Головна

ЕЛЕКТРОЛІЗ АЛЮМІНІЮ

  1. VI. Приклади ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ по розділу ЕЛЕКТРОЛІЗ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ
  2. Анодное пристрій електролізера
  3. Вода, плазмовий електроліз, електричний розряд, полум'яне освіту, синтез елементів, поліметалічний порошок.
  4. Гальванічні елементи, електроліз
  5. Глінозёмди електроліздеу
  6. Закони Фарадея. Кількісні розрахунки при електролізі.
  7. закони електролізу

Сучасне життя неможливо уявити без алюмінію. Цей блискучий легкий метал, прекрасний провідник електрики, отримав в останні десятиліття саме широке застосування в різних галузях виробництва. Тим часом відомо, що у вільному вигляді алюміній не зустрічається в природі, і аж до XIX століття наука навіть не знала про його існування. Тільки в останній чверті минулого сторіччя була дозволена проблема промислового виробництва металевого алюмінію в свободномвіде. Це стало одним з найбільших завоювань науки і техніки цього періоду, значення якого ми, може бути, ще не оцінили до кінця. За змістом в земній корі алюміній займає перше місце серед металів ітретье серед інших елементів (після кисню і кремнію). Земна кора на8,8% складається з алюмінію (відзначимо для порівняння, що вміст заліза вней - 4,2%, міді - 0,003%, а золота - 0,000005%). Однак цей хіміческіактівний метал не може існувати у вільному стані і зустрічається тільки у вигляді різних і дуже різноманітних за своїм складом з'єднань. Основна їх маса припадає на оксид алюмінію (А12ОЗ). Це з'єднання кожен з нас зустрічав не один раз - в побуті воно називаетсягліноземом, або просто глиною. Глина приблизно на третину складається з оксідаалюмінія і є потенційною сировиною для його виробництва. Всятрудность полягає в тому, щоб відновити алюміній (відняти у нього кисень). Хімічним шляхом домогтися цього надзвичайно складно, так каксвязь двох елементів тут дуже міцна. Уже перше знайомство з алюмінієм наочно продемонструвало всі складнощі, які очікували ученихна цьому шляху.

У 1825 році датському фізику Гансу Ерстед вперше вдалося отримати металевий алюміній у вільному стані з його оксиду. Для етогоЕрстед насамперед змішав глинозем з вугіллям, розжарив цю суміш і пропустив через неї хлор. В результаті вийшов хлористий алюміній (А1С13). У той час вже було відомо, що хімічно більш активні метали здатні витісняти менш активні з їх солей. Ерстед піддав хлористий алюміній дії калію, розчиненого в ртуті (амальгамою калію) і получіламальгаму алюмінію (при швидкому нагріванні хлористого алюмінію самальгамой калію утворився хлористий калій, алюміній же пішов в розчин). Піддавши цю суміш дистиляції, Ерстед виділив невеликі сліткіалюмінія. Кілька іншим способом алюміній отримав в 1827 році німецький хімік Велер, який пропускав пари хлористого алюмінію надметалліческім калієм (при цьому, як і в реакції Ерстед хімічно, болееактівний калій витісняв алюміній і сам з'єднувався з хлором). Але обидва способи не могли застосовуватися в промисловості, так як для восстановленіяалюмінія тут використовувався дуже дорогий калій.

Пізніше французький фізик Сен-Клер-Девілль розробив інший хімічний процес отримання алюмінію, замінивши калій дешевшим, але все ж досить дорогим натрієм. (Суть цього способу полягала в тому, чтохлорістий алюміній нагрівали з натрієм, який витісняв алюміній ізсолі, змушуючи його виділятися у вигляді невеликих корольків.) На протяженіінесколькіх десятиліть алюміній отримували саме таким чином. Досліджуючи властивості алюмінію, Девілль прийшов до висновку, що той може в майбутньому мати величезне значення для техніки. У своїй доповіді ФранцузскойАкадеміі наук він писав: «Цей метал, білий і блискучий як срібло, нечернеющій на повітрі, піддається переплавки, куванні і протяжке, що володіє до того ж чудовою легкістю, може виявитися дуже корисним, якщо вдасться знайти простий спосіб його отримання. Якщо далі згадати, що цей метал надзвичайно поширений, що його рудою являетсягліна, то можна лише побажати, щоб він знайшов широке застосування ». Перші злитки алюмінію, отримані Девілля, демонструвалися навсемірной Паризькій виставці в 1855 році і викликали до себе жвавий інтерес.

У 1856 році на заводі братів Тісьє в Руані Девілль організував перше промислове підприємство з випуску алюмінію. При цьому вартість 1 кг алюмінію спочатку дорівнювала 300 франків. Через кілька років удалосьснізіть продажну ціну до 200 франків за 1 кг, але все одно вона оставаласьісключітельно високою. Алюміній в цей час вживали як напівдорогоцінне метал для виробництва різних дрібничок, причому він придбав в цьому виді навіть деяку популярність через свого білого кольору іпріятного блиску. Втім, у міру вдосконалення хімічних методоввиделенія алюмінію ціна на нього з роками падала. Наприклад, завод в Олбері (Англія) в середині 80-х рр. випускав до 250 кг алюмінію в день іпродавал його за ціною 30 шіллінговза кг, іншими словами, ціна його за 30років знизилася в 25 разів.

Уже в середині XIX століття деякі хіміки вказували на те, чтоалюміній можна отримувати путемелектроліза. У 1854 році Бунзен отримав алюміній шляхом електролізарасплава хлористого алюмінію.

Майже одночасно з Бунзеномполучіл електролітичним путемалюміній Девілль. Апарат Девіллясостоял з фарфорового тигля Р, вставленого в пористий глінянийтігель Н і забезпеченого кришкою О, в якій була щілина для введення

електролізер Девілля

платинового електрода До і великий отвір для пористого глиняного посуду К. В останньому був поміщений вугільний стрижень А, який був позитивним електродом. Тигель і глиняний посуд заповнювалися до одногоуровня розплавленим подвійним хлоридом алюмінію і натрію (подвійний хлорид отримували шляхом змішування двох частин сухого хлориду алюмінію іповаренной солі). Після занурення електродів вже при невеликому струмі врасплаве починалося розкладання подвійного хлориду, і на платинової платівці виділявся металевий алюміній. Однак в той час не можна було думати про те, щоб підтримувати з'єднання в розплавленому стані, користуючись тільки нагріванням при проходженні струму. Доводилося підтримувати необхідну температуру в інший спосіб ззовні. Ця обставина, а також те, що електроенергія в ті роки коштувала дуже дорого, перешкодив поширенню даного способу виробництва алюмінію. Умови дляего поширення виникли тільки після появи потужних генераторовпостоянного струму.

У 1878 році Сіменс винайшов електричну дугову піч, яку використовували насамперед при плавці заліза. Вона складалася з вугільного або графітового тигля, що був одним полюсом. Другим полюсом служив розташований зверху вугільний електрод, який переміщався всередині тігляв вертикальній площині для регулювання електричного режиму. Прізаполненіі тигля шихтою вона нагрівалася і розплавляють або електричною дугою або за рахунок опору самої шихти при проходженні черезнее струму. Ніяких зовнішніх джерел тепла для печі Сіменса не було потрібно. Створення цієї печі стало важливою подією не тільки для чорної, але ідля кольорової металургії.

Тепер всі умови для електролітичного способу виробництва алюмінію були в наявності. Справа залишалася за розробкою технології процесу. Взагалі кажучи, алюміній можна отримувати безпосередньо з глинозему, але складність полягала в тому, що оксид алюмінію дуже тугоплавкое з'єднання, яке переходить в рідкий стан при температурі около2050 градусів. Для того щоб нагріти глинозем до такої температури і потім підтримувати її під час реакції, була потрібна величезна колічествоелектроенергіі. У той час цей спосіб здавався невиправдано дорогим. Хіміки шукали інший шлях, намагаючись виділити алюміній з якогось іншого менш тугоплавкого речовини. У 1885 році цю задачу незалежно другот одного дозволили француз Еру і американець Холл.

Цікаво, що обом в момент, коли вони зробили своє видатне відкриття, було по 22 роки (і той і інший народилися в 1863 р). Еру ще з 15 років, після того як познайомився з книгою Девілля, постійно думав обалюмініі. Основні принципи електролізу він розробив, ще будучи студентом, у 20 років. У 1885 році після смерті батька Еру успадкував небольшуюкожевенную фабрику поблизу Парижа і негайно взявся за досліди. Онпріобрел електрогенератор Грамма і спочатку спробував розкласти електричним струмом водні розчини солей алюмінію. Зазнавши на цьому шляху

невдачу, він вирішив піддати електролізу розплавлений кріоліт - мінерал, до складу якого входить алюміній (хімічна формула кріолітаNa3AlF6). Досліди Еру почав в залізному тиглі, який служив катодом, аанодом був опущений в розплав вугільний стрижень. Спочатку ничегоне обіцяло успіху. При пропущенні струму залізо тигля вступило в реакціюс кріоліто, утворивши легкоплавкий сплав. Тигель розплавився, і вміст його вилилося назовні. Ніякого алюмінію Еру таким шляхом не отримав. Однак кріоліт був дуже привабливу сировину, оскільки плавився при температурі всього 950 градусів. Еру прийшла думка, що расплаветого мінералу можна використовувати для розчинення більш тугоплавких солей алюмінію. Це була дуже плідна ідея. Але яку сіль ізбратьдля дослідів? Еру вирішив почати з тієї, яка давно вже служила сировиною дляхіміческого виробництва алюмінію - з подвійного хлориду алюмінію інатрія. І тут при проведенні експерименту сталася помилка, яка Іпрівелі його до чудового відкриття. Розплавивши кріоліт і додавши до нього подвійний хлорид алюмінію і натрію, Еру несподівано зауважив, що вугільний анод почав швидко обгорати. Пояснення цьому могло бути тільки одне

- Під час електролізу на аноді став виділятися кисень, який перебував в реакцію з вуглецем. Але звідки міг узятися кисень? Еру уважно вивчив всі куплені реактиви і тут виявив, що подвійний хлорид розклався під дією вологи і перетворився в глинозем. Тоді все, що сталося стало йому відомо: оксид алюмінію (глинозем) розчинився в розплавленому кріоліті і молекула А12О3 розпалася на іони алюмінію і кисню. Далі в ході електролізу негативно заряджені іони кисню віддавали анода свої електрони і відновлювалися в хімічний кисень. Але в такому випадку, яке речовина відновлювалося на катоді? Їм МОГБ тільки алюміній. Зрозумівши це, Еру вже навмисно додав глинозем красплаву криолита і таким чином отримав на дні тигля корольки металевого алюмінію. так

був відкритий застосовується до цього дня способполученія алюмінію ізглінозема, розчиненого вкріоліте. (Криоліт не бере участі в хімічній реакції, його кількість в ходеелектро

лізу не зменшується

- Він використовується здесьтолько як розчинник. Процес йде наступним чином: до розплаву криолита періодично додають порціями глинозем; в

Креслення електролізера з другого патенту Еру. 1887р.

Перша промислова ванна Еру для отримання алюмінієвої бронзи і алюмінію

Внаслідок електролізу на аноді виділяється кисень, а на катоді - алюміній.) На два місяці пізніше точно такий же спосіб виробництв ва алюмінію відкрив американець Холл.

На свій винахід Еру в квітні 1886 року отримав перший патент. У ньому він ще не відмовився від зовнішнього нагрівання ванни з електролітом для підтримки потрібної температури розплаву. Але вже в наступному році він взяв другий патент на спосіб отримання алюмінієвої бронзи, в якому відмовився від зовнішнього нагріву та писав, що «електричний струм виробляє достатню кіль ва тепла для того, щоб глинозем підтримувати в розплавленому стані».

Оскільки ніхто у Франції не зацікавився його відкриттям, Еру поїхав до Швейцарії. У 1887 році компанія «Сини Негер» підписала з ним контракт про реалізацію його з винаходу. Незабаром було засновано Швейцарське металургійне товариство, яке на заводі Нейгаузене розвернуло виробництво спочатку алюмінієвого виття бронзи, а потім чистого алюмінію.

Промислову установку для електролізу алюмінію, так само як і всютехнологію виробництва, розробив Еру. Піч була залізний ящик, ізольовано встановлений на землі. Поверхня ванни зсередини була покрита товстими вугільними пластинами, які являлісьотріцательним електродом (катодом). Зверху в ванну опускався позитивний електрод (анод), який представляв собою пакет вугільних стрижнів. Електроліз відбувався при дуже сильному струмі (близько 4000 ампер), але при невеликій напрузі (всього 12-15 вольт). Велика сила струму, як вже говорилося в попередніх розділах, приводила до значного підвищення температури. Криоліт швидко плавився, і починалася електрохімічна реакція відновлення, в ході якої металевий алюміній збирався на вугільному підлозі ванни.

Уже в 1890 році завод в Нейгаузене отримав понад 40 тонн алюмінію, авскоре став випускати по 450 тонн алюмінію на рік. Успіхи швейцарцеввдохновілі французьких промисловців. У Парижі утворилося електротехнічне товариство, яке в 1889 році запропонувало Еру стати директором знову заснованого алюмінієвого заводу. Через кілька років Еру осно-

вал в різних частинах Франції, в яких містилася дешева електрична енергія, ще кілька алюмінієвих заводів. Ціни на алюміній поступово впав десятки разів. Повільно, але неухильно цей чудовий метал став завойовувати своє місце в людському житті, ставши незабаром настільки женеобходімим, як відомі з глибокої давнини залізо і мідь.

Джерело: Рижков К. В. 100 великих винаходів. - М .: Вече, 1999. -528с. - (100 великих).

Двома основними політичними протиріччями суспільного розвитку і причинами | ЕЛІЗА Дуліттл і ВІТЧИЗНЯНІ ПАРЛАМЕНТАРІЇ Навіщо потрібні станові мови? Олена Кара-Мурза

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати