Mikä on alumiini (tai alumiini)?

Alumiini saattaa olla yksi yleisimmin käytetyistä ei-rautametalleista, mutta et todennäköisesti ole joutunut suoraan kosketuksiin puhtaan alumiinin kanssa, koska se reagoi hapen kanssa ja koska se esiintyy luonnossa metallisessa muodossa.

Amerikkalaisen Charles Martin Hallin ja ranskalaisen Paul Heroult'n vuonna 1886 tekemä Hall-Heroult-prosessin keksintö mahdollisti pehmeän ja kevyen hopeanhohtoisen metallin louhinnan malmin bauksiitista tämän pehmeän louhintamenetelmän avulla, jolloin ihmiset pääsivät näkemään, miltä se näyttää!

Alkuperä

Alumiini, jonka järjestysluku on 13, on suhteellisen harvinainen alkuaine, eikä sitä esiinny lähes koskaan puhtaana luonnossa, vaan se esiintyy yleensä oksideina tai silikaatteina, jotka on käsiteltävä, jotta ne saadaan metallimuodossa. Aluksi tutkijat eivät ymmärtäneet, että alunan (kaliumalumiinisulfaatti), jota käytetään yleisesti lääkinnässä supistavana aineena, koostui itse asiassa tuntemattomista metalliyhdisteistä. Oersted löysi alumiinimetallin pelkistämällä alumiinioksidia (alumiinioksidia) kaliumamalgaamilla vuonna 1825, ja brittiläinen kemisti Humphry Davy keksi sille myöhemmin kaliumin ja natriumin tavoin nimen alumium. Mutta vasta kun kaupallinen tuotanto tuli mahdolliseksi 1800-luvun lopulla, ihmiset alkoivat todella käyttää sen uutta nimeä laajalti.

Aluksi tämä uusi metalli oli niin harvinaista ja kallista, että vain harvat käyttivät sitä. Kuitenkin 1900-luvun alkuun mennessä siitä oli tullut maailman käytetyin värimetalli. Koska se on sekä vahvaa että kevyttä, se soveltuu erinomaisesti elintarvikkeiden ja juomien pakkaamiseen tai kuljetusvälineiden, kuten autojen, lentokoneiden ja polkupyörien, rakentamiseen.

Toisin kuin muut metallit, alumiini ei ole myrkyllistä eikä magneettista, se on korroosionkestävää ja kipinöimätöntä, joten se on erinomainen valinta sähköjohtimiksi. Lisäksi sen kierrätettävyys tekee siitä suositun valmistajien keskuudessa, jotka tuottavat esimerkiksi juomatölkkejä tai autoja.

Keveytensä ja kestävyytensä ansiosta alumiinia käytetään kaikkeen keittoastioista ja leivontavälineistä ikkunoiden ja ovien rakentamiseen, teollisuussovelluksiin, autojen korien ja lentokoneiden siipien valmistukseen sekä kalvojen ja maalien valmistukseen. Alumiinin alhainen hinta tekee siitä olennaisen tärkeän materiaalin nykyaikaisissa talouksissa; sen pehmeyttä voidaan korjata kovettamalla alumiini aluminointiprosessilla; tämä voi lisätä kestävyyttä merkittävästi.

Ominaisuudet

Alumiini (Al) on kevyt hopeanhohtoinen metalli, jolla on erinomaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, kuten erinomainen lujuus-painosuhde ja korroosionkestävyys. Näiden ominaisuuksien ansiosta alumiinista on tullut yleisimmin käytetty värimetalli ja kierrätettävä metalli. Lisäksi sen ainutlaatuinen FCC-atomirakenne antaa metallille erilaisia ainutlaatuisia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia.

Alumiini on peräisin kahdesta ensisijaisesta lähteestä. Noin 99% maailman alumiinituotannosta saadaan bauksiittimalmista, jotka muodostavat punaruskeita mineraaliesiintymiä, jotka koostuvat erilaisista rautaoksidimineraaleista, joita louhitaan ja jalostetaan alumiinioksidin, raaka-alumiinin ensisijaisen muodon, tuottamiseksi.

Alumiinioksidi (korundi) on luonnossa esiintyvä alumiinin ja hapen yhdiste, jonka sulamispiste on noin 1 500 degC. Kun se on liuoksessa Al3+ -heksakationi-ionina, se voi toimia protonien luovuttajana ja hydrolysoituu vähitellen, kunnes se muodostaa aluminaaattia tai alumiinioksidia (Al(OH)3), joka saostuu vedestä hydrolyysin jälkeen ja auttaa veden kirkastamisessa niin sanotun "alumiinioksidin puhdistamisen" avulla.

Alumiinioksidin jauhaminen erittäin hienoon hiukkaskokoon antaa sille useita käyttötarkoituksia hioma-aineena. Sitä voidaan käyttää ruosteen poistamiseen teräspinnoilta, metallien hiontaan ja kiillotukseen, juomaveden suodattamiseen kulutustarkoituksiin, jätevedenpuhdistamoiden flokkuloimiseen flokkulanttina ja kemikaalien, kuten natriumhydroksidin tai etyylialkoholin, tuottamiseen valmistusprosesseja varten.

Alumiini ja sen seokset tarjoavat erinomaisen sähkön- ja lämmönjohtavuuden sekä poikkeuksellisen lujuus-painosuhteen ja korroosionkestävyyden, minkä ansiosta se soveltuu monimutkaisten muottien valmistukseen. Niiden erittäin heijastava pinta tekee kiillotetusta alumiinista erinomaisen materiaalin elintarvikkeiden ja juomatölkkien foliokääreisiin.

Alumiinin tiheys on 2,5 kertaa pienempi kuin teräksen, mikä tekee siitä erinomaisen materiaalin kuljetus- ja rakennussovelluksiin. Alumiinin erittäin sitkeän luonteen ansiosta se voidaan myös muotoilla ohuiksi levyiksi rakenteellisia käyttötarkoituksia varten; sen vetolujuutta voidaan lisätä edelleen lisäämällä pieniä määriä magnesiumia tai piitä.

Käyttää

Alumiinia löytyy lukuisista kulutustuotteista, kuten keittoastioista ja juomatölkeistä, autoista, lentokoneista ja rakennusmateriaaleista. Alumiinilla on monia suotavia ominaisuuksia, kuten sen kyky kestää korroosiota ja sen keveys; myrkyttömyys mahdollistaa kierrätyksen menettämättä luonnollisia ominaisuuksia; hyvä sähkönjohtavuus mahdollistaa muotoilun erilaisiin muotoihin; alumiinin myrkyttömyys mahdollistaa uudelleenkäytön menettämättä koskemattomuuttaan sähköjohtimena, minkä ansiosta se voidaan helposti muotoilla.

Markkinoilla on nykyään yli 100 erilaista alumiiniseosta, joista jokainen on räätälöity tiettyihin käyttötarkoituksiin. Kaikki alkavat bauksiitista, joka louhitaan ja jalostetaan jauhemaiseksi materiaaliksi, jota kutsutaan alumiinioksidiksi, murskaamalla, kastelemalla vedessä ja kuivaamalla uunissa, jolloin epäpuhtaudet, kuten savi ja piidioksidi, poistuvat; jäljelle jää jauhemaista materiaalia, jota kutsutaan alumiinioksidiksi ja jota voidaan sitten edelleen jalostaa suodattimien ja prosessien avulla vahvempien metalliseosten tuottamiseksi.

Alumiinin kyky muodostaa seoksia antaa valmistajille mahdollisuuden valmistaa monenlaisia tuotteita. Seosten lujuus-painosuhde on myös parempi kuin puhtailla metalleilla, joten ne soveltuvat rakenteisiin, joiden on kestettävä raskaita kuormia, kuten lentokoneisiin tai ajoneuvoihin.

Alumiinit ovat keskeisimpiä alumiiniyhdisteitä, jotka koostuvat kaksoissuoloista, joiden kaava on MAL(SO4)2 *12H2O, jossa M on mikä tahansa yksittäisvarattu kationi, kuten K+. Niiden nimi tulee latinan alumenista (mineraalimuoto), ja useimmiten kaliumalumiini (KAl(SO4)2 *12H2O) esiintyy myös muiden muunnelmien joukossa, jotka sisältävät natrium-, gallium-, indium- ja cesiumioneja tai ammoniumioneja.

