Egenskaper, egenskaper, historia och tillämpningar av aluminium
Aluminium (även känt som aluminium) är det mest omfattande metallelementet i jordskorpan. Och det är också bra eftersom vi använder mycket av det. Omkring 41 miljoner ton smälts varje år och sysselsätts i en bred ordning för ansökningar. Från auto-kroppar till ölburkar och från elektriska kablar till flygplansskinn är aluminium en väldigt stor del av vår vardag .
Egenskaper
- Atom-symbol: Al
- Atomnummer: 13
- Element Kategori: Efter övergångsmetall
- Densitet: 2,70 g / cm3
- Smältpunkt: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Kokpunkt: 4566 ° F (2519 ° C)
- Mohs hårdhet: 2,75
egenskaper
Aluminium är en lätt, mycket ledande, reflekterande och giftfri metall som enkelt kan bearbetas. Metallens hållbarhet och många fördelaktiga egenskaper gör det till ett idealiskt material för många industriella applikationer.
Historia
Aluminiumföreningar användes av forntida egyptier som färgämnen, kosmetika och mediciner, men det var inte förrän 5000 år senare att människor upptäckte hur man smälter på rent metalliskt aluminium. Inte överraskande var utvecklingen av metoder för att producera aluminiummetall sammanfaller med ankomsten av elektricitet på 1800-talet, eftersom aluminiumsmältning kräver betydande mängder el.
Ett stort genombrott i aluminiumproduktionen kom 1886 när Charles Martin Hall upptäckte att aluminium skulle kunna produceras med hjälp av elektrolytisk reduktion.
Fram till den tiden hade aluminium varit sällsyntare och dyrare än guld. Men inom två år efter Hall upptäckte sig aluminiumföretag i Europa och Amerika.
Under 1900-talet ökade efterfrågan på aluminium väsentligt, särskilt inom transport- och förpackningsindustrin.
Trots att produktionstekniken inte har förändrats väsentligt har de blivit betydligt effektivare. Under de senaste 100 åren har mängden energi som konsumeras för att producera en enhet aluminium minskat 70%.
Produktion
Produktion av aluminium från malm beror på aluminiumoxid (Al2O3), som extraheras från bauxitmalm. Bauxit innehåller normalt 30-60% aluminiumoxid (vanligen kallad aluminiumoxid) och finns regelbundet nära jordens yta. Denna process kan separeras i två delar; (1) extraktionen av aluminiumoxid från bauxit och (2) smältningen av aluminiummetall från aluminiumoxid.
Separering av aluminiumoxid i normalt utförd med det som kallas Bayerprocessen. Det innebär att krossa bauxiten i ett pulver, blanda det med vatten för att göra en uppslamning, värma och tillsätta kaustik soda (NaOH). Den kaustiska sodan löser upp aluminiumoxid, vilket gör det möjligt att passera genom filter och lämnar föroreningar bakom.
Aluminatlösningen dräneras sedan till utfällningsbehållare där partiklar av aluminiumhydroxid tillsätts som "frö". Omrörning och kylning resulterar i aluminiumhydroxid som fäller ut på frömaterialet, vilket därefter upphettas och torkas för framställning av aluminiumoxid.
Elektrolytiska celler används för att smälta aluminium från aluminiumoxid i den process som upptäckts av Charles Martin Hall.
Aluminiumfoder som matas in i cellerna löses i ett fluoriserat bad av smält kryolit vid 1742F ° (950 ° C).
En likström från vardera 10 000-300 000A sänds från kolanoderna i cellen genom blandningen till ett katodskal. Denna elektriska ström bryter ner aluminiumoxiden i aluminium och syre. Syreet reagerar med kolet för att producera koldioxid, medan aluminiumet lockas till kolkatodcellens foder.
Aluminiumet kan sedan uppsamlas och tas till ugnar där återvinningsbart aluminiummaterial kan tillsättas. Ungefär en tredjedel av all aluminium som produceras idag kommer från återvunnet material. Enligt den amerikanska geologiska undersökningen var de största aluminiumproducerande länderna 2010 Kina, Ryssland och Kanada.
tillämpningar
Aluminiums applikationer är för många att lista, och på grund av metallens speciella egenskaper är forskare regelbundet att hitta nya applikationer.
I allmänhet används aluminium och dess många legeringar i tre stora industrier. transport, förpackning och konstruktion.
Aluminium, i olika former och legeringar, är avgörande för de strukturella komponenterna (ramar och kroppar) av flygplan, bilar, tåg och båtar. Så mycket som 70% av några kommersiella flygplan består av aluminiumlegeringar (mätt i vikt). Oavsett om delen kräver stress eller korrosionsbeständighet eller tolerans mot höga temperaturer, är typen av legering som är beroende av kraven för varje komponentdel.
Cirka 20% av all aluminium produceras används i förpackningsmaterial. Aluminiumfolie är ett lämpligt förpackningsmaterial för mat på grund av att det är giftfritt, medan det också är ett lämpligt tätningsmedel för kemiska produkter på grund av dess låga reaktivitet och är ogenomtränglig för ljus, vatten och syre. Endast i USA skickas cirka 100 miljarder aluminiumburkar varje år. Över hälften av dessa återvinns till sist.
På grund av dess hållbarhet och korrosionsbeständighet används ca 15% av aluminium som produceras varje år i byggnadsapplikationer. Detta inkluderar fönster och dörrkarmar, takläggning, sidospår och konstruktionsram, samt takrännor, fönsterluckor och garageportar.
Aluminiums elektriska ledningsförmåga möjliggör också att den används i långdistansledare. Förstärkt med stål, aluminiumlegeringar är mer kostnadseffektiva än koppar och minskar sänkning på grund av deras lätta vikt.
Andra applikationer för aluminium inkluderar skal och värmesänkor för konsumentelektronik, gatubelysningspolar, oljeplattformar, aluminiumbelagda fönster, köksredskap, basebollkar och reflekterande säkerhetsanordningar.
källor:
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metaller i tjänsten av mannen . 11: e upplagan (1998).
USGS. Mineralvaror Sammanfattningar: Aluminium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/