Alumīnijs

Īsumā par alumīniju un tā ieguvi.

     Alumīnijs-Al.-periodiskās sistēmas 3grupas ķīmiskais elements.Atomnumurs 13, ātommasa-26,98. Pēc izplatības Zemes garoz (8,8masas%). Al ir 3.vietā pēc skābekļa un silīcija.brivā veidā dabā nav sastopams, galvenie Al saturošie minerāli un ieži ir laukšpati,kaolīns, boksīts. Al - sudrabbalts metāls kušanas temperatūra - 660 grādi, viršanas temperatūra – 2327grādi, blīvums – 2698kg\kubikmetru (20grādos pēc C.) Labi vada siltumu,elaktrību, ir plastisks, viegli mehāniski apstrādājams, ķīmiski aktīvs, sevišķi labi reaģē ar O2 – parastos apstākļos pārklājas ar oksīda kārtiņu (0,00001 mm biezu), kas to padara samērā izturīgu pret korozijuparastajā temperatūrā reaģē ar Cl2, Br2, bet paaugstinātā temperatūrā reaģē ar S,C,N2, uc elementiem. Ar H2 tieši nereaģē. Al ir atmosfērisks elements, šķīst HCl un sārmu šķīdumos. Savienojumos oksidācijas pakāpe +3. Rūpnieciski Al ražo elektrolizējot izkausētā kriolītā( 950 grādu temperatūrā pēc C.) Na3AlF6 izšķīdinātu Al oksīdu Al2O3, kas iegūts no Al rūdām.Elektrolīzi veic ugunsdrošu ķieģeļu izklātā un ogles platēm izoderētā krāsnī (vannā). Elektrolīzes procesā uz katoda (krāsns klona) izdalās Al, bet uz anoda (elektrolītā iegremdētiem ogles blokiem) – skābeklis, kas , reaģējot ar oglekli veido CO un CO2.elektrolīzes gaitā vannu patstavīgi papildina ar Al2O3. No vannas Al izlej ar vakumkausu un iepilda veidnēs. Iegūtā Al tīrība ir 99,7%. Augstāgas tīrības Al var iegūt ar elektrolītiskās rafinēšanas metodi (99,999%). Al plaši izmanto Al sakausējumu un karstumizturīgu materiālu (niķeļa, aluminīda, kobalta aluminīda,titāna aluminīda u.c.) iegūšanai, elektro vadu,mājsaimniecības priekšmetu, ķīmijas aparatūras, kondensatoru, izgatavošanai, alumotermijā (metālu iegūšanā nooksīdiem tos ruducējot ar Al). Dzīvajos organismos Al sastopams, kā mikroelements. Uzkrājas galvenokārt aknās, galvas smadzenēs, kaulos, aizkuņģa dziedzerī, vairogdziedzerī. Augos Al daudzums ir 4-46 mg., bet dzīvnieku produktos 4-72 mg uz 1kg sausnes. Cilvēkam nepieciešams 2-50 mg. Al diennaktī. Al veicina epitēlijaudu, saistaudu un kaulaudu attīstību un reģenerāciju ietekmē fermentu aktivitāti.   

Alumīnija rūdas, to ieguves vietas.

     Aluminija rūdas ir dabiskās minerāl vielas, ko var izmantot alumīnija ieguvei. Pārstrādā galvenokārt tās alumīnija rūdas, kas satur 30-80% Al2O3, parasti boksītus (Al2O3 28 – 60%). Var arī izmantot nefelīnsienīta (intruzīvs vidēji skābs magnētiskais iezis.), nefelīnpatīta, alunīta (bāzisko sūlfātu grupas minerāls) iežus, kā arīvar izmantot labradorītus (gabro paveids, sastāv galvenokārt no plagioklazu grupas minerāla labradora.), anartozītu, kianītu,andaluzīta un silimanīta slānekļus, kā arī kaolīnu un mālu, kas satur daudz Al2O3.

Valstu īpatsvars alumīnija boksītus ieguvē un ražošanā (%).

Boksītu ieguve		Alumīnija ražšana
Austrālija	29	ASV	38
Gvineja	14	NVS	15
Jamaika	13	Japāna	12
NVS	7	Kanāda	7
Surinama	5	Vācija	7
Brazīlija	5	Norvēģija	4
Grieķija	4	Francija	4
Gajana	3	Itālija	3
Pārējās valstis	20	Lielbritānija	2
		Pārējās valstis	8

Alumīnija izmantošana un rūpniecība.

     Galvenokārt Al izkanto aviācijas un raķešu tehnikas ražošanā, automobīļu būvē, vieglo konstrukciju materiālu ražošanā. Alumīnija konstrukcijas izgatavo galvenokārt no alumīnija sakausējumiem. Tās ir vieglas, ilggadīgas, izskatīgas, viegli pārvietojamas un korozijizturība tām ir lielāka, kā tērauda konstrukcijām. Celtniecībā Al izmanto tiltu laidumu konstrukcijās, kopņu, jumtu un sienu paneļu, logu rāmju, piekaramo griestu konstrukcijās. Alumīnija konstrukciju izmantošanā izmanto presētos profilus un plāni alumīnija loksni.

     Alumīnija rūpniecības ražošana aptver sevī alumīnija oksīda (mālzemes), ogļu elektrodu, fluorīdu ražošanu un alumīnija kausēšanu. Produkcijas ražošanas un patēriņa apjoma ziņā alumīnija rūpniecība ir 1. Vietā krāsainā metāla nozaru vidū.

