Природные соединения алюминия алюмосиликаты глина и полевые шпаты корунд рубин сапфир наждак кратко

Обновлено: 30.06.2024

Каолинит - минерал подкласса слоистых силикатов, главная составная часть белой, огнеупорной, и фарфоровой глины. Обычно является продуктом выветривания. Имеет две полиморфные модификации - диккит и накрит. Каолинит сильно гигроскопичен.

Бокситы это осадочные алюминиевые руды. Содержат вредную примесь - SiO₂. Бокситы служат важным сырьем для получения алюминия, а также красок, абразивов и огнеупорных материалов.

Корунд относится к классу простых оксидов, и иногда образует прозрачные драгоценные кристаллы - сапфира, и, с добавлением хрома, рубина. Накапливается в россыпях. В основном используется как абразивный материал. Его смесь с магнетитом, гематитом, и шпинелью называют наждаком. Синтетический корунд с различными добавками получают в промышленных масштабах для квантовой электроники, часовой, ювелирной и другой промышленности.

Минерал - серые, красноватые и другие кристаллы с характерным жирным блеском. Главный минерал щелочных изверженных пород. Используется как сырье для добычи алюминия с попутным получением соды.

Полевой шпат или ортоклаз:

Калиевый полевой шпат. Белый, серый, розовый, и.т.д. Одна из главных составных частей гранитов, гнейсов, и других изверженных и метаморфических пород. Сырье стекольной и керамической промышленности.

Каолинит: Аl₂О₃ • 2 SiО₂ • 2Н₂О. Каолинит —
минерал, главная составная часть белой, огнеупор-
ной, и фарфоровой глины. Бокситы — Аl₂О₃ • nН₂О.
Обычно бокситы представляют собой землистую
глиноподобную массу. Используют для получе-
ния алюминия и в качестве флюса в черной
металлургии. Нефелин — Na₂О • Аl₂О₃ • 2SiО₂ —
породообразующий минерал, который использу-
ют в производстве алюминия, соды, в стеколь-
ной, кожевенной промышленности. Алуниты —
(Na,K)₂SО₄ • Al₂(SО₄)₃ • 4 Аl(ОН)₃ — применяют для
получения квасцов, глинозема, калиевых солей. Ко-
рунд (сапфир, рубин, наждак) — Аl₂О₃ — драгоцен-
ные камни, применяются также в качестве сырья
для изготовления офтальмологических скальпелей,
хрусталиков глаза, в устройстве лазера. Берилл
(изумруд, аквамарин) — 3 ВеО • Аl₂О₃ • 6 SiО₂ —
драгоценные камни, поделки. Хризоберилл (алек-
сандрит) — ВеАl₂О₄. Александрит меняет окраску
от темной сине-зеленой, голубовато-зеленой, тем-
ной травяно-зеленой, оливково-зеленой при днев-
ном свете до розово-малиновой. Применяется в
качестве драгоценного камня.

Варнавский

Бокситы:

Al 2 O 3 · nH 2 O

Бокситы это осадочные алюминиевые руды. Содержат вредную примесь - SiO 2 . Бокситы служат важным сырьем для получения алюминия, а также красок, абразивов и огнеупорных материалов.

Корунд:

Нефелин:

Na 2 O · Al 2 O · 2SiO 2

Полевой шпат или ортоклаз:

K 2 O · Al 2 O 3 · 6SiO 2

Важнейшие соединения алюминия.

Оксид алюминия (Al 2 O 3 ):

Внешний вид :

Оксид алюминия - твердое, тугоплавкое вещество белого цвета. Может образовывать прозрачные кристаллы сапфира или, с добавлением хрома, рубина.

Получение :

Оксид алюминия получают непосредственно путем сжигания порошка металлического алюминия, вдуванием его в пламя горелки:

4Al + 3O 2 2Al 2 O 3

Химические свойства:

Al 2 O 3 - амфотерный оксид. Он реагирует с кислотами:

Al 2 O 3 + 6HCl 2AlCl 3 + 3H 2 O

Al 2 O 3 + 2NaOH 2NaAlO 2 + H 2 O

но в присутствии воды реакция протекает иначе:

Al 2 O 3 + 2NaOH + H 2 O 2[NaAlO 2 · H 2 O]

Это объясняется тем, что в воде иллюминат натрия ( NaAlO 2 ) может присоединить одну или две молекулы воды: NaH 2 AlO 3 или NaAlO 2 .

Гидроксид алюминия (Al(OH) 3 ):

Внешний вид:

Если белую желеобразную массу выделить из раствора, а затем высушить, то получится белое кристаллическое вещество, практически не растворяющееся в воде.

Получение:

Гидроксид алюминия получают при взаимодействии раствора щелочи с растворами солей алюминия. При этом раствор щелочи нельзя брать в избытке.

AlCl 3 + 3NaOH Al(OH) 3 + 3NaCl

Химические свойства:

Гидроксид алюминия, как и оксид, обладает амфотерными свойствами. Подобно другим основаниям он реагирует с кислотами. При сплавлении его со щелочами образуются мета алюминаты, а в водных растворах - их гидраты:

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Сплавы соединения алюминия

По распространённости в земной коре занимает первое место среди металлов

Алюмосиликаты – как соли, образованные оксидами алюминия, кремния, щелочных и щелочноземельных металлов

Они составляют основную массу земной коры Полевые шпаты и глины

Бокситы Al2O3, из которых получают алюминий

Корунд - минерал состава Al2O3 обладает очень высокой твёрдостью Его разновидность – наждак – как шлифовочный материал

Хорошо известны прозрачные, окрашенные примесями кристаллы корунда: Красные – рубины – используют как драгоценные камни

Кристаллы рубинов применяют в лазерах

Синие – сапфиры используют как драгоценные камни

И рубины, и сапфиры используют для изготовления деталей часов и других точных приборов

Алюминаты – соли неустойчивых алюминиевых кислот К природным алюминатам относится благородная шпинель и драгоценный хризоберилл.

Шпинель украшает историческую реликвию – корону российских императоров

подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Сейчас обучается 922 человека из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

Курс добавлен 31.01.2022
Сейчас обучается 28 человек из 18 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Дистанционные курсы для педагогов

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 612 784 материала в базе

ЗП до 91 000 руб.
Гибкий график
Удаленная работа

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

26.10.2016 1491
PPTX 3.1 мбайт
7 скачиваний
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Ермакова Вера Васильевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
Для учеников 1-11 классов

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Россияне ценят в учителях образованность, любовь и доброжелательность к детям

Время чтения: 2 минуты

В Госдуме предложили ввести сертификаты на отдых детей от 8 до 17 лет

Время чтения: 1 минута

ГИА для школьников, находящихся за рубежом, может стать дистанционным

Время чтения: 1 минута

Минтруд предложил упростить направление маткапитала на образование

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения России подготовит учителей для обучения детей из Донбасса

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Ниже представлен краткий обзор важнейших химических соединений алюминия, которые находятся в природных условиях, а также их промышленного применения.

Что такое химическое соединение?

Химическое соединение алюминия – это вещество, которое образовано из двух или более химических элементов, одним из которых является алюминий. Эти элементы связаны между собой химически, то есть путем ковалентных, ионных или металлических связей. Химическое соединение имеет фиксированный химический состав и постоянную химическую формулу.

Алюминиевые сплавы обычно не являются химическими соединениями. Они являются гомогенными или гетерогенными смесями входящих в них химических элементов или соединений. Поэтому они не имеют фиксированного химического состава и не имеют химической формулы.

Классификация соединений алюминия

Современная классификация соединений алюминия из Энциклопедии Алюминия [4] представлена ниже.

Классификация соединений алюминия [4]

Алюминий в природе

Алюминий является самым распространенным (более 8 % по массе) природным металлическим элементом, а также третьим природным элементом среди всех химических элементов (после кислорода и кремния). Однако из-за высокой химической активности алюминия он почти всегда находится в соединениях с другими элементами и очень редко встречается в природе в виде чистого металла.

Таблица – Доля химических элементов в земной коре

Металлический алюминий

Чистый алюминий – это серебристо-белый, ковкий, пластичный металл с атомным номером 13 и относительной атомной массой 26,98. За небольшими исключениями он находится в химических соединениях в виде Al +3 .

Этот металл обладает амфотерными свойствами. Он реагирует с минеральными кислотами и сильными щелочами. Хотя алюминий является одним из самых химически активных промышленных металлов, он имеет очень высокое сопротивление коррозии. При контакте свежей алюминиевой поверхности с кислородом, водой или другими окислителями на ней мгновенно вырастает плотная оксидная пленка (Al₂O₃), которая обеспечивает металлу высокую стойкость к коррозии. Эта оксидная пленка растворяется в щелочных растворах с выделением водорода и образованием растворимых щелочноземельных алюминатов [1].

