Tìm hiểu về kim loại NHÔM

Chia sẻ: chungduykhiem90

Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí. Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc; nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ. Nó cũng không nhiễm từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thông thường.....

Bạn đang xem 10 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Tìm hiểu về kim loại NHÔM

 

  1. NHÔM – AL – ALUMINIUM Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM GVHD: GVC Ths. PHẠM XUÂN HỔ SVTH: Lê Bảo Toàn - 08101146 Chung Duy Khiêm - 08101063 Tổng quát – nhôm ● Tên: Nhôm. ● KHH: Al – vị trí: 13. ● KLNT: 27 dvC. ● Phân loại: kim loại yếu. ● Khối lượng riêng: 2.7g/cm3. ● Độ cứng: 3.0. ● Bề ngoài: trắng sáng nhìn như bạc. ● Khả năng dẫn điện: đứng thứ 4 sau: Bạc ( Ag), Đồng (Cu), Vàng(Au). ● Một số hình ảnh của nhôm:
  2. NỘI DUNG Lịch sử.  Nguồn gốc gọi tên.  Sơ lược thuộc tính của nhôm.  Hợp chất của nhôm.  Hợp kim của nhôm.  Các đồng vị của kim loại nhôm.  Các trạng thái oxi hóa của kim loại nhôm.  Tác hại của nhôm đối với con người và vật dụng.  Ứng dụng của kim loại nhôm.  Sự phổ biến và điều chế kim loại nhôm.   LỊCH SỬ … Plini Bố có kể lại một sự kiện lý thú từng xảy ra gần hai ngàn năm về trước. Một hôm, một người lạ đến gặp hoàng đế La Mã Tibêri. Người đó mang tặng hoàng đế một cái chén do chính mình làm ra từ một thứ kim loại lấp lánh như bạc, nhưng lại rất nhẹ. Người thợ nói rằng, anh ta lấy được thứ kim loại mà chưa ai biết này từ đất sét. Có lẽ Tibêri ít khi bận tâm biết ơn ai, và ông ta cũng là một hoàng đế thiển cận. Sợ rằng, thứ kim loại mới với những tính chất tuyệt vời của nó sẽ làm mất hết giá trị của đống vàng và bạc đang cất giữ trong kho, nên vị hoàng đế này đã ra lệnh chém đầu người phát minh và phá tan xưởng của anh ta để từ đấy về sau không còn ai dám sản xuất thứ kim loại “nguy hiểm” ấy nữa. … Mãi đến thế kỷ XVI, tức là khoảng một ngàn năm trăm năm về sau, lịch sử của nhôm mới được ghi thêm một trang mới. Vị y sự kiêm nhà vạn vật học đầy tài năng người Đức là Philip Aureon Teofrat Bombat Fôn Hôhengây (Philippus Aureolus Theophratus Bombastus Von Hohenheim) - người đã đi vào lịch sử với biệt danh là Paratxen, đã làm được điều đó. Khi nghiên cứu các chất và các khoáng vật khác nhau trong đó có cả các loại phèn, nhà bác học này đã xác định được rằng, chúng là “muối của một loại đất chứa phèn nào đó” mà thành phần của nó có chứa oxit của một kim loại chưa ai biết; các dân tộc cổ xưa đã dùng một loại chất khoáng mà họ gọi là “Alumen”, nghĩa là “làm săn sợi” để giữ màu khi nhuộm vải. Chất khoáng này chính là phèn.
  3. … Vào khoảng thế kỷ thứ VIII - IX, phèn đã được dùng để nhuộm vải, để thuộc da cừu, da dê ở nước Nga cổ xưa. Thời trung cổ, một số xưởng sản xuất phèn đã hoạt động ở châu Âu. … Năm 1754, nhà hóa học người Đức là Anđrêat Xighizmunđơ Macgrap (Andreas Sigismund Marggaf) đã tách được thứ “đất chứa phèn” mà Paratxen đã nói đến từ hai trăm năm trước đó. Phải qua mấy chục năm nữa, nhà bác học người Anh là Hanfri Đêvi (Humphry Davy) mới thử tìm cách tách thứ kim loại ẩn náu trong phèn. Năm 1807, bằng cách điện phân các chất kiềm, ông đã phát hiện ra natri và kali, nhưng ông chưa phân giải được đất phèn bằng dòng điện như thế. Mấy năm, nhà bác học người Thụy Điển là Iuên Iacop Becxêliut (Jons Jakob Berxelius) cũng bắt tay vào những cuộc thử nghiệm như vậy, song công cuộc của ông không thu được kết quả. Mặc dầu vậy, các nhà bác học vẫn quyết định đặt tên cho kim loại “bất trị” này: lúc đầu, Becxêliut gọi nó là alumium, và về sau, Đêvi đã đổi alumium thành aluminium (nhôm). … Năm 1825, Nhà bác học người Đan Mạch Hans Khrixtian Ecxtet (Hans Christian Oersted) là người đầu tiên chế được nhôm kim loại giống như người thợ vô danh thời cổ La Mã. … Hai năm sau, một nhà hóa học Đức trẻ tuổi nhưng đã nổi tiếng, tên là Friđric Vuêle (Friederich Wohler) đã đến Côpenhaghen để gặp Ecxtet. Ecxtet cho Vuêle biết là ông không định tiếp tục các thí nghiệm điều chế nhôm nữa. Thế là sau khi trở về nước Đức, Vuêle đã lao ngay vào nghiên cứu vấn đề này - một vấn đề mà ông quan tâm từ lâu. Chỉ đến cuối năm 1827, ông đã công bố phương pháp điều chế kim loại mới này của mình. Sự thực thì phương pháp của Vuêle chỉ cho phép tách được nhôm ở dạng hạt có độ lớn không bằng đầu kim băng, nhưng nhà bác học đã tiếp tục làm thực nghiệm cho đến khi hoàn chỉnh các phương pháp điều chế nhôm ở dạng khối đặc. Ông phải mất ... mười tám năm vào việc đó. … Năm 1855, tại cuộc Triển lãm quốc tế ở Pari, người ta đã trưng bày "bạc lấy từ đất sét" làm chấn động dư luận. Đó là những tấm và thỏi nhôm do nhà bác học kiêm nhà công nghiệp người Pháp Hăngri Etien Xanh -Cle Đêvi (Henri Etienne Sainte Claire Deville) chế tạo ra. … Charles Martin Hall nhận được bằng sáng chế (số 400655) năm 1886, về quy trình điện phân để sản xuất nhôm. Henri Saint-Claire Deville (Pháp) đã hoàn thiện phương pháp của Wöhler (năm 1846) và thể hiện nó trong cuốn sách năm 1859 với hai cải tiến trong quy trình là thay thế kali thành natri và hai thay vì một (chlorure)??. Phát minh của quy trình Hall-Héroult năm 1886 đã làm cho việc sản xuất nhôm từ khoáng chất trở thành không đắt tiền và ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
  4. … Nước Đức trở thành nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới sau khi Adolf Hitler lên nắm quyền. Tuy nhiên, năm 1942, những nhà máy thủy điện mới như Grand Coulee Dam đã cho phép Mỹ những thứ mà nước Đức quốc xã không thể hy vọng cạnh tranh: khả năng sản xuất đủ nhôm để có thể sản xuất 60.000 máy bay chiến đấu trong bốn năm.  Nguồn gốc gọi tên Từ tiếng la tinh "alumen" , "aluminis" nghĩa là sinh ra phèn.  Bảng thuộc tính của nhôm
  5.  Thuộc tính Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí. Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc; nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ. Nó cũng không nhiễm từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thông thường.  Hợp chất của nhôm
  6. Nhôm oxit Al2O3 • Nhôm oxit là chất rắn, màu trắng, không tan và không tác dụng với nước. Nóng chảy ở nhiệt độ rất cao ( trên 2000 độ C ). • Trong vỏ trái đất, Al2O3 tồn tại dưới dạng: • Tinh thể Al2O3 khan là những đá quý, rất cứng, phản xạ ánh sáng tốt và có màu sắc đẹp: corinđon là tinh thể Al2O3 trong suốt, không màu; rubi (hồng ngọc) màu đỏ, saphia màu xanh, chúng là những tinh thể có lẫn dấu vết của những oxit kim loại khác nhau. • Quặng nhôm là Al2O3 không nguyên chất.
