Lastnosti, značilnosti, zgodovina in aplikacije aluminija
Aluminij (znan tudi kot aluminij) je najbolj bogat kovinski element v zemeljski skorji. Tudi to je dobro, ker ga veliko uporabljamo. Okoli 41 milijonov ton se vsako leto izplakne in zaposluje v širokem razporedu aplikacij. Od avtomobilskih teles do pločevinke, od električnih kablov do kože, je aluminij zelo pomemben del vsakdanjega življenja.
Lastnosti
- Atomski simbol: Al
- Atomska številka: 13
- Element Kategorija: Post-prehodna kovina
- Gostota: 2,70 g / cm3
- Tališče: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Vrelišče: 4566 ° F (2519 ° C)
- Trdota Moha: 2,75
Značilnosti
Aluminij je lahka, visoko prevodna, odsevna in netoksična kovina, ki jo je mogoče enostavno obdelati. Zaradi trajnosti kovine in številnih ugodnih lastnosti je idealen material za številne industrijske namene.
Zgodovina
Aluminijeve spojine so stari egipčanci uporabljali kot barvila, kozmetične izdelke in zdravila, vendar je bilo vse do 5000 let kasneje, da so ljudje odkrili, kako se usedejo čisti kovinski aluminij. Ni presenetljivo, da je razvoj metod za proizvodnjo aluminijaste kovine sovpadel s pojavom električne energije v 19. stoletju, saj taljenje aluminija zahteva znatne količine električne energije.
Velik prodor v proizvodnji aluminija je prišel leta 1886, ko je Charles Martin Hall ugotovil, da se aluminij lahko proizvaja z uporabo elektrolitskega zmanjšanja.
Do takrat je bil aluminij redkejši in dražji od zlata. Vendar pa so v dveh letih po odkritju Halla v Evropi in Ameriki ustanovili aluminijaste družbe.
V 20. stoletju se je povpraševanje po aluminiju znatno povečalo, zlasti v transportni in pakirni industriji.
Čeprav proizvodne tehnike niso bistveno spremenile, so postale bistveno bolj učinkovite. V zadnjih 100 letih se je količina energije, porabljene za proizvodnjo ene enote aluminija, zmanjšala za 70%.
Proizvodnja
Proizvodnja aluminija iz rude je odvisna od aluminijevega oksida (Al2O3), ki se pridobiva iz boksitne rude. Boksit običajno vsebuje 30-60% aluminijevega oksida (običajno se imenuje aluminijev oksid) in ga redno najdemo v bližini zemeljske površine. Ta proces je mogoče ločiti na dva dela; (1) ekstrakcijo aluminijevega oksida iz boksita in (2), taljenje aluminijeve kovine iz aluminijevega oksida.
Ločevanje aluminijevega oksida v običajnem stanju, ki temelji na tako imenovanem Bayerjevem procesu. To vključuje zmečkanje boksita v prašek, mešanje z vodo, da se pripravi gošča, segrevanje in dodajanje kavstične sode (NaOH). Kavstična soda raztopi aluminijev oksid, ki mu omogoča, da skozi filtre, pri čemer ostane nečistoče.
Raztopina aluminata se nato izprazni v rezervoarje za rezervoarje, kjer se delci aluminijevega hidroksida doda kot "seme". Zaradi agitacije in hlajenja se aluminijev hidroksid obori na semenski material, ki se nato segreva in osuši, da proizvaja aluminijev oksid.
Elektrolitske celice se uporabljajo za taljenje aluminija iz aluminijevega oksida v procesu, ki ga odkrije Charles Martin Hall.
Alumina, dovajana v celice, se raztopi v fluorirani kopeli staljenega kriolita pri 1742 ° C (950 ° C).
Neposreden tok kamor koli od 10.000 do 300.000 A se pošilja iz ogljikovih anod v celici skozi zmes do katodne lupine. Ta električni tok zlomi aluminijev oksid v aluminij in kisik. Kisik reagira z ogljikom, da proizvede ogljikov dioksid, medtem ko aluminij privlači oblogo ogljikove katodne celice.
Aluminij se nato lahko zbere in odvzame v peči, kjer se lahko doda reciklirni aluminijasti material. Približno tretjina vseh izdelanih aluminija danes prihaja iz recikliranega materiala. Po podatkih ameriške geološke raziskave so največje države proizvajalke aluminija v letu 2010 bile Kitajska, Rusija in Kanada.
Aplikacije
Aluminijeve aplikacije so preveč številne, zato jih zaradi redkih kovinskih lastnosti raziskovalci redno iščejo nove aplikacije.
Na splošno se aluminij in njegove zlitine uporabljajo v treh glavnih panogah; prevoz, pakiranje in gradbeništvo.
Aluminij v različnih oblikah in zlitinah je ključnega pomena za konstrukcijske komponente (okviri in telesa) letal, avtomobilov, vlakov in čolnov. Do 70% komercialnih zrakoplovov je sestavljeno iz aluminijevih zlitin (merjeno po teži). Ne glede na to, ali del potrebuje stres ali korozijsko odpornost ali odpornost na visoke temperature, je vrsta zlitine odvisna od zahtev vsakega sestavnega dela.
Približno 20% vseh proizvedenih aluminijev se uporablja v embalažnih materialih. Aluminijasta folija je primeren embalažni material za hrano, ker je nestrupen, medtem ko je zaradi svoje nizke reaktivnosti primeren za tesnjenje kemičnih izdelkov in je neprepusten za svetlobo, vodo in kisik. Samo v ZDA se vsako leto pošilja približno 100 milijard aluminijastih pločevink. Več kot polovica teh izdelkov se sčasoma reciklira.
Zaradi svoje trpežnosti in odpornosti proti koroziji se približno 15% aluminija, ki se vsako leto proizvaja, uporablja v gradbeništvu. To vključuje okna in okvirje vrat, strešne kritine, tiru in strukturno ogrodje, kot tudi žlebove, rolete in garažna vrata.
Aluminijava električna prevodnost omogoča, da se uporablja tudi v daljinskih progovnih vodih. Ojačene z jeklom, aluminijeve zlitine so stroškovno učinkovitejše od bakra in zmanjšujejo tresenje zaradi svoje majhne teže.
Druge aplikacije za aluminij vključujejo lupine in hladilnike za potrošniško elektroniko, drogove za razsvetljavo, nadgradnje naftnih ploščadi, aluminijasta prevleka, kuhinjska posoda, baseball netopirje in odbojne varnostne naprave.
Viri:
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Kovine v službi človeka . 11. izdaja (1998).
USGS. Mineralni povzetki surovin: aluminij (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/