какая кислота растворяет алюминий

Какая кислота растворяет алюминий

В дистиллированной воде алюминий проявляет очень хорошие показатели стойкости к коррозии при любой температуре.

Дождевая вода может разрушать алюминий, если в атмосфере содержится значительное количество промышленных газов. Растворяясь в воде, это газы (SO₂, NO₂, хлороводород и т.д.) образуют кислоты, разрушающие алюминий. Поэтому во избежание коррозии алюминиевые конструкции следует проектировать так, чтобы свести до минимума скапливание дождевой воды на поверхности металла.

Водопроводная вода действует на алюминий по-разному, в зависимости от содержащихся в ней примесей. В кислых или щелочных водах алюминий может подвергаться коррозии. Процесс коррозии ускоряют ионы хлора или тяжелых металлов, содержащиеся в водопроводной воде.

Промышленные сточные воды вызывают очень сильную коррозию, которую ускоряют ионы тяжелых металлов.

Водород, азот и благородные газы (гелий, аргон, неон, криптон, ксенон) не действуют на алюминий даже при повышенных температурах.

Галогены (хлор, бром, йод, фтор) в отсутствие влаги не действуют на алюминий. При взаимодействии с водой они образуют кислоты, агрессивные по отношению к алюминию.

Сухие хлороводород, бромоводород, йодоводород, фтороводород не действуют на алюминий. Но водные растворы этих газов — кислоты, активно разрушающие алюминий.

Сероводород не разрушает алюминий при температуре до 500°С.

Двуокись серы в отсутствие водяного пара не разрушает алюминий (до 400°С), хотя при наличии влаги вызывает коррозию. Аналогично действует и триокись серы.

Аммиак в газообразном состоянии не действует на алюминий даже при высоких температурах.

Оксид углерода СО разрушает алюминий только при температуре свыше 550°С.

Углекислый газ ведет себя аналогично СО. В воде углекислый газ образует угольную кислоту, не вызывающую значительных коррозионных разрушений.

Неорганические соединения

Алюминий не стоек к действию кислот. Исключение составляют концентрированные азотная и серная кислоты — их окислительные свойства настолько сильны, что при контакте с алюминием на его поверхности образуется прочный слой оксида алюминия, препятствующий дальнейшему разрушению металла (поэтому концентрированную азотную или серную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах). Разбавленная азотная или серная кислота — более слабый окислитель — энергично реагирует с алюминием.

В кислотах алюминий растворяется тем хуже, чем меньше содержит дополнительных примесей. Следует помнить, что анодное окисление не защищает от воздействия кислот, поскольку они разрушают слой Al₂O₃. Химическая активность кислот увеличивается с ростом температуры. Например, с возрастанием температуры на 10°С скорость коррозии удваивается. Увеличение концентрации кислоты, как правило, увеличивает скорость коррозии (концентрированные серная и азотная кислоты — исключение).

Соляная кислота вызывает сильную коррозию. Действие этой кислоты нельзя ослабить добавлением ингибиторов.

Фтороводородная кислота оказывает самое сильное влияние на алюминий. Даже непродолжительное взаимодействие разбавленной кислоты ведет к полному растворению алюминия.

Кислородсодержащие кислоты хлора (HClO₄, HClO₃, HClO) вызывают сильную коррозию алюминия.

Серная кислота вызывает равномерную коррозию алюминия, интенсивность которой зависит от концентрации. Разбавленная кислота средней концентрации при комнатной температуре отличается умеренной агрессивностью. Наиболее агрессивна кислота концентрации 80%. Некоторые вещества, входящие в состав алюминиевых сплавов, а также ионы, содержащиеся в воде (особенно фториды и хлориды), усиливают действие серной кислоты.

Сернистая кислота вызывает локальную коррозию алюминия.

Сера и халькогены (селен и теллур) на алюминий не действуют.

Фосфорная кислота разрушает алюминий умеренно или сильно (в зависимости от концентрации).

Мышьяк при комнатной температуре не действует на алюминий.

Мышьяковая кислота (H₃AsO₄) и окись мышьяка сильно разрушают алюминий, а мышьяковистая кислота (H₃AsO₃) без нагревания на него не влияет.

Азотистая кислота (HNO₂) при комнатной температуре не действует на алюминий.

Азотная кислота (HNO₃) воздействует на алюминий по-разному, в зависимости от концентрации. Разбавленные растворы интенсивно разрушают алюминий. В концентрированных растворах вследствие окислительных процессов поверхность алюминия пассивируется и коррозия замедляется. Наиболее сильную коррозию вызывает кислота концентрацией 10-60%. Действие азотной кислоты приводит к равномерной коррозии. С увеличением чистоты алюминия возрастает его стойкость к коррозии. Наличие в составе слава примесей меди, кремния, магния усиливает воздействие азотной кислоты.