  7.  Về tính chất hóa học: • Al2O3 là hợp chất bền Nhôm tác dụng với oxit tạo ra nhôm oxit là hợp chất ion, phản ứng tỏa rất nhiều nhiệt.Điều này cho thấy: Al2O3 là hợp chất ion rất bền vững, nóng chảy ở nhiệt độ trên 2000 độ Cmà không bị phân hủy. Sự khử Al2O3 để có nhôm là rất khó khăn ( không thể dùng những chất khử thường như H2, C, CO ở bất cứ nhiệt độ nào ) • Al2O3 là hợp chất lưỡng tính Khi tác dụng với axit mạnh,Al2O3 có tính chất của oxit bazơ: Al2O3 + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2O Khi tác dụng với dung dịch bazơ,Al2O3 có tính chất của oxit axit: Al2O3 +2NaOH -> 2NaAlO2 + H2O Tinh thể nhôm oxit trong suốt không màu hoặc có màu, một phần dùng làm đồ nữ trang, một phần dùng chế tạo các chi tiết trong các ngành kĩ thuật chính xác, như chân kính đồng hồ, máy phát laze... Nhôm oxit lẫn tạp chất có độ rắn cao, được dùng làm vật liệu mài ( đá mài, bột giấy ráp, bột đánh bóng...) Nhôm hiđroxit Al(OH)3 • Trong nước, nhôm hiđroxit là chất kết tủa keo, màu trắng. Điều chếAl(OH)3 bằng phản ứng trao đổi giữa muối nhôm với dung dịch bazơ: Al3+ 3OH- ->Al(OH)3 • Al(OH)3 là hợp chất kém bền Nung nóng nhôm hiđroxit được nhôm oxit khan: 2Al(OH)3 -> Al2O3 + 3H2O • Al(OH)3 là hợp chất lưỡng tính Cho một ít nhôm hiđroxit vào cốc nước, nhỏ vài giọt dung dịch HCL hoặc H2SO4 loãng vào kết tủa, kết tủa tan. Al(OH)3 + NaOH -> NaAlO2 +2H2O Al(OH)3 + OH- -> AlO2- + 2H2O Công thức của nhôm hiđroxit có thể viết dưới dạng HAlO2.H2O trong phản ứng này, nhôm hiđroxit đã cho proton, nó có tính chất của axit: HAlO2.H2O + OH- -> AlO2- + 2H2O Khi tác dụng với dung dịch bazơ, Al(OH)3 có tính chất của axit. Muối natri aluminat chỉ tồn tại trong dung dịch, nó là muối của axit meta
  8. aluminic HAlO2.H2O. Axit này cũng chính là nhôm hiđroxit. Thực tế, nhôm được coi như không tác dụng với nước. Nhưng nhôm bị hòa tan dễ dàng trong dung dịch bazơ mạnh ( nồng độ càng lớn, nhiệt độ càng cao thì sự hòa tan càng nhanh ). Muối nhôm • Nhôm sunfat Muối nhôm sunfat có nhiều ứng dụng là muối kép kali và nhôm ngậm nước (có tên phèn chua): K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O hoặc có thể viết gọn là KAl(SO4)2.12H2O. Muối này được dùng trong ngành thuộc dao động, công nghiệp giấy, chất cầm màu trong ngành nhuộm vải, chất làm trong nước đục... • Nhôm clorua AlCl3 Muối nhôm clorua dùng làm chất xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu mỏ và tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ.  Hợp kim của nhôm Hợp kim của nhôm là hợp kim của nhôm với các các nguyên tố khác như: đồng, thiếc, mangan, silic, magiê. • Hợp kim đuyra Hợp chất quan trọng nhất của nhôm là đuyra. Thành phần có : 94% Al, 4% Cu, còn lại là các nguyên tố Mn,Mg,Si.... Hợp kim này có độ bền hơn nhôm 4 lần ( gần bằng độ bền của thép), có tỉ khối xấp xỉ 27.5g/cm3. Đuyra được dùng nhiều trong công nghiệp chế tạo máy bay, ôtô, xe lửa...
