Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Алюминий получают электролизом оксида алюминия в расплавеАлюминий, производство алюминия: технология, процесс и описаниеАлюминий обладает массой свойств, которые делают его одним из самых используемых материалов в мире. Он широко распространен в природе, занимая среди металлов первое место. Казалось бы, и трудностей с его производством быть не должно. Но высокая химическая активность металла приводит к тому, что в чистом виде его не встретить, а производить – сложно, энергоемко и затратно. Сырье для производстваИз какого сырья получают алюминий? Производство алюминия из всех минералов, его содержащих, дорого и нерентабельно. Добывают его из бокситов, которые содержат до 50% оксидов алюминия и залегают прямо на поверхности земли значительными массами. Эти алюминиевые руды имеют достаточно сложный химический состав. Они содержат глиноземы в количестве 30-70% от общей массы, кремнеземы, которых может быть до 20%,окись железа в пределах от 2 до 50%, титан (до 10%). Глиноземы, а это окись алюминия и есть, состоят из гидроокисей, корунда и каолинита. В последнее время окиси алюминия стали получать из нефелинов, которые содержат еще и окиси натрия, калия, кремния, и алунитов. Для производства 1 т чистого алюминия нужно около двух тонн глинозема, который, в свою очередь, получают из примерно 4,5 т боксита. Месторождения бокситовЗапасы бокситов в мире ограничены. На всем земном шаре всего семь районов с его богатыми залежами. Это Гвинея в Африке, Бразилия, Венесуэла и Суринам в Южной Америке, Ямайка в Карибском регионе, Австралия, Индия, Китай, Греция и Турция в Средиземноморье и Россия. В странах, где есть богатые месторождения бокситов, может быть развито и производство алюминия. Россия добывает бокситы на Урале, в Алтайском и Красноярском краях, в одном из районов Ленинградской области, нефелин - на Кольском полуострове. Самые богатые месторождения принадлежат именно российской объединенной компании UC RUSAL. За ней идут гиганты Rio Tinto (Англия-Австралия), объединившийся с канадской Alcan и CVRD. На четвертом месте находится компания Chalco из Китая, затем американо-австралийская корпорация Alcoa, которые являются и крупными производителями алюминия. Зарождение производстваДатский физик Эрстед выделил первым алюминий в свободном виде в 1825 году. Химическая реакция проходила с хлоридом алюминия и амальгамой калия, вместо которой спустя два года немецкий химик Велер использовал металлический калий. Калий – материал достаточно дорогой, поэтому в промышленном производстве алюминия француз Сент-Клер Девиль вместо калия в 1854 году использовал натрий, элемент значительно более дешевый, и стойкий двойной хлорид алюминия и натрия. Русский ученый Н. Н. Бекетов смог вытеснить алюминий из расплавленного криолита магнием. В конце восьмидесятых годов того же века эту химическую реакцию использовали немцы на первом алюминиевом заводе. Во второй половине XVIII века было получено около химическими способами 20 т чистого металла. Это был очень дорогой алюминий. Производство алюминия с помощью электролиза зародилось в 1886 году, когда одновременно были поданы практически одинаковые патентные заявки основоположниками этого способа американским ученым Холлом и французом Эру. Они предложили растворять глинозем в расплавленном криолите, а затем электролизом получать алюминий. С этого и началась алюминиевая промышленность, ставшая за более чем вековую историю одной из самых крупных отраслей металлургии. Основные этапы технологии производстваВ общих чертах технология производства алюминия не изменилась с момента создания. Процесс состоит из трех стадий. На первой из алюминиевых руд, будь это бокситы или нефелины, получают глинозем – окись алюминия Al2O3 . Затем из окиси выделяют промышленный алюминий со степенью очистки 99,5 % , которой для некоторых целей бывает недостаточно. Поэтому на последней стадии рафинируют алюминий. Производство алюминия завершается его очисткой до 99,99 %. Получение глиноземаСуществует три способа получения окиси алюминия из руд: - кислотный; - электролитический; - щелочной. Последний способ - наиболее распространенный, разработанный еще в том же XVIII веке, но с тех пор неоднократно доработанный и существенно улучшенный, применяется для переработки бокситов высоких сортов. Так получают около 85 % глиноземов. Сущность щелочного способа заключается в том, что алюминиевые растворы с большой скоростью разлагаются, когда в них вводится гидроокись алюминия. Оставшийся после реакции раствор выпаривается при высокой температуре около 170° С и опять используется для растворения глинозема; Сначала боксит дробится и измельчается в мельницах с едкой щелочью и известью, затем в автоклавах при температурах до 250°С происходит его химическое разложение и образовывается алюминат натрия, который разбавляют щелочным раствором уже при более низкой температуре – всего 100° С. Алюминатный раствор промывается в специальных сгустителях, отделяется от шлама. Затем происходит его разложение. Через фильтры раствор перекачивают в емкости с мешалками для постоянного перемешивания состава, в который для затравки добавлена твердая гидроокись алюминия. В гидроциклонах и вакуум-фильтрах выделяется гидроокись алюминия, часть которой возвращается в качестве затравочного материала, а часть идет на кальцинацию. Фильтрат, оставшийся после отделения гидроокиси, тоже возвращается в оборот для выщелачивания следующей партии бокситов. Процесс кальцинации (обезвоживания) гидроокиси во вращающихся печах происходит при температурах до 1300° С. Для получения двух тонн окиси алюминия расходуется 8,4 кВт*ч электроэнергии. Прочное химическое соединение, температура плавления которого 2050° С, это еще не алюминий. Производство алюминия впереди. Электролиз окиси алюминияОсновным оборудованием для электролиза является специальная ванна, футерованная углеродистыми блоками. К ней подводят электрический ток. В ванну погружаются угольные аноды, сгорающие при выделении из окиси чистого кислорода и образующие окись и двуокись улглерода. Ванны, или электрилизеры, как их называют специалисты, включаются в электрическую цепь последовательно, образуя серию. Сила тока при этом составляет 150 тысяч ампер. Аноды могут быть двух типов: обожженные из больших угольных блоков, масса которых может быть больше тонны и самообжигающиеся, состоящие из угольных брикетов в алюминиевой оболочке, которые спекаются в процессе электролиза под действием высоких температур. Рабочее напряжение на ванне обычно составляет около 5 вольт. Оно учитывает и напряжение, необходимое для разложения окиси, и неизбежные потери в разветвленной сети. Из растворенной в расплаве на основе криолита окиси алюминия жидкий металл, который тяжелее солей электролита, оседает на угольном основании ванны. Его периодически откачивают. Процесс производства алюминия требует больших затрат электроэнергии. Чтобы получить одну тонну алюминия из глинозема, нужно израсходовать около 13,5 тысяч кВт*ч электроэнергии постоянного тока. Поэтому еще одним условием создания крупных производственных центров является работающая рядом мощная электростанция. Рафинация алюминияНаиболее известный метод – это трехслойный электролиз. Он также проходит в электролизных ваннах с угольными подинами, футерованных магнезитом. Анодом в процессе служит сам расплавленный металл, который подвергается очистке. Он располагается в нижнем слое на токопроводящей подине. Чистый алюминий, который из электролита растворяется в анодном слое, понимается вверх и служит катодом. Ток к нему подводится с помощью графитового электрода. Электролит в промежуточном слое – это фториды алюминия или чистые или с добавлением натрия и хлорида бария. Нагревается он до температуры 800°С. Расход электроэнергии при трехслойном рафинировании составляет 20 кВт*ч на один кг металла, то есть на одну тонну нужно 20 тысяч кВт*ч. Вот почему, как ни одно производство металлов, алюминий требует наличия не просто источника электроэнергии, а крупной электростанции в непосредственной близости. В рафинированном алюминии в очень малых количествах содержатся железо, кремний, медь, цинк, титан и магний. После рафинирования алюминий перерабатывается в товарную продукцию. Это и слитки, и проволока, и лист, и чушки. Продукты сегрегации, полученные в результате рафинирования, частично, в виде твердого осадка, используются для раскисления, а частично отходят в виде щелочного раствора. Абсолютно чистый алюминий получают при последующей зонной плавке металла в инертном газе или вакууме. Примечательной его характеристикой является высокая электропроводность при криогенных температурах. Переработка вторичного сырьяЧетверть общей потребности в алюминии удовлетворяется вторичной переработкой сырья. Из продуктов вторичной переработке льется фасонное литье. Предварительно отсортированное сырье переплавляется в пороговой печи. В ней остаются металлы, имеющие более высокую температуру плавления, чем алюминий, например, никель и железо. Из расплавленного алюминия продувкой хлором или азотом удаляются различные неметаллические включения. Более легкоплавкие металлические примеси удаляются присадками магния, цинка или ртути и вакуумированием. Магний удаляется из расплава хлором. Заданный литейный сплав получают, введя добавки, которые определяются составом расплавленного алюминия. Центры производства алюминияПо объемам потребления алюминия КНР занимает первое место, оставляя далеко позади находящиеся на втором месте США и обладательницу третьего места Германию. Китай – это и страна производства алюминия, с огромным отрывом лидирующая в этой области. В десятку лучших, кроме КНР, входят Россия, Канада, ОАЭ, Индия, США, Австралия, Норвегия, Бразилия и Бахрейн. В России монополистом в производстве глинозема и алюминия является объединенная компания RUSAL. Она производит до 4 млн т алюминия в год и экспортирует продукцию в семьдесят стран, а присутствует на пяти континентах в семнадцати странах. Американской компании Alcoa в России принадлежат два металлургических завода. Крупнейший производитель алюминия в Китае – компания Chalco. В отличие от зарубежных конкурентов, все ее активы сосредоточены в родной стране.
Подразделение Hydro Aluminium норвежской компании Norsk Hydro владеет алюминиевыми заводами в Норвегии, Германии, Словакии, Канаде, и Австралии. Австралийская BHP Billiton владеет производством алюминия в Австралии, Южной Африке и Южной Америке. В Бахрейне находится Alba (Aluminium Bahrain B. S. C.) – едва ли не самое крупное производство. Алюминий этого производителя занимает более 2 % общего объема «крылатого» металла, выпускаемого в мире. Итак, подводя итоги, можно сказать, что главными производителями алюминия являются международные компании, владеющие запасами бокситов. А сам исключительно энергоемкий процесс состоит из получения глинозема из алюминиевых руд, производства фтористых солей, к которым относится криолит, углеродистой анодной массы и угольных анодных, катодных, футеровочных материалов, и собственно электролитического производства чистого металла, которое является главной составляющей металлургии алюминия. fb.ru Электролиз - оксид - алюминийЭлектролиз - оксид - алюминийCтраница 1 Электролиз оксида алюминия приводит к выделению боль-ших объемов газа, содержащего различные количества SO2, фторидов или фтористоводородной кислоты в зависимости от типа электролитической печи. Эти газы должны быть очищены, чтобы предотвратить загрязнение атмосферы; кислые или щелочные промывные воды нейтрализуют и возвращают в скрубберы для снижения потерь воды. [1] В результате электролиза оксида алюминия на угольном аноде образуется оксид углерода ( IV), при пропускании которого через раствор гидроксида кальция образуется 48 6 г гидрокарбоната кальция. [2] Алюминий получают электролизом оксида алюминия А12О3 в расплаве криолита. [3] Алюминий получают электролизом оксида алюминия в расплаве. [4] Алюминий получают электролизом оксида алюминия А12Оз в расплаве криолита. [5] Перед тем как провести электролиз оксида алюминия, необходимо удалить из руды все остальные вещества. Для этого ее предварительно обрабатывают водным раствором гидроксида натрия. [6] В промышленности алюминий получают электролизом оксида алюминия, растворенного в расплавленном криолите Na3AlFe с добавкой фторида кальция CaF2 - Электролиз проводится при 950 - 980 С. Сырье применяется чистым, так как примеси при электролизе восстанавливаются и загрязняют алюминий. [8] В промышленности алюминий получают электролизом оксида алюминия, расплавленного в криолите. [9] Современный промышленный способ получения алюминия заключается в электролизе оксида алюминия, который имеет высокую температуру плавления ( 2045 С) и не проводит электрический ток. Эта смесь плавится при температуре около 1000 С. [10] Производство алюминия включает экстракцию оксида алюминия из бокситов с последующим электролизом оксида алюминия в расплаве криолита. [11] Схематически показать электродные процессы, протекающие при электролизе оксида алюминия в расплаве криолита. [12] Алюминий оказался дорогой и не мог найти широкого использования, и только после открытия электролитического способа его получения производство начало сильно развиваться. Электролитический способ получения алюминия, предложенный в 1886 г. почти одновременно Эру во Франции и Холлом в США, заключался в электролизе оксида алюминия, растворенного в расплавленном криолите. Процесс осуществляют в таких условиях, что алюминий осаждается в нижней части электролизера на катоде, изготовленном из подовых угольных блоков, покрывая которые, он уже сам становится катодом. Графитовые аноды располагаются вдоль поверхности катода. [13] Катодом служит выделившийся ранее жидкий алюминий ( темп. При наличии в электролите примесей на катоде будет выделяться не только алюминий, но также и другие металлы или неметаллы, катионы которых имеют меньшие разрядные потенциалы по сравнению с ионами алюминия. Поэтому для получения алюминия необходимо брать чистые исходные вещества, не содержащие оксидов железа, кремния и других элементов. Теоретически электролиз оксида алюминия при 1000 С должен происходить при наличии на электродах разности потенциалов 2 13 в. На угольном аноде, используемом при электролизе, кислород не выделяется, так как вступает в реакцию с углем с образованием оксидов углерода, а это снижает теоретическое напряжение разложения оксида алюминия до 1 7 в. Практически же на электродах поддерживается напряжение 4 3 - 4 5 в, так как ванна обладает сопротивлением. [14] Кислород образуется на аноде-положительном электроде. Анод состоит из графитовых электродов. Образующийся кислород взаимодействует с углеродом и соединяется с ним, образуя оксид углерода. При высокой температуре проведения процесса этот газ загорается и, сгорая, образует диоксид углерода. Поэтому при электролизе оксида алюминия появляются язычки пламени горящего оксида углерода. Вследствие этого по мере проведения электролиза аноды постепенно срабатываются. [15] Страницы: 1 www.ngpedia.ru Химия алюминия | CHEMEGE.RU
1. Положение алюминия в периодической системе химических элементов 2. Электронное строение алюминия 3. Физические свойства 4. Нахождение в природе 5. Способы получения 6. Качественные реакции 7. Химические свойства 7.1. Взаимодействие с простыми веществами 7.1.1. Взаимодействие с галогенами 7.1.2. Взаимодействие с серой и фосфором 7.1.3. Взаимодействие с водородом 7.1.4. Взаимодействие с азотом7.1.5. Взаимодействие с углеродом7.1.6. Горение 7.2. Взаимодействие со сложными веществами 7.2.1. Взаимодействие с водой 7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой7.2.5. Взаимодействие с щелочами7.2.6. Взаимодействие с окислителями Оксид алюминия 1. Способы получения 2. Химические свойства 2.1. Взаимодействие с основными оксидами 2.2. Взаимодействие с основаниями2.3. Взаимодействие с водой2.4. Взаимодействие с кислотными оксидами2.5. Взаимодействие с кислотами2.6. Взаимодействие с восстановителями2.7. Вытеснение более летучих оксидов из солей Гидроксид алюминия 1. Способы получения 2. Химические свойства 2.1. Взаимодействие с кислотами 2.2. Взаимодействие с кислотными оксидами 2.3. Взаимодействие с щелочами 2.4. Разложение при нагревании Соли алюминия Бинарные соединения алюминия АлюминийПоложение в периодической системе химических элементовАлюминий расположены в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Электронное строение алюминия и свойстваЭлектронная конфигурация алюминия в основном состоянии: +13Al 1s22s22p63s23p1 1s 2s 2p 3s 3p Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии: +13Al* 1s22s22p63s13p2 1s 2s 2p 3s 3p Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.
Физические свойстваАлюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 660оС, температура кипения 1450оС, плотность алюминия 2,7 г/см3.
Нахождение в природеАлюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%. В природе алюминий встречается в виде соединений: Бокситы Al2O3 · h3O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3) — гидрат оксида алюминия Корунд Al2O3. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.