Эта оксидная пленка является стойкой к некоторым кислотам (например, азотной кислоте) и предотвращает дальнейшее химическое воздействие на металл. Однако она растворяется в некоторых кислотах (например, в соляной кислоте или горячей серной кислоте), а также в щелочных растворах, что делает возможным дальнейшие химические реакции на поверхности алюминия.

При повышенных температурах алюминий реагирует:

с водой (выше 180 ºС) с образованием гидроксида Al(OH)₃ и водорода H₂;
со многими оксидами металлов с образованием оксида Al₂O₃ и металла, восстановленного из его оксида.

Последняя реакция применяется при производстве некоторых металлов (алюмотермия), например, марганца и некоторых сплавов, например, ферротитана.

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 [1]. Ниже представлены важнейшие минералы алюминия из фундаментальной энциклопедии про алюминий [4]

Важнейшие минералы алюминия [4]

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 [1].

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.

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 (AlO_x(OH)_3-2x) [1].

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).

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:

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.

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 %.

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

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

Оксид алюминия

Кислородное соединение алюминия

Типы оксидов

При дегидратации гидроксидов образуется серия типов оксида Al₂O₃, которые еще содержат небольшую долю гидроксильных групп и сохраняют некоторую химическую активность. Все оксиды, которые получены при пониженных температурах называют переходными модификациями. При температуре 1400 ºС все переходные модификации превращаются в альфа-модификацию [1].

Анодный оксид

Анодный оксид получают путем электрохимического оксидирования алюминия. Это соединение представляет собой наноструктурированный материал с уникальной структурой. Анодный алюминиевый оксид состоит из цилиндрических пор, которые обеспечивают ему широкое применение в технике. Он является термически и механически устойчивым, оптически прозрачным и обладает высокими электроизоляционными свойствами. Размер пор и толщина анодного оксидного слоя легко регулируется параметрами технологии, что дает возможность его применения не только как защитного декоративного покрытия для алюминиевых изделий, но и как основу для нанотехнологий.

Структура анодного оксидного покрытия

Гидроксиды

Известны различные формы гидроксидов алюминия. Наиболее изученными формами являются тригидроксид Al(OH)3 и оксид-гидроксид AlO(OH). Кроме этих кристаллических форм известны еще несколько других типов [1].

Гидроксид Al(OH)₃ применяется в больших объемах для очистки сточных вод, а также для производства других соединений алюминия, в том числе его солей.

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 [1, 2]:

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.

Квасцы

Сульфат алюминия входит в комбинацию с сульфатами одновалентных металлов с образованием двойных солей, которые называются квасцами. Наиболее важным из этих солей является алюминиевый сульфат калия. Это химическое соединение также известно как калиевые квасцы. Эти квасцы имеют широкое применение с глубокой древности в производстве кожи, лекарств, тканей и красок.

Глины

Глины состоят в основном из алюмосиликатов.

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

Гидрид алюминия

С водородом алюминий образует гидрид AlH₃, который широко применяется в органической химии, в том числе, в виде литиевого гидрида алюминия (LiAlH₄). Это соединение получают при взаимодействии хлорида алюминия с хлоридом лития.

Интерметаллические соединения

Интерметаллид (интерметаллическое соединение) — это химическое соединение двух или более металлов. Интерметаллиды, как это и должно быть у химических соединений, имеют фиксированное соотношение между своими компонентами. Обычно в интерметаллических соединениях связь между атомами – металлическая.

Интерметаллические соединения имеет большое значение для микроструктуры и свойств алюминиевых сплавов. Например, железо и кремний являются примесями, которые всегда присутствуют в алюминии. Поскольку растворимость железа в твердом алюминии очень мала, то фазы Al-Fe или Al-Fe-Si можно найти в микроструктуре даже сверхчистого алюминия. Этими фазами могут быть интерметаллические соединения FeAl₃, Fe₃SiAl₁₂, Al₂Si₂Al₉ или FeAl_6.

В алюминиевых сплавах насчитывается несколько десятков фаз, которые являются интерметаллическими соединениями. В сложных сплавах типа 2014 (система Al-Cu-Mg-Mn-Fe-Si) эти соединения имеют вид типа (Mn,Fe)₃SiAl₁₂ [3].

Таблица – Интерметаллические соединения алюминия [2]

4. Тринадцатый элемент: Энциклопедия /А. Дроздов – Библиотека РУСАЛа, 2007

Читайте также: