Алюміній

За поширеністю в природі алюміній стоїть на четвертому місці (після О, Н і Si), причому на його частку припадає близько 5,5% від загального числа атомів земної кори. Головна маса алюмінію зосереджена в алюмосилікатах. Надзвичайно розповсюдженим продуктом розкладу утворених ним сполук є глина, основний склад якої (відповідний каоліну) відповідає формулі Аl2 О3 * 2SiO2 * 2H2 O. З інших мінералів алюмінію найбільше значення мають боксит (Аl2 О3 • хН2 О) і кріоліт (AlF3-3NaF).

1) Глина є основною сировиною керамічної промисловості. Так звана груба кераміка охоплює виробництва цегли, різних вогнетривких (шамот і т. д.) і кислототривких (клінкер і т. д.) матеріалів, глиняного посуду (гончарне виробництво), кахлів, черепиці і т. д., а тонка кераміка – виробництво фарфору і фаянсу.

Елементарний алюміній отримують електролізом розчину Аl2 О3 в розплавленому кріоліті. Процес ведуть при температурах близько 1000 °С в електричних печах, причому на аноді виділяється кисень, а на катоді – алюміній. Останній собіоается на дні печі, звідки періодично і випускається.
Схематично показана на рис. 150 піч для виплавки алюмінію складається з залізного ящика, внутрішні стінки і дно якого викладені товстої вугільної обкладкою К, що служить при електролізі катодом. Як анода застосовується масивний вугільний електрод А. Під час роботи печі в неї періодично додають Аl2 О3, а розплавлений метал видаляють. Виплавка алюмінію вельми енергоємна: кожна тонна металу вимагає витрати близько 20 тис. квт • г електроенергії.

2) Так як очищення алюмінію від домішок дуже важка, необхідно, щоб чисті були самі вихідні матеріали для його отримання. Кріоліт зазвичай готують штучно, шляхом спільного розчинення Аl (ОН) 3 і соди в плавикової кислоті з реакції

ЗNa2 СО3 + 2Аl (ОН) 3 +12 НF = 2Na3 AlF6 + ЗСО2 + 9Н2 Про

Природні боксити, до складу яких входить 40-60% Al2 O3 і ряд домішок (SiO2, Fe2 O3 і т. д.), піддають попередньої хімічної переробки з метою виділення з них досить чистого окису алюмінію (містить не більше 0,2% SiO2 і 0,04% Fe2 O3). Методи такої переробки сильно залежать від складу вихідного бокситу і досить складні.

Алюміній являє собою сріблясто-білий, досить твердий метал з густиною 2,7, що плавиться при 660 °і киплячий при 2350 °С. Він характеризується великою тягучістю і високу електропровідність (складової 0,6 електропровідності міді). З цим пов’язано його використання при виробництві електричних проводів.

Значно більш широко застосування алюмінію у вигляді різних сплавів, поряд з чудовими механічними якостями, що характеризуються легкістю. Особливо важливий так званий дуралюміній (приблизний склад: 94% Аl, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe і Si). Він цінний тим, що при рівній міцності вироби з нього майже в три рази легше сталевих. Не кажучи вже про авіаційної промисловості, для якої легкість матеріалу особливо важлива, полегшення металевих конструкцій має величезне значення для ряду областей техніки.

Це стає особливо наочним, якщо взяти до уваги, що, наприклад, у завантаженому товарному вагоні близько третини всієї ваги припадає на матеріали, з яких виготовлений сам вагон, а в пасажирських вагонах на їх власну вагу падає до 95% всього навантаження. Очевидно, що навіть часткова заміна стали дуралюмина дає величезний техно-економічний ефект. У зв’язку з цим, а також зважаючи на наявність в природі практично

невичерпних запасів алюмінію, його іноді називають «металом майбутнього». Можливість широкої часткової заміни ним основного металу сучасної техніки – заліза – обмежується головним чином порівняно високою вартістю алюмінію.

3) Крім зазначених областей застосування алюмінію, він знаходить широке використання для вироблення домашнього посуду і т. д. При 100-150 °С алюміній настільки пластичний, що з нього може бути отримана фольга менше 0,01 мм товщини. Подібна фольга широко застосовується для виготовлення електричних конденсаторів і для загортання деяких продуктів. Чистий алюмінієва поверхня відбиває близько 90% падаючого на неї випромінювання (не тільки видимого, але також інфрачервоного та ультрафіолетового). Нанесенням на скло алюмінію (шляхом напилення у вакуумі) можуть бути тому отримані високоякісні дзеркала, дуже рівномірно відображають промені різних довжин хвиль. Тонкий порошок алюмінію служить для виготовлення стійкою до атмосферних впливів сріблястою фарби. Щорічний світовий видобуток алюмінію складає в даний час близько 3 млн. т (проти 8 тис. т в 1900 р.).

На повітрі алюміній негайно покривається найтоншої (0,00001 мм), але дуже щільною плівкою оксиду, що охороняє метал від подальшого окислення. У зв’язку з цим поверхню

його зазвичай має не блискучий, а матовий вигляд. При прожарюванні мілко роздробленого алюмінія він енергійно згорає на повітрі. Аналогічно проходить його взаємодія з сіркою. З хлором та бромом сполучається вже при звичайній температурі, з йодом – при нагріванні. При дуже високих температурах алюміній безпосередньо з’єднується також з азотом та вуглецем. Навпаки, з воднем взаємодіє.

Посилання на основну публікацію