Alumínium (más néven alumínium) a legkiterjedtebb fém elem a földkéregben. És ez jó dolog is, mert sokat használunk fel. Évente mintegy 41 millió tonnát olvasztanak és alkalmaznak széles körben. Az autótestektől a söröskannákig és az elektromos kábelektől a repülőgépek bőréig az alumínium mindennapi életünk nagyon nagy része.
Tulajdonságok
- Atom szimbólum: Al
- Atomszám: 13
- Elemkategória: Átmeneti fém
- Sűrűség: 2,70 g / cm3
- Olvadáspont: 660,32 ° C (1220,58 ° F).
- Forráspont: 2519 ° C (4566 ° F)
- Moh keménysége: 2,75
Jellemzők
Az alumínium könnyű, nagy vezetőképességű, fényvisszaverő és nem mérgező fém, amely könnyen megmunkálható. A fém tartóssága és számos előnyös tulajdonsága ideális anyaggá teszi sok ipari felhasználáshoz.
Történelem
Az alumíniumvegyületeket az ókori egyiptomiak használták festékekként, kozmetikumokként és gyógyszerekként, de csak 5000 évvel később fedezték fel az emberek a tiszta fém alumínium illatát. Nem meglepő, hogy az alumíniumfém előállítási módszereinek fejlesztése egybeesett a 19. században a villamos energia megjelenésével, mivel az alumínium olvasztása jelentős mennyiségű villamos energiát igényel.
Az alumíniumgyártás jelentős áttörése 1886-ban történt, amikor Charles Martin Hall rájött, hogy az alumínium elektrolitikus redukcióval állítható elő. Addig az alumínium ritkább és drágább volt, mint az arany. A Hall felfedezésétől számított két éven belül azonban alumíniumgyártó társaságok jöttek létre Európában és Amerikában.
A 20. század folyamán az alumínium iránti kereslet jelentősen nőtt, különösen a szállítási és csomagolási iparban. Bár a gyártási technikák nem változtak lényegesen, ezek jelentősen hatékonyabbak. Az elmúlt 100 évben az egy egység alumínium előállításához felhasznált energia mennyisége 70% -kal csökkent.
Termelés
Alumínium előállítása az ércből származó alumínium-oxid (Al2O3) függ, amelyet a bauxitércből extrahálnak. A bauxit általában 30–60% alumínium-oxidot (általában alumínium-oxidnak nevezik) és rendszeresen megtalálható a föld felszínén. Ez a folyamat két részre osztható; (1) alumínium-oxid extrahálása bauxitból, és (2) az alumínium-fém olvasztása alumínium-oxidból.
Az alumínium-oxid elválasztása általában a Bayer-folyamat néven ismert módon történik. Ennek során a bauxitot porrá aprítják, vízzel összekeverik, hogy iszapot kapjanak, melegítik és maró-nátrium-hidroxidot (NaOH) adnak hozzá. A maró-szóda feloldja az alumínium-oxidot, amely lehetővé teszi annak átjutását a szűrőkön, miközben a szennyeződéseket hátrahagyja.
Az alumínium-oldatot ezután kicsapótartályokba engedik, ahol az alumínium-hidroxid részecskéit hozzáadják „magként”. Keverés és hűtés eredményeként az alumínium-hidroxid kicsapódik a vetőmagra, amelyet melegítünk és szárítunk, hogy alumínium-oxidot nyerjünk.
Az elektrolitikus cellákat az alumínium-oxid alumínium-oxid olvasztására használják a Charles Martin Hall által felfedezett eljárás során. A sejtekbe táplált alumínium-oxidot olvadt kriolit fluorozott fürdőjében oldjuk 1742F ° (950 ° C) hőmérsékleten.
A cellában lévő szénanódoktól a keveréken keresztül a katódhéjhoz 10 000-300 000A közötti egyenáramot vezetünk. Ez az elektromos áram az alumínium-oxidot alumíniummá és oxigénné bontja le. Az oxigén reagál a széntel, és széndioxidot képez, míg az alumínium vonzza a szénkatód sejt bélését.
Az alumínium ezután összegyűjthető és kemencékbe vihető, ahol újrahasznosítható alumínium anyagot lehet hozzáadni. A jelenleg gyártott összes alumínium körülbelül egyharmada újrahasznosított anyagból származik. Az amerikai geológiai szolgálat szerint a legnagyobb alumínium termelő országok 2010-ben Kína, Oroszország és Kanada volt.
Alkalmazások
Az alumínium felhasználása túlságosan sok ahhoz, hogy fel lehessen sorolni, és a fém különleges tulajdonságai miatt a kutatók rendszeresen találnak új alkalmazásokat. Általánosságban véve az alumínium és sok más ötvözetek három fő iparágban használják; szállítás, csomagolás és építés.
Az alumínium, különféle formákban és ötvözetekben, kritikus jelentőségű a repülőgépek, autók, vonatok és csónakok szerkezeti elemeihez (keretek és karosszériák). Néhány kereskedelmi repülőgép 70% -a (tömeg szerint mérve) alumíniumötvözetekből áll. Függetlenül attól, hogy az alkatrész igényli-e feszültséget, korrózióállóságot vagy a magas hőmérsékleti toleranciát, az alkalmazott ötvözet típusa az egyes alkatrészek követelményeitől függ.
Az összes előállított alumínium kb. 20% -át csomagolóanyagokban használják. Az alumíniumfólia az élelmiszer számára megfelelő csomagolóanyag, mivel nem mérgező, ugyanakkor a kis tömítőanyag vegyi termékekhez alacsony reakcióképessége miatt, és átjárhatatlan a fényre, vízre és oxigén. Csak az Egyesült Államokban évente mintegy 100 milliárd alumínium dobozt szállítanak. Ezeknek több mint felét végül újrahasznosítják.
Tartóssága és korrózióállósága miatt az évente előállított alumínium kb. 15% -át építkezésben használják. Ez magában foglalja az ablakokat és ajtókereteket, a tetőszerkezetet, az iparvágányt és az építkezési keretet, valamint a csatornákat, redőnyöket és garázskapuk.
Az alumínium elektromos vezetőképesség emellett lehetővé teszi a távolsági vezetékekben történő alkalmazását. Acélval megerősítve az alumíniumötvözetek költséghatékonyabbak, mint a réz, és könnyű súlyuk miatt csökkentik a megereszkedést.
Az alumínium egyéb alkalmazásai közé tartoznak a héjak és a hűtőbordák a fogyasztói elektronika számára, az utcai világítási oszlopok, olajfúrótorony felső szerkezete, alumíniummal bevont ablakok, főzőedények, baseball ütők és fényvisszaverő biztonság eszközöket.
Forrás:
Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Fémek az ember szolgálatában. 11. kiadás (1998).
USGS. Ásványi anyagok összefoglalása: Alumínium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/