Из бокситов получают глинозем. Это оксид алюминия Al₂O₃, который имеет форму белого порошка и из которого путем электролиза на алюминиевых заводах производят металл.

Производство алюминия требует огромного количества электроэнергии. Для производства одной тонны металла необходимо около 15 МВт*ч энергии – столько потребляет 100-квартирный дом в течение целого месяца.Поэтому разумнее всего строить алюминиевые заводы поблизости от мощных и возобновляемых источников энергии. Самое оптимальное решение – гидроэлектростанции, представляющие самый мощный из всех видов «зеленой энергетики».

Свойства алюминия

Алюминий имеет редкое сочетание ценных свойств. Это один из самых легких металлов в природе: он почти в три раза легче железа, но при этом прочен, чрезвычайно пластичен и не подвержен коррозии, так как его поверхность всегда покрыта тончайшей, но очень прочной оксидной пленкой. Он не магнитится, отлично проводит электрический ток и образует сплавы практически со всеми металлами.

В три раза легче железа

Сравним по прочности со сталью

Поддается всем видам механической обработки

Тонкая оксидная пленка защищает от коррозии

Алюминий легко обрабатывается давлением, причем как в горячем, так и в холодном состоянии. Он поддается прокатке, волочению, штамповке. Алюминий не горит, не требует специальной окраски и не токсичен в отличие от пластика.

Очень высока ковкость алюминия: из него можно изготовить листы толщиной всего 4 микрона и тончайшую проволоку. А сверхтонкая алюминиевая фольга втрое тоньше человеческого волоса. Кроме того, по сравнению с другими металлами и материалами он более экономичен.

Высокая способность к образованию соединений с различными химическими элементами породила множество сплавов алюминия. Даже незначительная доля примесей существенно меняет характеристики металла и открывает новые сферы для его применения. Например, сочетание алюминия с кремнием и магнием в повседневной жизни можно встретить буквально на дороге – в форме литых колесных дисков, двигателей, в элементах шасси и других частей современного автомобиля. А если добавить в алюминиевый сплав цинк, то, возможно, вы сейчас держите его в руках, ведь именно этот сплав используется при производстве корпусов мобильных телефонов и планшетов. Тем временем ученые продолжают изобретать новые и новые алюминиевые сплавы.

Сегодня существование строительной, автомобильной, авиационной, космической, электротехнической, энергетической, пищевой и других отраслей промышленности невозможно без алюминия. Более того, именно этот металл стал символом прогресса – все новейшие электронные устройства, средства передвижения изготавливаются из алюминия.

Если заменить всю медную проводку в автомобиле
на алюминиево-циркониевую, то его общий
вес уменьшится на 12 кг

По расчетам Международного института алюминия (IAI), в мире накопилось около 400 миллионов тонн алюминия в инфраструктуре, быту, транспорте.

Казалось бы, вышеперечисленный набор характеристик уже сам по себе достаточен для того, чтобы алюминий стал металлом приоритетного выбора в индустрии, однако есть еще одна, не менее значимая характеристика. Использование алюминия может быть бесконечно: этот металл и сплавы из него можно неоднократно переплавлять без утраты механических характеристик. Ученые подсчитали, что 1 кг собранных и сданных в переплавку алюминиевых банок позволяет сэкономить 8 кг боксита, 4 кг различных фторидов и 14 кВт/ч электроэнергии.

Около 75% алюминия, выпущенного за все время существования отрасли, используется до сих пор.

В статье использованы фотоматериалы © Shutterstock и © Rusal.

Алюминий это металл или неметалл

Автор Марина Андреева На чтение 4 мин Просмотров 6.6к. Опубликовано 3 декабря, 2020

Алюминий это металл или неметалл

Один из самых распространенных в строительстве и технике металлов — алюминий. Он используется не только в чистом виде, но и в составе различных сплавов. В земной коре он тоже достаточно широко распространен, занимая почетное третье место, отставая только от кремния и кислорода. Если отдельно взвесить все компоненты, составляющие земную кору, то на алюминий придется 8% от общей массы.

Найти алюминий в периодической системе элементов можно в главной подгруппе III группы, или по новой классификации — в 13 группе. Кто знаком с основами построения таблицы, то безошибочно определит, что этот элемент — металл. В чистом виде найти алюминий не получится, он находится в виде соединений с другими элементами — полевой шпат, квасцы, бокситы, слюда, корунд. Даже в рубинах и сапфирах есть атомы алюминия.

Производится алюминий в промышленных масштабах из бокситов, сначала получают оксид алюминия, сильно нагревая сырье, затем подвергают расплав гидролизу. На катоде оседает металл, на аноде выделяется кислород в виде газа. Фильтрацией или другим способом чистый алюминий получить не удается.

Как устроен атом алюминия

В периодической системе алюминию присвоен 13 номер. В ядре элемента находится 13 нейтронов и 14 протонов. Электронная конфигурация элемента имеет вид  1s²2s²2p⁶3s²3p¹, а конфигурация электронного распределения — +13Al)₂)₈)₃. Три электрона из последней орбиты легко отделяются, что определяет высокий уровень окисления +3.

В естественном состоянии чистый алюминий существовать не может, поверхность слитка или изделия сразу же покрывается пленкой окислов, образующих герметичную оболочку. Это объясняет, почему алюминий не реагирует с водой и не поддается коррозии.

Физические и химические свойства алюминия

Если рассматривать физические свойства металла, то алюминий обладает небольшой массой, пластичен и хорошо проводит электричество. В нормальных условиях металл мгновенно покрывается защитной пленкой и не вступает в реакцию ни с водой, ни с кислотами. Это определяет популярность алюминиевой тары для транспортировки этих химических веществ. Кристаллическая структура определяет высокую пластичность металла.

Оксидная пленка снимается солями аммония, горячими щелочами и сплавами ртути, после чего металл вступает в реакцию со многими веществами, в частности с галогенами при комнатной температуре, а при нагревании — с фосфором, серой, азотом, углеродом. С водородом в реакцию металл не вступает. Степень окисления алюминия в соединениях всегда +3, в элементарном состоянии — 0.

Применение алюминия

Популярность металла во многом определена еще одним свойством, он не намагничивается. Это позволяет использовать его для изготовления корпусов различных машин, приборов, проводов. Отличная электропроводимость делает алюминий идеальным материалом для производства кабелей.

Алюминий плавиться при температуре 658 ⁰С, в расплаве легко вступает в реакцию с другими элементами, меняя свою структуру и свойства. Сплавы на основе алюминия обладают таким же небольшим весом, но значительно тверже, легче в обработке и долговечнее, чем чистый металл.

Одна из форм использования элемента в технике и быту — алюминиевая пудра. Это измельченный до мелкодисперсного состояния чистый алюминий, смешанный с 3 – 3,5 % жирных веществ. Частицы металла имеют чешуйчатую форму, при использовании пудры в качестве краски, они ложатся плоской стороной на поверхность, создают прочную антикоррозионную защиту и придают изделию декоративный вид.

Кроме чистого алюминия в порошке могут находиться железо, кремний, медь в количестве 0,01 – 0,5%. Это просто примеси, которые не вступают с алюминием в реакцию и не оказывают влияния на свойства пудры. Мелкодисперсный металл также используется при производстве взрывчатки, смесей для фейерверков, газообразующих компонентов легких бетонов.

Алюминаты

В природе часто встречаются соли ортоалюминиевой H₃ AlO₃ и металюминиевой кислот HAlO_2. Это различные вещества, в которых алюминий полностью потерял свои металлические свойства и приобрел новые. Так алюминат натрия NaAlO₂ используется в промышленности как протравочный реактив, другие соединения, как добавки для бетонов и растворов, ускоряющее отвердевание и повышающие пластичность. Металлические свойства алюминия в этих соединениях никак не проявляются. Степень окисления алюминия в метаалюминиевой кислоте и солях такой же, как и в оксидах +3.

В природе алюминаты находятся в виде минералов, не зная их химических формул сложно сказать, что в их составе находится один из самых распространенных металлов на Земле. Это минералы шпинель, ганит, герценит, хризоберилл. Сама по себе металюминиевая кислота неустойчива, а вот соли вполне самостоятельные твердые вещества с хорошо выраженными свойствами.

Что такое алюминий

Легкий, прочный и функциональный: эти качества делают алюминий одним из ключевых инженерных материалов нашего времени. Мы можем найти алюминий в домах, в которых живем, в автомобилях, на которых ездим, в поездах и самолетах, которые доставляют нас на большие расстояния, в мобильных телефонах и компьютерах, которыми мы пользуемся ежедневно, на полках в наших холодильниках и в современных интерьера, но всего 200 лет назад об этом металле было известно очень мало.

Такие драгоценные камни, как рубин, сапфир, аквамарин и изумруд, также являются минералами алюминия. Первые два представляют собой корунд, то есть оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ) в кристаллической форме. Он по своей природе прозрачен и по прочности уступает только бриллиантам. Сапфир используется в пуленепробиваемых стеклах, окнах самолетов, устойчивых к царапинам экранах смартфонов. Тем временем один из менее ценных минералов корунда, наждак, используется в качестве абразива, например, в наждачной бумаге.

Сегодня нам известно около 300 различных соединений алюминия и минералов, содержащих алюминий, от полевого шпата, ключевого исходного минерала на Земле, до рубина, сапфира и изумруда, которые встречаются гораздо реже.

Хамфри Дэви. Британский физик и химик сэр Хамфри Дэви первым получил новый химический элемент с помощью электролиза: ему удалось получить бор из борной кислоты. Он продолжал использовать электролиз, чтобы изолировать еще шесть ранее неизвестных металлов: калий, натрий, барий, кальций, магний и стронций. Именно Дэви доказал существование алюминия, металла, содержащегося в глиноземе, и дал ему название.

Но каким бы распространенным ни был алюминий, он мог бы навсегда остаться скрытым, если бы не электричество. Открытие алюминия стало возможным, когда ученые смогли использовать электричество для расщепления химических соединений на их элементы. В 19 веке датский физик Кристиан Эрстед использовал электролиз для получения алюминия. Электролиз или электролитическое восстановление — это процесс, который и сегодня используется для производства алюминия.

Другой довольно распространенный минерал, боксит, используется сегодня в качестве основного сырья в производстве алюминия. Боксит представляет собой глинистый минерал, состоящий из различных модификаций гидроксида алюминия в смеси с оксидами железа, кремния, титана, серы, галлия, хрома, ванадия, а также сернистыми карбонатами кальция, железа и магния. Другими словами, ваш типичный боксит содержит почти половину таблицы Менделеева. Кстати, из-за текстуры боксита лет сто назад алюминий часто довольно поэтично называли серебром, полученным из глины. В среднем для производства 1 тонны алюминия требуется 4-5 тонн бокситов.

Бокситы были открыты в 1821 году геологом Пьером Бертье на юге Франции. Новые минералы были названы в честь района, в котором они были обнаружены: Les Baux. Около 90% мировых поставок бокситов приходится на тропические и субтропические районы, такие как Гвинея, Австралия, Вьетнам, Бразилия, Индия и Ямайка.

На первой стадии производства алюминия бокситы перерабатываются в глинозем или оксид алюминия Al ₂ O ₃ . Глинозем выглядит как белый порошок и затем перерабатывается в алюминий на алюминиевых заводах с помощью электролитического восстановления.

Производство алюминия требует огромного количества электроэнергии, около 15 МВтч на тонну продукции. Это примерно столько, сколько 100-квартирный дом потребляет в месяц. Поэтому лучшее место для алюминиевого завода находится рядом с мощным, желательно возобновляемым источником энергии. Гидроэлектростанции являются лучшим вариантом, поскольку они являются наиболее мощными «зелеными» источниками энергии, доступными сегодня.

Свойства алюминия

Алюминий предлагает редкое сочетание ценных свойств. Это один из самых легких металлов в мире: он почти в три раза легче железа, но при этом очень прочен, чрезвычайно гибок и устойчив к коррозии, поскольку его поверхность всегда покрыта чрезвычайно тонким, но очень прочным слоем оксидной пленки. Он не намагничивается, является отличным проводником электричества и образует сплавы практически со всеми другими металлами.

В три раза легче железа

Почти как сталь

Легко обрабатывается