Alumínium tulajdonságai, jellemzői, előzményei és alkalmazása
Az alumínium (más néven alumínium) a földkéreg legelterjedtebb fémeleme. És ez is jó dolog, mert sok mindent használunk. Évente mintegy 41 millió tonna olvasztották fel, és alkalmazások széleskörű alkalmazásával foglalkoztak. Az autótestektől a sörtartályokig és az elektromos kábelektől a légi cipő bőrig az alumínium mindennapi életünk nagy részét képezi.
Tulajdonságok
- Atomi szimbólum: Al
- Atomszám: 13
- Elem kategória: Post-transition metal
- Sűrűség: 2,70 g / cm3
- Olvadáspont: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Forráspont: 4566 ° F (2519 ° C)
- Moh keménysége: 2,75
Jellemzők
Az alumínium könnyű, erősen vezetőképes, fényvisszaverő és nem mérgező fém, amely könnyen megmunkálható. A fém tartóssága és számos előnyös tulajdonsága ideális megoldás sok ipari alkalmazáshoz.
Történelem
Az alumíniumvegyületeket az ókori egyiptomiak használják színezékekként, kozmetikumokként és gyógyszerekként, de 5000 évvel később az emberek felfedezték, hogyan szűzzék meg a tiszta fém alumíniumot. Nem meglepő, hogy az alumínium fém előállítására szolgáló módszerek fejlődése megegyezett a villamos energia megjelenésével a 19. században, mivel az alumínium olvasztás jelentős mennyiségű villamos energiát igényel.
Az alumíniumgyártásban jelentős előrelépés történt 1886-ban, amikor Charles Martin Hall felfedezte, hogy az alumínium elektrolitikus redukcióval előállítható.
Addig az alumínium ritkább és drágább volt, mint az arany. Azonban a Hall felfedezésétől számított két éven belül alumíniumipari cégek létesültek Európában és Amerikában.
A XX. Század folyamán az alumínium iránti kereslet jelentősen nőtt, különösen a szállítási és csomagolási iparágakban.
Bár a gyártási technikák nem változtak jelentősen, különösen hatékonyabbá váltak. Az elmúlt 100 évben az alumínium egy egységének előállításához felhasznált energia mennyisége 70% -kal csökkent.
Termelés
Az alumínium ércből történő előállítása az alumínium-oxidtól (Al2O3) függ, amelyet a bauxit ércből extrahálnak. A bauxit általában 30-60% alumínium-oxidot tartalmaz (általában alumínium-oxidnak nevezik), és rendszerint a Föld felszínén található. Ez a folyamat két részre osztható; (1) alumínium-oxid kivonása bauxitból, és (2) alumínium-fém alumínium-oxid olvasztása.
Az alumínium-oxid elválasztása általában a Bayer-eljárásnak megfelelően történik. Ez azt jelenti, hogy a bauxit porba porítunk, vízzel keverjük, hogy szuszpenziót, fűtést és nátrium-hidroxidot (NaOH) adunk hozzá. A marószóda feloldja az alumínium-oxidot, ami lehetővé teszi, hogy átjusson a szűrőkön, és szennyeződéseket hagy maga után.
Az alumínium-oldatot ezután leöblítjük a csapadékvíz-tartályokba, ahol "alumínium-hidroxid részecskéket" adunk hozzá. A keverés és a hűtés következtében az alumínium-hidroxid kicsapódik a maganyagra, amelyet ezután melegítenek és szárítanak alumínium-oxid előállítására.
Az elektrolitikus sejteket az alumínium-oxid alumíniumból érlelik a Charles Martin Hall által felfedezett folyamatban.
A sejtekbe táplált alumíniumot olvadt kriolitos fluorozott fürdőben feloldjuk 1750F ° -on (950 ° C).
A 10 000-300 000 A-tól bárhol egyenletes áramot a cellában lévő szén anódokból az elegyen keresztül egy katódhéjba küldünk. Ez az elektromos áram lebontja az alumínium-oxidot alumíniumból és oxigénből. Az oxigén reagál a szénnel, hogy szén-dioxidot termeljen, míg az alumíniumot a szén katódsejt bélés vonzza.
Az alumíniumot ezután összegyűjthetjük és felhasználhatjuk olyan kemencékbe, ahol újrahasznosítható alumínium anyagot lehet hozzáadni. A ma gyártott alumínium körülbelül egyharmada újrahasznosított anyagból származik. Az Amerikai Geológiai felmérés szerint 2010-ben a legnagyobb alumínium-termelő országok voltak Kína, Oroszország és Kanada.
Alkalmazások
Az alumínium alkalmazások túl sokak ahhoz, hogy felsorolhassák, és a fém speciális tulajdonságai miatt a kutatók rendszeresen új alkalmazásokat keresnek.
Általánosságban elmondható, hogy az alumíniumot és sok ötvözeteit három fő iparágban használják; szállítás, csomagolás és építés.
Az alumínium, különféle formákban és ötvözetekben, kritikus fontosságú a légi járművek, autók, vonatok és hajók szerkezeti elemei (keretek és testek) szempontjából. Egyes kereskedelmi repülőgépek 70% -a alumíniumötvözetből áll (tömeg szerint). Annak érdekében, hogy a rész stressz vagy korrózióállóságra, vagy magas hőmérsékletre való toleranciára van-e szükség, a felhasznált ötvözet típusa az egyes részek követelményeitől függ.
Az összes gyártott alumínium mintegy 20% -át csomagolóanyagokban használják. Az alumíniumfólia megfelelő csomagolóanyag az élelmiszerek számára, mivel nem toxikus, ugyanakkor a vegyi termékek megfelelő tömítőanyaga is alacsony reaktivitás miatt, és a fényre, a vízre és az oxigénre át nem eresztő. Csak az Egyesült Államokban évente mintegy 100 milliárd alumínium doboz kerül kiszállításra. Ezek több mint felét végül újrahasznosítják.
A tartósság és a korrózióállóság miatt évente mintegy 15% alumíniumot építenek fel. Ez magában foglalja az ablakok és ajtókeretek, tetőfedés, deszkaburkolás és szerkezeti keretezést, valamint csatornákat, redőnyöket és garázskapukat.
Az alumínium elektromos vezetőképessége lehetővé teszi hosszú távú vezetékekben való alkalmazását is. Az acél megerősítésével az alumínium ötvözetek költséghatékonyabbak, mint a réz, és könnyű súlyuk miatt csökkentik a saggingot.
Az alumínium további alkalmazási területei közé tartoznak a héjak és a hűtőbordák a fogyasztói elektronika, az utcai világítási pólusok, az olajfülke felső struktúrái, az alumínium bevonatú ablakok, a főzőedények, a baseball botok és a fényvisszaverő biztonsági berendezések számára.
Forrás:
Utca, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metálok az ember szolgálatában . 11. kiadás (1998).
USGS. Ásványi árucikkek összefoglalása: alumínium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/