алюминий (также известный как алюминий) является наиболее распространенным металлическим элементом в земной коре. И это тоже хорошо, потому что мы часто используем это. Около 41 миллиона тонн выплавляется каждый год и используется для широкого спектра применений. Алюминий - очень важная часть нашей повседневной жизни, от автомобильных кузовов до пивных банок, от электрических кабелей до кожухов самолетов.
свойства
- Атомный символ: Al
- Атомный номер: 13
- Элемент Категория: Пост-переходный металл
- Плотность: 2,70 г / см3
- Температура плавления: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Точка кипения: 4566 ° F (2519 ° C)
- Твердость по Моосу: 2,75
Характеристики
Алюминий - это легкий, высокопроводящий, отражающий и нетоксичный металл, который легко обрабатывается. Долговечность металла и его многочисленные полезные свойства делают его идеальным материалом для многих промышленных применений.
история
Соединения алюминия использовались древними египтянами в качестве красителей, косметических средств и лекарств, но только через 5000 лет люди обнаружили, как плавить чистый металлический алюминий. Неудивительно, что разработка методов производства металлического алюминия совпала с появлением электричества в 19 веке, поскольку плавка алюминия требует значительного количества электричества.
Крупный прорыв в производстве алюминия произошел в 1886 году, когда Чарльз Мартин Холл обнаружил, что алюминий можно получать с помощью электролитического восстановления. До этого времени алюминий был реже и дороже золота. Тем не менее, в течение двух лет после открытия Холла, алюминиевые компании создавались в Европе и Америке.
В течение 20-го века спрос на алюминий существенно вырос, особенно в транспортной и упаковочной отраслях. Хотя методы производства существенно не изменились, они стали заметно более эффективными. За последние 100 лет количество энергии, потребляемой для производства одной единицы алюминия, уменьшилось на 70%.
производство
Производство алюминия от руды зависит от оксида алюминия (Al2O3), который извлекается из бокситовой руды. Боксит обычно содержит 30-60% оксида алюминия (обычно называемого глиноземом) и регулярно находится у поверхности земли. Этот процесс можно разделить на две части; (1) извлечение глинозема из боксита и (2) выплавка металлического алюминия из глинозема.
Отделение глинозема обычно осуществляется с использованием так называемого процесса Байера. Это включает измельчение боксита в порошок, смешивание его с водой для приготовления суспензии, нагревание и добавление едкого натра (NaOH). Каустическая сода растворяет глинозем, что позволяет ему проходить через фильтры, оставляя примеси.
Раствор алюмината затем сливается в отстойники, где частицы гидроксида алюминия добавляются в качестве «затравки». Перемешивание и охлаждение приводят к осаждению гидроксида алюминия на затравочный материал, который затем нагревают и сушат для получения оксида алюминия.
Электролизеры используются для выплавки алюминия из глинозема в процессе, открытом Чарльзом Мартином Холлом. Глинозем, подаваемый в клетки, растворяется во фторированной ванне расплавленного криолита при 1742 ° F (950 ° C).
Постоянный ток от 10000 до 300000 А посылается от углеродных анодов в ячейке через смесь к катодной оболочке. Этот электрический ток расщепляет глинозем на алюминий и кислород. Кислород вступает в реакцию с углеродом с образованием диоксида углерода, а алюминий притягивается к футеровке ячейки с углеродным катодом.
Алюминий затем может быть собран и доставлен в печи, где можно добавлять пригодный для переработки алюминиевый материал. Около трети всего алюминия, производимого сегодня, производится из вторичного сырья. По данным Геологической службы США, крупнейшим страны-производители алюминия в 2010 году были Китай, Россия и Канада.
Приложения
Применения алюминия слишком многочисленны, чтобы перечислять, и из-за особых свойств металла исследователи регулярно находят новые применения. Вообще говоря, алюминий и его много сплавы используются в трех основных отраслях промышленности; транспортировка, упаковка и строительство.
Алюминий, в различных формах и сплавах, имеет решающее значение для структурных компонентов (рамы и корпуса) самолетов, автомобилей, поездов и лодок. Целых 70% некоторых коммерческих самолетов состоит из алюминиевых сплавов (измеряется по весу). Требует ли деталь напряжения, коррозионной стойкости или устойчивости к высоким температурам, тип используемого сплава зависит от требований к каждой детали.
Около 20% всего производимого алюминия используется в упаковочных материалах. Алюминиевая фольга является подходящим упаковочным материалом для пищевых продуктов, поскольку она нетоксична, а также является подходящий герметик для химических продуктов из-за его низкой реакционной способности и непроницаем для света, воды и кислород. Только в США ежегодно отправляется около 100 миллиардов алюминиевых банок. Более половины из них в конечном итоге перерабатываются.
Из-за его долговечности и устойчивости к коррозии около 15% алюминия, производимого каждый год, используется в строительстве. Сюда входят окна и дверные коробки, кровля, сайдинг и каркасные конструкции, а также желоба, жалюзи и гаражные ворота.
алюминию электрическая проводимость также позволяет использовать его на длинных проводящих линиях. Усиленные сталью алюминиевые сплавы более рентабельны, чем медь, и благодаря небольшому весу уменьшают провисание.
Другие области применения алюминия включают кожухи и радиаторы для бытовой электроники, опоры уличного освещения, верхние конструкции нефтяной вышки, окна с алюминиевым покрытием, кухонная утварь, бейсбольные биты и отражающая безопасность устройства.
Источники:
Улица, Артур. И Александр В. О. 1944. Металлы на службе у человека. 11-е издание (1998).
USGS. Минеральные товары: алюминий (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/