Podajte značilnosti aluminija po načrtu. Kemijske in fizikalne lastnosti aluminija

aluminij v čisti obliki je prvi izoliral Friedrich Wöhler. Nemški kemik je brezvodni klorid segreval s kovinskim kalijem. Zgodilo se je v drugi polovici 19. stoletja. Pred 20. stoletjem kg aluminija stane več.

Novo kovino so si lahko privoščili le bogati in država. Razlog za visoke stroške je težava pri ločevanju aluminija od drugih snovi. Metodo pridobivanja elementa v industrijskem obsegu je predlagal Charles Hall.

Leta 1886 je oksid raztopil v talini kriolita. Nemec je mešanico zaprl v granitno posodo in nanjo priključil električni tok. Na dnu posode so se usedle plošče iz čiste kovine.

Kemijske in fizikalne lastnosti aluminija

Kakšen aluminij? Srebrno bela, sijoča. Zato je Friedrich Wöhler primerjal kovinska zrnca, ki jih je prejel. Vendar je bilo opozorilo - aluminij je veliko lažji.

Plastičnost je blizu dragocenosti in. aluminij je snov, brez težav se raztegne v tanko žico in liste. Dovolj je, da se spomnimo folije. Izdelana je na podlagi 13. elementa.

Aluminij je zaradi svoje nizke gostote lahek. To je trikrat manj kot pri železu. Hkrati 13. element skoraj ni slabši po moči.

Zaradi te kombinacije je srebrna kovina postala nepogrešljiva v industriji, na primer pri proizvodnji avtomobilskih delov. Govorimo o obrtni proizvodnji, ker varjenje aluminija možno tudi doma.

aluminijasta formula omogoča aktivno odbijanje svetlobe, pa tudi toplotnih žarkov. Visoka je tudi električna prevodnost elementa. Glavna stvar je, da ga ne pregrejete. Stopilo se bo pri 660 stopinjah. Zvišajte temperaturo nekoliko višje - zagorelo bo.

Samo kovina bo izginila aluminijev oksid. Nastane tudi v standardnih pogojih, vendar le v obliki površinskega filma. Ščiti kovino. Zato se dobro upira koroziji, saj je dostop kisika blokiran.

Oksidni film tudi ščiti kovino pred vodo. Če s površine aluminija odstranimo obloge, se začne reakcija s H 2 O. Vodikovi plini se bodo sproščali tudi pri sobni temperaturi. Torej, aluminijast čoln se ne spremeni v dim samo zaradi oksidnega filma in zaščitne barve, ki je nanesena na ladijski trup.

Najbolj aktiven interakcija z aluminijem z nekovinami. Reakcije z bromom in klorom potekajo tudi v normalnih pogojih. Posledično nastanejo aluminijeve soli. Vodikove soli dobimo z združevanjem 13. elementa s kislinskimi raztopinami. Reakcija bo potekala tudi z alkalijami, vendar šele po odstranitvi oksidnega filma. Izpustil se bo čisti vodik.

Uporaba aluminija

Kovina se razprši na ogledala. Dobra odbojnost svetlobe. Postopek poteka v vakuumskih pogojih. Izdelujejo ne le standardna ogledala, temveč tudi predmete z zrcalnimi površinami. To so: keramične ploščice, gospodinjski aparati, svetilke.

Duet aluminij-baker- duralumin osnova. Imenuje se preprosto Dural. Kot dodano. Sestava je 7-krat močnejša od čistega aluminija, zato je primerna za področje strojništva in oblikovanja letal.

Baker daje 13. elementu moč, ne pa tudi teže. Dural ostaja 3-krat lažji od železa. majhna masa aluminija- zastava lahkotnosti avtomobilov, letal, ladij. To poenostavlja transport, delovanje, znižuje ceno izdelkov.

Kupi aluminij proizvajalci avtomobilov si prizadevajo tudi zato, ker se na njegove zlitine zlahka nanašajo zaščitne in dekorativne spojine. Barva se hitreje in bolj enakomerno polaga kot na jeklo, plastiko.

Hkrati so zlitine temprane, enostavne za obdelavo. To je dragoceno glede na množico ovinkov in konstruktivnih prehodov na sodobnih modelih avtomobilov.

13. element ni le enostaven za barvanje, ampak lahko deluje tudi kot barvilo. Kupljeno v tekstilni industriji aluminijev sulfat. Prav tako pride prav pri tisku, kjer so potrebni netopni pigmenti.

Zanimivo je to rešitev sulfat aluminij uporablja se tudi za čiščenje vode. V prisotnosti "sredstva" se škodljive nečistoče oborijo in nevtralizirajo.

Nevtralizira 13. element in kisline. V tej vlogi je še posebej dober. aluminijev hidroksid. Cenjen je v farmakologiji, medicini, dodaja zdravilom proti zgagi.

Hidroksid je predpisan tudi za razjede, vnetne procese črevesnega trakta. Torej obstaja tudi zdravilo v lekarni aluminij. Kislina v želodcu - razlog za več informacij o takih zdravilih.

V ZSSR so kovali tudi bron z 11-odstotnim dodatkom aluminija. Vrednost znakov je 1, 2 in 5 kopejk. Začeli so proizvajati leta 1926, končali leta 1957. Toda proizvodnja aluminijastih pločevink za konzervirano hrano ni bila ustavljena.

Dušeno meso, kisa in drugi zajtrki turistov so še vedno pakirani v zabojnike na osnovi 13. elementa. Takšne pločevinke ne reagirajo s hrano, medtem ko so lahke in poceni.

Aluminijev prah je del številnih eksplozivnih mešanic, vključno s pirotehniko. V industriji se uporabljajo subverzivni mehanizmi na osnovi trinitrotoluena in zdrobljenega elementa 13. Močan eksploziv dobimo tudi z dodajanjem amonijevega nitrata aluminiju.

Naftna industrija potrebuje aluminijev klorid. Ima vlogo katalizatorja pri razgradnji organske snovi na frakcije. Olje ima sposobnost sproščanja plinastih, lahkih ogljikovodikov bencinskega tipa, ki medsebojno delujejo s kloridom 13. kovine. Reagent mora biti brezvoden. Po dodajanju klorida zmes segrejemo na 280 stopinj Celzija.

V gradbeništvu pogosto mešam natrij in aluminij. Izkazalo se je, da je dodatek betonu. Natrijev aluminat pospešuje njegovo strjevanje s pospeševanjem hidracije.

Hitrost mikrokristalizacije se poveča, kar pomeni, da se povečata trdnost in trdota betona. Poleg tega natrijev aluminat varuje okovje, položeno v raztopino, pred korozijo.

Kopanje aluminija

Kovina zapira prve tri najpogostejše na svetu. To pojasnjuje njegovo razpoložljivost in široko uporabo. Vendar pa narava ne daje elementa človeku v njegovi čisti obliki. Aluminij je treba izolirati iz različnih spojin. Večina 13. elementa je v boksitih. To so gline podobne kamnine, skoncentrirane predvsem v tropskem območju.

Boksit se zdrobi, nato posuši, ponovno zdrobi in zmelje v prisotnosti majhne količine vode. Izkaže se gosta masa. Segreva se s paro. Hkrati pa večina boksita tudi ni slaba izhlapi. Oksid 13. kovine ostane.

Postavljen je v industrijske kopeli. Že vsebujejo staljeni kriolit. Temperatura se vzdržuje pri približno 950 stopinjah Celzija. Potrebujemo tudi električni tok z močjo najmanj 400 kA. To pomeni, da se uporablja elektroliza, tako kot pred 200 leti, ko je element izoliral Charles Hall.

Pri prehodu skozi vročo raztopino tok prekine vezi med kovino in kisikom. Kot rezultat, na dnu kopeli ostane čisto aluminij. Reakcije Dokončano. Postopek se zaključi z ulivanjem iz usedline in pošiljanjem potrošniku ali uporabo za oblikovanje različnih zlitin.

Glavna proizvodnja aluminija se nahaja na istem mestu kot nahajališča boksita. V ospredju je Gvineja. V njegovih nedrih se skriva skoraj 8.000.000 ton 13. elementa. Avstralija je na 2. mestu s kazalnikom 6 000 000. V Braziliji je aluminija že 2-krat manj. Svetovne rezerve so ocenjene na 29.000.000 ton.

cena aluminija

Za tono aluminija zahtevajo skoraj 1500 ameriških dolarjev. To so podatki borz barvnih kovin na dan 20.1.2016. Stroške določajo predvsem industrijalci. Natančneje, na ceno aluminija vpliva njihovo povpraševanje po surovinah. Vpliva na zahteve dobaviteljev in stroške električne energije, saj je proizvodnja 13. elementa energetsko intenzivna.

Druge cene so določene za aluminij. Gre v taljenje. Cena je objavljena na kilogram, pomembna pa je narava dobavljenega materiala.

Torej, za električno kovino dajejo približno 70 rubljev. Za aluminij za živila lahko dobite 5-10 rubljev manj. Enako se plača za motorno kovino. Če je najeta mešana sorta, je njena cena 50-55 rubljev na kilogram.

Najcenejša vrsta ostankov so aluminijasti ostružki. Za to uspe pridobiti le 15-20 rubljev. Malo več bo dano za 13. element. To se nanaša na posode za pijačo, konzervirano hrano.

Podcenjeni so tudi aluminijasti radiatorji. Cena za kilogram ostanka je približno 30 rubljev. To so povprečne številke. V različnih regijah, na različnih točkah, je aluminij sprejet dražje ali ceneje. Pogosto so stroški materiala odvisni od dostavljenih količin.

(A l ), ​​galij (Ga ), indij (In ) in talij (T l ).

Kot je razvidno iz podanih podatkov, so bili vsi ti elementi odprti v XIX stoletja.

Odkritje kovin glavne podskupine III skupine

AT	Al	Ga	V	Tl
1806	1825	1875	1863	1861
G. Lussac,	G.H. Oersted	L. de Boisbaudran	F. Reich,	W. Crooks
L. Tenard	(Danska)	(Francija)	I. Richter	(Anglija)
(Francija)			(Nemčija)

Bor je nekovina. Aluminij je prehodna kovina, medtem ko so galij, indij in talij polne kovine. Tako se s povečanjem atomskih polmerov elementov vsake skupine periodnega sistema povečajo kovinske lastnosti preprostih snovi.

V tem predavanju si bomo podrobneje ogledali lastnosti aluminija.

1. Položaj aluminija v tabeli D. I. Mendelejeva. Struktura atoma, prikazana oksidacijska stanja.

Aluminijasti element se nahaja v III skupina, glavna podskupina "A", 3. obdobje periodnega sistema, zaporedna številka 13, relativna atomska masa Ar (Al ) = 27. Njegov sosed na levi v tabeli je magnezij, tipična kovina, na desni pa silicij, ki ni več kovina. Zato mora aluminij pokazati lastnosti neke vmesne narave in njegove spojine so amfoterne.

Al +13) 2) 8) 3 , p je element,

Osnovno stanje 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
vznemirjeno stanje 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Aluminij ima oksidacijsko stanje +3 v spojinah:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Fizikalne lastnosti

Aluminij proste oblike je srebrno bela kovina z visoko toplotno in električno prevodnostjo.Temperatura taljenja je 650 ° C. Aluminij ima nizko gostoto (2,7 g / cm 3) - približno trikrat manj kot železo ali baker, hkrati pa je trpežna kovina.

3. Biti v naravi

Glede na razširjenost v naravi zaseda 1. med kovinami in 3. med elementi drugi le kisik in silicij. Odstotek vsebnosti aluminija v zemeljski skorji se po mnenju različnih raziskovalcev giblje od 7,45 do 8,14 % mase zemeljske skorje.

V naravi se aluminij pojavlja le v spojinah (minerali).

Nekateri od njih:

· boksiti - Al 2 O 3 H 2 O (z nečistočami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefelini - KNa 3 4

· Aluniti - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Aluminijev oksid (mešanice kaolinov s peskom SiO 2, apnencem CaCO 3, magnezitom MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Feldspar (ortoklaz) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

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

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

· Beril - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

boksit
Al2O3	Korund
	Ruby
	safir

4. Kemijske lastnosti aluminija in njegovih spojin

Aluminij v normalnih pogojih zlahka komunicira s kisikom in je prekrit z oksidnim filmom (daje mat videz).

DEMONSTRACIJA OKSIDNEGA FILMA

Njegova debelina je 0,00001 mm, zahvaljujoč temu pa aluminij ne korodira. Za preučevanje kemičnih lastnosti aluminija se odstrani oksidni film. (Z brusnim papirjem ali kemično: najprej s spuščanjem v alkalno raztopino, da odstranimo oksidni film, nato pa v raztopino živosrebrovih soli, da nastane aluminij-živosrebrova zlitina - amalgam).

jaz. Interakcija s preprostimi snovmi

Aluminij že pri sobni temperaturi aktivno reagira z vsemi halogeni in tvori halogenide. Pri segrevanju sodeluje z žveplom (200 °C), dušikom (800 °C), fosforjem (500 °C) in ogljikom (2000 °C), z jodom v prisotnosti katalizatorja - vode:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (aluminijev sulfid),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (aluminijev nitrid),

A l + P = A l P (aluminijev fosfid),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (aluminijev karbid).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (aluminijev jodid) IZKUŠNJE

Vse te spojine so popolnoma hidrolizirane s tvorbo aluminijevega hidroksida in s tem vodikovega sulfida, amoniaka, fosfina in metana:

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

V obliki ostružkov ali prahu močno gori na zraku in sprošča veliko toplote:

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

ZGORENJE ALUMINIJA V ZRAKU

IZKUŠNJE

II. Interakcija s kompleksnimi snovmi

Interakcija z vodo :

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

brez oksidnega filma

IZKUŠNJE

Interakcija s kovinskimi oksidi:

Aluminij je dobro redukcijsko sredstvo, saj je ena izmed aktivnih kovin. Je v seriji aktivnosti takoj za zemeljskoalkalijskimi kovinami. Torej obnavlja kovine iz njihovih oksidov . Takšna reakcija - aluminotermija - se uporablja za pridobivanje čistih redkih kovin, kot so volfram, vanadij itd.

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

Termitna mešanica Fe 3 O 4 in Al (prah) se uporablja tudi pri termitnem varjenju.

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

Interakcija s kislinami :

Z raztopino žveplove kisline: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Ne reagira s hladno koncentrirano žveplovo in dušiko (pasivira). Zato se dušikova kislina prevaža v aluminijastih rezervoarjih. Pri segrevanju lahko aluminij zmanjša te kisline brez sproščanja vodika:

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

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

Interakcija z alkalijami .

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

IZKUŠNJE

Na[AMPAKl(OH) 4] – natrijev tetrahidroksoaluminat

Na predlog kemika Gorbova so med rusko-japonsko vojno to reakcijo uporabili za proizvodnjo vodika za balone.

S solnimi raztopinami:

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

Če površino aluminija podrgnemo z živosrebrno soljo, pride do naslednje reakcije:

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

Sproščeno živo srebro raztopi aluminij in tvori amalgam .

Detekcija aluminijevih ionov v raztopinah : IZKUŠNJE

5. Uporaba aluminija in njegovih spojin

Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija so privedle do njegove široke uporabe v tehnologiji. Letalska industrija je glavni porabnik aluminija.: 2/3 letala je izdelano iz aluminija in njegovih zlitin. Letalo iz jekla bi bilo pretežko in bi lahko prevažalo veliko manj potnikov. Zato se aluminij imenuje krilata kovina. Kabli in žice so izdelani iz aluminija: z enako električno prevodnostjo je njihova masa 2-krat manjša od ustreznih bakrenih izdelkov.

