Производство алюминия. Если олово и свинец – это металлы, известные человечеству еще в древности (наряду с Ag, Au, Cu, Hg и Fe)

Если олово и свинец – это металлы, известные человечеству еще в древности (наряду с Ag, Au, Cu, Hg и Fe), то металлический алюминий получен только в XIX в. Впервые его выделил в 1825 г. Эрнстед. Пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема и угля, он синтезировал хлорид алюминия, из которого восстановил Al амальгамой калия; а затем полученную амальгаму алюминия разложил, отогнав ртуть нагреванием.

Этот способ был очень дорогим и вредным, да и продукт оказывался сильно загрязненным. Достаточно чистый и блестящий металл выделил Девиль в 1855 г. восстановив его натрием из смеси NaCl и хлорида алюминия, полученного сложным способом из глинозема. И этот метод был столь дорог, что Al ценился дороже золота.

Перелом в истории производства алюминия наступил в 1886 году, когда стали применять электролиз расплава смеси Al₂O₃ с гексафтороалюминатом натрия (Na₃ AlF₆). Последний назвали криолитом (от греч. слова «криос» – холод), т.к. при добавлении его к глинозему (в соотношении 12: 1) температура плавления снижается с 2050 °С до 960 °С. Это резко удешевило синтез алюминия и открыло ему дорогу в технику. И сейчас он один из наиболее используемых металлов.

Аналогично Al получают и на современных предприятиях, но для повышения электропроводности расплава смеси глинозема и криолита добавляют еще CaF₂ и другие соли. Суть электролиза условно можно представить следующими процессами:

– диссоциация в расплаве:

,

– окисление кислорода аниона на угольном аноде:

,

– восстановление алюминия на катоде (дно электролитической ванны):

.

При этом затраты на 1 т Al: 2 т Al₂O₃, 40-60 кг криолита, 20-30 кг фторида кальция, 600 кг угля (чтобы наращивать анод, который выгорает под действием выделяющегося на нем кислорода) и 18 тыс. кВт-часов электроэнергии, т.е. производство достаточно дорогое. А выпускают ежегодно более десяти млн т алюминия. Поэтому очень актуально использование вторсырья, что снижает затраты в 10 раз.

Особо подчеркнем, что получение Al из вторсырья экологически безопасно, в то время как выделение его из бокситов связано с выбросами в атмосферу многих очень вредных веществ: HF, токсичного органического вещества бенз(а)пирена и др., которые необходимо улавливать. Например, HF можно связать, пропуская отходящие газы через щелочной раствор.

Отметим, что описанным выше способом получается т.н. технический алюминий, который содержит 0, 3 % примесей. А в сверхчистом Al, синтезированном с помощью дополнительных операций, примеси составляют лишь 10^-4 %. И такой алюминий не тускнеет со временем (ибо оксидная пленка, образующаяся на нем, очень тонкая, но в то же время плотная и равномерная). Он идет, в частности, на изготовление зубных коронок, т.к. пластичен, а после добавления микроколичеств стронция становится сверхтвердым материалом, при обработке которого «летят» токарные

резцы.