История открытия алюминия и альмагамы золота и их значением доклад кратко

Обновлено: 05.07.2024

Алюминий – самый известный и древний металл. В виде различных глинистых соединений он был знаком человечеству с незапамятных времен. Античные историки свидетельствовали о том, что “люмен” ( в переводе с латинского квасцы) или сульфат алюминия-калия применяли в самых разных областях деятельности: и как протраву для окрашивания тканей, и как огнезащитное средство, а также использовали для изготовления различных бытовых изделий и украшений.

История получения и применения алюминия

В середине XIX века в Западной Европе ученые отчаянно пытались получить алюминий в чистом виде. В 1825 году датский исследователь Х.К. Эрстед первым осуществил подобный опыт, используя калий в виде амальгамы. К сожалению, тогда не удалось точно определить полученное вещество.

Однако спустя два года получением алюминия заинтересовался немецкий ученый Велер. Он использовал для восстановления металла чистый калий. Через 20 лет упорных поисков ему удалось получить чистый алюминий в виде гранул размером со спичечную головку. Алюминий оказался красивым и легким металлом, похожим на серебро. Эти свойства алюминия и определили его высокую стоимость на тот период истории: он оценивался дороже золота.

В 1855 г. на выставке в Париже алюминий являлся главной достопримечательностью. Ювелирные изделия из алюминия располагались по соседству с бриллиантами французской короны. Алюминий стал очень модным металлом. Его считали благородным элементом, созданным природой для создания шедевров искусства.

Поскольку физические и химические свойства алюминия были изучены слабо, ювелиры самостоятельно изобретали способы его обработки. Мягкость и податливость металла позволяла создавать им изделия любой формы, делать отпечатки замысловатых узоров, наносить разнообразные рисунки. Алюминий покрывали золотом, полировали, матировали.

Однако со временем алюминий стал выходить из моды. В середине 1860-х годов килограмм этого металла уже стоил всего около ста старых франков, по сравнению с 3 тысячами в 1854-1856 гг.

Совершенствование свойств алюминия

Новый материал, который теперь можно было применять в промышленности, был всем хорош. Однако отмечалось, что чистый алюминий недостаточно прочен для некоторых областей применения.

В борьбу с этой проблемой вступил немецкий химик Альфред Вильм, который сплавил его с небольшим количеством магния, меди и марганца. Полученный сплав был настолько прочен, что в 1911 году в городке Дюрене была выпущена партия материала, названного в его честь дюралюминием. Чуть позже в 1919 году из него был выполнен первый самолет. Так алюминий с триумфом завоевал весь мир.

В настоящее время трудно назвать отрасль промышленности, обходящуюся без этого легкого серебристого металла. Алюминий, занимающий 3 место по концентрации в земной коре после кислорода и кремния, с новой силой притягивает к себе внимание специалистов как металл будущего. Совокупность таких его достоинств, как малая плотность, высокая тепло- и электропроводность, прочностные характеристики, а также высокая устойчивость к коррозии и технологичность, позволяют отнести алюминий к числу самых ценных материалов планеты.

Алюминий – один из самых распространенных металлов. Он используется во всех сферах нашей жизни. В данной статье вы сможете более подробно изучить его соединения, свойства и формулы. Узнать о гидроксидах алюминия и оксидах.

История открытия

Впервые чистое вещество было получено в 1825 г. датским физиком Гансом Эрстедом. Он провел сложную реакцию, которая заключалась в том, что хлорид металла был нагрет вместе с амальгамой калия, в результате чего было получено чистое соединение.

Химическая реакция была достаточно сложной, поэтому была усовершенствована Фридрихом Велером. Немецкий химик заменил амальгаму калия на чистый калий. Ему же принадлежит первое описание химических свойств различных соединений этого металла.

В дальнейшем способы получение вещества только совершенствовались. Но все равно, к концу 19 в. цена была сравнима с ценой золота.

Лишь только в 1886 г., независимо друг от друга, ученые Ч. Холл и П. Эру разработали способ получения чистого соединения путем электролиза оксида в криолите. Метод используется до сих пор.

Алюминий в таблице Менделеева

В таблице Д. И. Менделеева элемент располагается под 13 номером. Ему соответствует III период, 3 группа, главная подгруппа. Он находится между магнием – металлом, и кремнием – неметаллом. Поэтому соединение алюминия проявляют амфотерные свойства.

Обозначается вещество латинскими буквами Al (по началу иностранного слова). Такое же обозначение соответственно используется в формулах реакций алюминия.

Строение атома алюминия

Относительная атомная масса равна 27. Количество протонов (p) и электронов (e) одинаково, его указывает порядковый номер: 13. Нейтроны равны разности относительной атомной массы алюминия и номера элемента в таблице Д. И. Менделеева: 27-13=14.

Атом состоит из ядра, с зарядом +13, и 3 электронных оболочек. Все положительные протоны находятся в ядре, а электроны распределены по 3 уровням. На первом – 2, втором – 8, на третьем – 3 валентных частицы.

Электронная формула алюминия представлена на рисунке ниже.

Но в возбужденном состоянии валентные электроны третьего подуровня s перемещаются на внешний p уровень.

Химические свойства

Алюминий – амфотерный элемент (соответственно как гидроксид алюминия и оксид), обладает как металлическими, так кислотными свойствами. При нормальных условиях он окисляется, на его поверхности образуется пленка.

Из-за этого металл не может реагировать с окислителями, но прекрасно реагирует с кислотами. При нагревании материи пленка исчезает, тогда он проявляет восстановительные свойства, как и все металлы. Они могут реагировать с:

неметаллами;
кислотами;
солями менее активных металлов.

Физические свойства

Соединения этого элемента с другими широко используются благодаря его оптимальным физическим свойствам. Это мягкий, легкий металл, имеет серебристо-белую окраску и металлический блеск на свежем срезе. Одно из самых используемых его качеств – это тепло-электропроводность, которая применяется во многих промышленных областях.

Металл отличается высокой коррозийной стойкостью, не токсичностью. Это делает его одним из самых востребованных материалов. Далее приведены его точные характеристики:

Температура плавления: 660°С.
Плотность: 2,7 г/куб. см.

Алюминий в природе

Алюминий – это самый распространенный металл на земле. Его нахождение в земной коре приблизительно равно 8%. Превосходят его только кислород и кремний.

Из-за того, что данное вещество химически активно, в чистом природном виде оно встречается очень редко. Чаще всего это гидроксид алюминия или оксид. Они носят следующие названия:

бокситы;
нефелины;
алуниты;
глиноземы;
корунды;
полевые шпаты и т. д.

Встречается всего 2 изотопа: 27Al и 26Al. Первый элемент – это то самое вещество, который мы все знаем. Второй элемент – это радиоактивный изотоп, нахождение которого на планете минимально. Верхние слои атмосферы содержат его в большем количестве.

Применение

Алюминий используется человеком почти во всех видах промышленного производства, т. к. обладает рядом важных физических качеств. Вещество применяется как конструкционный материал – создаются детали для машин, самолетов т. д.

Этот металл широко распространен как добавочный элемент пищевой промышленности. Из него изготавливают столовые приборы, фольгу, посуду для хранения. Также используется при производстве сероводорода.

Несмотря на идеальные характеристики данного элемента, он, по сравнению с другими металлами, достаточно хрупок. Поэтому плавление алюминия и добавление других металлов (получение сплавов) служит для повышения прочности. Для изготовления сплавов используют:

Существует также сплав авиаль, состоящий из магния, марганца, хрома, меди др. Используется он в самолетостроении, поэтому так назван. Но сейчас из него делают корпуса для дорогих машин и рамы для велосипедов. Иногда используется как материала для корпуса телефона.

Процесс включал последующий нагрев полученного безводного хлористого алюминия с амальгамой калия. Затем амальгаму разлагали нагреванием, ртуть испарялась, и таким образом получали алюминий.
В 1827 г. Фридрих Велер разработал способ получения более чистого металлического алюминия. Он вытеснил алюминий из того же хлорида металлическим калием. Велер первым подробно описал свойства алюминия и измерил его плотность.
В 1855 г. французский химик Анри Этьенн Сент-Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия.

Этим способом в течение 30 лет получали алюминий на заводах всего мира.
Но технически важным алюминий мог стать лишь при условии, что будет снижена температура плавления оксида алюминия. Выход нашли Чарлз Мартин Холл и Поль Эру. Они установили, что глинозем хорошо растворяется в расплавленном преолите. Этот раствор подвергают электролизу при температуре примерно 950°C.
В 1887 г. немецкий химик Карл-Жозеф Бауэр получил патент на выделение алюминия из бокситной руды.
Благодаря своей плотности алюминий позволил сконструировать самолеты и дирижабли. Из сплава системы Al-Mg-Si во всем мире делают лопасти вертолетных винтов.
Алюминий широко применяется при производстве автомобилей, велосипедов, самолетов, судов, железнодорожных вагонов, бутылок для воды, консервных банок.

