Сторінка
1

Алюміній

Алюміній самий розповсюдженний метал у земній корі. Його зміст оцінюють у 7.45 % (більше, ніж заліза, якого тільки 4.2 %). Алюміній як елемент відкритий у 1825 р., коли були отримані перші невеликі грудочки цього металу. Початок його промислового освоєння відноситься до кінця минулого сторіччя. Поштовхом до цього послужила розробка в 1886 р. способу його одержання шляхом електролізу глинозему, розчиненого в кріоліті. Принцип способу лежить в основі сучасного промислового витягу алюмінію з глинозему у всіх країнах світу.

По зовнішньому вигляді алюміній являє собою блискучий сріблистий білий метал. На повітрі він швидко окисляється, покриваючись тонкої білий

матовою плівкою Al O . Ця плівка володіє високими захисними властивостями, тому, будучи покритим такою плівкою, алюміній є корозіостійким.

Алюміній досить легко руйнується розчинами їдких лугів, соляний і сарною кислот. У концентрованій азотній кислоті й органічним кислотам він має високу стійкість.

Найбільш характерними фізичними властивостями алюмінію є його мала відносна щільність, рівна 2.7, а також порівняно високі тепло- і електропровідність. При 0 C питома електропровідність алюмінію, тобто електропровідність алюмінієвого дроту перетином 1 мм і довжиною 1 м дорівнює 37 1 ом.

Корозійна стійкість і особливо електропровідність алюмінію тим вище, ніж він чистіше, чим менше в ньому домішок.

Температура плавлення алюмінію невисока, вона дорівнює приблизно 660 C. Однак схована теплота плавлення його дуже біля 100 кал м, тому для розплавлювання алюмінію потрібно велика витрата тепла, чим для розплавлювання такої ж кількості, наприклад, тугоплавкої міді, у якої температура плавлення 1083 C, схована теплота плавлення 43 кал м.

Для механічних властивостей алюмінію характерні велика пластичність і мала міцність. Прокачаний і відпалений алюміній має =10 кг мм, а твердість НВ25, =80% і =35%.

Кристалічні ґрати алюмінію являють собою гранецентрированний куб, що має при 20 C параметр (розмір сторони)4.04. Алотропічних перетворювань алюміній не має.

В природі алюміній знаходиться в вигляді алюмінієвих руд: бокситів, нефелинів, алунітів та каолінів. Найважливішою рудою, на якій базується більша частина світової алюмінієвої промисловості , є боксити. Одержання алюмінію з руд складається з двох послідовно проведених спочатку роблять глинозем (Al O ), а потім з нього одержують алюміній. велика частина світової алюмінієвої промисловості, є боксити.

Одержання алюмінію з руд складається з двох послідовно проведених спочатку роблять глинозем (Al O ), а В одних різновидах лужних методів боксит, збезводнений при 1000 C, подрібнюють у кульових млинах, змішують у визначених пропорціях із крейдою і содою і спекают для одержання розчинного у воді твердого алюмінату натрію по реакціїї

Відомі в даний час методи одержання глинозему можна розбити на три групи: лужні, кислотні і электротермические. Найбільш широке застосування одержали лужні методи.

В одних різновидах лужних методів боксит, обезводнений при 1000 C, подрібнюють у кульових млинах, змішують у визначених пропорціях із крейдою і содою і зпікають для отримання розчинного в воді твердого алюміната натрія з реакцією.

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

Спечену масу подрібнюють і вилуговують водою, алюмінат натрію при цьому переходить у розчин.

В інших різновидах лужного методу глинозем, що міститься в бокситі, зв'язують в алюмінат натрію шляхом безпосередньої обробки руди лугами. При цьому відразу виходить розчин алюмінату у воді.

В обох випадках утворення водяного розчину алюмінату натрію приводить до відділення його від нерозчинних компонентів руди, що представляють собою в основному окисі і гідроокисі кремнію, заліза і титана. Відділення розчину від нерозчинного осаду, називаного червоним шламом, здійснюють у відстійниках.

В отриманий розчин при 125 C і тиску 5 ам додають вапно, що приводить до обескремніюваний-CaSi іде в осад, утворюючи білий шлам. Очищений від кремнію розчин після відділення його від білого шламу оброблюють вуглекислим газом при 60-80 C, у результаті чого в осад випадає кристалічний гідрат окису алюмінію:

Al O Na O + 3H O + CO = 2Al(OH) + Na CO .

Його промивають, просушують і прожарюють. Прожарювання приводить до утворення глинозему:

2Al(OH) = Al O + 3H O .

Описаний спосіб забезпечує досить повний витяг глинозему з біля 80%.

Одержання металевого алюмінію з глинозему полягає в його електролітичному розкладанні на складові: алюміній і кисень. Електролітом у цьому процесі є розчин глинозему в кріоліті (Al 3Na). Кріоліт, володіючи здатністю розчиняти глинозем, одночасно знижує його температуру плавлення. Глинозем плавиться при температурі близько 2000 C, а температура плавлення розчину, що складає, наприклад, з 85 % кріоліту і 15 % глинозему, дорівнює 935 C.

Схема електроліза глинозему досить проста, але технологічно цей процес складний і вимагає великих витрат електроенергії.

У поду ванни з гарною теплоізоляцією 1 і вугільним набиванням 2 закладені катодні шини 3, з'єднані з негативним полюсом джерела електричного струму. До анодної шини 4 приєднані електроди 5. Перед початком електролізу на дно ванни насипають тонкий шар коксу, електроди опускають до зіткнення з ним і включають струм. Коли вугільне набивання загостриться, поступово вводять кріоліт. При товщині шаруючи розплавленого кріоліту, рівної 200-300 мм, завантажують глинозем із розрахунку 15% до кількості кріоліту. Процес відбувається при 950-1000 C.