Dați caracteristicile aluminiului conform planului. Proprietățile chimice și fizice ale aluminiului

Aluminiuîn forma sa pură a fost mai întâi izolat 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 separării aluminiului 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 pentru a reaminti 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, de asemenea, 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 transforma in fum doar datorita peliculei de oxid si 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. Ca urmare, se formează săruri de aluminiu. Sărurile de hidrogen se obțin prin combinarea celui de-al 13-lea element cu soluții acide. Reacția va avea loc și cu alcalii, dar numai după îndepărtarea peliculei de oxid. Se va elibera hidrogen pur.

Aplicarea aluminiului

Metalul este pulverizat pe oglinzi. 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 al ușurinței 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 curburi și tranziții constructive pe modelele moderne de mașini.

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 se află 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 mentine in 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 se finalizează prin turnarea din sediment 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 motor. 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 diferite puncte, aluminiul este acceptat mai scump sau mai ieftin. Adesea costul materialelor depinde de volumele livrate.

(Al), galiu (Ga), indiu (In) și taliu (T l).

După cum se poate observa din datele furnizate, toate aceste elemente au fost deschise în al XIX-lea.

Descoperirea metalelor subgrupului principal III grupuri

LA	Al	Ga	În	Tl
1806	1825	1875	1863	1861
G. Lussac,	G.H. Oersted	L. de Boisbaudran	F. Reich,	W. Escrocii
L. Tenard	(Danemarca)	(Franţa)	I. Richter	(Anglia)
(Franţa)			(Germania)

Borul este un nemetal. Aluminiul este un metal de tranziție, în timp ce galiul, indiul și taliul sunt metale pline. Astfel, odată cu creșterea razelor atomice ale elementelor fiecărei grupe a sistemului periodic cresc proprietățile metalice ale substanțelor simple.

În această prelegere, vom arunca o privire mai atentă asupra proprietăților aluminiului.

1. Poziția aluminiului în tabelul lui D. I. Mendeleev. Structura atomului, stările de oxidare prezentate.

Elementul din aluminiu este situat în III grupa, subgrupa principală „A”, a treia perioadă a sistemului periodic, numărul de serie nr. 13, masa atomică relativă Ar (Al ) = 27. Vecinul său din stânga în tabel este magneziul, un metal tipic, iar în dreapta, siliciul, care nu mai este un metal. Prin urmare, aluminiul trebuie să prezinte proprietăți de natură intermediară, iar compușii săi sunt amfoteri.

Al +13) 2) 8) 3 , p este un element,

Stare de bază 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
stare de excitat 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Aluminiul prezintă o stare de oxidare de +3 în compuși:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Proprietăți fizice

Aluminiul sub formă liberă este un metal alb-argintiu cu conductivitate termică și electrică ridicată.Temperatura de topire este de 650 ° C. Aluminiul are o densitate scăzută (2,7 g / cm 3) - de aproximativ trei ori mai mică decât cea a fierului sau a cuprului și, în același timp, este un metal durabil.

3. A fi în natură

În ceea ce privește prevalența în natură, ocupă Primul între metale și al treilea între elemente al doilea numai după oxigen și siliciu. Procentul de conținut de aluminiu din scoarța terestră, conform diverșilor cercetători, variază între 7,45 și 8,14% din masa scoarței terestre.

În natură, aluminiul apare numai în compuși (minerale).

Unii dintre ei:

· Bauxite - Al 2 O 3 H 2 O (cu impurități SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefeline - KNa 3 4

· Alunite - KAl(SO4)22Al(OH)3

· Alumină (amestecuri de caolini cu nisip SiO 2, calcar CaCO 3, magnezit MgCO 3)

· Corindon - Al 2 O 3

· Feldspat (ortoclază) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Caolinit - Al 2 O 3 × 2 SiO 2 × 2H 2 O

· Alunita - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3

· Beril - 3BeO Al2O36SiO2

Bauxită
Al2O3	Corindon
	Rubin
	Safir

4. Proprietățile chimice ale aluminiului și ale compușilor săi

Aluminiul interacționează ușor cu oxigenul în condiții normale și este acoperit cu o peliculă de oxid (oferă un aspect mat).

