Оксид алюминия, свойства, получение, химические реакции

Алан-э-Дейл       15.09.2022 г.

Природные соединения

Минералы

Природные минералы являются химическими соединениями. Алюминий присутствует во многих минералах – более 270 видов – в комбинациях с кислородом, кремнием, щелочными и щелочноземельными металлами и фтором, а также в виде гидроксидов, сульфатов и фосфатов. Например, полевые шпаты – наиболее распространенные минералы земной коры (около 50 %) – являются алюминосиликатами . Ниже представлены важнейшие минералы алюминия из фундаментальной энциклопедии про алюминий

Важнейшие минералы алюминия

Металлический алюминий в природе

Природный металлический алюминий иногда находят как минорную фазу в условиях недостатка кислорода, например, внутри некоторых вулканов. Он также встречается в таких минералах, как берилл, криолит, гранат, шпинель и бирюза .

Драгоценные камни

Примеси в кристаллах оксида Al2O3, такие как хром или кобальт дают драгоценные камни рубин и сапфир, соответственно. Чистый оксид Al2O3 известен как корунд – один из самых твердых материалов.

Рубин

Бокситы

Хотя алюминий и является очень распространенным природным элементом, большинство алюминиевых минералов не могут быть экономически выгодными источниками этого металла. Почти весь металлический первичный алюминий производится из руды, которая называется бокситом (или бокситами) с обобщенной химической формулой (AlOx(OH)3-2x) .

Бокситы происходят в природе как продукты выветривания коренных пород с низким содержанием железа и кремния в тропических климатических условиях. Природные бокситы содержат различные гидратированные формы оксида алюминия, которые имеют различные кристаллические системы, а также различаются по степени гидратации (количеству молекул воды на одну молекулу Al2O3).

7 Методы испытаний

7.1 Отбор и подготовка проб — по ГОСТ 25389 и ГОСТ 27798.Срок хранения арбитражной пробы — 2 месяца.

7.2 Определение массовой доли примесей в глиноземе — по ГОСТ 13583.5, ГОСТ 23201.0, ГОСТ 23201.1, ГОСТ 25542.0-ГОСТ 25542.3, ГОСТ 23201.3*.________________* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 50332.1-92. — Примечание изготовителя базы данных.

7.3 Определение потери массы при прокаливании — по ГОСТ 27800, массовой доли влаги — по ГОСТ 27799.

7.4 Определение размера и содержания монозерен — по ГОСТ 25734.

7.5 Определение массовой доли альфа-оксида алюминия в глиноземе марки ГСК — по ГОСТ 6912.2, в глиноземе остальных марок — по ГОСТ 25733.

7.6 Определение удельной поверхности — по ГОСТ 23401. Допускается проводить определение по другой методике, по метрологическим характеристикам не уступающей стандартизованной. При разногласии определение проводят по ГОСТ 23401.

7.7 Определение фракционного составаМетод основан на измерении поглощения светового потока частицами глинозема, осаждающимися с различной скоростью из водной суспензии, и применим для любых фракций глинозема крупностью от 63 до 0 мкм, при определении суммарного показателя для фракции от 10 до 0 мкм.

7.7.1 Аппаратура, реактивы и материалыФотоэлектроколориметр двухлучевой со световым фильтром N 3 (длина волны 400 нм). Допускается применять другие приборы с аналогичными характеристиками.Кювета из органического или силикатного стекла вместимостью около 200 см и меткой на уровне 100 мм от поверхности зеркала суспензии до горизонтальной оси светового пучка (рисунок 1).

Рисунок 1 — Кювета

Мешалка перфорированная из алюминия, органического или силикатного стекла (рисунок 2).

Рисунок 2 — Мешалка

Рисунок 2 — Мешалка

Весы лабораторные общего назначения по ГОСТ 24104*, 2-го класса с пределом взвешивания 500 г или другие, обеспечивающие аналогичные технические и метрологические характеристики.________________* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 53228-2008. — Примечание изготовителя базы данных.Сито с сеткой 0063 К по ГОСТ 6613.Термометр ртутный стеклянный лабораторный с ценой деления 0,5 °С по ГОСТ 13646 или другой аналогичного класса точности, обеспечивающий измерение температуры от 0 до 100 °С.Секундомер.Натрий фосфорнокислый пиро по ГОСТ 342 или натрий фосфорнокислый по ГОСТ 9337.Вода дистиллированная.

7.7.2 Подготовка к испытанию

7.7.2.1 Приготовление пробыОт пробы глинозема, приготовленной по ГОСТ 25389 методом квартования, выделяют пробу массой 20 г, просеивают через сито с сеткой 0063 вручную до постоянной массы остатка на сите.Потери массы глинозема во время рассева не должны превышать 2% массы навески. Остаток на сите взвешивают и определяют массовую долю фракции плюс 63 мкм, выраженную в процентах. Фракцию минус 63 мкм усредняют методом наката.Для этого пробу помещают на лист чистой гладкой бумаги размером 10х10 см. Один край листа плавно поднимают до тех пор, пока материал, перемещаясь, не достигнет противоположного края бумаги. Точно так же перемещают материал в противоположном направлении, затем в двух других, перпендикулярно первым. Операцию перемещения материала повторяют не менее восьми раз. Из разных мест по длине образовавшегося валика отбирают три навески глинозема массой 0,08-0,12 г каждая.Уменьшение массы пробы за счет отброса излишков материала не допускается.

7.7.2.2 Приготовление дисперсионной среды1,9 г натрия пирофосфорнокислого или фосфорнокислого растворяют в 1 дм дистиллированной воды.

7.7.2.3 Определение плотности глиноземаПлотность глинозема определяют по ГОСТ 2211 или графику зависимости плотности глинозема от массовой доли в нем альфа-оксида алюминия (рисунок 3).

Сульфат алюминия

Структура и состав

Сульфат алюминия может существовать с различными пропорциями воды. Обычной формой этого соединения является Al2(SO4)3·18H2O. Он почти нерастворим в обезвоженном спирте, но хорошо растворяется в воде. При температуре выше 770 ºС разлагается до оксида алюминия.

Применение

Находит применение в следующих отраслях промышленности и областях жизни :

  • системы очистки воды и обработки сточных вод;
  • производство бумаги;
  • противопожарная защитная одежда;
  • очистка масел и жиров;
  • гидроизоляция бетона;
  • производство антиперспирантов;
  • выделка кож;
  • производство красок;
  • в сельскохозяйственных пестицидах;
  • производство химикатов;
  • средство для повышения кислотности почв;
  • производство косметики и мыла;
  • в медицинских препаратах.

Производство и рынок

Основная статья: Алюминиевая промышленность

 Производство алюминия в миллионах тонн

Достоверных сведений о получении алюминия до XIX века нет. Встречающееся иногда со ссылкой на «Естественную историю» Плиния утверждение, что алюминий был известен при императоре Тиберии, основано на неверном толковании источника.

В 1825 году датский физик Ганс Христиан Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия, а в 1827 году Фридрих Вёлер смог выделить крупинки алюминия, которые, однако, на воздухе немедленно покрывались тончайшей плёнкой оксида алюминия.

До конца XIX века алюминий в промышленных масштабах не производился.

Только в 1854 году Анри Сент-Клер Девиль (его исследования финансировал Наполеон III, рассчитывая, что алюминий пригодится его армии) изобрёл первый способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl·AlCl3. В 1855 году был получен первый слиток металла массой 6—8 кг. За 36 лет применения, с 1855 по 1890 год, способом Сент-Клер Девиля было получено 200 тонн металлического алюминия. В 1856 году он же получил алюминий электролизом расплава хлорида натрия-алюминия.

В 1885 году был построен завод по производству алюминия в немецком городе Гмелингеме, работающий по технологии, предложенной Николаем Бекетовым. Технология Бекетова мало чем отличалась от способа Девиля, но была проще и заключалась во взаимодействии между криолитом (Na3AlF6) и магнием. За пять лет на этом заводе было получено около 58 т алюминия — более четверти всего мирового производства металла химическим путём в период с 1854 по 1890 год.

Метод, изобретённый почти одновременно Чарльзом Холлом в США и Полем Эру во Франции (1886 год) и основанный на получении алюминия электролизом глинозёма, растворённого в расплавленном криолите, положил начало современному способу производства алюминия. С тех пор, в связи с улучшением электротехники, производство алюминия совершенствовалось. Заметный вклад в развитие производства глинозёма внесли русские учёные К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковский, А. А. Яковкин и др.