Источник

Химические свойства алюминия и основные реакции

Нахождение в природе

Физические свойства

Физические свойства алюминия хорошо изучены. Это — серебристо-белый легкий металл, плавящийся при 660°С. Он очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и раскатывается в листы. Из алюминия можно изготовить фольгу толщиной менее 0,01мм. Алюминий обладает очень большой тепло- и электропроводностью. Сплавы алюминия с различными металлами обладают большой прочностью и легкостью.

Химические свойства

Алюминий очень активный металл. В ряду напряжений он стоит после щелочных и щелочноземельных металлов. Однако на воздухе он довольно устойчив, так как его поверхность покрывается очень плотной пленкой оксида, предохраняющей его от дальнейшего контакта с воздухом. Если с алюминиевой проволоки снять защитную оксидную пленку, то алюминий начнет энергично взаимодействовать с кислородом и водяными парами воздуха, превращаясь в рыхлую массу гидроксида алюминия. Эта реакция сопровождается выделением тепла. Очищенный от защитной оксидной пленки алюминий взаимодействует с водой с выделением водорода:

Алюминий хорошо растворим в разбавленных серной и соляной кислотах:

Разбавленная азотная кислота на холоду пассивирует алюминий, но при нагревании алюминий растворяется в ней с выделением монооксида азота, гемиоксида азота, свободного азота или аммиака, например:

Концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий.
Так как оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами, то алюминий легко растворяется в водных растворах всех щелочей, кроме гидроксида аммония:

Порошкообразный алюминий легко взаимодействует с галогенами, кислородом и всеми неметаллами. Для начала реакций необходимо нагревание. В дальнейшем реакции протекают очень интенсивно и сопровождаются выделением большого количества тепла:

Сульфид алюминия может существовать только в твердом виде. В водных растворах он подвергается полному гидролизу с образованием гидроксида алюминия и сероводорода:

Алюминий легко отнимает кислород и галогены у оксидов и солей других металлов. Реакция сопровождается выделением большого количества тепла:

Процесс восстановления металлов из их оксидов алюминием называется алюмотермией. Алюмотермией пользуются при получении некоторых редких металлов, которые образуют прочную связь с кислородом (ниобий, тантал, молибден, вольфрам и др.).
Смесь мелкого порошка алюминия и магнитного железняка называется термитом. После поджигания термита с помощью специального запала реакция протекает самопроизвольно и температура смеси повышается до 3500°С. Железо при такой температуре находится в расплавленном состоянии. Эту реакцию используют для сваривания рельсов.

Получение

Впервые алюминий был получен восстановлением хлорида алюминия металлическим натрием:

В настоящее время его получают электролизом расплавленных солей. В качестве электролита служит расплав, содержащий 85— 90% комплексной соли 3NaF • A1F₃ (или Na₃AlFe) — криолита и 10–15% оксида алюминия Al₂O₃ — глинозема. Такая смесь плавится при температуре около 1000°С. При растворении в расплавленном криолите глинозем ведет себя как соль алюминия и алюминиевой кислоты и диссоциирует на катионы алюминия и анионы кислотного остатка алюминиевой кислоты:

При пропускании электрического тока катионы алюминия и натрия движутся к катоду — графитовому корпусу ванны, покрытому на дне слоем расплавленного алюминия, получаемого в процессе электролиза. Так как алюминий менее активен, чем натрий, то он восстанавливается в первую очередь. Восстановленный алюминий в расплавленном состоянии собирается на дне ванны, откуда его периодически выводят.
Анионы AlO₃ 3− и A1F₆ 3− движутся к аноду — графитовым стержням или болванкам. На аноде в первую очередь разряжается анион AlO₃ 3− :

Применение

Алюминий находит самое широкое применение. Он используется в электротехнике, его сплавы, отличаясь большой легкостью и прочностью, применяются в самолето- и машиностроении, он все больше вытесняет стали в производстве теплообменных аппаратов, из него изготовляют фольгу, применяемую в радиотехнике и для упаковки пищевых продуктов. Алюминием покрывают стальные и чугунные изделия в целях предохранения их от коррозии: изделия нагревают до 1000° С в смеси алюминиевого порошка (49%), оксида алюминия (49%) и хлорида аммония (2%). Этот процесс называется алитированием. Алитированные изделия выдерживают нагревание°С, не подвергаясь коррозии.