  9. • Hợp kim silumin Thành phần chính của silumin là Al và Si ( 10 đến 14% Si). Hợp kim có ưu điểm nhẹ, bền và rất ăn khuôn (thể tích dãn nợ khi nhiệt độ giảm). Silumin được dùng để đúc một số bộ phận của máy móc. • Hợp kim almelec Hợp kim almelec có chứa đến 98,5 % nhôm, còn lại là Mg, Si, Fe. Hợp kim này có ưu điểm là điện trở nhỏ, dai và bền hơn nhôm. Almelec dùng để chế tạo dây cáp dẫn điện cao thế thay cho đồng là kim loại qúy hiếm và nặng. • Hợp kim electron Thành phần chính của hợp kim electron là magie ( 83,3%) nhôm (10,5%), còn lại là kẽm và mangan.Electron có những ưu điểm là nhẹ ( có khối lượng riêng 1.75g/cm3 , bằng 0,65 lần so với nhôm), rất bề về mặt cơ học ( bền hơn thép) chịu được sự va chạm và sự thay đổi nhiệt độ trong giới hạn và đột ngột. Electron dùng để chế tạo tàu vũ trụ, vệ tinh nhân tạo...  Tính chất:  Khối lượng riêng nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm và hợp kim nhôm chỉ nặng bằng 1/3 thép, đó là tính chất đặc biệt được chú trọng khi các thiết bị cần chế tạo phải chú trọng đến trọng lượng (trong ngành hàng không, vận tải...).  Tính chống ăn mòn trong khí quyển: Do đặc tính ôxy hoá của nó đã biến lớp bề mặt của nhôm thành ôxít nhôm (Al2O3) rất xít chặt và chống ăn mòn cao trong khí quyển, do đó chúng có thể dùng trong đa ngành mà không cần sơn bảo vệ. Để tăng tính chống ăn mòn, người ta đã làm cho lớp ô xít nhôm bảo vệ dày thêm bằng cách anot hoá.  Tính dẫn điện: Tính dẫn điện của nhôm bằng 2/3 của đồng (kim loại), nhưng do nhôm nhẹ hơn nên chúng được sử dụng nhiều hơn bởi nếu cùng truyền một dòng điện thì dây nhôm nhẹ hơn bằng 1/2; ít bị nung nóng hơn...  Tính dẻo: Rất dẻo, nên rất thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng, màng, ép chảy thành các thanh có biến dạng đặc biệt (dùng cho khung cửa, các loại tản nhiệt...rất thuận tiện khi sản xuất).
  10.  Nhiệt độ nóng chảy: Tương đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy khi đúc, nhưng cũng làm nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng được ở nhiệt độ cao hơn 300-400 độ C.  Độ bền, độ cứng: Thấp.  Phân loại: • Hợp kim nhôm biến dạng: Được chia làm hai loại là hợp kim nhôm biến dạng hoá bền được bằng nhiệt luyện và hợp kim nhôm biến dạng không hoá bền được bằng nhiệt luyện. • Hợp kim nhôm đúc là các loại hợp kim với khoảng Si rộng (5-20%) và có thêm Mg (0,3-0,5%) để tạo pha hoá bền Mg2Si nên các hệ Al- Si-Mg phải qua hoá bền. Cho thêm Cu (3-5%) vào hệ Al-Si-Mg để cải thiện cơ tính và có tính đúc tốt do có các thành phần gần với cùng tin Al-Si-Cu nên được sử dụng trong đúc piston (AA390.0), nắp máy của động cơ đốt trong.  Đồng vị của kim loại nhôm Nhôm có 9 đồng vị, số Z của chúng từ 23 đến 30. Chỉ có Al-27 (đồng vị ổn định) và Al-26 (đồng vị phóng xạ, t1/2 = 7,2 × 105 năm) tìm thấy trong tự nhiên, tuy nhiên Al-27 có sự phổ biến trong tự nhiên là 100%. Al-26 được sản xuất từ agon trong khí quyển do va chạm sinh ra bởi các tia vũ trụ proton. Các đồng vị của nhôm có ứng dụng thực tế trong việc tính tuổi của trầm tích dưới biển, các vết mangan, nước đóng băng, thạch anh trong đá lộ thiên, và các thiên thạch. Tỷ lệ của Al-26 trên beryli-10 được sử dụng để nghiên cứu vai trò của việc chuyển hóa, lắng đọng, lưu trữ trầm tích, thời gian cháy và sự xói mòn trong thang độ thời gian 105 đến 106 năm (về sai số). Al-26 nguồn gốc vũ trụ đầu tiên được sử dụng để nghiên cứu Mặt Trăng và các thiên thạch. Các thành phần của thiên thạch, sau khi thoát khỏi nguồn gốc của chúng, trong khi chu du trong không gian bị tấn công bởi các tia vũ trụ, sinh ra các nguyên tử Al-26. Sau khi rơi xuống Trái Đất, tấm chắn khí quyển đã bảo vệ cho các phần tử này không sinh ra thêm Al-26, và sự phân rã của nó có thể sử dụng để xác định tuổi trên trái đất của các thiên thạch này. Các nghiên cứu về thiên thạch cho thấy Al-26 là tương đối phổ biến trong thời gian hình thành hệ hành tinh của chúng ta. Có thể là năng lượng được giải phóng bởi sự phân rã Al-
  11. 26 có liên quan đến sự nấu chảy lại và sự sai biệt của một số tiểu hành tinh sau khi chúng hình thành cách đây 4,6 tỷ năm.  Các trạng thái oxi hóa của kim loại nhôm  Trạng thái ôxi hóa 1 AlH được điều chế khi nhôm bị nung nóng ở nhiệt độ 1500 °C trong • hiđrô. Al2O được điều chế bằng cách nung nóng ôxít thông thường, Al2O3, • với silic ở nhiệt độ 1800 °C trong chân không. Al2S được điều chế bằng cách nung nóng Al2S3 với vỏ nhôm ở nhiệt • độ 1300 °C trong chân không. Nó nhanh chóng bị chuyển thành các chất ban đầu. Selenua được điều chế tương tự. AlF, AlCl và AlBr tồn tại trong pha khí khi ba halua được nung nóng • cùng với nhôm.  Trạng thái ôxi hóa 2 Subôxít nhôm, AlO có thể được tồn tại khi bột nhôm cháy trong ôxy. •  Trạng thái ôxi hóa 3 Quy tắc Fajans chỉ ra rằng cation hóa trị ba Al3+ là không được mong • chờ tìm thấy trong các muối khan hay trong các hợp chất nhị phân như Al2O3. Hiđrôxít nhôm là một bazơ yếu và muối nhôm của các axít yếu, chẳng hạn như cacbonat, không thể tạo ra. Muối của các axít mạnh, chẳng hạn như nitrat, là ổn định và hòa tan trong nước, tạo thành các hiđrat với ít nhất sáu phân tử nước kết tinh. Hiđrua nhôm, (AlH3)n, có thể sản xuất từ trimêthyl nhôm và hiđrô dư • thừa. Nó cháy kèm nổ trong không khí. Nó cũng có thể được điều chế bằng phản ứng của clorua nhôm trên hiđrua liti trong dung dịch ête, nhưng không thể cô lập thành dạng tự do từ dung dịch. Cacbua nhôm, Al4C3 được sản xuất bằng cách nung nóng hỗn hợp hai • nguyên tố trên 1.000 °C. Các tinh thể màu vàng nhạt có cấu trúc lưới
  12. phức tạp,và phản ứng với nước hay axít loãng tạo ra mêtan. Axêtylua, Al2(C2)3, được điều chế bằng cách cho axêtylen đi qua nhôm nóng. Nitrua nhôm, AlN, có thể được sản xuất từ các nguyên tố ở nhiệt độ • 800 °C. Nó bị thủy phân bởi nước tạo ra amôniắc và hiđrôxít nhôm. Phốtphua nhôm, AlP, được sản xuất tương tự, và bị thủy phân thành • phốtphin (PH3). Ôxít nhôm, Al2O3, tìm thấy trong tự nhiên như là corunđum, và có thể • điều chế bằng cách đốt nóng nhôm với ôxy hay nung nóng hiđrôxít, nitrat hoặc sulfat. Như là một loại đá quý, độ cứng của nó chỉ thua có kim cương, nitrua bo và cacborunđum. Nó gần như không hòa tan trong nước. Hiđrôxít nhôm có thể được điều chế như là một chất kết tủa dạng • gelatin bằng cách cho thêm amôniắc vào trong dung dịch của các