Opisz pierwiastek chemiczny aluminium. Właściwości chemiczne i fizyczne aluminium

Rodzaj lekcji. Łączny.

Zadania:

Edukacyjny:

1. Zaktualizuj wiedzę uczniów na temat budowy atomu, fizycznych znaczeń numeru seryjnego, numeru grupy, numeru okresu na przykładzie aluminium.

2. Ukształtowanie wiedzy studentów, że aluminium w stanie wolnym posiada szczególne, charakterystyczne właściwości fizykochemiczne.

Rozwijanie:

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

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

3. Rozwiń pojęcie amfoteryczności poprzez ujawnienie struktury elektronowej aluminium, właściwości chemicznych jego związków.

Edukacyjny:

1. Podnieś szacunek dla środowiska poprzez dostarczanie informacji o możliwym wykorzystaniu aluminium wczoraj, dziś, jutro.

2. Kształtowanie umiejętności pracy zespołowej dla każdego studenta, liczenia się z opinią całej grupy i poprawnego obrony własnej poprzez wykonywanie prac laboratoryjnych.

3. Zapoznanie studentów z etyką naukową, uczciwością i przyzwoitością 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 w zewnętrznym poziomie energii alkalicznej i ziem alkalicznych M?

Jakie produkty powstają, gdy sód lub potas reaguje 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+Na 2 O 2 =2Na 2 O).

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

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

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

W jakich warunkach w metalach ziem alkalicznych zachodzi tworzenie się wodorków? (w wysokich temperaturach).

Która substancja wapń lub magnez bardziej aktywnie reaguje z wodą? (Wapń reaguje bardziej aktywnie. Magnez reaguje aktywnie z wodą tylko wtedy, gdy jest podgrzana do 100 0 C).

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

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).

PRACE KONTROLNE dotyczące tematów alkalicznych i ziem alkalicznych M:

PODSUMOWANIE LEKCJI (BADANIE 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 energetycznym, stanie utlenienia?

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

Nauczyciel: Właściwości metaliczne pierwiastków podgrupy boru są znacznie mniej wyraźne niż pierwiastków podgrupy berylu. Bor jest nie-M. W przyszłości, w ramach podgrupy, wraz ze wzrostem ładunku jądrowego M, właściwości ulegają poprawie. ALEja- już M, ale nietypowy. Jego wodorotlenek ma właściwości amfoteryczne.

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

DEFINICJA

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

Metal. Oznaczenie - Al. Liczba porządkowa - 13. Względna masa atomowa - 26,981 am.

Elektroniczna struktura atomu aluminium

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

Ryż. 1. Schematyczne przedstawienie struktury atomu glinu.

Rozkład elektronów na orbitalach wygląda następująco:

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. Wykres energetyczny ma następującą postać:

Teoretycznie stan wzbudzony jest możliwy dla atomu glinu ze względu na obecność wolnego 3 d-orbitale. Jednak degradacja elektronów 3 s- podpoziom faktycznie nie występuje.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Pierwiastek chemiczny grupy III 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 w kolorze jasnoszarym lub srebrzystobiałym. Ma wysoką przewodność cieplną i elektryczną, odporność na korozję. Dystrybucja w skorupie ziemskiej - 8,8% wagowo - jest najpowszechniejszym metalem i trzecim najpowszechniejszym pierwiastkiem chemicznym.

Stosowany jako materiał konstrukcyjny w budowie budynków, statków powietrznych i okrętowych, do produkcji wyrobów przewodzących w elektrotechnice, sprzęcie chemicznym, towarach konsumpcyjnych, produkcji innych metali z wykorzystaniem aluminotermii, jako składnik stałego paliwa rakietowego, pirotechnicznym kompozycje i tym podobne.