Оксид алюминия Al₂O₃

Представляет собой белое вещество, обладающее высокой температурой плавления (2050°С). В природе оксид алюминия встречается в виде корунда и глинозема. Иногда встречаются прозрачные кристаллы корунда красивой формы и окраски. Корунд, окрашенный соединениями хрома в красный цвет, называют рубином, а окрашенный соединениями титана и железа в синий цвет — сапфиром. Рубин и сапфир являются драгоценными
камнями. В настоящее время их довольно легко получают искусственно.
Оксид алюминия обладает амфотерными свойствами, но он не растворяется в воде, кислотах и щелочах. При кипячении оксида алюминия в концентрированном растворе щелочи он частично переходит в раствор. Оксид алюминия переводят в растворимое состояние сплавлением со щелочами или с пиросульфатом калия:

Полученные сплавы растворяются в воде. При сплавлении оксида алюминия с поташом или содой образуются алюминаты, которые легко растворяются в воде:

Природный корунд — очень твердое вещество. Он применяется для изготовления наждачных кругов и шлифовальных порошков. Рубин используют для изготовления втулок часовых и других точных механизмов.
Глинозем используется как сырье для получения алюминия. Обезвоженный оксид алюминия применяется как адсорбент при очистке и разделении органических веществ методом хроматографии.

Гидроксид алюминия Al (ОН)₃

Представляет собой белое вещество, которое при нагревании теряет воду, превращаясь оксид алюминия. Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами. Свежеосажденный гидроксид легко растворяется в кислотах и щелочах (кроме гидроксида аммония):

Гидроксид алюминия является слабым основанием и еще более слабой кислотой, поэтому соли алюминия находятся в растворе только в присутствии избытка кислоты, а алюминаты — только в присутствии избытка щелочи. При разбавлении растворов водой эти соединения сильно гидролизуют.
Высушенный гидроксид алюминия теряет часть воды, не растворяется ни в кислотах, ни в щелочах и этим напоминает оксид алюминия.
Гидроксид алюминия обладает свойством поглощать различные вещества, поэтому его применяют при очистке воды.

Источник

2.2.3. Характерные химические свойства алюминия.

Взаимодействие алюминия с простыми веществами

с кислородом

При контакте абсолютно чистого алюминия с воздухом атомы алюминия, находящиеся в поверхностном слое, мгновенно взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют тончайшую, толщиной в несколько десятков атомарных слоев, прочную оксидную пленку состава Al₂O₃, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Невозможно и окисление крупных образцов алюминия даже при очень высоких температурах. Тем не менее, мелкодисперсный порошок алюминия довольно легко сгорает в пламени горелки:

с галогенами

Алюминий очень энергично реагирует со всеми галогенами. Так, реакция между перемешанными порошками алюминия и йода протекает уже при комнатной температуре после добавления капли воды в качестве катализатора. Уравнение взаимодействия йода с алюминием:

С бромом, представляющим собой тёмно-бурую жидкость, алюминий также реагирует без нагревания. Образец алюминия достаточно просто внести в жидкий бром: тут же начинается бурная реакция с выделением большого количества тепла и света:

Реакция между алюминием и хлором протекает при внесении нагретой алюминиевой фольги или мелкодисперсного порошка алюминия в заполненную хлором колбу. Алюминий эффектно сгорает в хлоре в соответствии с уравнением:

с серой

При нагревании до 150-200 о С или после поджигания смеси порошкообразных алюминия и серы между ними начинается интенсивная экзотермическая реакция с выделением света:

— сульфид алюминия

с азотом

При взаимодействии алюминия с азотом при температуре около 800 o C образуется нитрид алюминия:

с углеродом

Взаимодействие алюминия со сложными веществами

с водой

Как уже было сказано выше, стойкая и прочная оксидная пленка из Al₂O₃ не дает алюминию окисляться на воздухе. Эта же защитная оксидная пленка делает алюминий инертным и по отношению к воде. При снятии защитной оксидной пленки с поверхности такими методами, как обработка водными растворами щелочи, хлорида аммония или солей ртути (амальгирование), алюминий начинает энергично реагировать с водой с образованием гидроксида алюминия и газообразного водорода:

с оксидами металлов

После поджигания смеси алюминия с оксидами менее активных металлов (правее алюминия в ряду активности) начинается крайне бурная сильно-экзотермическая реакция. Так, в случае взаимодействия алюминия с оксидом железа (III) развивается температура 2500-3000 о С. В результате этой реакции образуется высокочистое расплавленное железо:

Данный метод получения металлов из их оксидов путем восстановления алюминием называется алюмотермией или алюминотермией.