Первый алюминиевый завод в России был построен в 1932 году в городе Волхов. Металлургическая промышленность СССР в 1939 году производила 47,7 тыс. тонн алюминия, ещё 2,2 тыс. тонн импортировалось.

Вторая мировая война значительно стимулировала производство алюминия. Так, в 1939 году общемировое его производство, без учёта СССР, составляло 620 тыс. т, но уже к 1943 году выросло до 1,9 млн т.

К 1956 году в мире производилось 3,4 млн т первичного алюминия, в 1965 году — 5,4 млн т, в 1980 году — 16,1 млн т, в 1990 году — 18 млн т.

В 2007 году в мире было произведено 38 млн т первичного алюминия, а в 2008 — 39,7 млн т. Лидерами производства являлись:

  1. КНР (в 2007 году произвёл 12,60 млн т, а в 2008 — 13,50 млн т)
  2. Россия (3,96/4,20)
  3. Канада (3,09/3,10)
  4. США (2,55/2,64)
  5. Австралия (1,96/1,96)
  6. Бразилия (1,66/1,66)
  7. Индия (1,22/1,30)
  8. Норвегия (1,30/1,10)
  9. ОАЭ (0,89/0,92)
  10. Бахрейн (0,87/0,87)
  11. ЮАР (0,90/0,85)
  12. Исландия (0,40/0,79)
  13. Германия (0,55/0,59)
  14. Венесуэла (0,61/0,55)
  15. Мозамбик (0,56/0,55)
  16. Таджикистан (0,42/0,42)

В 2016 году было произведено 59 млн тонн алюминия

См. также: Список стран по выплавке алюминия

На мировом рынке запас составляет 2,224 млн т., а среднесуточное производство — 128,6 тыс. т. (2013.7).

В России монополистом по производству алюминия является компания «Российский алюминий», на которую приходится около 13 % мирового рынка алюминия и 16 % глинозёма.

Мировые запасы бокситов практически безграничны, то есть несоизмеримы с динамикой спроса. Существующие мощности могут производить до 44,3 млн т первичного алюминия в год. Следует также учитывать, что в будущем некоторые из применений алюминия могут быть переориентированы на использование, например, композитных материалов.

Цены на алюминий (на торгах международных сырьевых бирж) с 2007 по 2015 годы составляли в среднем 1253—3291 долларов США за тонну.

Глинозем металлургический (оксид алюминия, окись алюминия) ГОСТ 30558-98

Глинозем металлургический

Химическая формула: Al2O3

Сырьем для получения глинозема служат следующие минералы и руды: алуниты, каолины, нефелины и бокситы.
Получение глинозема из руд осуществляется тремя основными способами: электролитическим, кислотным и щелочным.
Наиболее распространенным способом получения глинозема является щелочной метод Байера, в ходе которого оксид алюминия добывается из бокситов высокого сорта. Сначала руду нагревают в автоклаве с едким натром, затем охлаждают и отделяют от жидкости твердый осадок — «красный шлам». После этого из полученного раствора осаждают гидроокись алюминия и прокаливают ее, чтобы получить чистый глинозем.

Глинозем используется как сырье для производства алюминия электролитическим методом. Применяется при производстве изоляционных, композитных, абразивных материалов, для нанесения покрытий для защиты металлов от окисления, действия агрессивных сред и эрозийного износа, а также как катализатор и адсорбент. Используется в алюминиевой, стекольной, керамической, огнеупорной промышленности.

Физико-химические показатели глинозема металлургического ГОСТ 30558-98:

Марка Массовая доля примеси, %, не более Потеря массы при прокаливании (300-1100° C), %, не более
SiO2 Fe2O3 TiO2+V2O5+Cr2O3+MnO ZnO P2O5 Сумма Na2O+K2O в пересчете на Na2
Г-000 0,02 0,01 0,01 0,01 0,001 0,3 0,6
Г-00 0,02 0,03 0,01 0,01 0,002 0,4 1,2
Г-0 0,03 0,05 0,02 0,02 0,002 0,5 1,2
Г-1 0,05 0,04 0,02 0,03 0,002 0,4 1,2
Г-2 0,08 0,05 0,02 0,03 0,002 0,5 1,2

Требование безопасности.
По степени воздействия на организм человека глинозем относят к 4-му классу опасности (вещества малоопасные).
Глиноземная пыль относится к аэрозолям преимущественно фиброгенного действия, предельно допустимая концентрация глиноземной пыли в воздухе рабочей зоны составляет 6 мг/м³.
Глинозем пожаро- и взрывобезопасен.
Для индивидуальной защиты органов дыхания от глиноземной пыли применяют респиратор ШБ-1 «Лепесток».