Glede na korozijsko odpornost aluminija je proizvodnja delov aparatov in posod za dušikovo kislino. Aluminijev prah je osnova za izdelavo srebrne barve za zaščito železnih izdelkov pred korozijo, pa tudi za odbijanje toplotnih žarkov, s takšno barvo prekrivajo skladišča nafte in gasilske obleke.

Aluminijev oksid se uporablja za proizvodnjo aluminija in tudi kot ognjevzdržni material.

Aluminijev hidroksid je glavna sestavina znanih zdravil Maalox, Almagel, ki znižujejo kislost želodčnega soka.

Aluminijeve soli so močno hidrolizirane. Ta lastnost se uporablja v procesu čiščenja vode. Vodi, ki jo je treba očistiti, dodamo aluminijev sulfat in majhno količino gašenega apna, da nevtraliziramo nastalo kislino. Posledično se sprosti volumetrična oborina aluminijevega hidroksida, ki, ko se usede, odnese s seboj suspendirane delce motnosti in bakterij.

Tako je aluminijev sulfat koagulant.

6. Pridobivanje aluminija

1) Sodobno stroškovno učinkovito metodo za proizvodnjo aluminija sta leta 1886 izumila Ameriška dvorana in Francoz Héroux. Sestoji iz elektrolize raztopine aluminijevega oksida v staljenem kriolitu. Staljeni kriolit Na 3 AlF 6 raztopi Al 2 O 3 kot voda raztopi sladkor. Elektroliza "raztopine" aluminijevega oksida v staljenem kriolitu poteka, kot da bi bil kriolit le topilo, aluminijev oksid pa elektrolit.

2Al 2 O 3 električni tok → 4Al + 3O 2

V angleški enciklopediji za dečke in dekleta se članek o aluminiju začne z naslednjimi besedami: »23. februarja 1886 se je v zgodovini civilizacije začela nova kovinska doba - doba aluminija. Na ta dan se je Charles Hall, 22-letni kemik, pojavil v laboratoriju svojega prvega učitelja z ducatom majhnih kroglic srebrno belega aluminija v roki in z novico, da je našel način za izdelavo te kovine. poceni in v velikih količinah. Tako je Hall postal ustanovitelj ameriške industrije aluminija in anglosaksonski narodni heroj, kot človek, ki je iz znanosti naredil velik posel.

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

ZANIMIVO JE:

• Kovinski aluminij je leta 1825 prvič izoliral danski fizik Hans Christian Oersted. S prehajanjem plinastega klora skozi plast vroče glinice, pomešane s premogom, je Oersted izoliral aluminijev klorid brez najmanjše sledi vlage. Za obnovitev kovinskega aluminija je moral Oersted obdelati aluminijev klorid s kalijevim amalgamom. Po 2 letih je nemški kemik Friedrich Wöller. Metodo je izboljšal tako, da je zamenjal kalijev amalgam s čistim kalijem.
• V 18. in 19. stoletju je bil aluminij glavna kovina za nakit. Leta 1889 je bil D. I. Mendelejev v Londonu za svoje zasluge pri razvoju kemije nagrajen z dragocenim darilom - tehtnicami iz zlata in aluminija.
• Do leta 1855 je francoski znanstvenik Saint-Clair Deville razvil postopek za proizvodnjo kovine aluminija v industrijskem obsegu. Toda metoda je bila zelo draga. Deville je užival posebno pokroviteljstvo Napoleona III., francoskega cesarja. V znak svoje predanosti in hvaležnosti je Deville za Napoleonovega sina, novorojenega princa, izdelal elegantno gravirano klopotec – prvi »potrošniški izdelek« iz aluminija. Napoleon je nameraval svoje gardiste celo opremiti z aluminijastimi kirasami, vendar je bila cena previsoka. Takrat je 1 kg aluminija stal 1000 mark, t.j. 5-krat dražji od srebra. Šele z izumom elektrolitskega postopka je aluminij postal tako dragocen kot običajne kovine.
• Ali ste vedeli, da aluminij, ko vstopi v človeško telo, povzroči motnjo v živčnem sistemu, pri presežku pa se moti metabolizem. In zaščitna sredstva so vitamin C, kalcij, cinkove spojine.
• Ko aluminij gori v kisiku in fluoru, se sprosti veliko toplote. Zato se uporablja kot dodatek raketnemu gorivu. Raketa Saturn med svojim letom požge 36 ton aluminijevega prahu. Zamisel o uporabi kovin kot sestavine raketnega goriva je prvi predlagal F.A. Zander.

SIMULATORJI

Simulator št. 1 - Značilnosti aluminija po položaju v periodnem sistemu elementov D. I. Mendelejeva

Simulator št. 2 - enačbe za reakcije aluminija s preprostimi in kompleksnimi snovmi

Simulator št. 3 - Kemijske lastnosti aluminija

NALOGE ZA Okrepitev

št. 1 Za pridobivanje aluminija iz aluminijevega klorida se lahko kot redukcijsko sredstvo uporabi kovinski kalcij. Naredite enačbo za to kemično reakcijo, okarakterizirajte ta proces z uporabo elektronskega ravnotežja.
Pomislite! Zakaj te reakcije ni mogoče izvesti v vodni raztopini?

št. 2. Dokončajte enačbe kemijskih reakcij:
Al + H2SO4 (raztopina ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 ( konc )-t ->
Al + NaOH + H2O ->

št. 3 Izvedite transformacije:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

št. 4. Rešiti problem:
Aluminij-bakrova zlitina je bila med segrevanjem izpostavljena presežku koncentrirane raztopine natrijevega hidroksida. Izpuščeno je bilo 2,24 litra plina (n.o.s.). Izračunajte odstotno sestavo zlitine, če je bila njena skupna masa 10 g?

LASTNOSTI ALUMINIJA

Vsebina:

Razredi aluminija

Fizične lastnosti

Korozijske lastnosti

Mehanske lastnosti

Tehnološke lastnosti

Aplikacija

razreda aluminija.

Za aluminij je značilna visoka električna in toplotna prevodnost, odpornost proti koroziji, duktilnost in odpornost proti zmrzovanju. Najpomembnejša lastnost aluminija je njegova nizka gostota (približno 2,70 g/cc).Tališče aluminija je približno 660 C.

Fizikalno-kemijske, mehanske in tehnološke lastnosti aluminija so zelo odvisne od vrste in količine nečistoč, ki poslabšajo večino lastnosti čiste kovine.Glavni naravni nečistoti v aluminiju sta železo in silicij. Železo je na primer prisotno kot neodvisna faza Fe-Al, zmanjša električno prevodnost in odpornost proti koroziji, poslabša duktilnost, vendar nekoliko poveča trdnost aluminija.

Glede na stopnjo čiščenja je primarni aluminij razdeljen na aluminij visoke in tehnične čistosti (GOST 11069-2001). Tehnični aluminij vključuje tudi razrede z oznako AD, AD1, AD0, AD00 (GOST 4784-97). Tehnični aluminij vseh vrst se pridobiva z elektrolizo kriolitno-aluminijevih talin. Aluminij visoke čistosti dobimo z dodatnim čiščenjem tehničnega aluminija. Značilnosti lastnosti aluminija visoke in visoke čistosti so obravnavane v knjigah

1) Kovinarstvo o aluminiju in njegovih zlitinah. Ed. I.N. Fridlyander. M. 1971.2) Mehanske in tehnološke lastnosti kovin. A.V. Bobylev. M. 1980.

Spodnja tabela ponuja povzetek večine razredov aluminija. Navedena je tudi vsebnost njegovih glavnih naravnih nečistoč - silicija in železa.

blagovna znamka	Al, %	Si, %	Fe, %	Aplikacije
Aluminij visoke čistosti
A995	99.995	0.0015	0.0015	Kemična oprema Folija za kondenzatorske plošče Posebne namene
A98	99.98	0.006	0.006
A95	99.95	0.02	0.025
Tehnični aluminij
A8 AD000	99.8	0.10 0.15	0.12 0.15	Žična palica za proizvodnjo kabelskih in žičnih izdelkov (iz A7E in A5E). Surovine za proizvodnjo aluminijevih zlitin Folija Valjani izdelki (palice, trakovi, pločevine, žica, cevi)
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 PEKLEN	99.0	0.95 Skupaj do 1,0 %.

Glavna praktična razlika med komercialnim in visoko prečiščenim aluminijem je povezana z razlikami v odpornosti proti koroziji na določene medije. Seveda, višja kot je stopnja čiščenja aluminija, dražji je.

Za posebne namene se uporablja aluminij visoke čistosti. Za proizvodnjo aluminijevih zlitin, kabelskih in žičnih izdelkov ter valjanih izdelkov se uporablja tehnični aluminij. Nato bomo govorili o tehničnem aluminiju.

Električna prevodnost.

Najpomembnejša lastnost aluminija je visoka električna prevodnost, po kateri je na drugem mestu za srebrom, bakrom in zlatom. Kombinacija visoke električne prevodnosti z nizko gostoto omogoča, da aluminij tekmuje z bakrom na področju kabelskih in žičnih izdelkov.

Na električno prevodnost aluminija poleg železa in silicija močno vplivajo krom, mangan in titan. Zato je v aluminiju, namenjenem izdelavi tokovnih vodnikov, regulirana vsebnost več nečistoč. Tako v aluminiju razreda A5E z dovoljeno vsebnostjo železa 0,35% in silicija 0,12% vsota nečistoč Cr + V + Ti + Mn ne sme presegati le 0,01%.

Električna prevodnost je odvisna od stanja materiala. Dolgotrajno žarjenje pri 350 C izboljša prevodnost, medtem ko hladno utrjevanje poslabša prevodnost.

Vrednost električne upornosti pri temperaturi 20 C jeOhm*mm 2 /m ali µOhm*m :

0,0277 - žarjena aluminijasta žica A7E

0,0280 - žarjena aluminijasta žica A5E

0,0290 - po stiskanju, brez toplotne obdelave iz AD0 aluminija

Tako je specifična električna upornost aluminijastih prevodnikov približno 1,5-krat večja od električne upornosti bakrenih prevodnikov. V skladu s tem je električna prevodnost (recipročna upornost) aluminija 60-65% električne prevodnosti bakra. Električna prevodnost aluminija se poveča z zmanjšanjem količine nečistoč.

Temperaturni koeficient električnega upora aluminija (0,004) je približno enak kot pri bakru.

Toplotna prevodnost

Toplotna prevodnost aluminija pri 20 C je približno 0,50 cal/cm*s*C in narašča z naraščajočo čistostjo kovine. Po toplotni prevodnosti je aluminij drugi le za srebrom in bakrom (približno 0,90), kar je trikrat višje od toplotne prevodnosti mehkega jekla. Ta lastnost določa uporabo aluminija v hladilnih radiatorjih in toplotnih izmenjevalnikih.

Druge fizikalne lastnosti.

Aluminij ima zelo visoko Specifična toplota(približno 0,22 cal / g * C). To je veliko višje kot pri večini kovin (0,09 za baker). Specifična toplota fuzije je tudi zelo visoka (približno 93 cal/g). Za primerjavo, za baker in železo je ta vrednost približno 41-49 cal / g.

Reflektivnost aluminij je zelo odvisen od njegove čistosti. Pri aluminijasti foliji s čistostjo 99,2 % je odbojnost bele svetlobe 75 %, pri foliji z vsebnostjo aluminija 99,5 % pa je odbojnost že 84 %.

Korozijske lastnosti aluminija.

Sam aluminij je zelo reaktivna kovina. To je povezano z njegovo uporabo v aluminotermiji in pri proizvodnji eksplozivov. Vendar je v zraku aluminij prekrit s tanko (približno mikronsko) folijo aluminijevega oksida. Z visoko trdnostjo in kemično inertnostjo ščiti aluminij pred nadaljnjo oksidacijo in določa njegove visoke protikorozijske lastnosti v številnih okoljih.

V aluminiju visoke čistosti je oksidni film neprekinjen in neporozen ter ima zelo močan oprijem na aluminij. Zato je aluminij visoke in posebne čistosti zelo odporen na delovanje anorganskih kislin, alkalij, morske vode in zraka. Oprijem oksidnega filma na aluminij na mestih, kjer se nahajajo nečistoče, se znatno poslabša in ta mesta postanejo občutljiva na korozijo. Zato ima aluminij tehnične čistosti nižjo odpornost. Na primer, glede na šibko klorovodikovo kislino se odpornost rafiniranega in tehničnega aluminija razlikuje za 10-krat.

Aluminij (in njegove zlitine) običajno kaže piting korozijo. Zato stabilnost aluminija in njegovih zlitin v številnih medijih ni določena s spremembo teže vzorcev in ne s hitrostjo prodiranja korozije, temveč s spremembo mehanskih lastnosti.

Vsebnost železa ima glavni vpliv na korozijske lastnosti tehničnega aluminija. Tako je stopnja korozije v 5% raztopini HCl za različne stopnje (in):

blagovna znamka	VsebinaAl	Vsebnost Fe	Stopnja korozije
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

Prisotnost železa zmanjša tudi odpornost aluminija na alkalije, vendar ne vpliva na odpornost proti žveplovi in ​​dušikovi kislini. Na splošno se korozijska odpornost tehničnega aluminija, odvisno od čistosti, poslabša v tem vrstnem redu: A8 in AD000, A7 in AD00, A6, A5 in AD0, AD1, A0 in AD.

Pri temperaturah nad 100C aluminij komunicira s klorom. Aluminij ne sodeluje z vodikom, ampak ga dobro raztopi, zato je glavna sestavina plinov, prisotnih v aluminiju. Vodna para, ki disociira pri 500 C, škodljivo vpliva na aluminij, pri nižjih temperaturah pa je učinek pare zanemarljiv.

Aluminij je stabilen v naslednjih okoljih:

industrijsko vzdušje

Naravna sladka voda do temperatur 180 C. Stopnja korozije se povečuje s prezračevanjem,

nečistoče kavstične sode, klorovodikove kisline in sode.

Morska voda

Koncentrirana dušikova kislina

Kisle soli natrija, magnezija, amonija, hiposulfita.

Šibke (do 10%) raztopine žveplove kisline,

100% žveplova kislina

Šibke raztopine fosforja (do 1%), kroma (do 10%)

Borna kislina v kateri koli koncentraciji

Kis, limona, vino. jabolčna kislina, kisli sadni sokovi, vino

Raztopina amoniaka

Aluminij je v takšnih okoljih nestabilen:

Razredčena dušikova kislina

Klorovodikova kislina

Razredčena žveplova kislina

Fluorovodikova in bromovodikova kislina

Oksalna, mravljična kislina

Raztopine kavstičnih alkalij

Voda, ki vsebuje soli živega srebra, bakra, kloridne ione, ki uničijo oksidni film.

kontaktna korozija

V stiku z večino tehničnih kovin in zlitin aluminij služi kot anoda in njegova korozija se bo povečala.

Mehanske lastnosti

Modul elastičnosti E \u003d 7000-7100 kgf / mm 2 za tehnični aluminij pri 20 C. S povečanjem čistosti aluminija se njegova vrednost zmanjša (6700 za A99).

Strižni modul G \u003d 2700 kgf / mm 2.

