Комментарии: Получение алюминия http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/ база данных в помощь начинающему попаданцу Mon, 08 Apr 2024 07:38:46 +0000 hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.4.5 Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166850 Mon, 08 Apr 2024 07:38:46 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166850 В ответ на 4eshirkot.

https://www.dropbox.com/scl/fi/h8m9sfle2dhtjkyeoqubc/Aluminium-cost.png?rlkey=lx85kipe2zbu9ifdmcctqyp1r&dl=0
расчет стоимости производства алюминия по методу Девилля-Кастнера в 1889 г.
Видно, что для выплавки 1 тонны алюминия требовалось 75 тонн угля для получения натрия, и 180 тонн угля для получения двойного хлорида алюминия-натрия. Для получения последнего также затрачивалось 180000 фунтов (т.е. 80 тонн) соляной кислоты. Очевидно, именно получение двойного хлорида и было самой затратной стадией, и замена этого компонента, например, на фторид алюминия, мола бы снизить издержки производства в несколько раз

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166849 Mon, 08 Apr 2024 07:09:26 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166849 В ответ на 4eshirkot.

для получения 1 кг алюминия нужно примерно 7 кг сульфата алюминия, на получение которого из глины потребуется 5-6 кг серной кислоты. На приготовление фторида алюминия (если не принимать во внимание регегерацию образующегося криолита) потребуется еще 2.5 кг серной кислоты и 4 кг плавикового шпата CaF2.
Чтобы восстановить 1 кг алюминия, теоретически нужно 2.55 кг натрия; на практике, учитывая испарение и окисление натрия, это количесто должно составить около 3 кг (в описании метода Девилля приводится примерно такое же количество натрия при восстановлении двойного хлорида натрия-алюминия). На 3 кг натрия необходимо 15-20 кг соды и весьма значительное количество топлива, порядка 75 кг угля. Учитывая, что нагрев нужен и в ходе других операций, можно принять затраты угля в 100 кг на 1 кг получаемого алюминия. Среди сложно оцениваемых затрат нужно упомянуть о ретортах или тиглях для получения натрия, так как они должны быть сделаны из железа (в методе Девилля) или чугуна (в методе Кастнера) и достаточно быстро прогорают.Таким образом можно прибавить еще несколько килограммов железа, что, впрочем, в случае чугуна не будет давать существенной прибавки стоимости получаемого алюминия.

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166848 Mon, 08 Apr 2024 06:54:15 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166848 В ответ на 4eshirkot.

//Переработка глины на глинозем и его соединения ведется следующим образом. Взятая сырая глина подвергается сначала умеренному прокаливанию, для того, чтобы частью удалить из нее избыток воды и превратить содержащееся в ней железо в окись, а частью для того, чтобы сделать ее легче доступной действию серной кислоты, тем более, что природная глина обладает особой пластичностью, способностью сбиваться в плотные куски, без пор и скважин и потому трудно доступна действию растворяющих веществ. Высушенная глина превращается в порошок (под бегунами) и затем ее обрабатывают серной кислотой в 50°Б. (удельн. веса 1,52). Для этого берут или половинный вес, или в 1,5 раза больший вес серной кисл., смотря по тому, готовят ли серно-глиноземную соль или квасцы, и притом поступают двояко: или кислоту, нагретую почти до кипения, наливают на обожженную глину (при постоянном помешивании, при чем выделяется много водяных паров), или, облив глину кислотой при обыкновенной температуре полученную смесь нагревают около 70° в печи, под которой сделан из огнеупорной, обожженной глины, или на свинцовых сковородах, нагреваемых снизу. Нагревание ведут при постоянном помешивании. Когда (в этом последнем случае, т. е. в печи) вся кислота вступила в реакцию с глиной (в чем убеждаются, приливая к разведенной водой пробе раствора серноватисто-кислого натрия, при чем не должно появляться сильной мути), массу выщелачивают горячей водой (при помешивании) для растворения образовавшегося сернокислого глинозема. Раствору дают отстояться. Полученный раствор в 14—16°Б. или перерабатывают прямо на сернокислый глинозем, или употребляют для приготовления квасцов. В первом случае его выпаривают на свинцовых сковородах до 25°—30°Б. и оставляют в деревянных чанах стоять некоторое время для осветления, после чего продолжают выпаривание, также в свинцовых сосудах, до 50°Б., и выливают затем на свинцовую большую сковороду или в четырехугольные свинцовые формы, где соль охлаждается и застывает в белую, мягкую, режущуюся ножом, подобную сыру массу. В этом виде сернокислый глинозем и поступает в продажу. //

//Квасцы могут быть получены из глины и прямо, обходя получение сернокислого глинозема. Для этого 110 ч. измельченной глины смешивают с 60 ч. поташа, растворенного в небольшом количестве воды, так чтобы образовалось тесто, из которого приготовляют куски в 22—50 мм толщины, которые затем подвергаются слабому обжиганию в обыкновенной кирпичеобжигательной печи. После обжигания масса измельчается и подвергается повторно нагреванию с разведенной серной кислотой. Полученный раствор квасцов выпаривается до кристаллизации. По этому способу из 60 кг глины, 30 кг поташа и 62 кг крепкой серной кислоты можно получить 170 кг квасцовой муки//

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166847 Mon, 08 Apr 2024 06:47:48 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166847 В ответ на 4eshirkot.

//В России квасцовый камень давно известен, ныне заброшен, а может получить, при пробуждении промышленного развития, немаловажное значение, потому что находится в беспримерно громадном изобилии, прямо горным пластом, выходящим за поверхность земли, что и заставляет меня обратить здесь внимание на это русское месторождение алюнита. Оно находится в Закавказье, в Елизаветпольском уезде (на север от озера Гокча), в горе Шарул-Кор, в 4-х верстах на юг от с. Заглик. Это место, с пластами квасцового камня толщиной от 1 до 6 аршин, принадлежало прежде казне, а ныне находится во владении местных жителей. А когда было казенным, сдавалось в аренду для добычи квасцов. Но арендные условия были настолько тяжелы (требовалось, кроме общей арендной платы, еще вносить с пуда добытых квасцов не копейки, а десятки копеек), стеснительны (все производство было под надзором горного ведомства) и не прочны (сроки аренды кратки), что развитие этой отрасли добычи прекратилось еще в 70-х годах, земельные споры (ныне кончившиеся — уступкой казны частным владельцам) этому много содействовали. Богачев, во II томе «Сборника о Кавказе» (1872 г., стр. 97), описал последние усилия, сделанные предпринимателями для разработки загликского квасцового камня. Состав его: кремнезема 0,2%, 37,5% глинозема Al2O3, 39% серного ангидрида SO3, 9% окиси калия K2O, 14,5% воды и следы окислов железа. Выломка его обходится лишь в несколько копеек за пуд. Такого изобилия квасцового камня нет ни в Италии, ни в Венгрии, и я, по собственным опытам, убедился, что он чрезвычайно легко дает квасцы, совершенно свободные от окислов железа.//

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166846 Mon, 08 Apr 2024 06:46:20 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166846 В ответ на 4eshirkot.

//Квасцовый камень или алюнит, встречающийся в вулканических странах, напр. в Италии, около Чивита-Веккии, и в Венгрии в Мункаче, содержит в себе все элементы, входящие в состав квасцов, так что нужно только выделить последние. В чистом виде квасцовый камень представляет основную соль состава (SO4)2 (АlO)3K + 3Н2O, с содержанием 38,5% SO3, 37,2% Аl2О3 11,4% К2O и 12,9% Н2O, и в таком виде является нерастворимым в воде; для извлечения из него квасцов он должен быть подвергнут слабому обжиганию (600°—800°) в печах, похожих на употребляемые для выжигания извести. Обожженный камень складывается в кучи на особых площадках, сделанных из цемента, и обливается водой, при чем он рассыпается в порошок, который затем и подвергается выщелачиванию горячей водой, извлекающей прямо квасцы. Полученный раствор выпаривается и по охлаждении дает весьма чистые, так наз. римские или кубические квасцы, так как они в этом случае кристаллизуются в виде кубов. Красноватый цвет их зависит от механической примеси небольших количеств окиси железа, которая при их растворении остается в остатке, не переходя в раствор, и потому не мешает применению их в красильном деле//

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166845 Mon, 08 Apr 2024 06:44:14 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166845 В ответ на 4eshirkot.