Способы полученияАлюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970оС) Na3AlF6, а затем подвергуют электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы: Al2O3 → Al3+ + AlO33- На катоде происходит восстановление ионов алюминия: К: Al3+ +3e → Al0 На аноде происходит окисление алюминат-ионов: А: 4AlO33- — 12e → 2Al2O3 + 3O2 Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия: 2Al2O3 → 4Al + 3O2 Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием: AlCl3 + 3K → 4Al + 3KCl Качественные реакцииКачественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами. При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия. Например, хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия: AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината: Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] Обратите внимание, если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс: AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также выпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия. AlCl3 + 3Nh4 · h3O = Al(OH)3 ↓ + 3 Nh5Cl Al3+ + 3Nh4 · h3O = Al(OH)3 ↓ + 3 Nh5+ Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь. Химические свойства1. Алюминий – сильный восстановитель. Поэтому он реагирует со многими неметаллами. 1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов: 2Al + 3I2 → 2AlI3 1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов: 2Al + 3S → Al2S3 1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды: Al + P → AlP Алюминий не реагирует с водородом. 1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000оС с образованием нитрида: 2Al +N2 → 2AlN 1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия: 4Al + 3C → Al4C3 1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида: 4Al + 3O2 → 2Al2O3 Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь. 2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами: 2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов)) Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки. А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода: 2Al0 + 6h3+O → 2Al+3(OH)3 + 3h30 Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути (II): 3HgCl2 + 2Al → 2AlCl3 + 3Hg Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь. 2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой) со взрывом. При этом образуются соль и водород. Например, алюминий бурно реагирует с соляной кислотой: 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3h3↑
2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода: 2Al + 6h3SO4(конц.) → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6h3O 2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации. С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота: 10Na + 12HNO3 (разб) → N2 +10NaNO3 + 6h3O При взаимодействии алюминия с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония: 8Al + 14HNO3(оч.разб.) → 8NaNO3 + 3Nh5NO3 + 7h3O 2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород: 2Al + 2NaOH + 6h3O → 2Na[Al(OH)4] + 3h3 ↑ Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь. Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода: 2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3h3 ↑ Эту же реакцию можно записать в другом виде: 2Al + 6NaOH → NaAlO2 + 3h3↑ + Na2O 2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов. Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия. Например, алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая: 2Al + 3CuO → 3Cu + Al2O3 Еще пример: алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III): 8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI): 2Al + 3Na2O2 → 2NaAlO2 + 2Na2O 8Al + 3KNO3 + 5KOH + 18h3O → 8K[Al(OH)4] + 3Nh4 10Al + 6KMnO4 + 24h3SO4 → 5Al2(SO4)3 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 24h3O 2Al + NaNO2 + NaOH + 5h3O → 2Na[Al(OH)4] + Nh4 Al + 3KMnO4 + 4KOH → 3K2MnO4 + K[Al(OH)4] 4Al + K2Cr2O7 → 2Cr + 2KAlO2 + Al2O3 Оксид алюминияСпособы полученияОксид алюминия можно получить различными методами: 1. Горением алюминия на воздухе: 4Al + 3O2 → 2Al2O3 2. Разложением гидроксида алюминия при нагревании: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3h3O 3. Оксид алюминия можно получить разложением нитрата алюминия: 4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2 Химические свойстваОксид алюминия — типичный амфотерный оксид. Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами. 1. При взаимодествии оксида алюминия с основными оксидами образуются соли-алюминаты. Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом натрия: Na2O + Al2O3 → 2NaAlO2 2. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом оксид алюминия проявляет кислотные свойства. Например, оксид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием алюмината натрия и воды: 2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + h3O Оксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината: Al2O3 + 2NaOH + 3h3O → 2Na[Al(OH)4] 3. Оксид алюминия не взаимодействует с водой. 4. Оксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами (сильных кислот). При этом образуются соли алюминия. При этом оксид алюминия проявляет основные свойства. Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия: Al2O3 + 3SO3 → Al2(SO4)3 5. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием средних и кислых солей. Например, оксид алюминия реагирует с серной кислотой: Al2O3 + 3h3SO4 → Al2(SO4)3 + 3h3O 6. Оксид алюминия проявляет слабые окислительные свойства. Например, оксид алюминия реагирует с гидридом кальция с образованием алюминия, водорода и оксида кальция: Al2O3 + 3Cah3 → 3CaO + 2Al + 3h3 Электрический ток восстанавливает алюминий из оксида (производство алюминия): 2Al2O3 → 4Al + 3O2 7. Оксид алюминия — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении. Например, из карбоната натрия: Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2 Гидроксид алюминияСпособы получения1. Гидроксид алюминия можно получить действием раствора аммиака на соли алюминия. Например, хлорид алюминия реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида алюминия и хлорида аммония: AlCl3 + 3Nh4 + 3h3O = Al(OH)3 + 3Nh5Cl 2. Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоалюмината натрия: 2Na[Al(OH)4]+ СО2 = 2Al(OH)3 + NaНCO3 + h3O Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)4] на составные части: NaOH и Al(OH)3. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Al(OH)3 не реагирует с СО2, то мы записываем справа Al(OH)3 без изменения.
3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия. Например, хлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия: AlCl3 + 3KOH(недост) = Al(OH)3↓+ 3KCl 4. Также гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворимых солей алюминия с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами. Сульфиды, карбонаты и сульфиты алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе. Например: бромид алюминия реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия: 2AlBr3 + 3Na2CO3 + 3h3O = 2Al(OH)3↓ + CO2↑ + 6NaBr Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия: 2AlCl3 + 3Na2S + 6h3O = 2Al(OH)3 + 3h3S↑ + 6NaCl Химические свойства1. Гидроксид алюминия реагирует с растворимыми кислотами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов и типа соли. Например, гидроксид алюминия взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата алюминия: Al(OH)3 + 3HNO3 → Al(NO3)3 + 3h3O Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3h3O 2Al(OH)3 + 3h3SO4 → Al2(SO4)3 + 6h3O Al(OH)3 + 3HBr → AlBr3 + 3h3O 2. Гидроксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот. Например, гидроксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия: 2Al(OH)3 + 3SO3 → Al2(SO4)3 + 3h3O 3. Гидроксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства. Например, гидроксид алюминия взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием алюмината калия и воды: 2KOH + Al(OH)3 → 2KAlO2 + 2h3O Гидроксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината: Al(OH)3 + KOH → K[Al(OH)4] 4. Гидроксид алюминия разлагается при нагревании: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3h3O Видеоопыт взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой и щелочами (амфотерные свойства гидроксида алюминия) можно посмотреть здесь. Соли алюминияНитрат и сульфат алюминияНитрат алюминия при нагревании разлагается на оксид алюминия, оксид азота (IV) и кислород: 4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2 Сульфат алюминия при сильном нагревании разлагается аналогично — на оксид алюминия, сернистый газ и кислород: 2Al2(SO4)3 → 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2 Комплексные соли алюминияДля описания свойств комплексных солей алюминия — гидроксоалюминатов, удобно использоваться следующий прием: мысленно разбейте тетрагидроксоалюминат на две отдельные молекулы — гидроксид алюминия и гидроксид щелочного металла. Например, тетрагидроксоалюминат натрия разбиваем на гидроксид алюминия и гидроксид натрия: Na[Al(OH)4] разбиваем на NaOH и Al(OH)3 Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений. Таким образом, гидроксокомплексы алюминия реагируют с кислотными оксидами. Например, гидроксокомплекс разрушается под действием избытка углекислого газа. При этом с СО2 реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО2), а амфотерный гидроксид алюминия не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок: Na[Al(OH)4] + CO2 → Al(OH)3↓ + NaHCO3 Аналогично тетрагидроксоалюминат калия реагирует с углекислым газом: K[Al(OH)4] + CO2 → Al(OH)3 + KHCO3 По такому же принципу тетрагидроксоалюминаты реагирует с сернистым газом SO2: Na[Al(OH)4] + SO2 → Al(OH)3↓ + NaHSO3 K[Al(OH)4] + SO2 → Al(OH)3 + KHSO3 А вот под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид алюминия реагирует с сильными кислотами. Например, с соляной кислотой: Na[Al(OH)4] + 4HCl(избыток) → NaCl + AlCl3 + 4h3O Правда, под действием небольшого количества (недостатка) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида алюминия кислоты не будет хватать: Na[Al(OH)4] + НCl(недостаток) → Al(OH)3↓ + NaCl + h3O Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид алюминия: Na[Al(OH)4] + HNO3(недостаток) → Al(OH)3↓ + NaNO3 + h3O Комлекс разрушается при взамодействии с хлорной водой (водным раствором хлора) Cl2: 2Na[Al(OH)4] + Cl2 → 2Al(OH)3↓ + NaCl + NaClO При этом хлор диспропорционирует. Также комплекс может прореагировать с избытком хлорида алюминия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия: AlCl3 + 3Na[Al(OH)4] → 4Al(OH)3↓ + 3NaCl Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-алюминат: Na[Al(OH)4] → NaAlO2 + 2h3O↑ K[Al(OH)4] → KAlO2 + 2h3O Гидролиз солей алюминияРастворимые соли алюминия и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть: I ступень: Al3+ + h3O = AlOh3+ + H+ II ступень: AlOh3+ + h3O = Al(OH)2+ + H+ III ступень: Al(OH)2+ + h3O = Al(OH)3 + H+ Однако сульфиды, сульфиты, карбонаты алюминия и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой: Al2(SO4)3 + 6NaHSO3 → 2Al(OH)3 + 6SO2 + 3Na2SO4 2AlBr3 + 3Na2CO3 + 3h3O → 2Al(OH)3↓ + CO2↑ + 6NaBr 2Al(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3h3O → 2Al(OH)3↓ + 6NaNO3 + 3CO2↑ 2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3h3O → 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2↑ Al2(SO4)3 + 3K2CO3 + 3h3O → 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑ + 3K2SO4 2AlCl3 + 3Na2S + 6h3O → 2Al(OH)3 + 3h3S↑ + 6NaCl Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье. АлюминатыСоли, в которых алюминий является кислотным остатком (алюминаты) — образуются из оксида алюминия при сплавлении с щелочами и основными оксидами: Al2O3 + Na2O → 2NaAlO2 Для понимания свойств алюминатов их также очень удобно разбить на два отдельных вещества. Например, алюминат натрия мы раделим мысленно на два вещества: оксид алюминия и оксид натрия. NaAlO2 разбиваем на Na2O и Al2O3 Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют с кислотами с образованием солей алюминия: KAlO2 + 4HCl → KCl + AlCl3 + 2h3O NaAlO2 + 4HCl → AlCl3 + NaCl + 2h3O NaAlO2 + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NaNO3 + 2h3O 2NaAlO2 + 4h3SO4 → Al2(SO4)3 + Na2SO4 + 4h3O Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплесные соли: KAlO2 + h3O = K[Al(OH)4] NaAlO2 + 2h3O = Na[Al(OH)4] Бинарные соединенияСульфид алюминия под действием азотной кислоты окисляется до сульфата: Al2 S3 + 8HNO3 → Al2(SO4)3 + 8NO2 + 4h3O либо до серной кислоты (под действием горячей концентированной кислоты): Al2 S3 + 30HNO3(конц. гор.) → 2Al(NO3)3 + 24NO2 + 3h3SO4 + 12h3O Сульфид алюминия разлагается водой: Al2S3 + 6h3O → 2Al(OH)3↓ + 3h3S↑ Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан: Al4C3 + 12h3O → 4Al(OH)3 + 3Ch5 Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислот на соли алюминия и аммония: AlN + 4HCl → AlCl3 + Nh5Cl Также нитрид алюминия разлагается под действием воды: AlN + 3h3O → Al(OH)3↓ + Nh4 Поделиться ссылкой:chemege.ru 62. ЭЛЕКТРОЛИЗ АЛЮМИНИЯ. 100 великих изобретений62. ЭЛЕКТРОЛИЗ АЛЮМИНИЯ Современную жизнь невозможно представить без алюминия. Этот блестящий легкий металл, прекрасный проводник электричества, получил в последние десятилетия самое широкое применение в различных отраслях производства. Между тем известно, что в свободном виде алюминий не встречается в природе, и вплоть до XIX века наука даже не знала о его существовании. Только в последней четверти XIX века была разрешена проблема промышленного производства металлического алюминия в свободном виде. Это стало одним из крупнейших завоеваний науки и техники этого периода, значение которого мы, может быть, еще не оценили до конца. По содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Земная кора на 8, 8% состоит из алюминия (отметим для сравнения, что содержание железа в ней — 4, 2%, меди — 0, 003%, а золота — 0, 000005%). Однако этот химически активный металл не может существовать в свободном состоянии и встречается только в виде различных и очень разнообразных по своему составу соединений. Основная их масса приходится на оксид алюминия (Al2O3). Это соединение каждый из нас встречал не один раз — в обиходе оно называется глиноземом, или просто глиной. Глина примерно на треть состоит из оксида алюминия и является потенциальным сырьем для его производства. Вся трудность состоит в том, чтобы восстановить алюминий (отнять у него кислород). Химическим путем добиться этого чрезвычайно сложно, так как связь двух элементов здесь очень прочная. Уже первое знакомство с алюминием наглядно продемонстрировало все сложности, которые ожидали ученых на этом пути. В 1825 году датскому физику Гансу Эрстеду впервые удалось получить металлический алюминий в свободном состоянии из его оксида. Для этого Эрстед прежде всего смешал глинозем с углем, раскалил эту смесь и пропустил через нее хлор. В результате получился хлористый алюминий (AlCl3). В то время уже было известно, что химически более активные металлы способны вытеснять менее активные из их солей. Эрстед подверг хлористый алюминий действию калия, растворенного в ртути (амальгамой калия) и получил амальгаму алюминия (при быстром нагревании хлористого алюминия с амальгамой калия образовался хлористый калий, алюминий же ушел в раствор). Подвергнув эту смесь дистилляции, Эрстед выделил небольшие слитки алюминия. Несколько другим способом алюминий получил в 1827 году немецкий химик Велер, который пропускал пары хлористого алюминия над металлическим калием (при этом, как и в реакции Эрстеда химически, более активный калий вытеснял алюминий и сам соединялся с хлором). Но оба способа не могли применяться в промышленности, так как для восстановления алюминия здесь использовался очень дорогой калий. Позже французский физик Сен-Клер-Девилль разработал другой химический процесс получения алюминия, заменив калий более дешевым, но все же достаточно дорогим натрием. (Суть этого способа заключалась в том, что хлористый алюминий нагревали с натрием, который вытеснял алюминий из соли, заставляя его выделяться в виде небольших корольков.) На протяжении нескольких десятилетий алюминий получали именно таким образом. Исследуя свойства алюминия, Девилль пришел к заключению, что тот может в будущем иметь огромное значение для техники. В своем докладе Французской академии наук он писал: «Этот металл, белый и блестящий, как серебро, не чернеющий на воздухе, поддающийся переплавке, ковке и протяжке, обладающий к тому же замечательной легкостью, может оказаться очень полезным, если удастся найти простой способ его получения. Если далее вспомнить, что этот металл чрезвычайно распространен, что его рудой является глина, то можно лишь пожелать, чтобы он нашел широкое применение». Первые слитки алюминия, полученные Девиллем, демонстрировались на всемирной Парижской выставке в 1855 году и вызвали к себе живейший интерес. В 1856 году на заводе братьев Тисье в Руане Девилль организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия. При этом стоимость 1 кг алюминия сначала равнялась 300 франкам. Через несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. Алюминий в это время употребляли как полудрагоценный металл для производства различных безделушек, причем он приобрел в этом виде даже некоторую популярность из-за своего белого цвета и приятного блеска. Впрочем, по мере совершенствования химических методов выделения алюминия цена на него с годами падала. Например, завод в Олбери (Англия) в середине 80х гг. выпускал до 250 кг алюминия в день и продавал его по цене 30 шиллингов за кг, иными словами, цена его за 30 лет снизилась в 25 раз. Уже в середине XIX века некоторые химики указывали на то, что алюминий можно получать путем электролиза. В 1854 году Бунзен получил алюминий путем электролиза расплава хлористого алюминия. Почти одновременно с Бунзеном получил электролитическим путем алюминий Девилль. Аппарат Девилля состоял из фарфорового тигля P, вставленного в пористый глиняный тигель H и снабженного крышкой D, в которой имелась щель для ввода платинового электрода K и большое отверстие для пористого глиняного сосуда R. В последнем был помещен угольный стержень A, являвшийся положительным электродом. Тигель и глиняный сосуд заполнялись до одного уровня расплавленным двойным хлоридом алюминия и натрия (двойной хлорид получали путем смешивания двух частей сухого хлорида алюминия и поваренной соли). После погружения электродов уже при небольшом токе в расплаве начиналось разложение двойного хлорида, и на платиновой пластинке выделялся металлический алюминий. Однако в то время нельзя было и думать о том, чтобы поддерживать соединения в расплавленном состоянии, пользуясь только нагреванием при прохождении тока. Приходилось поддерживать необходимую температуру другим способом извне. Это обстоятельство, а также то, что электроэнергия в те годы стоила очень дорого, помешало распространению данного способа производства алюминия. Условия для его распространения возникли только после появления мощных генераторов постоянного тока. В 1878 году Сименс изобрел электрическую дуговую печь, применявшуюся прежде всего при плавке железа. Она состояла из угольного или графитового тигля, являвшегося одним полюсом. Вторым полюсом служил расположенный сверху угольный электрод, который