Spodaj so navedeni glavni parametri mehanskih lastnosti tehničnega aluminija:

Parameter	enota rev.	deformirana	Žgano
Meja tečenja? 0.2	kgf/mm 2	8 - 12	4 - 8
Natezno trdnost? v	kgf/mm 2	13 - 16
Raztezek pri pretrganju?		5 – 10	30 – 40
Relativno krčenje ob prelomu		50 - 60	70 - 90
Strižna trdnost	kgf/mm 2
Trdota	HB	30 - 35

Navedene številke so zelo okvirne:

1) Za žarjen in ulit aluminij so te vrednosti odvisne od tehničnega razreda aluminija. Več kot je nečistoč, večja je trdnost in trdota ter nižja je duktilnost. Na primer, trdota litega aluminija je: za A0 - 25HB, za A5 - 20HB in za aluminij visoke čistosti A995 - 15HB. Natezna trdnost za te primere je: 8,5; 7,5 in 5 kgf / mm 2, in raztezek 20; 30 oziroma 45 %.

2) Za deformiran aluminij so mehanske lastnosti odvisne od stopnje deformacije, vrste valjanega izdelka in njegovih dimenzij. Natezna trdnost je na primer najmanj 15-16 kgf / mm 2 za žico in 8 - 11 kgf / mm 2 za cevi.

V vsakem primeru pa je tehnični aluminij mehka in krhka kovina. Nizka meja tečenja (tudi za trdo obdelano jeklo ne presega 12 kgf/mm 2) omejuje uporabo aluminija glede na dovoljene obremenitve.

Aluminij ima nizko lezečo trdnost: pri 20 C je 5 kgf/mm 2, pri 200 C pa 0,7 kgf/mm 2 . Za primerjavo: za baker so te številke 7 oziroma 5 kgf / mm 2.

Nizka temperatura taljenja in temperatura začetka rekristalizacije (za tehnični aluminij je približno 150 C), nizka meja lezenja omejuje temperaturno območje delovanja aluminija s strani visokih temperatur.

Dudtilnost aluminija se pri nizkih temperaturah ne poslabša, vse do helija. Ko temperatura pade od +20 C do -269 C, se natezna trdnost poveča za 4-krat za tehnični aluminij in 7-krat za aluminij visoke čistosti. Meja elastičnosti se v tem primeru poveča za faktor 1,5.

Odpornost aluminija proti zmrzovanju omogoča uporabo v kriogenih napravah in strukturah.

Tehnološke lastnosti.

Visoka duktilnost aluminija omogoča izdelavo folije (debeline do 0,004 mm), globoko vlečenih izdelkov in uporabo za zakovice.

Aluminij tehnične čistosti kaže krhkost pri visokih temperaturah.

Obdelovalnost je zelo nizka.

Temperatura rekristalizacijskega žarjenja je 350-400 C, temperatura kaljenja je 150 C.

Varljivost.

Težave pri varjenju aluminija so posledica 1) prisotnosti močnega inertnega oksidnega filma, 2) visoke toplotne prevodnosti.

Kljub temu aluminij velja za zelo varljivo kovino. Zvar ima trdnost osnovne kovine (žarene) in enake korozijske lastnosti. Za podrobnosti o varjenju aluminija glejte npr.www. varilno mesto.com.ua.

Aplikacija.

Zaradi nizke trdnosti se aluminij uporablja samo za neobremenjene konstrukcijske elemente, ko so pomembne visoka električna ali toplotna prevodnost, odpornost proti koroziji, duktilnost ali varivost. Deli so povezani z varjenjem ali zakovicami. Tehnični aluminij se uporablja tako za litje kot za proizvodnjo valjanih izdelkov.

V skladišču podjetja so vedno pločevine, žice in gume iz tehničnega aluminija.

(glejte ustrezne strani spletnega mesta). Po naročilu se dobavljajo prašiči A5-A7.

Aluminij je element 13. skupine periodnega sistema kemijskih elementov, tretje periode, z atomsko številko 13. Spada v skupino lahkih kovin. Najpogostejša kovina in tretji najpogostejši kemični element v zemeljski skorji (za kisikom in silicijem).

Preprosta snov aluminij je lahka, paramagnetna srebrno bela kovina, ki se zlahka oblikuje, uliva in strojno obdela. Aluminij ima visoko toplotno in električno prevodnost, odpornost proti koroziji zaradi hitre tvorbe močnih oksidnih filmov, ki ščitijo površino pred nadaljnjo interakcijo.

Sodobna metoda pridobivanja, postopek Hall-Héroult. Sestoji iz raztapljanja aluminijevega oksida Al2O3 v talini kriolita Na3AlF6, čemur sledi elektroliza z uporabo potrošnih koksnih ali grafitnih anodnih elektrod. Ta način pridobivanja zahteva zelo velike količine električne energije, zato je bil industrijsko uporabljen šele v 20. stoletju.

Laboratorijska metoda za pridobivanje aluminija: redukcija brezvodnega aluminijevega klorida s kovinskim kalijem (reakcija poteka pri segrevanju brez zraka):

Srebrno bela kovina, lahka, gostota - 2,7 g / cm³, tališče za tehnični aluminij - 658 ° C, za aluminij visoke čistosti - 660 ° C, visoka duktilnost: za tehnični - 35 %, za čisti - 50 %, valjan na tanek list in enakomerno folijo. Aluminij ima visoko električno prevodnost (37 106 S/m) in toplotno prevodnost (203,5 W/(m K)), 65 %, ima visoko odbojnost svetlobe.

Aluminij tvori zlitine s skoraj vsemi kovinami. Najbolj znane so zlitine z bakrom in magnezijem (duralumin) ter silicijem (silumin).

Po razširjenosti v zemeljski skorji je Zemlja na 1. mestu med kovinami in na 3. mestu med elementi, na drugem mestu za kisikom in silicijem. Masna koncentracija aluminija v zemeljski skorji je po mnenju različnih raziskovalcev ocenjena na 7,45 do 8,14%. V naravi se aluminij zaradi svoje visoke kemične aktivnosti pojavlja skoraj izključno v obliki spojin.

Naravni aluminij je skoraj v celoti sestavljen iz enega samega stabilnega izotopa, 27Al, z zanemarljivimi sledovi 26Al, najdlje živečega radioaktivnega izotopa z razpolovno dobo 720.000 let, ki nastane v ozračju z cepljenjem argonovih jeder 40Ar z visokoenergetskim kozmikom. protoni žarkov.

V normalnih pogojih je aluminij prekrit s tankim in močnim oksidnim filmom in zato ne reagira s klasičnimi oksidanti: s H2O (t°), O2, HNO3 (brez segrevanja). Zaradi tega aluminij praktično ni podvržen koroziji, zato ga sodobna industrija zelo zahteva. Ko pa se oksidni film uniči (na primer ob stiku z raztopinami amonijevih soli NH4 +, vročimi alkalijami ali kot posledica združevanja), aluminij deluje kot aktivna redukcijska kovina. Nastajanje oksidnega filma je mogoče preprečiti z dodajanjem kovin, kot so galij, indij ali kositer, v aluminij. V tem primeru površino aluminija navlažijo evtektiki z nizkim taljenjem na osnovi teh kovin.

Preprosto reagira s preprostimi snovmi:

s kisikom za tvorbo aluminijevega oksida:

s halogeni (razen fluora), ki tvorijo klorid, bromid ali aluminijev jodid:

pri segrevanju reagira z drugimi nekovinami:

s fluorom, ki tvori aluminijev fluorid:

z žveplom, ki tvori aluminijev sulfid:

z dušikom za tvorbo aluminijevega nitrida:

z ogljikom, ki tvori aluminijev karbid:

Aluminijev sulfid in aluminijev karbid sta popolnoma hidrolizirana:

S kompleksnimi snovmi:

z vodo (po odstranitvi zaščitnega oksidnega filma, na primer z amalgamacijo ali vročimi alkalnimi raztopinami):

z alkalijami (s tvorbo tetrahidroksoaluminatov in drugih aluminatov):

Zlahka topen v klorovodikovi in ​​razredčeni žveplovi kislini:

Pri segrevanju se raztopi v kislinah - oksidantih, ki tvorijo topne aluminijeve soli:

obnavlja kovine iz njihovih oksidov (aluminotermija):

44. Aluminijeve spojine, njihove amfoterne lastnosti

Elektronska konfiguracija zunanjega nivoja aluminija je … 3s23p1.

V vzbujenem stanju eden od s-elektronov preide v prosto celico p-podnivoja, to stanje ustreza valenci III in oksidacijskemu stanju +3. V zunanji elektronski plasti atoma aluminija so proste d-podnivi.

Najpomembnejše naravne spojine so alumosilikati:

bela glina Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O, feldspar K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2, sljuda K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ H2O

Od ostalih naravnih oblik pojavljanja aluminija so najpomembnejši boksiti А12Оз ∙ nН2О, minerali korunda А12Оз in kriolit А1Fз ∙3NaF.

Lahka, srebrno bela, duktilna kovina, dobro prevaja elektriko in toploto.

Na zraku je aluminij prekrit z najtanjšo (0,00001 mm), a zelo gosto oksidno folijo, ki ščiti kovino pred nadaljnjo oksidacijo in ji daje mat videz.

Aluminijev oksid А12О3

Bela trdna snov, netopna v vodi, tališče 2050°C.

Naravni A12O3 je mineral korund. Prozorni obarvani kristali korunda - rdeči rubin - vsebujejo primesi kroma - in modrega safirja - primesi titana in železa - dragih kamnov. Pridobivajo se tudi umetno in se uporabljajo v tehnične namene, na primer za izdelavo delov za precizne instrumente, kamnov v urah itd.

Kemijske lastnosti

Aluminijev oksid ima amfoterne lastnosti

1. interakcija s kislinami

А12О3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. interakcija z alkalijami

А12О3 + 2NaOH – 2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na

3. Ko se segreje mešanica oksida ustrezne kovine z aluminijevim prahom, pride do burne reakcije, ki vodi do sproščanja proste kovine iz odvzetega oksida. Metoda redukcije z Al (aluminij) se pogosto uporablja za pridobivanje številnih elementov (Cr, Mn, V, W itd.) v prostem stanju

2A1 + WO3 = A12Oz + W

4. interakcija s solmi, ki imajo zaradi hidrolize močno alkalno okolje

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

Aluminijev hidroksid A1(OH)3

Al(OH)3 je obsežna bela želatinasta oborina, praktično netopna v vodi, vendar je lahko topen v kislinah in močnih alkalijah. Zato ima amfoterni značaj.

Aluminijev hidroksid se pridobiva z reakcijo izmenjave topnih aluminijevih soli z alkalijami.

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓

To reakcijo lahko uporabimo kot kvalitativno za ion Al3+

Kemijske lastnosti

1. interakcija s kislinami

Al(OH)3 +3HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. pri interakciji z močnimi alkalijami nastanejo ustrezni aluminati:

NaOH + A1(OH)3 = Na

3. toplotna razgradnja

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Aluminijeve soli so podvržene kationski hidrolizi, kislo okolje (pH< 7)

Al3+ + H+OH- ↔ AlOH2+ + H+

Al(NO3)3 + H2O↔ AlOH(NO3)2 + HNO3

Topne soli aluminija in šibkih kislin so podvržene popolni (nepovratna hidroliza)

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

Aluminijev oksid Al2O3 - je del nekaterih antacidov (na primer Almagel), ki se uporablja za povečano kislost želodčnega soka.

КAl(SO4)3 12H2О - kalijev galun se uporablja v medicini za zdravljenje kožnih bolezni, kot hemostatsko sredstvo. Uporablja se tudi kot tanin v usnjarski industriji.

(CH3COO)3Al - Burovova tekočina - 8% raztopina aluminijevega acetata deluje adstrigentno in protivnetno, v visokih koncentracijah ima zmerne antiseptične lastnosti. Uporablja se v razredčeni obliki za izpiranje, losjone, pri vnetnih boleznih kože in sluznic.

AlCl3 - uporablja se kot katalizator v organski sintezi.

Al2(SO4)3 18 H20 - uporablja se pri obdelavi vode.

Značilnost aluminija

industrija kakovosti aluminija kovine

Aluminij je najpogostejša kovina v zemeljski skorji. Njegova vsebnost je ocenjena na 7,45 % (več kot železo, ki je le 4,2 %). Aluminij kot element je bil odkrit pred kratkim, leta 1825, ko so bile pridobljene prve majhne kepe te kovine. Začetek njegovega industrijskega razvoja sega v konec prejšnjega stoletja. Zagon za to je bil razvoj leta 1886 metode za njeno proizvodnjo z elektrolizo glinice, raztopljene v kriolitu. Načelo metode je osnova sodobne industrijske ekstrakcije aluminija iz glinice v vseh državah sveta.

Po videzu je aluminij sijoča, srebrno bela kovina. Na zraku hitro oksidira in se prekrije s tankim belim mat filmom AlO. Ta film ima visoke zaščitne lastnosti, zato je aluminij, pokrit s takšno folijo, odporen proti koroziji.

Aluminij zlahka uničijo raztopine kavstičnih alkalij, klorovodikove in žveplove kisline. V koncentrirani dušikovi kislini in organskih kislinah ima visoko odpornost.

Najbolj značilne fizikalne lastnosti aluminija so njegova nizka relativna gostota 2,7 ter razmeroma visoka toplotna in električna prevodnost. Pri 0C se električna prevodnost aluminija, t.j. električna prevodnost aluminijaste žice s presekom 1 mm in dolžino 1 m je 37 1 ohm.

Korozijska odpornost in predvsem električna prevodnost aluminija je višja, čim bolj je čist, manj nečistoč vsebuje.

Tališče aluminija je nizko, približno 660C. Vendar je njegova latentna talilna toplota zelo velika - približno 100 cal g, zato je za taljenje aluminija potrebna velika količina toplote kot za taljenje enake količine, na primer ognjevzdržnega bakra, ki ima tališče 1083 C, latentna talilna toplota 43 cal g.

Za mehanske lastnosti aluminija je značilna visoka duktilnost in nizka trdnost. Valjan in žarjen aluminij ima = 10 kg mm, trdoto HB25, = 80 % in = 35 %.

Kristalna rešetka aluminija je obrazno osredotočena kocka s parametrom (velikost strani) 4,04 pri 20 C. Aluminij nima alotropnih transformacij.

V naravi se aluminij nahaja v obliki aluminijevih rud: boksitov, nefelinov, alunitov in kaolinov. Najpomembnejša ruda, na kateri temelji večina svetovne industrije aluminija, je boksit.

Pridobivanje aluminija iz rud je sestavljeno iz dveh zaporednih stopenj - najprej se proizvaja aluminijev oksid (AlO), nato pa iz njega pridobiva aluminij.

Trenutno znane metode za pridobivanje glinice lahko razdelimo v tri skupine: alkalne, kisle in elektrotermične. Najpogosteje se uporabljajo alkalne metode.

Pri nekaterih vrstah alkalnih metod se boksit, dehidriran pri 1000 C, zmelje v krogličnih mlinih, pomeša v določenih razmerjih s kredo in sodo ter sintrano, da z reakcijo dobimo v vodi topen trdni natrijev aluminat.

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

Sintrano maso zdrobimo in izlužimo z vodo, natrijev aluminat pa gre v raztopino.

Pri drugih različicah alkalne metode se aluminijev oksid, ki ga vsebuje boksit, veže v natrijev aluminat z neposredno obdelavo rude z alkalijami. V tem primeru takoj dobimo raztopino aluminata v vodi.

V obeh primerih nastajanje vodne raztopine natrijevega aluminata vodi do njene ločitve od netopnih sestavin rude, ki so predvsem oksidi in hidroksidi silicija, železa in titana. Ločitev raztopine od netopne oborine, imenovane rdeče blato, poteka v usedalnikih.

