Nhôm là một trong những kim loại phong phú nhất trong vỏ trái đất.
Nhôm có màu trắng bạc, trọng lượng nhẹ và độ dẫn điện cao. Kim loại nóng chảy ở nhiệt độ 660 ° C. Trong số những ưu điểm được chú ý là mật độ thấp, độ bền khá cao, dẫn nhiệt tuyệt vời và chống ăn mòn.
Do đó, nó được coi là một trong những kim loại kỹ thuật quan trọng nhất. Hợp kim nhôm thu được bằng cách đúc, rèn và các phương pháp khác.
Kim loại này được đề cập lần đầu tiên vào thời của Hoàng đế La Mã Tiberius. Không biết đây là chuyện hoang đường hay sự thật, nhưng cây thước được tặng bằng một chiếc bát làm bằng kim loại rất nhẹ, nhìn bề ngoài giống như bạc. Lo sợ rằng vật liệu mới sẽ làm mất giá vàng và bạc trong kho bạc, ông đã xử tử nhà phát minh và phá hủy các tác phẩm bằng nhôm. Họ lại bắt đầu nói về một kim loại màu bạc nhẹ sau một nghìn năm rưỡi. Bác sĩ kiêm nhà thử nghiệm nổi tiếng người Đức Paracelsus von Hohenheim đã phát hiện ra nhôm trong quá trình nghiên cứu về phèn đất. Lúc đó nó được gọi là alumin.
Bản chất
Một trong những kim loại phổ biến nhất là nhôm. Nó chiếm 8,8% toàn bộ khối lượng của vỏ trái đất. Các hợp chất của nó là bauxit, aluminosilicat, corundum. Phần lớn vỏ trái đất được tạo thành từ các chất aluminosilicat. Bauxite là một trong những loại đá mà nhôm được chiết xuất từ đó.
Hầu như tất cả kim loại nhôm trong tự nhiên chỉ có trong các hợp chất. Trong một số trường hợp hiếm hoi, nhôm kim loại nguyên chất được tìm thấy với số lượng rất nhỏ. Trong số các kết nối chính, cần lưu ý những điều sau:
- Bô xít;
- Nephelines;
- Alunites;
- Alumina;
- Corundum;
- Fenspat;
- Kaolinit;
- Beryl;
- Chrysoberyl
Nó cũng được tìm thấy trong các vùng nước tự nhiên dưới dạng các hợp chất có độc tính thấp như florua. Nhôm nguyên chất chỉ chứa đồng vị bền 27 AI.
Làm thế nào để thu được nhôm
Nguyên tố hóa học nhôm khá khó kiếm ở dạng nguyên chất. Để có được nhôm, sẽ cần thực hiện nhiều bước để tách nó ra khỏi các nguyên tố khác. Làm thế nào để thu được nhôm?
Bản thân quá trình này bao gồm nhiều giai đoạn: nghiền quặng bôxít và khai thác alumin, thu được nguyên tố cuối cùng từ nó. Nói cách khác, nó được gọi là alumin kết tinh, được điện phân trong criolit. Điểm nóng chảy 960 – 970 ° C. Quy trình này đòi hỏi một lượng lớn điện năng nên việc sản xuất chất này thường nằm gần các nhà máy điện quy mô lớn.
Nhôm được sản xuất ở đâu và như thế nào
Quá trình khai thác và sản xuất nhôm nói chung bao gồm ba giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên và thứ hai là sản xuất bauxit và hình thành alumin từ chúng. Sau đó, một vật liệu tinh khiết thu được từ alumin trong quá trình điện phân. Cho 4-5 tấn quặng chứa nhôm thì có 2 nhôm và 1 nhôm.
Khai thác nhôm trên thế giới có thể được tạo ra từ các loại quặng nhôm khác, nhưng bô xít được coi là phổ biến nhất. Cơ sở của chúng là oxit nhôm và các khoáng chất khác. Chất lượng được xác định bởi hàm lượng kim loại cao. Tổng trữ lượng quặng nhôm thế giới là hơn 18 tỷ tấn. Với sản lượng nhôm hiện tại trên thế giới theo quốc gia, thì con số này sẽ đủ trong hơn một thế kỷ.
Hầu hết các bôxít được tìm thấy ở các nước có vành đai nhiệt đới. Chỉ 73% là ở Ấn Độ, Guinea và Úc. Phần lớn bôxít tập trung ở Guinea. Chúng có chất lượng cao và tối thiểu tạp chất khoáng. Theo ước tính vào năm 2014, các quốc gia như vậy được coi là dẫn đầu về sản xuất nhôm: Trung Quốc, Australia, Brazil, Guinea, Ấn Độ, Jamaica, Nga và Kazakhstan.
Theo quy định, việc khai thác nhôm được thực hiện theo phương pháp mở. Với sự trợ giúp của thiết bị đặc biệt, một lớp vỏ trái đất được loại bỏ, được vận chuyển cho giai đoạn chế biến tiếp theo. Có các điểm khai thác quặng sâu. Để có được nó, bạn phải xây dựng các mỏ. Mỏ sâu nhất là ở Nga. Độ sâu của nó là 1550 mét.