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

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

Aluminium tworzy stopy z prawie wszystkimi metalami. Najbardziej znane to duralim (stop z miedzią i magnezem) oraz silumin (stop z krzemem). W normalnych warunkach aluminium pokryte jest 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 zapotrzebowanie 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 toksyczny pierwiastek dla ludzkiej odporności, niemniej jednak jest częścią komórek. Jednocześnie ma postać dodatnio naładowanych jonów (Al3+), które oddziałują na przytarczyce. Różne typy komórek zawierają różne ilości glinu, ale wiadomo na pewno, że komórki wątroby, mózgu i kości gromadzą go szybciej niż inne.

Leki zawierające aluminium mają działanie przeciwbólowe i otaczające, zobojętniające i adsorbujące. To ostatnie oznacza, że ​​podczas 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 centrach aktywnych wielu enzymów. Ważną 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 wody, żywności i zanieczyszczonego powietrza.

Z nadmiarem aluminium w organizmie zaczynają się zmiany w płucach, drgawki, anemia, dezorientacja w przestrzeni, apatia i utrata pamięci.

Ajurweda

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

Wykorzystanie aluminium w magii

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

Magia Ochronna

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

To samo robią z nieznanymi przedmiotami wyrzucanymi, znalezionymi na podwórku lub pod drzwiami. Zamiast podnosić go rękoma lub przez szmatkę, lepiej przykryć folią bez dotykania 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 ogrzewał bezwodny chlorek pierwiastków 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. Sposób wydobycia pierwiastka na skalę przemysłową zaproponował Charles Hall.

W 1886 r. rozpuścił tlenek w stopionym kriolicie. Niemiec zamknął miksturę w granitowym naczyniu i podłączył do niej prąd elektryczny. Na dnie pojemnika osiadły płytki z czystego metalu.

Właściwości chemiczne i fizyczne aluminium

Jakie aluminium? Srebrzystobiały, błyszczący. Dlatego Friedrich Wöhler porównał otrzymane przez siebie metalowe granulki. Ale było zastrzeżenie - aluminium jest znacznie lżejsze.

Plastyczność jest bliska cennej i. aluminium jest substancją, bez problemów rozciąga się na cienki drut i arkusze. Wystarczy przypomnieć folię. Wykonany jest na bazie 13. elementu.

Aluminium jest lekkie ze względu na niską gęstość. To trzy razy mniej niż żelaza. Jednocześnie 13. element jest prawie nie gorszy pod względem siły.

Ta kombinacja sprawiła, że ​​srebrny metal jest niezbędny w przemyśle, na przykład przy produkcji części samochodowych. Mówimy o produkcji rękodzieła, ponieważ 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 660 stopniach. Podnieś temperaturę nieco wyżej - spali się.

Tylko metal zniknie tlenek glinu. Powstaje również w standardowych warunkach, ale tylko w postaci folii powierzchniowej. Chroni metal. Dzięki temu jest dobrze odporny na korozję, ponieważ dostęp tlenu jest zablokowany.

Powłoka tlenkowa chroni również metal przed wodą. Jeśli płytka nazębna zostanie usunięta z powierzchni aluminium, rozpocznie się reakcja z H 2 O. Gazowy wodór będzie uwalniany nawet w temperaturze pokojowej. Aby, aluminiowa łódź nie zamienia się w dym tylko dzięki warstwie tlenkowej i farbie ochronnej nałożonej na kadłub statku.

Najbardziej aktywny interakcja z aluminium z niemetalami. Reakcje z bromem i chlorem zachodzą nawet w normalnych warunkach. W rezultacie tworzą się sole glinu. Sole wodorowe otrzymuje się przez połączenie 13. pierwiastka z roztworami kwasów. Reakcja zajdzie również z alkaliami, ale dopiero po usunięciu warstewki tlenkowej. Uwolniony zostanie czysty wodór.

Zastosowanie aluminium

Metal jest natryskiwany na lustra. Dobre odbicie światła. Proces przebiega w warunkach próżni. Wykonują nie tylko standardowe lustra, ale także przedmioty o lustrzanych powierzchniach. Są to: płytki ceramiczne, sprzęt AGD, lampy.

