Aluminium jest jednym z metali najobficiej występujących w skorupie ziemskiej.
Aluminium ma srebrzystobiały kolor, lekkość i wysoką przewodność elektryczną. Metal topi się w temperaturze 660 °C. Wśród zauważonych zalet są niska gęstość, dość wysoka wytrzymałość, doskonała przewodność cieplna i odporność na korozję.
Z tego powodu uważany jest za jeden z najważniejszych metali technicznych. Stopy aluminium otrzymuje się metodą odlewania, obróbki plastycznej i innymi metodami.
Bycie w naturze
Jednym z najpopularniejszych metali jest aluminium. Zajmuje 8,8% całej masy skorupy ziemskiej. Jego związki to boksyt, glinokrzemiany, korund. Większość skorupy ziemskiej składa się z glinokrzemianów. Boksyt to jedna ze skał, z których wydobywa się aluminium.
Prawie cały metal metaliczny występujący w naturze występuje tylko w związkach. W rzadkich przypadkach czyste metaliczne aluminium występuje w bardzo małych ilościach. Wśród głównych połączeń warto zwrócić uwagę na:
- Boksyty;
- Nefelinie;
- Alunici;
- tlenek glinu;
- Korund;
- Skalendy;
- Kaolinit;
- Beryl;
- Chryzoberyl
Występuje również w wodach naturalnych w postaci związków o niskiej toksyczności, takich jak fluor. Czyste aluminium zawiera tylko stabilny izotop 27 AI.
Jak pozyskuje się aluminium
Pierwiastek chemiczny aluminium jest dość trudny do uzyskania w czystej postaci. Aby uzyskać aluminium, konieczne będzie wykonanie wielu kroków w celu oddzielenia go od innych elementów. Jak pozyskuje się aluminium?
Sam proces składa się z kilku etapów: rozdrabniania rudy boksytu i ekstrakcji tlenku glinu, z którego otrzymuje się końcowy element. Innymi słowy, nazywa się to krystalicznym tlenkiem glinu, który jest poddawany elektrolizie w kriolicie. Temperatura topnienia 960 – 970 °C. Procedura ta wymaga dużej ilości energii elektrycznej, dlatego produkcja substancji często zlokalizowana jest w pobliżu dużych elektrowni.
Gdzie i jak produkuje się aluminium
Wydobywanie i produkcja aluminium składa się na ogół z trzech etapów. Pierwszy i drugi etap to produkcja boksytów i tworzenie z nich tlenku glinu. W tym ostatnim z tlenku glinu w procesie elektrolizy otrzymuje się czysty materiał. Na 4-5 ton rudy zawierającej aluminium przypada 2 tlenek glinu i 1 aluminium.
Wydobycie aluminium na świecie może być wykonane z innych rud aluminium, ale boksyt jest uważany za najczęstszy. Ich podstawą jest tlenek glinu i inne minerały. O jakości decyduje wysoka zawartość metalu. Całkowity światowy zapas rud aluminium wynosi ponad 18 miliardów ton. Biorąc pod uwagę obecną produkcję aluminium na świecie w podziale na kraje, powinno wystarczyć na ponad sto lat.
Większość boksytów znajduje się w krajach o pasie tropikalnym. Tylko 73% znajduje się w Indiach, Gwinei i Australii. Większość boksytów jest skoncentrowana w Gwinei. Charakteryzują się wysoką jakością i minimalną ilością zanieczyszczeń mineralnych. Według szacunków w 2014 r. liderami w produkcji aluminium są takie kraje jak Chiny, Australia, Brazylia, Gwinea, Indie, Jamajka, Rosja i Kazachstan.
Z reguły wydobycie aluminium odbywa się metodą otwartą. Za pomocą specjalnego sprzętu usuwana jest warstwa skorupy ziemskiej, która jest transportowana do kolejnego etapu obróbki. Znajdują się tam punkty wydobycia rudy głębinowej. Aby go zdobyć, musisz budować kopalnie. Najgłębsza kopalnia znajduje się w Rosji. Jego głębokość wynosi 1550 metrów.
Rosja zajmuje 7. miejsce w światowym rankingu pod względem produkcji aluminium. W tym kraju jest ponad pięćdziesiąt depozytów. Jednym z najstarszych jest Radynskoye, położone w regionie Leningradu. Wśród wszystkich kopalni aluminium w Rosji znajdują się: Czerwony Kapturek, Kalinskoye, Novo-Kalinskoye w Sewerouralsku i Cheremuzovskoye w obwodzie swierdłowskim. Nasz kraj słynie również z szerokiej gamy zakładów produkujących metal. Największym w Rosji i nie tylko jest Rusal, który produkuje ponad 3 miliony ton metalu.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Główne właściwości fizyczne aluminium to wysoka przewodność cieplna, prawie dwukrotnie większa niż stali. Ponadto ma gęstość trzykrotnie mniejszą niż żelazo i cynk. A do tego wszystkiego warto dodać wysoką wytrzymałość materiału. Aluminium reaguje z takimi substancjami: miedzią, magnezem, krzemem i innymi.
Właściwości chemiczne aluminium:
- Tworzenie związków jonowych i kowalencyjnych;
- Wysoka energia jonizacji;
- Wysoka gęstość ładunku wraz z kationami innych podobnych materiałów;
- Niska podatność na korozję;
- Reakcja z tlenem, halogenami, niemetalami, fluorem, siarką, azotem, węglem, wodą.
Zastosowania metalowe
Aluminium jest szeroko stosowane jako materiał konstrukcyjny. Jego główne zalety to lekkość, elastyczność tłoczenia, odporność na korozję, wysoki poziom przewodności cieplnej lub elektrycznej oraz nietoksyczne związki. To właśnie te zalety doprowadziły do jego szerokiego zastosowania w produkcji przyborów kuchennych, opakowań i folii dla przemysłu spożywczego.
Mówiąc o niedociągnięciach, należy przede wszystkim zwrócić uwagę na niską siłę. Dlatego do aluminium dodano niewielką ilość miedzi i magnezu. Materiał jest również z powodzeniem stosowany w produkcji elektrotechniki, ponieważ jego przewodność elektryczna jest na wysokim poziomie. Jedynym minusem jest trudność lutowania ze względu na mocny film tlenkowy.
Metal lekki znajduje zastosowanie w różnego rodzaju transporcie. W lotnictwie jest głównym materiałem konstrukcyjnym. Zastosowanie aluminium wpłynęło również na przemysł stoczniowy. Za pomocą stopów powstają z niego kadłuby, pokłady i wyposażenie statków.
Zastosowanie jako środek redukujący
Aluminium jest z powodzeniem stosowane jako środek redukujący. Odzyskiwanie metali z aluminium jest dość powszechne. Wytapianie aluminium pozwala na odtworzenie rzadkich rodzajów metali. Wykorzystywany jest również w pirotechnice.
Rodzaje stopów
Do produkcji materiałów konstrukcyjnych wymagana jest większa wytrzymałość. Aluminium tego nie posiada, dlatego łączy się go z innymi pierwiastkami chemicznymi w mniejszej ilości. Najpopularniejsze stopy:
- Aluminium-magnez. Charakteryzują się dużą wytrzymałością, elastycznością, odpornością na korozję, drganiami i spawalnością. Zawartość procentowa magnezu w stopach nie przekracza 6%.
- Glinowo-manganowe. Mają również wysoką wytrzymałość, ciągliwość, odporność na korozję i spawalność.
- Aluminium-miedź. Jedna z najnowocześniejszych technologii. Ulepszona wersja stali niskowęglowych. Istotną wadą jest podatność na korozję.
Aluminium w biżuterii
Metal miał szczególną wartość w czasach Napoleona III. W tym czasie robiono z niego biżuterię, guziki, naczynia. Została oceniona razem ze złotem i srebrem. Jednak popyt na biżuterię aluminiową szybko zmalał, gdy pojawiły się nowe możliwości wydobycia.
Inne aplikacje
Metale lekkie wykorzystywane są w różnych gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle wojskowym. Zwykle dotyczy to produkcji broni. Znane jest również jego zastosowanie w technologii rakietowej jako stałe paliwo i komponenty palne.
Toksyczność metali
Chociaż aluminium jest bardzo powszechne na świecie, żywe stworzenia nie używają go ze względu na jego niską toksyczność. Jego związki przez długi czas działają szkodliwie na ludzi i zwierzęta. Największy wpływ mają octan i wodorotlenek glinu. Mają negatywny wpływ na układ nerwowy i funkcje wydalnicze organizmu.
Ciekawe fakty dotyczące aluminium
Ten metal ma następujące cechy:
- Jego związki występują nie tylko na naszej planecie, ale także na Księżycu i Marsie;
- Ludzkie ciało zawiera ponad 100 mg tej substancji;
- Dzienne zapotrzebowanie na to wynosi 2,4 mg;
- Większość pierwiastka chemicznego znajduje się w jabłkach;
- Pierwsza sztabka z czystego metalu została wyprodukowana w 1932 roku.
