Aluminium (ook wel bekend als aluminium) is het meest voorkomende metalen element in de aardkorst. En het is ook een goede zaak, omdat we er veel van gebruiken. Jaarlijks wordt ongeveer 41 miljoen ton gesmolten en gebruikt in een breed scala van toepassingen. Van autocarrosserieën tot bierblikjes en van elektrische kabels tot vliegtuighuiden, aluminium is een zeer groot deel van ons dagelijks leven.
Eigendommen
- Atoomsymbool: Al
- Atoomnummer: 13
- Elementcategorie: Post-overgangsmetaal
- Dichtheid: 2,70 g / cm3
- Smeltpunt: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Kookpunt: 4566 ° F (2519 ° C)
- Moh's hardheid: 2,75
Kenmerken
Aluminium is een lichtgewicht, sterk geleidend, reflecterend en niet-giftig metaal dat gemakkelijk kan worden bewerkt. De duurzaamheid van het metaal en de vele gunstige eigenschappen maken het een ideaal materiaal voor veel industriële toepassingen.
Geschiedenis
Aluminiumverbindingen werden door oude Egyptenaren gebruikt als kleurstoffen, cosmetica en medicijnen, maar pas 5000 jaar later ontdekten mensen hoe ze puur metallisch aluminium konden ruiken. Het is niet verrassend dat de ontwikkeling van methoden voor de productie van aluminiummetaal samenviel met de komst van elektriciteit in de 19e eeuw, aangezien het smelten van aluminium aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit vereist.
Een grote doorbraak in de aluminiumproductie kwam in 1886 toen Charles Martin Hall ontdekte dat aluminium kon worden geproduceerd met elektrolytische reductie. Tot die tijd was aluminium zeldzamer en duurder dan goud. Binnen twee jaar na de ontdekking van Hall werden er aluminiumbedrijven opgericht in Europa en Amerika.
In de 20e eeuw groeide de vraag naar aluminium aanzienlijk, vooral in de transport- en verpakkingsindustrie. Hoewel de productietechnieken niet wezenlijk zijn veranderd, zijn ze met name efficiënter geworden. In de afgelopen 100 jaar is het energieverbruik voor de productie van één eenheid aluminium met 70% afgenomen.
Productie
Productie van aluminium uit erts is afhankelijk van aluminiumoxide (Al2O3), dat wordt gewonnen uit bauxieterts. Bauxiet bevat normaal gesproken 30-60% aluminiumoxide (gewoonlijk aluminiumoxide genoemd) en wordt regelmatig aangetroffen nabij het aardoppervlak. Dit proces kan in twee delen worden verdeeld; (1) de winning van aluminiumoxide uit bauxiet, en (2) het smelten van aluminiummetaal uit aluminiumoxide.
Scheiding van aluminiumoxide gebeurt normaal gesproken 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 slurry te maken, verwarmen en bijtende soda (NaOH) toevoegen. De bijtende soda lost aluminiumoxide op, waardoor het door filters kan gaan, waardoor onzuiverheden achterblijven.
De aluminaatoplossing wordt vervolgens afgevoerd in precipitatietanks waar deeltjes aluminiumhydroxide als 'zaad' worden toegevoegd. Roeren en afkoelen resulteren in aluminiumhydroxide dat neerslaat op het zaadmateriaal, dat vervolgens wordt verwarmd en gedroogd om aluminiumoxide te produceren.
Elektrolytische cellen worden gebruikt om aluminium uit aluminiumoxide te smelten tijdens het door Charles Martin Hall ontdekte proces. Alumina dat in de cellen wordt gevoerd, wordt opgelost in een gefluoreerd bad van gesmolten cryoliet bij 1742F ° (950C °).
Een gelijkstroom van ergens tussen 10.000-300.000A wordt vanuit de koolstofanodes in de cel door het mengsel naar een kathodeschaal gestuurd. Deze elektrische stroom breekt het aluminiumoxide af in aluminium en zuurstof. De zuurstof reageert met de koolstof om kooldioxide te produceren, terwijl het aluminium wordt aangetrokken door de bekleding van de koolstofkathodecel.
Het aluminium kan vervolgens worden verzameld en naar ovens worden gebracht waar recyclebaar aluminium materiaal kan worden toegevoegd. Ongeveer een derde van al het tegenwoordig geproduceerde aluminium is afkomstig van gerecycled materiaal. Volgens de US Geological Survey, de grootste aluminium producerende landen in 2010 waren China, Rusland en Canada.
Toepassingen
De toepassingen van aluminium zijn te talrijk om op te noemen en vanwege de bijzondere eigenschappen van het metaal vinden onderzoekers regelmatig nieuwe toepassingen. Over het algemeen aluminium en zijn vele legeringen worden gebruikt in drie grote industrieën; transport, verpakking en constructie.
Aluminium is in verschillende vormen en legeringen van cruciaal belang voor de structurele componenten (frames en carrosserieën) van vliegtuigen, auto's, treinen en boten. Maar liefst 70% van sommige commerciële vliegtuigen bestaat uit aluminiumlegeringen (gemeten naar gewicht). Of het onderdeel nu spannings- of corrosieweerstand vereist, of tolerantie voor hoge temperaturen, het type legering dat wordt gebruikt, is afhankelijk van de vereisten van elk onderdeel.
Ongeveer 20% van al het geproduceerde aluminium wordt gebruikt in verpakkingsmaterialen. Aluminiumfolie is een geschikt verpakkingsmateriaal voor voedsel omdat het niet giftig is, terwijl het ook een geschikt afdichtmiddel voor chemische producten vanwege zijn lage reactiviteit en is ondoordringbaar voor licht, water en zuurstof. Alleen al in de VS worden jaarlijks ongeveer 100 miljard aluminium blikjes verzonden. Meer dan de helft hiervan wordt uiteindelijk gerecycled.
Vanwege zijn duurzaamheid en corrosiebestendigheid wordt ongeveer 15% van het jaarlijks geproduceerde aluminium gebruikt in bouwtoepassingen. Dit omvat ramen en deurkozijnen, dakbedekking, gevelbeplating en structurele kozijnen, evenals goten, luiken en garagedeuren.
Aluminium elektrische geleiding maakt het ook mogelijk om te worden gebruikt in geleiderlijnen over lange afstanden. Met aluminium versterkt, zijn aluminiumlegeringen kostenefficiënter dan koper en verminderen ze doorzakken door hun lichte gewicht.
Andere toepassingen voor aluminium zijn onder meer schelpen en koellichamen voor consumentenelektronica, straatverlichtingspalen, boorplatforms, aluminium gecoate ramen, kookgerei, honkbalknuppels en reflecterende veiligheid apparaten.
Bronnen:
Straat, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metalen in dienst van de mens. 11e editie (1998).
USGS. Mineral Commodity Summaries: Aluminium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/