Descrieți elementul chimic aluminiu. Proprietățile chimice și fizice ale aluminiului

Tipul de lecție. Combinate.

Sarcini:

Educational:

1. Actualizați cunoștințele elevilor despre structura atomului, semnificațiile fizice ale numărului de serie, numărului grupei, numărului perioadei folosind ca exemplu aluminiul.

2. Formarea cunoștințelor elevilor că aluminiul în stare liberă are proprietăți fizico-chimice deosebite, caracteristice.

În curs de dezvoltare:

1. Generați interes pentru studiul științei oferind scurte rapoarte istorice și științifice despre trecutul, prezentul și viitorul aluminiului.

2. Să continue formarea abilităților de cercetare ale studenților atunci când lucrează cu literatura, efectuând lucrări de laborator.

3. Extindeți conceptul de amfoter dezvăluind structura electronică a aluminiului, proprietățile chimice ale compușilor săi.

Educational:

1. Creșteți respectul față de mediu oferind informații despre posibila utilizare a aluminiului ieri, azi, mâine.

2. Să-și formeze capacitatea de a lucra în echipă pentru fiecare elev, de a ține cont de opinia întregului grup și de a-și apăra corect pe propria ei realizând lucrări de laborator.

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

RECENZIE pe subiectele alcaline și alcalino-pământoase M (REPETARE):

Care este numărul de electroni din nivelul energetic exterior al alcaline și 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? (calcinarea peroxizilor cu Me-ul corespunzător, Pr: 2Na+Na2O2 =2Na2O).

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) care este motivul pentru asta? (cu o creștere a numărului de niveluri de energie).

Care dintre grupele de metale studiate de noi este mai ușoară decât apa? (în alcalin).

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

Ce 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 depozitării metalelor alcaline și alcalino-pământoase, de ce sunt depozitate în acest fel? (deoarece aceste metale sunt foarte reactive, ele sunt depozitate într-un recipient sub un strat de kerosen).

LUCRĂRI DE CONTROL pe temele alcaline și alcalino-pământoase M:

REZUMATUL LECȚIEI (STUDIAREA MATERIALELOR NOI):

Profesor: Bună, băieți, astăzi trecem la studiul subgrupului IIIA. Enumerați elementele situate în subgrupul IIIA?

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

Profesor: Câți electroni conțin în nivelul lor exterior de energie, starea de oxidare?

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

Profesor: Proprietățile metalice ale elementelor subgrupului bor sunt mult mai puțin pronunțate decât cele ale elementelor subgrupului beriliu. Bor este un non-M. În viitor, în cadrul subgrupului, cu creșterea sarcinii nucleare M, proprietățile sunt îmbunătățite. DARl- deja M, dar nu tipic. Hidroxidul său are proprietăți amfotere.

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

DEFINIȚIE

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

Metal. Denumirea - Al. Număr ordinal - 13. Masa atomică relativă - 26.981 a.m.u.

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, de-a lungul cărora se mișcă 13 electroni.

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

Distribuția electronilor în orbitali este următoarea:

13Al) 2) 8) 3;

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

Există trei electroni la nivelul de energie exterior al aluminiului, toți electronii de subnivelul 3. Diagrama energetică ia următoarea formă:

Teoretic, o stare excitată este posibilă pentru un atom de aluminiu datorită prezenței unui 3 vacant d-orbitali. Cu toate acestea, degenerarea electronilor 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/cm 3.

Temperatură de topire- 660 °С.

Metal simplu, ușor, paramagnetic de culoare gri deschis sau alb argintiu. Are conductivitate termică și electrică ridicată, rezistență la coroziune. Distribuția în scoarța terestră - 8,8% din greutate - 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 obținut pentru prima dată de fizicianul danez Hans Christian Oersted.

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

Aluminiul formează aliaje cu aproape toate metalele. Cele mai cunoscute sunt duralimium (un aliaj cu cupru și magneziu) și silumin (un aliaj cu siliciu). În condiții normale, aluminiul este acoperit cu o peliculă puternică de oxid, prin urmare nu reacționează cu agenții oxidanți clasici apă (H2O), oxigen (O2) și acid azotic (HNO3). Din acest motiv, practic nu este supus coroziunii, ceea ce i-a asigurat cererea în industrie.

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

Utilizarea 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 recuperare și regenerare ale organismului.

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

Medicamentele cu 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 în lumea modernă este aproape imposibil, deoarece metalul vine cu apă, alimente și prin aer poluat.

Cu un exces de aluminiu în organism, încep modificări la nivelul plămânilor, convulsii, anemie, dezorientare în spațiu, apatie și pierderi de memorie.

Ayurveda

Aluminiul este considerat a fi otrăvitor și, prin urmare, nu trebuie utilizat pentru tratament. Așa cum nu trebuie să folosiți ustensile de aluminiu pentru prepararea decocturii sau păstrarea ierburilor.

Utilizarea aluminiului în magie

Din cauza dificultății de a obține un element pur, metalul a fost folosit în magie împreună cu acesta, din el s-au făcut bijuterii. Când procesul de obținere a fost simplificat, moda meșteșugurilor din aluminiu a trecut imediat.

Magie protectoare

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

Ei procedează la fel cu obiectele necunoscute aruncate în sus, găsite în curte sau sub uşă. 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.

Aluminiuîn forma sa pură a fost izolat mai întâi de Friedrich Wöhler. Un chimist german a încălzit clorură de element anhidru cu potasiu metal. S-a întâmplat în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Înainte de secolul al XX-lea kg de aluminiu costa mai mult.

Numai bogații și statul își puteau permite noul metal. Motivul costului ridicat este dificultatea de a separa aluminiul de alte substanțe. Metoda de extragere a elementului la scară industrială a fost propusă de Charles Hall.

În 1886, a dizolvat oxidul într-o topitură de criolit. 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 pe care le-a primit. Dar, a existat o avertizare - aluminiul este mult mai ușor.

Plasticitatea este aproape de prețios și. aluminiul este o substanță, fără probleme de întindere în sârmă subțire și foi. Este suficient să reamintiți 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, cel de-al 13-lea element aproape că nu este inferior ca forță.

Această combinație a făcut ca metalul argintiu să fie indispensabil în industrie, de exemplu, producția de piese pentru automobile. Vorbim de producție 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 supraîncălziți. Se va topi la 660 de grade. Ridicați puțin temperatura - 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 oxigenului este blocat.

Filmul de oxid protejează și metalul de apă. Dacă placa este îndepărtată de pe suprafața aluminiului, va începe o reacție cu H 2 O. Hidrogenul gazos va fi eliberat chiar și la temperatura camerei. Astfel încât, 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 brom și clor au loc chiar și în condiții normale. Drept 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. Reflectanță bună a luminii. Procesul are loc în condiții de vid. Ei fac nu numai oglinzi standard, ci și obiecte cu suprafețe de oglindă. Acestea sunt: ​​gresie, faianta, electrocasnice, veioze.

Duet aluminiu-cupru- baza din duraluminiu. Pur și simplu se numește Dural. După cum a fost adăugat. Compoziția este de 7 ori mai puternică decât aluminiul pur, prin urmare, este potrivită pentru domeniul ingineriei mecanice și al proiectării aeronavelor.

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- un gaj de lejeritate a mașinilor, avioanelor, navelor. Acest lucru simplifică transportul, exploatarea, reduce prețul produselor.

Cumpărați aluminiu Producătorii de mașini se străduiesc și pentru că compușii de protecție și decorativi sunt ușor de aplicat pe aliajele sale. Vopseaua se întinde mai repede și mai uniform decât pe oțel, plastic.

În același timp, aliajele sunt maleabile, ușor de prelucrat. Acest lucru este valoros, având în vedere masa de curbe și tranziții constructive 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. De asemenea, este util în imprimare, unde sunt necesari pigmenți insolubili.

Este interesant că soluţie sulfat aluminiu folosit și pentru purificarea apei. În prezența unui „agent”, impuritățile dăunătoare precipită și sunt neutralizate.

Neutralizează al 13-lea element și acizii. El este deosebit de bun la acest rol. hidroxid de aluminiu. Este apreciat în farmacologie, medicină, adăugând medicamente pentru arsuri la stomac.

