Навигация
 
альт-амап
<< В начало < Предыдущая Следующая > В конец >>

АЛЮМИНИЙ

(лат. Aluminium), Al, химич. элемент III группы периодич. системы Менделеева; ат. н. 13, ат. масса 26,9815; серебристо-белый лёгкий металл. Состоит из одного стабильного изотопа 27А1. Историческая справка. Название А. происходит от лат. alumen - так ещё за 500 лет до н. э. назывались алюминиевые квасцы, к-рые применялись как протрава при крашении тканей и для дубления кожи. Датский учёный X. К. Эрстед в 1825, действуя амальгамой калия на безводный АlСl3 и затем отгоняя ртуть, получил относительно чистый А. Первый пром. способ произ-ва А. предложил в 1854 франц. химик А. Э. Сент-Клер Девиль: способ заключался в восстановлении двойного хлорида А. и натрия Na3AlCl6 металлич. натрием. Похожий по цвету на серебро, А. на первых порах ценился очень дорого. С 1855 по 1890 было получено всего 200 т А. Современный способ получения А. электролизом криолито-глинозёмного расплава разработан в 1886 одновременно и независимо друг от друга Ч. Холлом в США и П. Эру во Франции.

Распространённость в природе. По распространённости в природе А. занимает 3-е место после кислорода и кремния и 1-е - среди металлов. Его содержание в земной коре составляет по массе 8,80% . В свободном виде А. в силу своей хим. активности не встречается. Известно несколько сотен минералов А., преим. алюмосиликатов. Промышленное значение имеют боксит, алу-нит и нефелин. Нефелиновые породы беднее бокситов глинозёмом, но при их комплексном использовании получаются важные побочные продукты: сода, поташ, серная к-та. В СССР разработан метод комплексного использования нефелинов. Нефелиновые руды в СССР образуют, в отличие от бокситов, весьма крупные месторождения и создают практически неограниченные возможности для развития алюминиевой промышленности. Физические и химические свойства. А. сочетает весьма ценный комплекс свойств: малую плотность, высокие теплопроводность и элек-трич. проводимость, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Он легко поддаётся ковке, штамповке, нрокатке, волочению. А. хорошо сваривается газовой, контактной и др. видами сварки. Решётка А. кубич. гранецентри-рованная с параметром а = 4,0413 А. Свойства А., как и всех металлов, в значит, степени зависят от его чистоты. Свойства А. особой чистоты (99,996% ): плотность (при 20°С) 2698,9 кг/м3; tпл 660,24°С; tкип ок. 2500°С; коэфф. тер-мич. расширения (от 20° до 100°С) 23,86*10-6; теплопроводность (при 190°С) 343 вт/м-К (0,82 кал/см*сек*°С), уд. теплоёмкость (при 100°С)931,98 дж/кг-К. (0,2226 кал/г- °С); электропроводность по отношению к меди (при 20 °С) 6.5,5%. А. обладает невысокой прочностью (предел прочности 50-60 Мн/м2), твёрдостью (170 Мн/м2 по Бринеллю) и высокой пластичностью (до 50%). При холодной прокатке предел прочности А. возрастает до 115 Мн/м2, твёрдость - до 270 Мн/м2, относительное удлинение снижается до 5% (1 Мн/м2~ и 0,1 кгс/мм2). А. хорошо полируется, анодируется и обладает высокой отражательной способностью, близкой к серебру (он отражает до 90% падающей световой энергии). Обладая большим сродством к кислороду, А. на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной плёнкой окиси А12О3, защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокие антикоррозионные свойства. Прочность окисной плёнки и защитное действие её сильно убывают в присутствии примесей ртути, натрия, магния, меди и др. А. стоек к действию атмосферной коррозии, морской и пресной воды, практически не взаимодействует с концентрированной или сильно разбавленной азотной к-той, с органич. к-тами, пищ. продуктами.

Внешняя электронная оболочка атома А. состоит из 3 электронов и имеет строение 3 s2 Зр. В обычных условиях А. в соединениях 3-валентен, но при высоких темп-pax может быть одновалентным, образуя т. н. субсоединения. Субгалогени-ды A., AlF и АlСl, устойчивые лишь в газообразном состоянии, в вакууме или в инертной атмосфере, при понижении темп-ры распадаются (диспропорциони-руют) на чистый Аl и AlF3 или АlСl3 и поэтому могут быть использованы для получения сверхчистого А. При накаливании мелкоизмельчённый или порошкообразный А. энергично сгорает на воздухе. Сжиганием А. в токе кислорода достигается темп-pa выше 3000°С. Свойством А. активно взаимодействовать с кислородом пользуются для восстановления металлов из их окислов (см. Алюмино-термия). При тёмно-красном калении фтор энергично взаимодействует с А., образуя AlF3 (см. Алюминия фторид). Хлор и жидкий бром реагируют с А. при комнатной темп-ре, иод - при нагревании (см. Алюминия хлорид). При высокой темп-ре А. соединяется с азотом, углеродом и серой, образуя соответственно нитрид A1N, карбид Al4C3 и сульфид A12S3. С водородом А. не взаимодействует; гидрид А. (А1Нз)х получен косвенным путём. Большой интерес представляют двойные гидриды А. и элементов I и II групп периодич. системы состава МеНn*nAlHз, т.н. алюмогидриды (см. Алюминия гидрид). А. легко растворяется в щелочах, выделяя водород и образуя алюминаты. Большинство солей А. хорошо растворимо в воде. Растворы солей А. вследствие гидролиза показывают кислую реакцию (см. Алюминия сульфат, Алюминия нитрат).