Сегодня алюминий — это металл, который особенно ценится и используется в архитектуре. Алюминиевые конструкции применяются при проектировании и строительстве как промышленных, так и жилых зданий.
Алюминий использовался при строительстве Дворца пионеров в Москве, Пирамиды Лувра в Париже.
Внутри помещений из алюминия делают лестницы, потолки, перила, мебель. Алюминий также используется для изготовления декораций, проводов, красок “под серебро”. Этот металл очень ценится как материал обрамляющих конструкций при остеклении окон, веранд и витрин магазинов.

Оксид алюминия применяют для получения огнеупорных материалов, в производстве керамики.
Алюминий позволяет создавать архитектурные проекты и конструировать здания в рекордные сроки, при этом реализуя самые смелые замыслы, рождая в высшей степени оригинальные формы.

Подготовила Анастасия ЧУДИНОВА

Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 28 за 2003 год в рубрике металл

Алюминий является важнейшим металлом, объем его производства намного опережает выпуск всех остальных цветных металлов и уступает только производству стали. Высокие темпы прироста производства алюминия обусловлены его уникальными физико-химическими свойствами, благодаря которым он нашел широкое применение в электротехнике, авиа- и автостроении, транспорте, производстве бытовой техники, строительстве, упаковке пищевых продуктов и пр.:

Вложение	Размер
Алюминий	1.02 МБ

Предварительный просмотр:

проект по химии:

«История получения и

Выполнили: студенты 1 курса

Преподаватель: Елманова О.Ю.

Электротермическое получение алюминиево-кремниевых сплавов

Список использованных источников…….

Алюминий – самый известный и древний металл. В виде различных глинистых соединений он был знаком человечеству с незапамятных времен. Античные историки свидетельствовали о том, что “люмен” (в переводе с латинского квасцы) или сульфат алюминия-калия применяли в самых разных областях деятельности: и как протраву для окрашивания тканей, и как огнезащитное средство, а также использовали для изготовления различных бытовых изделий и украшений.

Алюминиевая промышленность России, созданная в советское время, занимает доминирующее положение в производстве цветных металлов в стране и по выпуску металла находится на втором месте в мире. В последние годы, в силу известных причин, техника для производства алюминия практически не модернизируется, технология электролиза не совершенствуется, объем научных исследований недопустимо сокращен и заметно отстает от передовых стран. В то же время за рубежом широко ведется модернизация оборудования, совершенствуется технология, что позволило резко поднять экономическую эффективность и экологическую безопасность производства алюминия.

Актуальность: Алюминий является важнейшим металлом, объем его производства намного опережает выпуск всех остальных цветных металлов и уступает только производству стали. Высокие темпы прироста производства алюминия обусловлены его уникальными физико-химическими свойствами, благодаря которым он нашел широкое применение в электротехнике, авиа- и автостроении, транспорте, производстве бытовой техники, строительстве, упаковке пищевых продуктов и пр.:

Цель исследования : рассмотреть историю получения и производства алюминия.

Ознакомиться с историей производства алюминия в России.
Ознакомиться с основными направлениями применения алюминия.
Проанализировать литературные источники по данной теме

Объект исследования: процесс получения и производства алюминия.

Предмет исследования: выяснить значение производства алюминия для нашей страны.

1. История развития алюминиевой промышленности.

В настоящее время по объему производства алюминий занимает первое место среди цветных металлов, и производство его постоянно расширяется.

Исторически первое упоминание о металлическом алюминии имело место в трудах First Century Roman. В знаменитой энциклопедии "Historia naturalis" можно найти следующую историю. Однажды римскому ювелиру было позволено показать императору Тибериусу обеденную тарелку из нового металла. Тарелка была очень светлой и блестела, как серебро. Ювелир рассказал императору, что он добыл металл из обыкновенной глины. Он также заверил императора, что только он и боги знают, как получить металл из глины. Император очень заинтересовался. Однако он сразу понял, что вся его казна, состоящая из золота и серебра придет в упадок, если люди начнут производить этот светлый металл из глины. Поэтому, вместо ожидаемого ювелиром вознаграждения, он был обезглавлен.

