khimie.ru

Все применяемые в настоящее время способы промышленного получения алюминия основаны на электролитическом разложении оксида алюминия, растворенной в расплавленном криолите. В качестве материала для электродов используют обычно ретортный графит. Содержимое ванны поддерживается в жидком состоянии за счет тепла электрнческого тока. Температура ванны не должна превышать 1000 °С. Выделяющийся на катоде металлический алюминий собирается в расплавленном состоянии на дне печи. На погруженном сверху в ванну аноде кислород окисляет графит с образованием оксида углерода СО, которая сейчас же сгорает до диоксида СО₂. Диоксид углерода частичпо образуется также и непосредственно на аноде.

Потенциалы разложения составляют (при 950 °С): для NаF 4,5, для А1F₃ 3,5 и для А1₂O₃ 2,18 е. Эти данные имеют значение в том случав, если анод не взаимодействует c выделяющимися веществами. Если применяют угольный электрод, то потенциал разложения А1₂O₃, теоретически равный 1,00 В (из-за образования СО), повышается при большой силе тока до 2 В, так как образующаяся СО препятствует разрядке ионов кислорода. Если напряжение на ванне не слишком большое и содержание оксида алюминия в расплаве не слишком мало, разлагается преимущественно только А1₂О₃. В очень незначительной степени на аноде происходит образование СF₄. При правильном проведении электролиза натрий никогда не выделяется. Так как значительная часть напряжения, подаваемого на ванну, тратится па преодоление ее омического сопротивления, на практике напряжение на ванне поддерживается около 5-6 В. Как только напряжение начинает заметно возрастать,  необходимо добавлять новые порции оксида алюминия.

Все попытки при получении алюминия заменить электролиз расплава термическим восстановлением оксида алюминия до сих пор не имели практического успеха. При использовании в качестве восстановителя углерода происходит образование карбида алюминия Аl₄С₃, которое не удается предотвратить. Его, однако, можно, как указал Кольмейер,. сильно ограничить, если А1₂0₃ плавить очень быстро и смешивать лишь со строго определенным количеством угля. Этим способом в лабораторных опытах удавилось получать 93 % алюминий.

Оксид алюминия, пригодный для получения из него металла, чрезвычайно редко встречается в природе в достаточно чистом состоянии. Его получают почти всюду из боксита, который добывают главным образом во Франции, Венгрии, Далмации, Истрии, России, Индии, Арканзасе и Гвиане. Употребляемый для растворения криолит частично изготовляют искусственно. Для понижения температуры плавления обычно прибавляют флюсы, например фторид кальция. Таким образом, можно без труда поддерживать находящийся в ванне плав с 20-30 % А1₂О₃ в жидком состоянии при 800-900 °С. При более высокой температуре разница между удельными весами плава и расплавленного алюминия уменьшается, вследствие чего А1 не опускается. больше на дно ванны и, попадая на поверхность, сгорает.

Встречающийся в природе бокситы всегда более или менее сильно загрязнены оксидами железа (II) кремневой кислотой. Для получения чистого оксида алюминия, пригодного для использования в электрометаллургии, руду вскрывают нагреванием. с СаО и Na₂СО₃ (сухой способ) или нагреванием с едким натром в автоклавах (способ Бауэра). В обоих случаях оксид алюминия в виде алюминатов переходит в раствор, который затем разлагают либо пропусканием через него диоксида углерода, либо добавлением уже приготовленного заранее гидроксида алюминия. В первом случае разложение происходит по уравнению

2[А1(ОН)₄]^— + СО₂ = 2А1(ОН)₃ + СО₃^2- + Н₂О.

Разложение по второму способу основало на том, что раствор алюмината, полученный при нагревании в автоклаве, после охлаждения и разбавления метастабилен. Добавляемый гидроксид алюминия ускоряет распад алюмината, причем разложение происходит следующим образом; [А1(ОН)₄]^— = А1(ОН)₃ + Н₂О. Частицы гидроксида алюминия служат центрами кристаллизации. Разновидностью способа Байера является способ башенного вскрытия. По зтому способу вскрытие производят не в автоклавах, а в высоких башнях, в которых едкий натр стекает сквозь слои боксита. Товарная стоимость алюминия определяется следующими расходами: 32% на А1₂0₃, 4% на криолит, 12% на электродные угли 25% на электрическую энергию, если считать стоимость 1 квт-ч в 1,2 цфенига. Цена боксита Составляет только 6% ойщей стоимости алюминиевого производства. Для Германии имеет большое значение вопрос извлечения А1₂О₃ из местного сырья, т. е. из широко распространенных глин. Вследствие высокого содержания в глинах кремневой кислоты щелочные методы вскрытия, как, например, способ Байера, для них почти не пригодны. Чтобы уменьшить переход кремневой кислоты в раствор, для вскрытия глин применяют кислоты, и процесс при этом ведут так, чтобы по возможности избежать растворения оксидов железа, ибо последующее отделение больших количеств железа от алюминия представляет значительные трудности.

По способу Бухнера отделение А1₂О₃ от SiO₂, Fе₂O₃ и ТiO₂ достигается нагреванием глины в автоклаве с азотной кислотой, соответствующей концентрации и в необходимом количестве. Нитрат алюминия, переходящий в раствор, загрязнен в основном только нитратами щелочных и щелочноземельных металлов, от которых его можно отделить фракционной кристаллизацией. Азотная кислота выделяется при термическом разложении водного нитрата алюминия, и А1₂О₃ получается в очень чистом состоянии. По способу Гольдчимидта для вскрытия используют водный раствор значительно более дешевой сернистой кислоты. При этом в болышшстве случаев в раствор переходят значительные количества железа, которое, однако, образует с алюминием хорошо кристаллизующуюся основную соль; до тех пор пока количество железа не слишком велико, возможно сравнительно просто отделение алюминия путем фракционной кристаллизации основного сульфита.

Для очистки полученного электролитическим путем алюминия его почти всегда переплавляют в пламенной печи. Технический алюминий в большинстве случаев содержит 99,5 % алюминия. Примеси состоят преимущественно из кремния и железа, а иногда — из следов меди.