DEMONSTRAREA FILMULUI DE OXID

Grosimea sa este de 0,00001 mm, dar datorită lui, aluminiul nu se corodează. Pentru a studia proprietățile chimice ale aluminiului, pelicula de oxid este îndepărtată. (Folosind șmirghel sau chimic: mai întâi coborând într-o soluție alcalină pentru a îndepărta pelicula de oxid și apoi într-o soluție de săruri de mercur pentru a forma un aliaj de aluminiu-mercur - un amalgam).

eu. Interacțiunea cu substanțe simple

Aluminiul aflat deja la temperatura camerei reacționează activ cu toți halogenii, formând halogenuri. Când este încălzit, interacționează cu sulful (200 °C), azot (800 °C), fosfor (500 °C) și carbon (2000 °C), cu iod în prezența unui catalizator - apă:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (sulfura de aluminiu),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (nitrură de aluminiu),

A l + P = A l P (fosfură de aluminiu),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (carbură de aluminiu).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (iodură de aluminiu) EXPERIENŢĂ

Toți acești compuși sunt complet hidrolizați cu formarea de hidroxid de aluminiu și, în consecință, hidrogen sulfurat, amoniac, fosfină și metan:

Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 S

Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH 4

Sub formă de ras sau pulbere, arde puternic în aer, eliberând o cantitate mare de căldură:

4A l + 3 O 2 \u003d 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

ARDEREA ALUMINIUULUI ÎN AER

EXPERIENŢĂ

II. Interacțiunea cu substanțe complexe

Interacțiunea cu apa :

2 Al + 6 H 2 O \u003d 2 Al (OH) 3 +3 H 2

fără peliculă de oxid

EXPERIENŢĂ

Interacțiunea cu oxizii metalici:

Aluminiul este un agent reducător bun, deoarece este unul dintre metalele active. Este în seria de activitate imediat după metalele alcalino-pământoase. Asa de reface metalele din oxizii lor . O astfel de reacție - aluminotermia - este folosită pentru a obține metale rare pure, precum wolfram, vanadiul etc.

3 Fe 3 O 4 +8 Al \u003d 4 Al 2 O 3 +9 Fe + Q

Amestecul de termită de Fe 3 O 4 și Al (pulbere) este, de asemenea, utilizat în sudarea cu termită.

C r 2 O 3 + 2A l \u003d 2C r + A l 2 O 3

Interacțiunea cu acizii :

Cu o soluție de acid sulfuric: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Nu reacționează cu sulfurii și azotații concentrați la rece (pasivați). Prin urmare, acidul azotic este transportat în rezervoare de aluminiu. Când este încălzit, aluminiul este capabil să reducă acești acizi fără a elibera hidrogen:

2A l + 6H 2 S O 4 (conc) \u003d A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A l + 6H NO 3 (conc) \u003d A l (NO 3) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Interacțiunea cu alcalii .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O \u003d 2 Na [ Al(OH)4 ] +3H2

EXPERIENŢĂ

N / A[DARl(OH) 4] – tetrahidroxoaluminat de sodiu

La sugestia chimistului Gorbov, în timpul războiului ruso-japonez, această reacție a fost folosită pentru a produce hidrogen pentru baloane.

Cu soluții sărate:

2 Al + 3 CuSO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 Cu

Dacă suprafața aluminiului este frecată cu sare de mercur, atunci are loc următoarea reacție:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 hg

Mercurul eliberat dizolvă aluminiul, formând un amalgam .

Detectarea ionilor de aluminiu în soluții : EXPERIENŢĂ

5. Aplicarea aluminiului și a compușilor săi

Proprietățile fizice și chimice ale aluminiului au dus la utilizarea sa pe scară largă în tehnologie. Industria aviației este un mare consumator de aluminiu.: 2/3 aeronava este fabricata din aluminiu si aliajele acestuia. O aeronavă din oțel ar fi prea grea și ar putea transporta mult mai puțini pasageri. Prin urmare, aluminiul este numit metal înaripat. Cablurile și firele sunt fabricate din aluminiu: cu aceeași conductivitate electrică, masa lor este de 2 ori mai mică decât produsele corespunzătoare din cupru.

Având în vedere rezistența la coroziune a aluminiului, acesta fabricarea de piese de aparate si recipiente pentru acid azotic. Pulberea de aluminiu este baza pentru fabricarea vopselei argintii pentru a proteja produsele din fier de coroziune, precum și pentru a reflecta razele termice, o astfel de vopsea este folosită pentru a acoperi depozitele de ulei și costumele pompierilor.

Oxidul de aluminiu este folosit pentru a produce aluminiu și, de asemenea, ca material refractar.

Hidroxidul de aluminiu este componenta principală a cunoscutelor medicamente Maalox, Almagel, care scad aciditatea sucului gastric.

Sărurile de aluminiu sunt puternic hidrolizate. Această proprietate este utilizată în procesul de purificare a apei. În apa care urmează să fie purificată se adaugă sulfat de aluminiu și o cantitate mică de var stins pentru a neutraliza acidul rezultat. Ca urmare, se eliberează un precipitat volumetric de hidroxid de aluminiu, care, depunându-se, ia cu el particule în suspensie de turbiditate și bacterii.

Astfel, sulfatul de aluminiu este un coagulant.

6. Obținerea aluminiului

1) Metoda modernă și rentabilă pentru producerea aluminiului a fost inventată de American Hall și francezul Héroux în 1886. Constă în electroliza unei soluții de oxid de aluminiu în criolit topit. Criolitul topit Na 3 AlF 6 dizolvă Al 2 O 3 pe măsură ce apa dizolvă zahărul. Electroliza unei „soluții” de oxid de aluminiu în criolitul topit are loc ca și cum criolitul ar fi doar un solvent, iar oxidul de aluminiu ar fi un electrolit.

2Al 2 O 3 curent electric → 4Al + 3O 2

În Enciclopedia engleză pentru băieți și fete, un articol despre aluminiu începe cu următoarele cuvinte: „La 23 februarie 1886, a început o nouă epocă a metalelor în istoria civilizației - epoca aluminiului. În această zi, Charles Hall, un chimist de 22 de ani, a apărut în laboratorul primului său profesor cu o duzină de bile mici de aluminiu alb-argintiu în mână și cu vestea că a găsit o modalitate de a fabrica acest metal. ieftin și în cantități mari. Așa că Hall a devenit fondatorul industriei americane de aluminiu și un erou național anglo-saxon, ca un om care a făcut o mare afacere din știință.

2) 2Al 2 O 3 +3 C \u003d 4 Al + 3 CO 2

ESTE INTERESANT:

• Aluminiul metalic a fost izolat pentru prima dată în 1825 de către fizicianul danez Hans Christian Oersted. Prin trecerea clorului gazos printr-un strat de alumină fierbinte amestecat cu cărbune, Oersted a izolat clorură de aluminiu fără cea mai mică urmă de umiditate. Pentru a restabili aluminiul metalic, Oersted trebuia să trateze clorura de aluminiu cu amalgam de potasiu. După 2 ani, chimistul german Friedrich Wöller. El a îmbunătățit metoda prin înlocuirea amalgamului de potasiu cu potasiu pur.
• În secolele al XVIII-lea și al XIX-lea, aluminiul a fost principalul metal de bijuterii. În 1889, la Londra, D.I. Mendeleev a primit un cadou valoros pentru serviciile sale pentru dezvoltarea chimiei - cântare din aur și aluminiu.
• Până în 1855, omul de știință francez Saint-Clair Deville a dezvoltat un proces de producere a aluminiului metal la scară industrială. Dar metoda era foarte costisitoare. Deville s-a bucurat de patronajul special al lui Napoleon al III-lea, împăratul Franței. În semn al devotamentului și al recunoștinței sale, Deville a realizat pentru fiul lui Napoleon, prințul nou-născut, un zdrănător gravat elegant - primul „produs de consum” din aluminiu. Napoleon chiar intenționa să-și echipeze paznicii cu cuirase de aluminiu, dar prețul era prohibitiv. La acel moment, 1 kg de aluminiu costa 1000 de mărci, adică. De 5 ori mai scump decât argintul. Abia după inventarea procedeului electrolitic, aluminiul a devenit la fel de valoros ca metalele convenționale.
• Știați că aluminiul, pătrunzând în corpul uman, provoacă o tulburare a sistemului nervos.Când este în exces, metabolismul este perturbat. Iar agenții de protecție sunt vitamina C, calciul, compușii de zinc.
• Când aluminiul arde în oxigen și fluor, se eliberează multă căldură. Prin urmare, este folosit ca aditiv pentru combustibilul pentru rachete. Racheta Saturn arde 36 de tone de pulbere de aluminiu în timpul zborului. Ideea utilizării metalelor ca componentă a combustibilului pentru rachete a fost propusă pentru prima dată de F.A. Zander.

SIMULAtoare

Simulatorul nr. 1 - Caracteristicile aluminiului după poziție în sistemul periodic de elemente al lui D. I. Mendeleev

Simulatorul nr. 2 - Ecuații pentru reacțiile aluminiului cu substanțe simple și complexe

Simulatorul nr. 3 - Proprietățile chimice ale aluminiului

SARCINI DE INFORTARE

Numarul 1. Pentru a obține aluminiu din clorură de aluminiu, calciul metalic poate fi folosit ca agent reducător. Faceți o ecuație pentru această reacție chimică, caracterizați acest proces folosind balanța electronică.
Gândi! De ce nu poate fi efectuată această reacție într-o soluție apoasă?

nr 2. Finalizați ecuațiile reacțiilor chimice:
Al + H2S04 (soluție ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO 3 ( conc )-t ->
Al + NaOH + H20 ->

Numarul 3. Efectuați transformări:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

nr. 4. Rezolva problema:
Un aliaj de aluminiu-cupru a fost expus la un exces de soluție concentrată de hidroxid de sodiu în timp ce era încălzit. Au fost eliberați 2,24 litri de gaz (n.a.s.). Calculați compoziția procentuală a aliajului dacă masa lui totală a fost de 10 g?

PROPRIETATI ALE ALUMINULUI

Conţinut:

Clase de aluminiu

Proprietăți fizice

Proprietăți de coroziune

Proprietăți mecanice

Proprietăți tehnologice

Aplicație

clase de aluminiu.

Aluminiul se caracterizează prin conductivitate electrică și termică ridicată, rezistență la coroziune, ductilitate și rezistență la îngheț. Cea mai importantă proprietate a aluminiului este densitatea sa scăzută (aproximativ 2,70 g/cc) Punctul de topire al aluminiului este de aproximativ 660 C.

Proprietățile fizico-chimice, mecanice și tehnologice ale aluminiului sunt foarte dependente de tipul și cantitatea de impurități, care înrăutățesc majoritatea proprietăților metalului pur Principalele impurități naturale din aluminiu sunt fierul și siliciul. Fierul, de exemplu, este prezent ca o fază Fe-Al independentă, reduce conductivitatea electrică și rezistența la coroziune, înrăutățește ductilitatea, dar crește ușor rezistența aluminiului.

În funcție de gradul de purificare, aluminiul primar este împărțit în aluminiu de înaltă puritate și tehnică (GOST 11069-2001). Aluminiul tehnic include și clasele marcate AD, AD1, AD0, AD00 (GOST 4784-97). Aluminiul tehnic de toate gradele este obținut prin electroliza topiturii criolit-alumină. Aluminiul de înaltă puritate se obține prin purificarea suplimentară a aluminiului tehnic. Caracteristicile proprietăților aluminiului de înaltă și înaltă puritate sunt discutate în cărți

1) Știința metalelor a aluminiului și a aliajelor sale. Ed. I.N. Fridlyander. M. 1971.2) Proprietățile mecanice și tehnologice ale metalelor. A.V. Bobylev. M. 1980.

Tabelul de mai jos oferă un rezumat al majorității claselor de aluminiu. Este indicat și conținutul principalelor sale impurități naturale - siliciu și fier.

Marca	Al, %	Si, %	Fe, %	Aplicații
Aluminiu de înaltă puritate
A995	99.995	0.0015	0.0015	Echipamente chimice Folie pentru plăci de condensatoare Scopuri speciale
A98	99.98	0.006	0.006
A95	99.95	0.02	0.025
Aluminiu de calitate tehnica
A8 AD000	99.8	0.10 0.15	0.12 0.15	Sârmă pentru producție produse de cablu și sârmă (de la A7E și A5E). Materii prime pentru producerea aliajelor de aluminiu Folie Produse laminate (tije, benzi, foi, sarma, tevi)
A7 AD00	99.7	0.15	0.16 0.25
A6	99.6	0.18	0.25
A5E	99.5	0.10	0.20
A5 AD0	99.5	0.25 0.25	0.30 0.40
AD1	99.3	0.30	0.30
A0 IAD	99.0	0.95 Până la 1,0% în total

Principala diferență practică dintre aluminiul comercial și cel înalt purificat este legată de diferențele de rezistență la coroziune față de anumite medii. Desigur, cu cât gradul de purificare al aluminiului este mai mare, cu atât este mai scump.

Aluminiul de înaltă puritate este utilizat în scopuri speciale. Pentru producția de aliaje de aluminiu, produse din cablu și sârmă și produse laminate, se utilizează aluminiu tehnic. În continuare, vom vorbi despre aluminiu tehnic.

Conductivitate electrică.

Cea mai importantă proprietate a aluminiului este conductivitatea sa electrică ridicată, în care este al doilea după argint, cupru și aur. Combinația dintre conductivitate electrică ridicată și densitate scăzută permite aluminiului să concureze cu cuprul în domeniul produselor de cablu și sârmă.

Conductivitatea electrică a aluminiului, pe lângă fier și siliciu, este puternic afectată de crom, mangan și titan. Prin urmare, în aluminiul destinat fabricării conductoarelor de curent, conținutul mai multor impurități este reglementat. Deci, în aluminiul de calitate A5E cu un conținut admisibil de fier de 0,35% și siliciu de 0,12%, suma impurităților Cr + V + Ti + Mn nu trebuie să depășească doar 0,01%.

Conductivitatea electrică depinde de starea materialului. Recoacere pe termen lung la 350 C îmbunătățește conductivitatea, în timp ce întărirea la rece înrăutățește conductivitatea.

Valoarea rezistivității electrice la o temperatură de 20 C esteOhm*mm 2 /m sau µOhm*m :

0,0277 - sârmă de aluminiu recoaptă A7E

0,0280 - sârmă de aluminiu recoaptă A5E

0,0290 - după presare, fără tratament termic din aluminiu AD0

Astfel, rezistența electrică specifică a conductorilor de aluminiu este de aproximativ 1,5 ori mai mare decât rezistența electrică a conductorilor de cupru. În consecință, conductivitatea electrică (reciproca rezistivității) aluminiului este de 60-65% din conductibilitatea electrică a cuprului. Conductivitatea electrică a aluminiului crește odată cu scăderea cantității de impurități.

Coeficientul de temperatură al rezistenței electrice a aluminiului (0,004) este aproximativ același cu cel al cuprului.

Conductivitate termică

Conductivitatea termică a aluminiului la 20 C este de aproximativ 0,50 cal/cm*s*C și crește odată cu creșterea purității metalului. În ceea ce privește conductivitatea termică, aluminiul este al doilea după argint și cupru (aproximativ 0,90), de trei ori mai mare decât conductivitatea termică a oțelului moale. Această proprietate determină utilizarea aluminiului în radiatoarele de răcire și schimbătoarele de căldură.

Alte proprietăți fizice.

Aluminiul are un foarte mare căldura specifică(aproximativ 0,22 cal / g * C). Aceasta este mult mai mare decât pentru majoritatea metalelor (0,09 pentru cupru). Căldura specifică de fuziune este de asemenea foarte mare (aproximativ 93 cal/g). Pentru comparație, pentru cupru și fier, această valoare este de aproximativ 41-49 cal / g.

Reflectivitatea aluminiul este foarte dependent de puritatea sa. Pentru folia de aluminiu cu o puritate de 99,2%, reflectanța luminii albe este de 75%, iar pentru folia cu un conținut de aluminiu de 99,5% reflectanța este deja de 84%.

Proprietățile de coroziune ale aluminiului.

Aluminiul în sine este un metal foarte reactiv. Acest lucru este legat de utilizarea sa în aluminotermie și în producția de explozibili. Cu toate acestea, în aer, aluminiul este acoperit cu o peliculă subțire (aproximativ un micron) de oxid de aluminiu. Cu rezistență ridicată și inerție chimică, protejează aluminiul de oxidarea ulterioară și determină proprietățile sale ridicate anticorozive în multe medii.

În aluminiul de înaltă puritate, pelicula de oxid este continuă și neporoasă și are o aderență foarte puternică la aluminiu. Prin urmare, aluminiul de înaltă și deosebită puritate este foarte rezistent la acțiunea acizilor anorganici, alcalinelor, apei de mare și aerului. Aderența filmului de oxid la aluminiu în locurile în care se află impuritățile se deteriorează semnificativ și aceste locuri devin vulnerabile la coroziune. Prin urmare, aluminiul de puritate tehnică are o rezistență mai mică. De exemplu, în raport cu acidul clorhidric slab, rezistența aluminiului rafinat și tehnic diferă de 10 ori.

Aluminiul (și aliajele sale) prezintă de obicei coroziune prin pitting. Prin urmare, stabilitatea aluminiului și aliajelor sale în multe medii este determinată nu de o modificare a greutății probelor și nu de viteza de penetrare a coroziunii, ci de o modificare a proprietăților mecanice.

Conținutul de fier are principala influență asupra proprietăților de coroziune ale aluminiului comercial. Astfel, rata de coroziune într-o soluție de HCl 5% pentru diferite grade este (in):

Marca	ConţinutAl	Conținut Fe	Viteza de coroziune
A7	99.7 %	< 0.16 %	0.25 – 1.1
A6	99.6%	< 0.25%	1.2 – 1.6
A0	99.0%	< 0.8%	27 - 31

Prezența fierului reduce, de asemenea, rezistența aluminiului la alcalii, dar nu afectează rezistența la acizii sulfuric și azotic. În general, rezistența la coroziune a aluminiului tehnic, în funcție de puritate, se deteriorează în această ordine: A8 și AD000, A7 și AD00, A6, A5 și AD0, AD1, A0 și AD.

La temperaturi peste 100C, aluminiul interacționează cu clorul. Aluminiul nu interactioneaza cu hidrogenul, dar il dizolva bine, deci este componenta principala a gazelor prezente in aluminiu. Vaporii de apă, care se disociază la 500 C, au un efect dăunător asupra aluminiului; la temperaturi mai scăzute, efectul aburului este nesemnificativ.

Aluminiul este stabil în următoarele medii:

atmosfera industriala

Apă dulce naturală până la temperaturi de 180 C. Viteza de coroziune crește odată cu aerarea,

impurități de sodă caustică, acid clorhidric și sodă.

Apa de mare

Acid azotic concentrat

Săruri acide de sodiu, magneziu, amoniu, hiposulfit.

Soluții slabe (până la 10%) de acid sulfuric,

100% acid sulfuric

Soluții slabe de fosforic (până la 1%), cromic (până la 10%)

Acid boric în orice concentrație

Oțet, lămâie, vin. acid malic, sucuri de fructe acide, vin

Soluție de amoniac

Aluminiul este instabil în astfel de medii:

Acid azotic diluat

Acid clorhidric

Acid sulfuric diluat

Acid fluorhidric și bromhidric

Acid oxalic, formic

Soluții de alcalii caustici

Apă care conține săruri de mercur, cupru, ioni de clorură care distrug pelicula de oxid.

coroziunea de contact

În contact cu majoritatea metalelor și aliajelor tehnice, aluminiul servește ca anod și coroziunea acestuia va crește.

Proprietăți mecanice

Modul elastic E \u003d 7000-7100 kgf / mm 2 pentru aluminiu tehnic la 20 C. Odată cu creșterea purității aluminiului, valoarea acestuia scade (6700 pentru A99).

Modulul de forfecare G \u003d 2700 kgf / mm 2.

Principalii parametri ai proprietăților mecanice ale aluminiului tehnic sunt prezentați mai jos:

Parametru	Unitate rev.	deformat	Recoacit
Rezistenta la curgere? 0.2	kgf/mm 2	8 - 12	4 - 8
Rezistență la tracțiune? în	kgf/mm 2	13 - 16
Alungire la rupere?		5 – 10	30 – 40
Contracție relativă la pauză		50 - 60	70 - 90
Rezistența la forfecare	kgf/mm 2
Duritate	HB	30 - 35

Cifrele date sunt foarte orientative:

1) Pentru aluminiul recoapt și turnat, aceste valori depind de calitatea tehnică a aluminiului. Cu cât sunt mai multe impurități, cu atât rezistența și duritatea sunt mai mari și ductilitatea este mai mică. De exemplu, duritatea aluminiului turnat este: pentru A0 - 25HB, pentru A5 - 20HB și pentru aluminiu de înaltă puritate A995 - 15HB. Rezistența la tracțiune pentru aceste cazuri este: 8,5; 7,5 și 5 kgf/mm 2, și alungire 20; 30 și, respectiv, 45%.

2) Pentru aluminiul deformat, proprietățile mecanice depind de gradul de deformare, tipul de produs laminat și dimensiunile acestuia. De exemplu, rezistența la tracțiune este de cel puțin 15-16 kgf / mm 2 pentru sârmă și 8 - 11 kgf / mm 2 pentru țevi.

Cu toate acestea, în orice caz, aluminiul tehnic este un metal moale și fragil. Limita de curgere scăzută (chiar și pentru oțelul lucrat din greu nu depășește 12 kgf/mm 2) limitează utilizarea aluminiului în ceea ce privește sarcinile admisibile.

Aluminiul are o rezistență scăzută la fluaj: la 20 C - 5 kgf/mm 2 , iar la 200 C - 0,7 kgf/mm 2 . Pentru comparație: pentru cupru, aceste cifre sunt de 7 și, respectiv, 5 kgf / mm 2.

Temperatura scăzută de topire și temperatura de început de recristalizare (pentru aluminiul tehnic este de aproximativ 150 C), limita scăzută de fluaj limitează intervalul de temperatură al funcționării aluminiului din partea temperaturilor ridicate.

Ductilitatea aluminiului nu se deteriorează la temperaturi scăzute, până la heliu. Când temperatura scade de la +20 C la -269 C, rezistența la tracțiune crește de 4 ori pentru aluminiul tehnic și de 7 ori pentru aluminiul de înaltă puritate. Limita elastică în acest caz crește cu un factor de 1,5.

Rezistența la îngheț a aluminiului face posibilă utilizarea acestuia în dispozitive și structuri criogenice.

Proprietăți tehnologice.

Ductilitatea ridicată a aluminiului face posibilă producerea de folii (până la 0,004 mm grosime), produse ambute adânc și utilizarea acesteia pentru nituri.

Aluminiul de puritate tehnică prezintă fragilitate la temperaturi ridicate.

Prelucrabilitatea este foarte scăzută.

Temperatura de recoacere de recristalizare este de 350-400 C, temperatura de revenire este de 150 C.

Sudabilitate.

Dificultățile în sudarea aluminiului se datorează 1) prezenței unei pelicule puternice de oxid inert, 2) conductivității termice ridicate.

Cu toate acestea, aluminiul este considerat un metal foarte sudabil. Sudura are rezistența metalului de bază (recoacet) și aceleași proprietăți la coroziune. Pentru detalii despre sudarea aluminiului, vezi, de exemplu,www. loc de sudare.com.ua.

Aplicație.

Datorita rezistentei sale scazute, aluminiul este folosit doar pentru elementele structurale neincarcate, cand conductivitatea electrica sau termica ridicata, rezistenta la coroziune, ductilitatea sau sudabilitatea sunt importante. Piesele sunt legate prin sudare sau nituri. Aluminiul tehnic este folosit atât pentru turnare, cât și pentru producția de produse laminate.

În depozitul întreprinderii există întotdeauna table, sârmă și anvelope din aluminiu tehnic.

(vezi paginile relevante ale site-ului). La comanda se livrează porcii A5-A7.

Aluminiul este un element din grupa a 13-a din tabelul periodic al elementelor chimice, a treia perioadă, cu număr atomic 13. Aparține grupului metalelor ușoare. Cel mai comun metal și al treilea element chimic cel mai răspândit din scoarța terestră (după oxigen și siliciu).

Substanța simplă aluminiu este un metal ușor, paramagnetic alb-argintiu, ușor de turnat, turnat și prelucrat. Aluminiul are o conductivitate termică și electrică ridicată, rezistență la coroziune datorită formării rapide a peliculelor puternice de oxid care protejează suprafața de interacțiuni ulterioare.

Metoda modernă de obținere, procedeul Hall-Héroult. Constă în dizolvarea oxidului de aluminiu Al2O3 într-o topitură de criolit Na3AlF6, urmată de electroliză folosind electrozi de cocs consumabil sau anod de grafit. Această metodă de obținere necesită cantități foarte mari de energie electrică și, prin urmare, a primit aplicare industrială abia în secolul al XX-lea.

Metoda de laborator pentru obținerea aluminiului: reducerea clorurii de aluminiu anhidru cu potasiu metalic (reacția are loc la încălzire fără aer):

Metal alb-argintiu, ușor, densitate - 2,7 g / cm³, punct de topire pentru aluminiu tehnic - 658 ° C, pentru aluminiu de înaltă puritate - 660 ° C, ductilitate ridicată: pentru tehnic - 35%, pentru pur - 50%, laminat într-o foaie subțire și chiar folie. Aluminiul are conductivitate electrică ridicată (37 106 S/m) și conductivitate termică (203,5 W/(m K)), 65%, are reflectivitate ridicată a luminii.

Aluminiul formează aliaje cu aproape toate metalele. Cele mai cunoscute sunt aliajele cu cupru și magneziu (duralumin) și siliciu (siliciu).

În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, Pământul ocupă locul 1 în rândul metalelor și locul 3 în rândul elementelor, al doilea doar după oxigen și siliciu. Concentrația în masă a aluminiului în scoarța terestră, conform diverșilor cercetători, este estimată la 7,45 până la 8,14%. În natură, aluminiul, datorită activității sale chimice ridicate, apare aproape exclusiv sub formă de compuși.

Aluminiul natural constă aproape în întregime dintr-un singur izotop stabil, 27Al, cu urme neglijabile de 26Al, cel mai lung izotop radioactiv cu un timp de înjumătățire de 720.000 de ani, produs în atmosferă prin fisiunea nucleelor ​​de argon 40 de către cosmice de înaltă energie. protoni de rază.

În condiții normale, aluminiul este acoperit cu o peliculă subțire și puternică de oxid și, prin urmare, nu reacționează cu agenții oxidanți clasici: cu H2O (t°), O2, HNO3 (fără încălzire). Din acest motiv, aluminiul practic nu este supus coroziunii și, prin urmare, este solicitat pe scară largă de industria modernă. Cu toate acestea, atunci când filmul de oxid este distrus (de exemplu, la contactul cu soluții de săruri de amoniu NH4 +, alcalii fierbinți sau ca rezultat al amalgamării), aluminiul acționează ca un metal reducător activ. Este posibil să se prevină formarea unui film de oxid prin adăugarea de metale precum galiu, indiu sau staniu la aluminiu. În acest caz, suprafața aluminiului este umezită de eutectici cu punct de topire scăzut pe baza acestor metale.

Reacționează ușor cu substanțe simple:

cu oxigen pentru a forma alumină:

cu halogeni (cu excepția fluorului), formând clorură, bromură sau iodură de aluminiu:

reacţionează cu alte nemetale atunci când este încălzit:

cu fluor, formând fluorură de aluminiu:

cu sulf, formând sulfură de aluminiu:

cu azot pentru a forma nitrură de aluminiu:

cu carbon, formând carbură de aluminiu:

Sulfura de aluminiu și carbura de aluminiu sunt complet hidrolizate:

Cu substanțe complexe:

cu apă (după îndepărtarea peliculei de oxid de protecție, de exemplu, prin amalgamare sau prin soluții alcaline fierbinți):

cu alcalii (cu formarea de tetrahidroxoaluminați și alți aluminați):

Usor solubil in acizi clorhidric si sulfuric diluat:

Când este încălzit, se dizolvă în acizi - agenți de oxidare care formează săruri de aluminiu solubile:

reface metalele din oxizii lor (aluminotermie):

44. Compușii aluminiului, proprietățile lor amfotere

Configurația electronică a nivelului extern de aluminiu este … 3s23p1.

În starea excitată, unul dintre electronii s trece la o celulă liberă de subnivelul p, această stare corespunde valenței III și stării de oxidare +3. Există subniveluri d libere în stratul exterior de electroni al atomului de aluminiu.

Cei mai importanți compuși naturali sunt aluminosilicații:

argilă albă Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O, feldspat K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2, mica K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ H2O

Dintre celelalte forme naturale de apariție a aluminiului, bauxitele А12Оз ∙ nН2О, mineralele de corindon А12Оз și criolitul А1Fз ∙3NaF sunt de cea mai mare importanță.

Metal ușor, alb-argintiu, ductil, conduce bine electricitatea și căldura.

În aer, aluminiul este acoperit cu cel mai subțire (0,00001 mm), dar o peliculă de oxid foarte densă, care protejează metalul de oxidarea ulterioară și îi conferă un aspect mat.

Oxid de aluminiu А12О3

Solid alb, insolubil în apă, punct de topire 2050°C.

A12O3 natural este corindonul mineral. Cristale colorate transparente de corindon - rubin roșu - conțin un amestec de crom - și safir albastru - un amestec de titan și fier - pietre prețioase. De asemenea, sunt obținute artificial și utilizate în scopuri tehnice, de exemplu, pentru fabricarea de piese pentru instrumente de precizie, pietre în ceasuri etc.

Proprietăți chimice

Oxidul de aluminiu prezintă proprietăți amfotere

1. interacţiunea cu acizii

А12О3 + 6HCl = 2AlCI3 + 3H2O

2. interacţiunea cu alcalii

А12О3 + 2NaOH – 2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na

3. Când un amestec de oxid al metalului corespunzător cu pulbere de aluminiu este încălzit, are loc o reacție violentă, care duce la eliberarea de metal liber din oxidul preluat. Metoda de reducere cu Al (aluminiu) este adesea folosită pentru a obține un număr de elemente (Cr, Mn, V, W etc.) în stare liberă

2A1 + WO3 = A12Oz + W

4. interacţiune cu sărurile având un mediu puternic alcalin datorită hidrolizei

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

Hidroxid de aluminiu A1(OH)3

Al(OH)3 este un precipitat gelatinos alb voluminos, practic insolubil în apă, dar ușor solubil în acizi și baze puternice. Are deci un caracter amfoter.

Hidroxidul de aluminiu se obține prin reacția de schimb a sărurilor de aluminiu solubile cu alcalii.

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓

Această reacție poate fi utilizată ca una calitativă pentru ionul Al3+

Proprietăți chimice

1. interacţiunea cu acizii

Al(OH)3 +3HCI = 2AlCI3 + 3H2O

2. atunci când interacționează cu alcalii puternici, se formează aluminații corespunzători:

NaOH + A1(OH)3 = Na

3. descompunere termică

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Sărurile de aluminiu suferă hidroliză cationică, mediu acid (pH< 7)

Al3+ + H+OH- ↔ AlOH2+ + H+

Al(NO3)3 + H2O↔ AlOH(NO3)2 + HNO3

Sărurile solubile de aluminiu și acizii slabi suferă o hidroliză completă (ireversibilă)

Al2S3+ 3H2O = 2Al(OH)3 +3H2S

Oxidul de aluminiu Al2O3 - face parte din unele antiacide (de exemplu, Almagel), utilizate pentru creșterea acidității sucului gastric.

КAl(SO4)3 12H2О - alaunul de potasiu este utilizat în medicină pentru tratamentul bolilor de piele, ca agent hemostatic. De asemenea, este folosit ca tanin în industria pielii.

(CH3COO)3Al - lichid Burov - soluție 8% de acetat de aluminiu are efect astringent și antiinflamator, în concentrații mari are proprietăți antiseptice moderate. Se foloseste in forma diluata pentru clatire, lotiuni, pentru afectiuni inflamatorii ale pielii si mucoaselor.

AlCl3 - folosit ca catalizator în sinteza organică.

Al2(SO4)3 18 H20 - utilizat în tratarea apei.

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 mai ales 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 sunt caracterizate de 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 părții) de 4,04 la 20 C. Aluminiul nu are transformări alotropice.

In natura, aluminiul se gaseste sub forma de minereuri de aluminiu: bauxite, nefeline, alunite si 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 de 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 - precipită CaSiO, 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 alumină cristalină 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 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 anvelopele catodice 3, conectate la polul negativ al sursei de curent electric. Electrozii 5 sunt atașați la magistrala anodică 4. Înainte de începerea electrolizei, se toarnă un strat subțire de cocs pe fundul băii, electrozii sunt coborâți până când intră în contact cu acesta și curentul este pornit. Când ambalajul de carbon este încălzit, criolitul este introdus treptat. Când grosimea stratului de criolit topit este de 200-300 mm, alumina este încărcată cu o rată de 15% 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 piesa 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 stă la 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 calitățile (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 acestuia, 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, care conțin 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 al curentului electric, înlocuind cu el cuprul 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 efectuarea suspendării 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.

De asemenea, este utilizat pe scară largă în industria alimentară - din el se fabrică 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 acoperirea anticorozivă a altor metale și aliaje. Poate fi aplicat prin placare, metalizare prin difuzie și alte metode, inclusiv vopsirea cu vopsele și lacuri care conțin aluminiu. Plasarea 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 și 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 capătă 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 folosit 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 care alcătuiesc bauxita 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 înaltă 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, acolo 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 prelucrează 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 de minerit 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 uzina 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 el.

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.