Упаковка, транспортировка и хранение.
Глинозем упаковывают в специализированные контейнеры типа СКБ-1 или СКЦ-1 или мягкие разовые контейнеры.
Глинозем транспортируют насыпью или в упакованном виде всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки, действующими на данном виде транспорта.
Глинозем транспортируют насыпью по железной дороге в хоппер-цементовозах или спеццистернах. По согласованию изготовителя с потребителем и транспортными организациям при поставке по прямым договорам допускается использовать другие транспортные средства.
Упакованный глинозем транспортируют железнодорожным транспортом в соответствии с техническими условиями погрузки и крепления грузов на открытых транспортных средствах.
Глинозем, упакованный в контейнеры, транспортируют повагонными отправками на открытых транспортных средствах.
Упакованный глинозем хранят в закрытых складских помещениях раздельно по маркам.
Срок хранения глинозема не ограничен.

Потребление алюминия.

Около 28% производимого алюминия идет на изготовление банок для напитков, пищевой тары и всевозможных упаковок. Еще 17% используется в транспортных средствах, включая самолеты, военную технику, железнодорожные пассажирские вагоны и автомобили. Около 16% применяется в конструкциях зданий. Примерно 8% используется в высоковольтных линиях электропередачи и других электрических устройствах, 7% – в таких потребительских товарах, как холодильники, кондиционеры воздуха, стиральные машины и мебель. На нужды машиностроения и промышленное оборудование расходуется 6%. Остающаяся часть потребляемого алюминия используется в производстве телевизионных антенн, пигментов и красок, космических кораблей и судов. См. также ХОЛЛ, ЧАРЛЗ МАРТИН.

Производство глинозема

Около 90 % алюминиевых руд – бокситов – идет на производство первичного алюминия, остальные 10 % – на другие промышленные применения.

Промышленное производство первичного алюминия имеет две основных стадии:

  • производство из исходной бокситной руды чистого оксида алюминия – глинозема;
  • электрохимическое восстановление этого оксида до металлического алюминия в ванне расплавленного криолита.

Бокситы

Боксит не является минералом и химическим соединением. Это наименование – боксит (или, чаще, бокситы) – применяется для обозначения различных типов алюминиевых руд, которые содержат соединения алюминия, в основном – различные виды гидроксидов.

Промышленные бокситы содержит три основных типа гидроксидных минералов:

  • гибсит: Al2O3·3H2O
  • богемит – Al2O3·H2O
  • диаспор – Al2O3·H2O.

Эти типы гидроксидов значительно различаются по таким физическим свойствам, как:

  • содержание воды,
  • кристаллическая система
  • твердость,
  • плотность,
  • температура дегидратации
  • растворимость в технологических растворах.

Обычно природные залежи бокситов состоят из одного из этих типов гидроксидов, хотя в некоторых случаях одна и та же алюминиевая руда может содержать смешанные гидроксиды.

Бокситы различаются по цвету от кремового до темно коричневого при высоком содержании железа.

Типичный боксит

В состав типичного боксита для промышленного производства алюминия входят следующие соединения:

  • оксид алюминия – Al2O3: 40-60 %
  • оксид кремния – SiO2: 1-6 %
  • оксид железа – Fe2O3: 2-25 %
  • оксид титана – TiO2: 1-5 %
  • оксиды кальция и магния – CaO + MgO: 0,2-0,6 %
  • оксиды других элементов: от 0,01 до 0,4 % (каждого).

Глинозем

Почти весь глинозем получают из бокситов, которые содержат около 50 % оксида Al2O3 в виде гидроксидов. Эту алюминиевую руду обрабатывают в растворе каустической соды под давлением, чтобы растворить оксид алюминия в виде алюмината, и отделить его от красного осадка, содержащего оксиды железа и другие основные примеси. Затем из этого раствора алюмината осаждают кристаллы гидроксида алюминия.

При температуре ниже 700 ºС в технологической массе содержатся следующие различные типы соединений алюминия – его гидроксидов:

  • гиббсит
  • байерит
  • нордстрандид
  • диаспор
  • богемит.

Завершающей технологической операцией производства глинозема является обжиг полученной на предыдущих этапах смеси гидроксидов. Обжиг (кальцинация) производится при температуре 1200 ºС с получением на выходе чистого глинозема с содержанием оксида Al2O3 более 99 %.

Глинозем

Для промышленного производства 1 тонны алюминия требуется около 2 тонн глинозема.

Соединениями алюминия, которые являются наиболее важными для неметаллургических отраслей промышленности – являются его:

  • оксид;
  • сульфат и
  • силикат.

Производство и экспорт первичного алюминия

Ежегодно в мире выплавляется около 30
млн т алюминия, из которых более 22—24 млн т
приходится на первичное производство (из
глинозема), а остальное — на вторичное (из лома и
скрапа). Крупнейшие мировые производители — США,
Россия, Канада и Китай9.

Криолит

Важный компонент алюминиевого
производства — криолит. Именно в расплаве
криолита происходит выплавка первичного
алюминия из глинозема.

Криолит — соединение фтористого натрия
и алюминия. Он встречается как природный минерал,
но редко. Поэтому для нужд алюминиевой
промышленности его обычно получают
искусственным путем. О крупном поставщике
криолита алюминиевым заводам России — заводе
«Криолит», расположенном в городе Полевском
Свердловской обл., там, где разворачивались
сюжеты бажовских сказов, см.: С.В. Рогачев. Родина
сказов. Сысерть. Полевской//География, № 41/99, с.
5—6, 11—12.

Несмотря на некоторый спад
производства в начале 90-х годов, российской
алюминиевой промышленности удалось удержать
уровень производства. Резкое сокращение
внутреннего потребления было компенсировано
увеличением поставок на внешний рынок. Россия
удержала за собой 2-е место по производству
алюминия после США. При этом, как видно из табл. 3,
с начала 90-х годов экспорт алюминия вырос более
чем в 5 раз. Таким образом практически весь
производимый в стране алюминий идет на экспорт:
самой России ничего не достается.

В настоящее время на территории
Российской Федерации работает 11 алюминиевых
заводов. Наиболее крупные из них расположены в
Восточной Сибири: Братский, Красноярский,
Саянский
и Иркутский алюминиевые заводы.
Суммарный выпуск этих заводов за 1998 г. составил
2,25 млн т алюминия, что соответствует
приблизительно 10% общемирового производства. На
долю остальных 7 заводов (Новокузнецкий,
Богословский, Уральский, Волгоградский,
Волховский
, Надвоицкий и Кандалакшский
алюминиевые заводы
) приходится чуть более
четверти производства в РФ (табл. 4).

При производстве алюминия
используется электролиз в расплавленном
криолите
, требующий большого количества
электроэнергии. По этой причине большинство
заводов расположено вблизи либо мощных ГЭС, либо
крупных ГРЭС, работающих на сравнительно дешевом
местном топливе. Кроме близости дешевых
источников электроэнергии, важную роль при
выборе местоположения заводов играет
возможность удобного развития инфраструктуры, в
частности наличие транспортных путей. Так, все
восточносибирские алюминиевые заводы
расположены в непосредственной близости от
Транссибирской магистрали

Для российских
алюминиевых заводов это особенно важно не только
из-за удаленности основных поставщиков
глинозема, но и потому, что основные потребители
металла также расположены на значительном
расстоянии

Так как транспортировка глинозема
намного дешевле, чем передача электроэнергии или
топлива в районы производства глинозема, то в
России практически не строились заводы полного
цикла переработки от бокситов до металла.
Исключением являютсяБогословский,
Уральский
и Волховский алюминиевые заводы.
Остальные предприятия вынуждены либо закупать
глинозем у отечественных производителей, либо
импортировать, либо — до недавнего времени —
просто перерабатывать так называемое
давальческое сырье (толлинг).

Хлорид

При взаимодействии газообразного хлора с расплавленным алюминием образуется хлорид алюминия. Это соединение наиболее часто применяется как катализатор в реакциях синтеза различных органических соединений. Гидратированный хлорид AlCl3∙H2O, применяется как антипреспирант или дезодорант. Это соединение является одной из нескольких алюминиевых солей, которые применяются к косметической промышленности.

Гексагидратная форма хлорида алюминия применяется:

  • для защитной обработки древесины,
  • как дезинфицирующее средство в животноводстве и при производстве мяса;
  • очистке сырой нефти
  • производство бумаги

Температура плавления алюминия

Получение алюминиевого расплава, как и многих других материалов, происходит после того, как к исходному металлу подвели тепловую энергию. Она может быть подведена как непосредственно в него, так и снаружи.

Температура плавления алюминия напрямую зависит от уровня его чистоты:

  1. Сверхчистый алюминий плавится при температуре 660, 3°C.
  2. При количестве алюминия 99,5% температура плавления составляет 657°C.
  3. При содержании этого металла в 99% расплав можно получить при 643°C.

Алюминиевый сплав может включать в свой состав различные вещества, в том числе и легирующие. Их наличие приводит к снижению температуры плавления. Например, при наличии большого количества кремния, температура может понизиться до 500°C. На самом деле понятие температуры плавления относят к чистым металлам. Сплавы не обладают какой-то постоянной температурой плавления. Этот процесс происходит в определенном диапазоне нагрева.

Первая температура обозначает ту точку, в которой начинается плавление алюминия, а вторая, показывает, при какой температуре, сплав будет окончательно расплавлен. В промежутке между ними сплав будет находиться в кашеобразном состоянии.

7 Транспортирование и хранение

7.1 Глинозем
транспортируют насыпью или в упакованном виде всеми видами транспорта в
соответствии с правилами перевозки, действующими на данном виде транспорта.

7.2 Глинозем транспортируют насыпью
по железной дороге в хоппер-цементовозах или спеццистернах. По согласованию
изготовителя с потребителем и транспортными организациям при поставке по прямым
договорам допускается использовать другие транспортные средства.

7.3 Упакованный глинозем
транспортируют железнодорожным транспортом в соответствии с техническими
условиями погрузки и крепления грузов и ГОСТ
22235 на открытых транспортных средствах.

Глинозем, упакованный в контейнеры,
транспортируют повагонными отправками на открытых транспортных средствах.

7.4
Упакованный глинозем хранят в закрытых складских помещениях раздельно по
маркам.

7.5 Транспортирование и хранение
глинозема, отправляемого в районы Крайнего Севера и труднодоступные районы, — в
соответствии с 7.1
— 7.4.

7.6 Срок хранения глинозема не ограничен.

Ключевые слова:
глинозем металлургический, оксид алюминия, маркировка, упаковка, требования
безопасности

1 Назначение и область применения. 2

2 Нормативные ссылки. 2

3 Классификация и технические
требования. 3

3.7 Маркировка

3.8 Упаковка

4 Требования безопасности. 4

5 Приемка. 4

6 Методы испытаний. 4

7 Транспортирование и хранение. 5

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное). Примеры вычисления результатов анализа

ПРИЛОЖЕНИЕ Б(справочное)

Пример 1. Определение массовой доли фракцииНеобходимо рассчитать массовые доли фракций глинозема 63-20, 20-10 и 10-0 мкм. Для этого находят логарифмы измеренных значений светопропускания для каждой из трех выбранных фракций. Допустим, что светопропускание будет соответствовать следующим значениям:

для

фракции

63-0

мкм

;

«

«

20-0

«

;

«

«

10-0

«

;

«

«

«

.

Логарифмы этих величин соответственно 1,556; 1,778; 1,805; 1,858.Рассчитывают разность логарифмов светопропускания для диаметров частиц верхнего и нижнего пределов фракции в выбранном интервале крупности. В данном случае это:

для

фракции

63-20

мкм

;

«

«

20-10

«

;

«

«

10-0

«

.

Рассчитывают средний диаметр для каждой из выбранных фракций:

для

фракции

63-20

мкм

мкм;

«

«

10-0

«

мкм.

Умножив значение на соответствующую разность логарифмов, находят относительный объем каждой фракции:; ; .Значение относительных масс суммируют и определяют массовую долю каждой фракции с учетом массовой доли отсева ().При массовая доля в процентах для фракции 63-20 мкм составит

.