Dobljeni raztopini pri 125 C in tlaku 5 am dodamo apno, kar vodi do desilikonizacije - CaSiO se obori in tvori belo blato. Raztopino, prečiščeno iz silicija, po ločitvi od belega blata obdelamo z ogljikovim dioksidom pri 60-80 C, zaradi česar se obori kristalni aluminijev oksid hidrat:

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

Operemo, posušimo in žgamo. Kalcinacija vodi do tvorbe aluminijevega oksida:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

Opisana metoda zagotavlja dokaj popolno ekstrakcijo glinice iz boksita - približno 80%.

Pridobivanje kovinskega aluminija iz aluminijevega oksida je njegova elektrolitska razgradnja na njegove sestavne dele - na aluminij in kisik. Elektrolit v tem procesu je raztopina aluminijevega oksida v kriolitu (AlF 3NaF). Kriolit, ki ima sposobnost raztapljanja aluminijevega oksida, hkrati znižuje njegovo tališče. Aluminijev oksid se tali pri temperaturi približno 2000 C, tališče raztopine, ki je sestavljena na primer iz 85 % kriolita in 15 % glinice, pa je 935 C.

Shema elektrolize aluminijevega oksida je precej preprosta, vendar je tehnološko ta proces zapleten in zahteva velike količine električne energije.

Na dnu kopeli z dobro toplotno izolacijo 1 in karbonsko embalažo 2 so nameščene katodne pnevmatike 3, povezane z negativnim polom vira električnega toka. Elektrode 5 so pritrjene na anodno vodilo 4. Pred začetkom elektrolize se na dno kopeli vlije tanek sloj koksa, elektrode spustimo, dokler ne pridejo v stik z njim, in vklopimo tok. Ko se ogljikova embalaža segreje, se postopoma uvaja kriolit. Ko je debelina plasti staljenega kriolita 200-300 mm, se aluminijev oksid naloži s hitrostjo 15% na količino kriolita. Postopek poteka pri 950-1000 C.

Aluminijev oksid pod delovanjem električnega toka razgradi aluminij in kisik. Tekoči aluminij 6 se nabira na dnu premoga (dno premogovne kopeli), ki je katoda, kisik pa se združuje z ogljikom anod in jih postopoma sežiga. Kriolit se porabi neznatno. Občasno se doda aluminijev oksid, elektrode se postopoma spuščajo navzdol, da se nadomesti zgoreli del, nakopičeni tekoči aluminij pa se v določenih intervalih spušča v zajemalko 8.

Pri elektrolizi se na 1 tono aluminija porabi približno 2 toni glinice, 0,6 tone ogljikovih elektrod, ki služijo kot anode, 0,1 tone kriolita in od 17.000 do 18.000 kWh električne energije.

Surovi aluminij, pridobljen z elektrolizo glinice, vsebuje kovinske nečistoče (železo, silicij, titan in natrij), raztopljene pline, med katerimi je glavni vodik, in nekovinske vključke, ki so delci glinice, premoga in kriolita. V tem stanju je neprimeren za uporabo, saj ima nizke lastnosti, zato ga je treba oplemenititi. Nekovinske in plinaste nečistoče odstranimo s pretalitvijo in čiščenjem kovine s klorom. Kovinske nečistoče je mogoče odstraniti le s kompleksnimi elektrolitskimi metodami.

Po rafiniranju dobimo komercialne razrede aluminija.

Čistost aluminija je odločilni pokazatelj, ki vpliva na vse njegove lastnosti, zato je kemična sestava osnova za razvrstitev aluminija.

Železo in silicij sta neizogibna nečistoča pri proizvodnji aluminija. Oba sta škodljiva v aluminiju. Železo se v aluminiju ne raztopi, ampak z njim tvori krhke kemične spojine FeAl in Fe2Al. Aluminij tvori evtektično mehansko zmes s silicijem pri 11,7 % Si. Ker je topnost silicija pri sobni temperaturi zelo nizka (0,05 %), tudi z majhno količino silicija tvori evtektiko Fe + Si in vključke zelo trdih (HB 800) krhkih kristalov silicija, ki zmanjšujejo duktilnost aluminija. . Ob skupni prisotnosti silicija in železa nastaneta ternarna kemična spojina in ternarni evtektik, ki prav tako zmanjšata plastičnost.

Nadzorovane nečistoče v aluminiju so železo, silicij, baker in titan.

Aluminij vseh razredov vsebuje več kot 99 % Al. Količinski presežek te vrednosti v stotinkah ali desetinkah odstotka je naveden v imenu znamke za začetni črki A. Tako znamka A85 vsebuje 99,85 % Al. Izjema od tega načela označevanja so stopnje A AE, pri katerih je vsebnost aluminija enaka kot v razredih A0 in A5, vendar je v sestavi drugačno razmerje nečistoč železa in silicija.

Črka E v blagovni znamki AE pomeni, da je aluminij te znamke namenjen proizvodnji električnih žic. Dodatna zahteva za lastnosti aluminija je nizka električna upornost, ki za žico, izdelano iz njega, ne sme biti večja od 0,0280 ohm mm m pri 20 C.

Aluminij se uporablja za proizvodnjo izdelkov in zlitin na njegovi osnovi, katerih lastnosti zahtevajo visoko stopnjo čistosti.

Glede na namen se lahko aluminij proizvaja v različnih oblikah. Aluminij vseh razredov (visoke in tehnične čistosti), namenjen za pretakanje, se uliva v obliki ingotov, ki tehtajo 5; 15 in 1000 kg. Njihove mejne vrednosti so naslednje: višina od 60 do 600 mm, širina od 93 do 800 mm in dolžina od 415 do 1000 mm.

Če je aluminij namenjen za valjanje pločevine in trakov, se ploski ingoti sedemnajstih velikosti ulivajo po neprekinjenem ali polkontinuirnem postopku. Njihova debelina se giblje od 140 do 400 mm, širina - od 560 do 2025 mm, teža 1 m dolžine ingotov - od 210 do 2190 kg. Dolžina ingota je dogovorjena s stranko.

Glavna vrsta kontrole aluminija, tako v ingotih kot v ravnih ingotih, je preverjanje kemične sestave in njene skladnosti z blagovno znamko. Za ingote in ingote, namenjene obdelavi pod tlakom, veljajo dodatne zahteve, kot so odsotnost lupin, plinskih mehurčkov, razpok, žlindre in drugih tujih vključkov.

Za deoksidacijo jekla pri njegovem taljenju, pa tudi za proizvodnjo ferolitin in za aluminotermijo se lahko uporablja cenejši aluminij nižje čistosti, kot je navedeno v tabeli »Čistost aluminija različnih razredov«. V ta namen industrija proizvaja šest razredov aluminija v ingotih, težkih od 3 do 16,5 kg, ki vsebujejo od 98,0 do 87,0 % Al. V njih vsebnost železa doseže 2,5%, silicija in bakra pa do 5%.

Uporaba aluminija je posledica posebnosti njegovih lastnosti. Kombinacija lahkotnosti z dovolj visoko električno prevodnostjo omogoča uporabo aluminija kot prevodnika električnega toka in ga nadomesti z dražjim bakrom. Razlika v električni prevodnosti bakra (631 ohmov) in aluminija (371 ohmov) se kompenzira s povečanjem preseka aluminijaste žice. Majhna masa aluminijastih žic omogoča izvedbo njihovega obešanja z veliko večjo razdaljo med nosilci kot pri bakrenih žicah, brez strahu pred zlomom žice pod vplivom lastne teže. Iz njega so izdelani tudi kabli, pnevmatike, kondenzatorji, usmerniki. Zaradi visoke odpornosti proti koroziji je aluminij v nekaterih primerih nepogrešljiv material v kemijskem inženirstvu, na primer za izdelavo opreme, ki se uporablja pri proizvodnji, shranjevanju in transportu dušikove kisline in njenih derivatov.

Veliko se uporablja tudi v živilski industriji - iz njega izdelujejo različne pripomočke za kuhanje. V tem primeru se uporablja ne le njegova odpornost na organske kisline, ampak tudi visoka toplotna prevodnost.