перемещался внутри тигля в вертикальной плоскости для регулирования электрического режима. При заполнении тигля шихтой она нагревалась и расплавлялась или электрической дугой или за счет сопротивления самой шихты при прохождении через нее тока. Никаких внешних источников тепла для печи Сименса не требовалось. Создание этой печи стало важным событием не только для черной, но и для цветной металлургии. Теперь все условия для электролитического способа производства алюминия были налицо. Дело оставалось за разработкой технологии процесса. Вообще говоря, алюминий можно получать непосредственно из глинозема, но трудность заключалась в том, что оксид алюминия очень тугоплавкое соединение, которое переходит в жидкое состояние при температуре около 2050 градусов. Для того чтобы нагреть глинозем до такой температуры и затем поддерживать ее во время реакции, требовалось огромное количество электроэнергии. В то время этот способ казался неоправданно дорогим. Химики искали иной путь, пытаясь выделить алюминий из какого-нибудь другого менее тугоплавкого вещества. В 1885 году эту задачу независимо друг от друга разрешили француз Эру и американец Холл. Любопытно, что обоим в момент, когда они совершили свое выдающееся открытие, было по 22 года (и тот и другой родились в 1863 г.). Эру еще с 15 лет, после того как познакомился с книгой Девилля, постоянно думал об алюминии. Основные принципы электролиза он разработал, еще будучи студентом, в 20 лет. В 1885 году после смерти отца Эру унаследовал небольшую кожевенную фабрику близ Парижа и немедленно принялся за опыты. Он приобрел электрогенератор Грамма и сначала попробовал разложить электрическим током водные растворы солей алюминия. Потерпев на этом пути неудачу, он решил подвергнуть электролизу расплавленный криолит — минерал, в состав которого входит алюминий (химическая формула криолита Na3AlF6). Опыты Эру начал в железном тигле, который служил катодом, а анодом являлся опущенный в расплав угольный стержень. Поначалу ничего не обещало успеха. При пропускании тока железо тигля вступило в реакцию с криолитом, образовав легкоплавкий сплав. Тигель расплавился, и содержимое его вылилось наружу. Никакого алюминия Эру таким путем не получил. Однако криолит представлял собой очень заманчивое сырье, поскольку плавился при температуре всего 950 градусов. Эру пришла мысль, что расплав этого минерала можно использовать для растворения более тугоплавких солей алюминия. Это была очень плодотворная идея. Но какую соль избрать для опытов? Эру решил начать с той, которая давно уже служила сырьем для химического производства алюминия — с двойного хлорида алюминия и натрия. И тут при проведении эксперимента произошла ошибка, которая и привела его к замечательному открытию. Расплавив криолит и добавив к нему двойной хлорид алюминия и натрия, Эру неожиданно заметил, что угольный анод начал быстро обгорать. Объяснение этому могло быть только одно — в ходе электролиза на аноде стал выделяться кислород, вступавший в реакцию с углеродом. Но откуда мог взяться кислород? Эру внимательно изучил все купленные реактивы и тут обнаружил, что двойной хлорид разложился под действием влаги и превратился в глинозем. Тогда все происшедшее стало ему понятно: оксид алюминия (глинозем) растворился в расплавленном криолите и молекула Al2O3 распалась на ионы алюминия и кислорода. Далее в ходе электролиза отрицательно заряженные ионы кислорода отдавали аноду свои электроны и восстанавливались в химический кислород. Но в таком случае, какое вещество восстанавливалось на катоде? Им мог быть только алюминий. Поняв это, Эру уже намеренно добавил глинозем к расплаву криолита и таким образом получил на дне тигля корольки металлического алюминия. Так был открыт применяющийся по сей день способ получения алюминия из глинозема, растворенного в криолите. (Криолит не участвует в химической реакции, его количество в ходе электролиза не уменьшается — он используется здесь только как растворитель. Процесс идет следующим образом: к расплаву криолита периодически добавляют порциями глинозем; в результате электролиза на аноде выделяется кислород, а на катоде — алюминий.) На два месяца позже точно такой же способ производства алюминия открыл американец Холл. На свое изобретение Эру в апреле 1886 года получил первый патент. В нем он еще не отказался от внешнего нагревания ванны с электролитом для поддержания нужной температуры расплава. Но уже в следующем году он взял второй патент на способ получения алюминиевой бронзы, в котором отказался от внешнего нагрева и писал, что «электрический ток производит достаточное количества тепла для того, чтобы глинозем поддерживать в расплавленном состоянии». Поскольку никто во Франции не заинтересовался его открытием, Эру уехал в Швейцарию. В 1887 году компания «Сыновья Негер» подписала с ним контракт о реализации его изобретения. Вскоре было основано Швейцарское металлургическое общество, которое на заводе в Нейгаузене развернуло производство сначала алюминиевой бронзы, а потом чистого алюминия. Промышленную установку для электролиза алюминия, также как и всю технологию производства, разработал Эру. Печь представляла собой железный ящик, изолированно установленный на земле. Поверхность ванны изнутри была покрыта толстыми угольными пластинами, которые являлись отрицательным электродом (катодом). Сверху в ванну опускался положительный электрод (анод), который представлял собой пакет угольных стержней. Электролиз происходил при очень сильном токе (порядка 4000 ампер), но при небольшом напряжении (всего 12-15 вольт). Большая сила тока, как уже говорилось в предыдущих главах, приводила к значительному повышению температуры. Криолит быстро плавился, и начиналась электрохимическая реакция восстановления, в ходе которой металлический алюминий собирался на угольном полу ванны. Уже в 1890 году завод в Нейгаузене получил свыше 40 тонн алюминия, а вскоре стал выпускать по 450 тонн алюминия в год. Успехи швейцарцев вдохновили французских промышленников. В Париже образовалось электротехническое общество, которое в 1889 году предложило Эру стать директором вновь основанного алюминиевого завода. Через несколько лет Эру основал в разных частях Франции, где имелась дешевая электрическая энергия, еще несколько алюминиевых заводов. Цены на алюминий постепенно упали в десятки раз. Медленно, но неуклонно этот замечательный металл стал завоевывать свое место в человеческой жизни, сделавшись вскоре столь же необходимым, как известные с глубокой древности железо и медь. Поделитесь на страничкеСледующая глава > info.wikireading.ru 6.2. Производство алюминия | МатериаловедАлюминий – наиболее распространенный металл в земной коре (8,8 %), но в чистом виде не встречается. Основным сырьем для получения алюминия служат бокситы, в которых алюминий содержится в виде минералов – гидроксидов Al(OH)3, AlO(OH), корунда Al2O3 и каолинита Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2h3O. Алюминий получают электролизом глинозема – оксида алюминия (Al2O3) в расплавленном криолите с добавлением фтористых алюминия и натрия. Получение алюминия включает: получение безводного, свободного от примесей оксида алюминия; получение криолита из плавикого шпата; электролиз глинозема в расплавленном криолите. Глинозем получают из бокситов путем их обработки щелочью. Полученный в результате этого алюминат натрия NaAlO2 подвергают гидролизу: NaAlO2 + 2h3O =NaOH + Al (OH)3↓ . В результате в осадок выпадают кристаллы гидроксида алюминия Al(OH)3. Гидроксид алюминия обезвоживают во вращающихся печах при температуре 1150…1200 0С и получают обезвоженный глинозем Al2O3. Для производства криолита сначала из плавикого шпата получают фтористый водород, а затем плавиковую кислоту. В раствор плавиковой кислоты вводят Al(OH)3, в результате чего образуется фторалюминиевая кислота, которую нейтрализуют содой, и получают криолит, выпадающий в осадок: 2h4AlF6 + 3Na2CO3 = 2Na3AlF6 .↓ + 3CO2 + 3h3O . Его отфильтровывают и просушивают в сушильных барабанах. Электролиз глинозема проводят в электролизере, в котором имеется ванна из углеродистого материала. В ванне слоем 250…300 мм находится расплавленный алюминий, служащий катодом, и криолит. Анодное устройство состоит из угольного анода, погруженного в электролит. Для электролиза и разогрева электролита до 1000 0С подводят постоянный ток. Криолит и глинозем в электролите диссоциируют: на катоде разряжается ион Al 3+ и образуется алюминий, а на аноде – ион O 2–, который окисляет углерод анода до СО и СО2 , удаляющихся из ванны через вентиляционную систему. Алюминий собирается на дне ванны под слоем электролита. Его периодически извлекают, используя специальное устройство. Для нормальной работы ванны на ее дне оставляют немного алюминия. Алюминий, полученный электролизом, называют алюминием-сырцом. В нем содержатся металлические и неметаллические примеси, газы. Примеси удаляют рафинированием, для чего продувают хлор через расплав алюминия. Образующийся парообразный хлористый алюминий, проходя через расплавленный металл, обволакивает частички примесей, которые всплывают на поверхность металла, где их удаляют. Хлорирование алюминия способствует также удалению натрия, кальция, магния и газов, растворенных в алюминии. Затем жидкий алюминий выдерживают в ковше или электропечи в течение 30…45 мин при температуре 690…730 0С для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла. После рафинирования чистота первичного алюминия составляет 99,5…99,85 %. Познакомьтесь подробнее с технологией производства алюминия, посмотрев учебный видеофильм «Электролитическое производство