В составе какой горной породы содержится алюминия максимально

Алюминий — очень редкий минерал семейства меди-купалита подкласса металлов и интерметаллидов класса самородных элементов. Преимущественно в виде микроскопических выделений сплошного мелкозернистого строения. Может образовывать пластинчатые или чешуйчатые кристаллы до 1 мм., отмечены нитевидные кристаллы длиной до 0,5 мм. при толщине нитей несколько мкм. Лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке.

СТРУКТУРА

Кристаллическая решетка алюминия — гранецентрированный куб, которая устойчива при температуре от 4°К до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, т.е. его строение постоянно. Элементарная ячейка состоит из четырех атомов размером 4,049596×10-10 м; при 25 °С атомный диаметр (кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86×10-10 м, а атомный объем 9,999×10-6 м3/г-атом.
Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки. Алюминий обладает большой химической активностью, энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В. В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10-5 см), но прочной пленкой оксида алюминия А1203, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na, Mg, Ca, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются.

СВОЙСТВА

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью, парамагнетик. Температура плавления 660°C. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14%.
Современный метод получения, процесс Холла—Эру был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии, и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико. Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл: полевые шпаты; бокситы; граниты; кремнезем; алюмосиликаты; базальты и прочие. В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов. Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.

ПРИМЕНЕНИЕ

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость. Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем.
Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так, Наполеон III заказал алюминиевые пуговицы, а Менделееву в 1889 г. были подарены весы с чашами из золота и алюминия. Мода на ювелирные изделия из алюминия сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.

Алюминий (англ. Aluminium) — Al

КЛАССИФИКАЦИЯ

Hey’s CIM Ref1.21

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Плеохроизмне плеохроирует

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Алюминиевые, железистые (железные) и марганцевые породы

Алюминиевые, железистые (железные) и марганцевые породы рассматриваются совместно, исходя из того, что они взаимосвязаны единством климатических условий, необходимых для их формирования. Н.М. Страхов назвал эти породы триадой, которая служит надежным индикатором гумидных условий палеоклимата в противоположность эвапоритам, которые в парагенезе с пестроцветными карбонатно-терригенными толщами, содержащими рудопроявления Cu-Pb-Zn, свойственны только аридным климатическим обстановкам.

Алюминиевые породы

Алюминиевые (глиноземистые) породы – это исключительно экзогенные образования с пелитоморфными, бобовыми (оолитовыми), реже обломочными структурами, состоящие более чем на 50% из минералов свободного глинозема(диаспора и бемита AlO(OH), гиббсита (гидраргиллита) Al(OH)3), а также алюмосиликатов (каолинита, галлуазита, бертьерина и др.), гидроксидов и оксидов железа (гетита, гидрогетита, гематита) и, меньше, титана (анатаза, рутила и др.). Все минералы алюминия и железа присутствуют в тонкодисперсном состоянии, поэтому диагностируются в результате лабораторных исследований. Их главные представители: аллиты – по Г. Гарросовцу (1926), бокситы – по Бертье (1820), латериты – по Ф. Бьюкенену (1807).

Содержание Al2O3 колеблется в широких пределах, в промышленных рудах низшей категории не менее 28%, а в наивысшей – более 52%.

Боксит основная алюминиевая порода. Цвет зависит от количества и формы нахождения железа. Наиболее характерна коричневато-красная окраска различной интенсивности, но может быть розовая, светло-серая, желтая, белая и даже черные разности. Встречаются рыхлые землистые разности (пачкают руки) и прочные, твердые (яшмовидные бокситы), царапающие стекло. Структура разнообразна – бобовая, оолитовая, пелитомлорфная, афанитовая, конгломератовидная.

Латерит не всегда отличим от боксита, обычно менее прочный, пористый, землистого сложения. Представляет собой элювий коры выветривания алюмосиликатных пород. Образуется в условиях жаркого, влажного климата, в кислой, окислительной среде. Благодаря обилию воды и особенностям среды, легкоподвижные соединения, в том числе карбонаты и сульфаты выносятся.

Генезис алюминиевых пород по Н.В. Логвиненко (1984). Латериты – продукты современной коры выветривания силикатных пород, образующихся в условиях тропического и субтропического климата. Латеритная кора выветривания образуется при интенсивном промывании почвы дождевыми водами и выносе из профиля SiO2 и большинства катионов. На месте остаются наименее подвижные соединения.

Относительно формирования бокситов существуют различные точки зрения:

1) бокситы являются хемогенным осадком, образовавшимся в морских и озерных водах благодаря коагуляции и осаждению гелей глинозема (гипотеза А.Д. Архангельского). Глинозем (Al2O3), освобождающийся при выветривании подвижен только в резко кислых и резко щелочных условиях, которые редко встречаются в природе. Гидроокись алюминия (Al(OH)3) может образовывать устойчивые в растворе коллоиды с гумусовыми веществами и в таком виде они выносятся речными водами в озера и моря, где и отлагаются в виде геля гидроокисла.

Коллоидные частицы имеют размер 1-100 нм (нанометр 10-9) и положительный заряд оксиды Fe, Al, Cr, Ti, Zr, Ce. Отрицательный заряд имеют гумусовые вещества, глинистые коллоиды, Sb, Pb, Hg, Cd, двуокиси Mn. Коллоидные растворы могут быть в состоянии золей (дисперсное состояние) и гелей (студней) после коагуляции. Причины коагуляции: действие электролитов противоположного знака или действие коллоидов противоположного знака, например, Fe(OH)3+ → SiO2‾, Al(OH)3+ → SiO2‾.

2) воздействие H2SO4 на каолинитовые минералы H2SO4→FeS2 + O2 + H2O (маловероятная гипотеза).

3) хемогенное образование – ископаемая кора выветривания латеритного типа (Белгородское, Криворожское м-ия).

4) результат размыва латеритной коры выветривания и переотложения в морских и озерных водоемах (Тихвинское, Североонежское м-ия).

5) концентрация Al2O3 растениями в озерно-болотных условиях.

6) подводная вулканическая деятельность, сопровождающаяся выносом Al2O3 в морские воды и осаждением Al(OH)3 химическим путем.

Б.А. Богатырев в 1999 г. все многообразие о генезисе и постседиментационных преобразованиях бокситов свел к двум большим генетическим группам: I – выветривания (остаточный тип) с двумя классами А- элювиальный, или латеритный, Б – латеритно-карстовый и II – седиментогенной. Последняя группа включает классы: В – осадочный, делимый на подклассы субаэральных осадков (коллювиальный, делювиальный, пролювиальный и полигенный) и субаквальных осадков (овражно-балочный, аллювиальный, озерно-болотный, лагунный и прибрежно-морской); Г – диагенетический (включающий подклассы субаэрального и субаквального диагенеза); В – катагенетический.

Образование основной массы алюминиевых пород (около 80%) связано с латеритным выветриванием и продуктами их ближнего переотложения – коллювием, делювием и пролювием. Доля латеритно-карстовых экзодиагенетических и осадочно-диагенетических бокситов оценивается приблизительно в 15%. А суммарное количество бокситов, накопленных в разного типа водоемах вместе с образованными на стадиях субаквального диагенеза и катагенеза, не превышает 5%. Относительно механизмов формирования последней из перечисленных категорий было (и остается поныне) много дискуссионных проблем.

Гипотезу формирования латеритов как продуктов своеобразной и мощной коры выветривания кристаллических пород сформулировал в начале ХХ в. английский геолог Фокс. Латеритный профиль формируется в жарком климате с чередованием периодов ливней и засух в обстановках холмисто-овражных ландшафтов. Классический разрез такого профиля состоит из следующих зон (снизу вверх): 1) неизмененные магматические породы (например, базальты); 2) те же породы, дезинтегрированные и каолинизированные (на начальном этапе выветривания); 3) каолиновая глина; 4) зона окремненного каолинита (с линзовидными выделениями аутигенного опала и халцедона), названная Фоксом «кремнистым литомаржем»; 5) латеритный боксит; 6) твердая корка («кираса») гидроксидов железа. В этом профиле зона «кремнистого литомаржа» совпадает с уровнем просачивания атмосферных вод, питающих роднички на склонах балок и оврагов.

Данная последовательность соответствует этапности процессов выветривания и ярко иллюстрирует схему химической осадочной дифференциации Л.В. Пустовалова, а именно, миграция химических элементов начинается с наиболее подвижных К+, Nа+; затем мигирируют Са2+, Мg2+, Si4+ и все «останавливается» на Fe3+ и Аl3+. Кроме того, примесь чрезвычайно малоподвижного титана сохраняется во всем профиле практически неизменной (доли процентов).

Процессы латеритизации реализуются чрезвычайно медленно, на протяжении многих десятков и сотен тысяч лет. Очень важным для них условием является стабильность климато-тектонических обстановок.

Класс латеритно-карстовых бокситов возникает также в тропическом гумидном климате в результате десилификатизации алюмосиликатного материала (вулканических пеплов в том числе), скопившегося на закарстованной поверхности рифогенных известняков. Такие руды кайнозойского возраста известны на поверхности атоллов современной тропической акватории океанов. Их древними аналогами (мезозойско-палеозойскими) считаются карстовые бокситы складчатых областей Восточного Урала, Салаира, Средиземноморья и др.

Прочие три класса – осадочный совместно с диагененическим и катагенетическим – представлены бокситами разнообразных структурно-текстурных разновидностей и окрасок. Последние в большинстве представляются красно-бурыми, коричневато-бурыми. Однако в болотных, озерных и лагунных осадках, претерпевших субаквальный диагенез при восстановительных геохимических обстановках (обусловивших редукцию Fe3+→Fe2+ Мn3+→Мn2+, бокситы приобретают зеленовато-серую или серую окраски. Последующим катагенезом могут быть обусловлены каолинитизация, шамозитизация и связанное с ними обеление окрасок бокситов. Структуры их бывают пелитоморфными, обломочными и оолитовыми (при крупности оолитов до 2,5 мм и более, они именуются «бобовыми»). В вещественном составе наряду с гидраргиллитом заметную роль приобретают моногидраты алюминия – бемит отчасти диаспор с примесями аллофана, гетита, гематита, каолинита, шамозита и небольшими количествами иллита.

По данным Б.А. Богатырева и его коллег среди современных седиментогенных бокситов промышленные объекты связаны только со склоновыми образованиями. В древних бокситорудных формациях осадочные бокситы распространены более широко. В палеозойских отложениях превалируют бокситы ближнего переотложения – делювиальные, коллювиальные, пролювиальные (девонские отложения Среднего Тиммана), овражно-балочные (карбоновые отложения Тихвинского района). Лагунные или прибрежно-морские бокситы распространены среди палеозойских формаций на Урале, Салаире, Воронежском кристаллическом массиве, Тиммане, где они прослеживаются в виде маломощных (до 1 м), но выдержанных слоев с небольшим размывом залегающих на красных бокситах, накопившихся в субаэральной обстановке. Аллювиальные бокситы мелового возраста известны на Урале (Соколовское месторождение).

Преобладание среди перечисленных типов бокситов обломочных структур и текстур свидетельствуют о преимущественно механогенном их накоплении, косая слоистость – о донных течениях, а контракционные трещины – о периодическом высыхании водоемов. В то же время в мезозойских и кайнозоских осадочных бокситах отмечаются конкреционные и гелевидные структуры, указывающие на хемогенное происхождение части алюминия.

О механизмах и способе транспортировки алюминия в конечный бассейн и в настоящее время много дискуссий. Доминирует точка зрения, высказанная в 1935 г. С.Ф. Малявкиным, что осадочные бокситы являются продуктами перемыва латеритных кор, и способ транспортировки вещества механогенный. Дальность переноса – минимальная (от первых км до десятков км). Альтернативная гипотеза А.Д. Архангельского (1935 г.), объяснявшая генезис бокситов химическим растворением изложена выше.

Чисто химический способ бокситообразования ставится под сомнение, начиная с работ Н.М. Страхова, который в 1963 году говорил о том, что оолитовая, бобовая и пятнистая текстуры бокситовых руд возникали в диагенезе за счет перераспределения материала. Работы Ю. К. Горецкого в Грузии доказано, что Al2O3 и TiO2 в водах рек нетраснпортабельны. Новейшие исследования Б.А. Богатырева допускают хемогенный генезис только для части глинозема, поставляемого в осадочный бассейн в основном механогенным способом.