Svojstva, karakteristike, povijest i primjene aluminija
Aluminij (također poznat kao aluminij) najzastupljeniji je metalni element u zemljinoj koru. I to je dobra stvar, jer puno toga koristimo. Oko 41 milijuna tona smrznute su svake godine i zaposlene u širokom rasporedu aplikacija. Od auto-tijela do piva, a od električnih kabela do koža za zrakoplove, aluminij je vrlo velik dio našeg svakodnevnog života.
Nekretnine
- Atomski simbol: Al
- Atomski broj: 13
- Element Kategorija: Post-prijelazni metal
- Gustoća: 2,70 g / cm3
- Talište: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Točka vrenja: 4566 ° F (2519 ° C)
- Moh's tvrdoća: 2.75
Karakteristike
Aluminij je lagani, visoko vodljivi, reflektirajući i netoksični metal koji se lako strojno obrađuje. Trajnost metala i brojna povoljna svojstva čine ga idealnim materijalom za mnoge industrijske primjene.
Povijest
Aluminijski spojevi koristili su drevni Egipćani kao boje, kozmetičke proizvode i lijekove, ali tek nakon 5000 godina ljudi su otkrili kako namočiti čisti metalni aluminij. Nije iznenađujuće, razvoj metoda za proizvodnju aluminijskog metala podudara se s pojavom električne energije u 19. stoljeću, jer aluminijsko taljenje zahtijeva znatnu količinu električne energije.
Veliki proboj u proizvodnji aluminija došao je 1886. godine kada je Charles Martin Hall otkrio da se aluminij može proizvesti elektrolitičkim redukcijom.
Do tog vremena, aluminij je bio rjeđi i skuplji od zlata. Međutim, u roku od dvije godine od otkrića Halla, osnovane su aluminijske tvrtke u Europi i Americi.
Tijekom 20. stoljeća, potražnja za aluminijumom znatno je porasla, posebno u industriji prijevoza i ambalaže.
Iako se tehnike proizvodnje nisu bitno promijenile, one su postale znatno učinkovitije. Tijekom proteklih 100 godina, količina energije potrošena za proizvodnju jedne jedinice aluminija smanjena je za 70%.
Proizvodnja
Proizvodnja aluminija iz rude ovisi o aluminijskom oksidu (Al2O3) koji se ekstrahira iz boksitne rude. Boksit obično sadrži 30-60% aluminijev oksid (obično se nazivaju aluminij) i redovito se nalazi blizu površine zemlje. Taj se proces može razdvojiti na dva dijela; (1) ekstrakcija aluminija iz boksita, i (2) taljenje metalnog aluminija od aluminija.
Odvajanje aluminija uobičajeno se provodi pomoću onoga što je poznato kao Bayerov proces. To uključuje drobljenje boksita u prah, miješanje s vodom kako bi se smjesa, grijanje i dodavanje kaustična soda (NaOH). Kaustična soda otapa glinicu, koja omogućuje da prođe kroz filtere, ostavljajući nečistoće iza.
Aluminatna otopina se potom ispire u spremnike taloga gdje se čestice aluminijevog hidroksida dodaju kao 'sjeme'. Agitacija i hlađenje rezultiraju taloženjem aluminijevog hidroksida na materijal sjemena, koji se zatim zagrije i osuši kako bi se proizveo aluminij.
Elektrolitičke se stanice koriste za odzračivanje aluminija od aluminija u procesu koji je otkrio Charles Martin Hall.
Aluminij koji se ulije u stanice otopi se u fluoriranoj kupelji rastaljenog kriolit u 1742F ° (950 ° C).
Izlaznu struju od bilo kojeg od 10,000 do 300,000A šalje se iz ugljičnih anoda u ćeliji kroz smjesu do katodne ljuske. Ova električna struja razbija aluminij u aluminij i kisik. Kisik reagira s ugljikom da bi proizveo ugljični dioksid, dok je aluminij privukao podlogu za ugljični katodni sloj.
Aluminij se zatim može sakupiti i odvesti u pećnice gdje se može dodati reciklirani aluminijski materijal. Oko trećine aluminija proizvedeno danas dolazi od recikliranog materijala. Prema US Geological Surveyu, najveće zemlje za proizvodnju aluminija u 2010. bile su Kina, Rusija i Kanada.
Prijave
Primjene aluminijskih su previše brojne za popis, a zbog specijalnih svojstava metalnih proizvoda, istraživači redovito pronalaze nove aplikacije.
Općenito govoreći, aluminij i njegove mnoge legure koriste se u tri glavne industrije; prijevoz, pakiranje i graditeljstvo.
Aluminij, u različitim oblicima i legurama, bitan je za strukturne komponente (okviri i tijela) zrakoplova, automobila, vlakova i brodica. Čak 70% nekih komercijalnih zrakoplova sastoji se od aluminijskih legura (mjereno težinom). Bilo da dio zahtjeva otpornost na koroziju ili otpornost na koroziju ili toleranciju na visoke temperature, vrsta legure koja se koristi ovisi o zahtjevima svakog dijela komponente.
Oko 20% proizvedenog aluminija koristi se u ambalažnim materijalima. Aluminijska folija je pogodan materijal za pakiranje za hranu zbog toga što je netoksičan, a također je prikladan brtveni materijal za kemijske proizvode zbog niske reaktivnosti i nepropustan za svjetlo, vodu i kisik. Samo u SAD-u otpada svake godine oko 100 milijardi aluminijskih limenki. Preko polovice tih podataka na kraju se recikliraju.
Zbog svoje izdržljivosti i otpornosti na koroziju, oko 15% aluminija proizvedeno svake godine koristi se u građevinskim aplikacijama. To obuhvaća prozore i okviri za vrata, krovišta, sporedni kolosijek i konstrukcijski okvir, kao i kanali, rolete i garažna vrata.
Aluminijska električna provodljivost također omogućuje da se koristi u vodovodnim vodovima dugih udaljenost. Ojačane čelikom, aluminijske legure su troškovno učinkovitije od bakra i smanjuju progib zbog svoje male težine.
Ostale aplikacije za aluminiju uključuju školjke i utore za potrošačku elektroniku, ulične rasvjetne stupove, gornje konstrukcije za ulje, prozori s aluminijskim premazom, posuđe za kuhanje, bejzbol palice i reflektivni sigurnosni uređaji.
izvori:
Ulica, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metali u službi čovjeka . 11. izdanje (1998).
USGS. Mineralni robni sažeci: Aluminij (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/