Сделал Савельев Илья и Кришталь Соня, учащиеся 9 "Е". МБОУ "Гимназии N24"

Алюминий

Al

Алюминий — это легкий и пластичный белый металл, матово-серебристый благодаря тонкой оксидной пленке, которая сразу же покрывает его на воздухе. Он относится к III группе периодической системы, обозначается символом Al, имеет атомный номер 13 и атомную массу 26,98154. Температура его плавления составляет 660°. Алюминий чрезвычайно распространен в природе: по этому параметру он занимает четвертое место среди всех элементов и первое — среди металлов, но не встречается в чистом виде. Его в основном добывают из бокситов, хотя известно несколько сот минералов алюминия , абсолютное большинство которых не подходит для получения металла.

Добыча Алюминия

Алюминий — самый распространенный металл в природе: его доля в земной коре составляет до 8,8%. Благодаря своей химической активности он практически не встречается в свободном виде: несмотря на бытующее мнение, алюминиевых рудников в природе не существует — для промышленного производства подходят лишь немногие из содержащих его минералов и горных пород.

Чаще всего алюминий производят из бокситов. Более 90% мировых запасов этого минерала сосредоточено в странах тропического и субтропического пояса: Австралии, Гвинее, Ямайке, Суринаме, Бразилии, Индии.

В нашей стране также используются нефелиновые руды, месторождения которых расположены на Кольском полуострове и в Кемеровской области. При переработке нефелинов получают значительные объемы попутной продукции — кальцинированную соду, поташ, удобрения и цемент.

Сначала из добытой и обогащенной руды извлекают так называемый глинозем — оксид алюминия (Al2O3). Несмотря на название, по виду он не имеет ничего общего с глиной или черноземом — скорее, он похож на муку или очень белый песок. Затем глинозем методом электролиза превращают в алюминий. Из двух тонн глинозема выходит одна тонна алюминия.

Бокситы содержат 40-60% глинозема, а также кремнезем, оксид железа и диоксид титана. Чтобы выделить из них чистый глинозем, используют процесс Байера. Сначала руду нагревают в автоклаве с едким натром, затем охлаждают и отделяют от жидкости твердый осадок — «красный шлам». После этого из полученного раствора осаждают гидроокись алюминия и прокаливают ее, чтобы получить чистый глинозем.

Заключительный этап — собственно восстановление алюминия процессом Холла-Эру. Он основан на следующем принципе: при электролизе раствора глинозема в расплавленном криолите (Na3AlF6) выделяется алюминий. Дно электролизной ванны служит катодом, а угольные бруски, погруженные в криолит — анодами. Под раствором криолита с 3-5% глинозема осаждается расплавленный алюминий. При этом температура процесса достигает 950° С, что значительно выше температуры плавления самого металла — 660° С.

При электролизе Холла-Эру чрезвычайно быстро расходуются угольные аноды и постоянно требуется установка новых. Эту проблему можно решить с помощью возобновляемого электрода Содерберга. Он формируется в специальной восстановительной камере из коксосмоляной пасты, которая набивается в открытую с обоих концов оболочку из листовой стали. Паста добавляется в верхнее отверстие по мере необходимости. Опускаясь вниз, она успевает нагреться до того, как достигнет ванны с расплавом.

Меньшими затратами на электроэнергию и влиянием на окружающую среду характеризуется технология производства алюминия с использованием заранее обожженных анодов, которая практикуется на многих европейских и американских алюминиевых заводах. Аноды обжигают в огромных газовых печах, а затем опускают в расплав, укрепив в анододержателе. Израсходованные электроды заменяют новыми, а оставшиеся «кончики» отправляют на переработку.

В связи с повысившимися в последнее время требованиями к защите окружающей среды, на предприятиях, работающих по технологии Содерберга, серьезно встал вопрос о сокращении вредных выбросов. Сейчас его активно решают с помощью внедрения коллоидных анодов, сделанных из специальной коллоидной массы, термически устойчивой в широком диапазоне температур. По экологическим показателям этот метод сравним с технологией обожженного анода. Раз в сутки или реже металл забирают из электролизных ванн и разливают по формам.

Производство алюминия является исключительно энергоемким. Поэтому алюминиевые заводы наиболее выгодно строить в регионах, где есть свободной доступ к источникам электроэнергии.

Применение

Алюминий обладает замечательными свойствами, которые объясняют широчайший спектр его применения. По объемам использования в самых разных отраслях промышленности он уступает только железу. Ковкий и пластичный, алюминий легко принимает любые формы. Оксидная пленка делает его устойчивым к коррозии, а значит, срок службы изделий из алюминия может быть очень долгим. Кроме того, к списку достоинств необходимо добавить высокую электропроводность, нетоксичность и легкость в переработке.

Всем этим объясняется огромное значение легкого металла в мировой экономике. Без него аэрокосмическая индустрия никогда не получила бы развития. Алюминий необходим для производства автомобилей, вагонов скоростных поездов, морских судов. Самые разные виды продуктов из алюминия используются в современном строительстве. Алюминий практически вытеснил медь в качестве материала для высоковольтных линий электропередачи.Примерно половина посуды для приготовления пищи, продаваемой каждый год во всем мире, сделана именно из этого металла. Мы уже не можем представить магазин без алюминиевых банок для напитков и аптеку без лекарств, упакованных в алюминиевую фольгу.

Если мир без алюминия представляется не самым уютным местом, то мир, в котором алюминий есть, открывает нам самые разные возможности.

Химические свойства

Легко реагирует с простыми веществами:

  • с кислородом, образуя оксид алюминия:
  • с галогенами (кроме фтора), образуя хлорид, бромид или иодид алюминия:
  • с другими неметаллами реагирует при нагревани
  • со фтором, образуя фторид алюминия:
  • с серой, образуя сульфид алюминия:
  • с азотом, образуя нитрид алюминия:
  • с углеродом, образуя карбид алюминия:

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

Со сложными веществами:

  • с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например,амальгамированием или растворами горячей щёлочи):
  • со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):
  • Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:
  • При нагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия:
  • восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия):

Замечательные видеоматериалы про алюминий

Тест по изученному материалу

Для лучшего усвоения материала пройдите этот замечательный тест, тесты будут проверены и ваши результаты будут оглашены в школе.

Comment Stream