алюминия». xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ РАСПЛАВОВИзобретение относится к цветной металлургии, в частности к составу электролита для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов. В настоящее время алюминий получают в электролизных ваннах (электролизерах) электролитическим разложением оксида алюминия или иначе глинозема (Al2O3), растворенного в расплаве фторидов при температуре около 950°С. Основным компонентом расплава является натриевый криолит (Na3AlF6), к которому для улучшения технологических характеристик добавляют фторид алюминия (AlF3) и фториды щелочных и щелочно-земельных металлов, таких, например, как фторид лития (LiF), фторид калия (KF), фторид кальция (CaF2) и фторид магния (MgF2). В результате введения добавок изменяются такие важные для технологии электролиза свойства расплавов, как электропроводность, плотность, температура ликвидуса (температура плавления), растворимость глинозема, давление паров над расплавом, а также коррозионное воздействие на материалы электродов, футеровку и другие элементы конструкции электролизера. Производство алюминия электролизом является одним из наиболее энергозатратных. Для снижения удельного расхода электроэнергии стремятся снизить удельное сопротивление электролита и температуру электролиза. Снижение температуры электролиза, кроме того, позволяет снизить коррозию электродных, футеровочных и конструкционных материалов. Однако при снижении температуры электролиза и, следовательно, температуры электролита обычно снижается растворимость глинозема в расплаве, что приводит к необходимости снижения производительности электролизеров. Из патента RU 2288977, опубл. 10.12.2006, известен электролит с повышенной электропроводностью и растворимостью глинозема, содержащий, мас.%: KF - 4,0-7,0; LiF - 1,0-3,0; CaF2 - 4,0-5,0; MgF2 - 0,5-1,5; AlF3 (избыток) - 4,0-6,0; Al2O3 - 2,0-4,0; Na3AlF6 - остальное. При температуре 955°С этот электролит имеет электропроводность 2,6 Ом-1см-1 и растворимость глинозема 8,7 мас.%. Увеличение электропроводности электролита достигается введением добавки фторида лития, а увеличение растворимости глинозема введением добавки фторида калия. Недостатком электролита является его высокая температура ликвидуса, что не позволяет снизить температуру электролиза ниже 950°С. В результате этого электролизеры имеют большие энергетические потери в виде рассеиваемого тепла, и энергетическая эффективность процесса остается низкой, т.к. КПД существующих электролизеров не превышает 50%. Кроме того, высокая температура электролиза приводит к высокой скорости разрушения электродных, конструкционных и футеровочных материалов. В частности, существенно ограничивается перечень возможных материалов, пригодных для применения в качестве инертных анодов. Известен электролит (патент WO 2011/072546) с пониженной температурой ликвидуса, содержащий, мас.%: KF - 10-50; NaF - 0-35; LiF - 0-3; Al2O3 - 2-6; CaF2 - 0-5; MgF2 -0-3; AlF3 и примеси - остальное. Из описания к патенту следует, что температура ликвидуса электролита составляет 560-800°С и при 700-800°С растворимость глинозема в нем равна 3-8%, а плотность 1,8-2,1 г/см3. Температура электролиза для данного электролита может быть снижена до 690-850°С. Недостатком известного электролита является высокое содержание фторида калия, которое не позволяет использовать углеродные электродные материалы из-за их разрушения в результате внедрения калия в структуру углеродных материалов. Кроме того, недостатком известного электролита является его низкая электропроводность из-за низкого содержания фторидов натрия и лития при низкой температуре электролиза. Это приводит к увеличению напряжения электролизера и не позволяет улучшить КПД электролизеров по сравнению с современными электролизерами с температурой электролиза около 950°С. В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран электролит для получения алюминия электролизом (патент CN 1896329), содержащий, мас.%: AlF3 - 5-30; LiF - 2-40; CaF2 - 2-6; MgF2 - 2-8; KF - 2-10; Al2O3 - 2-2,5; Na3AlF6 - остальное. Температура ликвидуса электролита по прототипу составляет 800-850°С, а плотность и электропроводность 1,8-2,1 г/см3 и 3-4 Ом-1см-1, соответственно. Недостатком электролита прототипа является высокое содержание фторида лития и фторида магния, которые сильно снижают растворимость глинозема в электролите. Поэтому содержание оксида алюминия в этом электролите ограничивается 2-2,5 мас.%. Из-за снижения растворимости глинозема снижается и скорость его растворения, а так как алюминий получается разложением растворенного глинозема, то потребуется снизить производительность электролизера. Кроме того, снижение растворимости и скорости растворения глинозема в электролите увеличивает скорость осаждения нерастворенного глинозема на подине электролизера, а высокое содержание лития приводит к значительному загрязнению производимого алюминия литием, что требует применения специальных методов очистки получаемого металла. Общими признаками прототипа и предлагаемого электролита является снижение температуры ликвидуса путем модифицирования состава электролита с помощью добавок KF, LiF, CaF2. Задачей изобретения является увеличение производительности и снижение себестоимости получения алюминия при температуре электролиза 830-930°С. Техническим результатом является повышение растворимости глинозема в электролите при температуре 830-930°С. В заявляемом электролите не разрушаются углеродные и инертные электродные материалы и не требуется применение специальных методов очистки алюминия от компонентов расплава. Поставленная задача решается благодаря тому, что электролит для получения алюминия электролизом расплавов, согласно заявляемому составу, содержит фторид натрия, фторид калия, фторид лития, фторид кальция и глинозем, фторид алюминия и примеси в следующем количественном соотношении компонентов, в мас.%: NaF - 26-43; KF - до 12; LiF - до 5; CaF2 - 2-6; Al2O3 - 2-6; AlF3 и примеси - остальное. Примеси в электролите обычно представлены оксидными и фторидными соединениями железа, кремния, магния и др. Электролит имеет температуру ликвидуса 750-900°С и при температуре электролиза 830-930°С имеет растворимость глинозема выше 5% масс. При электролизе электролит не разрушает углеродные и инертные электродные материалы и не загрязняет получаемый алюминий компонентами расплава, в частности литием. Сущность предлагаемого решения состоит в следующем. Применение электролита с пониженной температурой ликвидуса при температуре электролиза 830-930°С позволяет увеличить производительность процесса получения алюминия электролизом расплавленных солей и снизить себестоимость получения алюминия. Фторид натрия и фторид алюминия являются основными компонентами электролита. При содержании NaF менее 26 мас.% значительно снижается электропроводность и растворимость глинозема. Содержание NaF более 43 мас. % не позволяет снизить температуру электролиза ниже 930°С. Снижение температуры ликвидуса также достигается введением добавок KF, LiF, CaF2. Все эти добавки, кроме KF, вызывают снижение растворимости оксида алюминия в расплаве. В то же время при введении фторида калия снижается электропроводность электролита и ускоряется разрушение углеродных материалов в результате внедрения калия в их структуру. Снижение температуры электролита также приводит к снижению растворимости глинозема. Поэтому, чем ниже температура электролита, тем больше должно быть содержание фторида калия. Однако при содержании KF более 12 мас.% происходит деформация и разрушение углеродных анодов и катодов вследствие внедрения в них калия и, кроме того, существенно снижается электропроводность электролита. Для повышения электропроводности электролита и одновременного снижения температуры ликвидуса используется добавка LiF. Однако при содержании LiF более 5 мас.% (в прототипе до 40 мас.%) и температуре электролита ниже 930°С существенно снижается растворимость глинозема в расплаве. Кроме того, при содержании лития более 5 мас.% возрастает концентрация лития в алюминии, что требует применения специальных методов очистки полученного металла, иначе возникают проблемы при его обработке, например при производстве фольги [B.J. Welch et. al. Aluminium smelter technology - Theory and practice]. Содержание фторида кальция 2-6 мас.% неизбежно из-за поступления кальция в электролит в составе глинозема. Дополнительное введение фторида кальция сверх фона приводит к снижению растворимости глинозема и электропроводности расплава. Фторид магния изменяет свойства электролита аналогично фториду кальция, но при этом фоновое содержание фторида магния значительно ниже и поэтому может быть отнесено к примесному загрязнению расплава. Дополнительное введение фторида магния сверх фонового содержания (в прототипе 2-8 мас.%), также как и в случае фторида кальция, приводит к снижению растворимости глинозема и электропроводности расплава. При низкой растворимости глинозема в электролите (в прототипе не более 4-5 мас.%) и при высокой анодной плотности тока (0,8 А/см2 и выше) концентрация растворенного глинозема в расплаве может стать менее 2 мас.% и тогда возникнет нехватка кислородсодержащих ионов у поверхности анодов и начнется разложение фторидных компонентов электролита, что приведет к возрастанию напряжения электролизера, деградации анода, повышенному расходу фтор-солей и выделению вредных фторсодержащих газов. При концентрации более 6 мас.% возможно образование осадков глинозема в электролизере, что является технологическим нарушением процесса электролиза. Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показано в табл.
Таким образом, изобретение позволяет при температуре 830-930°C повысить растворимость глинозема в электролите до 5 мас.% и выше и, следовательно, увеличить производительность электролизеров, работающих при температуре электролиза 830-930°C. Кроме того, изобретение позволяет получать алюминий, не загрязненный литием, который не требует применения специальных методов очистки. Следовательно, изобретение позволяет снизить себестоимость получения алюминия. edrid.ru Алюминий получение электролизом - Справочник химика 21Алюминий, полученный электролизом, загрязнен железом, кремнием, неметаллическими и газообразными примесями. Алюминий более высокой чистоты получают посредством очистки переплавкой и электролизом. [c.182]Алюминий, полученный электролизом по описанному выше способу [70, 78, 340], отличается высокой чистотой (99,999 6). Если аноды сделать из алюминия, то при электролизе будет происходить перенос алюминия с анода на катод. Таким образом, можно осуществить процесс электролитического рафинирования алюминия при низких температурах, который по затратам электроэнергии значительно выгоднее известных высокотемпературных процессов. Описано также выделение алюминия из других электролитов [69, 341, 342], содержащих алюминийорганические соединения. [c.248] Вычислите количество алюминия, полученного за 1,00 час при электролизе расплавленного А1С1з током силой 10,0 ампер. [c.228]Кроме алюминия, методом электролиза расплавов получают натрий, магний, литий, калий, кальций, барий, а также порошки чистых тугоплавких металлов вольфрама, молибдена, ванадия, титана, циркония, тантала, ниобия, которые необходимы для получения сверхпрочных сплавов. Без этих сплавов, в частности, невозможно было бы построить космические корабли. Электролизом расплавов иолучают бериллий и чистый металлический торий, используемые в атомной промышленности. [c.33] Алюминий, полученный электролизом глинозема, содержит примеси, в основном железо и кремний. Для получения чистого алюминия его подвергают рафинированию. [c.429] Однажды утром Холл вбежал ко мне с радостным возгласом Профессор, я получил его На протянутой ладони лежало двенадцать маленьких шариков алюминия, самого первого алюминия, полученного электролизом. Это произошло 23 февраля 1886 года . [c.220] Ванны с самообжигающимися анодами работают без смены анодов. Схема такой ванны приведена на рис. 61. Кожух ванны футерован огнеупорным кирпичом-и угольными плитами. Дно ванны является катодом, оно выложено из угольных блоков, к которым подводится стальной токоподвод. Над ванной на раме подвешен так называемый самообжигающийся анод, состоящий из алюминиевой обечайки, в которую загружена анодная масса (смесь антрацита, кокса, каменноугольной смолы и пека). В верхней части анода масса находится в пластическом состоянии, в нижней, подверженной действию высоких температур, — в твердом. По мере сгорания анод механизмом, находящимся на раме, опускается, масса в нем спекается и превращается в угольный блок. Алюминиевая обечайка периодически наращивается и ее догружают электродной массой. Ток к аноду подводится при помощи токопроводящих шин через стальные штыри, забитые в тело анода. При сгорании анода нижний ряд штырей вынимается и они забиваются в новый ряд вверху. Таким образом, самообжигающиеСя электроды являются электродами непрерывного действия. Процесс электролиза ведут при напряжении 4,2—4,5 В, нагрузке 80 ООО—150 ООО А, с выходом по току 88—90%. Расход энергии составляет 16 100—16 200 кВт-ч/т. Алюминий, полученный электролизом глинозема, содержит примеси, в основном железо и кремний. Для получения чистого алюминия его подвергают рафинированию. [c.144] Основным промышленным способом получения металлического алюминия является электролиз расплавленных солей, содержащих ионы АР ". Определите величину электрического заряда, в фарадеях и кулонах, который должен быть пропущен через расплав для получения 1 кг. металла. [c.44] В последнее время появились сообщения о том, что в США разработан новый процесс получения алюминия, в котором электролизу подвергают расплав электролита, содержащего хлорид алюминия. При электролизе образуются алюминий на катоде и хлор на аноде. Хлор используется для хлорирования алюминиевого сырья с целью приготовления хлорида алюминия. Указывается, что по новому способу расход электроэнергии на получение алюминия сокращается на 30%. [c.274] Металлический алюминий получают электролизом расплавленного А12О3 в криолите при напряжении 4,0—4,5 В. Определите максимальный расход электроэнергии на получение 1000 кг алюминия, если выход по току равен 0,875. Сколько килограммов металла можно получить указанным способом действием тока силой 150 кА в течение суток [c.196] В 1971 г. в результате совместной работы Грузинского политехнического института и ВАМИ были завершены в производственных условиях исследования по получению лигатуры А1—Мп, содержащей до 25% Мп. Процесс проводят в алюминиевой ванне современной конструкции, сырьем является смесь глинозема и окислов марганца, полученных электролизом водных растворов. Удельный расход электроэнергии на получение сплава был несколько меньше, чем на получение чистого алюминия. [c.534] Вычислите минимальное количество электроэнергии (в кВт-ч), необходимое для получения 1000 кг алюминия путем электролиза А1", если ДЛЯ этого требуется напряжение 4,5 В. [c.229] Вычислить время, необходимое для получения электролизом 1 т алюминия при силе тока 20 000 А и выходе по току 80%- [c.138] Получение алюминия. В промышленности алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном криолите [c.249] По данным алюминиевых заводов, при работе электролизера на анодной массе из сернистого нефтяного кокса наблюдается более интенсивная коррозия токоподводящих штырей (на 25— 30%), чем при работе на анодах из пекового кокса. Продукты коррозии вызывают дополнительное электросопротивление на контакте штырь — анод, что несколько повышает расход электроэнергии на электролиз. При большом содержании ванадия в золе сернистого кокса содержание этого элемента в алюминии было в 8— 10 раз больше по сравнению с содержанием ванадия в алюминии,, полученном на базе пекового кокса. [c.153] Наиболее подробная методика [43] позволяет из навески образца - I г определить 40—45 элементов. Все примеси сначала разделяются на пять групп часть элементов осаждается сероводородом из солянокислого раствора из оставшегося раствора выделяется шестиводный хлорид алюминия и осаждается вторая группа элементов в виде гидроокисей третья группа элементов осаждается в виде сульфидов из аммиачного раствора, четвертая — в виде карбонатов и пятая — в виде перхлоратов. Затем производится радиохимическое разделение элементов внутри групп. Редкоземельные элементы разделяются при помощи ионнообменной колонки. Содержание элементов определяется по у-спек-трам излучения. Многие элементы не были обнаружены в алюминии, полученном зонной плавкой, и в алюминии, полученном двойным электролизом. Автор делает вывод, что их концентрация ниже открываемого минимума. Метод отличается высокой чувствительностью. Например, можно определить Аз — 4-10- %, 5Ь — З-Ю- %, ТЬ и и — 2-10 %. В работе [46] при изучении эффективности очистки алюминия методом зонной плавки все примеси были разбиты на три группы в зависимости от величины периода полураспада. В первую группу входят элементы с Т = 2—3 час., во вторую— 12—47 час. и в третью — 27 дней. В зависимости от группы элементов образцы облучают в реакторе с потоком [c.267] Большие количества фторсодержащих газов выделяются при производстве алюминия путем электролиза глинозема в среде расплавленного криолита. На новейших установках этот фтор улавливают для возвращения его в цикл иа восстановление. Вредные газы, содержащие фтор, образуются при химической переработке бериллиевой руды в металлический бериллий действием паров фтора, при применении фторсодержащих ингибиторов и флюсов в производстве и литье магния и других цветных металлов, при получении сплавов. в электрических печах и во многих других плавильных процессах. Газы некоторых печей, используемых для выплавки цинка, также загрязняют атмосферу фтором. [c.20] Благодаря ряду положительных свойств алюминий [7, И, 27, 51, 132, 221] в настоящее время очень широко применяют в технике, и область его использования неизменно растет. Сегодня по объему добычи и использования в промышленности алюминий стоит на втором месте после железа. Этому способствует также достаточно большое содержание алюминиевых бокситов в земной коре и хорошо освоенная технология получения (электролиз расплава) и обработки алюминия. Основные объекты применения алюминия и его сплавов — самолетостроение, авиационное моторостроение и ракетная техника. Современный самолет более чем наполовину изготовлен из алюминиевых сплавов. Значительное количество алюминия используют в химической, пищевой и электропромышленности, а также транспорте, архитектуре и других областях. [c.258] Гидрометаллургическим методом перерабатывают чисто сурьмяные и комплексные концентраты. Этот метод включает две стадии выщелачивание сурьмы из сырья в растворителях и выделение металла из полученных растворов. Вторая стадия осуществляется либо цементацией Цинком и алюминием, либо электролизом. Из электролитических способов выделения сурьмы наиболее широко применяется электролиз сульфидно-щелочных растворов. [c.284] Бор получают в промышленности магнийтермическим методом из В2О3 либо термическим разложением диборана ВгНе или иодида бора BI3. Получение алюминия ведут электролизом раствора-расплава AI2O3 в Na3[AlFe], где оксид алюминия диссоциирует на катионы АР" и анионы О при электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде — кислород. [c.183] Получение. При обработке хлороформа бромидом алюминия или электролизом спиртового раствора бромида калия. [c.580] В 80-х годах XIX в. П. Эру во Франции и Ч. Холл в США технически разработали процесс получения алюминия путем электролиза расплава криолита, в котором растворена окись алюминия. Основы теории этого процесса заложены трудами П. П. Федотьева (1912 г.). [c.15] Получение. Алюминий получают электролизом, раствора АЬОз в расплавленном криолите НазА1Рв (содержание последнего составляет 92—94%). Т. пл. чистого AI2O3 2072 °С, электролиз при такой температуре невозможен из-за отсутствия стойких материалов для изготовления электролитической ваниы и электродов. Как видно из фрагмента диаграммы состояния системы АЬОз— [c.336] Влияние внешнего электрического напряжения позволяет управлять химическими процессами и получать при электролизе нужные продукты с заданными свойствами. В настоящее время электролиз широко используется на практике. Например, элек тролитическое рафинирование меди и цинка, магния и алюминия, получение газообразных водорода и хлора, электросинтез сложных органических соединений. Большое практическое значение имеет образование электролитических защитных слоев на поверхности металлов. [c.227] Чему равна масса алюминия, полученного за один час при электролизе расплава А1С1з током силой 10,0 А. Ответ 3,36 г. [c.272] Опыт 11. Электролитическое оксидирование алюминия. Получение оксидных пленок на металлах путем электролиза называют электрохимическим оксидированием или анодированием. Оксидируют алюминий, сталь, медь и ее сплавы для различных целей, чаще всего для защиты от коррозии. Особенно широко распространено анодирование алюминия, увеличивающее его коррозионную стойкость. Анодирование алюминия производят в 15—20%-ном растворе серной кислоты с двойным свинцовым катодо.м. Анодная плотность тока 1 а/дм . Напряжение на клеммах ванны 10—12 в . [c.201] Получение алюминия ведут электролизом раствора-расплава AI2O3 в гексафтороалюминате(П1) натрия, где оксид алюминия диссоциирует на катионы АР+ и анионы О при электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде — кислород. [c.200] Продукт этой реакции легко и с высоким выходом восстанавливается до кетона действием амальгамы алюминия или электролизом [1134]. Получение р-кетосульфоксидов и р-кетосульфонов несложно (реакция 10-112). Другими примерами этой реакции [c.203] Получение алюминия. В промышленности алюминий получают электролизом оксида алюминия, растворенного в расплавленном криолите МазА1Р с добавкой фторида кальция СаРг. Электролиз проводится ири 950—980 "С. Сырье применяется чистым, так как примеси при электролизе восстанавливаются и загрязняют алюминий. [c.182] Настоящую революцию в металлургии алюминия совершили Ч. Холл в США и П. Эру во Франции, которые независимо друг от друга в 1886 г. открыли способ получения алюминия путем электролиза расплава глинозема AI2O3 в криолите NagAlFe с содержением 6—8% глинозема при температуре 950 °С. При этом сам жидкий алюминий является катодом и собирается на дне ванны, в то время как угольный анод, вертикально опущенный в расплав, выгорает до смеси оксидов углерода. По представлениям П. П. Федотьева при этом протекают следующие процессы [c.40] Алюминий и его соединения. А1(15225 2р 35 ). Основным методом получения алюминия является электролиз расплава А12О3 в криолите Ыа )[А1Рб] при температуре 950-1000 С. [c.172] А. Э. Сент-Клер Девиль предложил технический способ получения алюминия восстановлением хлористого алюминия, затем электролизом алюмохлорида натрия. [c.644] В настоящее время разработан перспективный метод получения алюминия путем электролиза хлоридных расплавов. Электролит для получения алюминия имеет следующий ориентировочный состав, % (масс.) Na l—50, K I—40, AI I3—10. Температура процесса около 700 °С. Суммарная реакция в электролизе [c.235] Проведены исследования электрохимическо-го получения сплавов марганца с кадмием, медью, цинком, оловом, свинцом, сурьмой и др. В начале 70-х годов в Советском Союзе были завершены производственные исследования по получению лигатуры А1 — Мп, содержащей до 30% Мп (Грузинский политехнический институт и ВАМИ). Процесс проводили в мощной алюминиевой ванне современной конструкции, сырьем служила смесь глинозема и оксидов марганца, полученных электролизом водных растворов. Опыты показали, что при получении алюминиевого сплава, содержащего 30% марганца, удельный расход электроэнергии остается таким же, как при получении алюминия. В связи с острой потребностью в чистом металлическом марганце, используемом для легирования алюминия, за последние годы интерес к прямому получению сплава алюминия с марганцем электролизом расплавов из смеси их оксидов возрос. [c.510] Электролиз тугоплавких оксидов часто проводят, растворяя их в более легкоплавких галогенидах. Для получения алюминия подвергают электролизу раствор оксида алюминия в расплавленном криолите МазА1Рб. Это делается для понижения-температуры расплава, подвергаемого электролизу чистый оксид алюминия (корунд) плавится при 2050 °С, чистый криолит— при 1009 °С, а смесь криолита с 10,5% оксида алюминия— при 961 °С. Анод изготовляется из угля, поэтому выделяющийся при электролизе кислород реагирует с материало.м анода, образуя смесь СО и СОг. Катодом же служит собирающийся на дне электролизной ванны расплавленный алюминий. [c.174] Металлический алюминий первым выделил в 1825 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777—1851), известный также своими работами в области электромагнетизма. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем. Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий. Эрстеду понадобилось обработать А1С1з амальгамой калия (жидким сплавом калия со ртутью). Через два года немецкий химик Фридрих Вёлер усовершенствовал метод получения алюминия, заменив амальгаму металлическим калием. Электролитический способ получения алюминия через 30 лет разработали независимо друг от друга Роберт Вильгельм Бунзен в Германии и Анри Сент-Клер Девилль во Франции. На Всемирной выставке 1855 г. в Париже демонстрировался слиток очень дорогого алюминия — серебра иа глины , полученного электролизом. В массовом масштабе алюминий стали получать после 1886 г., благодаря усилиям Чарльза Холла (США) и Поля Эру (Франция). [c.288] Выщелачивание бокситов гидроксидом натрия по известному процессу фирмы Ба ер приводит к селективному растворению амфотерного оксида алюминия с образованием алюмината, который подвергается дальнейшей переработке с образованием оксида алюминия, в свою очередь являющимся исходным материалом для получения металлического алюминия путем электролиза расплава в присутствии криолита. Мелкодисперсный осадок, образующийся в ходе процесса Байер , содержит, помимо других оксидов, также оксид железа РезОз и имеет поэтому красный цвет по этой причине его называют красный шлам . Красный шлам обычно имеет следующий состав, % (по массе к сухому материалу) АЦО3 22—39 РеаОз 20—38 [c.17] Получение алюминия путем электролиза хлорида алюминия в расплаве или в присутствии электролита представляет большой интерес и теоретически вполне возможно. Однако этот экономически выгодный процесс никогда не был реализован на практике. Это связано с наличием многих нерешенных практических проблем, например высокой коррозионной активностью электролита, содержащего галоге-ннды щелочных и (или) щелочноземельных металлов, необходимостью использования хлорида алюминия определенной степени чистоты поддержания точной его концентрации в электролизере и других. [c.84] Получение. 1. Восстановление В2О3 с помощью магния илн алюминия. 2, Электролиз расплава смеси K[BF[c.302] Электрометаллурги я—обширная область электролитического получения чистых металлов из их соединений (руд). Например, алюминий получают электролизом окиси алюминия AI2O3 (см. гл. XXII, 10). Металлические калий, натрий, магний и другие металлы также получают электролизом. [c.147] Получение. Алюминий получают электролизом раствора АЬОз в расплавленном криолите НазА1Рб (содержание последнего составляет 92—94%). Т. пл. чистого АЬОз 2072 °С, электролиз при такой температуре невозможен из-за отсутствия стойких материалов для изготовления электролитической ванны и электродов. Как видно из фрагмента диаграммы состояния системы АЬОз — — 1МазА1Рб (рис. 3.11), использование криолита позволяет проводить электролиз при сравнительно низкой температуре — менее 1000°С, Удобство использования криолита в качестве растворителя состоит в том, что он достаточно электропроводен. Благодаря сравнительно низкой плотности расплава жидкий алюминий опускается на дно электролизера, чем облегчается выделение газов на аноде. Катодом служит выложенный графитовыми плитами корпус электролизера. На нем выделяется алюминий, на угольном аноде — кислород. Выделяющийся кислород сразу же взаимодействует с материалом анода, при этом анод горит и по мере сгорания его опускают так, чтобы он был все время погружен в расплав. При получении 1 т алюминия расходуется 0,7 т анодов. [c.336] chem21.info |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
