Opíšte chemický prvok hliník. Chemické a fyzikálne vlastnosti hliníka

Typ lekcie. Kombinované.

Úlohy:

Vzdelávacie:

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

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

Vzdelávacie:

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

2. Pokračovať v rozvíjaní bádateľských zručností žiakov pri práci s literatúrou a pri vykonávaní laboratórnych prác.

3. Rozšírte pojem amfoterity odhalením elektrónovej štruktúry hliníka a chemických vlastností jeho zlúčenín.

Vzdelávacie:

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

2. U každého žiaka rozvíjať schopnosť tímovej práce, pri výkone laboratórnych prác zohľadňovať názory celej skupiny a správne obhajovať svoje.

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

OPAKOVANÝ OBSAHOVANÝ MATERIÁL na témy alkálie 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? (kalcináciou peroxidov so zodpovedajúcim Me, Pr: 2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O).

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), s čím to súvisí? (s rastúcim počtom energetických hladín).

Ktoré zo skupín kovov, ktoré sme skúmali, sú ľahšie ako voda? (pre alkalické).

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 nádobách pod vrstvou petroleja).

SKONTROLUJTE PRÁCU na témy alkalické a alkalické zeminy M:

ZHRNUTIE LEKCIE (NAUČENÝ NOVÝ MATERIÁL):

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

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

učiteľ: Aký počet elektrónov obsahujú na vonkajšej energetickej úrovni, oxidačnom stave?

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. Bór nie je M. Následne sa v rámci podskupiny s rastúcim nábojom jadra M vlastnosti zintenzívňujú. 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. Pre nás je zaujímavý tým, že ide o prechodný prvok.

DEFINÍCIA

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

Kovové. Označenie - Al. Sériové číslo - 13. Relatívna atómová hmotnosť - 26,981 amu.

Elektronická 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, cez ktoré sa pohybuje 13 elektrónov.

Ryža. 1. Schematické znázornenie štruktúry atómu hliníka.

Rozdelenie elektrónov medzi orbitály je nasledovné:

13Al) 2) 8) 3;

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

Vonkajšia energetická hladina hliníka obsahuje tri elektróny, všetky elektróny 3. podúrovne. Energetický diagram má nasledujúcu formu:

Teoreticky je možný excitovaný stav pre atóm hliníka v dôsledku prítomnosti prázdneho 3 d-orbitály. Avšak elektrónové párovanie 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 svetlošedej alebo striebristo bielej farby. Má vysokú tepelnú vodivosť a elektrickú vodivosť a je odolný voči 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 prvýkrát vyrobil dánsky fyzik Hans Christian Oersted.

V prírode sa vyskytuje výlučne vo forme zlúčenín, pretože má vysokú chemickú aktivitu. Vytvára silnú chemickú väzbu s kyslíkom. Pre jeho reaktivitu je veľmi ťažké získať kov z rudy. V súčasnosti sa používa Hall-Heroultova metóda, ktorá si vyžaduje veľké množstvo elektrickej energie.

Hliník tvorí zliatiny takmer so všetkými kovmi. Najznámejšie sú dural (zliatina s meďou a horčíkom) a silumin (zliatina s kremíkom). Za normálnych podmienok je hliník pokrytý odolným oxidovým filmom, takže 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“.

Aplikácia 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. V tomto prípade má formu kladne nabitých iónov (Al3+), ktoré ovplyvňujú prištítne telieska. Rôzne typy buniek obsahujú rôzne množstvá hliníka, ale je známe, že pečeňové, mozgové a kostné bunky ho akumulujú rýchlejšie ako ostatné.

Lieky s obsahom hliníka majú analgetické a obaľujúce účinky, antacidové 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 je v modernom svete takmer nemožný, pretože kov prichádza s vodou, jedlom a cez znečistený vzduch.

Pri nadmernom obsahu hliníka v tele nastupujú zmeny na pľúcach, kŕče, chudokrvnosť, priestorová dezorientácia, apatia, strata pamäti.

Ajurvéda

Hliník sa považuje za jedovatý a nemal by sa používať na liečbu. Rovnako tak by ste na prípravu odvarov či skladovanie byliniek nemali používať hliníkové nádoby.

Použitie hliníka v mágii

Kvôli ťažkostiam pri získavaní čistého prvku sa kov používal spolu s mágiou a vyrábali sa z neho šperky. Keď sa výrobný proces zjednodušil, móda pre hliníkové remeslá okamžite prešla.

Ochranná mágia

Používa sa len hliníková fólia, ktorá má vlastnosti tienenia tokov energie, čím bráni ich šíreniu. Preto sa do nej spravidla zabaľujú predmety, ktoré dokážu 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 vysadenými neznámymi predmetmi 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 sa vyžadovať v budúcnosti.

Hliník v astrológii

znamenia zverokruhu: Kozorožec.

hliník bol prvýkrát izolovaný v čistej forme Friedrichom Wöhlerom. Nemecký chemik zahrieval bezvodý chlorid prvku s kovom draslíka. Stalo sa tak v 2. polovici 19. storočia. Až do 20. storočia kg hliníka stáť viac.

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

V roku 1886 rozpustil oxid v roztavenom kryolite. Nemec zmes uzavrel do žulovej nádoby a napojil na ňu elektrický prúd. Plakety z čistého kovu sa usadili na dne nádoby.

Chemické a fyzikálne vlastnosti hliníka

Aký hliník? Strieborne biele, lesklé. Preto Friedrich Wöhler porovnával kovové granule, ktoré získal. Ale bolo tu varovanie: hliník je oveľa ľahší.

Plasticita je blízka vzácnemu a. Hliník je látka, ľahko vtiahnutý do tenkého drôtu a plechov. Len si spomeňte na fóliu. Vyrába sa na základe 13. prvku.

Hliník je ľahký vďaka svojej nízkej hustote. Je to trikrát menej ako železo. Zároveň je sila 13. elementu takmer rovnako dobrá.

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

Hliníkový vzorec umožňuje aktívne odrážať svetlo, ale aj tepelné lúče. Elektrická vodivosť prvku je tiež vysoká. Hlavnou vecou nie je príliš zahriať. Roztopí sa pri 660 stupňoch. Ak teplota stúpne trochu 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 blokovaný prístup kyslíka.

Oxidový film tiež chráni kov pred vodou. Ak odstránite povlak z povrchu hliníka, začne sa reakcia s H 2 O uvoľňovať vodíkové plyny aj pri izbovej teplote. takže, hliníková loď sa 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. Vysoké hodnoty svetelnej odrazivosti prídu vhod. Proces prebieha v podmienkach vákua. Vyrábajú nielen štandardné zrkadlá, ale aj predmety so zrkadlovým povrchom. Patria sem: keramické dlaždice, domáce spotrebiče, svietidlá.

Duet hliník-meď– základ je dural. Jednoducho povedané dural. Pridať ako kvalitu. Zloženie je 7x pevnejšie ako čistý hliník, preto je vhodné pre strojárstvo a konštrukciu lietadiel.

Meď dáva 13. elementu silu, ale nie ťažkosť. Dural zostáva 3x ľahší ako železo. Malý hmotnosť hliníka– kľúč k ľahkosti áut, lietadiel, lodí. To zjednodušuje prepravu a prevádzku a znižuje cenu produktov.

Kúpte si hliník automobilky sú tiež nadšené, pretože jeho zliatiny môžu byť ľahko potiahnuté ochrannými a dekoratívnymi zlúčeninami. Farba sa nanáša rýchlejšie a rovnomernejšie ako na oceľ a plast.

Zliatiny sú zároveň kujné a ľahko spracovateľné. To je cenné vzhľadom na množstvo ohybov a dizajnových prechodov na moderných modeloch áut.

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

Zaujímalo by ma čo Riešenie sulfát hliník Používajú sa aj na čistenie vody. V prítomnosti „činidla“ sa vyzrážajú škodlivé nečistoty a sú neutralizované.

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

Hydroxid je tiež predpísaný na vredy a zápalové procesy črevného traktu. Takže liek je dostupný aj v lekárňach hliník. Kyselina v žalúdku - dôvod dozvedieť sa viac o takýchto liekoch.

V ZSSR sa razil aj bronz s 11 % prídavkom hliníka. Nominálne hodnoty znakov sú 1, 2 a 5 kopejok. Začali ho vyrábať v roku 1926 a dokončili ho v roku 1957. Ale výroba hliníkových plechoviek na konzervy sa nezastavila.

Dusené mäso, saury a iné turistické raňajky sú stále balené v kontajneroch založených na 13. elemente. Takéto poháre zároveň nereagujú s jedlom, sú ľahké a lacné.

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

V ropnom priemysle je to nevyhnutné chlorid hlinitý. Zohráva úlohu katalyzátora pri rozklade organickej hmoty na frakcie. Ropa má tú vlastnosť, že uvoľňuje 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, že ide o prísadu do betónu. Hlinitan sodný urýchľuje jeho tvrdnutie urýchlením hydratácie.

