Alumiiniumi omadused, omadused, ajalugu ja rakendused
Alumiinium (tuntud ka kui alumiinium) on maakoores kõige rikkalikum metallosa. Ja see on ka hea, sest me kasutame seda palju. Igal aastal sulatatakse ligikaudu 41 miljonit tonni ja neid kasutatakse paljude rakenduste jaoks. Alumiinium on meie auto igapäevaelust väga suur osa, alates autode kehast kuni õllepurgideni ja elektrikaablitest kuni õhusõiduki nahkadeni.
Omadused
- Atomic Symbol: Al
- Atomic Number: 13
- Element Category: Post-transition metal
- Tihedus: 2,70 g / cm3
- Sulamistemperatuur: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Keemispunkt: 4566 ° F (2519 ° C)
- Mohi kõvadus: 2,75
Omadused
Alumiinium on kerge, juhtiv, peegeldav ja mittetoksiline metall, mida saab kergesti töödelda. Metalli vastupidavus ja arvukad soodsad omadused muudavad selle ideaalseks materjaliks paljude tööstuslike rakenduste jaoks.
Ajalugu
Muistsed egiptlased kasutasid värvaineid, kosmeetikume ja ravimeid alumiiniumiühendeid, kuid alles 5000 aastat hiljem avastasin, et inimesed avastavad, kuidas välja puhastada metallist alumiiniumi. Pole ime, et alumiiniumi metallide valmistamise meetodite väljatöötamine langes 19. sajandil elektrienergia tekkimisega, kuna alumiiniumi sulatamine vajab märkimisväärset hulka elektrit.
Alumiiniumi tootmises saavutati suur läbimurre 1886. aastal, kui Charles Martin Hall avastas, et elektrolüütilise redutseerimise abil saab valmistada alumiiniumi.
Kuni selle ajani oli alumiinium olnud harvem ja kallim kui kuld. Kuid kahe aasta jooksul pärast Halli avastamist loodi alumiiniumfirmad Euroopas ja Ameerikas.
20. sajandi jooksul suurenes alumiiniumi nõudlus märkimisväärselt, eriti transpordi- ja pakenditööstuses.
Kuigi tootmismeetodid ei ole oluliselt muutunud, on need muutunud märkimisväärselt tõhusamaks. Viimase 100 aasta jooksul on ühe alumiiniumühiku tootmiseks kasutatud energiakogus vähenenud 70%.
Tootmine
Alumiiniumi tootmine maagist sõltub alumiiniumoksiidist (Al2O3), mis ekstraheeritakse boksiidimaagist. Boksiid sisaldab tavaliselt 30-60% alumiiniumoksiidi (tavaliselt nimetatakse alumiiniumoksiidiks) ja seda leiab korrapäraselt maapinna lähedal. Seda protsessi saab jagada kahte ossa: (1) alumiiniumoksiidi ekstraheerimine boksiidist ja (2) alumiiniumi metalli sulatamine alumiiniumoksiidist.
Alumiiniumoksiidi eraldamine tavalisel viisil, kasutades seda, mida nimetatakse Bayeri protsessiks. See hõlmab boksiidi purustamist pulbriks, segamist veega läga saamiseks, kuumutamiseks ja naatriumkarbonaadi (NaOH) lisamiseks. Naturaalne naatrium lahustab alumiiniumoksiidi, mis võimaldab filtrit läbi viia, jättes lisandite maha.
Aluminaatlahus kantakse seejärel sademepakenditesse, kus alumiiniumhüdroksiidi osakesi lisatakse seemnetena. Segamise ja jahutamise tulemuseks on alumiiniumhüdroksiid sadestades seemnematerjalile, mis seejärel kuumutatakse ja kuivatatakse, et saada alumiiniumoksiid.
Elektrolüütilisi rakke kasutatakse alumiiniumoksiidi alumiiniumi sulatamiseks Charles Martin Halli avastatud protsessis.
Rakkudesse söödetud alumiiniumoksiid lahustatakse sulatatud krüoliidi fluoritud vannis temperatuuril 1742 ° F (950 ° C).
Seadmes oleva süsiniku anoodidest saadetakse segu katoodikestadelt otsevool kusagil 10 000-300 000 A-st. See elektrivool purustab alumiiniumi alumiiniumist ja hapnikku. Hapnik reageerib süsinikuga süsinikdioksiidi saamiseks, samal ajal kui alumiinium on tõmbunud süsinikkatoodiklaasi vooderdisse.
Seejärel võib alumiiniumi koguda ja viia ahjudesse, kus saab lisada ringlussevõetavat alumiiniummaterjali. Umbes kolmandik kogu tänapäeval toodetud alumiinist on pärit ringlussevõetud materjalist. USA geoloogilise uuringu andmetel olid 2010. aastal suurimad alumiiniumi tootvad riigid Hiina, Venemaa ja Kanada.
Taotlused
Alumiiniumirakendused on loendamiseks liiga palju ning metalli eripäraste omaduste tõttu on teadlased regulaarselt uusi rakendusi leidnud.
Üldiselt kasutatakse alumiiniumi ja selle paljusid sulameid kolmes põhitööstuses; transport, pakkimine ja ehitus.
Erinevatest vormidest ja sulamitest pärit alumiinium on õhusõidukite, autode, rongide ja paatide konstruktsioonielementide (raamid ja korpused) jaoks kriitilise tähtsusega. Kuni 70% mõnest ärilennukist koosnevad alumiiniumsulamitest (mõõdetud massi järgi). Kas see osa nõuab stressi või korrosioonikindlust või kõrgemate temperatuuride tolerantsi, sõltub kasutatava sulami tüüp sõltuvalt iga komponendi nõudmistest.
Umbes 20% kogu toodetud alumiiniumist kasutatakse pakendimaterjalides. Alumiiniumfoolium on toidu jaoks sobiv pakkematerjal, kuna see on mittetoksiline, kuna see on ka keemiatoodete jaoks sobiv hermeetik, kuna see on vähese reaktiivsusega ja on valguse, vee ja hapniku suhtes läbilaskv. Ainuüksi USAs tarnitakse igal aastal umbes 100 miljardit alumiiniumipurgi. Üle poole neist on lõpuks taaskasutatud.
Tänu oma vastupidavusele ja korrosioonikindlusele kasutatakse ehitusprojektides umbes 15% aastas toodetud alumiiniumist. See hõlmab aknaid ja ukseraamid, katusekatteid, vooderdusi ja struktuurseid raamistikke, samuti rätikute, aknaluukide ja garaažiukseid.
Alumiiniumi elektrijuhtivus võimaldab seda ka pikamaa juhtivatel liinidel kasutada. Terasest tugevdatud alumiiniumisulamid on vasega kulutõhusamad ja vähendavad kergekaalu tõttu kitsendusi.
Muud alumiiniumrakendused hõlmavad tarbeelektroonika, tänavavalgustuspostide, õlirõgu ülaosade, alumiiniumist kaetud akende, toiduvalmistamisriistade, pesapallurünnakute ja peegeldavate turvaseadmete keresid ja jahutusvaateid.
Allikad:
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Meeste teenistuses olevad metallid . 11. väljaanne (1998).
USGS Mineraaltoote kokkuvõtted: Alumiinium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/