|
Dobivanje aluminija:
Budući da su aluminijevi spojevi rasprostranjeni i čine značajan sastojak Zemljine kore, dostupni su, a aluminij se može izdvojiti iz bilo kojeg od njih. Međutim, komercijalno se koriste samo boksiti koji sadrže visok postotak (najmanje 50 %) aluminijevog(III)-oksida (AI2O3) uz istovremeno nizak sadržaj silicijevog(IV)-oksida (do 3 %, a u nekim slučajevima do 10 %). Ime rude boksit potječe od Les Baux, mjesta u Francuskoj gdje je otkriven. Boksit je smjesa aluminijem bogatih minerala (bemita i dijaspora a katkad i hidrargilita), a od primjesa najviše ima silicijevog i željezovih oksida. Crveni boksiti sadrže 20-25% Fe203 i 1-5% SiO2, a bijeli boksiti do 5% Fe2O3 i do 25% SiO2. Da bi se ruda prevela u bezvodni Al2O3 (glinicu), potrebno ju je očistiti od primjesa. Primjenjuje se više postupaka, a daleko se najviše upotrebljava mokri postupak po Bayeru otkriven 1889. g.
U Bayerovom postupku fino samljevena ruda raščinjava se u autoklavu pri temperaturi od 160-170°C i tlaku 5-7 atm kroz 6-8 sati pomoću 35-50%-tne otopine natrijeve lužine. Neraščinjeni ostatak kojeg tvore uglavnom željezovi oksidi i nastali netopljivi spoj natrijev aluminijev silikat (Na2[Al2SiO6] x 2H2O) otpad je, poznat kao "crveni mulj" koji se odlaže na posebna, samo za to izgrađena odlagališta (iz tog mulja mogu se izdvojiti drugi prateći elementi). Iz vrućeg filtrata iskristalizira se aluminijev hidroksid cijepljenjem otopine kristalima hidrargilita.
Aluminijev hidroksid se žarenjem u rotacijskim pećima, na temperaturi iznad 1200°C, prevodi u glinicu (Al2O3) koja se podvrgava elektrolizi. Pri Bayerovom postupku javlja se značajan gubitak aluminija i osobito natrijeve lužine zbog prisutnosti silicija pa je dobro da ga u rudi ima što manje.
Elektroliza se provodi u elektrolitičkim kupkama s grafitnim elektrodama. Bayerovim postupkom dobivena glinica otapa se u kriolitu Na3AIF6 radi sniženja tališta, tako da dobivena otopina ima talište oko 1000°C, što je dvostruko manje od tališta same glinice (postupak Heroulta i Halla).
Aluminij se izlučuje na katodi i pada na dno kupke, a na anodi se oslobađa ugljični dioksid. Sam kriolit ne sudjeluje u elektrolitičkom procesu, a kako je njegova talina rijeđa od aluminija, pliva na površini i štiti aluminij od oksidacije.
Dobiveni aluminij ima primjese drugih metala (titanija, bakra i cinka), a najviše silicija. Daljnje pročišćavanje vrši se pretaljivanjem aluminija u otpornim ili induktivnim električnim pećima tako da se talina aluminija drži nekoliko sati na temperaturi - 700°C kako bi primjese isparile ili isplivale na površinu, a pročišćeni aluminij ispušta se na dnu. Za dobivanje aluminija visoke čistoće provodi se naknadna elektrolitička rafinacija.
Svojstva i upotreba aluminija:
Aluminij je srebrnobijel, mekan, relativno krt i sjajan metal. Lagan je, može se kovati, valjati u vrlo tanke listiće i izvući u fine niti. Po plastičnosti je treći, a po kovnosti šesti od tehnički važnih metala. Dobar je vodič topline i električne struje. Iako spada u skupinu neplemenitih metala, vrlo je otporan prema utjecaju korozivnih tvari kao što su voda, dušične kiseline, mnoga organska otapala, te atmosferski utjecaji. Uzrok postojanosti je stvaranje tankog oksidnog sloja na površini metala koji se ne ljušti i štiti metal od daljnje oksidacije. Umjetno pasiviziranje površine vrši se postupkom elektrolitičke oksidacije poznate pod tehničkim nazivom eloksiranje.
Aluminij nije otrovan. ali nema niti posebnu biološku funkciju. Već pri sobnoj temperaturi se lako otapa u lužinama pri čemu nastaju aluminati, i
u neoksidirajućim kiselinama kada nastaju soli.
Sposobnost otapanja elementa u kiselinama i lužinama naziva se amfoternost.
Zahvaljujući navedenim svojstvima aluminij ima vrlo široku primjenu u građevinarstvu, metalurgiji, strojogradnji i velikom broju drugih djelatnosti. Sam elementarni aluminij ima znatno užu primjenu jer je mek i krt. Elementarni aluminij koristi se npr. za naparivanje na glatke plohe gdje stvara visokoreflektirajući sloj - gotovo idealno zrcalo, pa se koristi kao nanos na teleskopskim zrcalima i drugim reflektirajućim plohama.
Kao tehnološki metal aluminij se prvenstveno koristi legiran s drugim metalima. Obično su to višekomponentne legure u kojima su drugi metali u manjim količinama, a tvore čvrstu otopinu s aluminijem ili su dispergirani u sitnim česticama. Postoje dvije skupine legura aluminija: ljevne i kovne. Radi poboljšanja ljevnih svojstava, aluminiju se dodaje silicij, bakar ili magnezij, pojedinačno ili u kombinaciji. Ove legure imaju vrlo dobra mehanička svojstva i lagane su, pa se koriste u izgradnji strojnih dijelova, zrakoplova i svemirskih letjelica. Kovne aluminijeve legure sadrže bakar, magnezij, mangan,
a ponekad cink i nikal. Pogodne su za izvlačenje i prešanje. Posebno su važni durali kod kojih je termičkim postupkom brzog hlađenja kod legiranja zamrznuta metastabilna faza čvrste otopine legirajućih elemenata. Time su "zamrznuta" zaostala unutrašnja mikronaprezanja koja daju veliku čvrstoću na makroskopskoj skali.