Visoka duktilnost omogoča valjanje aluminija v folijo, ki je zdaj popolnoma nadomestila dražjo kositrno folijo, ki smo jo uporabljali prej. Folija služi kot embalaža za najrazličnejše prehrambene izdelke: čaj, čokolado, tobak, sir itd.

Aluminij se uporablja na enak način kot protikorozijska prevleka drugih kovin in zlitin. Nanaša se lahko z oblaganjem, difuzijskim premazom in drugimi metodami, vključno z barvanjem aluminija z barvami in laki. Posebno razširjena je aluminijasta obloga ploščato valjanih izdelkov iz manj korozijsko odpornih aluminijevih zlitin.

Kemična aktivnost aluminija glede na kisik se uporablja za deoksidacijo pri proizvodnji poltišnega in mirnega jekla ter za proizvodnjo težko obnovljivih kovin z izpodrivanjem aluminija iz njihovih kisikovih spojin.

Aluminij se uporablja kot legirni element v različnih jeklih in zlitinah. To jim daje posebne lastnosti. Na primer, poveča toplotno odpornost zlitin na osnovi železa, bakra, titana in nekaterih drugih kovin.

Lahko navedete druga področja uporabe aluminija različnih stopenj čistosti, vendar se največ porabi za pridobivanje različnih lahkih zlitin na njegovi osnovi. Podrobnosti o glavnih so navedene spodaj.

Na splošno je uporaba aluminija v različnih gospodarskih sektorjih na primeru razvitih kapitalističnih držav ocenjena z naslednjimi številkami: transportni inženiring 20-23% (vključno z avtomobilsko industrijo 15%), gradbeništvo 17-18%, elektrotehnika 10-12%, proizvodnja embalaže 9-10%, proizvodnja trajnih potrošniških dobrin 9-10%, splošna tehnika 8-10%.

Aluminij pridobiva vedno več novih področij uporabe, kljub konkurenci drugih materialov in predvsem plastike.

Glavne industrijske rude, ki vsebujejo aluminij, so boksit, nefelin, alunit in kaolin.

Kakovost teh rud ocenjujemo po vsebnosti glinice Al O, ki vsebuje 53 % Al. Od ostalih kazalcev kakovosti aluminijevih rud je najpomembnejša sestava nečistoč, katerih škodljivost in uporabnost določata uporaba rude.

Boksit je najboljša in glavna surovina za proizvodnjo aluminija na svetu. Uporablja se tudi za proizvodnjo umetnega korunda, visoko ognjevzdržnih izdelkov in za druge namene. Ta sedimentna kamnina je po kemični sestavi mešanica hidratov aluminijevega oksida AlO nH2O z oksidi železa, silicija, titana in drugih elementov. Najpogostejši hidrati aluminijevega oksida, ki sestavljajo boksite, so minerali diaspora, bemit in hidrargelit. Vsebnost aluminijevega oksida v boksitu se tudi v enem nahajališču giblje v zelo širokem razponu, od 35 do 70 %.

Minerali, ki so vključeni v sestavo boksita, tvorijo zelo tanko zmes, kar otežuje obogatitev. V industriji se uporablja predvsem surova ruda. Postopek pridobivanja aluminija iz rude je kompleksen, zelo energetsko intenziven in je sestavljen iz dveh stopenj: najprej se pridobiva aluminijev oksid, nato pa iz njega pridobiva aluminij.

Predmet svetovne trgovine je tako sam boksit kot iz njega pridobljeni aluminijev oksid ali druge rude.

Na ozemlju CIS so nahajališča boksita neenakomerno razporejena, boksit iz različnih nahajališč pa je neenake kakovosti. Na Uralu se nahajajo nahajališča najkakovostnejših boksitov. Velike zaloge boksita so tudi v evropskem delu SND in v Zahodnem Kazahstanu.

Od industrializiranih držav je zdaj praktično zagotovljena le Francija, kjer se je njen razvoj prvič začel. Njegove zanesljive in verjetne zaloge v tej skupini držav so bile leta 1975 ocenjene na 4,8 milijarde ton (vključno s 4,6 milijarde ton v Avstraliji), v državah v razvoju pa na 12,5 milijarde ton, predvsem v Afriki in Latinski Ameriki (najbogatejše so Gvineja, Kamerun, Brazilija, Jamajka).

V povojnem obdobju se je krog držav, kjer se koplje boksit in proizvaja primarni aluminij, močno razširil. Leta 1950 so boksit kopali le v 11 državah, brez ZSSR, vključno s tremi, ki presegajo milijon ton (Surinam, Gvajana, ZDA) in štirimi po več kot 0,1 milijona ton (Francija, Indonezija, Italija, Gana). Do leta 1977 se je obseg proizvodnje povečal za 12-krat in njena geografija se je dramatično spremenila (več kot polovica proizvodnje kapitalističnega sveta je prihajala iz držav v razvoju).

Za razliko od držav v razvoju Avstralija, bogata z gorivom, predela večino izkopanega boksita (predvsem na polotoku York, največjem nahajališču boksita na svetu) v aluminijev oksid, ki ima odločilno vlogo pri njenem svetovnem izvozu. Ni zgled zanjo, karibske in zahodnoafriške države večinoma izvažajo boksit. To vpliva tako na politične razloge (svetovni aluminijevi monopoli raje proizvajajo aluminijev oksid izven rudarskih, odvisnih držav boksita), kot na povsem ekonomske: boksiti so za razliko od rud težkih barvnih kovin prevozni (vsebujejo 35-65% aluminijevega dioksida). ), proizvodnja glinice pa zahteva znatne specifične stroške, ki jih velika večina držav proizvajalk boksita nima.

V prizadevanju, da bi se uprle diktatu svetovnih monopolov na aluminij, so države izvoznice boksita leta 1973 ustanovile organizacijo "International Association of Boxite Mining Countries" (IABS). Vključevala je Avstralijo, Gvinejo, Gvajano, Jamajko in Jugoslavijo; kasneje so se pridružile Dominikanska republika, Haiti, Gana, Sierra Leone, Surinam, Grčija in Indija pa sta postali državi opazovalki. V letu nastanka so te države predstavljale približno 85 % rudarjenja boksita v nesocialističnih državah.

Za aluminijevo industrijo je značilna teritorialna vrzel tako med pridobivanjem boksita in proizvodnjo glinice ter med slednjo in taljenjem primarnega aluminija. Največja proizvodnja glinice (do 1-1,3 milijona ton na leto) je lokalizirana tako v tovarnah aluminija (na primer v kanadski tovarni v Arvida v Quebecu, ki zavzema 0,4 milijona ton aluminija na leto glede na proizvodne zmogljivosti) in v pristaniščih za izvoz boksita (na primer Paranam v Surinamu), pa tudi na poteh boksita od drugega do prvega - na primer v ZDA na obali Mehiškega zaliva (Corpus Christi, Point Comfort).

Pri nas so vsi izkopani boksiti razdeljeni na deset razredov. Glavna razlika med boksiti različnih razredov je v tem, da vsebujejo različne količine glavne ekstrakcijske komponente, aluminijevega oksida, in imajo različne vrednosti modula silicija, t.j. različna vsebnost aluminijevega oksida od vsebnosti nečistoč silicijevega dioksida, škodljivih v boksitih (AlO SiO). Modul silicija je zelo pomemben kazalnik kakovosti boksitov, od katerega je v veliki meri odvisna njihova uporaba in tehnologija predelave.

Vsebnost vlage v boksitih vseh razredov je določena glede na njihovo nahajališče: najnižja vsebnost vlage (ne več kot 7%) je določena za boksite nahajališč južnega Urala ter za nahajališča Severnega Urala, Kamensk-Urala in Tikhvina. , ne več kot 12, 16 in 22 %. Indikator vlažnosti ni znak zavrnitve in služi samo za obračune s potrošnikom.

Boksit se dobavlja v kosih, ki niso večji od 500 mm. V razsutem stanju se prevaža na ploščadih ali v gondolah.