Opíšte chemický prvok hliník. Chemické a fyzikálne vlastnosti hliníka

Typ lekcie. Kombinované.

Úlohy:

Vzdelávacie:

1. Aktualizujte vedomosti žiakov o štruktúre atómu, fyzikálnych významoch sériového čísla, čísla skupiny, čísla periódy na príklade hliníka.

2. Formovať u žiakov poznatky, že hliník vo voľnom stave má špeciálne, charakteristické fyzikálne a chemické vlastnosti.

vyvíja sa:

1. Vzbudiť záujem o štúdium vedy poskytovaním krátkych historických a vedeckých správ o minulosti, súčasnosti a budúcnosti hliníka.

2. Pokračovať vo formovaní bádateľských zručností žiakov pri práci s literatúrou, pri vykonávaní laboratórnych prác.

3. Rozšírte pojem amfotérny odhalením elektrónovej štruktúry hliníka, chemických vlastností jeho zlúčenín.

Vzdelávacie:

1. Zvýšte rešpekt k životnému prostrediu poskytovaním informácií o možnom využití hliníka včera, dnes, zajtra.

2. Formovať u každého žiaka schopnosť tímovej práce, brať do úvahy názor celej skupiny a správne obhájiť svoj vlastný laboratórnymi prácami.

3. Oboznámiť študentov s vedeckou etikou, čestnosťou a integritou prírodných vedcov minulosti, poskytnúť informácie o boji za právo byť objaviteľom hliníka.

RECENZIA na témy alkalické a alkalické zeminy M (OPAKOVANIE):

Aký je počet elektrónov vo vonkajšej energetickej hladine alkalických kovov a kovov alkalických zemín M?

Aké produkty vznikajú pri reakcii sodíka alebo draslíka s kyslíkom? (peroxid), je lítium schopné produkovať peroxid v reakcii s kyslíkom? (Nie, reakcia produkuje oxid lítny.)

Ako sa získavajú oxidy sodíka a draslíka? (kalcinácia peroxidov so zodpovedajúcim Me, Pr: 2Na+Na202=2Na20).

Vykazujú alkalické kovy a kovy alkalických zemín negatívne oxidačné stavy? (Nie, nemajú, pretože sú to silné redukčné činidlá.).

Ako sa mení polomer atómu v hlavných podskupinách (zhora nadol) periodického systému? (zvyšuje sa) aký je na to dôvod? (so zvýšením počtu energetických hladín).

Ktorá z nami skúmaných skupín kovov je ľahšia ako voda? (v alkalickom prostredí).

Za akých podmienok dochádza k tvorbe hydridov v kovoch alkalických zemín? (pri vysokých teplotách).

Ktorá látka vápnik alebo horčík aktívnejšie reaguje s vodou? (Vápnik reaguje aktívnejšie. Horčík aktívne reaguje s vodou až pri zahriatí na 100 0 C).

Ako sa mení rozpustnosť hydroxidov kovov alkalických zemín vo vode v sérii od vápnika po bárium? (rozpustnosť vo vode sa zvyšuje).

Povedzte nám o vlastnostiach skladovania alkalických kovov a kovov alkalických zemín, prečo sú uložené týmto spôsobom? (keďže sú tieto kovy veľmi reaktívne, skladujú sa v nádobe pod vrstvou petroleja).

KONTROLNÉ PRÁCE na témy alkálie a alkalické zeminy M:

ZHRNUTIE LEKCIE (ŠTUDOVANIE NOVÉHO MATERIÁLU):

učiteľ: Ahojte chalani, dnes prejdeme k štúdiu podskupiny IIIA. Uveďte prvky nachádzajúce sa v podskupine IIIA?

Stážisti: Zahŕňa také prvky ako bór, hliník, gálium, indium a tálium.

učiteľ: Koľko elektrónov obsahujú vo svojej vonkajšej energetickej úrovni, oxidačných stavoch?

Stážisti: Tri elektróny, oxidačný stav +3, hoci tálium má stabilnejší oxidačný stav +1.

učiteľ: Kovové vlastnosti prvkov podskupiny bóru sú oveľa menej výrazné ako vlastnosti prvkov podskupiny berýlia. Bor nie je M. V budúcnosti sa v rámci podskupiny s rastúcim jadrovým nábojom M vlastnosti zlepšujú. Al- už M, ale nie typické. Jeho hydroxid má amfotérne vlastnosti.

Z M hlavnej podskupiny skupiny III má najväčší význam hliník, ktorého vlastnosti budeme podrobne študovať. Je pre nás zaujímavý, pretože ide o prechodný prvok.

DEFINÍCIA

hliník nachádza v tretej perióde, skupine III hlavnej (A) podskupiny periodickej tabuľky. Ide o prvý p-prvok 3. tretiny.

Kovové. Označenie - Al. Poradové číslo - 13. Relatívna atómová hmotnosť - 26,981 am.u.

Elektrónová štruktúra atómu hliníka

Atóm hliníka pozostáva z kladne nabitého jadra (+13), vo vnútri ktorého je 13 protónov a 14 neutrónov. Jadro je obklopené tromi obalmi, pozdĺž ktorých sa pohybuje 13 elektrónov.

Ryža. 1. Schematické znázornenie štruktúry atómu hliníka.