Неизвестно, насколько правдива эта история, но описанные события происходили за 2000 лет до открытия человечеством способа производства алюминия. Это произошло в 1825 г., когда датский физик Г. Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия термическим восстановлением хлорида алюминия калиевой амальгамой.

Немалые трудности в получении алюминия возникли вследствие следующих факторов:

большое сродство алюминия к кислороду. Алюминий может быть восстановлен углеродом из оксида при температуре около 2000°С., Однако уже при 1200°С углерод взаимодействует с алюминием, давая карбид;

высокий электрохимический потенциал алюминия (-1, 67В). Из водных растворов получить алюминий невозможно, так как на катоде практически будет идти процесс выделения водорода (разложения воды);

высокая температура плавления глинозема (2050°С), что исключает возможность проведения электролиза расплавленного глинозема.

Промышленное производство алюминия связано с именем француза Анри Сент-Клер Девиля. Ему хорошо были известны эксперименты Г. Эрстеда и другого ученого – Ф. Велера, которому в 1827 г. удалось выделить крупинки алюминия. Причиной неудачи Ф. Велера было то, что эти крупинки на воздухе немедленно покрывались тончайшей пленкой оксида алюминия.

Прежде всего, А. С. -К. Девиль в процессе получения металла заменяет калий более дешевым натрием и проводит лабораторные опыты в крупном масштабе. Полученный хлорид алюминия загружался в большую стальную трубу, в которой на равном расстоянии друг от друга были расставлены сосуды, наполненные металлическим натрием. При нагреве происходило взаимодействие хлорида алюминия с натрием в газовой фазе и частицы алюминия оседали на дно трубы. Образованные в результате реакции зернышки тщательно собирали, плавили и получали слитки металла.

Новый способ производства алюминия оказался очень трудоемким. Кроме того, взаимодействие паров хлорида алюминия с натрием нередко протекает с взрывом. В лабораторных условиях это не представляло серьезной опасности, а в заводских условиях могло вызвать катастрофу. А. С. -К. Девиль заменил хлорид алюминия смесью А1С13 с NaCl. Теперь участники реакции находились в расплавленном состоянии. Взрывы прекратились, но, что самое главное, вместо небольших корольков металла, которые надо было собирать вручную, получали значительное количество жидкого алюминия.

Опыты на заводе Жавеля увенчались успехом. В 1855 г. был получен первый слиток металла массой 6 – 8 кг.

Эстафету производства алюминия химическим способам продолжил русский ученый Н. Н. Бекетов. Он проводил реакцию взаимодействия между криолитом (Na3AlF6) и магнием. Способ Н. Н. Бекетова мало чем отличался от метода А. С. -К. Девиля, но был проще. В немецком городе Гмелингеме в 1885 г. был построен завод, использующий способ Н. Н. Бекетова, где за пять лет было получено 58 т алюминия – более четверти всего мирового производства металла химическим путем в период с 1854 по 1890 г.

Получение алюминия химическим способом не могло обеспечить промышленность дешевым металлом. Он был малопроизводителен и не давал чистый без примесей алюминий. Это заставило исследователей разных стран мира искать новые способы производства алюминия.

На помощь ученым пришел электрический ток. Еще в 1808 г. Г. Дэви пытался разложить глинозем с помощью мощной электрической батареи, но безуспешно. Спустя почти 50 лет Р. Бунзен и А. С. -К. Девиль независимо друг от друга провели электролиз смеси хлоридов алюминия и натрия. Они были удачливее своего предшественника и сумели получить маленькие капельки алюминия. Однако в те времена не было еще дешевых и достаточно мощных источников электроэнергии. Поэтому электролиз алюминия имел только чисто теоретический интерес.

В 1867 г. была изобретена динамо-машина, а вскоре электроэнергию научились передавать на большие расстояния. Электричество начало вторгаться в промышленность.

