В какой горной породе содержится алюминия максимально
Алюминиевые, железистые (железные) и марганцевые породы
Алюминиевые, железистые (железные) и марганцевые породы рассматриваются совместно, исходя из того, что они взаимосвязаны единством климатических условий, необходимых для их формирования. Н.М. Страхов назвал эти породы триадой, которая служит надежным индикатором гумидных условий палеоклимата в противоположность эвапоритам, которые в парагенезе с пестроцветными карбонатно-терригенными толщами, содержащими рудопроявления Cu-Pb-Zn, свойственны только аридным климатическим обстановкам.
Алюминиевые породы
Алюминиевые (глиноземистые) породы – это исключительно экзогенные образования с пелитоморфными, бобовыми (оолитовыми), реже обломочными структурами, состоящие более чем на 50% из минералов свободного глинозема(диаспора и бемита AlO(OH), гиббсита (гидраргиллита) Al(OH)3), а также алюмосиликатов (каолинита, галлуазита, бертьерина и др.), гидроксидов и оксидов железа (гетита, гидрогетита, гематита) и, меньше, титана (анатаза, рутила и др.). Все минералы алюминия и железа присутствуют в тонкодисперсном состоянии, поэтому диагностируются в результате лабораторных исследований. Их главные представители: аллиты – по Г. Гарросовцу (1926), бокситы – по Бертье (1820), латериты – по Ф. Бьюкенену (1807).
Содержание Al2O3 колеблется в широких пределах, в промышленных рудах низшей категории не менее 28%, а в наивысшей – более 52%.
Боксит основная алюминиевая порода. Цвет зависит от количества и формы нахождения железа. Наиболее характерна коричневато-красная окраска различной интенсивности, но может быть розовая, светло-серая, желтая, белая и даже черные разности. Встречаются рыхлые землистые разности (пачкают руки) и прочные, твердые (яшмовидные бокситы), царапающие стекло. Структура разнообразна – бобовая, оолитовая, пелитомлорфная, афанитовая, конгломератовидная.
Латерит не всегда отличим от боксита, обычно менее прочный, пористый, землистого сложения. Представляет собой элювий коры выветривания алюмосиликатных пород. Образуется в условиях жаркого, влажного климата, в кислой, окислительной среде. Благодаря обилию воды и особенностям среды, легкоподвижные соединения, в том числе карбонаты и сульфаты выносятся.
Генезис алюминиевых пород по Н.В. Логвиненко (1984). Латериты – продукты современной коры выветривания силикатных пород, образующихся в условиях тропического и субтропического климата. Латеритная кора выветривания образуется при интенсивном промывании почвы дождевыми водами и выносе из профиля SiO2 и большинства катионов. На месте остаются наименее подвижные соединения.
Относительно формирования бокситов существуют различные точки зрения:
1) бокситы являются хемогенным осадком, образовавшимся в морских и озерных водах благодаря коагуляции и осаждению гелей глинозема (гипотеза А.Д. Архангельского). Глинозем (Al2O3), освобождающийся при выветривании подвижен только в резко кислых и резко щелочных условиях, которые редко встречаются в природе. Гидроокись алюминия (Al(OH)3) может образовывать устойчивые в растворе коллоиды с гумусовыми веществами и в таком виде они выносятся речными водами в озера и моря, где и отлагаются в виде геля гидроокисла.
Коллоидные частицы имеют размер 1-100 нм (нанометр 10-9) и положительный заряд оксиды Fe, Al, Cr, Ti, Zr, Ce. Отрицательный заряд имеют гумусовые вещества, глинистые коллоиды, Sb, Pb, Hg, Cd, двуокиси Mn. Коллоидные растворы могут быть в состоянии золей (дисперсное состояние) и гелей (студней) после коагуляции. Причины коагуляции: действие электролитов противоположного знака или действие коллоидов противоположного знака, например, Fe(OH)3+ → SiO2‾, Al(OH)3+ → SiO2‾.
2) воздействие H2SO4 на каолинитовые минералы H2SO4→FeS2 + O2 + H2O (маловероятная гипотеза).
3) хемогенное образование – ископаемая кора выветривания латеритного типа (Белгородское, Криворожское м-ия).
4) результат размыва латеритной коры выветривания и переотложения в морских и озерных водоемах (Тихвинское, Североонежское м-ия).
