алуминий (известен още като алуминий) е най-разпространеният метален елемент в земната кора. И това е хубаво нещо, защото използваме много от него. Около 41 милиона тона се разтопяват всяка година и се използват в широк подредба на приложенията. От автомобилни тела до кутии за бира и от електрически кабели до кожи на самолети, алуминият е много голяма част от нашето ежедневие.
Имоти
- Атомен символ: Ал
- Атомно число: 13
- Елемент Категория: Метал след прехода
- Плътност: 2,70 g / cm3
- Точка на топене: 660.32 ° C 1220.58 ° F
- Точка на кипене: 2519 ° C 4566 ° F
- Твърдост на Мох: 2,75
Характеристики
Алуминият е лек, високопроводим, отразяващ и нетоксичен метал, който може лесно да се обработва. Издръжливостта на метала и многобройните изгодни свойства го правят идеален материал за много индустриални приложения.
история
Алуминиевите съединения са били използвани от древните египтяни като багрила, козметика и лекарства, но едва 5000 години по-късно хората откриват как да разтопят чист метален алуминий. Не е изненадващо, че разработването на методи за производство на алуминиев метал съвпада с появата на електричество през 19-ти век, тъй като топенето на алуминий изисква значителни количества електроенергия.
Основен пробив в производството на алуминий дойде през 1886 г., когато Чарлз Мартин Хол откри, че алуминият може да бъде произведен чрез електролитно редуциране. Дотогава алуминият е бил по-рядък и по-скъп от златото. Въпреки това, в рамките на две години от откриването на Хол, в Европа и Америка се създават алуминиеви компании.
През 20-ти век търсенето на алуминий значително нарасна, особено в транспортната и опаковъчната промишленост. Въпреки че производствените техники не са се променили съществено, те стават значително по-ефективни. През последните 100 години количеството енергия, изразходвано за производството на една единица алуминий, е намаляло със 70%.
производство
Производство на алуминий от рудата зависи от алуминиевия оксид (Al2O3), който се извлича от бокситовата руда. Бокситът обикновено съдържа 30-60% алуминиев оксид (обикновено наричан алуминиев оксид) и редовно се намира близо до земната повърхност. Този процес може да бъде разделен на две части; (1) извличане на алуминиев оксид от боксит и (2), топенето на алуминиев метал от алуминий.
Разделянето на алуминиевия двуокис обикновено се прави с помощта на това, което е известно като Байеровия процес. Това включва раздробяване на боксита на прах, смесването му с вода, за да се получи суспензия, нагряване и добавяне на сода каустик (NaOH). Сода каустик разтваря алуминий, което му позволява да преминава през филтри, оставяйки примеси зад себе си.
След това алуминатният разтвор се оттича в резервоарите за утаяване, където частици от алуминиев хидроксид се добавят като "семена". Разбъркването и охлаждането водят до утаяване на алуминиев хидроксид върху семенния материал, който след това се нагрява и суши, за да се получи алуминиев оксид.
Електролитичните клетки се използват за топене на алуминий от алуминиев оксид в процеса, открит от Чарлз Мартин Хол. Подаденият в клетките алуминий се разтваря във флуорирана баня от разтопен криолит при 1742F ° (950 ° С).
От въглеродните аноди в клетката през сместа се изпраща постоянен ток от 10 000-300 000A през катодната обвивка. Този електрически ток разгражда алуминия на алуминий и кислород. Кислородът реагира с въглерода, за да произведе въглероден диоксид, докато алуминият е привлечен от лигавицата на въглеродния катод.
След това алуминият може да бъде събран и отнесен в пещи, където може да се добави рециклируем алуминиев материал. Около една трета от целия произведен днес алуминий идва от рециклирани материали. Според Геологическата служба на САЩ, най-големият страни, които произвеждат алуминий през 2010 г. бяха Китай, Русия и Канада.
Приложения
Приложенията на Алуминий са твърде много, за да бъдат изброени, и поради специалните свойства на метала изследователите намират редовно нови приложения. Най-общо казано, алуминият и неговите многобройни сплави се използват в три основни индустрии; транспорт, опаковане и строителство.
Алуминият в най-различни форми и сплави е от решаващо значение за структурните компоненти (рамки и каросерии) на самолети, автомобили, влакове и лодки. До 70% от някои търговски самолети се състоят от алуминиеви сплави (измерени по тегло). Независимо дали частта изисква стрес или устойчивост на корозия или поносимост към високи температури, типът на използваната сплав зависи от изискванията на всяка компонентна част.
Около 20% от целия произведен алуминий се използва в опаковъчни материали. Алуминиевото фолио е подходящ опаковъчен материал за храна, тъй като е нетоксично, докато е също така а подходящ уплътнител за химически продукти поради ниската си реактивност и е непромокаем за светлина, вода и кислород. Само в САЩ всяка година се доставят около 100 милиарда алуминиеви кутии. Над половината от тях в крайна сметка се рециклират.
Поради своята трайност и устойчивост на корозия, около 15% от произвеждания алуминий всяка година се използва в строителни приложения. Това включва прозорци и врати, покриви, сайдинг и структурно рамкиране, както и улуци, щори и гаражни врати.
Алуминиеви е електропроводимост също така позволява да се използва в проводници на дълги разстояния. Подсилени със стомана, алуминиевите сплави са по-икономични от медта и намаляват провисването поради лекото им тегло.
Други приложения за алуминий включват обвивки и радиатори за потребителска електроника, стълбове за улично осветление, Горни конструкции на маслени платформи, прозорци с алуминиево покритие, прибори за готвене, бейзболни бухалки и отразяваща безопасност устройства.
Източници:
Улица, Артур. & Alexander, W. О. 1944. Метали в служба на човека. 11-то издание (1998).
USGS. Обобщения на минералните стоки: Алуминий (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/