Duet aluminium-miedź- baza z duraluminium. Nazywa się po prostu Dural. Jak dodano. Kompozycja jest 7 razy mocniejsza niż czyste aluminium, dlatego nadaje się do zastosowań w inżynierii mechanicznej i projektowaniu samolotów.

Miedź daje 13. 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 związki ochronne i dekoracyjne są łatwo nakładane na ich stopy. Farba nakłada 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 konstruktywne przejścia w nowoczesnych modelach samochodów.

13. pierwiastek jest nie tylko łatwy do barwienia, ale sam może również pełnić funkcję barwnika. Zakupione w przemyśle tekstylnym siarczan glinu. Przydaje się również w druku, gdzie wymagane są nierozpuszczalne pigmenty.

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

Neutralizuje 13. pierwiastek i kwasy. W tej roli jest szczególnie dobry. wodorotlenek glinu. Jest ceniony w farmakologii, medycynie, dodawaniu 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 bito także brązy z 11% dodatkiem aluminium. Wartość znaków to 1, 2 i 5 kopiejek. Rozpoczęli produkcję w 1926 roku, ukończono w 1957 roku. Ale produkcja puszek aluminiowych na żywność w puszkach nie została zatrzymana.

Duszone mięso, saury i inne śniadania turystów nadal pakowane są w pojemniki oparte na 13. elemencie. Takie puszki nie reagują z jedzeniem, a jednocześnie są lekkie i tanie.

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

Potrzeby przemysłu naftowego chlorek glinu. Pełni rolę katalizatora w rozkładzie materii organicznej na frakcje. Olej ma zdolność uwalniania gazowych, lekkich węglowodorów typu benzyny, oddziałujących z chlorkiem 13. metalu. Odczynnik musi być bezwodny. Po dodaniu chlorku mieszaninę ogrzewa się do 280 stopni Celsjusza.

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

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

Wydobycie aluminium

Metal zamyka pierwszą trójkę najczęściej spotykaną na ziemi. To wyjaśnia jego dostępność i szerokie zastosowanie. Jednak natura nie daje człowiekowi pierwiastka w czystej postaci. Aluminium musi być wyizolowane z różnych związków. Większość 13. pierwiastka znajduje się w boksytach. Są to skały gliniaste, skupione 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 większość z których boksyt również nie jest słaba odparowuje. Pozostaje tlenek 13. metalu.

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

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

Główna produkcja aluminium znajduje się w tym samym miejscu co złoża boksytu. Na czele stoi Gwinea. Prawie 8 000 000 ton 13. pierwiastka ukryte jest w jego wnętrznościach. Australia jest na 2 miejscu ze wskaźnikiem 6 000 000. W Brazylii aluminium jest już 2 razy mniej. Światowe rezerwy szacowane są na 29 000 000 ton.

cena aluminium

Za tonę aluminium proszą o prawie 1500 dolarów amerykańskich. Są to dane giełd metali nieżelaznych na dzień 20 stycznia 2016 r. Koszt ustalają głównie przemysłowcy. 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 dotyczą aluminium. Idzie do krachu. Koszt ogłaszany jest za kilogram, a znaczenie ma charakter dostarczonego materiału.

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

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

Nie doceniane są również grzejniki aluminiowe. 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 metali aluminiowych

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 uzyskano pierwsze małe grudki tego metalu. Początek jej rozwoju przemysłowego sięga końca ubiegłego wieku. Impulsem do tego było opracowanie w 1886 roku metody jego wytwarzania metodą elektrolizy 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. Na powietrzu szybko się utlenia, pokrywając się cienką białą matową warstwą AlO. Folia ta ma wysokie właściwości ochronne, dlatego pokryta taką folią aluminium jest odporne na korozję.

Aluminium jest łatwo niszczone przez roztwory zasad żrących, kwasu solnego i siarkowego. 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 oma.

Im wyższa jest odporność na korozję, a zwłaszcza przewodność elektryczna aluminium, im czystsze, tym 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 wymagana jest duża 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 wysoką ciągliwością i niską wytrzymałością. Walcowane i wyżarzane aluminium ma = 10 kg mm, a twardość HB25 = 80% i = 35%.

Siatka krystaliczna aluminium to sześcian zorientowany na twarz o parametrze (rozmiar boku) 4,04 w temperaturze 20°C. Aluminium nie ma przemian alotropowych.

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

Pozyskiwanie aluminium z rud składa się z dwóch kolejnych etapów – najpierw wytwarzany jest tlenek glinu (AlO), a następnie uzyskuje się z niego aluminium.

Znane obecnie metody wytwarzania tlenku glinu można podzielić na trzy grupy: alkaliczną, kwaśną i elektrotermiczną. Najczęściej 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 oraz spiekany w celu uzyskania rozpuszczalnego w wodzie stałego glinianu sodu w wyniku 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 poprzez 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 powstałego roztworu dodaje się wapno o temperaturze 125°C i ciśnieniu 5 rano, co prowadzi do odsilikonowania – wytrąca się CaSiO, tworząc biały osad. Roztwór oczyszczony z krzemu, po oddzieleniu go z 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 myty, suszony i kalcynowany. 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 rozkładzie elektrolitycznym na jego części składowe - na aluminium i tlen. Elektrolitem w tym procesie jest roztwór tlenku glinu w kriolicie (AlF 3NaF). 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.

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

Pod wpływem prądu elektrycznego tlenek glinu rozkłada aluminium i tlen. Płynne aluminium 6 gromadzi się na dnie węgla (dno kąpieli węglowej), które jest katodą, a tlen łączy się z węglem anod, stopniowo je spalając. Kriolit jest zużywany w niewielkim stopniu. Okresowo dodawany jest tlenek glinu, elektrody są stopniowo obniżane w celu skompensowania spalonej części, a nagromadzone płynne aluminium jest uwalniane do kadzi 8 w określonych odstępach czasu.

Podczas elektrolizy na 1 tonę aluminium zużywa się około 2 tony 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, będące cząstkami tlenku glinu, węgla i kriolitu. W tym stanie nie nadaje się do użytku, ponieważ ma niskie właściwości, dlatego należy go dopracować. Zanieczyszczenia niemetaliczne i gazowe są usuwane przez przetapianie i oczyszczanie metalu chlorem. Zanieczyszczenia metaliczne można usunąć tylko złożonymi metodami elektrolitycznymi.

Po rafinacji uzyskuje się handlowe gatunki aluminium.

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

Żelazo i krzem są nieuniknionymi zanieczyszczeniami z 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 mieszankę 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 eutektykę Fe+Si i wtrącenia bardzo twardych (HB 800) kruchych kryształów krzemu, które zmniejszają ciągliwość 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 gatunków zawiera ponad 99% Al. Nadwyżka ilościowa tej wartości w setnych lub dziesiątych częściach procenta jest wskazana w nazwie marki po pierwszej literze A. Zatem marka A85 zawiera 99,85% Al. Wyjątkiem od tej zasady znakowania są gatunki A AE, w których zawartość aluminium jest taka sama jak w gatunkach A0 i A5, ale inny stosunek zanieczyszczeń żelazowych i krzemowych zawartych w składzie.

Litera E w marce AE oznacza, że ​​aluminium tej marki przeznaczone jest do produkcji przewodów elektrycznych. Dodatkowym wymaganiem dotyczącym właściwości aluminium jest niska rezystancja elektryczna, która dla wykonanego z niego drutu nie powinna przekraczać 0,0280 om mm mw temperaturze 20 C.

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

W zależności od przeznaczenia aluminium może być produkowane w różnych formach. Aluminium wszystkich gatunków (o wysokiej czystości technicznej), przeznaczone do przetopu, 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.

Jeżeli aluminium jest przeznaczone do walcowania blach i taśm, wówczas płaskie wlewki o siedemnastu rozmiarach odlewane są 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.

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

Do odtleniania stali podczas jej wytapiania, a także do produkcji żelazostopów i do aluminotermii można zastosować tańsze aluminium o niższej czystości niż wskazane w tabeli „Czystość aluminium różnych gatunków”. 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. W nich zawartość żelaza sięga 2,5%, a krzemu i miedzi do 5%.

Zastosowanie aluminium wynika ze specyfiki jego właściwości. Połączenie lekkości z odpowiednio wysoką przewodnością elektryczną umożliwia wykorzystanie aluminium jako przewodnika prądu elektrycznego, zastępując je droższą miedzią. Różnica w przewodności elektrycznej miedzi (631 omów) i aluminium (371 omów) jest kompensowana wzrostem przekroju drutu aluminiowego. Niewielka masa drutów aluminiowych pozwala na prowadzenie ich podwieszenia ze znacznie większą odległością między podporami niż w przypadku drutów miedzianych, bez obawy zerwania drutu pod wpływem własnego ciężaru. Z niego też powstają kable, opony, kondensatory, prostowniki. Wysoka odporność korozyjna aluminium sprawia, że ​​w niektórych przypadkach jest on niezbędnym materiałem w inżynierii chemicznej, np. do produkcji urządzeń wykorzystywanych do produkcji, przechowywania i transportu kwasu azotowego i jego pochodnych.

Jest również szeroko stosowany w przemyśle spożywczym - powstają z niego różnorodne przybory do gotowania. W tym przypadku wykorzystuje się nie tylko jego odporność na kwasy organiczne, ale także wysoką przewodność cieplną.

Wysoka plastyczność pozwala na zwijanie aluminium w folię, która teraz całkowicie zastąpiła droższą folię cynową stosowaną wcześniej. Folia służy do pakowania 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 poprzez platerowanie, powlekanie dyfuzyjne oraz innymi metodami, w tym malowanie aluminium farbami i lakierami. Szczególnie rozpowszechniona jest okładzina aluminiowa wyrobów walcowanych płaskich z mniej odpornych na korozję stopów aluminium.

Aktywność chemiczna aluminium w stosunku do tlenu jest wykorzystywana do odtleniania w produkcji stali półspokojnej i spokojnej oraz do produkcji metali trudno odzyskiwalnych poprzez wypieranie aluminium z jego związków tlenowych.

Aluminium jest stosowane jako pierwiastek stopowy w różnych stalach i stopach. Nadaje im specyficzne 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 z niego przeznacza się na pozyskiwanie na jego bazie różnych stopów lekkich. Szczegóły głównych z nich podano poniżej.

Generalnie wykorzystanie aluminium w różnych sektorach gospodarki na przykładzie rozwiniętych krajów kapitalistycznych szacowane jest następującymi wielkościami: 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%, inżynieria ogólna 8-10%.

Aluminium zyskuje coraz to nowe obszary zastosowań, pomimo konkurencji innych materiałów, a zwłaszcza tworzyw sztucznych.

Główne rudy przemysłowe zawierające aluminium to boksyt, nefelin, ałunit i kaolin.

Jakość tych rud ocenia się na podstawie zawartości tlenku glinu Al O, który zawiera 53% Al. Spośród pozostałych wskaźników jakości rud aluminium najważniejszy jest skład zanieczyszczeń, o których szkodliwości i użyteczności decyduje wykorzystanie rudy.