Для других фракций производят аналогичный расчет.Пример 2. Определение массовой доли одной фракцииПри определении массовой доли одной фракции обязательным является определение светопропускания для глинозема крупностью от 63 мкм до верхнего предела крупности выбранной фракции.Например, для определения массовой доли фракции 20-0 мкм необходимо измерить значение светопропускания для фракции 63-0 мкм — ; фракции 20-0 мкм — и 0 мкм —.Дальнейший расчет проводят, как указано в примере 1.

Электролиз Холла – Эру.

Заключительная стадия производства алюминия включает его электролитическое восстановление из чистой окиси алюминия, полученной в процессе Байера. Этот способ извлечения алюминия основывается на том (открытом Холлом и Эру) факте, что когда глинозем растворяется в расплавленном криолите, при электролизе раствора выделяется алюминий. Типичный электролизер Холла – Эру представляет собой ванну с расплавленным криолитом 3NaF Ч AlF3 (Na3AlF6) – двойным фторидом натрия и алюминия, в котором растворено 3–5% глинозема, – плавающим на подушке из расплавленного алюминия. Стальные шины, проходящие через подину из углеродистых плит, используются для подачи напряжения на катод, а подвешенные угольные бруски, погруженные в расплавленный криолит, служат анодами. Рабочая температура процесса близка к 950° С, что значительно выше температуры плавления алюминия. Температура в электролизной ванне регулируется изменением зазора между анодами и катодным металлоприемником, на который осаждается расплавленный алюминий. Для поддержания оптимальной температуры и концентрации глинозема в современных электролизерах применяются сложные системы управления. На производство алюминия расходуется очень много электроэнергии, поэтому энергетический КПД процесса – главная проблема в алюминиевой промышленности. Электродные реакции представляют собой восстановление алюминия из его окиси и окисление углерода до его окиси и двуокиси на анодах. Одна печь дает до 2,2 т алюминия в сутки. Металл сливается раз в сутки (или реже), потом флюсуется и дегазируется в отражательной копильной печи и разливается по формам.

Про метаалюминаты

Начинающие производители глинозема, наверное, задавались вопросом: «Как из оксида алюминия получить метаалюминат натрия?»

Алюминаты используются в широком производстве для ускорения некоторых реакций, окрашивания тканей и получения глинозема.

Лирическое отступление: глинозем — это, по сути, и есть оксид алюминия Al2О3.

Обычно оксид добывают из метаалюминатов, но здесь будет рассмотрен «обратный» способ.

Итак, чтобы получить наш алюминат, нужно просто смешать оксид натрия с оксидом алюминия при очень высокой температуре.

Случится реакция соединения — Al2О3 + Na2О = 2NaAlO2

Для нормального протекания требуется температура в 1200°C.

Можно проследить за изменением энергии Гиббса в реакции:

Na2O(к.)+ Al2O3(к.)= 2NaAlO2(к.), ΔG0298= -175 кДж.

Еще одно лирическое отступление:

Энергия Гиббса (или «свободная энергия Гиббса») — это зависимость, которая существует между энтальпией (энергией, доступной для преобразований) и энтропией (мерой «хаоса», беспорядка в системе). Абсолютное значение измерить невозможно, поэтому измеряются изменения во время протекания процесса. Формула: G (энергия Гиббса) = Н (изменение энтальпии между продуктами и исходными веществами реакции) — Т (температура) * S (изменение энтропии между продуктами и исходниками). Измеряется в Джоулях.

Как из оксида алюминия получить алюминат?

Для этого подойдет и тот способ, который был рассмотрен выше — с глиноземом и натрием.

Оксид алюминия, смешанный с оксидом другого металла при высоких температурах, и дает метаалюминат.

Но еще можно сплавить гидроксид алюминия со щелочью в присутствии оксида углерода СО:

Al(ОН)3 + NaOH = NaAlO2 + 2Н2О.

Примеры:

  • Al2О3 + 2КОН = 2KAlO2 + Н2О (здесь глинозем растворяется в едкой щелочи калия) — алюминат калия;
  • Al2О3 + Li2О = 2LiAlO2 — алюминат лития;
  • Al2О3 + СаО = СаО × Al2О3 — сплавление оксида кальция с окисью алюминия.
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.