Aliuminis

Įvadas

Tai sidabriškai baltas, lengvas, plastiškas , kalus, tąsus ir lengvai poliruojamas metalas, atspindi šviesą ir geras elektros laidininkas. Lengvai ištempiamas į vielą. Tai chemiškai aktyvus el., ore ir H2O pasyvuoja susidarant patvariai oksido ar hidroksido plėvelei. Tačiau jei neoksiduotas, aliuminio amalgama, reaguoja.

Istorinė apžvalga

Senovės romėnai dar prieš du su puse tūkstančio metų žinojo žodį aliumen – taip jie vadino alūną išėsdinimui. Graikų filosofo Platono, gyvenusio V a. pr. m. e., kūriniuose yra pasakojimas apie mitinį žemyną – Atlantidą. Platonas teigia, kad senovės atlantai, be sidabro irr aukso, turėjo dar vieną metalą, kurį ,,to meto žmonės po aukso labiausiai vertino” – orichalką. Kai kurie mokslininkai mano, kad orachalku buvo pavadintas vario ir aliuminio lydinys.

Pirmasisi negryną aliuminį 1825 m. gavo danų mokslininkas Hansas Kristianas Erstedas (1777 – 1851 m.). Jis pro įkaitintą ir su anglimis sumaišytą Al2O3 leido chloro dujas ir gavo bevandenį aliuminio chloridą. Kaitindamas AlCl3 su kalio amalgama gavo aliuminio amalgamą, iš kurios išgarinęs gyvsidabrį pamatė pilkus miltelius. Tai ir buvo aliuminis, tik negrynas.

1827 m. vokiečių chemikas Frydrichas Vėleris (1800 – 1882 m.) atliko tąą pačią reakciją (AlCl3 redukcija kaliu) ir gavo gryną aliuminį.

1825 m. aliuminis buvo 1500 kartų brangesnis už geležį, dabar – apie 3 kartus.

1855 m. liepos 18 d. Žavelio gamykloje buvo gautas pirmasis pramoninio aliuminio luitas. Per vieną gamybinį ciklą buvo gaunama 6 – 8 kg aliuminio. Šis metodas, kurį pa

asiūlė prancūzų chemikas Anri Etjenas Sent Kleras Devilis (1818 – 1881 m.), nuo ankstesnio skyrėsi tuo, kad vietoj aliuminio chlorido buvo naudojamas aliuminio ir natrio chloridų mišinys, o vietoj kalio – natris. Reakcija buvo ne tokia pavojinga kaip dirbant su kaliu, todėl buvo galima naudoti daug daugiau pradinių medžiagų ir kartu padidinti gamybos apimtį. Aliuminio kaina iš karto krito.

1855 m. Pasaulinėje parodoje Paryžiuje pirmąkart buvo demonstruojamas aliuminio luitas, į kurį buvo žiųrima kaip į rečiausią brangenybę.

Aliuminio radimas gamtoje

Aliuminis yra vienas labiausiai paplitusių Žemės plutos elementų ir labiausiai paplitęs metalas.

Gamtoje aliuminis randamas tik junginiuose. Svarbiausia mineralų grupė- putnagai. Tai vieni aliumosilikatų, kurie sudaro apie 50% Žemės plutos masės. Jų cheminė sudetis gana įvairi, tačiau vyrauja natrio, kalio ir kalcio aliumosilikatai. Šiai grupei priklauso dar daug kitų mineralų – leucitas, nefelinas, kaai kurie žėručiai, ceolitai, skapolitai. Aliumosilikatų yra daugelyje magminių, vulkaninių ir metamorfinių uolienų.

Dūlėjant šiems mineralams ir uolienoms šarminius ir šarminių žemių metaluspakeičia vanduo. Aliumosilikatai virsta kaolinu. Kaolinas yra šviesi nuosėdinė uoliena, kurios svarbiausias mineralas – kaolinitas Al4[Si4O10](OH)8.

Kaolinas yra pagrindinė molio sudedamoji dalis. Be priemaišų yra baltas – geležies ir mangano oksidai suteikia moliui rudą spalvą.

Kitos nuosedinės uolienos, sudarytos iš molio su smėlio priemaiša, yra mergelis ir priemolis.

Priklausomai nuo aplinkos sąlygų aliumosilikatai yra toliau, aliuminis atsiskiria nuo silicio ir susidaro hidroksidų mišinys – boksitas (A

Al2O3 H2O; Al2O3 nH2O ir kiti). Tai svarbiausias aliuminio gavybos mineralas.

Gavimas iš rūdų

Svarbiausioji aliminio rūda – boksitas – turi savyje Fe2O3 priemaišų, kurias būtina pašalinti. Gryninant boksitą pasinaudojama tuo, kad Al2O3 yra amfoterinis oksidas, todėl tirpsta NaOH(aq) tirpale. Fe2O3 šarmų tirpaluose netirpsta.

Al2O3(k) + 2 OH-(aq) + 3 H2O 2 [Al(OH)4]-(aq)

[Al(OH)4]- tirpalą silpnai parūgštinus arba praskiedus vandeniu susidaro Al(OH)3(k) nuosėdos. Kaitinamas Al(OH)3 skyla ir susidaro grynas Al2O3.

[Al(OH)4]-(aq) + H3O+(aq) Al(OH)3(k) + 2 H2O

t

2 Al(OH)3(k) Al2O3(k) + 3 H2O(d)

Al2O3 lydosi labai aukštoje temperatūroje (2020 °C), o išlydytas yra mažai laidus elektrai. Hall ir Heroult surado tinkamą tirpiklį, kuris lydosi žemesnėje temperatūroje, yra gerai laidus elektrai ir neblogai tirpina Al2O3. Toks tirpiklis yra mineralas kriolitas, Na3AlF6, kuriame maždaug 1000 °C temperatūroje ištirpsta iki 15% (masės) Al2O3. Nuo to laiko aliuminis gaminamas elektrolizuojant maždaug 950 °C temperatūros Al2O3 tirpalą išlydytame kriolite. Gaunamas 99,6-99,8% grynumo aliuminis.

Boksito gryninimo metodas: į tirpalą, kuriame yra Al3+(aq) ir Fe3+(aq) jonų pilant OH-(aq)
formuojasi Fe(OH)3(k) ir Al(OH)3 nuosėdos. Šarmo pertekliuje Al(OH)3 nuosėdos ištirpsta sudarydamos [Al(OH)4]-(aq), o Fe(OH)3 nuosėdos lieka ir atskiriamos filtruojant. Tirpalą po filtravimo silpnai parūgštinus, pavyzdžiui įdėjus kieto CO2 (“sauso ledo”) (vidurinysis paveikslėlis), vėl susidaro Al(OH)3(k) nuosėdos. Gamyklose Al(OH)3 dažniausiai nusodinamas skiedžiant [Al(OH)4]-(aq) tirpalą dideliu kiekiu vandens.

Elektrolizeris aliuminio gamybai. Elektrolizerį sudaro plieninė vonia, išklota grafitu, kuris atlieka katodo vaidmenį. Anodai irgi pagaminti iš gr

rafito. Susidariusio skysto aliuminio tankis yra didesnis už elektrolito tankį, todėl jis renkasi elektrolizerio dugne. Elektrolizerio paviršiuje susidaro sušalusio elektrolito pluta.

Aliuminio gamybai reikia labai daug elektros energijos – 1 tonai aliuminio pagaminti sunaudojama apie 15000 kWh elektros energijos [palyginkite: 1 tonai Cl2 pagaminti elektrolizuojant NaCl(aq) reikia apie 3000 kWh elektros energijos]. Dėl šios priežasties aliuminio gamyklos statomos netoli pigių energijos šaltinių, pavyzdžiui netoli hidroelektrinių. Aliuminio gamybai iš jau naudoto aliuminio laužo reikia tik apie 5% to energijos kiekio, kurio reiktų tokiam pat kiekiui aliuminio išskirti iš boksito. Todėl rinkti jau panaudotą aliuminį ekonomiškai naudinga. JAV apie 45% sunaudojamo aliuminio yra pagaminta iš aliuminio laužo.

Naudojimas

Daugiausiai Al sunaudojama lengviems lydiniams gaminti. Šie lydiniai naudojami mašinų gamyboje ir aviacijoje (elektros variklių bei tiksliųjų prietaisų korpusai, lėktuvų bei automobilių detalės, vidaus dengimo variklių blokai, galvutės, guolių įvorės, daroma cheminė aparatūra). Daug Al naudojama laidams, jo folija – maisto pramonėje, o labai grynas – elektroninkoje.

Aliuminio lydinių su Mg ir Si savybės yra panašios į duraliuminio. Jų stiprumas prikaluso nuo Si ir Mg kiekio, Cu ir Mn priedų. Šie lydiniai naudojami laivų statybai, jie yra šiuolaikinė statybinių konstrukcijų medžiaga. Visame pasaulyje iš šių lydinių daromos lėktuvų orasraigčių (propeilerių) mentės, nes jie labai atsparūs korozijai ir labai gerai atlaiko dideles vibracines apkrovas.

Atskirą grupę sudaro aliuminio ir
r magnio lydiniai – magnalai. Jie plastiški, atsparūs korozijai, lengvai suvirinami. Iš jų gaminamos konservų, alaus skardinės, folija. Lydiniai, turintys 1 – 7% magnio, naudojami kaip konstrukcinė ir dekoratyvinė medžiaga.

Korozija

Aliuminis, atvirkščiai nei kiti metalai, mažai korozuoja. Al – Zn – Mg – Cu lydiniai su labai nedideliu kiekiu Fe, Si, Na priedų ypatingai atsparūs korozijai (gali būti atsparumo korozijai etalonais). Taip pat korozijai atsparus aliuminio lydiniai su magniu, siliciu, variu, manganu, cinku ir beriliu.

Aliuminio poveikis žmogaus

organizmui

Aliuminio žmogui per dieną reikia apie 3 – 5 mg. Jo dėka suaktyvėja kaulų vystimasis, padeda aprūpinti audinius ir ląsteles deguonimi, svarbus medžiagų apytakai. Jei mes negauname reikiamos aliuminio normos per dieną arba gauname jo per daug, tai pablogėja medžiagų apytaka, jaučiamas nuovargis ir nusilpsta raumenys.

Leave a Comment