Egenskaber, egenskaber, historie og anvendelser af aluminium
Aluminium (også kendt som aluminium) er det mest almindelige metalelement i jordskorpen. Og det er også en god ting, fordi vi bruger meget af det. Omkring 41 millioner tons smelter hvert år og beskæftiger sig med en bred ordning for ansøgninger. Fra auto krop til øl dåser, og fra elektriske kabler til flyskind, er aluminium en meget stor del af vores hverdag .
Ejendomme
- Atomisk symbol: Al
- Atomisk nummer: 13
- Element Kategori: Post-overgangsmetal
- Tæthed: 2,70 g / cm3
- Smeltepunkt: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Kogepunkt: 4566 ° F (2519 ° C)
- Mohs hårdhed: 2,75
Egenskaber
Aluminium er et letvægts, meget ledende, reflekterende og giftfri metal, der let kan bearbejdes. Metalets holdbarhed og mange fordelagtige egenskaber gør det til et ideelt materiale til mange industrielle anvendelser.
Historie
Aluminiumforbindelser blev brugt af gamle egyptere som farvestoffer, kosmetik og medicin, men det var ikke før 5000 år senere, at mennesker opdagede, hvordan man smeltede rent metallisk aluminium. Ikke overraskende er udviklingen af metoder til fremstilling af aluminiummetal sammenfaldende med fremkomsten af elektricitet i det 19. århundrede, da aluminiumsmeltning kræver betydelige mængder elektricitet.
Et stort gennembrud i aluminiumproduktionen kom i 1886, da Charles Martin Hall opdagede, at aluminium kunne fremstilles ved hjælp af elektrolytisk reduktion.
Indtil da var aluminium blevet sjældnere og dyrere end guld. Men inden for to år efter Hall's opdagelse blev der etableret aluminiumvirksomheder i Europa og Amerika.
I løbet af det 20. århundrede voksede efterspørgslen efter aluminium betydeligt, især inden for transport og emballageindustrien.
Selv om produktionsteknikkerne ikke er ændret væsentligt, er de blevet særligt mere effektive. I løbet af de sidste 100 år er mængden af forbrugt energi til fremstilling af en enhed af aluminium faldet 70%.
Produktion
Produktion af aluminium fra malm er afhængig af aluminiumoxid (Al2O3), som ekstraheres fra bauxitmalm. Bauxit indeholder normalt 30-60% aluminiumoxid (almindeligvis omtalt som aluminiumoxid) og findes jævnligt nær jordens overflade. Denne proces kan adskilles i to dele; (1) udvinding af aluminiumoxid fra bauxit og (2) smeltningen af aluminiummetal fra aluminiumoxid.
Separering af aluminiumoxid i normalt udført ved hjælp af det såkaldte Bayer-processen. Dette indebærer at knuse bauxitten i et pulver, blande det med vand for at gøre en opslæmning, opvarmning og tilsætning af kaustisk sodavand (NaOH). Den kaustiske soda opløses aluminiumoxid, som gør det muligt at passere gennem filtre, der efterlader urenheder bagved.
Aluminatopløsningen dernæst drænes til udfældningsbeholdere, hvor partikler af aluminiumhydroxid tilsættes som "frø". Omrøring og afkøling resulterer i aluminiumhydroxid udfældning på frømaterialet, som derefter opvarmes og tørres for at fremstille aluminiumoxid.
Elektrolytiske celler bruges til at smelte aluminium fra aluminiumoxid i den proces, der blev opdaget af Charles Martin Hall.
Aluminium, der er fodret ind i cellerne, opløses i et fluoreret bad af smeltet kryolit ved 1742F ° (950 ° C).
En likestrøm fra hvor som helst 10.000-300.000A sendes fra carbonanodene i cellen gennem blandingen til en katodeskal. Denne elektriske strøm bryder aluminiumoxidet ned i aluminium og ilt. Oxygenet reagerer med carbonet for at producere carbondioxid, medens aluminiumet tiltrækkes af karbonkatodecelleforingen.
Aluminiumet kan derefter opsamles og tages til ovne, hvor der kan tilsættes genanvendeligt aluminiummateriale. Omkring en tredjedel af alt produceret aluminium kommer i dag af genbrugsmateriale. Ifølge den amerikanske geologiske undersøgelse var de største aluminiumproducerende lande i 2010 Kina, Rusland og Canada.
Applikationer
Aluminiums applikationer er for mange til at liste, og på grund af metalets specielle egenskaber finder forskerne regelmæssigt nye applikationer.
Generelt anvendes aluminium og dets mange legeringer i tre store industrier; transport, emballage og konstruktion.
Aluminium, i forskellige former og legeringer, er kritisk for de strukturelle komponenter (rammer og kroppe) af fly, biler, tog og både. Så meget som 70% af nogle kommercielle fly består af aluminiumlegeringer (målt efter vægt). Hvorvidt delen kræver stress eller korrosionsbestandighed eller tolerance over for høje temperaturer, afhænger den anvendte type legering af kravene til hver komponentdel.
Ca. 20% af alt produceret aluminium anvendes i emballagematerialer. Aluminiumsfolie er et egnet emballeringsmateriale til mad, fordi det er giftfri, mens det også er et egnet tætningsmiddel til kemiske produkter på grund af dets lave reaktivitet og er uigennemtrængeligt for lys, vand og ilt. Kun i USA afsendes ca. 100 milliarder aluminium dåser hvert år. Over halvdelen af disse bliver til sidst genanvendt.
På grund af dets holdbarhed og korrosionsbestandighed anvendes ca. 15% aluminium produceret hvert år i byggeprogrammer. Dette omfatter vinduer og dørkarme, tagdækning, sidespor og strukturelle indramning samt rynker, skodder og garagedøre.
Aluminiums elektriske ledningsevne gør det også muligt at anvende det i fjernlederledninger. Forstærket med stål, er aluminiumlegeringer mere omkostningseffektive end kobber og reducerer sagging på grund af deres lette vægt.
Andre anvendelser til aluminium omfatter skaller og varmepumpe til forbrugerelektronik, gadebelysningspoler, olieriggsplader, aluminiumbelagte vinduer, køkkenredskaber, baseballbat og reflekterende sikkerhedsanordninger.
Kilder:
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metaller i Service of Man . 11. udgave (1998).
USGS. Mineral Commodity Summaries: Aluminum (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/