Температура_плавления_окиси_алюминия

Температура_плавления_окиси_алюминия

АЛЮМИНИЯ ОКСИД

АЛЮМИНИЯ ОКСИД (глинозем) А12О3, бесцв. кристаллы; т. пл. 2044°С; т. кип. 3530 °С. Единственная стабильная до 2044°С кристаллич. модификация алюминия оксида-А12О3 (корунд): решетка ромбоэдрич., а = 0,512 нм,= 55,25° (для гексагон. установки а = 0,475 нм, с = 1,299 нм, пространств. группа D 6 3d, z = 2); плотн. 3,99 г/см 3 ;Н°пл 111,4 кДж/моль; ур-ния температурной зависимости: теплоемкости С°р = = 114,4 + 12,9*10 -3 Т — 34,3*10 5 Т 2 ДжДмоль*К) (298Т 1800 К), давления пара Igp (Па) = -54800/7+1,68 (до

3500 К); температурный коэф. линейного расширения (7,2-8,6)*10 -6 К -1 (300Т1200 К); теплопроводность спеченного при 730°С образца 0,35 Вт/(моль*К); твердость по Моосу 9; показатель преломления для обыкновенного луча n 1,765, для необыкновенного пе 1,759. См. табл.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ

Модификация-А12О3 встречается в природе в виде минерала корунда, к-рый часто содержит в растворенном виде оксиды др. металлов, придающих ему разл. окраску. Прозрачные окрашенные кристаллы-драгоценные камни (сапфиры, рубины и др.). Корунд м. б. получен искусственно в результате термич. разложения ромбич. модификации А1ООН-диаспора или полиморфных переходов метастабильных форм А12О3 ( и т.д.), к-рые образуются при разложении кристаллич. модификаций Аl(ОН)3-гиббсита и байерита и АlOОН-бемита (см. Алюминия гидроксид). Эти процессы м.б. представлены след. схемой:

МодификацияА12О3 имеет тетрагон, кристаллич. решетку типа шпинели (а = 0,562 нм, с = 0,780нм); плотн. 3,3-3,4 г/см 3 ; содержит структурно связанную воду в кол-ве 1-2%. Существует также аморфный алюминия оксид — алюмогель, образующийся при обезвоживании гелеобразного А1(ОН)3 и представляющий собой пористое, иногда прозрачное в-во.

Алюминия оксид не раств. в воде, хорошо раств. в расплавленном криолите. Амфотерен. С NH3-H2O не реагирует. Хим. активность синтетич. Алюминия оксид сильно уменьшается с повышением т-ры его получения. Прир. и искусственный (образовавшийся выше 1200°С) корунд на воздухе при обычных условиях химически инертны и негигроскопичны. Ок. 1000°С интенсивно взаимод. со щелочами и карбонатами щелочных металлов, давая алюминаты. Медленно реагирует с SiO2 и кислыми шлаками с образованием алюмосиликатов. При сплавлении взаимод. с KHSO4. Корунд, образовавшийся из диаспора при 500-600 °С, взаимод. также с р-рами к-т и щелочей. Алюмогель иА12О3, полученный при обжиге ги-дроксидов А1 при

550°С, весьма гигроскопичны и химически активны, реагируют с р-рами к-т и щелочей.

Сырье для получения алюминия оксида — бокситы, нефелины, алуниты и др. (см. Алюминии^ При соотношении в рудах А12О3 :SiO2 > 6-7 их перерабатывают по способу Байера (осн. метод), при Al2O3 : SiO2 1 /2 образовавшегося при этом А1(ОН)3. Его отфильтровывают и прокаливают во вращающихся печах или в кипящем слое при

1200°С. В результате получается глинозем, содержащий 15-60% А12О3. Маточный р-р упаривается и поступает на выщелачивание новой партии боксита.

По второму способу высококремнистую измельченную руду (нефелин и др.) смешивают с содой и известняком и спекают во вращающихся печах при 1250-1300 : С. Полученную массу выщелачивают водным щелочным р-ром, р-р алюмината Na отделяют от шлама, затем освобождают от SiO2, осаждая его в автоклаве при давлении ок. 0,6 МПа, а затем известью при атмосферном давлении, и разлагают алюминат газообразным СО2. Полученный А1(ОН)3 отделяют от р-ра и прокаливают при т-ре ок. 1200°С. При переработке нефелина, помимо глинозема, получают Na2CO3, K2CO3 и цемент. При произ-ве глинозема из алунитов одновременно получают H2SO4 и K2SO4. Алунитовую руду обжигают при 500-580°С в восстановит. атмосфере и обрабатывают р-ром NaOH по способу Байера. Монокристаллы выращивают зонной плавкой, по методу Вернейля или Чохральского.

Синтетич.А12О3-промежут. продукт в произ-ве А1 (осн. область использования), огнеупорный и абразивный материал. Его применяют также при получении керамич. резцов, электротехн. керамики. Монокристаллы-лазерный материал, опорные камни часовых механизмов, ювелирные камни. Прир. корунд-абразивный (корундовые круги, наждак) и огнеупорный материал. Алюмогель,А12О3 и его смесь с -А12О3 — адсорбенты для осушки газов (напр., Н2, Аг, С2Н2) и жидкостей (ароматич. углеводородов, керосина и др.), в хроматографии; катализаторы (например, дегидратации спиртов, изомеризации олефинов, разложения H2S); носители для катализаторов (напр., Со-МоО3, Pd, Pt).

Мировое произ-во алюминия оксида ок. 30 млн. т/год (1980). Известны также и другие алюминия оксиды (см. табл.), существующие в газовой фазе.

===
Исп. литература для статьи «АЛЮМИНИЯ ОКСИД» : Чалый В. П., Гидроокиси металлов. К.. 1972; Строение и свойства адсорбентов и катализаторов, пер. с англ., М., 1973: Производство глинозема. 2 изд., М., 1978; Запол ьский А.К., Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. К, 1981. Н. А. Калужский. Ю.А. Волохов.

Читайте также:  Какая_посудомойка_лучше_бош_или_электролюкс

Алюминий, свойства, сплавы, производство

Алюминий

Алюминий — химический элемент III группы периодической системы Менделеева (атомный номер 13, атомная масса 26,98154). В большинстве соединений алюминий трехвалентен, но при высоких температурах он способен проявлять и степень окисления +1. Из соединений этого металла самое важное — оксид Al2O3.

Алюминий — серебристый-белый металл, легкий (плотность 2,7 г/см 3 ) , пластичный, хороший проводник электричества и тепла, температура плавления 660 °C. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия.

  • Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона:
  • Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4] .
  • Алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействуют с водой, вытесняя из нее водород:
    • 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
    • Образующийся гидроксид алюминия реагирует с избытком щелочи, образуя гидроксоалюминат:
      • Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4].
      • Суммарное уравнение растворения алюминия в водном растворе щелочи имеет следующий вид:
        • 2Al + 2NaOH +6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2.
        • Алюминий активно взаимодействует и с галогенами. Гидроксид алюминия Al(OH)3 — белое, полупрозрачное, студенистое вещество.
        • В земной коре содержится 8,8% алюминия. Это третий по распространенности в природе элемент после кислорода и кремния и первый — среди металлов. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд. Известно несколько сотен минералов Al (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и другие). Важнейший минерал алюминия — боксит содержит 28-60% глинозема — оксида алюминия Al2O3.
        • В чистом виде алюминий впервые был получен датским физиком Х. Эрстедом в 1825 году, хотя и является самым распространенным металлом в природе. Производство алюминия осуществляется электролизом глинозема Al2O3 в расплаве криолита NaAlF4 при температуре 950 °C. Алюминий применяется в авиации, строительстве, преимущественно в виде сплавов алюминия с другими металлами, электротехнике (заменитель меди при изготовлении кабелей и т.д.), пищевой промышленности (фольга), металлургии (легирующая добавка), алюмотермии и т.д.

          Плотность алюминия, удельный вес и другие характеристики.

          • Плотность — 2,7*10 3 кг/м 3 ;
          • Удельный вес — 2,7 г/cм 3 ;
          • Удельная теплоемкость при 20°C — 0,21 кал/град;
          • Температура плавления — 658,7°C ;
          • Удельная теплоемкость плавления — 76,8 кал/град;
          • Температура кипения — 2000°C ;
          • Относительное изменение объема при плавлении (ΔV/V) — 6,6%;
          • Коэффициент линейного расширения (при температуре около 20°C) : — 22,9 *10 6 (1/град);
          • Коэффициент теплопроводности алюминия — 180 ккал/м*час*град;

          Модули упругости алюминия и коэффициент Пуассона

          Наименование материала Модуль Юнга, кГ/мм 2 Модуль сдвига, кГ/мм 2 Коэффициент Пуассона
          Алюминиевая бронза, литье 10500 4200
          Алюминиевая проволока тянутая 7000
          Алюминий катаный 6900 2600-2700 0,32-0,36

          Отражение света алюминием

          Числа, приведенные в таблице, показывают, какая доля света в %, падающего перпендикулярно к поверхности, отражается от нее.

          Наименование волн Длина волны Отражение света, %
          Ультрафиолетовые 1880
          2000
          2510
          3050
          3570
          25
          31
          53
          64
          70
          Видимые 5000
          6000
          7000


          Инфакрасные 8000
          10000
          50000
          100000

          74
          94
          97

          ОКСИД АЛЮМИНИЯ Al2O3

          Оксид алюминия Al2O3, называемый также глиноземом, встречается в природе в кристаллическом виде, образуя минерал корунд. Корунд обладает очень высокой твердостью. Его прозрачные кристаллы, окрашенные в красный или синий цвет, представляют собой драгоценные камни — рубин и сапфир. В настоящее время рубины получают искусственно, сплавляя с глиноземом в электрической печи. Они используются не столько для украшений, сколько для технических целей, например, для изготовления деталей точных приборов, камней в часах и т.п. Кристаллы рубинов, содержащих малую примесь Cr2O3, применяют а качестве квантовых генераторов — лазеров, создающих направленный пучек монохроматического излучения.

          Корунд и его мелкозернистая разновидность, содержащая большое количество примесей — наждак, применяются как абразивные материалы.

          ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ

          Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содержащие 32-60% глинозема Al2O3 . К важнейшим алюминиевым рудам относятся также алунит и нефелин. Россия располагает значительными запасами алюминиевых руд. Кроме бокситов, большие месторождения которых находятся на Урале и в Башкирии, богатым источником алюминия является нефелин, добываемый на Кольском полуострове. Много алюминия находится и в месторождениях Сибири.

          Алюминий получают из оксида алюминия Al2O3 электролитическим методом. Используемый для этого оксид алюминия должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Очищенный Al2O3 получают переработкой природного боксита.

          Читайте также:  Как_украсить_угол_в_зале

          Основное исходное вещество для производства алюминия — оксид алюминия. Он не проводит электрический ток и имеет очень высокую температуру плавления (около 2050 °C), поэтому требуется слишком много энергии.

          Необходимо снизить температуру плавления оксида алюминия хотя бы до 1000 oC. Такой способ параллельно нашли француз П. Эру и американец Ч. Холл. Они обнаружили, что глинозем хорошо растворяется в раплавленном криолите — минерале состава AlF3 .3NaF. Этот расплав и подвергают элктролизу при температуре всего около 950 °C на алюминиевых производствах. Запасы криолита в природе незначительны, поэтому был создан синтетический криолит, что существенно удешевило производство алюминия.

          Гидролизу подвергают расплавленную смесь криолита Na3 [AlF6 ] и оксида алюминия. Смесь, содержащая около 10 весовых процентов Al2O3 , плавится при 960 °C и обладает электропроводностью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. Для дополнительного улучшения этих характеристик в состав смеси вводят добавки AlF3, CaF2 и MgF2. Благодаря этому проведение электролиза оказывается возможным при 950 °C.

          Эликтролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичем. Его дно (под), собранное из блоков спресованного угля, служит катодом. Аноды (один или несколько) располагаются сверху: это — алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами. На современных заводах электролизеры устанавливаются сериями; каждая серия состоит из 150 и большего числа электролизеров.

          При электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде — кислород. Алюминий , обладающий большей плотностью , чем исходный расплав, собирается на дне эликтролизера, откуда его периодически выпускают. По мере выделения металла, в расплав добавляют новые порции оксида алюминия. Выделяющийся при электролизе кислород взаимодействует с углеродом анода, который выгорает, образуя CO и CO2.

          Первый алюминиевый завод в России был построен в 1932 году в Волхове.

          СПЛАВЫ АЛЮМИНИЯ

          Сплавы, повышающие прочность и другие свойства алюминия, получают введением в него легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец.

          Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава). Сплав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Является конструкционным материалом дла авиационного и транспортного машиностроения.

          Силумин — легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении.

          Магналии — сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т.д. (деформируемые магналии).

          Основные достоинства всех сплавов алюминия состоит в их малой плотностью (2,5-2,8 г/см3), высокая прочность (в расчете на единицу веса), удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения и обработка.

          Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды, спорттоваров, мебели, рекламе и других отраслях промышленности.

          По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

          Алюминий — одна из наиболее распространенных добавок в сплавах на основе меди, магния, титана, никеля, цинка, железа.

          Алюминий применяется и для алитирования (алюминирования) — насыщения поверхности стальных или чугунных изделий алюминием с целью защиты основного материала от окисления при сильном нагревании, т.е. повышения жароупорности (до 1100 °C) и сопротивления атмосферной коррозии.

          Большая Энциклопедия Нефти и Газа

          Температура — плавление — глинозем

          Температура плавлений глинозема равна 2303 К, Laa 26000 кал / моль. [1]

          Типичное координационное соединение криолит Na3 [ AlF6 ] в больших количествах используется при электролитическом производстве алюминия. Его применение основано на важнейшем свойстве понижать температуру плавления глинозема . Природный минерал криолит встречается довольно редко. [2]

          Для получения алюминия электролизом необходим криолит. Этот минерал, внешне похожим на лед, позволяет намного снизить температуру плавления глинозема — сырья для производства алюминия. Единственное крупное месторождение отого минерала почти исчерпано, и можно сказать, что алюминиевая промышленность мира работает сейчас на синтетическом криолите. В нашей стране первые попытки получить искусственный криолит сделаны еще в 1924 г. В 1933 г. неподалеку от Свердловска вступил в строп первый криолитовый завод. Существуют два основных способа производства этого минерала — кислотный и щелочной, перный используется шире. В этом случае сырьем служит плавиковый шпат CaFz, который обрабатывают серной кислотой и получают фтористый водород. Растворив в воде, его превращают в плавиколую кислоту, которая взаимодействует с гидроокисью алюминия. Полученную фторалюминневую кислоту II3AIFB нейтрализуют содой. В осадок выпадает мало растворимый в воде криолит. [3]

          Читайте также:  Поделки_из_пластинок_своими_руками_для_сада

          Для получения алюминия электролизом необходим криолит. Этот минерал, внешне похожий на лед, позволяет намного снизить температуру плавления глинозема — сырья для производства алюминия. [4]

          Однако не следует забывать, что увеличение содержания фтористого алюминия в смеси приводит к увеличению испарения расплава. Избыточное содержание фтористого натрия приводит к нежелательным последствиям, увеличивая вероятность выделения натрия на катоде. Установлено, что температура плавления глинозема ( А12О3) 2030 С, а алюминия технической чистоты 659 С. Растворимость глинозема в криолите имеет большое практическое значение при использовании криолито-гли-ноземных расплавов в качестве электролита. Система Na3AlF6 — A12O3 исследовалась многократно и различными методами. Результаты этих исследований значительно расходятся, особенно в области за-эвтектических сплавов. Анализ этой диаграммы состояния показывает, что глинозем значительно снижает температуру плавления криолита, но имеет ограниченную растворимость в нем. При содержании около 15 % ( по массе) А12О3 криолит с глиноземом образуют эвтектику, температура плавления которой 938 С. Дальнейшее незначительное растворение глинозема происходит при существенном повышении температуры расплава. [6]

          Разговор об энергии мы повели не случайно. Чистая окись алюминия плавится при температуре 2050 С и ire растворяется п воде, а чтобы получить алюминий, ее надо подвергнуть электролизу. Необходимо было найти способ как-то снизить температуру плавления глинозема хотя бы до 1000 С; только при этом условии алюминий мог стать технически важным металлом. [7]

          Спекающие добавки вводили в растворенном виде, например в форме нитрата кальция; затем они разлагаются с образованием высокодисперсных окислов, равномерно распределенных по поверхности частиц спекаемого глинозема. В процессе спекания на поверхности этих частиц образуется реакционная зона, где локальная концентрация добавки значительно превышает среднюю ее концентрацию в глиноземе. Соответственно в этой приповерхностной зоне резко понижается температура плавления глинозема , что способствует взаимному припеканию частиц глинозема при сравнительно низких температурах. В результате образуется прочный каркас из припекшихся частиц, который сохраняется и после того, как добавка ( по истечении некоторого времени) равномерно распределится по объему глинозема. Таким образом, введение малого количества хорошо диспергированной добавки увеличивает прочность глиноземного носителя, не приводя к заметному понижению термостабильности его пористой структуры. [8]

          Чарльз Мартин Холл и Поль Туссен Эру установили состав электролита для производства алюминия эмпирически. Им не пришлось бы идти методом проб и ошибок, знай они данные для системы криолит-оксид алюминия. Точка Л — температура плавления криолита. Температура плавления глинозема ( 2050 С) находится на продолжении кривой ЕС за пределами рисунка. [9]

          Алюминий получают в стальных прямоугольных ваннах ( рис. 62), выложенных внутри огнеупорным кирпичом. На дно ванны укладывают угольные плиты. Анодом являются погруженные сверху в электролит угольные блоки. В ванну загружают смесь окиси алюминия и криолита. Криолит прибавляют для понижения температуры плавления тугоплавкого глинозема . При пропускании электрического тока криолит плавится ( около 1000 С) и растворяет в себе окись алюминия, которая и подвергается электролизу. Расплавленный электролит диссоциирует на различные простые и сложные ионы. При прохождении через расплав постоянного электрического тока происходит процесс электролиза, в результате которого на катоде выделяется алюминий, а на аноде — кислород. [11]

          Выплавляют алюминий в стальных прямоугольных ваннах ( рис. 62), выложенных внутри огнеупорным кирпичом и угольными плитами. К угольным плитам подводится электрический ток, и они служат катодом. Анодом являются погруженные в электролит угольные блоки. В ванну загружают смесь окиси алюминия и криолита. Криолит прибавляют для понижения температуры плавления тугоплавкого глинозема . При пропускании электрического тока криолит плавится ( около 1000 С) и растворяет в себе окись алюминия, которая и подвергается электролизу. [13]

          Алюминий получают в стальных прямоугольных ваннах ( рис. 62), выложенных внутри огнеупорным кирпичом. На дно ванны укладывают угольные плиты. К угольным плитам подводится электрический ток, и они служат катодом. Анодом являются погруженные сверху в электролит угольные блоки. В ванну загружают смесь окиси алюминия и криолита. Криолит прибавляют для понижения температуры плавления тугоплавкого глинозема . При пропускании электрического тока криолит плавится ( около 1000 С) и растворяет в себе окись алюминия, которая и подвергается электролизу. Расплавленный электролит диссоциирует на различные простые и сложные ионы. При прохождении через расплав постоянного электрического тока происходит процесс электролиза, в результате которого на катоде выделяется алюминий, а на аноде — кислород. [15]

          Ссылка на основную публикацию
          Adblock detector