В 1886 г. П. Эру во Франции и Ч. Холл в США почти одновременно положили начало, современному способу производства алюминия, предложив получать его электролизом глинозема, растворенного в расплавленном криолите (способ Холла – Эру). С этого момента новый способ производства алюминия начинает быстро развиваться, чему способствовали усовершенствование электротехники, а также разработка способов извлечения глинозема из алюминиевых руд. Значительный вклад в развитие производства глинозема внесли русские ученые К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковский, А. А. Яковкин и др. В царской России не существовало собственной алюминиевой промышленности. Однако первые теоретические исследования в области электролиза алюминия принадлежали выдающемуся русскому ученому, основоположнику электрометаллургии цветных металлов в нашей стране проф. П. П. Федотьеву. В 1912 г. им совместно с В. П. Ильинским был опубликован труд "Экспериментальные; исследования по электрометаллургии алюминия", который был сразу переведен на многие иностранные языки и стал настольной книгой для металлургов всего мира. П. П. Федотьев и Ильинский в Петербургском политехническом институте (С. Петербургский государственный технический университет) провели тщательные исследования по выбору оптимального состава электролита, а также выяснили, как влияют на растворимость глинозема в криолите и температуру кристаллизации добавки фторидов натрия, алюминия и кальция.

28 марта 1929 г. в газете "Ленинградская правда" была опубликована заметка, в которой сообщалось о том, что на опытной установке завода "Красный выборжец" впервые получено из одной ванны 8 кг металлического алюминия. Это положило начало нашей алюминиевой промышленности.

В 1931г. был организован научно-исследовательский институт алюминиево-магниевой промышленности (ВАМИ), в 1932г. пущен Волховский, а в 1933г. – Днепровский алюминиевые заводы. С тех пор алюминиевая промышленность стала бурно развиваться в различных районах страны.

2. Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов.

Электролиз криолитоглиноземных расплавов является основным способом получения алюминия, хотя некоторое количество алюминиевых сплавов получается электротермическим способом.

Первые промышленные электролизеры были на силу тока до 0, 6 кА и за последующие 100 лет она возросла до 300 кА. Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного процесса.

Общая схема производства алюминия представлена на рис 1. Основным агрегатом является электролизер. Электролит представляет собой расплав криолита с небольшим избытком фторида алюминия, в котором растворен глинозем. Процесс ведут при переменных концентрациях глинозема приблизительно от 1 до 8 % (масс.). Сверху в ванну опущен угольный анод, частично погруженный в электролит. Существуют два основных типа расходуемых анодов: самообжигающиеся и предварительно обожженные. Первые используют тепло электролиза для обжига анодной массы, состоящей из смеси кокса-наполнителя и связующего – пека. Обожженные аноды представляют собой предварительно обожженную смесь кокса и пекового связующего. Подробно технология производства анодной массы и обожженных анодов описана в литературе.

Рис. 1. Схема производства алюминия из глинозема.

Расплавленный алюминий при температуре электролиза (950 – 960°С) тяжелее электролита и находится на подине электролизера. Криолитоглиноземные расплавы – очень агрессивны, противостоять которым могут углеродистые и некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизера.

Для преобразования переменного тока в постоянный на современных заводах применяются полупроводниковые выпрямители с напряжением 850В и коэффициентом преобразования 98, 5%, установленные в кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Один выпрямительный агрегат дает ток силой до 63 кА. Число таких агрегатов зависит от необходимой силы тока, так как все они включены параллельно.

Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически выливается с помощью вакуум-ковша и направляется в литейное отделение на разливку или миксер, где в зависимости от дальнейшего назначения металла готовятся сплавы с кремнием, магнием, марганцем, медью или проводится рафинирование. На аноде происходит окисление выделяющимся кислородом углерода. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО2 и СО.

Электролизеры обычно снабжены укрытиями, отводящими отходящие газы, и системой очистки. Это снижает выделение вредных веществ в атмосферу. Технологический процесс требует, чтобы укрытие было герметично для обеспечения отсоса газа в коллектор с помощью вентиляторов. В удаляемых газах от электролизеров преобладают диоксид углерода (большая часть оксида углерода дожигается либо над электролитом, либо в специальных горелках после газосборного колокола), азот, кислород, газообразные и твердые фториды и частицы глиноземной пыли. Для их удаления и возвращения в процесс применяются различные технологические схемы.

Современные электролизеры оборудованы системой автоматического питания глиноземом (АПГ) с периодом загрузки 10 – 30 мин.

Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением

Таким образом, теоретически на процесс электролиза расходуются глинозем и углерод анода, а также электроэнергия, необходимая не только для осуществления электролитического процесса – разложения глинозема, но и для поддержания высокой рабочей температуры. Практически расходуется и некоторое количество фтористых солей, которые испаряются и впитываются в футеровку. Для получения 1 т алюминия необходимо:

Читайте также: