Proprietățile, caracteristicile, istoria și aplicațiile aluminiului
Aluminiu (cunoscut și ca aluminiu) este cel mai abundent element metalic din scoarța pământului. Și este un lucru bun, pentru că folosim mult. Aproximativ 41 de milioane de tone sunt topite în fiecare an și sunt angajate într-o gamă largă de aplicații. De la corpuri auto la bidoane de bere și de la cabluri electrice la piei de aeronave, aluminiu este o parte foarte importantă din viața noastră de zi cu zi .
Proprietăți
- Simbol Atomic: Al
- Număr atomic: 13
- Element Categorie: Metal post-tranziție
- Densitate: 2,70 g / cm3
- Punct de topire: 620 ° C (660,32 ° C)
- Punct de fierbere: 4566 ° F (2519 ° C)
- Duritatea lui Moh: 2,75
caracteristici
Aluminiu este un metal ușor, foarte conductiv, reflexiv și netoxic, care poate fi ușor prelucrat. Durabilitatea metalului și numeroasele proprietăți avantajoase îl fac un material ideal pentru multe aplicații industriale.
Istorie
Componentele de aluminiu au fost folosite de vechii egipteni ca coloranți, cosmetice și medicamente, dar nu mai târziu de 5000 de ani mai târziu oamenii au descoperit cum să topească aluminiu metalic pur. Nu este surprinzător că dezvoltarea metodelor de producere a metalului de aluminiu a coincis cu apariția electricității în secolul al XIX-lea, deoarece topirea aluminiului necesită cantități semnificative de energie electrică.
Un progres major în producția de aluminiu a venit în 1886, când Charles Martin Hall a descoperit că aluminiul ar putea fi produs prin reducerea electrolitică.
Până atunci, aluminiul era mai rar și mai scump decât aurul. Cu toate acestea, în termen de doi ani de la descoperirea lui Hall, companiile de aluminiu erau înființate în Europa și America.
În timpul secolului XX, cererea de aluminiu a crescut substanțial, în special în industria de transport și ambalare.
Deși tehnicile de producție nu s-au schimbat substanțial, ele au devenit în mod semnificativ mai eficiente. În ultimii 100 de ani, cantitatea de energie consumată pentru a produce o unitate de aluminiu a scăzut cu 70%.
producere
Producția de aluminiu din minereu depinde de oxidul de aluminiu (Al2O3), care este extras din minereul de bauxită. Bauxitul conține în mod normal oxid de aluminiu de 30-60% (denumit în mod obișnuit alumină) și se găsește în mod regulat în apropierea suprafeței pământului. Acest proces poate fi separat în două părți; (1) extracția aluminei din bauxită și (2) topirea metalului de aluminiu din alumină.
Separarea aluminei se face în mod normal folosind ceea ce se numește Procesul Bayer. Aceasta implică zdrobirea bauxitului într-o pulbere, amestecarea acestuia cu apă pentru a obține o suspensie, încălzirea și adăugarea de sodă caustică (NaOH). Soda caustică dizolvă alumina, ceea ce îi permite să treacă prin filtre, lăsând impuritățile în urmă.
Soluția de aluminat este apoi drenată în rezervoarele de precipitații unde se adaugă particule de hidroxid de aluminiu ca "semințe". Agitarea și răcirea conduc la precipitarea hidroxidului de aluminiu pe materialul de însămânțare, care este apoi încălzit și uscat pentru a produce alumină.
Celulele electrolitice sunt folosite pentru a topi aluminiu din alumină în procesul descoperit de Charles Martin Hall.
Alumina alimentată în celule este dizolvată într-o baie fluorurată de criolit topit la 1742 ° C (950 ° C).
Un curent direct de oriunde de la 10.000-300.000 A este trimis de la anozi de carbon din celulă prin amestec la o coadă de catod. Acest curent electric sparge alumina în aluminiu și oxigen. Oxigenul reacționează cu carbonul pentru a produce dioxid de carbon, în timp ce aluminiul este atras de căptușeala cu catod de carbon.
Aluminiul poate fi apoi colectat și dus în cuptoare în care se poate adăuga material aluminiu reciclabil. Aproximativ o treime din aluminiu produs astăzi provine din material reciclat. Conform studiului geologic american, cele mai mari țări producătoare de aluminiu în 2010 au fost China, Rusia și Canada.
Aplicații
Aplicațiile din aluminiu sunt prea numeroase și, din cauza proprietăților speciale ale metalului, cercetătorii găsesc în mod regulat noi aplicații.
În general, aluminiul și numeroasele sale aliaje sunt utilizate în trei mari industrii; transportul, ambalarea și construcția.
Aluminiu, într-o varietate de forme și aliaje, este esențial pentru componentele structurale (cadre și corpuri) ale aeronavelor, automobilelor, trenurilor și bărcilor. Până la 70% din anumite aeronave comerciale constau din aliaje de aluminiu (măsurate în funcție de greutate). Dacă piesa necesită rezistență la tensiuni sau rezistență la coroziune sau toleranță la temperaturi ridicate, tipul de aliaj folosit depinde de cerințele fiecărei componente.
Aproximativ 20% din totalul aluminiului produs este utilizat în materialele de ambalare. Folia de aluminiu este un material de ambalaj adecvat pentru alimente datorită faptului că este netoxic, întrucât este un agent de etanșare adecvat pentru produsele chimice datorită reactivității sale reduse și este impermeabil la lumină, apă și oxigen. Numai în SUA, aproximativ 100 de miliarde de cutii de aluminiu sunt expediate în fiecare an. Peste jumătate din acestea sunt în cele din urmă reciclate.
Datorită durabilității și rezistenței sale la coroziune, aproximativ 15% din aluminiu produs în fiecare an este utilizat în aplicații de construcții. Acestea includ ferestre și rame de ușă, acoperișuri, siding și structuri structurale, precum și jgheaburi, obloane și uși de garaj.
Conductivitatea electrică a aluminiului permite, de asemenea, utilizarea acesteia în liniile de conductori de lungă distanță. Armate cu oțel, aliajele de aluminiu sunt mai eficiente din punct de vedere al costurilor decât cuprul și reduc căderea datorită greutății lor ușoare.
Alte aplicații pentru aluminiu includ cochilii și radiatoare pentru electronice de consum, stâlpi de iluminat stradal, structuri de structură de ulei, ferestre acoperite cu aluminiu, ustensile de gătit, lilieci de baseball și dispozitive de siguranță reflectorizante.
surse:
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metalele în serviciul omului . Ediția a 11-a (1998).
USGS. Rezumatele minerale ale mărfurilor: Aluminiu (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/