//The ancient civilisations of Mesopotamia – modern day Iraq — used alum to fix the red dye madder to textiles. They imported this alum, known as “allaharum” in large quantities from Egypt. There is evidence of this process and trade dating back to before 2000BC.
The Egyptians mined alum as a naturally occuring mineral in the oases of Dakhla and Kharga, in the desert west of the River Nile and the landscape is honeycombed with ancient mines. The Egyptians did not start to use alum themselves until around the time of Tutankhamen, roughly 1000 years later.//

//Abundant where it occurs, but being water soluble, alum is absent in its pure crystal form in wet climates such as Britain and Northern Europe. Old World sources of pure alum are North Africa, countries fringing the Mediterranean, the Aegean, Anatolia, the Black Sea, Asia Minor and as far afield as Lake Chad. It is found much further afield in India and China too. Cargos of natural alum loaded on carracks from Genoa, and on occasions Venetian galleys, as well as other ships from Spain and Portugal docked at Bristol, Southampton and London. Alum supplies were transported further north through the activity of the Burgundian and Hansa merchants from the East coast of Britain and westwards to Ireland. From the twelfth century alum was being sourced from Egypt. After the Fall of Acre in 1215 CE, alum sources switched to the Near East and Anatolia. At the same time Italian and Portuguese merchants imported both alum and gold from ports from the Maghreb including Cueta and Tangiers. The importance of the North African link grew through the Elizabethan era due to the increased demand for imports of gold also obtained in Africa.//

//Квасцы часто встречаются в альянсе со многими другими полезными ископаемыми. Мин. источники калиевых квасцов находятся на Филиппинах, в Индонезии, Индии, Южной Италии, также, местом добычи природных квасцов сегодня является месторождение Чукикамата в Чили, квасцы в меньших количествах добывают в Канаде, Панаме, Западном Китае, а также на и Тайване. Существует природное месторождение в Узбекистане (месторождение Карши). В Узбекистане, кстати, минералы собирают местные жители и продают кусочки на базаре. В Узбекистане известен камень под названием ачиктош, в Казахстане ашитас, в Таджикистане (с древности) известно как замч//

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166844 Fri, 05 Apr 2024 08:49:51 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166844 В ответ на 4eshirkot.

получение квасцов из энциклопедии Дидро и Даламбера
https://quod.lib.umich.edu/cgi/t/text/text-idx?c=did;cc=did;rgn=main;view=text;idno=did2222.0001.551
сначала сланец обжигается, затем выщелачивается водой. полученный раствор упаривают в прямоугольных чанах и кристаллизуют квасцы

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166843 Fri, 05 Apr 2024 08:03:31 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166843 Получение алюминия — 3: из AlF3 и натрия
Как хорошо известно, алюминий с середины и почти до конца XIX в получали натрийтермическим методом. По методу Девилля, сначала из боксита получали чистый оксид алюминия прокаливанием с содой и разложением получающегося алюмината. Затем прокаливанием смеси оксида алюминия с солью и углем в токе хлора получали двойной хлорид натрия-алюминия. Сам же натрий получали из соды и угля. Метод Девилля позволил сделать алюминий из экзотичной диковинки вполне доступным металлом, хотя по прежнему не очень дешевым.
Если говорить о производстве алюминия, скажем, в античности или в средневековье, то самым простым будет использование в качестве сырья квасцов или сульфата алюминия, о которых говорилось несколько выше. Если к раствору квасцов или сульфата алюминия добавить фторид натрия или калия, то малорастворимый трифторид алюминия выпадет в осадок
Al2(SO4)3 + 6NaF = 2AlF3 + 3Na2SO4
Фторид натрия для этой цели несложно приготовить из плавикового шпата CaF2 — с давних времен применявшегося в металлургии и крайне распространенного минерала — , серной кислоты и соды.
Замечательно свойство фторида алюминия состоит в малой растворимости и стойкости к гидролизу, поэтому, в отличие от хорида, его легко получить в безводном виде.
Для восстановления алюминия натрийтермическим методом нужен собственно натрий. Использовавшийся Девиллем метод получения натрия был далек от совершенства, но вариант, предложенный Кастнером, позволял получать натрий значительно дешевле http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/natrij-i-kalij/
Сама реакция трифторида алюминия начинается при легком подогреве и не требует дальнейшего расхода топлива; более того, из-за большого выделения тепла натрий нужно добавлять порциями. Ключевой момент тут состоит в защите стенок тигля или печи от алюминия и натрия. Для этого лучше всего подходит прокаленная окись алюминия. В качестве флюса необходимо использовать криолит Na3AlF6, но это соединение и само получается в ходе реакции.
2AlF3 + 3Na = Al + Na3AlF6
После окончания реакции и охлаждения алюминий нужно еще раз переплавить, а шлак, состоящий в основном из криолита, можно использовать для получения новых порций фторида алюминия
2Al2(SO4)3 + 2Na3AlF6 = 4AlF3 + 3Na2SO4
А поскольку получающийся при этом сульфат натрия также может быть переработан в соду и затем в натрий, то практически все используемые материалы возможно в значительной степени регенерировать. Единственными безвозвратно расходуемыми материалами будут при этом серная кислота для получения сульфата алюминия, и топливо.

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166842 Fri, 05 Apr 2024 08:00:31 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166842 Получение алюминия — 2: квасцы и сульфат алюминия
Самый простой и удобный источник, из которого можно получать соединения алюминия в чистом виде — это алунит или квасцовый камень. Этот минерал представляет собой основный сульфат алюминия и калия, и является продуктом выветривания калиевых полевых шпатов. С глубокой древности алунит служил источником алюмокалиевых квасцов KAl(SO4)2, для чего квасцовый камень слабо обжигали и оставляли в кучах, периодически поливаемых водой. При этом получался раствор, содержащий сульфаты алюминия и калия, из которого после упаривания кристаллизовались квасцы в виде 12-водного кристаллогидрата. Квасцы имели множество примений — ими очищали воду (методом флокуляции), пропитывали дерево и ткани для придания огнестойкости, использовали в медицине как кровеостонавливающее средство и антиперспирант, но в самых больших количествах квасцы расходовались при дублении кожи и крашении тканей. В античные времена самыми известными центрами производства квасцов были греческие острова Лесбос и Милос. Долгое время в средневековую Европу квасцы поставляли из Египта и с Ближнего Востока; местное же производство началось в XV в. При этом, правда, квасцы часто путали с железным купоросом, тоже пррменявшимся при крашении, но дающим, однако более темную окраску или вообще другие цвета при крашении.
Большим прорывом в производстве квасцов стало применение в качестве сырья глинистых сланцев, крайне широко распрострвненных по всему миру. Глинистые сланцы содержат, наряду с углеродистыми соединениями, значительную примесь пирита. При их сжигании и последующем выветривании в поливаемых водой кучах происходит образование серной кислоты, которая дает сульфаты алюминия и железа. Чтобы получить из этой смеси квасцы, нужно добавить соли калия — например, поташ, или аммония, для чего обычно использовали протухшую мочу. В первом случае получались обычные алюмокалиевые квасцы, во втором алюмоамиачные NH4Al(SO4)2, пригодные для тех же целей. Сам смысл получения именно квасцов состоял в том, что квасцы очень хорошо кристаллизуются в чистом виде (вернее, в виде кристаллогидрата), что позволяло отделить примеси железа, мешаюшие окраске тканей.
С появлением дешевой серной кислоты в конце XVIII в квасцы оказалось возможным получать вообще из обычной глины. Для этого глину слегка прокаливали и заливали 40-50% серной кислотой, которая переводила содержащийся в глине алюминий в сульфат; кремний же оставался в виде нерастворимого диоксида. После фильтрования и упаривания из раствора получали квасцы обычным способом, добавляя соли калия. Но, взяв белую глину, не содержащую железа, можно не переводить алюминий в квасцы, а просто упарить раствор и получить достаточно чистый сульфат алюминия Al2(SO4)3, что еще удешевляет производство. В наши дни вместо квасцов обычно используют сульфат алюминия; к важным применениям, кроме известных с древности и продолжающим играть важнейшую роль в наши дни (крешение, дубление, очистка воды), добавилась, например, проклейка бумаги. Для этого в бумажную массу добавляют соли алюминия и канифольное мыло.
Полезной может быть способность сульфата алюминия разлагаться на оксид алюминия и серный ангидрид при прокаливании
Al2(SO4)3 = Al2O3 + 3SO3
Поглощая серный ангидрид водой (аналогично старому методу получения серной кислоты из сульфатов железа), можно регенерировать большую часть затраченной серной кислоты, и получать таким образом чистый оксид алюминия — один из лучших огнеупорных материалов.

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166364 Mon, 05 Jun 2023 07:26:53 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166364 Первый высокопрочный алюминий-цинковый сплав разработали в Японии в 1936 г, и держали этот материал в строгом секрете. Из такого сплава, превосходящего дюралюминий по прочности на 35%, изготавливали большинство элементов самолета Митцубиси Зеро, известного своими высокими летными характеристиками. В 1943 г американцы, проанализировав состав металла в сбитых японских самолетах, скопировали сплав, который сейчас известен как 7075. В СССР аналогичный сплав назвали В95.
7075 сплав содержит около 6% цинка, 1.5% меди, 2.5% магния и 0.2% хрома. После закалки и старения предел прочности доходит до 500-600 МПа. Единственный серьезный недостаток — малая теплостойкость, не выше 120 градусов.

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166361 Sun, 04 Jun 2023 17:51:23 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166361 В ответ на 4eshirkot.

В СССР собственное производство дюраля началось в 1922-1923 гг, на основе образцов фюзеляжа самолета Юнкерса. Производство организовали в Кольчугино, и сплав, отличающийся от немецкого прототипа добавкой 0.3% никеля, назвали кольчугалюминием. Правда, в 30-х годах от никеля отказались, и сплав стали называть дюралюминием Д1.
После войны, в ходе работ по копированию B-29, с учетом требования Сталиным полного копирования прототипа, также скопировали американский дюралюминий 2024, отличавшийся немного повышенным содержаниним магния. Свойства этого сплава оказались несколько лучше, чем у Д1, поэтому вскоре в СССР перешли на новый дюралюминий Д16, являющийся по сути копией 2024.

]]>
Автор: 4eshirkot http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/poluchenie-alyuminiya/comment-page-1/#comment-166360 Sun, 04 Jun 2023 17:50:23 +0000 http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/?p=1989#comment-166360 Чистый алюминий имеет крайне посредственные механические свойства (предел прочности лишь 80-90 МПа), и абсолютно непригоден в качестве конструкционного материала. Однако из алюминия можно получить множество сплавов, сочетающих в себе легкость и высокую прочность. Один из примеров таких сплавов — дюралюминий или дюраль.
Дюралюминий был открыт в самом начале XX в., когда Альфред Вильм, работавший на заводе Dürener Metallwerke AG в Дюрене, занимался поском алюминиевого сплава, пригодного для производства легких винтовочных гильз. Достаточно случайно в 1903 г Вильм обнаружил, что алюминиевый сплав с 4% меди, образцы которого он не успел промерять в конце недели, спустя выходные показал неожиданно высокую твердость. В 1906 г был получен патент на сплав, содержащий 3.5-4.5% меди и по 1% марганца и меди, а в 1909 г этот сплав начал производиться под названием дюралюминий. Сначала дюралюминий нашел применение при строительстве дирижаблей, а с 1916 г этот сплав нашел широчайшее применение в авиации и остается одним тз основных авиационных сплавов по сей день.
Высокая прочность алюминия связана с так называемым дисперсионным твердением. При нагреве выше 500 градусов медь в алюмини образует гомогенный раствор, который при резком охлаждении до комнатной температуры (закалка) остается в пересыщенном состоянии.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/Al-Cu-phase-diagram-partial-greek.svg
Однако этот раствор нестабилен, и в течение нескольких дней при комнатной температуре (естественное старение) или нескольких часов при повышенной температуре (искуственное старение) выпадают мелкодисперсные частицы интерметаллида CuAl2, что приводит в значительному повышению предела прочности и текучести (400-500 и 250-300 МПа соответственно). Вместе с невысоким удельным весом, менее 3 г/см3, это дает сплаву очень высокую удельную прочность.
Однако большая ложка дегтя состоит в том, что добавка меди сильно ускоряет коррозию. Поэтому дюралюминий требует защиты краской (в Германии в 20-30-х годах детали самолетов покрывали каменноугольным лаком), анодированием (этот метод разработали в Британии) или плакирования чистым алюминием (разработано в Америке).
Надо отметить, что дисперсионное твердение это вообще достаточно универсальный метод, нашедший впоследствие применение в большом числе других сплавов. Так, алюминиевые сплавы, содержащие 6-12% цинка, а также небольшие количества магния, марганца, меди и других легирующих элементов , обладают еще более высокими механическими свойствами, с пределом текучести более 700 МПа — выше, чем у многих закаленных сталей. Достаточно высокая твердость берилиевой бронзы и алюминиевых бронз, дополнительно легированных никелем, также являются следствием дисперсионного твердения после закалки и старения при повышенной температуре.

]]>