Aluminiul-metalul viitorului

ALUMINIUL - METALUL VIITORULUI Caracteristici generale Aluminiul, cel mai abundent metal din scoara Pamantului,a fost obinut ntia dat de ctre Humphry Davy. Cu toate calitile sale deosebite i rspndirea lui masiv pe glob,el a ptruns abia n ultimul secol n tehnica modern. De ce? Pentru ca el nu se gsete niciodat n stare nativ n natur, ci numai sub form de combinaii,din care se extrage destul de greu. Obinerea aluminiului din alumin.Procesul Hall- Hroult La mijlocul secolului trecut curentul electric nsemna cheltuial mare,de aceea,pn in 1886 aluminiul se extragea tot prin metode chimice: din clorura dubl de aluminiu i sodiu cu sodiu metalic.Producia de sodiu metalic mai ieftin se datoreaz tot lui Deville.

Saint-Claire Deville, la Ecoule Normale din Paris, prepara i el aluminiul pentru a-i studia proprietile, cu care ocazie gsete, dimpotriv, c este unul dintre metalele care se oxideaz cel mai greu. El constat c n aer liber aluminiul se conserv excelent, datorit formarii unei pojghie subiri de oxid care apra restul metalului de coroziune. Este vorba deci de un fenomen cunoscut sub denumirea de pasivare. Proprietile interesante pe care le-a remarcat la aluminiu l determin pe Saint-Claire Deville s se preocupe intens pentru fabricarea acestui metal. Cu sprijinul financiar al guvernului francez al lui Napoleon al III-lea, el reuete sa prezinte, n 1855 la Expoziia universala din Paris, o bara de aluminiu, n greutate de cteva zeci de kilograme , obinut din bauxita. Deville numete acest metal foarte uor i strlucitor ca argintul ,,argint de lut. Metoda aplicat de Deville pentru obinerea aluminiului nu a putut fi nsa extins deoarece era prea scump. Anul 1886 devine anul decisiv al industriei aluminiului.Charles Martin Hall, chimist din Statele Unite, descoper procedeul de fabricare industrial a aluminiului prin electroliza aluminei topite mpreuna cu criolitul. Dar i n partea de dincoace a Atlanticului, pe continentul european,chimistul francez P.L.T.Hroult realizeaz n acelai an (cu 7 sptmni dup chimistul american) acelai procedeu (deosebirile dintre ele fiind minore).

Aluminiul continu s prezinte un interes din ce n ce mai mare pentru industrie.Se caut caile pentru obinerea sa prin procedee mai puin costisitoare i mai perfecionate astfel c metalul obinut din alumin i criolit s-i pstreze calitaile pentru a putea fi prelucrat.

Totui dezvoltarea produciei industriale a acestui metal mergea ncet,prea ncet.Aluminiul la ieirea din cuptorul de electroliz se oxida repede, devenea uneori casant i se transforma cu usurina n praf.Cauza avea s se lmureasc mai trziu.Era vorba de prezena unor impuritai,n special fier (aproape 5%) i care nu se puteau elimina.Trebuiau folosite materii prime mult mai pure (alumin si criolit).Abia n 1895,Hroult obine aluminiu cu o puritate de 99,5%.Triumful acestui nou metal era asigurat.Aviaia care avea s se dezvolte spectaculos dovedea c de fapt aluminiul era metalul ateptat. ntr-adevr,aeronautica d un imbold major produciei de aluminiu,a crui fabricare cretea mereu,iar procedeul Hall-Hroult,cu mici modificri se extinde i n linii mari se folosete astzi.

Producerea aluminiului din alumin se face prin procedeul Hall-Hroult n lumea ntreag. Alumina se transform n aluminiu n urma unui proces de reducere electrolitic, cunoscut sub numele de topire. Alumina este dizolvat ntr-o baie de criolit n bazine mari, cptuite cu carbon, numite creuzete. Prin baia respectiv trece un puternic curent electric, carbonul din anod se combin cu oxigenul din alumin producnd aluminiu topit i CO2. Aluminiul se separ de restul componentelor soluiei i este decantat. Procesul Hall- Hroult implic urmtoarele tehnici:

-Celulele cu anozi pre-arsi: anozii din carbon sunt nlocuii pe msura ce sunt consumai.