5) концентрация Al2O3 растениями в озерно-болотных условиях.
6) подводная вулканическая деятельность, сопровождающаяся выносом Al2O3 в морские воды и осаждением Al(OH)3 химическим путем.
Б.А. Богатырев в 1999 г. все многообразие о генезисе и постседиментационных преобразованиях бокситов свел к двум большим генетическим группам: I – выветривания (остаточный тип) с двумя классами А- элювиальный, или латеритный, Б – латеритно-карстовый и II – седиментогенной. Последняя группа включает классы: В — осадочный, делимый на подклассы субаэральных осадков (коллювиальный, делювиальный, пролювиальный и полигенный) и субаквальных осадков (овражно-балочный, аллювиальный, озерно-болотный, лагунный и прибрежно-морской); Г – диагенетический (включающий подклассы субаэрального и субаквального диагенеза); В – катагенетический.
Образование основной массы алюминиевых пород (около 80%) связано с латеритным выветриванием и продуктами их ближнего переотложения – коллювием, делювием и пролювием. Доля латеритно-карстовых экзодиагенетических и осадочно-диагенетических бокситов оценивается приблизительно в 15%. А суммарное количество бокситов, накопленных в разного типа водоемах вместе с образованными на стадиях субаквального диагенеза и катагенеза, не превышает 5%. Относительно механизмов формирования последней из перечисленных категорий было (и остается поныне) много дискуссионных проблем.
Гипотезу формирования латеритов как продуктов своеобразной и мощной коры выветривания кристаллических пород сформулировал в начале ХХ в. английский геолог Фокс. Латеритный профиль формируется в жарком климате с чередованием периодов ливней и засух в обстановках холмисто-овражных ландшафтов. Классический разрез такого профиля состоит из следующих зон (снизу вверх): 1) неизмененные магматические породы (например, базальты); 2) те же породы, дезинтегрированные и каолинизированные (на начальном этапе выветривания); 3) каолиновая глина; 4) зона окремненного каолинита (с линзовидными выделениями аутигенного опала и халцедона), названная Фоксом «кремнистым литомаржем»; 5) латеритный боксит; 6) твердая корка («кираса») гидроксидов железа. В этом профиле зона «кремнистого литомаржа» совпадает с уровнем просачивания атмосферных вод, питающих роднички на склонах балок и оврагов.
Данная последовательность соответствует этапности процессов выветривания и ярко иллюстрирует схему химической осадочной дифференциации Л.В. Пустовалова, а именно, миграция химических элементов начинается с наиболее подвижных К+, Nа+; затем мигирируют Са2+, Мg2+, Si4+ и все «останавливается» на Fe3+ и Аl3+. Кроме того, примесь чрезвычайно малоподвижного титана сохраняется во всем профиле практически неизменной (доли процентов).
Процессы латеритизации реализуются чрезвычайно медленно, на протяжении многих десятков и сотен тысяч лет. Очень важным для них условием является стабильность климато-тектонических обстановок.
Класс латеритно-карстовых бокситов возникает также в тропическом гумидном климате в результате десилификатизации алюмосиликатного материала (вулканических пеплов в том числе), скопившегося на закарстованной поверхности рифогенных известняков. Такие руды кайнозойского возраста известны на поверхности атоллов современной тропической акватории океанов. Их древними аналогами (мезозойско-палеозойскими) считаются карстовые бокситы складчатых областей Восточного Урала, Салаира, Средиземноморья и др.
Прочие три класса – осадочный совместно с диагененическим и катагенетическим – представлены бокситами разнообразных структурно-текстурных разновидностей и окрасок. Последние в большинстве представляются красно-бурыми, коричневато-бурыми. Однако в болотных, озерных и лагунных осадках, претерпевших субаквальный диагенез при восстановительных геохимических обстановках (обусловивших редукцию Fe3+→Fe2+ Мn3+→Мn2+, бокситы приобретают зеленовато-серую или серую окраски. Последующим катагенезом могут быть обусловлены каолинитизация, шамозитизация и связанное с ними обеление окрасок бокситов. Структуры их бывают пелитоморфными, обломочными и оолитовыми (при крупности оолитов до 2,5 мм и более, они именуются «бобовыми»). В вещественном составе наряду с гидраргиллитом заметную роль приобретают моногидраты алюминия – бемит отчасти диаспор с примесями аллофана, гетита, гематита, каолинита, шамозита и небольшими количествами иллита.
По данным Б.А. Богатырева и его коллег среди современных седиментогенных бокситов промышленные объекты связаны только со склоновыми образованиями. В древних бокситорудных формациях осадочные бокситы распространены более широко. В палеозойских отложениях превалируют бокситы ближнего переотложения – делювиальные, коллювиальные, пролювиальные (девонские отложения Среднего Тиммана), овражно-балочные (карбоновые отложения Тихвинского района). Лагунные или прибрежно-морские бокситы распространены среди палеозойских формаций на Урале, Салаире, Воронежском кристаллическом массиве, Тиммане, где они прослеживаются в виде маломощных (до 1 м), но выдержанных слоев с небольшим размывом залегающих на красных бокситах, накопившихся в субаэральной обстановке. Аллювиальные бокситы мелового возраста известны на Урале (Соколовское месторождение).
Преобладание среди перечисленных типов бокситов обломочных структур и текстур свидетельствуют о преимущественно механогенном их накоплении, косая слоистость – о донных течениях, а контракционные трещины – о периодическом высыхании водоемов. В то же время в мезозойских и кайнозоских осадочных бокситах отмечаются конкреционные и гелевидные структуры, указывающие на хемогенное происхождение части алюминия.
О механизмах и способе транспортировки алюминия в конечный бассейн и в настоящее время много дискуссий. Доминирует точка зрения, высказанная в 1935 г. С.Ф. Малявкиным, что осадочные бокситы являются продуктами перемыва латеритных кор, и способ транспортировки вещества механогенный. Дальность переноса – минимальная (от первых км до десятков км). Альтернативная гипотеза А.Д. Архангельского (1935 г.), объяснявшая генезис бокситов химическим растворением изложена выше.
Чисто химический способ бокситообразования ставится под сомнение, начиная с работ Н.М. Страхова, который в 1963 году говорил о том, что оолитовая, бобовая и пятнистая текстуры бокситовых руд возникали в диагенезе за счет перераспределения материала. Работы Ю. К. Горецкого в Грузии доказано, что Al2O3 и TiO2 в водах рек нетраснпортабельны. Новейшие исследования Б.А. Богатырева допускают хемогенный генезис только для части глинозема, поставляемого в осадочный бассейн в основном механогенным способом.
Алюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13. Купить алюминий вы можете на нашем сайте.
История открытия
В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.
Физические свойства
Металл алюминий характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и морозу, пластичностью. Он хорошо поддаётся штамповке, ковке, волочению, прокатке. Алюминий хорошо сваривается различными видами сварки. Важным свойством является малая плотность около 2,7 г/см³. Температура плавления составляет около 660°С.
Механические, физико-химические и технологические свойства алюминия зависят от наличия и количества примесей, которые ухудшают свойства чистого металла. Основные естественные примеси – это кремний, железо, цинк, титан и медь.
По степени очистки различают алюминий высокой и технической чистоты. Практическое различие заключается в отличии коррозионной устойчивости к некоторым средам. Чем чище металл, тем он дороже. Технический алюминий используется для изготовления сплавов, проката и кабельно-проводниковой продукции. Металл высокой чистоты применяют в специальных целях.
По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью. Длительный отжиг улучшает электропроводность, а нагартовка ухудшает.
Теплопроводность алюминия повышается с увеличением чистоты металла. Примеси марганца, магния и меди снижают это свойство. По показателю теплопроводности алюминий проигрывает только меди и серебру. Благодаря этому свойству металл применяется в теплообменниках и радиаторах охлаждения.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Чем выше степень чистоты алюминия, тем больше он способен отражать свет от поверхности. Металл хорошо полируется и анодируется.
Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой.
Химические свойства
Алюминий — это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.
При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.
Получение
Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов. Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.
Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.
Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.
В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.
Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.
Применение
Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.
Рассмотрим, как используют различные изделия из алюминия.
Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.
Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.
Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.
Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.
Алюминиевый круг — это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.
Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.
Алюминиевый лист
Алюминиевая плита
Алюминиевые чушки
Алюминиевые уголки
Алюминиевая проволока
При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.
Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.