с кислотами-неокислителями

Взаимодействие алюминия с кислотами-неокислителями, т.е. практически всеми кислотами, кроме концентрированной серной и азотной кислот, приводит к образованию соли алюминия соответствующей кислоты и газообразного водорода:

2Аl 0 + 6Н + = 2Аl 3+ + 3H₂ 0 ;

с кислотами-окислителями

-концентрированной серной кислотой

Взаимодействие алюминия с концентрированной серной кислотой в обычных условиях, а также низких температурах не происходит вследствие эффекта, называемого пассивацией. При нагревании реакция возможна и приводит к образованию сульфата алюминия, воды и сероводорода, который образуется в результате восстановления серы, входящей в состав серной кислоты:

— концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота в обычных условиях также пассивирует алюминий, что делает возможным ее хранение в алюминиевых емкостях. Так же, как и в случае с концентрированной серной, взаимодействие алюминия с концентрированной азотной кислотой становится возможным при сильном нагревании, при этом преимущественно параллельно протекают реакции:

— разбавленной азотной кислотой

Взаимодействие алюминия с разбавленной по сравнению с концентрированной азотной кислотой приводит к продуктам более глубокого восстановления азота. Вместо NO в зависимости от степени разбавления могут образовываться N₂O и NH₄NO₃:

со щелочами

Алюминий реагирует как с водными растворами щелочей:

так и с чистыми щелочами при сплавлении:

В обоих случаях реакция начинается с растворения защитной пленки оксида алюминия:

В случае водного раствора алюминий, очищенный от защитной оксидной пленки, начинает реагировать с водой по уравнению:

Образующийся гидроксид алюминия, будучи амфотерным, реагирует с водным раствором гидроксида натрия с образованием растворимого тетрагидроксоалюмината натрия:

Источник

Ржавеет ли алюминий: свойства материала, причины коррозии и способы защиты

Алюминий является материалом, который люди часто используют в промышленности и для собственных нужд. Подобный металл отличается гибкостью, а также устойчивостью к внешним воздействиям. Он не токсичен и безопасен для здоровья человека. Серебряный цвет позволяет применять металл для различных целей. Это промышленность и бытовая сфера.

Свойства

Давайте изучим характеристики алюминия. Описываемый металл плавится при температуре 659 градусов Цельсия. Плотность вещества составляет 2,69*103 кг/см3. Алюминий относят в группу активных металлов. Устойчивость к коррозионным процессам зависит от ряда факторов:

Как алюминий защищен от коррозии?

Вам будет интересно: Что такое «патриции»? Исторические сведения

Сплавы других металлов подвержены появлению ржавчины. Она проявляется достаточно быстро. Если создать для алюминия определенные условия, то он не будет разрушаться долгие годы. Для защиты алюминия от коррозии на нем образуется специальная пленка. Она ложится тонким слоем, который составляет от 5 до 10 миллиметров. Состоит подобное покрытие из оксида алюминия.

Пленка является прочной и дает металлу дополнительную защиту от внешних негативных воздействий. Благодаря такому слою воздух и влага не попадают в структуру материала. Если целостность оксидного покрытия нарушается, то начинается процесс коррозии алюминия. Металл теряет свои свойства.

Причины появления коррозии

Когда встает вопрос о том, ржавеет ли алюминий, необходимо задуматься о причинах, приводящих к коррозии. Различные внешние факторы могут ускорять этот процесс. Причины появления ржавчины на алюминии могут быть следующими:

Что такое электрохимическая коррозия и может ли она быть на листе алюминия?

Чаще всего появление электрохимической коррозии провоцируют гальванические пары. Повреждение появляется в месте соединения двух разных сплавов. В таком случае ржавчина будет явно бросаться в глаза. Важным моментом является то, что портится только один металл, а второй является источником запуска коррозионного процесса. Чтобы не бояться электрохимической коррозии, нужно использовать магниевый сплав. Специалисты из-за электрохимической ржавчины не рекомендуют использовать обычное железо при контакте с кузовом из алюминия.

Какие факторы могут замедлить процесс?

Существует ряд факторов, которые замедляют процессы коррозии алюминия, а некоторые из них останавливают подобное явление. Выделяют следующие:

При каких условиях начинается разрушение алюминия на воздухе

Некоторые интересуются, ржавеет ли алюминий на воздухе. Если будет разрушена оксидная пленка на верхнем слое металла, то может начаться процесс коррозии. В результате может проявиться ржавчина. Рост пленки, как правило, замедляется на свежем воздухе. Следует помнить, что оксид алюминия отличается хорошей сцепкой с поверхностью металла.

Если лист хранится на складе, то пленка будет от 0,01 до 0,02 мкм. Если металл соприкасается с сухим кислородом, то толщина оксидной пленки на поверхности будет от 0,02 до 0,04 мкм. Если алюминий подвергают термической обработке, то толщина пленки изменяется. Она будет равна 0,1 мкм.

Считается, что алюминий обладает достаточной стойкостью, чтобы использовать его на свежем воздухе. Например, его применяют в сельской местности, а также в удаленных промышленных зонах.

Как вода воздействует на описываемый металл?

Коррозия алюминия в воде может наступить от повреждения верхнего слоя и защитной пленки. Высокая температура жидкости способствует скорейшему разрушению металла. Если алюминий поместить в пресную воду, то коррозионные процессы практически не будут наблюдаться. Если повысить температуру воды, то изменений можно не заметить. Когда жидкость нагревается до температуры 80 градусов и выше, то металл начинает портиться.

Скорость коррозии алюминия увеличивается, если в воду попадает щелочь. Описываемый металл обладает повышенной чувствительностью к соли. Именно поэтому морская вода для него губительна. Чтобы использовать этот металл в морской воде, необходимо в жидкость добавлять магний или кремний. Если использовать лист алюминия, в составе которого есть медь, то коррозия сплава будет протекать гораздо быстрее, чем у чистого вещества.

Опасна ли для алюминия серная кислота?

Люди интересуются, ржавеет ли алюминий в серной кислоте. Подобная кислота является потенциально опасной для сплавов. Она обладает ярко выраженными окислительными свойствами. Они разрушают оксидную пленку и ускоряют коррозию металла.

Интересным моментом является то, что концентрированная холодная сера не влияет на алюминий. Если алюминий нагреть, тогда могут начаться процессы коррозии металла. В таком случае появляется соль, ее называют сульфатом алюминия. Она растворима в воде.

Стойкость алюминия в азотной кислоте

Описываемый металл отличается повышенной стойкостью при попадании в раствор азотной кислоты. Его часто синтезируют для того, чтобы получить концентрированную азотную кислоту.

Какие вещества не оказывают воздействия на алюминий?

Не стоит бояться коррозионных процессов, если алюминий соприкоснется с лимонной кислотой. Не изменят свойства его сплава также яблочная кислота и фруктовый сок. Масляная слабо влияет на сплавы, в состав которых входит алюминий.

Будет ли происходить коррозия металла при контакте со щелочью?

Не стоит допускать контакта алюминия с различными щелочами. Они легко разрушают защитную пленку на верхнем слое. Металл вступает в реакцию с водой, после чего начинает выделяться водород. Процесс коррозии происходит в данном случае быстро. Ртуть и медь также пагубно влияют за защитный слой алюминия.

Итак, мы выяснили, ржавеет ли алюминий. Как видите, не всегда он имеет хорошую коррозионную защиту.

Источник

Статьи

Глава III СОЕДИНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНАТНЫЕ РАСТВОРЫ

Глава III СОЕДИНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ
И АЛЮМИНАТНЫЕ РАСТВОРЫ

§8. Гидрокcиды алюминия

Существует несколько разновидностей гидроксидов алюминия:

диаспор, бемит, гиббсит, байерит, норстрандит.

В щелочных растворах диаспор и бемит растворяются только при высоких температурах, при этом диаспор растворяется значительно хуже бемита.

При дальнейшем нагревании бемит, как мы знаем, переходит в γ-Al₂O₃, который в свою очередь переходит в α-Al₂O₃. По мнению многих исследователей, превращение гиббсита в α-Al₂O₃ — более сложный проиесс, и происходит он через ряд других промежуточных фаз. Гиббсит хорошо растворяется в щелочах и кислотах.

При быстром осаждении гидроксида алюминия из солевых растворов образуется студенистый осадок—алюмогель, не имеющий кристаллического строения, содержащий большое количество воды
н обладающий высокой химической активностью, Алюмогель, как и банерит, неустойчив и с течением времени превращается в гиббсит. Кристаллизация алюмогеля происходит медленно и сопровождается обезвоживанием. Этот процесс называют старением алюмогеля. Высушенный при 300—400 °С алюмогель обладает хорошими адсорбционными свойствами.

§ 9. Алюминаты. Алюмннатные растворы

Как мы знаем, скорость растворения гндроксидов алюминия в щелочах и кислотах неодинакова. Наиболее быстро растворяется гиббсит, медленнее бемит н наиболее медленно диаспор. Активность гидроксидов алюминия зависит не только от их природы, но и от условии получения и степени дисперсности. С повышением
степени дисперсности увеличивается поверхность соприкосновения гидроксида с растворителем, т. е. активная поверхность вещества, и скорость растворения гидроксида возрастает. Растворы алюминатов в щелочном растворе получили название алюминатных растворов. В производстве глинозема приходится иметь дело с растворами алюмината натрия, а в некоторых случаях н калия.

На природу алюминатных растворов существует несколько взглядов. Согласно наиболее распространенному из них, алюминатный раствор представляет собой раствор алюмината натрия (или калия) как химического соединения NaA1O₂, т. с. является истинным (ионным) раствором. Значит, алюминат натрия можно
рассматривать как соль, образованную слабой кислотой (гидроксид алюминия) и сильным основанием (едкий натр). Как известно, такие соли способны подвергаться обменному разложению
с водой (гидролизу) с образованием малодиссониироваиной или трудиорастворпмой кислоты и основания, в пашем случае—по реакции NaA1O₂+2H₂O⇄ NaOH+Al(OH)₃.

Алюминат же натрия находится в растворе в виде катионов Na+ и алюминатных анионов, состав которых точно не известен.

Одним из характерных свойств алюминатных растворов является их способность самопроизвольно разлагаться с выделением в осадок гидроксида алюминия. Поэтому промышленные алюминатные растворы содержат некоторое количество свободной щелочи, которая делает алюминатный раствор более стойким. Состав алюминатных растворов прежде всего характеризуется концентрацией глинозема Al₂O₃ и щелочи Na₂O. Кроме этих основных компонентов, алюминатные растворы содержат в виде различных химических соединений примеси кремнезема, серы, хлора, железа, фтора, галлия, ванадия, органических веществ и др.

Различают следующие виды щелочи в алюминатных растворах:

титруемая, карбонатная, каустическая, сульфатная и общая. Концентрация титруемой щелочи Na₂О_т определяется титрованием раствора соляной кислотой: при этом оттитровывается (определяется) оксид натрия, находящийся в растворе в виде каустика NaOH, алюмината натрия NaA1O₂, соды Na₂CO₃, силиката натрия
Na₂SiO₃, сульфита натрия Na₂SO₃ и частично фторида натрия NaF и тиосульфата натрия Na₂S₂O₃. Карбонатная (углекислая) щелочь Na₂O_y находится в алюминатных растворах в виде соды. Концентрация каустической щелочи Na₂O_к; определяется как разность между титруемой щелочью и карбонатной. Сульфатная щелочь
Na₂O_c находится в растворе в виде сульфата натрия Na₂SO₄.

В алюмииатиых растворах наряду с натриевой может присутствовать калиевая щелочь. Сумму концентраций натриевой и калиевой щелочи обычно обозначают через R₂O, причем К₂O в этой сумме пересчитывается на Na₂O.

Важным показателем, характеризующим алюмниатный раствор, является его модуль, под которым понимают молярное отношение концентраций Na₂O и Al₂O₃ в растворе. Иными словами, модуль показывает, сколько молей щелочи в растворе приходится па каждый моль оксида алюминия. Различают общий (α_о) и каустический (α_k) модули раствора. Общин модуль находится как молярное отношение концентрации титруемой щелочи и оксида
алюминия, а каустический — как молярное отношение концентраций каустической щелочи н оксида алюминия:

При равенстве скоростей обеих реакций устанавливается химическое равновесие, которое характеризуется тем, что концентрация реагирующих веществ при неизменных условиях не изменяется. Полученный при этом алюминатный раствор называют равновесным. Каждому равновесному раствору при данной температуре соответствует совершенно определенная концентрация Na₂O и Al₂O₃ в нем. Отложив эти концентрации на осях координат и соединив полученные точки, мы получим изотерму равновесия алюминатного раствора.

Рис.1.Изотермы системы Al₂O₃ —Na₂O —H₂O

как но отношению к гидроксиду алюминия, так и по отношению к алюминату натрия. Па лучах (пунктирные линии) располагаются растворы с одинаковым каустическим модулем.

Изотермы системы Na₂O—Al₂O₃—H₂O имеют большое теоретическое значение. Они позволяют судить о поведении алюминатных растворов в зависимости от их концентрации и температуры.
Например, алюминатный раствор, отвечающий по своему составу точке я (α_к=2,47) при 30 ˚С пересыщен гиббситом и будет разлагаться с выделением в осадок Al(OH)₃ (см. рис. 1).

1- 30 ºÑ; 2- 60 ºÑ; 3- 95 ºÑ.

следовательно, состав раствора переместится вдоль луча 2,47 но направлению к началу координат. Положим, что он переместится
в точку b. Раствор, отвечающий по своему составу точке b и
имеющий температуру 60 °С, находится в области пересыщенных
растворов и будет разлагаться.

Производство глинозема из нефелинов и алунитов связано
с получением растворов, которые наряду с алюминатом натрия
содержат алюминат калия КAlO₂. Он также содержится в раство-
рах при получении глинозема из бокситов, когда для компенсации
потерь щелочи в процессе используют кальцинированную соду из
нефелинового сырья (см. § 6).

Изотермы равновесия в системе К₂O—Al₂O₃—H₂O для 30, 60 и 95 °С показаны на рис. 2. Как и для системы Na₂O—Al₂O₃—H₂O, каждая изотерма этой системы состоит из двух ветвей, пересекающихся в остром максимуме. Для левых ветвей изотерм равновесной твердой фазой является гиббсит, для правых-алюминат калия состава К₂O.Al₂O₃.3H₂O. С повышением температуры максимальные концентрации Al₂O₃ в равновесных растворах алюмината калия возрастают, но они ниже, чем в растворах алюмината натрия:

§11. Стойкость алюминатных растворов

Следует различать теоретически стойкие и практически стойкие алюмнинатные растворы. Теоретически стойкими являются растворы, концентрация глинозема в которых ниже или равна равновесной (т. е. расположенные между ветвями изотерм и на левых их ветвях). Практически стойкими называют такие растворы, которые могут существовать без видимого разложения в течение достаточного для производственных целей времени, хотя концентрация глинозема в них может быть и выше равновесной. Обусловлено это тем, что алюминатный раствор, даже будучи пересыщенным, разлагается очень медленно.

Стойкость алюминатного раствора можно характеризовать степенью его пересыщення, под которой понимают отношение концентрации Al₂O₃ в пересыщенном растворе к концентрации Al₂O₃ в соответствующем равновесном растворе:

Степень пересыщения раствора легко определить по диаграмме
равновесных состояний системы Na₂O—Al₂O₃—H₂O. Для этого необходимо через точку, отвечающую составу данного раствора, и точку гиббсита провести прямую и продолжить ее до пересечения с изотермой растворимости гиббсита при данной температуре.

Точка пересечения прямой с изотермой покажет состав равновесною раствора, после чего легко рассчитать степень пересыщения интересующего пас раствора.

Па стойкость алюминатных растворов оказывает влияние ряд факторов: концентрация и температура алюминатного раствора, его каустический модуль, наличие в растворе осадка гидроксида алюминия и некоторых примесей, перемешивание раствора и др.

Рассматривая изотермы системы Na₂O—Al₂O₃—H₂O, мы установили, что стойкость алюминатных растворов с понижением температуры раствора, а также с его разбавлением уменьшается. Однако очень сильное разбавление раствора (до содержания Al₂O₃) (8—25 г/л) вновь приводит к повышению его стойкости.

Проследим, например, как изменяется стойкость алюминатного раствора, температура которого 60 °С, по линии постоянного каустического модуля 1,65 (рис. 3). Разбавленные растворы с таким каустическим модулем находятся недалеко от изотермы равновесия н, следовательно, степень их пересыщения невелика. Поэтому разбавленные растворы должны быть стойкими. По мере удаления от начала координат (с повышением концентрации) на участке ОН растворы сначала удаляются от изотермы равновесия, а затем приближаются к ней. Следовательно, стойкость их на этом участке сначала уменьшается, а затем по мере приближения к изотерме равновесия увеличиваются. В точке Н раствор становится равновесным, а на участке НР ненасыщенным, т.е. способным растворять глинозем. Выше точки Р растворы вновь становятся пересыщенными, но уже алюминатом натрия.

С повышением каустического модуля стойкость алюминатных растворов возрастает. Так, алюминатные растворы с α_к≤1,2 при 6O°C находятся в области пересыщенных глиноземом растворов (см. рис. 1). С увеличением каустического модуля растворы переходят в область ненасыщения глиноземом. При значительной величине каустического модуля они оказываются в этой области (до правой ветви изотермы) к в области растворов, пересыщенных алюминатов натрия (за правой ветвью изотермы).

Большинство присутствующих в алюминатных растворах примесей не оказывает влияния на стойкость алюминатных растворов.

§ 12. Классификация способов производства глинозема

Глинозем получают в промышленности различными способами в зависимости от состава и свойств исходного сырья. Эти способы можно подразделить на щелочные, кислотные и комбинированные кислотно-щелочные. В настоящее время практически весь глинозем получают щелочными способами—гидрохимическими, термическими и комбинированными.

Наиболее широкое применение нашел в промышленности щелочной гидрохимический способ Байера. Способом Байера перерабатывают высококачественные бокситы с низким содержанием кремнезема. Боксит обрабатывают щелочным раствором; при этом образуется растворимый в воде алюминат натрия. Из раствора алюмината после отделения ею от нерастворимыx соединении (железа, кремния н др.) выделяют гидроксид алюминия. Щелочной гидрохимический способ применяется также для переработки восстановленной алунитовой руды.

К термическим относятся следующие способы производства глинозема: щелочное спекание, бесщелочное спекание, восстановительная плавка. По способу щелочною спекания оксид алюминия руды переводят в щелочной алюминат спеканием руды с необходимыми добавками. Полученный твердый алюминат далее переводят в раствор. При сесщeлочном спекании оксид алюминия руды переводят в алюминат кальция: полученный алюмокальциевый
спек перерабатывают на глинозем. Восстановительная планка основана на восстановлении в электропечи или доменной печи оксидов железа и части других оксидов руды с получением ферросилиция или чугуна (побочный продукт) н шлака, в который переходнг оксид алюминия в виде алюмината кальция. Из шлака затем получают глинозем. Термические способы производства глинозема разработаны применительно к самым различным видам
сырья.

Комбинированный щелочной способ производства глинозема может быть осуществлен по двум схемам—параллельной и последовательной.

Параллельная схема обычно предусматривает переработку бокситов двух типов: высококачественных—способом Байера н худшего качества—способом щелочного спекания. Такое сочетание двух схем в одном производстве позволяет улучшить его технико-экономические показатели.

Последовательная схема разработана для переработки низкокачественных бокситов, из которых сначала часть глинозема извлекается методом Байера, а затем оставшийся шлам перерабатывается методом щелочного
спекания.

В кислотных способах обработкой алюминиевой руды кислотой (H₂SO₄), HCI, HNO₃) получают paствор алюминиевой соли, из которой выделяют глинозем. Комбинированные кислотно-щелочные способы включают в себя две ветви — кислотную и щелочную.

В кислотной ветви получают “сырой” оксид алюминия, т. е. глинозем, загрязненный примесями. “Сырой” оксид перерабатывают на чистый глинозем щелочным способом.

Как мы дальше увидим, кислотные и комбинированные кислотно-щелочные способы имеют существенные недостатки и в настоящее время практически не применяются. Однако интерес к этим способам не ослабевает и работа над их усовершенствованием непрерывно продолжается.

§ 13. Технические требования на глинозем

Глинозем представляет собой белый кристаллический порошок состоящий в основном из α- и γ-модифпкаций. По ГОСТ 6912—74 в зависимости от физико-химического состава глинозем выпускается нескольких марок и должен соответствовать нормам указанным в табл. 4.

Глинозем, предназначенный для получения алюминия, называюг металлургическим, в отличие от глинозема, который используется для других целей и называется неметаллургическим.

Глинозем с государственным Знаком качества должен cooветствовать нормам, указанным в табл. 5.

Различают глинозем мучнистого и песчаного типов. Глинозем песчаного тина хорошо поглощает газообразный HF и применяется при электролизе с сухой очисткой газов. Он должен обладать определенными физическими свойствами: гранулометрическим составом, удельной поверхностью, истираемостыо, способностью поглощать влагу. Способность глинозема поглощать влагу характеризует его способность к поглощению НF, а истираемость—
прочность частиц глинозема. От крупности глинозема н его прочности в значительной степени зависит его пылеунос в процессе сухой очистки газов. Например, содержание фракции —45 мкм в песчаном глиноземе (фирма “Алкоа”, США) не превышает 10%;

средний размер зерен этого глинозема 80—100 мкм, а удельная поверхность не менее 35 м 2 /г.

В нашей стране пока выпускается глинозем только мучнистого типа. Содержание фракции —45 мкм в отечественном глиноземе разных заводов составляет 17—38%. Средний размер частиц мучнистогo глинозема 40—50 мкм, удельная поверхность от 30 до 70 м 2 /г. Физические свойства глинозема зависят от условий его получения, на чем мы остановимся далее.

Глиноземные заводы наряду с глиноземом выпускают товарный гидроксид алюминия Al₂O₃.ЗH₂O, который используют для производства криолита, фтористого алюминия и для других целей. Гидроксид алюминия представляет собой мелкокристаллический порошок белого цвета. Допускаются оттенки серого, розового и
других цветов.

По техническим условиям ТУ 48-5-128—79 гидроксид алюминия должен соответствовать нормам, указанным ниже:

Источник