Descrieți elementul chimic aluminiu. Proprietățile chimice și fizice ale aluminiului

Tipul de lecție. Combinate.

Sarcini:

Educational:

1. Actualizați cunoștințele elevilor despre structura atomului, semnificația fizică a numărului de serie, numărul grupului, numărul perioadei folosind exemplul aluminiului.

2. Să formeze elevilor cunoașterea că aluminiul în stare liberă are proprietăți fizico-chimice deosebite, caracteristice.

Educational:

1. Să stimuleze interesul pentru studiul științei prin furnizarea de scurte rapoarte istorice și științifice despre trecutul, prezentul și viitorul aluminiului.

2. Continuați să dezvoltați abilitățile de cercetare ale studenților atunci când lucrează cu literatura și efectuează lucrări de laborator.

3. Extindeți conceptul de amfoteritate prin dezvăluirea structurii electronice a aluminiului și a proprietăților chimice ale compușilor săi.

Educational:

1. Încurajează respectul pentru mediu oferind informații despre posibilele utilizări ale aluminiului ieri, azi, mâine.

2. Dezvoltați capacitatea de a lucra în echipă la fiecare elev, ține cont de opiniile întregului grup și le apără corect pe ale lor atunci când efectuează lucrări de laborator.

3. Introduceți elevii în etica științifică, onestitatea și integritatea oamenilor de știință a naturii din trecut, oferind informații despre lupta pentru dreptul de a fi descoperitorul aluminiului.

REPETAREA MATERIALULUI ACOPERIT pe subiectele alcaline și alcalino-pământoase M (REPETARE):

Care este numărul de electroni din nivelul energetic exterior al alcalino-pământoase M?

Ce produse se formează când sodiul sau potasiul reacţionează cu oxigenul? (peroxid), este litiul capabil să producă peroxid în reacție cu oxigenul? (nu, reacția produce oxid de litiu.)

Cum se obțin oxizii de sodiu și potasiu? (prin calcinarea peroxizilor cu Me-ul corespunzător, Pr: 2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O).

Metalele alcaline și alcalino-pământoase prezintă stări de oxidare negative? (nu, nu, deoarece sunt agenți reducători puternici.).

Cum se modifică raza unui atom în principalele subgrupe (de sus în jos) ale sistemului periodic? (crește), cu ce se leagă asta? (cu creșterea numărului de niveluri de energie).

Care dintre grupele de metale pe care le-am studiat sunt mai ușoare decât apa? (pentru cele alcaline).

În ce condiții are loc formarea hidrurilor în metalele alcalino-pământoase? (la temperaturi ridicate).

Care substanță, calciul sau magneziul, reacționează mai activ cu apa? (calciul reactioneaza mai activ. Magneziul reactioneaza activ cu apa numai cand este incalzit la 100 0 C).

Cum se schimbă solubilitatea hidroxizilor metalelor alcalino-pământoase în apă în serie de la calciu la bariu? (solubilitatea în apă crește).

Spuneți-ne despre caracteristicile stocării metalelor alcaline și alcalino-pământoase, de ce sunt depozitate în acest fel? (deoarece aceste metale sunt foarte reactive, ele sunt depozitate în recipiente sub un strat de kerosen).

VERIFICAȚI LUCRĂRI pe subiectele alcaline și alcalino-pământoase M:

REZUMATUL LECȚIEI (MATERIALE NOU ÎNVĂȚAT):

Profesor: Bună ziua băieți, astăzi trecem la studiul subgrupului IIIA. Enumerați elementele aflate în subgrupa IIIA?

Stagiarii: Include elemente precum bor, aluminiu, galiu, indiu și taliu.

Profesor: Ce număr de electroni conțin ei la nivelul energetic exterior, starea de oxidare?

Stagiarii: Trei electroni, starea de oxidare +3, deși taliul are o stare de oxidare mai stabilă +1.

Profesor: Proprietățile metalice ale elementelor subgrupului bor sunt mult mai puțin pronunțate decât cele ale elementelor subgrupului beriliu. Borul este non-M. Ulterior, în cadrul subgrupului, cu sarcina crescândă a nucleului M, proprietățile se intensifică. Al– deja M, dar nu tipic. Hidroxidul său are proprietăți amfotere.

Dintre M-ul subgrupului principal al grupului III, aluminiul are cea mai mare importanță, ale cărui proprietăți le vom studia în detaliu. Este interesant pentru noi pentru că este un element de tranziție.

DEFINIȚIE

Aluminiu situat în a treia perioadă, grupa III a subgrupei principale (A) a Tabelului periodic. Acesta este primul element p al celei de-a treia perioade.

Metal. Denumirea - Al. Număr de serie - 13. Masa atomică relativă - 26.981 umă.

Structura electronică a atomului de aluminiu

Atomul de aluminiu este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv (+13), în interiorul căruia se află 13 protoni și 14 neutroni. Nucleul este înconjurat de trei învelișuri, prin care se mișcă 13 electroni.

Orez. 1. Reprezentarea schematică a structurii atomului de aluminiu.

Distribuția electronilor între orbiti este următoarea:

13Al) 2) 8) 3;

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

Nivelul de energie exterior al aluminiului conține trei electroni, toți electronii de subnivelul 3. Diagrama energetică ia următoarea formă:

O stare excitată este teoretic posibilă pentru atomul de aluminiu datorită prezenței unui 3 vacant d-orbitali. Cu toate acestea, perechea de electroni 3 s-subnivelul nu apare de fapt.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Element chimic din grupa III a sistemului periodic al lui Mendeleev.

nume latin- Aluminiu.

Desemnare- Al.

Numar atomic — 13.

Masă atomică — 26,98154.

Densitate- 2,6989 g/cm3.

Temperatură de topire— 660 °С.

Un metal simplu, ușor, paramagnetic, de culoare gri deschis sau alb argintiu. Are conductivitate termică și conductivitate electrică ridicată și este rezistent la coroziune. Distribuția în scoarța terestră - 8,8% din masă - este cel mai comun metal și al treilea element chimic ca răspândit.

Este utilizat ca material structural în construcția clădirilor, aeronavelor și construcțiilor navale, pentru fabricarea de produse conductoare în electrotehnică, echipamente chimice, bunuri de larg consum, producerea altor metale folosind aluminotermie, ca componentă a combustibilului solid pentru rachete, pirotehnică. compoziții și altele asemenea.

Aluminiul metalic a fost produs pentru prima dată de fizicianul danez Hans Christian Oersted.

În natură, se găsește exclusiv sub formă de compuși, deoarece are activitate chimică ridicată. Formează o legătură chimică puternică cu oxigenul. Datorită reactivității sale, este foarte dificil să se obțină metal din minereu. În prezent, se folosește metoda Hall-Heroult, care necesită cantități mari de energie electrică.

Aluminiul formează aliaje cu aproape toate metalele. Cele mai cunoscute sunt duraluminiu (un aliaj cu cupru și magneziu) și silumin (un aliaj cu siliciu). În condiții normale, aluminiul este acoperit cu o peliculă durabilă de oxid, astfel încât nu reacționează cu agenții oxidanți clasici apă (H 2 O ), oxigen (O 2) și acid azotic (HNO 3). Datorită acestui fapt, practic nu este supus coroziunii, ceea ce i-a asigurat cererea în industrie.

Numele provine din latinescul „alumen”, care înseamnă „alum”.

Aplicarea aluminiului în medicină

Medicină tradițională

Rolul aluminiului în corp nu este pe deplin înțeles. Se știe că prezența sa stimulează creșterea țesutului osos, dezvoltarea epiteliului și a țesuturilor conjunctive. Sub influența sa, activitatea enzimelor digestive crește. Aluminiul este legat de procesele de restaurare și regenerare ale organismului.

Aluminiul este considerat un element toxic pentru imunitatea umană, dar, cu toate acestea, face parte din celule. În acest caz, are forma unor ioni încărcați pozitiv (Al3+), care afectează glandele paratiroide. Diferite tipuri de celule conțin cantități diferite de aluminiu, dar se știe că celulele ficatului, creierului și osoase îl acumulează mai repede decât altele.

Medicamentele care conțin aluminiu au efecte analgezice și învăluitoare, efecte antiacide și adsorbante. Acesta din urmă înseamnă că atunci când interacționează cu acidul clorhidric, medicamentele pot reduce aciditatea sucului gastric. Aluminiul este prescris și pentru uz extern: în tratamentul rănilor, ulcerelor trofice, conjunctivitei acute.

Toxicitatea aluminiului se manifestă prin înlocuirea sa a magneziului în centrii activi ai unui număr de enzime. Relația sa competitivă cu fosforul, calciul și fierul joacă, de asemenea, un rol.

Cu o lipsă de aluminiu, se observă slăbiciune la nivelul membrelor. Dar un astfel de fenomen este aproape imposibil în lumea modernă, deoarece metalul vine cu apă, alimente și prin aer poluat.

Cu conținut excesiv de aluminiu în organism, încep modificări la nivelul plămânilor, convulsii, anemie, dezorientare spațială, apatie și pierderea memoriei.

Ayurveda

Aluminiul este considerat otrăvitor și nu trebuie utilizat pentru tratament. De asemenea, nu trebuie să folosiți recipiente de aluminiu pentru prepararea decocturii sau păstrarea ierburilor.

Utilizarea aluminiului în magie

Datorită dificultății de a obține un element pur, metalul a fost folosit în magie împreună cu, iar din el s-au făcut bijuterii. Când procesul de producție a devenit mai simplu, moda meșteșugurilor din aluminiu a trecut imediat.

Magie protectoare

Se folosește numai folie de aluminiu, care are proprietățile de a proteja fluxurile de energie, împiedicând răspândirea acestora. Prin urmare, de regulă, obiectele care pot răspândi energie negativă în jurul lor sunt înfășurate în ea. De foarte multe ori cadourile magice dubioase sunt împachetate în folie - baghete, măști, pumnale, în special cele aduse din Africa sau Egipt.

Ei fac același lucru cu obiectele necunoscute plantate găsite în curte sau sub ușă. În loc să-l ridicați cu mâinile sau printr-o cârpă, este mai bine să-l acoperiți cu folie fără a atinge obiectul în sine.

Uneori, folie este folosită ca ecran de protecție pentru amulete și talismane care nu sunt necesare în prezent, dar pot fi necesare în viitor.

Aluminiu în astrologie

semn zodiacal: Capricorn.

Aluminiu a fost izolat pentru prima dată în forma sa pură de Friedrich Wöhler. Un chimist german a încălzit clorură anhidră a elementului cu potasiu metal. Acest lucru s-a întâmplat în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Până în secolul al XX-lea kg aluminiu costa mai mult.

Doar cei bogați și deținuti de stat își puteau permite noul metal. Motivul pentru costul ridicat este dificultatea de a separa aluminiul de alte substanțe. O metodă de extragere a elementului la scară industrială a fost propusă de Charles Hall.

În 1886, el a dizolvat oxidul în criolit topit. Germanul a închis amestecul într-un vas de granit și a conectat la acesta un curent electric. Plăci de metal pur s-au așezat pe fundul recipientului.

Proprietățile chimice și fizice ale aluminiului

Ce aluminiu? Alb argintiu, strălucitor. Prin urmare, Friedrich Wöhler a comparat granulele metalice cu care a obținut. Dar a existat o avertizare: aluminiul este mult mai ușor.

Plasticitatea este aproape de prețios și. Aluminiul este o substanță, ușor de tras în sârmă subțire și foi. Nu uitați decât folia. Este realizat pe baza celui de-al 13-lea element.

Aluminiul este ușor datorită densității sale scăzute. Este de trei ori mai mică decât cea a fierului. În același timp, al 13-lea element este aproape la fel de puternic precum este.

Această combinație a făcut ca metalul argintiu să fie indispensabil în industrie, de exemplu, în producția de piese auto. Vorbim și despre producția artizanală, pentru că sudarea aluminiului posibil chiar și acasă.

Formula de aluminiu vă permite să reflectați activ lumina, dar și razele de căldură. Conductivitatea electrică a elementului este, de asemenea, ridicată. Principalul lucru este să nu-l încălziți prea mult. Se va topi la 660 de grade. Dacă temperatura crește puțin mai sus, se va arde.

Doar metalul va dispărea oxid de aluminiu. De asemenea, se formează în condiții standard, dar numai sub formă de peliculă de suprafață. Protejează metalul. Prin urmare, rezistă bine la coroziune, deoarece accesul la oxigen este blocat.

Filmul de oxid protejează și metalul de apă. Dacă îndepărtați placa de pe suprafața aluminiului, va începe o reacție cu H 2 O. Eliberarea de hidrogen gazos va avea loc chiar și la temperatura camerei. Asa de, barca din aluminiu nu se transformă în fum doar datorită peliculei de oxid și a vopselei protectoare aplicate pe carena navei.

Cel mai activ interacțiunea aluminiului cu nemetale. Reacțiile cu bromul și clorul au loc chiar și în condiții normale. Ca urmare, se formează săruri de aluminiu. Sărurile de hidrogen se obțin prin combinarea celui de-al 13-lea element cu soluții acide. Reacția va avea loc și cu alcalii, dar numai după îndepărtarea peliculei de oxid. Se va elibera hidrogen pur.

Aplicarea aluminiului

Metalul este pulverizat pe oglinzi. Valorile ridicate ale reflectanței luminii sunt utile. Procesul are loc în condiții de vid. Ei fac nu numai oglinzi standard, ci și obiecte cu suprafețe de oglindă. Acestea includ: plăci ceramice, electrocasnice, lămpi.

Duet aluminiu-cupru– baza este duraluminiu. Pur și simplu numit duraluminiu. Adăugați ca calitate. Compoziția este de 7 ori mai puternică decât aluminiul pur, prin urmare, este potrivită pentru inginerie mecanică și construcție de aeronave.

Cuprul oferă celui de-al 13-lea element rezistență, dar nu greutate. Dural rămâne de 3 ori mai ușor decât fierul. Mic masa de aluminiu– o garanție de lejeritate a mașinilor, avioanelor, navelor. Acest lucru simplifică transportul și operarea și reduce prețul produselor.

Cumpărați aluminiu producătorii de automobile sunt, de asemenea, pasionați, deoarece aliajele sale pot fi ușor acoperite cu compuși de protecție și decorativi. Vopseaua se aplică mai rapid și mai uniform decât pe oțel și plastic.

În același timp, aliajele sunt maleabile și ușor de prelucrat. Acest lucru este valoros, având în vedere masa de curburi și tranzițiile de design pe modelele de mașini moderne.

Al 13-lea element nu este doar ușor de vopsit, dar poate acționa și ca un colorant în sine. Achizitionat in industria textila sulfat de aluminiu. Este util și în tipărire, unde sunt necesari pigmenți insolubili.

mă întreb ce soluţie sulfat aluminiu De asemenea, sunt folosite pentru purificarea apei. În prezența „agentului”, impuritățile dăunătoare precipită și sunt neutralizate.

Neutralizează al 13-lea element și acizii. Deosebit de bun la acest rol hidroxid de aluminiu. Este apreciat în farmacologie și medicină, adăugându-l la medicamentele pentru arsuri la stomac.

Hidroxidul este, de asemenea, prescris pentru ulcere și procese inflamatorii ale tractului intestinal. Deci, medicamentul este disponibil și în farmacii aluminiu. Acidîn stomac - un motiv pentru a afla mai multe despre astfel de medicamente.

În URSS a fost batut și bronzul cu un adaos de aluminiu de 11%. Denumirile semnelor sunt 1, 2 și 5 copeici. Au început să-l producă în 1926 și l-au terminat în 1957. Dar producția de conserve din aluminiu pentru conserve nu s-a oprit.

Carnea înăbușită, ciurul și alte mic dejun turistic sunt încă ambalate în recipiente bazate pe al 13-lea element. Astfel de borcane nu reacționează cu alimentele; în același timp, sunt ușoare și ieftine.

Pulberea de aluminiu face parte din multe amestecuri explozive, inclusiv din pirotehnica. Industria folosește mecanisme de sablare pe bază de trinitrotoluen și element zdrobit 13. Un exploziv puternic se obține și prin adăugarea de azotat de amoniu la aluminiu.

În industria petrolului este necesar clorura de aluminiu. Joacă rolul de catalizator în descompunerea materiei organice în fracții. Uleiul are proprietatea de a elibera hidrocarburi gazoase, ușoare, de tip benzină, interacționând cu clorura celui de-al 13-lea metal. Reactivul trebuie să fie anhidru. După adăugarea clorurii, amestecul este încălzit la 280 de grade Celsius.

În construcții amestec adesea sodiuȘi aluminiu. Se dovedește a fi un aditiv pentru beton. Aluminatul de sodiu își accelerează întărirea prin accelerarea hidratării.

Viteza de microcristalizare crește, ceea ce înseamnă că rezistența și duritatea betonului crește. În plus, aluminatul de sodiu salvează armătura așezată în soluție de coroziune.

Exploatarea aluminiului

Metalul închide primele trei cele mai comune de pe pământ. Acest lucru explică disponibilitatea și utilizarea pe scară largă. Cu toate acestea, natura nu dă elementul oamenilor în forma sa pură. Aluminiul trebuie separat de diferiți compuși. Al 13-lea element este cel mai abundent în bauxită. Acestea sunt roci asemănătoare argilei, concentrate în principal în zona tropicală.

Bauxita este zdrobită, apoi uscată, zdrobită din nou și măcinată în prezența unui volum mic de apă. Se dovedește a fi o masă groasă. Se incalzeste cu abur. În același timp, cea mai mare parte a acesteia, din care bauxita nu este săracă, se evaporă. Ceea ce rămâne este oxidul celui de-al 13-lea metal.

Se pune în băi industriale. Conțin deja criolit topit. Temperatura se menține în jur de 950 de grade Celsius. De asemenea, este necesar un curent electric de cel puțin 400 kA. Adică, electroliza este folosită, la fel ca acum 200 de ani, când elementul a fost izolat de Charles Hall.

Trecând printr-o soluție fierbinte, curentul rupe legăturile dintre metal și oxigen. Ca urmare, fundul băii rămâne curat aluminiu. Reacții terminat. Procesul este finalizat prin turnarea din sediment și trimiterea acestuia către consumator sau folosindu-l pentru a forma diferite aliaje.

Principala producție de aluminiu este situată în același loc cu zăcămintele de bauxită. În prim-plan - Guineea. Aproape 8.000.000 de tone din al 13-lea element sunt ascunse în adâncurile sale. Australia este pe locul 2 cu un indicator de 6.000.000. În Brazilia, aluminiul este deja de 2 ori mai puțin. Rezervele globale sunt estimate la 29.000.000 de tone.

Pret aluminiu

Pentru o tonă de aluminiu cer aproape 1.500 de dolari. Acestea sunt datele de la bursele de metale neferoase din 20 ianuarie 2016. Costul este stabilit în principal de către industriași. Mai exact, prețul aluminiului este influențat de cererea lor de materii prime. De asemenea, afectează cerințele furnizorilor și costul energiei electrice, deoarece producția celui de-al 13-lea element este consumatoare de energie.

Pentru aluminiu sunt stabilite prețuri diferite. Se duce la topitorie. Costul este anunțat pe kilogram, iar natura materialului livrat contează.

Deci, pentru metalul electric dau aproximativ 70 de ruble. Pentru aluminiul alimentar puteți obține cu 5-10 ruble mai puțin. Ei plătesc la fel pentru metalul motor. Dacă închiriați un soi mixt, prețul acestuia este de 50-55 de ruble pe kilogram.

Cel mai ieftin tip de deșeuri sunt așchii de aluminiu. Puteți obține doar 15-20 de ruble pentru el. Vor da puțin mai mult pentru al 13-lea element. Aceasta se referă la recipientele pentru băuturi și conserve.

De asemenea, caloriferele din aluminiu nu sunt foarte apreciate. Prețul pe kilogram de fier vechi este de aproximativ 30 de ruble. Acestea sunt medii. În diferite regiuni și în diferite puncte, aluminiul este acceptat mai scump sau mai ieftin. Adesea costul materialelor depinde de volumele livrate.

Caracteristicile aluminiului

industria de calitate a metalului aluminiu

Aluminiul este cel mai comun metal din scoarța terestră. Conținutul său este estimat la 7,45% (mai mult decât fierul, care este doar 4,2%). Aluminiul ca element a fost descoperit recent, în 1825, când au fost obținute primele bucăți mici din acest metal. Începutul dezvoltării sale industriale datează de la sfârșitul secolului trecut. Impulsul pentru aceasta a fost dezvoltarea în 1886 a unei metode de producere a acesteia prin electroliza aluminei dizolvate în criolit. Principiul metodei stă la baza extracției industriale moderne a aluminiului din alumină în toate țările lumii.

Aluminiul este un metal alb-argintiu strălucitor în aspect. În aer se oxidează rapid, devenind acoperit cu o peliculă subțire albă mată de AlO. Acest film are proprietăți de protecție ridicate, prin urmare, fiind acoperit cu o astfel de peliculă, aluminiul este rezistent la coroziune.

Aluminiul este destul de ușor distrus prin soluții de alcalii caustici, acizi clorhidric și sulfuric. Este foarte rezistent la acid azotic concentrat și acizi organici.

Cele mai caracteristice proprietăți fizice ale aluminiului sunt densitatea relativă scăzută, egală cu 2,7, precum și conductivitatea termică și electrică relativ ridicată. La 0C, conductivitatea electrică a aluminiului, adică conductivitatea electrică a unui fir de aluminiu cu secțiunea transversală de 1 mm și lungimea de 1 m este de 37 1 ohm.

Rezistența la coroziune și mai ales conductivitatea electrică a aluminiului este mai mare, cu cât este mai curat, cu atât conține mai puține impurități.

Punctul de topire al aluminiului este scăzut, este de aproximativ 660C. Cu toate acestea, căldura sa latentă de fuziune este foarte mare - aproximativ 100 cal g, prin urmare, pentru a topi aluminiul, este necesar un consum mai mare de căldură decât pentru a topi aceeași cantitate, de exemplu, cuprul refractar, care are un punct de topire de 1083 C, o căldură latentă de fuziune de 43 cal g.

Proprietățile mecanice ale aluminiului se caracterizează prin ductilitate ridicată și rezistență scăzută. Aluminiul laminat și recoapt are = 10 kg mm, iar duritatea HB25, = 80% și = 35%.

Rețeaua cristalină a aluminiului este un cub centrat pe față, care la 20 C are un parametru (dimensiunea laterală) de 4,04. Aluminiul nu suferă transformări alotropice.

În natură, aluminiul se găsește sub formă de minereuri de aluminiu: bauxită, nefelină, alunită și caolin. Cel mai important minereu pe care se bazează o mare parte din industria aluminiului din lume este bauxita.

Producția de aluminiu din minereuri constă în două etape succesive - în primul rând, se produce alumină (AlO), iar apoi se obține aluminiu din aceasta.

Metodele cunoscute în prezent pentru producerea aluminei pot fi împărțite în trei grupe: alcaline, acide și electrotermale. Metodele alcaline sunt cele mai utilizate.

În unele soiuri de metode alcaline, bauxita, deshidratată la 1000 C, este mărunțită în mori cu bile, amestecată în anumite proporții cu cretă și sodă și sinterizată pentru a obține aluminat de sodiu solid, solubil în apă, conform reacției.

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

Masa sinterizată este zdrobită și leșiată cu apă, iar aluminatul de sodiu intră în soluție.

În alte variante ale metodei alcaline, alumina conținută în bauxită este legată în aluminat de sodiu prin tratarea directă a minereului cu alcalii. Aceasta produce imediat o soluție de aluminat în apă.

În ambele cazuri, formarea unei soluții apoase de aluminat de sodiu duce la separarea acesteia de componentele insolubile ale minereului, care sunt în principal oxizi și hidroxizi de siliciu, fier și titan. Separarea soluției de sedimentul insolubil, numit noroi roșu, se realizează în rezervoare de decantare.

La soluția rezultată se adaugă var la 125 C și o presiune de 5 am, ceea ce duce la desiliconizare - CaSiO precipită, formând nămol alb. Soluția, curățată de siliciu, după ce o separă de noroiul alb, este tratată cu dioxid de carbon la 60-80 C, în urma căruia hidratul de oxid de aluminiu cristalin precipită:

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

Se spală, se usucă și se calcinează. Calcinarea duce la formarea de alumină:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

Metoda descrisă asigură o extracție destul de completă a aluminei din bauxită - aproximativ 80%.

Producția de aluminiu metalic din alumină implică descompunerea sa electrolitică în părțile sale constitutive - aluminiu și oxigen. Electrolitul din acest proces este o soluție de alumină în criolit (AlF 3NaF). Criolitul, având capacitatea de a dizolva alumina, își reduce simultan punctul de topire. Alumina se topește la o temperatură de aproximativ 2000 C, iar punctul de topire al unei soluții constând, de exemplu, din 85% criolit și 15% alumină este de 935 C.

Schema de electroliză a aluminei este destul de simplă, dar tehnologic acest proces este complex și necesită cantități mari de energie electrică.

Fundul băii cu izolație termică bună 1 și garnitură de carbon 2 conține magistralele catodice 3, conectate la polul negativ al sursei de curent electric. Electrozii 5 sunt atașați la magistrala anodică 4. Înainte de începerea electrolizei, un strat subțire de cocs este turnat pe fundul băii, electrozii sunt coborâți până când intră în contact cu acesta și curentul este pornit. Când ambalajul de carbon este încălzit, criolitul este introdus treptat. Când grosimea stratului de criolit topit este de 200-300 mm, alumina este încărcată cu o rată de 15% din cantitatea de criolit. Procesul are loc la 950-1000 C.

Sub influența curentului electric, alumina descompune aluminiul și oxigenul. Aluminiul lichid 6 se acumulează pe fundul de carbon (fundul băii de cărbune), care este catodul, iar oxigenul se combină cu carbonul anozilor, ardându-i treptat. Criolitul se consumă nesemnificativ. Se adaugă periodic alumină, electrozii sunt coborâți treptat pentru a compensa partea arsă, iar aluminiul lichid acumulat este eliberat în oala 8 la anumite intervale.

În timpul electrolizei, 1 tonă de aluminiu consumă aproximativ 2 tone de alumină, 0,6 tone de electrozi de carbon servind drept anozi, 0,1 tone de criolit și de la 17.000 la 18.000 kWh de energie electrică.

Aluminiul brut obținut prin electroliza aluminei conține impurități metalice (fier, siliciu, titan și sodiu), gaze dizolvate, principalul hidrogen, și incluziuni nemetalice, care sunt particule de alumină, cărbune și criolit. În această stare, este impropriu pentru utilizare, deoarece are proprietăți scăzute, așa că trebuie rafinat. Impuritățile nemetalice și gazoase sunt îndepărtate prin topirea și suflarea metalului cu clor. Impuritățile metalice pot fi îndepărtate numai prin metode electrolitice complexe.

După rafinare, se obțin calități comerciale de aluminiu.

Puritatea aluminiului este un indicator decisiv care îi afectează toate proprietățile, prin urmare compoziția chimică este baza clasificării aluminiului.

Impuritățile inevitabile rezultate din producerea aluminiului sunt fierul și siliciul. Ambele din aluminiu sunt dăunătoare. Fierul nu se dizolvă în aluminiu, dar formează odată cu el compuși chimici fragili FeAl și Fe2Al. Aluminiul formează un amestec mecanic eutectic cu siliciu la 11,7% Si. Deoarece solubilitatea siliciului la temperatura camerei este foarte scăzută (0,05%), chiar și cu o cantitate mică formează eutectic Fe + Si și incluziuni de cristale de siliciu fragile foarte dure (HB 800), care reduc ductilitatea aluminiului. Când siliciul și fierul sunt prezente împreună, se formează un compus chimic ternar și un eutectic ternar, care reduc și plasticitatea.

Impuritățile controlate din aluminiu sunt fierul, siliciul, cuprul și titanul.

Aluminiul de toate gradele conține mai mult de 99% Al. Excesul cantitativ al acestei valori în sutimi sau zecimi de procent este indicat în denumirea mărcii după litera inițială A. Astfel, nota A85 conține 99,85% Al. O excepție de la acest principiu de marcare este gradele A AE, în care conținutul de aluminiu este același ca în clasele A0 și A5, dar raportul dintre impuritățile de fier și siliciu incluse în compoziție este diferit.

Litera E în gradul AE înseamnă că aluminiul de acest grad este destinat producției de fire electrice. O cerință suplimentară pentru proprietățile aluminiului este rezistența electrică scăzută, care pentru firul fabricat din acesta nu trebuie să fie mai mare de 0,0280 ohm mm m la 20 C.

Aluminiul este utilizat pentru producerea de produse și aliaje pe baza acestuia, ale căror proprietăți necesită un grad ridicat de puritate.

În funcție de scop, aluminiul poate fi produs sub diferite forme. Aluminiul de toate gradele (puritate ridicată și tehnică), destinat topirii, este turnat sub formă de porci cu greutatea de 5; 15 și 1000 kg. Valorile limită ale acestora sunt următoarele: înălțime de la 60 la 600 mm, lățime de la 93 la 800 mm și lungime de la 415 la 1000 mm.

Dacă aluminiul este destinat rulării foilor și benzilor, atunci lingourile plate de șaptesprezece dimensiuni sunt turnate folosind o metodă continuă sau semi-continuă. Grosimea lor variază de la 140 la 400 mm, lățimea de la 560 la 2025 mm, iar greutatea a 1 m de lungime a lingoului este de la 210 la 2190 kg. Lungimea lingoului este stabilită de comun acord cu clientul.