Rozloženie elektrónov v orbitáloch je nasledovné:

13Al) 2) 8) 3;

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

Na vonkajšej energetickej úrovni hliníka sú tri elektróny, všetky elektróny 3. podúrovne. Energetický diagram má nasledujúcu formu:

Teoreticky je pre atóm hliníka možný excitovaný stav v dôsledku prítomnosti prázdneho 3 d-orbitály. Avšak poškodzovanie elektrónov 3 s- podúroveň sa v skutočnosti nevyskytuje.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Chemický prvok skupiny III periodického systému Mendelejeva.

Latinský názov— Hliník.

Označenie— Al.

atómové číslo — 13.

Atómová hmotnosť — 26,98154.

Hustota- 2,6989 g/cm3.

Teplota topenia- 660 °С.

Jednoduchý, ľahký, paramagnetický kov svetlosivej alebo striebristo bielej farby. Má vysokú tepelnú vodivosť a elektrickú vodivosť, odolnosť proti korózii. Rozloženie v zemskej kôre - 8,8% hmotnosti - je najbežnejším kovom a tretím najbežnejším chemickým prvkom.

Používa sa ako konštrukčný materiál pri stavbe budov, lietadiel a lodí, na výrobu vodivých výrobkov v elektrotechnike, chemických zariadeniach, spotrebnom tovare, pri výrobe iných kovov pomocou aluminotermie, ako zložka tuhého raketového paliva, pyrotechnika kompozície a podobne.

Kovový hliník ako prvý získal dánsky fyzik Hans Christian Oersted.

V prírode sa vyskytuje výlučne vo forme zlúčenín, keďže má vysokú chemickú aktivitu. Vytvára silnú chemickú väzbu s kyslíkom. Kvôli reaktivite je veľmi ťažké získať kov z rudy. Teraz sa používa Hall-Heroultova metóda, ktorá si vyžaduje veľké množstvo elektriny.

Hliník tvorí zliatiny takmer so všetkými kovmi. Najznámejšie sú duralím (zliatina s meďou a horčíkom) a silumin (zliatina s kremíkom). Hliník je za normálnych podmienok pokrytý silným oxidovým filmom, preto nereaguje s klasickými oxidačnými činidlami voda (H 2 O), kyslík (O 2) a kyselina dusičná (HNO 3). Vďaka tomu prakticky nepodlieha korózii, čo zabezpečilo jeho dopyt v priemysle.

Názov pochádza z latinského „alumen“, čo znamená „kamenec“.

Využitie hliníka v medicíne

tradičná medicína

Úloha hliníka v tele nie je úplne pochopená. Je známe, že jeho prítomnosť stimuluje rast kostného tkaniva, vývoj epitelu a spojivových tkanív. Pod jeho vplyvom sa zvyšuje aktivita tráviacich enzýmov. Hliník súvisí s procesmi obnovy a regenerácie organizmu.

Hliník je považovaný za toxický prvok pre ľudskú imunitu, no napriek tomu je súčasťou buniek. Zároveň má formu kladne nabitých iónov (Al3 +), ktoré ovplyvňujú prištítne telieska. Rôzne typy buniek obsahujú rôzne množstvá hliníka, ale je s istotou známe, že bunky pečene, mozgu a kostí ho akumulujú rýchlejšie ako ostatné.

Lieky s hliníkom majú analgetické a obaľujúce účinky, antacidá a adsorpčné účinky. To znamená, že pri interakcii s kyselinou chlorovodíkovou môžu lieky znížiť kyslosť žalúdočnej šťavy. Hliník je predpísaný aj na vonkajšie použitie: pri liečbe rán, trofických vredov, akútnej konjunktivitídy.

Toxicita hliníka sa prejavuje jeho nahradením horčíka v aktívnych centrách množstva enzýmov. Svoju úlohu zohráva aj jeho konkurenčný vzťah s fosforom, vápnikom a železom.

Pri nedostatku hliníka sa pozoruje slabosť končatín. Ale takýto jav v modernom svete je takmer nemožný, pretože kov prichádza s vodou, jedlom a cez znečistený vzduch.

S nadbytkom hliníka v tele nastupujú zmeny na pľúcach, kŕče, chudokrvnosť, dezorientácia v priestore, apatia, strata pamäti.

Ajurvéda

Hliník sa považuje za jedovatý, a preto by sa nemal používať na liečbu. Rovnako ako by ste nemali používať hliníkové náčinie na prípravu odvarov alebo skladovanie byliniek.

Použitie hliníka v mágii

Kvôli obtiažnosti získania čistého prvku sa kov používal spolu s ním v mágii, vyrábali sa z neho šperky. Keď bol proces získavania zjednodušený, móda pre hliníkové remeslá okamžite prešla.

Ochranná mágia

Používa sa iba hliníková fólia, ktorá má vlastnosti na clonenie energetických tokov a zabránenie ich šíreniu. Preto sa do nej spravidla balia predmety, ktoré môžu okolo seba šíriť negatívnu energiu. Veľmi často sa do fólie balia pochybné čarovné dary – prútiky, masky, dýky, najmä tie privezené z Afriky alebo Egypta.

To isté robia s neznámymi predmetmi vyhodenými, nájdenými na dvore alebo pod dverami. Namiesto toho, aby ste ho zdvíhali rukami alebo cez handričku, je lepšie ho prikryť fóliou bez toho, aby ste sa dotkli samotného predmetu.

Niekedy sa fólia používa ako ochranná clona pre amulety a talizmany, ktoré v súčasnosti nie sú potrebné, ale môžu byť potrebné v budúcnosti.

Hliník v astrológii

znamenia zverokruhu: Kozorožec.

hliník vo svojej čistej forme prvýkrát izoloval Friedrich Wöhler. Nemecký chemik zahrieval bezvodý chlorid prvku s kovom draslíka. Stalo sa tak v druhej polovici 19. storočia. Pred 20. storočím kg hliníka stáť viac.

Nový kov si mohli dovoliť len boháči a štát. Dôvodom vysokých nákladov je náročnosť oddeľovania hliníka od iných látok. Spôsob extrakcie prvku v priemyselnom meradle navrhol Charles Hall.

V roku 1886 rozpustil oxid v tavenine kryolitu. Nemec zmes uzavrel do žulovej nádoby a napojil na ňu elektrický prúd. Na dne nádoby sa usadili plakety z čistého kovu.

Chemické a fyzikálne vlastnosti hliníka

Aký hliník? Strieborne biele, lesklé. Friedrich Wöhler preto porovnal kovové granule, ktoré dostal. Bolo tu však upozornenie - hliník je oveľa ľahší.

Plasticita je blízka vzácnemu a. hliník je látka, bez problémov natiahnutie do tenkého drôtu a plechov. Stačí pripomenúť fóliu. Vyrába sa na základe 13. prvku.

Hliník je ľahký vďaka svojej nízkej hustote. Je to trikrát menej ako železo. Zároveň 13. prvok nie je v sile takmer horší.

Vďaka tejto kombinácii je strieborný kov nenahraditeľný v priemysle, napríklad pri výrobe dielov pre automobily. Hovoríme o remeselnej výrobe, pretože zváranie hliníka možné aj doma.

hliníkový vzorec umožňuje aktívne odrážať svetlo, ale aj tepelné lúče. Elektrická vodivosť prvku je tiež vysoká. Hlavná vec je neprehriať ho. Roztopí sa pri 660 stupňoch. Zvýšte teplotu o niečo vyššie - bude horieť.

Len kov zmizne oxid hlinitý. Vytvára sa tiež za štandardných podmienok, ale len vo forme povrchového filmu. Chráni kov. Preto dobre odoláva korózii, pretože je zablokovaný prístup kyslíka.

Oxidový film tiež chráni kov pred vodou. Ak sa z povrchu hliníka odstráni plak, spustí sa reakcia s H 2 O. Plyny vodíka sa budú uvoľňovať aj pri izbovej teplote. takže, hliníková loď nepremení na dym len vďaka oxidovému filmu a ochrannému náteru nanesenému na trup lode.

Najaktívnejší interakcia hliníka s nekovmi. Reakcie s brómom a chlórom prebiehajú aj za normálnych podmienok. V dôsledku toho sa tvoria hliníkové soli. Vodíkové soli sa získavajú spojením 13. prvku s roztokmi kyselín. Reakcia bude prebiehať aj s alkáliami, ale až po odstránení oxidového filmu. Uvoľní sa čistý vodík.

Aplikácia hliníka

Kov je nastriekaný na zrkadlá. Dobrá odrazivosť svetla. Proces prebieha v podmienkach vákua. Vyrábajú nielen štandardné zrkadlá, ale aj predmety so zrkadlovým povrchom. Sú to: keramické dlaždice, domáce spotrebiče, svietidlá.

Duet hliník-meď- duralová základňa. Volá sa jednoducho dural. Ako bolo doplnené. Zloženie je 7x pevnejšie ako čistý hliník, preto je vhodné pre oblasť strojárstva a konštrukcie lietadiel.

Meď dáva 13. elementu silu, ale nie ťažkosť. Dural zostáva 3x ľahší ako železo. malý hmotnosť hliníka- zástava ľahkosti áut, lietadiel, lodí. To zjednodušuje prepravu, obsluhu, znižuje cenu produktov.

Kúpte si hliník výrobcovia automobilov sa tiež snažia, pretože ochranné a dekoratívne zlúčeniny sa ľahko nanášajú na jeho zliatiny. Farba sa ukladá rýchlejšie a rovnomernejšie ako na oceľ, plast.

Zároveň sú zliatiny kujné, ľahko spracovateľné. To je cenné vzhľadom na množstvo zákrut a konštruktívnych prechodov na moderných modeloch automobilov.

13. prvok sa nielen ľahko farbí, ale môže pôsobiť aj ako samotné farbivo. Kupované v textilnom priemysle síran hlinitý. Hodí sa aj pri tlači, kde sú potrebné nerozpustné pigmenty.

To je zaujímavé Riešenie sulfát hliník používa sa aj na čistenie vody. V prítomnosti "činidla" sa škodlivé nečistoty vyzrážajú a neutralizujú.

Neutralizuje 13. prvok a kyseliny. V tejto úlohe je obzvlášť dobrý. hydroxid hlinitý. Je cenený vo farmakológii, medicíne, pridáva sa k liekom na pálenie záhy.

Hydroxid je tiež predpísaný pre vredy, zápalové procesy črevného traktu. Existuje teda aj liek z lekárne hliník. Kyselina v žalúdku - dôvod dozvedieť sa viac o takýchto liekoch.

V ZSSR sa razili aj bronzy s 11 % prídavkom hliníka. Hodnota značiek je 1, 2 a 5 kopejok. Začali sa vyrábať v roku 1926, skončili v roku 1957. Ale výroba hliníkových plechoviek na konzervované potraviny nebola zastavená.

Dusené mäso, saury a iné raňajky turistov sú stále balené v kontajneroch založených na 13. prvku. Takéto plechovky nereagujú s jedlom, pričom sú ľahké a lacné.

Hliníkový prach je súčasťou mnohých výbušných zmesí vrátane pyrotechniky. V priemysle sa používajú podvratné mechanizmy na báze trinitrotoluénu a drveného prvku 13. Silná výbušnina sa získava aj pridaním dusičnanu amónneho do hliníka.

Ropný priemysel potrebuje chlorid hlinitý. Zohráva úlohu katalyzátora pri rozklade organickej hmoty na frakcie. Ropa má schopnosť uvoľňovať plynné, ľahké uhľovodíky benzínového typu, ktoré interagujú s chloridom 13. kovu. Činidlo musí byť bezvodé. Po pridaní chloridu sa zmes zahreje na 280 stupňov Celzia.

V stavebníctve často miešam sodík A hliník. Ukazuje sa ako prísada do betónu. Hlinitan sodný urýchľuje jeho tvrdnutie urýchlením hydratácie.

Rýchlosť mikrokryštalizácie sa zvyšuje, čo znamená, že sa zvyšuje pevnosť a tvrdosť betónu. Okrem toho hlinitan sodný šetrí armatúry položené v roztoku pred koróziou.

Ťažba hliníka

Kov uzatvára prvú trojku najbežnejších na zemi. To vysvetľuje jeho dostupnosť a široké uplatnenie. Živel však príroda človeku nedáva v jeho čistej forme. Hliník sa musí izolovať z rôznych zlúčenín. Väčšina 13. prvku je v bauxitoch. Ide o horniny podobné ílu, sústredené najmä v tropickom pásme.

Bauxit sa rozdrví, potom vysuší, opäť rozdrví a melie v prítomnosti malého objemu vody. Ukáže sa hustá hmota. Ohrieva sa parou. Zároveň sa väčšina, z ktorej bauxit tiež nie je chudobná, vyparí. Oxid 13. kovu zostáva.

Umiestňuje sa do priemyselných kúpeľov. Obsahujú už roztavený kryolit. Teplota sa udržiava okolo 950 stupňov Celzia. Potrebujeme aj elektrický prúd s výkonom aspoň 400 kA. To znamená, že sa používa elektrolýza, rovnako ako pred 200 rokmi, keď prvok izoloval Charles Hall.

Prúd prechádzajúci horúcim roztokom prerušuje väzby medzi kovom a kyslíkom. Výsledkom je, že dno vaní zostáva čisté hliník. Reakcie hotový. Proces je ukončený odlievaním zo sedimentu a ich odoslaním spotrebiteľovi, prípadne ich použitím na výrobu rôznych zliatin.

Hlavná výroba hliníka sa nachádza na rovnakom mieste ako ložiská bauxitu. V popredí je Guinea. V jeho útrobách sa skrýva takmer 8 000 000 ton 13. prvku. Austrália je na 2. mieste s ukazovateľom 6 000 000. V Brazílii je hliníka už 2x menej. Svetové zásoby sa odhadujú na 29 000 000 ton.

cena hliníka

Za tonu hliníka si pýtajú takmer 1 500 amerických dolárov. Toto sú údaje búrz farebných kovov k 20.1.2016. Náklady určujú najmä priemyselníci. Presnejšie povedané, cenu hliníka ovplyvňuje ich dopyt po surovinách. Ovplyvňuje požiadavky dodávateľov a náklady na elektrickú energiu, pretože výroba 13. prvku je energeticky náročná.

Ostatné ceny sú stanovené pre hliník. Ide do tavby. Cena sa oznamuje za kilogram a záleží na povahe dodaného materiálu.

Takže za elektrický kov dávajú asi 70 rubľov. Pre potravinársky hliník môžete získať o 5-10 rubľov menej. Rovnako sa platí za motorový kov. Ak sa prenajíma zmiešaná odroda, jej cena je 50-55 rubľov za kilogram.

Najlacnejším druhom šrotu sú hliníkové hobliny. Za to dokáže získať iba 15-20 rubľov. Trochu viac sa dá za 13. element. Týka sa to nádob na nápoje, konzervovaných potravín.

Podceňované sú aj hliníkové radiátory. Cena za kilogram šrotu je asi 30 rubľov. Toto sú priemerné čísla. V rôznych regiónoch, na rôznych miestach je hliník akceptovaný drahšie alebo lacnejšie. Náklady na materiály často závisia od dodaných objemov.

Charakteristika hliníka

priemysel kvality hliníka

Hliník je najbežnejším kovom v zemskej kôre. Jeho obsah sa odhaduje na 7,45 % (viac ako u železa, čo je len 4,2 %). Hliník ako prvok bol objavený nedávno, v roku 1825, kedy boli získané prvé malé hrudky tohto kovu. Začiatok jeho priemyselného rozvoja sa datuje koncom minulého storočia. Impulzom k tomu bol vývoj v roku 1886 spôsobu jeho výroby elektrolýzou oxidu hlinitého rozpusteného v kryolite. Princíp metódy je základom modernej priemyselnej ťažby hliníka z oxidu hlinitého vo všetkých krajinách sveta.

Na pohľad je hliník lesklý, striebristo biely kov. Na vzduchu rýchlo oxiduje a pokryje sa tenkým bielym matným filmom AlO. Táto fólia má vysoké ochranné vlastnosti, preto je hliník pokrytý takouto fóliou odolný voči korózii.

Hliník sa ľahko ničí roztokmi žieravých zásad, kyseliny chlorovodíkovej a sírovej. V koncentrovanej kyseline dusičnej a organických kyselinách má vysokú odolnosť.

Najcharakteristickejšími fyzikálnymi vlastnosťami hliníka sú jeho nízka relatívna hustota 2,7, ako aj relatívne vysoká tepelná a elektrická vodivosť. Pri 0C sa elektrická vodivosť hliníka, t.j. elektrická vodivosť hliníkového drôtu s prierezom 1 mm a dĺžkou 1 m je 37 1 ohm.

Odolnosť proti korózii a najmä elektrická vodivosť hliníka je tým vyššia, čím je čistejšia, tým menej nečistôt obsahuje.

Teplota topenia hliníka je nízka, je približne 660C. Jeho latentné teplo topenia je však veľmi veľké - asi 100 cal g, preto je na roztavenie hliníka potrebné veľké množstvo tepla ako na roztavenie rovnakého množstva, napríklad žiaruvzdornej medi, ktorá má teplotu topenia 1083 C, latentné teplo topenia 43 cal g.

Mechanické vlastnosti hliníka sa vyznačujú vysokou ťažnosťou a nízkou pevnosťou. Valcovaný a žíhaný hliník má = 10 kg mm a tvrdosť HB25, = 80 % a = 35 %.

Kryštálová mriežka hliníka je plošne centrovaná kocka s parametrom (veľkosť strany) 4,04 pri 20 C. Hliník nemá žiadne alotropické premeny.

V prírode sa hliník nachádza vo forme hliníkových rúd: bauxitov, nefelínov, alunitov a kaolínov. Najdôležitejšou rudou, na ktorej je založená väčšina svetového hliníkového priemyslu, je bauxit.

Získavanie hliníka z rúd pozostáva z dvoch po sebe nasledujúcich etáp – najprv sa vyrobí oxid hlinitý (AlO) a potom sa z neho získa hliník.

V súčasnosti známe spôsoby výroby oxidu hlinitého možno rozdeliť do troch skupín: alkalické, kyslé a elektrotermické. Najpoužívanejšie sú alkalické metódy.

V niektorých druhoch alkalických metód sa bauxit, dehydratovaný pri 1000 C, melie v guľových mlynoch, zmiešava sa v určitých pomeroch s kriedou a sódou a spekaním sa získa vo vode rozpustný pevný hlinitan sodný.

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

Spekaná hmota sa rozdrví a vylúhuje vodou, pričom hlinitan sodný prechádza do roztoku.

V iných variantoch alkalickej metódy sa oxid hlinitý obsiahnutý v bauxite viaže na hlinitan sodný priamym spracovaním rudy s alkáliami. V tomto prípade sa okamžite získa roztok hlinitanu vo vode.

V oboch prípadoch tvorba vodného roztoku hlinitanu sodného vedie k jeho oddeleniu od nerozpustných zložiek rudy, ktorými sú najmä oxidy a hydroxidy kremíka, železa a titánu. Oddelenie roztoku od nerozpustnej zrazeniny, nazývanej červené bahno, sa vykonáva v usadzovacích nádržiach.

Do výsledného roztoku sa pri teplote 125 C a tlaku 5 hodín ráno pridáva vápno, čo vedie k desilikónizácii – vyzráža sa CaSiO za vzniku bieleho kalu. Roztok vyčistený od kremíka sa po oddelení od bieleho kalu spracuje oxidom uhličitým pri 60-80 °C, v dôsledku čoho sa vyzráža kryštalický hydrát oxidu hlinitého:

AlONaO + 3H20 + CO = 2Al(OH) + NaCO.

Premyje sa, suší a kalcinuje. Kalcinácia vedie k tvorbe oxidu hlinitého:

2Al(OH) = AlO + 3H20.

Opísaná metóda poskytuje celkom úplnú extrakciu oxidu hlinitého z bauxitu - asi 80%.

Získavanie kovového hliníka z oxidu hlinitého spočíva v jeho elektrolytickom rozklade na jednotlivé zložky - na hliník a kyslík. Elektrolytom v tomto procese je roztok oxidu hlinitého v kryolite (AlF 3NaF). Kryolit, ktorý má schopnosť rozpúšťať oxid hlinitý, súčasne znižuje jeho teplotu topenia. Oxid hlinitý sa topí pri teplote asi 2000 °C a teplota topenia roztoku pozostávajúceho napríklad z 85 % kryolitu a 15 % oxidu hlinitého je 935 °C.

Schéma elektrolýzy oxidu hlinitého je pomerne jednoduchá, ale technologicky je tento proces zložitý a vyžaduje veľké množstvo elektriny.

Na dne vane s dobrou tepelnou izoláciou 1 a uhlíkovou výplňou 2 sú umiestnené katódové pneumatiky 3, pripojené na záporný pól zdroja elektrického prúdu. Elektródy 5 sú pripevnené k anódovej zbernici 4. Pred začiatkom elektrolýzy sa na dno kúpeľa naleje tenká vrstva koksu, elektródy sa spúšťajú, kým sa s ním nedostanú do kontaktu, a zapne sa prúd. Keď sa uhlíková náplň zahrieva, postupne sa zavádza kryolit. Keď je hrúbka vrstvy roztaveného kryolitu 200 až 300 mm, oxid hlinitý sa naplní v pomere 15 % k množstvu kryolitu. Proces prebieha pri 950-1000 C.

Pôsobením elektrického prúdu oxid hlinitý rozkladá hliník a kyslík. Kvapalný hliník 6 sa hromadí na uhoľnom dne (spodok uhoľného kúpeľa), ktoré je katódou, a kyslík sa spája s uhlíkom anód a postupne ich spaľuje. Kryolit sa spotrebuje nevýznamne. Periodicky sa pridáva oxid hlinitý, elektródy sa postupne spúšťajú, aby sa kompenzovala spálená časť, a nahromadený tekutý hliník sa v určitých intervaloch uvoľňuje do vedra 8.

Pri elektrolýze sa na 1 tonu hliníka spotrebujú asi 2 tony oxidu hlinitého, 0,6 tony uhlíkových elektród slúžiacich ako anódy, 0,1 tony kryolitu a od 17 000 do 18 000 kWh elektriny.

Surový hliník získaný elektrolýzou oxidu hlinitého obsahuje kovové nečistoty (železo, kremík, titán a sodík), rozpustené plyny, z ktorých hlavným je vodík, a nekovové inklúzie, ktorými sú častice oxidu hlinitého, uhlia a kryolitu. V tomto stave je nevhodný na použitie, nakoľko má nízke vlastnosti, preto ho treba vyšľachtiť. Nekovové a plynné nečistoty sa odstraňujú pretavením a prečistením kovu chlórom. Kovové nečistoty je možné odstrániť iba zložitými elektrolytickými metódami.

Po rafinácii sa získajú komerčné druhy hliníka.

Čistota hliníka je rozhodujúcim ukazovateľom, ktorý ovplyvňuje všetky jeho vlastnosti, preto je chemické zloženie základom klasifikácie hliníka.

Železo a kremík sú nevyhnutné nečistoty z výroby hliníka. Oba sú v hliníku škodlivé. Železo sa v hliníku nerozpúšťa, ale tvorí s ním krehké chemické zlúčeniny FeAl a Fe2Al. Hliník tvorí eutektickú mechanickú zmes s kremíkom s 11,7 % Si. Keďže rozpustnosť kremíka pri izbovej teplote je veľmi nízka (0,05 %), aj pri malom množstve kremíka vytvára eutektikum Fe + Si a inklúzie veľmi tvrdých (HB 800) krehkých kryštálov kremíka, ktoré znižujú ťažnosť hliníka . Pri spoločnej prítomnosti kremíka a železa vzniká ternárna chemická zlúčenina a ternárne eutektikum, ktoré tiež znižujú plasticitu.

Kontrolované nečistoty v hliníku sú železo, kremík, meď a titán.

Hliník všetkých akostí obsahuje viac ako 99 % Al. Kvantitatívne prekročenie tejto hodnoty v stotinách alebo desatinách percenta je uvedené v názve značky za začiatočným písmenom A. Značka A85 teda obsahuje 99,85 % Al. Výnimkou z tohto princípu označovania sú triedy A AE, v ktorých je obsah hliníka rovnaký ako v stupňoch A0 a A5, ale s iným pomerom nečistôt železa a kremíka zahrnutých v zložení.

Písmeno E v značke AE znamená, že hliník tejto značky je určený na výrobu elektrických vodičov. Ďalšou požiadavkou na vlastnosti hliníka je nízky elektrický odpor, ktorý by pre drôt vyrobený z neho nemal byť väčší ako 0,0280 ohm mm m pri 20 C.

Hliník sa používa na výrobu výrobkov a zliatin na jeho základe, ktorých vlastnosti vyžadujú vysoký stupeň jeho čistoty.

V závislosti od účelu sa hliník môže vyrábať v rôznych formách. Hliník všetkých akostí (vysoká a technická čistota), určený na pretavenie, sa odlieva vo forme ingotov s hmotnosťou 5; 15 a 1000 kg. Ich limitné hodnoty sú nasledovné: výška od 60 do 600 mm, šírka od 93 do 800 mm a dĺžka od 415 do 1000 mm.

Ak je hliník určený na valcovanie plechov a pásov, potom sa ploché ingoty sedemnástich veľkostí odlievajú kontinuálnou alebo polokontinuálnou metódou. Ich hrúbka sa pohybuje od 140 do 400 mm, šírka - od 560 do 2025 mm a hmotnosť 1 m dĺžky ingotu - od 210 do 2190 kg. Dĺžka ingotu je dohodnutá so zákazníkom.

Hlavným typom kontroly hliníka v ingotoch aj v plochých ingotoch je overenie chemického zloženia a jeho súladu so značkovým. Na ingoty a ingoty určené na tlakové spracovanie sa vzťahujú ďalšie požiadavky, ako je absencia škrupín, plynových bublín, trhlín, trosky a iných cudzích inklúzií.

Na dezoxidáciu ocele pri jej tavení, ako aj na výrobu ferozliatin a na aluminotermiu možno použiť lacnejší hliník nižšej čistoty, ako je uvedené v tabuľke „Čistota hliníka rôznych stupňov“. Na tento účel priemysel vyrába šesť druhov hliníka v ingotoch s hmotnosťou od 3 do 16,5 kg, ktoré obsahujú od 98,0 do 87,0 % Al. Obsah železa v nich dosahuje 2,5% a kremíka a medi až 5%.

Použitie hliníka je spôsobené zvláštnosťou jeho vlastností. Kombinácia ľahkosti s dostatočne vysokou elektrickou vodivosťou umožňuje použiť hliník ako vodič elektrického prúdu a nahradiť ho drahšou meďou. Rozdiel v elektrickej vodivosti medi (631 ohmov) a hliníka (371 ohmov) je kompenzovaný zväčšením prierezu hliníkového drôtu. Malá hmotnosť hliníkových drôtov umožňuje vykonávať ich zavesenie s oveľa väčšou vzdialenosťou medzi podperami ako v prípade medených drôtov, bez obáv z pretrhnutia drôtu pod vplyvom vlastnej hmotnosti. Vyrábajú sa z neho aj káble, pneumatiky, kondenzátory, usmerňovače. Vysoká odolnosť hliníka voči korózii z neho robí v niektorých prípadoch nenahraditeľný materiál v chemickom inžinierstve, napríklad na výrobu zariadení používaných pri výrobe, skladovaní a preprave kyseliny dusičnej a jej derivátov.

Je tiež široko používaný v potravinárskom priemysle - vyrába sa z neho celý rad náčinia na varenie. V tomto prípade sa využíva nielen jeho odolnosť voči organickým kyselinám, ale aj vysoká tepelná vodivosť.

Vysoká ťažnosť umožňuje valcovanie hliníka do fólie, ktorá teraz úplne nahradila drahšiu cínovú fóliu používanú predtým. Fólia slúži ako obal pre širokú škálu potravinárskych výrobkov: čaj, čokoláda, tabak, syr atď.

Hliník sa používa rovnakým spôsobom ako antikorózny náter iných kovov a zliatin. Môže sa aplikovať obkladom, difúznym pokovovaním a inými metódami vrátane natierania hliníka farbami a lakmi. Rozšírené je najmä hliníkové opláštenie plochých valcovaných výrobkov z menej odolných hliníkových zliatin.

Chemická aktivita hliníka vzhľadom na kyslík sa využíva na dezoxidáciu pri výrobe polotichej a pokojnej ocele a na výrobu ťažko obnoviteľných kovov vytesnením hliníka z ich kyslíkatých zlúčenín.

Hliník sa používa ako legovací prvok v rôznych oceliach a zliatinách. Dodáva im špecifické vlastnosti. Napríklad zvyšuje tepelnú odolnosť zliatin na báze železa, medi, titánu a niektorých ďalších kovov.

Môžete vymenovať ďalšie oblasti použitia hliníka rôzneho stupňa čistoty, ale najväčšie množstvo sa vynakladá na získanie rôznych ľahkých zliatin na jeho základe. Podrobnosti o hlavných sú uvedené nižšie.

Vo všeobecnosti sa využitie hliníka v rôznych odvetviach hospodárstva na príklade vyspelých kapitalistických krajín odhaduje nasledujúcimi číslami: dopravné strojárstvo 20-23 % (vrátane automobilového priemyslu 15 %), stavebníctvo 17-18 %, elektrotechnika 10-12%, výroba obalových materiálov 9-10%, výroba predmetov dlhodobej spotreby 9-10%, všeobecné strojárstvo 8-10%.

Hliník si aj napriek konkurencii iných materiálov a najmä plastov získava čoraz viac nových oblastí použitia.

Hlavné priemyselné rudy obsahujúce hliník sú bauxit, nefelín, alunit a kaolín.

Kvalita týchto rúd sa hodnotí podľa obsahu oxidu hlinitého Al O, ktorý obsahuje 53 % Al. Z ďalších ukazovateľov kvality hliníkových rúd je najdôležitejšie zloženie nečistôt, ktorých škodlivosť a užitočnosť je daná použitím rudy.

Bauxit je najlepšou a hlavnou surovinou na svete na výrobu hliníka. Používa sa tiež na výrobu umelého korundu, vysoko žiaruvzdorných výrobkov a na iné účely. Podľa chemického zloženia je táto sedimentárna hornina zmesou hydrátov oxidu hlinitého AlO nH2O s oxidmi železa, kremíka, titánu a ďalších prvkov. Najbežnejšie hydráty oxidu hlinitého, ktoré tvoria bauxity, sú minerály diaspóra, boehmit a hydrargellit. Obsah oxidu hlinitého v bauxite aj v jednom ložisku kolíše vo veľmi širokom rozmedzí, od 35 do 70 %.

Minerály obsiahnuté v zložení bauxitu tvoria veľmi riedku zmes, čo sťažuje obohacovanie. V priemysle sa používa hlavne surová ruda. Proces získavania hliníka z rudy je zložitý, energeticky veľmi náročný a pozostáva z dvoch fáz: najprv sa extrahuje oxid hlinitý a potom sa z neho získava hliník.

Predmetom svetového obchodu je tak samotný bauxit, ako aj z neho ťažený oxid hlinitý alebo iné rudy.

Na území SNŠ sú ložiská bauxitu rozmiestnené nerovnomerne a bauxit z rôznych ložísk má nerovnakú kvalitu. Ložiská najkvalitnejších bauxitov sa nachádzajú na Urale. Veľké zásoby bauxitu sa nachádzajú aj v európskej časti SNŠ a v západnom Kazachstane.

Z priemyselne vyspelých krajín je dnes prakticky zabezpečené len Francúzsko, kde sa prvý raz začal jeho rozvoj. Jeho spoľahlivé a pravdepodobné zásoby v tejto skupine štátov sa v roku 1975 odhadovali na 4,8 miliardy ton (vrátane 4,6 miliardy ton v Austrálii), kým v rozvojových krajinách na 12,5 miliardy ton, najmä v Afrike a Latinskej Amerike (najbohatšie sú Guinea, Kamerun, Brazília, Jamajka).

V povojnovom období sa prudko rozšíril okruh krajín, kde sa ťaží bauxit a vyrába primárny hliník. V roku 1950 sa bauxit ťažil len v 11 krajinách, nepočítajúc ZSSR, vrátane troch nad 1 milión ton (Suriname, Guyana, USA) a štyroch viac ako 0,1 milióna ton (Francúzsko, Indonézia, Taliansko, Ghana). Do roku 1977 sa objem výroby zvýšil 12-krát a jeho geografia sa dramaticky zmenila (viac ako polovica produkcie kapitalistického sveta pochádzala z rozvojových krajín).

Na rozdiel od rozvojových krajín, Austrália bohatá na palivo spracováva väčšinu vyťaženého bauxitu (hlavne na polostrove York, najväčšie ložisko bauxitu na svete) na oxid hlinitý, ktorý zohráva rozhodujúcu úlohu v jej svetovom exporte. Nie je to pre ňu príklad, karibské a západoafrické krajiny vyvážajú najmä bauxit. To má vplyv na politické dôvody (svetové hliníkové monopoly preferujú výrobu oxidu hlinitého mimo závislých krajín produkujúcich bauxit), ako aj na čisto ekonomické: bauxity sú na rozdiel od rúd ťažkých neželezných kovov prepraviteľné (obsahujú 35 – 65 % oxidu hlinitého ) a výroba oxidu hlinitého si vyžaduje značné špecifické náklady, ktoré veľká väčšina krajín produkujúcich bauxit nemá.

V snahe odolať diktátu svetových hliníkových monopolov vytvorili krajiny vyvážajúce bauxit v roku 1973 organizáciu „International Association of Bauxite Mining Countries“ (IABS). Zahŕňala Austráliu, Guineu, Guyanu, Jamajku a Juhosláviu; neskôr sa pripojila Dominikánska republika, Haiti, Ghana, Sierra Leone, Surinam a pozorovateľskými krajinami sa stali Grécko a India. V roku vzniku tvorili tieto štáty približne 85 % ťažby bauxitu v nesocialistických štátoch.

Pre priemysel výroby hliníka je charakteristická teritoriálna medzera medzi ťažbou bauxitu a výrobou oxidu hlinitého, ako aj medzi ťažbou bauxitu a tavením primárneho hliníka. Najväčšia produkcia oxidu hlinitého (až 1-1,3 milióna ton ročne) je lokalizovaná jednak v hlinikárňach (napríklad v kanadskom závode v Arvida v Quebecu, ktorý zaberá 0,4 milióna ton hliníka ročne z hľadiska výrobnej kapacity), ako aj v prístavoch vyvážajúcich bauxit (napríklad Paranam v Suriname), ako aj na trasách bauxitu z druhého do prvého - napríklad v USA na pobreží Mexického zálivu (Corpus Christi, Point Comfort).

U nás sa všetky ťažené bauxity delia do desiatich tried. Hlavný rozdiel medzi bauxitmi rôznych akostí je v tom, že obsahujú rôzne množstvá hlavnej extrahovateľnej zložky, oxidu hlinitého, a majú rôzne hodnoty modulu kremíka, t.j. rozdielny obsah oxidu hlinitého k obsahu kremičitých nečistôt škodlivých v bauxitoch (AlO SiO). Modul kremíka je veľmi dôležitým ukazovateľom kvality bauxitov, od ktorého do značnej miery závisí ich aplikácia a technológia spracovania.

Obsah vlhkosti v bauxitoch všetkých druhov sa stanovuje v závislosti od ich ložiska: najnižší obsah vlhkosti (nie viac ako 7 %) je stanovený pre bauxity z ložísk južného Uralu a pre ložiská Severný Ural, Kamensk-Ural a Tikhvin. , nie viac ako 12, 16 a 22 %. Indikátor vlhkosti nie je znakom odmietnutia a slúži len na vyrovnanie sa so spotrebiteľom.

Bauxit sa dodáva v kusoch nie väčších ako 500 mm. Voľne sa prepravuje na plošinách alebo v gondolách.