Alumiinioksidista voidaan valmistaa yhdessä sulfaattien kanssa alumiinioksidia, jota käytetään laajalti valkaisuaineina ja pintakäsittelykemikaaleina paperintuotannossa. Alumiinioksidia käytetään myös juomaveden kirkastamiseen sitomalla sameutta aiheuttavia sameusioneja.

Alumiinin korroosionkestävyys ja korkea johtavuus tekevät siitä ihanteellisen käytettäväksi sähköjärjestelmissä, usein kuparin taloudellisena korvaajana suurjännitejohdoissa ja muuntajissa. Turvallisen ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi on noudatettava asianmukaisia suunnittelu- ja asennustekniikoita; alumiinia voidaan käyttää myös sputterointikohteiden valmistamiseen ohutkalvopinnoitukseen polttokennoissa, näytöissä, LEDeissä, aurinkosähkölaitteissa tai aurinkokennoissa.

Sovellukset

Alumiini (tai alumiini) on erittäin mukautuva metalli, jota voidaan yhdistää eri alkuaineiden kanssa monien käyttökelpoisten aineiden valmistamiseksi. Alumiinia käytetään monilla aloilla - ilmailu- ja avaruusalalla, lääketieteessä, elintarvikepakkauksissa, keramiikassa, autoteollisuudessa ja paljon muuta! Koska alumiinin lujuus/paino-suhde on korkea ja se on helppo työstää monimutkaisiin muotoihin, sitä on pitkään käytetty sähkökaapeleissa eristysmateriaalina.

Luonto tarjoaa alumiinisulfaattia liukenemattomana mineraalina, jota kutsutaan nimellä "alumi". Alumiinia, kaksoissuolaa MAl(SO4)2 * 12H2O, jossa M on jokin natrium-, kalium-, rubidium-, cesium- tai litium-suoloista, esiintyy myös maaperässä, ja sitä käytetään yleisesti veden puhdistamiseen puhdistusaineena sekä kankaiden puhdistamiseen ja tahrojen poistamiseen, minkä lisäksi se kykenee pelkistämään aldehydejä ja ketoneita epäorgaanisesti.

Alumiinin seostaminen muiden metallien kanssa tekee alumiinista paljon vahvemman, mikä lisää sen vetolujuutta ja myötölujuutta sekä korroosionkestävyyttä. Alumiini on erityisen käyttökelpoinen kylmissä ympäristöissä, koska sen matalien lämpötilojen korroosionkestävyys tekee siitä sopivan kryogeenisiin sovelluksiin.

Puhdas alumiini on heikko, mutta sitä voidaan lujittaa erilaisilla kylmätyöstö- ja lämpökäsittelyprosesseilla, kun taas kuparia, magnesiumia ja piitä sisältävät seokset lisäävät sekä vetolujuutta että myötölujuutta ja tekevät siitä paremmin työstettävää.

6000-sarjan alumiiniseokset, jotka sisältävät magnesiumia ja piitä ensisijaisina seosaineina, erottuvat edukseen erinomaisen työstettävyyden ja erinomaisen lujuuden ansiosta. Näiden ominaisuuksien ansiosta 7000-sarjan seokset ovat erityisen hyödyllisiä lentokoneiden, autojen ja rakennusten osissa, jotka altistuvat ilmakehän aiheuttamalle korroosiolle. Vaikka ne ovat vaikeammin työstettäviä, niiden erinomainen sitkeys takaa erinomaisen lujuus-painosuhteen. Ne ovat korroosionkestäviä ja muovattavia, joten ne ovat ihanteellinen materiaali moottorilohkoihin ja muihin osiin, joiden on johdettava lämpöä tehokkaasti. Näitä materiaaleja kutsutaan myös rakennealumiiniksi, ja ne voidaan suulakepuristaa räätälöityihin muotoihin valmistus- ja rakennussovelluksia varten.