Alumiini (tunnetaan myös nimellä alumiini) on maapallon kuoren runsas metallielementti. Ja se on myös hyvä asia, koska käytämme sitä paljon. Noin 41 miljoonaa tonnia sulatetaan vuosittain ja käytetään monenlaisiin sovelluksiin. Alumiinista on erittäin iso osa jokapäiväistä elämää autokorista olutölkkiin ja sähkökaapeleista lentokoneiden nahoihin.
ominaisuudet
- Atomisymboli: Al
- Atominumero: 13
- Elementtiluokka: Siirtymisen jälkeinen metalli
- Tiheys: 2,70 g / cm3
- Sulamispiste: 660,32 ° C (1220,58 ° F).
- Kiehumispiste: 2519 ° C (4566 ° F)
- Mohin kovuus: 2,75
Ominaisuudet
Alumiini on kevyt, erittäin johtava, heijastava ja myrkytön metalli, joka voidaan helposti työstää. Metallin kestävyys ja lukuisat edulliset ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen materiaalin moniin teollisiin sovelluksiin.
Historia
Muinaiset egyptiläiset käyttivät alumiiniyhdisteitä väriaineina, kosmetiikkana ja lääkkeinä, mutta vasta 5000 vuotta myöhemmin ihmiset löysivät, kuinka sulattaa puhdasta metallista alumiinia. Ei ole yllättävää, että alumiinimetallin valmistusmenetelmien kehittäminen tapahtui samaan aikaan sähkön tulon myötä 1800-luvulla, koska alumiinin sulatus vaatii huomattavia määriä sähköä.
Suuri läpimurto alumiinin tuotannossa tapahtui vuonna 1886, kun Charles Martin Hall huomasi, että alumiinia voitaisiin tuottaa elektrolyyttisellä pelkistyksellä. Siihen asti alumiini oli ollut harvinaisempaa ja kalliimpaa kuin kulta. Kahden vuoden kuluessa Hallin löytöistä alumiiniyhtiöitä kuitenkin perustettiin Eurooppaan ja Amerikkaan.
Alumiinin kysyntä kasvoi 1900-luvulla huomattavasti etenkin kuljetus- ja pakkausteollisuudessa. Vaikka tuotantotekniikat eivät ole muuttuneet olennaisesti, niistä on tullut huomattavasti tehokkaampia. Viimeisen 100 vuoden aikana yhden alumiiniyksikön tuotantoon käytetyn energian määrä on vähentynyt 70%.
tuotanto
Alumiinin tuotanto malmista riippuvainen alumiinioksidista (Al2O3), joka uutetaan bauksiittimalmista. Bauksiitti sisältää yleensä 30–60% alumiinioksidia (yleisesti alumiinioksidiksi kutsuttu) ja sitä löytyy säännöllisesti lähellä maan pintaa. Tämä prosessi voidaan jakaa kahteen osaan; (1) alumiinioksidin uutto bauksiitista ja (2) alumiinimetallin sulatus alumiinioksidista.
Alumiinioksidin erottaminen normaalisti tehdään käyttämällä ns. Bayer-prosessia. Tähän sisältyy bauksiitin murskaaminen jauheeksi, sekoittaminen veden kanssa lietteeksi, kuumentaminen ja kaustisen soodan (NaOH) lisääminen. Kaustinen sooda liuottaa alumiinioksidin, joka antaa sen kulkea suodattimien läpi jättäen epäpuhtaudet taakse.
Aluminaattiliuos tyhjennetään sitten saostussäiliöihin, joihin alumiinihydroksidihiukkaset lisätään ”siemeninä”. Sekoittaminen ja jäähdytys johtavat alumiinihydroksidin saostumiseen siemenmateriaaliin, joka sitten kuumennetaan ja kuivataan alumiinioksidin tuottamiseksi.
Elektrolyyttisiä kennoja käytetään alumiinin sulattamiseen alumiinioksidista Charles Martin Hallin löytämässä prosessissa. Soluihin syötetty alumiinioksidi liuotetaan sulan kryoliitin fluorattuun hauteeseen lämpötilassa 1742F ° (950 ° C).
Solun hiili-anodeista seoksen kautta katodikappaleeseen lähetetään tasavirta missä tahansa välillä 10 000 - 300 000 A. Tämä sähkövirta hajottaa alumiinioksidin alumiiniksi ja hapeksi. Happi reagoi hiilen kanssa tuottaen hiilidioksidia, kun taas alumiini houkuttelee hiilikatodisolun vuoraukseen.
Alumiini voidaan sitten kerätä ja viedä uuneihin, joihin voidaan lisätä kierrätettävää alumiinimateriaalia. Noin kolmasosa kaikesta nykyisin tuotetusta alumiinista tulee kierrätysmateriaalista. Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen mukaan suurin alumiinia tuottavat maat vuonna 2010 olivat Kiina, Venäjä ja Kanada.
Sovellukset
Alumiinin sovelluksia on liian monta lueteltavaksi, ja metallin erityisominaisuuksien vuoksi tutkijat etsivät uusia sovelluksia säännöllisesti. Yleisesti ottaen alumiini ja sen monet seokset käytetään kolmessa pääteollisuudessa; kuljetus, pakkaus ja rakentaminen.
Alumiini, erilaisissa muodoissa ja seoksissa, on kriittinen lentokoneiden, autojen, junien ja veneiden rakenteellisille komponenteille (rungot ja rungot). Jopa 70% joistakin kaupallisista lentokoneista koostuu alumiiniseoksista (painosta mitattuna). Tarvitaanko osa jännitystä, korroosionkestävyyttä tai korkeiden lämpötilojen sietokykyä, käytetyn seoksen tyyppi riippuu kunkin komponentin vaatimuksista.
Noin 20% kaikesta tuotetusta alumiinista käytetään pakkausmateriaaleihin. Alumiinifolio on sopiva pakkausmateriaali ruokaa varten, koska se ei ole myrkyllinen, mutta se on myös a sopiva tiivisteaine kemiallisiin tuotteisiin sen alhaisen reaktiivisuuden vuoksi ja se on valoa, vettä ja happi. Pelkästään Yhdysvalloissa lähetetään vuosittain noin 100 miljardia alumiinitölkkiä. Näistä yli puolet kierrätetään lopulta.
Kestävyyden ja korroosionkestävyyden vuoksi noin 15% vuosittain tuotetusta alumiinista käytetään rakennustöihin. Tähän sisältyy ikkunat ja ovien kehykset, katto-, sivuraide- ja rakennekehykset sekä kouru, ikkunaluukut ja autotallin ovet.
Aluminiumin sähkönjohtavuus mahdollistaa myös sen käytön pitkän matkan johdinlinjoissa. Teräksellä vahvistetut alumiiniseokset ovat kustannustehokkaampia kuin kupari ja vähentävät notkaantumista kevyensä painonsa vuoksi.
Muita alumiinia koskevia sovelluksia ovat kuoret ja jäähdytyselementit kulutuselektroniikkaan, katuvalaistuksen pylväät, öljyporauslautan ylärakenteet, alumiinilla päällystetyt ikkunat, keittiövälineet, baseball-lepakot ja heijastava turvallisuus laitteet.
Lähteet:
Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metallit ihmisen palveluksessa. 11. painos (1998).
USGS. Mineraaliaineyhteenvedot: alumiini (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/