Principalul tip de control al aluminiului, atât la porci, cât și la lingourile plate, este verificarea compoziției chimice și a conformității acestuia cu numele mărcii. Lingourile și lingourile destinate tratamentului sub presiune sunt supuse unor cerințe suplimentare, cum ar fi absența cavităților, bulelor de gaz, fisurilor, zgurii și a altor incluziuni străine.

Pentru a dezoxida oțelul în timpul topirii sale, precum și pentru producția de feroaliaje și aluminotermie, puteți utiliza aluminiu mai ieftin de puritate mai mică decât cea indicată în tabelul „Puritatea aluminiului de diferite grade”. În acest scop, industria produce șase grade de aluminiu în lingouri cu o greutate de la 3 la 16,5 kg, cu un conținut de la 98,0 la 87,0% Al. Conținutul lor de fier ajunge la 2,5%, iar siliciu și cupru până la 5% fiecare.

Utilizarea aluminiului se datorează particularității proprietăților sale. Combinația dintre ușurință și conductivitate electrică suficient de mare permite utilizarea aluminiului ca conductor de curent electric, înlocuind cuprul mai scump. Diferența de conductivitate electrică a cuprului (631 ohmi) și a aluminiului (371 ohmi) este compensată prin creșterea secțiunii transversale a firului de aluminiu. Masa redusă a firelor de aluminiu face posibilă agățarea acestora la o distanță mult mai mare între suporturi decât în ​​cazul firelor de cupru, fără teama de rupere a firului sub influența propriei greutăți. Cablurile, barele colectoare, condensatorii și redresoarele sunt, de asemenea, fabricate din acesta. Rezistența ridicată la coroziune a aluminiului îl face în unele cazuri un material indispensabil în inginerie chimică, de exemplu, pentru fabricarea echipamentelor utilizate la producerea, depozitarea și transportul acidului azotic și a derivaților acestuia.

Este, de asemenea, utilizat pe scară largă în industria alimentară - din el sunt făcute o varietate de ustensile pentru gătit. În acest caz, se folosește nu numai rezistența sa la acizi organici, ci și conductivitatea termică ridicată.

Ductilitatea ridicată permite aluminiului să fie laminat în folie, care acum a înlocuit complet folia de staniu, mai scumpă folosită anterior. Folia servește ca ambalaj pentru o mare varietate de produse alimentare: ceai, ciocolată, tutun, brânză etc.

Aluminiul este utilizat în același mod ca acoperirea anticorozivă a altor metale și aliaje. Poate fi aplicat prin placare, metalizare prin difuzie și alte metode, inclusiv vopsirea cu vopsele și lacuri care conțin aluminiu. Plasarea cu aluminiu a produselor laminate plate realizate din aliaje de aluminiu mai puțin rezistente la coroziune este deosebit de comună.

Activitatea chimică a aluminiului în raport cu oxigenul este utilizată pentru dezoxidare în producerea de oțel semi-liniștit și calm și pentru producerea de metale greu de redus prin deplasarea aluminiului din compușii lor oxigenați.

Aluminiul este folosit ca element de aliere într-o mare varietate de oțeluri și aliaje. Le conferă proprietăți specifice. De exemplu, crește rezistența la căldură a aliajelor pe bază de fier, cupru, titan și alte metale.

Putem numi și alte domenii de aplicare ale aluminiului cu diferite grade de puritate, dar cea mai mare cantitate din acesta este cheltuită pentru producerea diferitelor aliaje ușoare pe baza acestuia. Informații despre cele principale sunt date mai jos.

În general, utilizarea aluminiului în diverse sectoare ale economiei folosind exemplul țărilor capitaliste dezvoltate este estimată prin următoarele cifre: ingineria transporturilor 20-23% (inclusiv industria auto 15%), construcții 17-18%, inginerie electrică 10 -12%, producția de materiale de ambalare 9-10%, producția de bunuri de folosință îndelungată 9-10%, inginerie generală 8-10%.

Aluminiul cucerește din ce în ce mai multe noi domenii de aplicare, în ciuda concurenței din partea altor materiale și în special a materialelor plastice.

Principalele minereuri industriale care conțin aluminiu sunt bauxita, nefelina, alunita și caolinul.

Calitatea acestor minereuri este evaluată prin conținutul lor de alumină Al O, care conține 53% Al. Dintre ceilalți indicatori de calitate ai minereurilor de aluminiu, cel mai important este compoziția impurităților, a căror nocivitate și utilitate sunt determinate de utilizarea minereului.

Bauxita este cea mai bună și principală materie primă pentru producția de aluminiu în întreaga lume. De asemenea, este utilizat pentru producerea de corindon artificial, produse foarte refractare și în alte scopuri. Din punct de vedere al compoziției chimice, această rocă sedimentară este un amestec de hidrați de alumină AlO nH2O cu oxizi de fier, siliciu, titan și alte elemente. Cei mai des întâlniți hidrați de alumină găsiți în bauxită sunt mineralele diaspora, boehmita și hidrargelita. Conținutul de alumină în bauxită, chiar și într-un singur depozit, variază în limite foarte largi - de la 35 la 70%.

Mineralele care alcătuiesc bauxita formează un amestec foarte fin, ceea ce face dificilă îmbogățirea. În industrie, minereul brut este utilizat în principal. Procesul de extragere a aluminiului din minereu este complex, foarte consumator de energie și constă în două etape: mai întâi, se extrage alumina, iar apoi se obține aluminiu din aceasta.

Subiectul comerțului mondial este atât bauxita în sine, cât și alumina extrasă din aceasta sau din alte minereuri.

În CSI, zăcămintele de bauxită sunt distribuite inegal, iar bauxita din diferite zăcăminte este de calitate inegală. Depozitele de bauxită de cea mai bună calitate sunt situate în Urali. Rezerve mari de bauxită sunt, de asemenea, disponibile în partea europeană a CSI și Kazahstanul de Vest.

Dintre țările dezvoltate industrial, doar Franța este acum practic în siguranță, acolo unde a început dezvoltarea sa. Rezervele sale de încredere și probabile în acest grup de țări au fost estimate în 1975 la 4,8 miliarde de tone (inclusiv 4,6 miliarde de tone în Australia), în timp ce în țările în curs de dezvoltare erau de 12,5 miliarde de tone, în principal în Africa și America Latină (cele mai bogate sunt Guineea, Camerunul). , Brazilia, Jamaica).

În perioada postbelică, cercul țărilor în care se extrage bauxita și se produce aluminiu primar s-a extins brusc. În 1950, bauxita a fost extrasă în doar 11 țări, fără a număra URSS, inclusiv trei în cantități de peste 1 milion de tone (Surinam, Guyana, SUA) și patru mai mult de 0,1 milioane de tone fiecare (Franța, Indonezia, Italia, Ghana). Până în 1977, volumul producției a crescut de 12 ori și geografia sa s-a schimbat dramatic (mai mult de jumătate din producția lumii capitaliste era în țările în curs de dezvoltare).

Spre deosebire de țările în curs de dezvoltare, Australia bogată în combustibil procesează cea mai mare parte a producției de bauxită (în mare parte din Peninsula York, cel mai mare zăcământ de bauxită din lume) în alumină, jucând un rol crucial în exporturile sale globale. Nu este un exemplu, țările din Caraibe și Africa de Vest exportă în principal bauxită. Acest lucru se datorează atât motivelor politice (monopolurile mondiale ale aluminiului preferă producția de alumină în afara țărilor miniere de bauxită care depind de acestea), cât și din motive pur economice: bauxita, spre deosebire de minereurile de metale grele neferoase, este transportabilă (conține 35- 65% dioxid de aluminiu), iar producția de alumină necesită costuri specifice semnificative, pe care marea majoritate a țărilor miniere de bauxită nu le au.

În efortul de a rezista dictelor monopolurilor mondiale ale aluminiului, țările exportatoare de bauxită au creat Asociația Internațională a Țărilor Miniere de Bauxită (IABC) în 1973. Includeau Australia, Guineea, Guyana, Jamaica și Iugoslavia; mai târziu s-au alăturat Republica Dominicană, Haiti, Ghana, Sierra Leone, Surinam, iar Grecia și India au devenit țări observatoare. În anul înființării, aceste state reprezentau aproximativ 85% din producția de bauxită în statele nesocialiste.

Industria aluminiului se caracterizează printr-un decalaj teritorial atât între exploatarea bauxitei și producția de alumină, cât și între aceasta din urmă și topirea aluminiului primar. Cea mai mare producție de alumină (până la 1-1,3 milioane de tone pe an) este localizată atât la topitorii de aluminiu (de exemplu, la fabrica canadiană din Arvida din Quebec, care are o capacitate de producție de 0,4 milioane de tone de aluminiu pe an), cât și în porturile exportatoare de bauxită (de exemplu, Paranam în Surinam), precum și pe rutele de bauxită de la al doilea la primul - de exemplu, în SUA pe coasta Golfului (Corpus Christi, Point Comfort).

La noi, toată bauxita extrasă este împărțită în zece grade. Principala diferență dintre diferitele grade de bauxită este că acestea conțin cantități diferite din componenta principală extractabilă, alumină, și au valori diferite ale modulului de siliciu, de exemplu. conținut diferit de alumină față de conținutul de impurități nocive de silice din bauxită (AlO SiO). Modulul de siliciu este un indicator foarte important al calității bauxitei; aplicarea și tehnologia sa de procesare depind în mare măsură de el.

Conținutul de umiditate în bauxită de orice grad este stabilit în funcție de depozitul lor: cel mai scăzut conținut de umiditate (nu mai mult de 7%) este stabilit pentru bauxită din zăcămintele Uralului de Sud, iar pentru zăcămintele Ural de Nord, Kamensk-Ural și Tikhvin - nu mai mult de 12, 16 și, respectiv, 22%. Indicatorul de umiditate nu este un criteriu de respingere si este folosit doar pentru decontari cu consumatorul.

Bauxita este furnizată în bucăți nu mai mari de 500 mm. Se transportă în vrac pe platforme sau în gondole.