Karakteristike, karakteristike, istorija i primena aluminijuma
Aluminijum (poznat i kao aluminijum) je najobimniji metalni element u zemaljskoj korici. I to je dobra stvar, jer mi puno koristimo. Svake godine oko 41 miliona tona se topi i koristi se u širokom rasporedu aplikacija. Od automatskih tela do konzerva za pivo, i od električnih kablova do kože aviona, aluminijum je veliki deo našeg svakodnevnog života.
Nekretnine
- Atomski simbol: Al
- Atomski broj: 13
- Element Kategorija: Post-tranzicijski metali
- Gustina: 2,70 g / cm 3
- Tačka topljenja: 1220.58 ° F (660.32 ° C)
- Tačka ključanja: 4566 ° F (2519 ° C)
- Tvrdoća Moha: 2,75
Karakteristike
Aluminijum je lagan, visoko provodljiv, reflektujući i netoksičan metal koji se lako može obraditi. Trajnost metala i brojne pogodne osobine čine ga idealnim materijalom za mnoge industrijske primene.
istorija
Drevna Egipćana su upotrebljavala aluminijumska jedinjenja kao boje, kozmetika i lekovi, ali do 5000 godina kasnije, ljudi su otkrili kako da smrde čisti metalni aluminijum. Nije iznenađujuće što se razvojem metoda za proizvodnju aluminijumskog metala poklopilo sa pojavom električne energije u 19. vijeku, s obzirom da topionici aluminijuma zahtijevaju značajne količine električne energije.
Veliki prodor u proizvodnji aluminijuma došao je 1886. godine, kada je Charles Hall otkrio da se aluminijum može proizvoditi korišćenjem elektrolitičke redukcije.
Do tada je aluminijum bio rjeđi i skuplji od zlata. Međutim, u roku od dvije godine otkrivanja Hala, u Evropi i Americi su osnovane aluminijske kompanije.
Tokom dvadesetog veka potražnja aluminijuma značajno se povećala, naročito u transportnoj i pakirnoj industriji.
Iako se proizvodne tehnike nisu značajno promenile, postale su značajnije efikasnije. Tokom proteklih 100 godina, količina energije koja se troši za proizvodnju jedne jedinice aluminijuma smanjena je za 70%.
Proizvodnja
Proizvodnja aluminijuma od rude zavisi od aluminijum oksida (Al2O3), koji se ekstrahuje iz boksitne rude. Boksit obično sadrži 30-60% aluminijum oksida (obično se naziva glinica) i redovno se nalazi blizu površine zemlje. Ovaj proces se može razdvojiti na dva dela; (1) ekstrakciju glinice iz boksita i (2), taljenje aluminijumskog metala iz glinice.
Odvajanje glinice u normalno obavljenim korišćenjem poznatog kao Bayerov proces. Ovo podrazumijeva drobljenje boksita u prah, miješajući ga vodom kako bi se napravila gustina, zagrevanje i dodavanje natrijum soda (NaOH). Kaustična soda rastvara aluminijum, što mu omogućava prolaz kroz filtere, ostavljajući nečistoće iza sebe.
Aluminijski rastvor se zatim isušuje u rezervoare rezervoara gde se dodaju čestice aluminijum hidroksida kao "seme". Agitacija i hlađenje rezultiraju precipitacijom aluminijum-hidroksida na semenski materijal, koji se zatim zagreva i osuši za proizvodnju glinice.
Elektrolitičke ćelije koriste se za taljenje aluminijuma od glinice u procesu koji je otkrio Charles Martin Hall.
Alumina, koja se unosi u ćelije, rastvara se u fluoriranoj kadi rastopljenog kriolita na 1742 ° C (950 ° C).
Direktna struja bilo gde od 10.000-300.000A se šalje iz ugljeničnih anoda u ćeliju kroz smešu do katodne ljuske. Ova električna struja razbija aluminijum u aluminijum i kiseonik. Kiseonik reaguje sa ugljenikom za proizvodnju ugljen-dioksida, dok se aluminijum privlači na oblogu ćelije karbonskih ćelija.
Aluminijum se zatim može sakupljati i odneti u peći gde se može dodati materijal koji se može reciklirati. Oko trećine proizvedenog aluminijuma danas proizilazi iz recikliranog materijala. Prema Geološkom istraživanju SAD, najveće zemlje proizvođača aluminijuma u 2010. godini bile su Kina, Rusija i Kanada.
Aplikacije
Aluminijumske aplikacije su previše brojne za spisak, a zbog posebnih svojstava metala istraživači redovno pronalaze nove aplikacije.
Generalno govoreći, aluminijum i njegove legure se koriste u tri glavne industrije; transport, pakovanje i izgradnju.
Aluminijum, u različitim oblicima i legurama, kritičan je za konstrukcijske komponente (ramove i tijela) aviona, automobila, vozova i čamaca. Čak 70% komercijalnih aviona sastoji se od legura aluminijuma (mereno težinom). Bilo da se radi o stresu ili otpornosti na koroziju ili toleranciji na visoke temperature, vrsta upotrebljene legure zavisi od zahteva svakog od komponenti.
Oko 20% proizvedenog aluminijuma koristi se u ambalažnim materijalima. Aluminijumska folija je odgovarajući ambalažni materijal za hranu zbog toga što je netoksičan, a takođe je pogodan zaptivač za hemijske proizvode zbog svoje niske reaktivnosti i nepropustan za svetlost, vodu i kiseonik. Samo u Sjedinjenim Američkim Državama, godišnje se isporučuju oko 100 milijardi limova od aluminijuma. Preko polovine ovih se na kraju reciklira.
Zbog svoje izdržljivosti i otpornosti na koroziju, oko 15% aluminijuma proizvedenih svake godine koristi se u građevinskim aplikacijama. To uključuje prozore i okvire vrata, krovne konstrukcije, obloge i strukturalne okvire, kao i oluci, roletne i garažna vrata.
Električna provodljivost aluminijuma takođe omogućava da se koristi u linijama provodnika na daljinu. Ojačani čelikom, aluminijumske legure su ekonomičnije od bakra i smanjuju saganje zbog njihove male težine.
Ostale aplikacije za aluminijum uključuju školjke i hladnjake za potrošnu elektroniku, stubove za ulično osvetljenje, top-strukture naftnih ploča, prozori od aluminijuma, kuhinjski pribor, bejzbol palice i odbojne sigurnosne uređaje.
Izvori:
Ulica, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metali u službi čovjeka . 11. izdanje (1998).
USGS. Mineralni izvještaji o roba: aluminijum (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/