Velike količine aluminija koriste se za izradu industrijske ambalaže u obliku folija, zatvarača, spremnika hrane i biljnih proizvoda, a također i za izradu kuhinjskog pribora. U građevinarstvu se koristi u velikim količinama u obliku panela, ploča, pokrova i profilnih elemenata najrazličitijih oblika. Prvenstveno se koristi za oblaganje zidova i fasada zgrada (u kombinaciji sa staklom), za izradu pokrova i okvira u formi aluminijske građevne galanterije (prozora, vrata i sl.) U elektrotehnici aluminij služi za izradu dalekovodnih i telefonskih vodova, za zaštitne oplate raznih namjenskih i specijalnih kablova te za podnoške električnih žarulja. Velike količine legiranog aluminija visokih mehaničkih svojstava koristi strojogradnja i industrija transportnih sredstava, od automobila do zrakoplova. Za izradu zrakoplova aluminij je danas nezamjenjiv materijal, posebno nakon usvajanja novih tehnika varenja i spajanja aluminijskih elemenata. Osim navedenih najvažnijih, stotine današnjih proizvoda sadrže aluminijske elemente u svojoj građi.
Spojevi aluminija:
Aluminij tvori spojeve u kojima ima samo oksidacijski broj +3. Najvažniji spojevi aluminija u prirodi su razni
miješani hidratizirani sulfati (alauni), alumosilikati (boksiti i zeoliti), a osobito oksidi i hidroksidi. Najvažniji spojevi aluminija svakako su aluminijev hidroksid (Al(OH)3 kao mineral hidrargilit) i aluminijev oksid (glinica, korund).
Aluminijev hidroksid (Al(OH)3) bijela je ili žućkasta želatinozna masa ako se dobije taloženjem iz otopina aluminijevih soli amonijakom (u tom slučaju je amorfan i hidroliziran), a u prirodi postoji kao mineral hidrargilit monoklinske strukture. Iz amorfne mase kristalizira (brže ako se grije) najprije u rompski bemit (AlOOH) koji prelazi u metastabilni bajerit, Al(OH)3 a na kraju prelazi u stabilni hidrargilit. Pored hidroksida postoji i aluminijev metahidroksid, AlO(OH), koji postoji u dvije modifikacije - kao dijaspor i bemit, oba rompske strukture. Aluminijev oksid (Al2O3) javlja se u više kristalnih struktura (afa, beta i gama). y - Al2O3 nastaje žarenjem hidroksida na srednjim temperaturama (preko 400°C) i ima defektnu strukturu spinela. Ima veliku moć adsorpcije pa se koristi kao katalizator u proizvodnji umjetnog dragog kamenja (npr. korunda ili rubina). Obično se naziva i aktivni korund. Najstabilnija i najvažnija je heksagonska struktura (alfa - Al2O3) zvana korund. Dobiva se žarenjem hidroksida ili gama - Al2O3 na temperaturi višoj od 1100 °C. Čisti korund je vrlo tvrd bezbojan mineral koji se još naziva i hijalin i leukosafir. Talište mu je pri 2045°C i kemijski je izuzetno inertan. Ako sadrži male količine drugih metala obojen je i poznat kao drago kamenje: rubin (crveni), safir (modri), orijentalni topaz (žuti), orijentalni ametist (ljubičasti) i orijentalni smaragd (zeleni). Aluminijev oksid je tvrd, kemijski i termički vrlo otporan materijal te se koristi kao abraziv i vatrostalni materijal u staklarskoj industriji
i naročito za dobivanje visokovrijednih keramika postupkom sinteriranja praha. Keramike mogu biti čisti sinterirani Al2O3 ili sinterirana smjesa Al2O3 i drugih materijala (ZrC, ZrO2, SiC), a upotrebljavaju se za elemente i dijelove postrojenja koji su izloženi ekstremnim uvjetima temperature, tlaka, naprezanja i kemijskih utjecaja. Primjeri primjene su rezni alati, automobilske svjećice, mlaznice mlaznih motora i drugi.
Posebna vrsta alumosilikata su zeoliti. Postoji pedesetak prirodnih i preko 150 umjetnih vrsta, a zbog svoje jedinstvene strukture oblika
kristala koji sadrže šupljine povezane kanalima upotrebljavaju se kao kationski izmjenjivači (za uklanjanje teških metala iz otpadnih voda, amonijaka iz vode za piće,
radioaktivnih kationa iz otpadnih radioaktivnih tekućina), katalizatori (za kreking nafte, razne selektivne reakcije u organskoj kemiji, konverzija dušikovih oksida u ispušnim cijevima motora), te kao adsorbensi vlage i molekulska sita (koja služe za izdvajanje istovrsnih molekula iz smjese različitih).
Zahvaljujući navedenim svojstvima, neki zeoliti (zeolit A, zeolit X, zeolit P1) upotrebljavaju se umjesto fosfata u sredstvima za pranje koja popularno zovemo ekološkim deterdžentima. Ona su vrlo značajna u današnje vrijeme velike ekološke brige jer nisu biološki aktivna te puno manje onečišćuju okoliš.
|
Info
ovosti
Općenito
o elementu