     Alumīnija oksīdu ražo no alumīnija rūdām izejvielu, vai lēta kurināmā ieguves vietās, bet metāls alumīnijs – lētas elektroenerģijas avotu vietās. Alumīnija ražošanai no boksītiem nepieciešams ~ 2.t. Al2O3, 50 kg kriolīta, 550kg ogļu elektrodu un 18 tk kW*h. 1.alumīnija rūpniecība radās 1854 g. francijā, kur Aliegūšanā lietoja ķimisko metodi. Lielākie alumīnija rūpniecības monopoli ir ”Aluminum Company of America” (“ALCOA”) –30% no alumīnija tirzniecības apgrozījuma ASV, “Kaiser Aluminium & Chemical Corporation”, “Reynolds Metals Co Ltd”, “Alcan Aluminium Ltd.”. 

Alumīnija sakausējumi.

     Alumīnija sakausējumi – sakausējumi uz alumīnija bāzes.Galvenās alumīnija sakausējumu īpašības ir to nelielais blīvums, augsta elektrovadītspēja, liela siltumvadītspēja un lila īpatnēja stiprība. Pēc izgatavošanas veida izšķir Deforpējamie un lejamie (pie deformējamajiem pieskaita arī ar pūlvermetalurģijas metodi iegūtos). Deformējamos alumīnija sakausējumus izmanto lokšņu, cauruļu, stiepļu, kalumu izgatavošanai ar velmēšanu, presēšanu, kalšanu un citiem spiedapstrādes paņēmieniem. Duralumīnijs-termiski stiprināms, deformējams materiāls. Sastāv no Al-Cu-Mg. Al-Mg = liela korozijizturība, Al-Zn-Mg =liela stiprība. Lejamajiem alumīnija sakausējumiem ir vidēja stiprība, laba plūstamība, lielāks blīvums, liela korozijizturība. Alumīnija sakausējumi Al-Si =silumīni (radīts 20 gs sākumā, viegls lejamais Al sakausējums, ar Si līdz 23 %, laba šķidrplūstamība, mazs rukums, korozijizturība mitrumā un jūras ūdenī.). Al-Si-Mg =avials (sastāvs Mg 0,45-0,9%, Si 0,5-1,2%, Cu 0,2-0,6%, Mn 0,15-0,35%, pārējais alumīnijs. Izmanto aviācijā, izgatavo saružģītas konfigurācijas kaltus, helihoptera dzenspārnus, dzinēja detaļas, štancētus instrumentus.Materiālam ir raksturīga vidēja korozijizturību, tas ir plastisks, stiprumu var palielināt rūdot). Lējumu mehāniskās īpašības var uzlabot ar Ti, Zr, Be, u.c.piedevas.

Alumīnija un alumīnijorganiskie savienojumi.

     Raksturīgākie alumīnija savienojumi irAlumīnija oksīds, alumīnija hlorīds, alumīnija sulfāts. Alumīnija oksīds – Bezkrāsaina kristāliska viela, blīvums 3960 kg\m3 (20 grādu temperatūrā pēc C), kušanas temperatūra 2072, viršanas temperatūra~

3500 grādi pēc C. Dabā minerālu korunda (oksīda grupas minerāls), rubīna un safīra veidā. Izkarsēts Al2O3 ir ķīmiski izturīgs; nereage ar ūdeni, skābēm un ar sārmiem reaģē tikai paaugstinātā temperatūrā. Alumīnija hlorīds – Bezkrāsaina kristāliska viela, blīvums 2440 kg\m3 (25 grādos pēc C), sublimējas 180 grādu temperatūrā pēc C. Sķīst ūdenī, gaisā kūp, jo gaisa mitruma ietekmes rezultātā hidroizējas, izdalās HCl. Lieto par katalizatoru naftas pārstrādē un par piedevu vilnas krāsošanā. Alumīnija sulfāts – Al2(SO4)3*18H2O parastā temperatūrā kristālhidrāts; kristāli bezkrāsas; blīvums 1690 kg\m3 (18 grādos pēc C) labi šķīst ūdenī, karsēts sadalās. Iegūst 100-120 grādu temperatūrāpēc C iedarbojoties ar koncentrētu sērskābi uz kaolīnu. Lieto ūdens attīrīšanā, ādu miecēšanā, papīr rūpniecībā un tekstil rūpniecībā

     Alumīnijorganiskie savienojumi ir metalorganiskie savienojumi, kuros Al ķīmiski saistīts ar C (AlR3, R2AlX, RalX2, R – alkilgrupa, arilgrupa, X-halogēns, ūdeņradis, alkoksigrupa). Alumīnijorganiskie savienojumi ir bezkrāsas, šķidrumi, vai cietas vielas. Ķīmiski aktīvi, gaisā aizdegas, mitrumā dažreiz sprāgst; veido kompleksus ar ēteri, amīniem; ar MeR (Me ir Na,Li)veido kompleksus Me (AlR4). Alumīnijorganiskie savienojumi viegli apmaina grupu R ar halogēnu, oksidējas par alkoholātiem (RO)3Al, paaugstinātā spiedienā pievieno CO2 un veido karbonātskābes. Karsējot (>300 grādiem pēc C) sadalās alkēnos, ūdeņradī un tīrā Al.