В.Н. Тихонов - Аналитическая химия Алюминия

А КЛДГ М11Я 11А У К СССР ОРДГН ! НЕНННЛ ННСТНТУТ ГЕОЕНННН Н ЛНЛННТННЕСЕОЙ КНМНН нм н. В, ВеинлТОЕОГО Серия «и!НА.ТИТР! ЧЕС1СЗЯ !'!!!1! ИД Э7Е Т!ЕДТОВа АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ АЛЮМИНИЯ В, Н. Тихоне в ИЗДАТ ЕЛЬСТ ВО еНАУ КАе Москва 1!!7! УДК 546.631:543,545 ОТ РЕДКОЛЛЕГИИ Главный редактор академик А.

П. Вин о г р ада в 2-3-5 308-1970 И) Серия «А нади гни ческая химия элемен товв Редакционная коллегия: И. П, Алимарин, А. И. Бусев, А. П. Виноградов, А. Н. Ермаков, Ю. А. Золотов, А. В. Карякин, П. Н. Палей, С. Б. Саввин, И. В. Тананаев, М. П. Волынец (ученый секретарь) Редактор тома»Аналитическая химия алюминия» А.

И. Бусев Адрес редколлегии: Москва, В-334, Воробьевское шоссе, 47а, Ордена Ленина Институт геохимии и аналитической химяи им. В. И. Вернадского Академии наук СССР Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР осуществляет издание серии монографий по аналитической химии отдельных элементов. Эта серия — «Аналитическая химия элементо⻠— составит около пятидесяти томов.

Потребность в подобного рода издании давно назрела. У нас накопился огромный опыт многочисленных лабораторий и теперь стало возможным и необходимым его подытожить. Таким образом, возникло настоящее издание — серия «Аналитическая химия элементов»,— которое осуществляется впервые. Аналитическая химия любогоэлемента него различных соединений в настоящее время представляется чрезвычайно разнообразной как вследствие сложности современных объектов исследования и широты диапазона концентраций, которые бывает необходимо определить, так и вследствие разнообразия использующихся методов.

В связи с этим для монографий был разработан общий план как в смысле содержания, так и последовательности изложения материала. В монографиях содержатся общие сведения о свойствах элементов и их соединений. Затем излагаются химические реакции, являющиеся основанием для аналитических целей. Методы как физические, так и физико-химические и химические излагаются применительно для количественного определения данного химического элемента, начиная с анализа сырья, далее типичных полупродуктов производства и, наконец, конечной продукции, металлов или сплавов, окисей, солей и других соединений и материалов. Как правило, приводятся принципы определения и, где это необходимо, дается точное описание всего процесса определения. Необходимое внимание уделяется быстрым методам анализа. Самостоятельное место занимает изложение методов определения так называемых элементов- примесей в чистых материалах.

Обращается внимание на точность и чувствительность методов в связи с общей тенденцией повышения чувствительности методов определенна следов элементов-примесей. Монографии содержат обширную литературу, доведенную до последних лет. Они рассчитаны на широкий круг химиков, в первую очередь химиков-аналитиков исследовательских институтов и заводских лабораторий, различных отраслей хозяйства, а также на химиков-преподавателей и студентов химических высших учебных заведений. К составлению монографий привлечены наши крупнейшие специалисты, имеющие опыт работы в области аналитической химии того или иного химического элемента. Отдельные тома серии «Аналитическая химия элементов» будут выходить самостоятельно, по мере их подготовки.

Вышли в свет монографии, посвященные торию, таллию, урану, рутению, молибдену, калию, бору, цирконию и гафнию, кобальту, плутонию, бериллию, никелю, редкоземельным элементам и иттрию, технецию, прометию, астатину и францию, ниобню и танталу, протактинию, галлию, фтору, алюминию, селену и теллуру. Готовятся к печати монографии по аналитической химии нептуния, кремния, германия, радия, золота и др. Мы обращаемся с просьбой ко всем читателям присьиать свои замечания и отзывы о монографиях. ПРЕДПСЛОВ11Г Алюминий определяют прп исследованиях разнообразных природных н промышленных объектов, при контроле производства, при анализе почв и т.

д. Задача аналитиков усложняется тем, что в связи с требованиями по повышению качества продукции приходится определять все меньшее и меньшее содержание алюминия в чистых металлах и в других материалах и поэтому нужны надежные высокочувствительные методы определения. Для успешного контроля технологического процесса часто возникает необходимость выполнять анализ быстро, при этом очень нужны эффективные методы маскирования мешающих элементов или быстрые методы их отделения. За последние 10 — 15 лет в аналитической химии алюминия достигнуты большие успехи.

Наиболее существенным достижением явилось использование для определения алюминия нового метода объемного анализа — комплексометрии. Лля фотометрического определения алюминия предложены новые высокочувствительные органические реагенты, разработаны разнообразные методы отделения алюминия от мешающих элементов. Число всех опубликованных работ по определению алюминия в настоящее время составляет несколько тысяч. В то же время имеется только одна работа, систематизировавшая все достигнутое в аналитической химии алюминия.

Это — монография Фишера и других, составляющая часть многотомного издания Фрезениуса и Яндера 17331. Эта монография, вышедшая в 1942 г., к сожалению, в значительной степени устарела. Монографии Р. Пршибила «Комплексоны в химическом анализе» 13471 и Е. Сендэла «Колориметрические методы определения следов металлов» [3601 содержат описание комплексометрических и фотометрических методов определения алюминия, но в них не попали многие очень важные методы, опубликованные за последние 8 — 10 лет. Используя опубликованную литературу и свой опыт работы, мы поставили целью систематизировать все известные методы определения алюминия, В монографии рассматриваются химические, физико-химические и физические методы определения алюминия, Наибольшее внимание уделено методам, позволяющим определять алюминий быстро, с минимальным числом операций отделения. К сожалению, не все из этих методов могут быть внедрены пока в лабораториях из-за отсутствия некоторых реагентов, но можно считать, что внедрение их есть лишь вопрос времени.

Из-за ограничения объема монографии пришлось сильно сократить раздел по физическим методам определения алюминия, который мог бы явиться предметом специальной монографии. В монографии использована литература, вышедшая до октября 1968 г. и частично — более поздняя; в списке литературы не приведены работы, потерявшие в настоящее время свое значение или же представляющие собой лишь повторение известных методов применительно к другим материалам. Автор выражает благодарность доктору химических наук профессору А. И. Бусеву за помощь в создании монографии и рецензентам — докторам химических наук П.

Я. Яковлеву и С. Б. Саввину за ряд ценных критических замечаний, которые позволили улучшить монографию, Автор Глава 1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ пдхождениЕ В пРИРОде Алюминий по распространенности в земной коре занимает третье место, Содержание его в литосфере, по А. П.

Виноградову, 8, 80%. В природе встречается исключительно в виде соединений. Алюминий входит в состав 270 минералов. Наиболее распространенные из них двойные силикаты (полевые шпаты, слюды и др.) и продукты их выветривания — глины. Из двойных силикатов важнейшие: калиевый полевой шпат или ортоклаз К [А1Я,О,), натриевый полевой шпат или альбит В[а [А1Я,О,[, кальциевый полевой шпат или анортит Са [А1,Я 0,[, плагиоклаз (изоморфные смеси кальциевого и натриевого полевых шпатов: олигоклаз, андезин, лабрадорит); слюды: биотит, мусковит, цинвальдит и лепидолит.

Близки к полевым шпатам нефелин [Ча [А!8!0,[ и лейцит К [А1Я,О,]. Известны двойные силикаты кальция и алюминия — цоизит, эридот и везувиан, двойной силикат магния и алюминия — кордиерит. Силикат алюминия А1,ЯО, встречается в виде минералов: кианита, силлиманита и андалузита. Из содержащих фтор алюмосиликатов можно отметить топаз А!,(ОН, Е),[Я041. Окись алюминия встречается в виде корунда и наждака. Важнейший источник получения алюминия — боксит — состоит из минералов бемита и диаспора А100Н и гидраргиллита (гиббсита) А1(ОН),. Важным минералом алюминия является также криолит Ыа,А!Р,. В табл.

1 представлены минералы, входящие в состав руд, используемых для получения металлического алюминия. Из руд основным сырьем для получения алюминия служат бокситы. Затем используются нефелиновые сиениты и их разновидности (уртиты„ силлиманитовые и кианитовые сланцы, алунитовые породы). При производстве металлического алюминия сначала из руд получают глинозем А!,О„который подвергают электролизу из рас твора в расплавленном криолите (6 — 8% А! О, и 92 — 94% На,А1Р,-). Таблица 1 Рудообразуощне минералы влихмниия [5051 Соиержанне Л! О Сопутствующие иииервзы Проиышлеи иое зиаееиие Минерал Формула Гндраргил- лит Диаспор, бемит, окислы железа Основная ру- зи для полу- чения вл о- чииия Бемит Гидрвргнллнт, диаспор, онислы железа, цеолиты То же Диаспор В бокситзх с гидрвргиллитом и бемнтом! в метаморфнческих породзх с корундзм, дистеном.

гемзтнтом, рутилом и др. о з Имеет огра! ничеииое значение Важное сырье для алюминия Алунит А1зЯОа Кнзнит (дистен) 63,1 Андзлузнт Силлимвнит А!зЯОз А!з5!Оз Нз (А)ЯО4) 63,1 То же 63,1 Нефелин 35,0 Имеет ограниченное значение Потенциальное сырье для влюмя ния Лейцит К (А!ЯзО,) 23,5 Кзолинит А !4 (Я40го)(ОН)з 39,5 В первые металлический алюминий получен Х. К. Эрстедом в 1825 г. Алюминий имеет очень важное значение для народного хозяйства. Сплавы на основе алюминия служат важнейшим конструкционным материалом для авиации. Алюминиевые сплавы используются также и в других отраслях промышленности.

Алюминий как легирующий компонент входит во многие важнейшие сплавы на основе ,т 8 А1 (О?1)з, (2 ага РезОз и (0,006ад Оз.,'Оз АЮОН, при- меси ЯО,, РеаОз, ОвзО4 А10ОН; (7 ой ЕезОз', (5% МпзОз, С О, , 4е4 ЯО, (и 10-за4 ОвзОз К А!в (504)т(ОН) в Гидрзргиллит, паолин, полевые шпвты щелочных металлов Андалузит, стввролит, корунд, турмалин, рутил и др.

Корунд, мусковит, диас- пор, пирофиллит и др. Андалузит, корунд, шпи- иель, кордиврит и др. Эгирит, зльбит, минро- клин, нвнкринит, сода- лит, цеолиты, сфен, иль- менит н др. Щелочные пироксены, не- фелин, ортоклвз, серицит Обычно образует моно- минеральные массы меди, магния, титана, никеля, цинка и железа. Алюминий применя- ется для раскисления стали и при алюмотермическом получении некоторых металлов. В настоящее время ежегодная мировая выра- ботка алюминия составляет около 5 млн. пг (без СССР). ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ Алюминий — серебристо-белый легкий металл, хороший проводник тепла н электричества, пластичен, легко поддается механической обработке. Его кристаллическая решетка относится к гранецентрированной кубической системе; период а = 4,0494 А.