Aluminium (även känd som aluminium) är det vanligaste metallelementet i jordskorpan. Och det är också bra eftersom vi använder mycket av det. Cirka 41 miljoner ton smälts varje år och används i ett brett ansökan. Från autokroppar till ölburkar och från elektriska kablar till flygplansskinn är aluminium en mycket stor del av vår vardag.
Egenskaper
- Atomisk symbol: Al
- Atomnummer: 13
- Elementkategori: Metall efter övergång
- Densitet: 2,70 g / cm3
- Smältpunkt: 620,32 ° C (1220,58 ° F)
- Kokpunkt: 2519 ° C (4566 ° F)
- Mohs hårdhet: 2,75
egenskaper
Aluminium är en lätt, mycket ledande, reflekterande och giftfri metall som lätt kan bearbetas. Metallens hållbarhet och många fördelaktiga egenskaper gör den till ett idealiskt material för många industriella tillämpningar.
Historia
Aluminiumföreningar användes av forntida egyptier som färgämnen, kosmetika och läkemedel, men det var inte förrän 5000 år senare som människor upptäckte hur man skulle smälta rent metalliskt aluminium. Inte överraskande, utvecklingen av metoder för att producera aluminiummetall sammanföll med tillkomsten av el på 1800-talet, eftersom aluminiumsmältning kräver betydande mängder el.
Ett stort genombrott inom aluminiumproduktionen kom 1886 när Charles Martin Hall upptäckte att aluminium kunde produceras med elektrolytisk reduktion. Fram till dess hade aluminium varit sällsyntare och dyrare än guld. Inom två år efter Halls upptäckt etablerades dock aluminiumföretag i Europa och Amerika.
Under 1900-talet ökade efterfrågan på aluminium kraftigt, särskilt inom transport- och förpackningsindustrin. Även om produktionstekniker inte har förändrats väsentligt har de blivit mer effektiva. Under de senaste 100 åren har mängden energi som förbrukas för att producera en aluminiumenhet minskat med 70%.
Produktion
Produktion av aluminium från malm är beroende av aluminiumoxid (Al2O3), som utvinns från bauxitmalm. Bauxit innehåller normalt 30-60% aluminiumoxid (ofta kallad aluminiumoxid) och finns regelbundet nära jordytan. Denna process kan delas upp i två delar; (1) extraktion av aluminiumoxid från bauxit, och (2), smältning av aluminiummetall från aluminiumoxid.
Separation av aluminiumoxid i normalt utfört med användning av det som kallas Bayer-processen. Detta innebär att krossa bauxiten till ett pulver, blanda den med vatten för att göra en uppslamning, värma och tillsätta kaustisk soda (NaOH). Den kaustiska soda upplöser aluminiumoxid, vilket gör att den kan passera genom filter och lämna föroreningar bakom sig.
Aluminatlösningen dräneras sedan i fällningstankar där partiklar av aluminiumhydroxid tillsättes som "utsäde". Omröring och kylning resulterar i att aluminiumhydroxid fälls ut på utsädesmaterialet, som sedan värms upp och torkas för att producera aluminiumoxid.
Elektrolytiska celler används för att smälta aluminium från aluminiumoxid i processen upptäckt av Charles Martin Hall. Aluminiumoxid som matas in i cellerna upplöses i ett fluorerat bad av smält kryolit vid 1742F ° (950 ° C).
En likström på var som helst från 10.000-300.000 A skickas från kolanoderna i cellen genom blandningen till ett katodskal. Denna elektriska ström bryter ner aluminiumoxiden till aluminium och syre. Syret reagerar med kolet för att producera koldioxid, medan aluminiumet dras till kolkododcellfodret.
Aluminiumet kan sedan samlas upp och tas till ugnar där återvinningsbart aluminiummaterial kan tillsättas. Cirka en tredjedel av all aluminium som produceras idag kommer från återvunnet material. Enligt US Geological Survey, den största aluminiumproducerande länder 2010 var Kina, Ryssland och Kanada.
tillämpningar
Aluminiums applikationer är för många för att kunna listas, och på grund av metallens specialegenskaper hittar forskare regelbundet nya applikationer. Generellt sett aluminium och dess många legeringar används i tre stora industrier; transport, förpackning och konstruktion.
Aluminium, i olika former och legeringar, är avgörande för strukturella komponenter (ramar och karosser) i flygplan, bilar, tåg och båtar. Så mycket som 70% av vissa kommersiella flygplan består av aluminiumlegeringar (mätt i vikt). Oavsett om delen kräver spänning eller korrosionsbeständighet eller tolerans mot höga temperaturer beror den använda legeringen på beroende av kraven för varje komponentdel.
Cirka 20% av allt producerat aluminium används i förpackningsmaterial. Aluminiumfolie är ett lämpligt förpackningsmaterial för livsmedel på grund av att det är giftigt, medan det också är ett lämpligt tätningsmedel för kemiska produkter på grund av dess låga reaktivitet och är ogenomtränglig för ljus, vatten och syre. Endast i USA levereras cirka 100 miljarder aluminiumburkar varje år. Över hälften av dessa återvinns så småningom.
På grund av dess hållbarhet och korrosionsbeständighet används cirka 15% av aluminium som produceras varje år i konstruktionsapplikationer. Detta inkluderar fönster och dörrkar, tak, sidospår och konstruktionsramar, samt takrännor, fönsterluckor och garageportar.
Aluminiums elektrisk konduktivitet gör det också möjligt att använda den i långa ledarledningar. Aluminiumlegeringar är förstärkta med stål och är mer kostnadseffektiva än koppar och minskar lutning på grund av deras lätta vikt.
Andra applikationer för aluminium inkluderar skal och kylflänsar för konsumentelektronik, gatubelysningsstänger, toppkonstruktioner med oljerigg, aluminiumbelagda fönster, köksredskap, basebollträn och reflekterande säkerhet enheter.
källor:
Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metaller i tjänsten av människan. 11: e upplagan (1998).
USGS. Mineral Commodity Summaries: Aluminium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/