Nga đứng thứ 7 trong bảng xếp hạng thế giới về sản xuất nhôm. Có hơn năm mươi khoản tiền gửi ở đất nước này. Một trong những lâu đời nhất được coi là Radynskoye, nằm ở vùng Leningrad. Trong số tất cả các địa điểm khai thác nhôm ở Nga, có Cô bé quàng khăn đỏ, Kalinskoye, Novo-Kalinskoye ở Severouralsk và Cheremuzovskoye ở vùng Sverdlovsk. Nước ta cũng nổi tiếng với nhiều loại nhà máy sản xuất kim loại. Lớn nhất ở Nga và không chỉ là Rusal, sản xuất hơn 3 triệu tấn kim loại.
Tính chất vật lý và hóa học
Các tính chất vật lý chính của nhôm là độ dẫn nhiệt cao, gần như gấp đôi so với thép. Ngoài ra, nó có mật độ nhỏ hơn ba lần so với sắt và kẽm. Và đối với tất cả điều này, nó đáng giá thêm độ bền cao của vật liệu. Nhôm phản ứng với các chất như: đồng, magiê, silic và những chất khác.
Tính chất hóa học của nhôm:
- Hình thành các hợp chất ion và cộng hóa trị;
- Năng lượng ion hóa cao;
- Mật độ điện tích cao cùng với các cation của các vật liệu tương tự khác;
- Khả năng bị ăn mòn thấp;
- Phản ứng với oxi, halogen, phi kim loại, flo, lưu huỳnh, nitơ, cacbon, nước.
Ứng dụng kim loại
Nhôm đã được sử dụng rộng rãi như một vật liệu cấu trúc. Ưu điểm chính của nó là trọng lượng nhẹ, tính linh hoạt của khuôn dập, khả năng chống ăn mòn, mức độ dẫn nhiệt hoặc điện cao và các hợp chất không độc hại. Chính những ưu điểm này đã khiến nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đồ dùng nhà bếp, hộp đựng bao bì và giấy bạc cho ngành công nghiệp thực phẩm.
Nói về những khuyết điểm, trước hết chúng ta cần lưu ý đến độ bền thấp. Do đó, một tỷ lệ nhỏ đồng và magiê đã được thêm vào nhôm. Ngoài ra, vật liệu này được sử dụng thành công trong sản xuất kỹ thuật điện, vì độ dẫn điện của nó ở mức cao. Tiêu cực duy nhất là khó hàn do màng oxit mạnh.
Kim loại nhẹ được sử dụng trong các loại hình vận tải. Trong lĩnh vực hàng không, nó là vật liệu kết cấu chính. Việc sử dụng nhôm cũng ảnh hưởng đến ngành đóng tàu. Với sự trợ giúp của hợp kim, vỏ tàu, boong và thiết bị cho tàu được sản xuất từ nó.
Ứng dụng làm chất khử
Nhôm đã được sử dụng thành công như một chất khử. Thu hồi nhôm của kim loại khá phổ biến. Luyện nhôm cho phép bạn khôi phục các loại kim loại quý hiếm. Nó cũng được sử dụng cho pháo hoa.
Các loại hợp kim
Để sản xuất các vật liệu kết cấu, cần có cường độ lớn hơn. Nhôm không có như vậy, do đó nó được kết hợp với các nguyên tố hóa học khác với một lượng nhỏ hơn. Các hợp kim phổ biến nhất:
- Nhôm-magiê. Chúng được đặc trưng bởi độ bền cao, tính linh hoạt, chống ăn mòn, chống rung và khả năng hàn. Phần trăm magiê trong hợp kim không quá 6%.
- Nhôm-mangan. Chúng cũng có độ bền cao, độ dẻo, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn.
- Nhôm-đồng. Một trong những công nghệ cao nhất. Một phiên bản cải tiến của thép carbon thấp. Một nhược điểm đáng kể là dễ bị ăn mòn.
Nhôm trong đồ trang sức
Kim loại có giá trị đặc biệt trong thời của Napoléon III. Vào thời điểm đó, đồ trang sức, cúc áo, bát đĩa đều được làm từ nó. Cô được đánh giá cùng với vàng và bạc. Nhưng nhu cầu về đồ trang sức bằng nhôm nhanh chóng giảm đi khi các cơ hội khai thác mới xuất hiện.
Các ứng dụng khác
Kim loại nhẹ được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm cả ngành công nghiệp quân sự. Điều này thường áp dụng cho việc sản xuất vũ khí. Nó cũng được biết đến với việc sử dụng trong công nghệ tên lửa như một chất đẩy rắn và các thành phần dễ cháy.
Độc tính kim loại
Mặc dù nhôm rất phổ biến trên thế giới, nhưng sinh vật không sử dụng nó do độc tính thấp. Các hợp chất của nó trong thời gian dài có tác hại đối với người và động vật. Axetat và nhôm hydroxit có ảnh hưởng lớn nhất. Chúng có ảnh hưởng xấu đến hệ thần kinh và chức năng bài tiết của cơ thể.
Những sự thật thú vị về nhôm
Kim loại này có các đặc điểm sau:
- Các hợp chất của nó không chỉ tồn tại trên hành tinh của chúng ta mà còn tồn tại trên Mặt Trăng và Sao Hỏa;
- Cơ thể con người có hơn 100 mg chất này;
- Nhu cầu hàng ngày cho nó là 2,4 mg;
- Hầu hết nguyên tố hóa học được tìm thấy trong táo;
- Thanh kim loại nguyên chất đầu tiên được sản xuất vào năm 1932.