Precoacere acoperit cu prelucrare lateral Precoacere cu prelucrare central -Celule Soderberg: caracterizate prin producerea continua de anozi, adic anozii sunt ari. Rspndirea n natur Al este cel mai rspndit metal n natur; el alctuiete 7,4% din scoara pmntului. Al nu exist n stare nativ. Dintre mineralele mai importante sunt: micele, feldspaii respectiv i produsele de alterare ale acestora: caolinul i argila, corindonul i varietile lui, bauxita apoi criobitul. Istoricul denumirii aluminiului Numele aluminiului vine de la cuvntul latinesc alumen , care se d alaiului i care era cunoscut din Antichitate att de greci, ct i de romani. Dar aceast denumire se da atunci tuturor substanelor astringente. Pliniu menioneaz pentru prima oar n Historia naturalis alumenul.

Rafinarea aluminiului

(luminiul obinut prin electroliza aluminei nu depete puritatea de 99,599,85%.Al; el conine o serie de impuriti metalice i nemetalice pentru eliminarea acestor impuriti se practic rafinarea clorurant i cea electrolitic..Producia de aluminiu primar este realizat n trei pai: extracia bauxitei, producia de alumin i procesul de electroliz.

Extracia bauxitei: Bauxita este principala materie prim pentru obinerea aluminiului. Componentele sale sunt hidroxid de aluminiu, silice, fier i oxid de titan. Extracia acestui mineral se realizeaz prin metoda exploatrii la zi.

(roducia de alumin:

Inaintea procesului de conversie n aluminiu prin electroliz, bauxita trebuie s fie transformat n oxid de aluminiu (alumina) pur.Oxidul de aluminiu este separat de alte substane din bauxit cu ajutorul unei soluii de sod caustic. Amestecul trebuie s fie filtrat pentru a elimina toate particulele insolubile. Dup aceasta, hidroxidul de aluminiu este splat i uscat, n timp ce soluia de soda este reciclat. Dup un proces de calcinare, se obine produsul final (oxid de aluminiu, Al2O3, care este o pudr fin alb). La o ton de aluminiu sunt necesare patru tone de bauxit, din care se obin dou tone de alumin. Electroliza aluminiului: Aluminiul pur este extras din alumin prin procedeul Hall-Heroult.Procesul de reducie a aluminei n aluminiu lichid este realizat n celule electrolitice la temperatur ridicat i curent de intensitate mare. Diagrama de functionare a acestui proces este redata mai jos.Bauxita contine Al2O3.Bauxita este purificata, iar Al2O3 este apoi adaugat electrolitului de topitura de criolit, in care se dizolva si apoi se disociaza. La catod, ionii de aluminiu se reduc si se obtine metalul care formeaza un strat sub electrolitul mai putin dens. La anodul de carbon, ionul oxid este oxidat rezultand O2.

Al3+ + 3e Al(l) (catod)

2 O2 O2(g) + 4e(anod)

4 Al3+ + 6 O2 4 Al(l) + 3 O2(g)

Oxigenul produs la anod ataca electrodul de carbon, producand CO2,astfel electrodul trebuind schimbat frecvent.

Proprieti chimice

(luminiul este un element activ din punct de vedere chimic. Dei are caracter puternic electropozitiv la temperatur obinuit aluminiul pur devine stabil n aer, deoarece este aprat de pelicula subire de oxid de aluminiu format la suprafaa lui. Tot aa de stabil este fa de ap. Formarea peliculei de oxid de aluminiu care protejeaz metalele de aciunea aerului i umezelii poate fi mpiedicat prin amalgamarea suprafeei aluminiului.

De aceea, o bucat de tabl de aluminiu amalgamata prin frecarea suprafeei cu o soluie concentrat de clorur mercuric sau pulbere de oxid de mercur sau direct cu mercur, expus la aer, se acoper cu eflorescente albe datorit formrii hidroxidului de aluminiu.

nclzit pn la 7000C, aluminiu n pulbere arde arde n aer cu lumin strlucitoare, formnd oxid de aluminiu. 4Al + 3O2 = 2Al2O3

Din cauza afinitii mari a Aluminiului pentru oxigen, el l scoate din oxizii metalici mai puin activi. De exemplu, dac un amestec format din pulbere de aluminiu i oxid de fier este aprins datorit reaciei care are loc: 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe Aluminiul reacioneaz cu clorul i bromul la temperaturi obinuite, iar cu iodul la nclzire. Cu azotul i carbonul se combin la temperaturi foarte ridicate. Cu acizii minerali reacioneaz la cldur, formnd srurile respective. Aluminiul reacioneaz energic cu hidroxizii alcalini, se formeaz un hidroxi aluminat i se dezvolt hidrogenul. Reacia se desfoar n dou etape. n prima, pelicula de oxid de aluminiu fiind ndeprtat de soluia de hidroxid alcalin, al metalelor reacioneaz cu apa; rezult hidroxidul de aluminiu care n etapa a doua cu hidroxidul alcalin formeaz hidroxo aluminai de exemplu:

2Al + 2H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] Proprieti fizice Aluminiu este un metal alb argintiu, care cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate i care se topete la 666C i fierbe la 2060C. Este un metal uor mai puin dur dect cuprul. Aluminiu este un foarte bun conductor de cldur i electricitate. Conductibilitatea electric i cea termic sunt aproximativ pe jumtate ct la cupru. Aluminiu poate fi laminat, btut n foi foarte subiri sau transformat n srm fin.

Aluminiul este un metal electropozitiv i foarte reactiv cu greutatea atomica de 26,974. Are o structura cristalin,cubic,cu feele centrate,ceea ce l face maleabil i ductil, adic poate fi laminat n foi subiri i tras n fire fine

Utilizare Aluminiul se utilizeaz mult mai mult sub forma diferitelor aliaje, care se caracterizeaz att prin densitatea lor mic, ct i prin excelente proprieti mecanice. Este deosebit de important aa-numitul duraluminiul (compoziia aproximativ: 94% Al, 4% Cu i cte 0,5% Mg, Mn, Fe i Si). Este valoros prin faptul c piesele din duraluminiu confecionate din el sunt de aproape de trei ori mai uoare dect piesele din oel, la o rezisten egal. Fr a vorbi de industria aeronautic, pentru care greutatea specific mic a materialului este deosebit de important, reducerea greutii construciilor metalice prezint o importan enorm pentru numeroase domenii ale tehnicii. Aceasta se vede deosebit de clar dac se ine seama de faptul c, de exemplu, ntr-un vagon de marf ncrcat aproximativ 1/3 din ntreaga greutate revine materialelor din care este confecionat vagonul, iar la vagoanele de persoane greutatea proprie a acestora reprezint pn la 95% din sarcin.

n aer aluminiul se acoper instantaneu cu o pelicul extrem de fin, dar foarte dens de oxid, care apr metalul de oxidare mai avansat. Din aceast cauz suprafaa lui nu este lucioas, ci are un aspect mat. La calcinarea aluminiului fin mrunit el arde energic n aer. n acelai mod se produce i reacia aluminiului cu sulful. Combinarea cu clorul i bromul are loc chiar la temperatura ordinar, iar reacia cu iodul se produce la cald. La temperaturi foarte nalte aluminiul se combin direct cu azotul i carbonul. El nu reacioneaz ns cu hidrogenul.

Aluminotermia se folosete des i la sudarea diferitelor piese metalice, n special a mbinrilor inelor de tramvaie.

Aluminiul folosit n:-arhitectur -conservarea alimentelor -industria conservelor -scopuri militare-la construirea inelor de tramvai -aerodinamic-aeronautic-construirea brcilor-jante de aluminiu-n fabricarea ferestrelor i uilor-n fabricarea monezilor-fabricarea burlanelor -tabl i foi din aluminiu Tric Nadia

XII MI

Bibliografie:. Constantin Ionescu, Chimie Fizica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982

. Mark S. Wrighton, "Electrolysis," Discovery Channel School, original content provided by WorldBookOnline,http://www.discoveryschool.com/homeworkhelp/worldbook/atozscience/e/177180.html

http://www.ucdsb.on.ca/tiss/stretton/chem2/electro9.htm

. http://www.madsci.org/posts/archives/may98/893874472.Ch.r.html

. http://host2.mbcomms.net.au/tg/gtg/tfb-elect.html.http://www.pepsirecycling.com

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:pR84w5pFaAwJ:https://liceultudorvladimirescu.wikispaces.com/file/view/S2_Raboj_Aluminiul_lucrare.doc+&cd=2&hl=ro&ct=clnk&gl=roPAGE 2