Hidroxidul este prescris și pentru ulcere, procese inflamatorii ale tractului intestinal. Deci există și un medicament de farmacie aluminiu. Acidîn stomac - un motiv pentru a afla mai multe despre astfel de medicamente.

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

Carnea înăbușită, ciurul și alte mic dejunuri ale turiștilor sunt încă ambalate în recipiente bazate pe al 13-lea element. Astfel de conserve nu reacționează cu alimentele, în timp ce sunt ușoare și ieftine.

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

Industria petrolieră are nevoie clorura de aluminiu. Joacă rolul de catalizator în descompunerea materiei organice în fracții. Uleiul are capacitatea 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 un aditiv pentru beton. Aluminatul de sodiu își accelerează întărirea prin accelerarea hidratării.

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

Exploatarea aluminiului

Metalul închide primele trei cele mai comune de pe pământ. Aceasta explică disponibilitatea și aplicarea sa largă. Oricum, natura nu dă elementul omului în forma sa pură. Aluminiul trebuie izolat din diverși compuși. Majoritatea celui de-al 13-lea element este în bauxite. 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 o masă groasă. Se incalzeste cu abur. În același timp, cea mai mare parte a cărei bauxită nu este săracă se evaporă. Rămâne 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. Avem nevoie și de un curent electric cu o putere de minim 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, la fundul băilor rămâne curat aluminiu. Reacții terminat. Procesul este finalizat prin turnarea din sedimente și trimiterea acestora către consumator sau, alternativ, folosindu-le pentru a forma diferite aliaje.

Principala producție de aluminiu este situată în același loc cu zăcămintele de bauxită. În frunte se află Guineea. Aproape 8.000.000 de tone din al 13-lea element sunt ascunse în intestinele 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 SUA. Acestea sunt datele schimburilor de metale neferoase din 20 ianuarie 2016. Costul este stabilit în principal de către industriași. Mai exact, prețul aluminiului este afectat de cererea lor de materii prime. Afectează cererile furnizorilor și costul energiei electrice, deoarece producția celui de-al 13-lea element este consumatoare de energie.

Alte prețuri sunt stabilite pentru aluminiu. Se duce la colaps. 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. Același lucru se plătește pentru metalul motorului. Dacă un soi mixt este închiriat, prețul acestuia este de 50-55 de ruble pe kilogram.

Cel mai ieftin tip de deșeuri sunt așchii de aluminiu. Pentru că reușește să câștige doar 15-20 de ruble. Se va da puțin mai mult pentru al 13-lea element. Aceasta se referă la recipiente pentru băuturi, conserve.

Caloriferele din aluminiu sunt, de asemenea, subestimate. Prețul pe kilogram de fier vechi este de aproximativ 30 de ruble. Acestea sunt cifre medii. În diferite regiuni, în puncte diferite, aluminiul este acceptat mai scump sau mai ieftin. Adesea costul materialelor depinde de volumele livrate.

Caracteristica 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.

În aparență, aluminiul este un metal alb argintiu, strălucitor. 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 ușor distrus prin soluții de alcalii caustici, acizi clorhidric și sulfuric. În acid azotic concentrat și acizi organici, are o rezistență ridicată.

Cele mai caracteristice proprietăți fizice ale aluminiului sunt densitatea relativă scăzută de 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 în special conductivitatea electrică a aluminiului este cu cât este mai mare, cu cât este mai pur, 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, este necesară o cantitate mare de căldură pentru a topi aluminiul 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 de aluminiu este un cub centrat pe față cu un parametru (dimensiunea laturii) de 4,04 la 20 C. Aluminiul nu are transformări alotropice.

În natură, aluminiul se găsește sub formă de minereuri de aluminiu: bauxite, nefeline, alunite și caolini. Cel mai important minereu, pe care se bazează cea mai mare parte a industriei de aluminiu din lume, este bauxita.

Obținerea aluminiului din minereuri constă în două etape succesive - mai întâi 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 măcinată în mori cu bile, amestecată în anumite proporții cu cretă și sodă și sinterizată pentru a obține prin reacție un aluminat de sodiu solid solubil în apă.

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

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

În alte soiuri ale metodei alcaline, alumina conținută în bauxită este legată în aluminat de sodiu prin tratarea directă a minereului cu alcalii. În acest caz, se obține 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 precipitatul 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 un nămol alb. Soluția, purificată din siliciu, după separarea ei din 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%.

Obținerea aluminiului metalic din alumină constă în descompunerea sa electrolitică în părțile sale constitutive - în aluminiu și oxigen. Electrolitul din acest proces este o soluție de alumină în criolit (AlF 3NaF). Criolitul, având capacitatea de a dizolva alumina, își scade 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 electrolizei aluminei este destul de simplă, dar din punct de vedere tehnologic acest proces este complex și necesită cantități mari de energie electrică.

În fundul băii cu izolație termică bună 1 și garnitură de carbon 2, sunt amplasate cauciucuri catodice 3, conectate la polul negativ al sursei de curent electric. Electrozii 5 sunt atașați la magistrala anodului 4. Înainte de începerea electrolizei, pe fundul băii se toarnă un strat subțire de cocs, electrozii sunt coborâti 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% față de cantitatea de criolit. Procesul are loc la 950-1000 C.

Sub acțiunea unui curent electric, alumina descompune aluminiul și oxigenul. Aluminiul lichid 6 se acumulează pe fundul cărbunelui (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, se consumă aproximativ 2 tone de alumină, 0,6 tone de electrozi de carbon care servesc drept anozi, 0,1 tone de criolit și de la 17.000 la 18.000 kWh de energie electrică pentru 1 tonă de aluminiu.

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 retopire și purjare a 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 afectează toate proprietățile sale, astfel încât compoziția chimică este baza clasificării aluminiului.

Fierul și siliciul sunt impurități inevitabile din producția de aluminiu. Ambele sunt dăunătoare în aluminiu. 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 de siliciu, acesta formează eutecticul Fe + Si și incluziuni de cristale de siliciu fragile foarte dure (HB 800), care reduc ductilitatea aluminiului. . Odată cu prezența comună a siliciului și a fierului, 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, marca 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 un raport diferit de impurități de fier și siliciu incluse în compoziție.

Litera E din marca AE înseamnă că aluminiul acestui brand este destinat producției de fire electrice. O cerință suplimentară pentru proprietățile aluminiului este o rezistență electrică scăzută, care pentru un fir realizat 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 lingouri 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 printr-o metodă continuă sau semi-continuă. Grosimea lor variază de la 140 la 400 mm, lățimea - de la 560 la 2025 mm și greutatea de 1 m de lungime a lingoului - de la 210 la 2190 kg. Lungimea lingoului este convenită cu clientul.

Principalul tip de control al aluminiului, atât în ​​lingouri, cât și în lingouri plate, este verificarea compoziției chimice și a conformității acesteia cu cea de marcă. Lingourile și lingourile destinate tratamentului sub presiune sunt supuse unor cerințe suplimentare, cum ar fi absența cochiliilor, bulelor de gaz, fisurilor, zgurii și a altor incluziuni străine.

Pentru dezoxidarea oțelului în timpul topirii sale, precum și pentru producția de feroaliaje și pentru aluminotermie, se poate folosi aluminiu mai ieftin de puritate mai mică decât este indicat 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. În ele, conținutul de fier ajunge la 2,5%, iar siliciu și cupru până la 5% fiecare.

Utilizarea aluminiului se datorează particularității proprietăților sale. Combinația de ușurință cu o conductivitate electrică suficient de mare face posibilă utilizarea aluminiului ca conductor de curent electric, înlocuindu-l cu cupru mai scump. Diferența de conductivitate electrică a cuprului (631 ohmi) și a aluminiului (371 ohmi) este compensată de o creștere a secțiunii transversale a firului de aluminiu. Masa mică de fire de aluminiu face posibilă realizarea suspensiei acestora cu o distanță mult mai mare între suporturi decât în ​​cazul firelor de cupru, fără teama de rupere a firului sub influența propriei greutăți. Cablurile, anvelopele, condensatoarele, redresoarele sunt de asemenea fabricate din el. 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 mai devreme. Folia servește ca ambalaj pentru o mare varietate de produse alimentare: ceai, ciocolată, tutun, brânză etc.

Aluminiul este utilizat în același mod ca un strat anticoroziv al altor metale și aliaje. Poate fi aplicat prin placare, placare prin difuzie și alte metode, inclusiv vopsirea aluminiului cu vopsele și lacuri. Plasarea din aluminiu a produselor laminate plate din aliaje de aluminiu mai puțin rezistente la coroziune este deosebit de răspândită.

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

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

Puteți numi alte domenii de aplicare ale aluminiului cu diferite grade de puritate, dar cea mai mare cantitate din acesta este cheltuită pentru obținerea diferitelor aliaje ușoare pe baza acestuia. Detalii despre cele principale sunt prezentate 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 câștigă din ce în ce mai multe noi domenii de aplicare, în ciuda concurenței 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 ai calității 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 din lume pentru producția de aluminiu. De asemenea, este utilizat pentru producerea de corindon artificial, produse foarte refractare și în alte scopuri. Conform 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 obișnuiți hidrați de alumină care formează bauxite sunt mineralele diaspora, boehmita și hidrargelita. Conținutul de alumină din bauxită, chiar și într-un singur depozit, variază într-un interval foarte larg, de la 35 la 70%.

Mineralele incluse în compoziția bauxitei formează un amestec foarte subțire, 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.

Pe teritoriul CSI, zăcămintele de bauxită sunt distribuite inegal, iar bauxita din diferite zăcăminte este inegală ca calitate. Depozitele de bauxite de cea mai bună calitate sunt situate în Urali. Există, de asemenea, rezerve mari de bauxită în partea europeană a CSI și în Kazahstanul de Vest.

Dintre țările industrializate, doar Franța este acum asigurată practic, unde a început dezvoltarea sa. Rezervele sale sigure și probabile din acest grup de state 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 la 12,5 miliarde de tone, în principal în Africa și America Latină (cele mai bogate sunt Guineea, Camerun, 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 doar în 11 țări, fără a număra URSS, inclusiv trei de peste 1 milion de tone (Suriname, 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 provenea din țările în curs de dezvoltare).

Spre deosebire de țările în curs de dezvoltare, Australia bogată în combustibil procesează cea mai mare parte a bauxitei extrase (în principal din Peninsula York, cel mai mare zăcământ de bauxită din lume) în alumină, jucând un rol decisiv în exporturile sale mondiale. Nu este un exemplu pentru ea, țările din Caraibe și Africa de Vest exportă în principal bauxită. Acest lucru afectează atât motivele politice (monopolurile mondiale ale aluminiului preferă producția de alumină în afara țărilor dependente producătoare de bauxită), cât și pe cele pur economice: bauxitele, spre deosebire de minereurile de metale grele neferoase, sunt transportabile (conțin 35-65% dioxid de aluminiu). ), iar producția de alumină necesită costuri specifice semnificative, pe care marea majoritate a țărilor producătoare de bauxită nu le au.

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

Industria aluminiului se caracterizează printr-un decalaj teritorial atât între extracția 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 fabricile de aluminiu (de exemplu, la fabrica canadiană din Arvida din Quebec, care ocupă 0,4 milioane de tone de aluminiu pe an în ceea ce privește capacitatea de producție), 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 Mexic (Corpus Christi, Point Comfort).

La noi, toate bauxitele extrase sunt împărțite în zece grade. Principala diferență dintre bauxite de diferite grade 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 de silice nocive în bauxite (AlO SiO). Modulul de siliciu este un indicator foarte important al calității bauxitelor; aplicarea și tehnologia lor de procesare depind în mare măsură de acesta.

Conținutul de umiditate în bauxite de orice grad este stabilit în funcție de depozitul lor: cel mai scăzut conținut de umiditate (nu mai mult de 7%) este stabilit pentru bauxite din depozitele Uralului de Sud și, respectiv, pentru depozitele Ural de Nord, Kamensk-Ural și Tikhvin. , nu mai mult de 12, 16 și 22 % . Indicatorul de umiditate nu este un semn de respingere și servește doar pentru decontările cu consumatorul.

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