В составе какой горной породы содержится алюминия максимально
Алюминий — самый распространенный металл в земной коре. Благодаря большому сродству к кислороду он не встречается в природе в свободном состоянии. По данным акад. А. Е. Ферсмана, в природе насчитывается около 250 минералов, содержащих алюминий. Наиболее широко встречаются соединения алюминия с кислородом и кремнием. В настоящее время к алюминиевым рудам относят бокситы, нефелины, алуниты, каолины и кианиты. Бокситы являются рудой, наиболее широко используемой промышленностью. Они представляют собой горную породу, образованную гидратами окиси алюминия (основная масса), окислами и гидратами окислов железа и силикатами, кварцем, каолинитом, соединениями титана, карбонатами кальция и магния, а также в небольшом количестве соединениями натрия, кальция, циркония, хрома, фосфора, ванадия, галлия и других элементов. Химический и минералогический состав бокситов колеблется в широких пределах, в них обнаруживается более 40 химических элементов и 100 различных минералов. Качество бокситов определяется содержанием глинозема Аl2О3 и кремнезема SiО2, а также минералогической формой гидратов окиси алюминия. Чем больше содержание Аl2O3 и меньше SiО2 в бокситах, тем выше их качество.
Физические свойства бокситов очень разнообразны и непостоянны. Встречаются бокситы всевозможных цветов и оттенков— от белого до темно-красного. Наиболее часто встречаются бурые и кирпично-красные разновидности. Плотность их колеблется от 1,2 г/см3 у пористых рыхлых маложелезистых и малокремнистых бокситов до 3,5 г/см3 у сильно железистых и каменистых бокситов. Твердость бокситов варьирует от 2 до 7. Такое разнообразие цвета и физических свойств очень затрудняет I поиски бокситов. Характерным отличительным признаком бокситов наряду с внешним сходством с глиной, является их неспособность образовывать с водой пластичную массу.
Минералогическое отличие бокситов от глины заключается в том, что в глинах алюминий находится в форме каолинита (Аl2О3•2SiO2•2Н2О) и других сходных алюмосиликатов, а в бокситах — в виде гидроокисей. Различают следующие минералогические формы гидроокиси алюминия: бемит и диаспор (отвечающие химической формуле А12О3•Н2О) и гидраргиллит (Аl2О3•3Н2О). Минералогическая форма, в которой находится алюминий в боксите, очень важна для переработки бокситов. Различают следующие типы бокситов: диаспоровые, гидраргиллитовыеи смешанные.
Государственным стандартом предусмотрено десять марок бокситов: Б-В, Б-0, Б-1 и далее до Б-8. Марки различаются содержанием Аl2O3 в пересчете на сухое вещество и отношением Al2O3:SiO2 (па массе). Бокситы первых двух марок идут на производство высококачественного электрокорунда, остальных марок — на производство глинозема и огнеупоров. В боксите марки Б-1 допускается содержание 49% Аl2O3 и Al2O3/SiO2-9, в боксите марки Б-8 соответственно 28% и 4.
В России открыто несколько месторождений бокситов. Наиболее известные из них — тихвинские, уральские и тургайские бокситы. В Европе наиболее известны месторождения бокситов во Франции, Венгрии и Югославии, большие запасы бокситов есть в Индии и Индонезии, ряд африканских стран разрабатывает и экспортирует бокситы; США обладают запасами хороших бокситов, а также широко используют значительные месторождения бокситов в Суринаме и Гвиане (Южн. Америка).
Химический состав бокситов различных месторождений приведен в табл. и 2.
Таблица. Примерный химический состав отечественных бокситов, %
| Бокситы , | Аl2О3 | SiO2 | Fe2O3 | Н2О |
| Северо-Уральские . . . | 51—57 | 2,5—8,5 | 20—22 | 10—18 |
| Южно-Уральские . . . | 48—60 | 5—12 | 18—20 | 10—16 |
| Енисейские | 32—46 | 6—10 | 25—35 | 20—28 |
| Северо-Казахстанские | 40—50 | 5—15 | 10—12 | 20—25 |
Таблица 2. Примерный химический состав бокситов некоторых месторождений Мира, %
| Страна | Аl2O3 | SiO2 | Fe2O3 | Н2О |
| Франция (департ. Вар) | 51—58 | 3-6 | 18—25 | 10—12 |
| США (штат Арканзас) | 56—59 | 5—8 | 2—6 | 29—31 |
| Индия (штаты Бихар, | ||||
| Орисса, Мадрас и др.) | 56—68 | 0,3—7 | 0,3—6 | 29—30 |
| Индонезия (о. Монтан, | ||||
| Банка, Батан) …. | 53—55 | 4 | 9—13 | Нет данных |
| Венгрия . . | 48—63 | 2—14 | 20—30 | 14—18 |
| Югославия . … | 48—60 | 2—4 | 18—20 | 18—24 |
Нефелины — химическая формула (Na, К)2О•Аl2О3•2SiO2 — являются частью горной породы, называемой уртитом. богатые месторождения которой находятся на Кольском полуострове. Кроме того, нефелин входит в состав апатито-нефелиновой породы, имеющейся в большом количестве в Хибинском горном массиве.
