Нахождение в природе и получение - Алюминий и его свойства

По распространенности в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).

Некоторые из них:

    - Бокситы -- Al2O3 * H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3) - Нефелины -- KNa3[AlSiO4]4 - Алуниты -- KAl(SO4)2 * 2Al(OH)3 - Глиноземы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3) - Корунд -- Al2O3 - Полевой шпат (ортоклаз) -- K2OЧAl2O3Ч6SiO2 - Каолинит -- Al2O3Ч2SiO2 Ч 2H2O - Алунит -- (Na, K)2SO4ЧAl2(SO4)3Ч4Al(OH)3 - Берилл -- 3ВеО * Al2О3 * 6SiO2

Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид).

Толщина оксидной пленки 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия со ртутью - амальгамы).

Боксит

Al2O3

Корунд

Рубин

Сапфир

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. По сравнению с другими металлами восстановление алюминия из руды более сложно в связи с его высокой реакционной способностью и с высокой температурой плавления большинства его руд (таких, как бокситы). Прямое восстановление углеродом применяться не может, потому что восстановительная способность алюминия выше, чем у углерода. Возможно непрямое восстановление с получением промежуточного продукта Al4C3, который подвергается разложению при 1900--2000 °С с образованием алюминия. Этот способ находится в разработке, но представляется более выгодным, чем процесс Холла--Эру, так как требует меньших энергозатрат и приводит к образованию меньшего количества CO2[6].

Современный метод получения, процесс Холла--Эру[en] был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодныхэлектродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии, и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.

Для производства 1000 кг чернового алюминия требуется 1920 кг глинозема, 65 кг криолита, 35 кг фторида алюминия, 600 кг анодных графитовых электродов и около 17 МВт-ч электроэнергии (~61 ГДж)[7].

Лабораторный способ получения алюминия предложил Фридрих Велер в 1827 году восстановлением металлическим калием безводного хлорида алюминия (реакция протекает при нагревании без доступа воздуха):

Похожие статьи




Нахождение в природе и получение - Алюминий и его свойства

Предыдущая | Следующая