De eigenschappen, kenmerken, geschiedenis en toepassingen van aluminium
Aluminium (ook bekend als aluminium) is het meest voorkomende metaalelement in de aardkorst. En het is ook een goede zaak, omdat we er veel van gebruiken. Ongeveer 41 miljoen ton wordt elk jaar gesmolten en gebruikt in een breed scala aan toepassingen. Van autocarrosserieën tot bierblikjes, en van elektrische kabels tot vliegtuighuiden, aluminium is een groot deel van ons dagelijks leven.
eigenschappen
- Atoom symbool: Al
- Atoomnummer: 13
- Elementcategorie: metaal na de overgang
- Dichtheid: 2,70 g / cm3
- Smeltpunt: 1220,58 ° F (660.32 ° C)
- Kookpunt: 2566 ° F (2519 ° C)
- Moh's hardheid: 2.75
Kenmerken
Aluminium is een lichtgewicht, sterk geleidend, reflecterend en niet-toxisch metaal dat gemakkelijk kan worden bewerkt. De duurzaamheid van het metaal en de talrijke voordelige eigenschappen maken het tot een ideaal materiaal voor vele industriële toepassingen.
Geschiedenis
Aluminiumverbindingen werden door oude Egyptenaren gebruikt als kleurstoffen, cosmetica en medicijnen, maar pas 5000 jaar later ontdekte de mens hoe hij puur metaalaluminium rook. Het is niet verrassend dat de ontwikkeling van methoden voor de productie van aluminiummetaal samenviel met de opkomst van elektriciteit in de 19e eeuw, omdat het smelten van aluminium aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit vereist.
Een belangrijke doorbraak in de aluminiumproductie kwam in 1886 toen Charles Martin Hall ontdekte dat aluminium kon worden geproduceerd met behulp van elektrolytische reductie.
Tot die tijd was aluminium zeldzamer en duurder dan goud. Echter, binnen twee jaar na de ontdekking van Hall werden aluminiumbedrijven opgericht in Europa en Amerika.
Tijdens de 20ste eeuw groeide de vraag naar aluminium aanzienlijk, vooral in de transport- en verpakkingsindustrie.
Hoewel de productietechnieken niet substantieel zijn veranderd, zijn ze aanzienlijk efficiënter geworden. In de afgelopen 100 jaar is de hoeveelheid energie die is verbruikt om een eenheid aluminium te produceren met 70% afgenomen.
Productie
De productie van aluminium uit erts is afhankelijk van aluminiumoxide (Al2O3), dat wordt geëxtraheerd uit bauxieterts. Bauxiet bevat normaal gesproken 30-60% aluminiumoxide (gewoonlijk aluminiumoxide genoemd) en wordt regelmatig aangetroffen in de buurt van het aardoppervlak. Dit proces kan in twee delen worden verdeeld; (1) de extractie van aluminiumoxide uit bauxiet en (2) het smelten van aluminiummetaal uit alumina.
Scheiding van alumina in normaal gedaan met behulp van wat bekend staat als het Bayer-proces. Dit omvat het pletten van het bauxiet tot een poeder, het mengen met water om een suspensie te maken, verwarmen en bijtende soda (NaOH) toevoegen. De natronloog lost alumina op, waardoor het door de filters kan passeren, waardoor onzuiverheden achterblijven.
De aluminaatoplossing wordt vervolgens afgelaten in precipitatortanks waar deeltjes van aluminiumhydroxide worden toegevoegd als 'zaad'. Roeren en afkoelen resulteert in het neerslaan van aluminiumhydroxide op het entmateriaal, dat vervolgens wordt verwarmd en gedroogd om alumina te produceren.
Elektrolytische cellen worden gebruikt om aluminium uit aluminiumoxide te smelten in het proces dat werd ontdekt door Charles Martin Hall.
Alumina gevoed in de cellen wordt opgelost in een gefluoreerd bad van gesmolten cryoliet bij 1742 ° F (950 ° C).
Een gelijkstroom van ergens tussen de 10.000-300.000A wordt verzonden van de koolstofanoden in de cel door het mengsel naar een kathodeschil. Deze elektrische stroom breekt het aluminiumoxide af in aluminium en zuurstof. De zuurstof reageert met de koolstof om koolstofdioxide te produceren, terwijl het aluminium wordt aangetrokken door de voering van de koolstofkathodecel.
Het aluminium kan vervolgens worden verzameld en naar ovens worden gebracht waar recyclebaar aluminiummateriaal kan worden toegevoegd. Ongeveer een derde van al het geproduceerde aluminium is afkomstig van gerecycled materiaal. Volgens de US Geological Survey waren de grootste aluminiumproducerende landen in 2010 China, Rusland en Canada.
toepassingen
Toepassingen van Aluminium zijn te talrijk om op te noemen, en vanwege de speciale eigenschappen van het metaal vinden onderzoekers regelmatig nieuwe toepassingen.
Over het algemeen worden aluminium en de vele legeringen ervan in drie belangrijke industrieën gebruikt; transport, verpakking en constructie.
Aluminium, in verschillende vormen en legeringen, is van cruciaal belang voor de structurele componenten (frames en lichamen) van vliegtuigen, auto's, treinen en boten. Maar liefst 70% van sommige commerciële vliegtuigen bestaat uit aluminiumlegeringen (gemeten naar gewicht). Of het onderdeel nu spanning of corrosiebestendigheid vereist, of tolerantie voor hoge temperaturen, het type legering dat wordt gebruikt, is afhankelijk van de vereisten van elk componentonderdeel.
Ongeveer 20% van al het geproduceerde aluminium wordt gebruikt in verpakkingsmaterialen. Aluminiumfolie is een geschikt verpakkingsmateriaal voor voedsel omdat het niet-toxisch is, terwijl het ook een geschikt afdichtmiddel is voor chemische producten vanwege zijn lage reactiviteit en ondoordringbaar is voor licht, water en zuurstof. Alleen al in de VS worden er elk jaar ongeveer 100 miljard aluminium blikjes verzonden. Meer dan de helft hiervan wordt uiteindelijk gerecycled.
Vanwege de duurzaamheid en weerstand tegen corrosie wordt ongeveer 15% van het aluminium dat elk jaar wordt geproduceerd, gebruikt in bouwtoepassingen. Dit omvat ramen en deurkozijnen, dakbedekking, gevelbeplating en structurele omlijsting, evenals goten, luiken en garagedeuren.
De elektrische geleidbaarheid van aluminium maakt het ook mogelijk om te worden gebruikt in leidingslijnen op lange afstand. Versterkt met staal, aluminiumlegeringen zijn kostenefficiënter dan koper en verminderen uitzakken als gevolg van hun lichte gewicht.
Andere toepassingen voor aluminium zijn onder meer schalen en koellichamen voor consumentenelektronica, straatverlichtingspalen, topstructuren van booreilanden, aluminium gecoate ramen, kookgerei, honkbalknuppels en reflecterende veiligheidsinrichtingen.
bronnen:
Straat, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metalen in de dienst van de mens . 11e editie (1998).
USGS. Mineral Commodity Summaries: Aluminium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/