Получение. В пром-сти А. получают электролизом глинозёма А12О3 (см. Алюминия окись), растворённого в расплавленном криолите NasAlF6 при темп-ре ок. 950° С. Используются электролизеры трёх основных конструкций: 1) электролизеры с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым подводом тока, 2) то же, но с верхним подводом тока и 3) электролизеры с обожжёнными анодами. Электролитная ванна представляет собой железный кожух, футерованный внутри тепло- и электро-изолирующим материалом - огнеупорным кирпичом, и выложенный угольными плитами и блоками. Рабочий объём заполняется расплавленным электролитом, состоящим из 6-8% глинозёма и 94-92% криолита (обычно с добавкой A1F6 и ок. 5-6% смеси фторидов калия и магния). Катодом служит подина ванны, анодом - погружённые в электролит угольные обожжённые блоки или же набивные самообжигающиеся электроды. При прохождении тока на катоде выделяется расплавленный А., к-рый накапливается на подине, а на аноде - кислород, образующий с угольным анодом СО и СO2. К глинозёму, основному расходуемому материалу, предъявляются высокие требования по чистоте и размерам частиц. Присутствие в нём окислов более электроположительных элементов, чем А., ведёт к загрязнению А. При достаточном содержании глинозёма ванна работает нормально при электрич. напряжении порядка 4-4,5 в. Ванны присоединяют к источнику постоянного тока последовательно (сериями из 150-160 ванн). Современные электролизеры работают при силе тока до 150 ка. Из ванн А. извлекают обычно с помощью вакуум-ковша. Расплавленный А. чистотой 99,7% разливают в формы. А. высокой чистоты (99,9965% ) получают электролитич. рафинированием первичного А. с помощью т. н. трёхслойного способа, снижающего содержание примесей Fe, Si и Сu. Исследования процесса электролитич. рафинирования А. с применением органич. электролитов показали принципиальную возможность получения А. чистотой 99,999% при относительно низком расходе энергии, но пока этот метод обладает низкой производительностью. Для глубокой очистки А. применяют зонную плавку или дистилляцию его через субфторид.

При электролитич. производстве А. возможны поражения электрич. током, высокой темп-рой и вредными газами. Для избежания несчастных случаев ванны надёжно изолируют, рабочие пользуются сухими валенками, соответствующей спецодеждой. Здоровая атмосфера поддерживается эффективной вентиляцией. При постоянном вдыхании пыли металлич. А. и его окиси может возникнуть алюминоз лёгких (см. Пневмокониоэы). У рабочих, занятых в произ-ве А., часты катары верхних дыхательных путей (риниты, фарингиты, ларингиты). Предельно допустимая концентрация в воздухе пыли металлич. А., его окиси и сплавов 2 мг/м3.

Применение. Сочетание физ., механич. и хим. свойств А. определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с др. металлами (см. Алюминиевые сплавы). В электротехнике А. успешно заменяет медь, особенно в произ-ве массивных проводников, напр, в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределит, устройств, трансформаторах (электрич. проводимость А. достигает 65,5% электрич. проводимости меди, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из А. вдвое меньше медных). Сверхчистый А. употребляют в произ-ве электрич. конденсаторов и выпрямителей, действие к-рых основано на способности окисной плёнки А. пропускать электрич. ток только в одном направлении. Сверхчистый А., очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений типа АIII BV,применяемых для производства полупроводниковых приборов. Чистый А. используют в произ-ве разного рода зеркал отражателей. А. высокой чистоты применяют для предохранения металлич. поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, А. применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.

В алюминиевых резервуарах большой ёмкости хранят и транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород и т. д.), азотную и уксусную к-ты, чистую воду, перекись водорода и пищ. масла. А. широко применяют в оборудовании и аппаратах пищ. пром-сти, для упаковки пищ. продуктов (в виде фольги), для произ-ва разного рода бытовых изделий. Резко возросло потребление А. для отделки зданий, архитектурных, транспортных и спортивных сооружений.

В металлургии А. (помимо сплавов на его основе)- одна из самых распространённых легирующих добавок в сплавах на основе Сu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Применяют А. также для раскисления стали перед заливкой её в форму, а также в процессах получения нек-рых металлов методом алюминотермии. На основе А. методом порошковой металлургии создан САП (спечённый алюминиевый порошок), обладающий при темп-pax выше 300°С большой жаропрочностью.

А. используют в произ-ве взрывчатых веществ (аммонал, алюмотол). Широко применяют различные соединения А.

Произ-во и потребление А. непрерывно растёт, значительно опережая по темпам роста произ-во стали, меди, свинца, цинка.

Лит.: Беляев А. И., Вольф-сон Г. Е., Лазарев Г. И., Фирсанова Л. А., Получение чистого алюминия, [M.J, 1967; Беляев А. И., Раппопорт Н. Б., Фирсанова Л. А., Электрометаллургия алюминия, М., 1953; Беляев А. И., История алюминия, в сб.; Труды Ин-та истории естествознания и техники, т. 20, М., 1959; Фридляндер И. Н., Алюминий и его сплавы, М., 1965. Ю. И. Романьков.

Геохимия А. Геохимич. черты А. определяются его большим сродством к кислороду (в минералах А. входит в кислородные октаэдры и тетраэдры), постоянной валентностью (3), слабой растворимостью большинства природных соединений. В эндогенных процессах при застывании магмы и формировании изверженных пород А. входит в кристал-лич. решётку полевых шпатов, слюд и др. минералов - алюмосиликатов. В биосфере А.- слабый миграт, его мало в организмах и гидросфере. Во влажном климате, где разлагающиеся остатки обильной растительности образуют много органич. кислот, А. мигрирует в почвах и водах в виде органо-минеральных коллоидных соединений; А. адсорбируется коллоидами и осаждается в нижней части почв. Связь А. с кремнием частично нарушается и местами в тропиках образуются минералы - гидроокислы А.- бёмит, диаспор, гидраргиллит. Большая же часть А. входит в состав алюмосиликатов - каолинита, бейделлита и др. глинистых минералов. Слабая подвижность определяет остаточное накопление А. в коре выветривания влажных тропиков. В результате образуются элювиальные бокситы. В прошлые геологич. эпохи бокситы накапливались также в озёрах и прибрежной зоне морей тропич. областей (напр., осадочные бокситы Казахстана). В степях и пустынях, где живого вещества мало, а воды нейтральные и щелочные, А. почти не мигрирует. Наиболее энергична миграция А. в вулканич. областях, где наблюдаются сильнокислые речные и подземные воды, богатые А. В местах смещения кислых вод с щелочными - морскими (в устьях рек и др.), А. осаждается с образованием бокситовых месторождений. А. И. Перельман.

Алюминий в организме. А. входит в состав тканей животных и растений; в органах млекопитающих животных обнаружено от 10~3 до 10~5% А. (на сырое вещество). А. накапливается в печени, поджелудочной и щитовидной железах. В растительных продуктах содержание А. колеблется от 4 мг на 1 кг сухого вещества (картофель) до 46 мг (жёлтая репа), в продуктах животного происхождения - от 4 мг (мёд) до 72 мг на 1 кг сухого вещества (говядина). В суточном рационе человека содержание А. достигает 35- 40 мг. Известны организмы - концентраторы А., напр, плауны (Lycopodiaceae), содержащие в золе до 5,3% А., моллюски (Helix и Lithorina), в золе к-рых 0,2- 0,8% А. Образуя нерастворимые соединения с фосфатами, А. нарушает питание растений (поглощение фосфатов корнями) и животных (всасывание фосфатов в кишечнике).

Лит.: Войнар А. О., Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека, 2 изд., М., 1960, с. 73-77.

В. В. Ковальский.



 
Большая советская энциклопедия
  [ АННОТАЦИЯ]   [а-абон]   [аборд-авар]   [авач-австрич]   [австрия - автомот]   [автомут-аграм]   [агран-аджз]   [аджи-азер]   [азеф-айя]   [ака-акоп]   [акост-акур]   [акус-алейж]   [алейк-ален]   [алеп-алле]   [алли-альбен]   [альбер-альп]   альт-амап   [амар-амим]   [амин-амуд]   [амул-анан]   [анап-андез]   [андер-анип]   [анис-антен]   [антер-антон]   [антоф-апел]   [апен-апшер]   [ар-аргум]   [аргун-аркт]   [арл-арсен]   [арсин-арха]   [архе-аса]   [асб-ассиз]   [ассим-астроп]   [астрос-атол]   [атом-афил]   [афин-ацет]   [ацид-аяч]