Сабақтың тақырыбы География ғылымының салалары

Алюминий жер қыртысында ең көп таралған, жеңіл, берік металл. Ол өндіріс және тұтыну масштабы бойынша жалпы металдардың ішінде (темірден кейін) екінші орынды, ал түсті металдардың ішінде бірінші орынды алады. 1827 ж. Вёлер алюминийдің онша таза емес үлгісін толык бөлгенге дейін алюминийді металл деп есептемеді, ол кезде темір әлдекашан белгілі болып, кендерден өндірілген болатын. Алюминийді балқыту процесі өте киын. 1855 ж. француз химигі Анри Этьен Сен-Клер Девилль (1818—1881) жеткілікті мөлшерде таза алюминий алудың қолайлы жолын тапты. Бірақ осыдан кейін де оның бағасы болаттың бағасынан жоғары болды.

Алюминийдің бағалы қасиеті — оның жеңілдігі (алюминий болаттан 3 есе жеңіл). Осы қасиетіне байланысты оны авиацияда кеңінен қолданады. Алюминий берік және жеңіл, сонымен бірге жемірілуге тұрақты, электр тогын жақсы өткізеді. Әрбір пайдалану аймағында оның бір немесе бірнеше пайдалы қасиеттерін ескеріп қолданады, нәтижесінде бірқатар металдық құрылымдарда темірді, ал электр торабында мысты алмастырады. АҚШ-та 90% жаңа электр тасымалдау желілері алюминий сымдары негізінде жасалғаны белгілі.

Алюминийді балқыту едәуір мөлшерде электр энергиясын кажет етеді: 1 т алюминий алу үшін 7 т көмірдің жану жылуына эквивалентті энергия жұмсалады. Үлкен мөлшерде электр энергиясының қажеттігі, алюминий өнеркәсібінің Жер шарына әр түрлі таралуына әсер етті.

Алюминий көптеген минералдардың құрамына кіреді, бірақ алюминий кені ретінде, кұрамында гидраттанған алюминий оксиді А1₂О₃ • п Н₂О бар бокситтер ғана қолданылады. Гидратация дәрежесінебайланысты, бокситтерде алюминий компоненттері диаспора А1₂О₃ • Н₂О немесегидроаргелит А1₂О₃ • ЗН₂О не А1(ОН)₃ түріндебо-лады. Нефелиндер(Nа,К)₂О • А1₂О₃ • 2 Sі О₂ кұрамыкүрделіүштүздан, алуниттер К₂ S О₄-А1₂(SО₄)₃ • А1(ОН)₃ кұрамы алюминий жәнекалийдіңқоскүкірткышқылдытұзынантұрады.

Кенненметалдықалюминийдіалутехнологиясыөзаратехнологиялықтізбекпенжәнеөңдірілгенөнімдеріменбайланысқантөртөндірістентүрады. Оған:

1) глинозем (алюминий оксиді) өндірісі;

2) фторлытұздар мен криолит ендірісі;

3) көмірбұйымдарының (электродтаржөнешегендеублоктары) өндірісі;

4) электролиздік алюминий өндірісікіреді.

Криолиттегі глинозем балқымасынанэлектролизбен алюминий өндіруөдісі, алюминийдіңөнеркәсіптікөндірісініңқазіргіуақытқадейінгіжалғызәдісіболыптабылады. Алюминийдіэлектролиздіктотықсыздандырупроцесініңжоғарыэнергиянықажететуініңсалдарынан, оны өндіретінзауыттар — электрэнергиясыарзанаудандардаорналасты-рылады. Глинозем өндірісі, керісіншешикізаттытасымалдауғашығындыазайтуүшін, алюминийлікенорындарынажақынорналасады. Фторлытұздар мен криолит өндірісіэлектролиттіңбалқутемпературасынтөмендететінқосындыжәне глинозем үшінеріткішалудымақсатетіпқояды. Электролиз процесікезіндекөміранодтарыжәнеэлектролизердіңшегендеуі (футеровкасы) жұмсалатындықтан, үздіксізтолықтырыпотырудықажететеді, сондықтанкөмірбұйымдарыныңжекеөндірісінұйымдастыруқажетболады.

Балқутемпературасы 900°С-танжоғарытұрақты таза алюминий оксидінің а-модификациясыныңбалқутемпературасы 2053°С. Оныңбалқымасыныңэлектролизікезіндебалқытуғажәневаннаныңжоғарытемпературасынұстаптұруға, электрэнергиясыкөпжұмсалады. Сондықтан алюминий өндірісінде таза алюминий оксидіемес, алюминий оксиді мен криолиттентұратынжүйеқолданылады.

Криолит 1100°С-табалқиды. Ол алюминий оксидіменоныңмөлшерішамамен 15 процент болғанда (масса бойынша) балқутемпературасы 938°С болатын эвтектика түзеді. Балқымадаглиноземніңмөлшеріноданәріарттырғандажүйеніңбалқутемпературасыкүрткөтеріледі ). Электролиттің балку температурасынтөмендетіп, электрөткізгіштігінарттырып, анодтаылғалтартуынжақсартуүшінбалқымағабіраз алюминий, магний, литий жөне кальций фторидтерініңқосындысыненгізеді.

Осы кұрамдыэлектролитте, алюминийденбұрыннемесебірмезгілдебөлінетіниондаржоқжөнебалқутемпературасы 950—970С болады.

Криолитті-глиноземдібалқыманыңэлектролизікезінде, электродтардамынадайпроцестержүреді:

катодта: А1³⁺+ 3 е = А1

анодта: 2АЮ₃³– – 6е = А1₂О₃ + 1.5О₂

Электролиз температурасыкезіндебалқытылғаналюминийдіңтығыздығы 2,3 т/м³, ал электролиттікішамамен 2,0 т/м³-ті құрайды. Тығыздықтарыныңәртүрліболуынабайланыстысұйык алюминий криолитті-глиноземдібалқымаданбөлінеді де, ваннаныңтүбінежиналады. Сапалыжөнеерекше таза алюминийдіалуүшін оны қосымшатазалайды (рафинирлейді). Электролиттіктазалауәдісіменалынғаналюминийдіңтазалыры 99,99%. Өтежоғары таза алюминийді (99,9999%) аймақтыкбалқытуәдісіменалады.