2. Природные формы

Алюминий относится к самым распространенным элементам на Земле, занимая четвертое место после кислорода, водорода, кремния и первое место среди металлов. В природе он находится в основном в виде многочисленных алюмосиликатов.

Нефелин – (K, Na)₂Al₂(SO₄); бокситов – Al₂O₃·xH₂O(AlO(OH); каолина – Al₄(OH)₈(Si₄O₁₀).

Бор, несмотря на низкое содержание в земной коре, к редким элементам не относится благодаря его концентрационным месторождениям, главным образом в виде кислородных соединений: бура – Na₂B₄O₇·10H₂O; кернит - Na₂B₄O₇·4H₂O; датолит – CaBaSiO₄(OH). Встречается в природе бор в виде борной кислоты – сассолин Н₃ВО₃. В земной коре бор концентрируется в рассолах озер; содержание его в воде морей и океанов – 4,6 мг/л.

Галлий, индий и таллий относятся к рассеянным элементам и самостоятельных месторождений почти не образуют. Галлий встречается в сфалерите, галлите, сопутствует алюминию в бокситах. Индий и таллий изоморфно распределяются в сульфидных полиметаллических рудах. Содержится в них в виде собственных минералов: рокезит – CuIn₂S₄; индит – FeIn₂S₄; зенгенит – Ga(OH)₃ и др. Содержание галлия в воде морей и океанов 3 ·10^-5 мг/л.

3. Простые вещества

3.1 Методы получения

Впервые бор был получен в 1808 году французскими химиками Л. Ж. Тенаром и Ж. Л. Гей-Люссаком при восстановлении оксида В₂О₃ калием:

В₂О₃ + 6К = 2В + 3К₂О

Свое название он получил от названия основного минерала – буры

Na₂В₄О₇·10Н₂О.

Элементарный бор получают из природного сырья в несколько стадий: сначала бораты подвергают «вскрытию» спеканием, разложению кислотой или горячей водой с выделением борной кислоты и последующего её обезвоживания до В₂О₃.

2Ca₂B₆O₁₁ + 4Na₂CO₃ + H₂O = 3Na₂B₄O₇ + 4CaCO₃ + 2NaOH

Na₂В₄О₇ + H₂SO₄ + 5H₂O = 4H₃BO₃ + Na₂SO₄

2H₃BO₃ = В₂О₃ + 3H₂O

Технический аморфный бор получают металлотермическим способом:

В₂О₃ + 3Mg = 2B + 3MgO.

Но в принципе можно непосредственно восстанавливать и буру:

Na₂В₄О₇ + 3Mg = 2B + 2NaBO₂ + 3MgO.

Металлический алюминий впервые был получен в 1825 году датским физиком Х. К. Эрстедом в результате двустадийного процесса:

1) высокотемпературное хлорирование смеси оксида алюминия с углем:

Al₂O₃ + 3Cl₂ + 3C = 2AlCl₃ + 3CO

2) восстановление хлорида алюминия амальгамой калия:

AlCl₃ + 3K_{(p-p Hg)} = Al + 3KCl

Название металла происходит от латинского названия квасцов – alumen, из которых в 1754 г. впервые выделили оксид алюминия.

Первый промышленный способ получения металлического алюминия был предложен в 1865 г. французским ученым Сент-Клер Девилем (восстановление хлорида алюминия металлическим калием), а в 1886 г. Эру во Франции и Холл в США предложили для получения алюминия электролиз оксида алюминия, растворенного в расплавленном криолите Na₃AlF₆. Этот метод используется до настоящего времени. Производство алюминия состоит из трех технологических процессов:

- получение глинозема Al₂O₃ из алюминиевых руд;

- получение «первичного» алюминия электролизом глинозема в расплавленном криолите Na₃AlF₆;

- рафинирование «первичного» алюминия.

Глинозем Al₂O₃ выделяют из руд кислотным, щелочным, электротермическим или комбинированными методами. Выбор метода осуществляется составом и характером примесей в руде.

Впервые галлий был предсказан Д.И. Менделеевым в 1871 г. и через четыре года был открыт французским ученым П.-Э. Лекоком де Буабодраном при изучении минерала – цинковой обманки ZnS. Свое название получил от латинского названия Франция - .

Индий был открыт немецкими учеными Ф. Райхом и Р. Рихтером также при спектральном исследовании цинковой обманки и назван по его интенсивной синей спектральной линии (цвет индиго).

Таллий был открыт при спектральном изучении отходов сернокислого производства в 1861 году английским ученым У. Круксом и назван по его интенсивно зеленой спектральной линии. Все элементы относятся к рассеянным. Собственных месторождений они не образуют, хотя по распространенности превосходят W, Mo, Sb и др.

Основной источник получения галлия – отходы глиноземного производства при переработке бокситов и нефелина. Технический галлий получают электролизом щелочных растворов алюминатов, содержащих галлаты, либо фракционным осаждением гидроксида алюминия и гидроксида галлия.

Основной источник индия – промежуточные продукты и отходы свинцово-цинкового и оловянного производства. Индий выделяется экстракцией или ионным обменом. Технический индий получают электролизом или осаждением на металлическом алюминии. Индий для полупроводников получают, как и галлий.

Таллий выделяют из промежуточных продуктов и отходов кадмиевого производства и из пыли свинцово-медеплавильных заводов. При переработке концентратов таллий, как и индий, выделяют из растворов ионным обменом или экстракцией. Металлический таллий получают осаждением на циркониевых листах и зонным переплавлением под слоем щелочи или масла.