Rýchlosť mikrokryštalizácie sa zvyšuje, čím sa zvyšuje pevnosť a tvrdosť betónu. Okrem toho hlinitan sodný šetrí výstuž položenú v roztoku pred koróziou.

Ťažba hliníka

Kov uzatvára prvú trojku najbežnejších na zemi. To vysvetľuje jeho dostupnosť a široké použitie. Príroda však nedáva človeku prvok v jeho čistej forme. Hliník sa musí oddeliť od rôznych zlúčenín. 13. prvok je najviac zastúpený v bauxite. Ide o horniny podobné ílu, sústredené najmä v tropickom pásme.

Bauxit sa rozdrví, potom vysuší, znova rozdrví a melie v prítomnosti malého objemu vody. Ukáže sa hustá hmota. Ohrieva sa parou. Zároveň sa väčšina z toho, z čoho bauxit tiež nie je chudobný, vyparí. Čo zostáva, je oxid 13. kovu.

Umiestňuje sa do priemyselných kúpeľov. Obsahujú už roztavený kryolit. Teplota sa udržiava okolo 950 stupňov Celzia. Potrebný je aj elektrický prúd najmenej 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. Vďaka tomu zostáva dno vane čisté hliník. Reakcie hotový. Proces je ukončený odlievaním zo sedimentu a jeho odoslaním spotrebiteľovi alebo jeho použitím na výrobu rôznych zliatin.

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

Cena hliníka

Za tonu hliníka si pýtajú takmer 1500 dolárov. Toto sú údaje z búrz farebných kovov k 20.1.2016. Náklady stanovujú najmä priemyselníci. Presnejšie povedané, cenu hliníka ovplyvňuje ich dopyt po surovinách. Ovplyvňuje to aj nároky dodávateľov a náklady na elektrickú energiu, pretože výroba 13. prvku je energeticky náročná.

Pre hliník sú stanovené rôzne ceny. Ide do huty. Cena je uvedená za kilogram a záleží na povahe dodávaného materiálu.

Takže za elektrický kov dávajú asi 70 rubľov. Pre potravinársky hliník môžete získať o 5-10 rubľov menej. Za motorový kov platia rovnako. Ak si prenajímate zmiešanú odrodu, jej cena je 50-55 rubľov za kilogram.

Najlacnejším druhom šrotu sú hliníkové hobliny. Za to môžete získať iba 15-20 rubľov. Za 13. element dajú trochu viac. Týka sa to nádob na nápoje a konzervy.

Hliníkové radiátory tiež nie sú veľmi cenené. Cena za kilogram šrotu je asi 30 rubľov. Toto sú priemery. V rôznych regiónoch a na rôznych miestach je hliník akceptovaný drahšie alebo lacnejšie. Náklady na materiály často závisia od dodaných objemov.

Vlastnosti 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.

Hliník je na pohľad lesklý strieborno 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 je celkom ľahko zničený roztokmi žieravých zásad, kyseliny chlorovodíkovej a sírovej. Je vysoko odolný voči koncentrovanej kyseline dusičnej a organickým kyselinám.

Najcharakteristickejšími fyzikálnymi vlastnosťami hliníka sú jeho nízka relatívna hustota rovnajúca sa 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 voči korózii a najmä elektrická vodivosť hliníka je vyššia, čím je čistejší, 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 potrebná väčšia spotreba 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, ktorá má pri 20 C parameter (veľkosť strany) 4,04. Hliník nepodlieha alotropným premenám.

V prírode sa hliník nachádza vo forme hliníkových rúd: bauxit, nefelín, alunit a kaolín. Najdôležitejšou rudou, na ktorej je založená veľká časť svetového hliníkového priemyslu, je bauxit.

Výroba hliníka z rúd pozostáva z dvoch po sebe nasledujúcich etáp – najprv sa vyrobí oxid hlinitý (AlO) a následne 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.

Pri niektorých druhoch alkalických metód sa bauxit, dehydratovaný pri 1000 C, rozdrví v guľových mlynoch, zmieša sa v určitých pomeroch s kriedou a sódou a spekaním sa získa pevný hlinitan sodný, rozpustný vo vode, podľa reakcie.

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

Spekaná hmota sa rozdrví a vylúhuje vodou a 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. Tým sa okamžite vytvorí 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 nerozpustného sedimentu, nazývaného 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. Na roztok zbavený kremíka sa po oddelení od bieleho kalu pôsobí oxidom uhličitým pri teplote 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 zabezpečuje pomerne úplnú extrakciu oxidu hlinitého z bauxitu - asi 80%.

Výroba kovového hliníka z oxidu hlinitého zahŕňa jeho elektrolytický rozklad na jeho zložky - 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.

Dno vane s dobrou tepelnou izoláciou 1 a uhlíkovou výplňou 2 obsahuje katódové zbernice 3, pripojené na záporný pól zdroja elektrického prúdu. Elektródy 5 sú pripevnené k anódovej zbernici 4. Pred začatím 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 množstve 15 % množstva kryolitu. Proces prebieha pri 950-1000 C.

Pod vplyvom elektrického prúdu oxid hlinitý rozkladá hliník a kyslík. Kvapalný hliník 6 sa hromadí na uhlíkovom 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 nadol, aby sa kompenzovala spálená časť, a nahromadený tekutý hliník sa v určitých intervaloch uvoľňuje do panvy 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 tavením a fúkaním 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.

Nevyhnutné nečistoty vznikajúce pri výrobe hliníka sú železo a kremík. Oba v hliníku sú 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 %), tvorí už pri malom množstve eutektikum Fe + Si a inklúzie veľmi tvrdých (HB 800) krehkých kryštálov kremíka, ktoré znižujú ťažnosť hliníka. Keď sú kremík a železo prítomné spolu, 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. Stupeň 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 pomer nečistôt železa a kremíka zahrnutých v zložení je odlišný.

Písmeno E v triede AE ​​​​znamená, že hliník tejto triedy je určený na výrobu elektrických vodičov. Ďalšou požiadavkou na vlastnosti hliníka je nízky elektrický odpor, ktorý by pre drôt z neho vyrobený 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 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 ošípaných 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 je od 210 do 2190 kg. Dĺžka ingotu je dohodnutá so zákazníkom.

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

Na dezoxidáciu ocele pri jej tavení, ako aj na výrobu ferozliatin a aluminotermiu môžete použiť lacnejší hliník nižšej čistoty, ako je uvedené v tabuľke „Čistota hliníka rôznych tried“. 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 %, kremíka a medi až 5 %.

Použitie hliníka je spôsobené zvláštnosťou jeho vlastností. Kombinácia ľahkosti s dostatočne vysokou elektrickou vodivosťou umožňuje použitie hliníka ako vodiča elektrického prúdu, ktorý nahrádza drahšiu meď. Rozdiel v elektrickej vodivosti medi (631 ohmov) a hliníka (371 ohmov) je kompenzovaný zväčšením prierezu hliníkového drôtu. Nízka hmotnosť hliníkových drôtov umožňuje ich zavesenie v oveľa väčšej vzdialenosti medzi podperami ako v prípade medených drôtov, bez obáv z pretrhnutia drôtu vplyvom ich vlastnej hmotnosti. Vyrábajú sa z neho aj káble, prípojnice, kondenzátory a 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 predtým používanú drahšiu cínovú fóliu. 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 nanášať plátovaním, difúznou metalizáciou a inými metódami vrátane náteru farbami a lakmi s obsahom hliníka. Obzvlášť bežné je hliníkové opláštenie plochých valcovaných výrobkov vyrobených z menej odolných hliníkových zliatin.

Chemická aktivita hliníka vo vzťahu ku kyslíku sa využíva na dezoxidáciu pri výrobe polotichej a pokojnej ocele a na výrobu ťažko redukovateľných kovov vytláčaním hliníka z ich kyslíkatých zlúčenín.

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

Môžeme menovať ďalšie oblasti použitia hliníka rôzneho stupňa čistoty, no najväčšie množstvo sa vynakladá na výrobu rôznych ľahkých zliatin na jeho báze. Informácie o hlavných sú uvedené nižšie.

Vo všeobecnosti sa využitie hliníka v rôznych odvetviach hospodárstva na príklade vyspelých kapitalistických krajín odhaduje na tieto čísla: 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 stále nové oblasti 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 kvalitatívnych ukazovateľov hliníkových rúd je najdôležitejšie zloženie prímesí, ktorých škodlivosť a užitočnosť je daná použitím rudy.

Bauxit je najlepšou a hlavnou surovinou na výrobu hliníka na celom svete. Používa sa aj na výrobu umelého korundu, vysoko žiaruvzdorných výrobkov a na iné účely. Z hľadiska chemického zloženia je táto sedimentárna hornina zmesou hydrátov oxidu hlinitého AlO nH2O s oxidmi železa, kremíka, titánu a ďalších prvkov. Najbežnejšie hydráty oxidu hlinitého nachádzajúce sa v bauxite sú minerály diaspóra, boehmit a hydrargellit. Obsah oxidu hlinitého v bauxite sa aj v jednom ložisku pohybuje vo veľmi širokých medziach – od 35 do 70 %.

Minerály, ktoré tvoria bauxit, tvoria veľmi jemnú zmes, ktorá 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 získava oxid hlinitý a následne sa z neho získava hliník.

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

V SNŠ sú ložiská bauxitu rozmiestnené nerovnomerne a bauxit z rôznych ložísk má nerovnakú kvalitu. Najkvalitnejšie ložiská bauxitu sa nachádzajú na Urale. Veľké zásoby bauxitu sú dostupné aj v európskej časti SNŠ a západnom Kazachstane.

Z priemyselne vyspelých krajín je dnes prakticky zabezpečené len Francúzsko, kde sa jeho rozvoj začal prvýkrát. Jeho spoľahlivé a pravdepodobné zásoby v tejto skupine krajín sa v roku 1975 odhadovali na 4,8 miliardy ton (vrátane 4,6 miliardy ton v Austrálii), zatiaľ čo v rozvojových krajinách to bolo 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 v množstve 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 bola v rozvojových krajinách).

Na rozdiel od rozvojových krajín, Austrália bohatá na palivo spracováva väčšinu svojej produkcie bauxitu (väčšinou z polostrova York, najväčšieho svetového ložiska bauxitu) na oxid hlinitý, ktorý zohráva kľúčovú úlohu v jej globálnom exporte. Nie je to príklad, krajiny Karibiku a západnej Afriky vyvážajú najmä bauxit. Je to z dôvodov politických (svetové hliníkové monopoly preferujú výrobu oxidu hlinitého mimo od nich závislých krajín ťažiacich bauxit), ako aj z čisto ekonomických dôvodov: bauxit je na rozdiel od rúd ťažkých neželezných kovov prepraviteľný (obsahuje 35- 65 % oxidu hlinitého) a výroba oxidu hlinitého si vyžaduje značné špecifické náklady, ktoré veľká väčšina krajín ťažiacich bauxit nemá.

V snahe odolať diktátu svetových hliníkových monopolov vytvorili krajiny vyvážajúce bauxit v roku 1973 Medzinárodnú asociáciu krajín ťažiacich bauxit (IABC). 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 % produkcie bauxitu v nesocialistických štátoch.

Pre priemysel výroby hliníka je charakteristická teritoriálna priepasť medzi ťažbou bauxitu a výrobou oxidu hlinitého, ako aj medzi výrobou bauxitu a tavením primárneho hliníka. Najväčšia produkcia oxidu hlinitého (až 1 – 1,3 mil. ton ročne) je lokalizovaná jednak v hlinikárňach (napríklad v kanadskom závode v Arvide v Quebecu, ktorý má výrobnú kapacitu 0,4 mil. ton hliníka ročne), ako aj v r. prístavy vyvážajúce bauxit (napríklad Paranam v Suriname), ako aj na bauxitových trasách z druhého do prvého - napríklad v USA na pobreží Mexického zálivu (Corpus Christi, Point Comfort).

U nás je všetok vyťažený bauxit rozdelený do desiatich tried. Hlavný rozdiel medzi rôznymi druhmi bauxitu je v tom, že obsahujú rôzne množstvá hlavnej extrahovateľnej zložky, oxidu hlinitého, a majú rôzne hodnoty modulu kremíka, t.j. odlišný obsah oxidu hlinitého od obsahu škodlivých nečistôt oxidu kremičitého v bauxite (AlO SiO). Kremíkový modul je veľmi dôležitým ukazovateľom kvality bauxitu, od ktorého do značnej miery závisí jeho aplikácia a technológia spracovania.

Obsah vlhkosti v bauxite akejkoľvek kvality sa stanovuje v závislosti od ich ložiska: najnižší obsah vlhkosti (nie viac ako 7%) je stanovený pre bauxit z ložísk južného Uralu a pre ložiská Severný Ural, Kamensk-Ural a Tikhvin - nie viac ako 12, 16 a 22 %. Indikátor vlhkosti nie je kritériom odmietnutia a používa sa iba pri dohodách so spotrebiteľom.

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