Boksyt to najlepszy na świecie i główny surowiec do produkcji aluminium. Wykorzystywany jest również do produkcji sztucznego korundu, wyrobów wysokoogniotrwałych oraz do innych celów. Zgodnie ze składem chemicznym ta skała osadowa jest mieszaniną hydratów tlenku glinu AlO nH2O z tlenkami żelaza, krzemu, tytanu i innych pierwiastków. Najczęstszymi hydratami tlenku glinu, które tworzą boksyty, są minerały diaspora, bemit i hydrargellit. Zawartość tlenku glinu w boksycie, nawet w jednym złożu, waha się w bardzo szerokim zakresie, od 35 do 70%.

Minerały zawarte w składzie boksytu tworzą bardzo cienką mieszankę, co utrudnia wzbogacenie. W przemyśle wykorzystywana jest głównie ruda surowa. Proces wydobycia 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 terenie WNP złoża boksytu są nierównomiernie rozmieszczone, a boksyt z różnych złóż jest nierównej jakości. Na Uralu znajdują się złoża najwyższej jakości boksytów. Duże złoża boksytu znajdują się również w europejskiej części WNP iw zachodnim Kazachstanie.

Spośród krajów uprzemysłowionych tylko Francja jest obecnie praktycznie dostępna, gdzie rozpoczął się jej rozwój. Jego wiarygodne i prawdopodobne rezerwy w tej grupie państw w 1975 r. szacowano na 4,8 mld ton (w tym w Australii 4,6 mld ton), 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 gwałtownie rozszerzył się krąg krajów, w których wydobywa się boksyt i produkuje aluminium pierwotne. W 1950 r. boksyt wydobywano tylko w 11 krajach, nie licząc ZSRR, w tym trzy powyżej 1 mln ton (Surinam, Gujana, USA) i cztery powyżej 0,1 mln ton każdy (Francja, Indonezja, Włochy, Ghana). Do 1977 r. wielkość produkcji wzrosła 12-krotnie, a jej geografia zmieniła się dramatycznie (ponad połowa produkcji kapitalistycznego świata pochodziła z krajów rozwijających się).

W przeciwieństwie do krajów rozwijających się, bogata w paliwo 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. Nie jest to dla niej przykład, kraje Karaibów i Afryki Zachodniej głównie eksportują boksyt. Ma to wpływ zarówno na względy polityczne (światowe monopole aluminiowe preferują produkcję tlenku glinu poza obszarem wydobycia boksytów, kraje zależne), jak i czysto ekonomiczne: boksyty, w przeciwieństwie do rud ciężkich metali nieżelaznych, są transportowalne (zawierają 35-65% dwutlenku glinu ), a produkcja tlenku glinu wiąże się ze znacznymi kosztami szczegółowymi, których nie ponosi zdecydowana większość krajów produkujących boksyty.

Aby oprzeć się dyktatowi światowych monopoli aluminiowych, kraje eksportujące boksyty w 1973 r. utworzyły organizację „Międzynarodowe Stowarzyszenie Krajów Górniczych Boksytu” (IABS). Obejmowały 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 te stany odpowiadały za około 85% wydobycia boksytów w państwach niesocjalistycznych.

Przemysł aluminiowy charakteryzuje się przepaścią terytorialną zarówno między wydobyciem boksytu a produkcją tlenku glinu, jak i między produkcją a wytopem aluminium pierwotnego. Największa produkcja tlenku glinu (do 1-1,3 mln ton rocznie) zlokalizowana jest zarówno w hutach aluminium (np. w kanadyjskim zakładzie w Arvida w Quebecu, który pod względem mocy produkcyjnych zajmuje 0,4 mln ton aluminium rocznie), jak i 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 gatunków polega na tym, że zawierają różne ilości głównego ekstrahowalnego składnika, tlenku glinu, i mają różne wartości modułu krzemu, tj. różna zawartość tlenku glinu od 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 dowolnego gatunku ustala się w zależności od ich złoża: najniższą zawartość wilgoci (nie więcej niż 7%) ustala się dla boksytów ze złóż Uralu Południowego oraz odpowiednio dla złóż Uralu Północnego, Kamieńsk-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. Transportowany jest luzem na platformach lub w gondolach.