Во время флотации апатита нефелин остается в хвостах. При переработке нефелина на глинозем в качестве побочных продуктов получают соду и поташ. Примерный химический состав нефелинового концентрата: 30% Аl2O3; 43% SiO2; 20% Na2O + K2O; 3% СаО; 3% Fe2O3.
Вредным для производства глинозема в нефелине является железо в любой минералогической форме.
На Урале, Кавказе и в Сибири находятся залежи нефелиновых сиенитов, представляющих собой смесь нефелина с другими кремнесодержащими минералами.
Несмотря на небольшое содержание Аl2О3, комплексная переработка нефелина на глинозем с извлечением щелочей и использованием отходов для получения цемента целесообразна. Алуниты — основной сульфат алюминия и калия [K2SО4• Al2(SО4)3•4Al(ОН)3], в состав которого может входить и натрий. Крупные месторождения алунитовой породы залегают в Азербайджанской, Казахской и Узбекской. Алунитовая порода содержит около 20—21% Аl2О3; 41—42% Si02; 4-5% F2О3; 4,5-5% • Na2О+K2О; 22— 23% SО3; 6—7% H2О. Так как в алунитах наряду с окисью алюминия содержится значительное количество сульфатов и щелочи, то при переработке этой руды необходимо предусматривать комплексное использование всех полезных составляющих. Крупные месторождения алунитов за рубежом имеются в Италии, Австралии и КНР.
Каолины и глины
Химический состав каолина и глин примерно соответствует формуле Аl2О3• SiО2•2H2О.
Каолин содержит также примеси кремнезема, окислов кальция, магния и железа. Огнеупорные глины, содержащие мало примесей, называются каолинами. Они широко распространены в природе. Лучшие сорта каолинов пригодны для выплавки кремнеалюминиевых сплавов.
В России очень много месторождений каолинов и глин. Лучшие сорта каолинов содержат 36—39% Аl2О3.
К и а н и т ы (Аl2О3• SiО2) являются составной частью кианитовой породы, огромные запасы которой находятся на Кольском полуострове и в Северной Карелии. Кианиты не используются пока для производства окиси алюминия, но являются очень хорошей рудой для прямой выплавки кремнеалюминиевых сплавов.
Статья на тему Руды алюминия
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.
Кусок чистого алюминия
Алюминий — очень редкий минерал семейства меди-купалита подкласса металлов и интерметаллидов класса самородных элементов. Преимущественно в виде микроскопических выделений сплошного мелкозернистого строения. Может образовывать пластинчатые или чешуйчатые кристаллы до 1 мм., отмечены нитевидные кристаллы длиной до 0,5 мм. при толщине нитей несколько мкм. Лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке.
СТРУКТУРА
Кубическая гранецентрированная структура. 4 оранжевых атома
Кристаллическая решетка алюминия — гранецентрированный куб, которая устойчива при температуре от 4°К до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, т.е. его строение постоянно. Элементарная ячейка состоит из четырех атомов размером 4,049596×10-10 м; при 25 °С атомный диаметр (кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86×10-10 м, а атомный объем 9,999×10-6 м3/г-атом.
Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки. Алюминий обладает большой химической активностью, энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В. В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10-5 см), но прочной пленкой оксида алюминия А1203, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na, Mg, Ca, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются.
СВОЙСТВА
Самородный алюминий. Поле зрения 5 x 4 мм. Азербайджан, Гобустанский район, Каспийское море, Хере-Зиря или остров Булла
Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью, парамагнетик. Температура плавления 660°C. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов. 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.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Кусочки алюминия
По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14%.
Современный метод получения, процесс Холла—Эру был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии, и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Аллюминий, агрегированный с коркой байерита на поверхности. Узбекистан, Навойская область, Учкудук
Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико. Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл: полевые шпаты; бокситы; граниты; кремнезем; алюмосиликаты; базальты и прочие. В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов. Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.
ПРИМЕНЕНИЕ
Украшение из алюминия
Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость. Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем.
Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так, Наполеон III заказал алюминиевые пуговицы, а Менделееву в 1889 г. были подарены весы с чашами из золота и алюминия. Мода на ювелирные изделия из алюминия сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.
Алюминий (англ. Aluminium) — Al
| Молекулярный вес | 26.98 г/моль |
| Происхождение названия | от латинского alumen |
| IMA статус | утверждён в 1978 |
КЛАССИФИКАЦИЯ
Hey’s CIM Ref1.21
| Strunz (8-ое издание) | 1/A.03-05 |
| Nickel-Strunz (10-ое издание) | 1.AA.05 |
| Dana (7-ое издание) | 1.1.22.1 |
| Dana (8-ое издание) | 1.1.1.5 |
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Цвет минерала | серовато-белый, белый |
| Прозрачность | непрозрачный |
| Блеск | металлический |
| Спайность | нет |
| Твердость (шкала Мооса) | 2-3 |
| Прочность | ковкий |
| Плотность (измеренная) | 2.7 г/см3 |
| Радиоактивность (GRapi) | 0 |
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Плеохроизмне плеохроирует
| Тип | изотропный |
| Люминесценция в ультрафиолетовом излучении | не флюоресцентный |
| Магнетизм | парамагнетик |
КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Точечная группа | (4/m 3 2/m) — изометричная гексаоктаэдральная |
| Пространственная группа | F m3m, P m3m |
| Сингония | кубическая |
| Параметры ячейки | a = 4.04Å |
mineralpro.ru
26.07.2016