci w boksytach dowolnych gatunków ustala się w zależności od ich złoża: najniższą wilgotność (nie więcej niż 7%) ustala się dla boksytów ze złóż Uralu Południowego oraz odpowiednio dla złóż Uralu Północnego, Kamensk-Ural i Tichwin , nie więcej niż 12, 16 i 22%. Wskaźnik wilgotności nie jest znakiem odrzucenia i służy wyłącznie do rozliczeń z konsumentem.

Boksyt dostarczany jest w kawałkach nie większych niż 500 mm. Jest transportowany luzem na platformach lub w gondolach.