Aluminium (znany również jako aluminium) jest najliczniejszym metalowym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. To także dobra rzecz, ponieważ używamy jej dużo. Każdego roku przetapia się około 41 milionów ton i stosuje je w szerokim zakresie zastosowań. Od karoserii po puszki po piwie, od kabli elektrycznych po skórki samolotów, aluminium stanowi bardzo dużą część naszego codziennego życia.
Nieruchomości
- Symbol atomowy: Al
- Liczba atomowa: 13
- Kategoria elementu: metal po przejściu
- Gęstość: 2,70 g / cm3
- Temperatura topnienia: 660,32 ° C (1220,58 ° F)
- Temperatura wrzenia: 4519 ° C (2519 ° C)
- Twardość Moha: 2,75
Charakterystyka
Aluminium to lekki, przewodzący, odblaskowy i nietoksyczny metal, który można łatwo obrabiać. Trwałość metalu i liczne korzystne właściwości sprawiają, że jest to idealny materiał do wielu zastosowań przemysłowych.
Historia
Związki glinu były używane przez starożytnych Egipcjan jako barwniki, kosmetyki i leki, ale dopiero 5000 lat później ludzie odkryli, jak pachnieć czystym metalicznym aluminium. Nic dziwnego, że rozwój metod produkcji aluminium z aluminium zbiegł się z pojawieniem się elektryczności w XIX wieku, ponieważ wytapianie aluminium wymaga znacznych ilości energii elektrycznej.
Znaczący przełom w produkcji aluminium nastąpił w 1886 r., Kiedy Charles Martin Hall odkrył, że aluminium można wytwarzać za pomocą redukcji elektrolitycznej. Do tego czasu aluminium było rzadsze i droższe niż złoto. Jednak w ciągu dwóch lat od odkrycia Halla, firmy aluminiowe powstawały w Europie i Ameryce.
W XX wieku popyt na aluminium znacznie wzrósł, szczególnie w branży transportu i opakowań. Chociaż techniki produkcji nie uległy zasadniczej zmianie, stały się znacznie bardziej wydajne. W ciągu ostatnich 100 lat ilość energii zużywanej na produkcję jednej jednostki aluminium spadła o 70%.
Produkcja
Produkcja aluminium z rudy zależy od tlenku glinu (Al2O3), który jest wydobywany z rudy boksytu. Boksyt zwykle zawiera 30-60% tlenku glinu (powszechnie nazywanego tlenkiem glinu) i jest regularnie znajdowany w pobliżu powierzchni ziemi. Proces ten można podzielić na dwie części; (1) ekstrakcja tlenku glinu z boksytu i (2), wytapianie aluminium z aluminium.
Oddzielanie tlenku glinu zwykle wykonuje się przy użyciu tak zwanego procesu Bayera. Obejmuje to kruszenie boksytu w proszek, mieszanie go z wodą w celu uzyskania zawiesiny, ogrzewanie i dodawanie sody kaustycznej (NaOH). Soda kaustyczna rozpuszcza tlenek glinu, co pozwala mu przejść przez filtry, pozostawiając zanieczyszczenia.
Roztwór glinianu jest następnie odprowadzany do osadników, w których cząstki wodorotlenku glinu są dodawane jako „nasiona”. Mieszanie i chłodzenie powoduje wytrącanie się wodorotlenku glinu na materiale siewnym, który następnie ogrzewa się i suszy z wytworzeniem tlenku glinu.
Ogniwa elektrolityczne są używane do wytapiania aluminium z tlenku glinu w procesie odkrytym przez Charlesa Martina Halla. Tlenek glinu wprowadzany do komórek rozpuszcza się w kąpieli fluorowanej stopionego kriolitu w temperaturze 1742 ° C (950 ° C).
Prąd stały o wartości od 10 000 do 300 000 A jest wysyłany z anod węglowych w komórce przez mieszaninę do powłoki katodowej. Ten prąd elektryczny rozkłada tlenek glinu na aluminium i tlen. Tlen reaguje z węglem, wytwarzając dwutlenek węgla, podczas gdy aluminium jest przyciągane do wyściółki komórki katody węglowej.
Aluminium można następnie zebrać i zabrać do pieców, w których można dodać aluminium nadające się do recyklingu. Około jedna trzecia produkowanego dzisiaj aluminium pochodzi z materiałów pochodzących z recyklingu. Według US Geological Survey, największy kraje produkujące aluminium w 2010 r. były Chiny, Rosja i Kanada.
Aplikacje
Zastosowań aluminium jest zbyt wiele, aby je wymienić, a ze względu na szczególne właściwości metalu badacze regularnie znajdują nowe zastosowania. Ogólnie mówiąc, aluminium i jego wiele stopy są wykorzystywane w trzech głównych branżach; transport, pakowanie i budownictwo.
Aluminium, w różnych postaciach i stopach, ma kluczowe znaczenie dla elementów konstrukcyjnych (ram i nadwozi) samolotów, samochodów, pociągów i łodzi. Aż 70% niektórych samolotów komercyjnych składa się ze stopów aluminium (mierzonych wagowo). Niezależnie od tego, czy część wymaga odporności na naprężenie, korozję, czy tolerancji na wysokie temperatury, rodzaj zastosowanego stopu zależy od wymagań każdej części składowej.
Około 20% całego produkowanego aluminium jest wykorzystywane w materiałach opakowaniowych. Folia aluminiowa jest odpowiednim materiałem do pakowania żywności, ponieważ jest nietoksyczna, podczas gdy jest również odpowiedni uszczelniacz do produktów chemicznych ze względu na jego niską reaktywność i jest nieprzepuszczalny dla światła, wody i tlen. W samych Stanach Zjednoczonych co roku wysyłanych jest około 100 miliardów puszek aluminiowych. Ponad połowa z nich jest ostatecznie poddawana recyklingowi.
Ze względu na swoją trwałość i odporność na korozję około 15% aluminium produkowanego każdego roku jest wykorzystywane w budownictwie. Obejmuje to ramy okien i drzwi, pokrycia dachowe, bocznice i ramy konstrukcyjne, a także rynny, żaluzje i bramy garażowe.
Aluminium przewodnictwo elektryczne pozwala również na stosowanie go w liniach o dużej odległości. Wzmocnione stalą stopy aluminium są bardziej opłacalne niż miedź i zmniejszają ugięcie ze względu na swoją niewielką wagę.
Inne zastosowania aluminium obejmują obudowy i radiatory do elektroniki użytkowej, słupy oświetlenia ulicznego, górne konstrukcje platformy wiertniczej, okna pokryte aluminium, przybory kuchenne, kije baseballowe i bezpieczeństwo odblaskowe urządzenia.
Źródła:
Street, Arthur. I Alexander W. O. 1944. Metale w służbie człowiekowi. 11. wydanie (1998).
USGS. Podsumowanie surowców mineralnych: aluminium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/