muối nhôm. Nó là lưỡng tính, vừa là bazơ yếu vừa là axít yếu, có thể tạo ra các muối aluminat với kim loại kiềm. Nó tồn tại trong các dạng tinh thể khác nhau. Sulfua nhôm, Al2S3, có thể điều chế bằng cách cho sulfua hiđrô đi qua • bột nhôm. Nó là một chất đa hình. Florua nhôm, AlF3, có thể điều chế bằng cách cho hai nguyên tố tác • dụng với nhau hay cho hiđrôxít nhôm tác dụng với HF. Nó tạo thành phân tử lớn, bay hơi không qua pha nóng chảy ở nhiệt độ 1.291 °C (thăng hoa). Nó là một chất rất trơ. Các trihalua khác là các chất dime, có cấu trúc cầu nối. Các hợp chất hữu cơ của nhôm có công thức chung AlR3 tồn tại và nếu • không phải là các phân tử lớn, thì là các chất dime hay trime. Chúng được sử dụng trong tổng hợp chất hữu cơ, ví dụ trimêtyl nhôm. Các chất alumino-hyđrua của phần lớn các nguyên tố có khả năng tích • điện dương đã được biết, trong đó có giá trị nhất là hiđrua nhôm liti, Li[AlH4]. Khi bị đốt nóng, nó phân hủy thành nhôm, hiđrô và hiđrua liti, nó bị thủy phân trong nước. Nó có nhiều ứng dụng trong hóa hữu cơ. Các alumino-halua [AlR4] có cấu trúc tương tự.  Tác hại của nhôm đối với con người và vật dụng Nhôm là một trong ít các nguyên tố phổ biến nhất mà không có chức năng có ích nào cho các cơ thể sống, nhưng có một số người bị dị ứng với nó — họ bị các chứng viêm da do tiếp xúc với các dạng khác nhau của nhôm: các vết ngứa do sử dụng các chất làm se da hay hút mồ hôi (phấn rôm), các rối loạn tiêu hóa và giảm hay mất khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng từ thức ăn nấu trong các nồi nhôm, nôn mửa hay các triệu chứng khác của ngộ độc nhôm do ăn (uống) các sản phẩm như Kaopectate® (thuốc chống ỉa chảy), Amphojel® và Maalox® (thuốc chống chua).
  13. Đối với những người khác, nhôm không bị coi là chất độc như các kim loại nặng, nhưng có dấu hiệu của ngộ độc nếu nó được hấp thụ nhiều, mặc dù việc sử dụng các đồ nhà bếp bằng nhôm (phổ biến do khả năng chống ăn mòn và dẫn nhiệt tốt) nói chung chưa cho thấy dẫn đến tình trạng ngộ độc nhôm. Việc tiêu thụ qua nhiều các thuốc chống chua chứa các hợp chất nhôm và việc sử dụng quá nhiều các chất hút mồ hôi chứa nhôm có lẽ là nguồn duy nhất sinh ra sự ngộ độc nhôm. Người ta cho rằng nhôm có liên quan đến bệnh Alzheimer, mặc dù các nghiên cứu gần đây đã bị bác bỏ. Cần cẩn thận để không cho nhôm tiếp xúc với một số chất hóa học nào đó có khả năng ăn mòn nó rất nhanh. Ví dụ, chỉ một lượng nhỏ thủy ngân tiếp xúc với bề mặt của miếng nhôm có thể phá hủy lớp ôxít nhôm bảo vệ thông thường có trên bề mặt các tấm nhôm. Trong vài giờ, thậm chí cả một một cái xà có cấu trúc nặng nề có thể bị làm yếu đi một cách rõ rệt. Vì lý do này, các loại nhiệt kế thủy ngân không được phép trong nhiều sân bay và hãng hàng không, vì nhôm là thành phần cấu trúc cơ bản của các máy bay.  Ứng dụng của kim loại nhôm Tính theo cả số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, trừ sắt, và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhưng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố như đồng, kẽm, magiê, mangan và silic. Khi được gia công cơ-nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể.
  14. Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay • và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng. Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh • nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhờ vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện từ của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp. Ôxít nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum, • emery, ruby và saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Ruby và saphia tổng hợp được sử dụng trong các ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa. Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ • cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị. Trên thực tế, gần như toàn bộ các loại gương hiện đại được sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy tinh. Các gương của kính thiên văn cũng được phủ một lớp mỏng nhôm, nhưng là ở mặt trước để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổn thương. Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của • phương tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, toa xe tàu hỏa, tàu biển, v.v.) Đóng gói (can, giấy gói, v.v) • Xử lý nước • Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván, v.v; tuy nhiên nó đã đánh mất vai trò chính • dùng làm dây dẫn phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người sử dụng.) Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp, v.v) •
  15. Các đường dây tải điện (mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của • đồng, nó nhẹ hơn nếu tính theo khối lượng và rẻ tiền hơn) Chế tạo máy móc. • Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép • MKM và các nam châm Alnico. Nhôm siêu tinh khiết (SPA) chứa 99,980% - 99,999% nhôm được sử dụng • trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD. Nhôm dạng bột thông thường được sử dụng để tạo màu bạc trong sơn. • Các bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ — khi khô đi, các bông nhôm sẽ tạo ra một lớp kháng nước rất tốt. Nhôm dương cực hóa là ổn định hơn đối với sự ôxi hóa, và nó được sử • dụng trong các lĩnh vực khác nhau của xây dựng. • • Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của các máy tính hiện đại được sản • xuất từ nhôm vì nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao. Ôxít nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum, • emery, ruby và saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Ruby và saphia tổng hợp được sử dụng trong các ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa. Sự ôxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu rắn • cho tên lửa, nhiệt nhôm và các thành phần của pháo hoa.
  16.  Sự phổ biến và điều chế kim loại nhôm Mặc dù nhôm là nguyên tố phổ biến trong vỏ Trái Đất (8,1%), nó lại hiếm trong dạng tự do và đã từng được cho là kim loại quý có giá trị hơn vàng (Người ta nói rằng Napoleon III của Pháp có các bộ đồ ăn bằng nhôm dự phòng cho những người khách quý nhất của ông. Những người khách khác chỉ có bộ đồ ăn bằng vàng). Vì thế nhôm là kim loại tương đối mới trong công nghiệp và được sản xuất với số lượng công nghiệp chỉ khoảng trên 100 năm. Nhôm khi mới được phát hiện là cực kỳ khó tách ra khỏi các loại đá có chứa nó. Vì toàn bộ nhôm của Trái Đất tồn tại dưới dạng các hợp chất nên nó là kim loại khó nhận được nhất. Lý do là nhôm bị ôxi hóa rất nhanh và ôxít nhôm là một hợp chất cực kỳ bền vững, không giống như gỉ sắt, nó không bị bong ra. Sự tái chế nhôm từ các phế thải đã trở thành một trong những thành phần quan trọng của công nghiệp luyện nhôm. Việc tái chế đơn giản là nấu chảy kim loại, nó rẻ hơn rất nhiều so với sản xuất từ quặng. Việc tinh chế nhôm tiêu hao nhiều điện năng; việc tái chế chỉ tiêu hao khoảng 5% năng lượng để sản xuất ra nó trên cùng một khối lượng sản phẩm. Mặc dù cho đến đầu thập niên 1900, việc tái chế nhôm không còn là một lĩnh vực mới. Tuy nhiên, nó là lĩnh vực hoạt động trầm lắng cho đến tận những năm cuối thập niên 1960 khi sự bùng nổ của việc sử dụng nhôm để làm vỏ của các loại đồ uống, kể từ đó việc tái chế nhôm được đưa vào trong tầm chú ý của cộng đồng. Các nguồn tái chế nhôm bao gồm ô tô cũ, cửa và cửa sổ nhôm cũ, các thiết bị gia đình cũ, contenơ và các sản phẩm khác. Mỏ bauxit và công nghiệp nhôm Nhôm tự nhiên trong quặng ở ba dạng khoáng vật: • Boehmite, mono hydrat alumin Al2O3(H2O), ở các nước có khí hậu kiểu Địa Trung Hải như Pháp, Hy Lạp, Thổ Nhĩ Kỳ,… • Gibbstite, tri hydrat alumin Al2O3(H2O)3, ở các nước nhiệt đới như Guinea, Nam Mỹ, Ấn Độ, Australia,... • Và diaspore, một dạng mono hydrat và tri hydrat, ở các nước vùng Caribbean. Đa số những mỏ bauxite ở gần mặt đất và được khai thác lộ thiên. Sau khi được hiệu chỉnh trong suốt thế kỷ thứ XIX, công nghệ chế biến nhôm từ bauxit thành nhôm bây giờ đã ổn định
  17. Quy trình bayer chế biến alumin từ bauxit Nhôm là một kim loại hoạt động và rất khó phân lập nó ra từ quặng, ôxít nhôm (Al2O3). Việc khử trực tiếp, ví dụ với cacbon, là không kinh tế vì ôxít nhôm có điểm nóng chảy cao (khoảng 2.000 °C). Vì thế, nó được tách ra bằng cách điện phân – ôxít nhôm được hòa tan trong cryôlit nóng chảy và sau đó bị khử bởi dòng điện thành nhôm kim loại. Theo công nghệ này, nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp chỉ còn khoảng 950-980 °C. Cryôlit nguyên thủy được tìm thấy như một khoáng chất ở Greenland, nhưng sau đó được thay thế bằng cryôlit tổng hợp. Cryôlit là hỗn hợp của các florua nhôm, natri và canxi (Na3AlF6). Ôxít nhôm trong dạng bột màu trắng thu được từ quặng bôxít tinh chế, quặng này có màu đỏ vì chứa khoảng 30-40% ôxít sắt. Nó được tinh chế theo công nghệ Bayer. Quy trình diễn biến như sau:  Hoà tan hydrat alumin của bauxit trong một dung dịch hydroxyd natri NaOH ở nhiệt độ 200/2500C để tạo ra aluminat natri NaAlO2. Lọc những dung dịch để loại bùn đỏ chứa những chất bẩn, chủ yếu gồm  bởi những oxyd chứa trong quặng bauxit. Chờ cho dung dịch nguội để cho aluminat natri trở lại dạng hydrat alumin  và kết tủa. Lọc một lần nữa để hoàn nguyên hydroxyd natri.  Nung hydrat alumin để có alumin Al2O3. 
  18. Trước khi có công nghệ này, công nghệ được sử dụng là công nghệ Deville Công nghệ điện phân thay thế cho công nghệ Wöhler, là công nghệ khử clorua nhôm khan với kali. Các điện cực trong điện phân ôxít nhôm làm từ cacbon. Khi quặng bị nóng chảy, các ion của nó chuyển động tự do. Phản ứng tại catốt mang điện âm là: Al3+ + 3e- → Al Ở đây các ion nhôm bị biến đổi (nhận thêm điện tử). Nhôm kim loại sau đó chìm xuống và được đưa ra khỏi lò điện phân. Tại cực dương (anốt) ôxy dạng khí được tạo thành: 2O2- → O2 + 4e- Cực dương cacbon bị ôxi hóa bởi ôxy. Cực dương bị hao mòn dần và phải được thay thế thường xuyên, do nó bị tiêu hao do phản ứng: O2 + C → CO2 Ngược lại với anốt, các catốt gần như không bị tiêu hao trong quá trình điện phân do không có ôxy ở gần nó. Catốt cacbon được bảo vệ bởi nhôm lỏng trong lò. Các catốt bị ăn mòn chủ yếu là do các phản ứng điện hóa. Sau 5-10 năm, phụ thuộc vào dòng điện sử dụng trong quá trình điện phân, các lò điện phân cần phải sửa chữa toàn bộ do các catốt đã bị ăn mòn hoàn toàn. Người ta khử oxy của alumin bằng phương pháp điện phân Heroult Hall (tên hai người sáng chế ra phương pháp này). Alumin chảy lỏng ở nhiệt độ 2.200 C. Để giảm nhiệt độ chảy lỏng xuống còn 950/1.000 C người ta trộn alumin với cryolith Na3AlF6 và một phần fluorid nhôm AlF3. Dưới điện thế 4 volt và 350.000 ampere, alumin được khử oxy và nhôm chảy lỏng được hút ra ngoài thùng điện phân và đúc thành thỏi thương phẩm
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản