Mi az alumínium (vagy Alumin)?

Az alumínium lehet az egyik legszélesebb körben használt színesfém, de az oxigénnel való reakcióképessége és a fémes formában való természetes előfordulása miatt valószínűleg még nem került közvetlen kapcsolatba tiszta alumíniummal.

Az amerikai Charles Martin Hall és a francia Paul Heroult 1886-os felfedezése, a Hall-Heroult-eljárás lehetővé tette a lágy és könnyű ezüstös fém kinyerését az ércbauxitból ezzel a lágy kitermelési módszerrel, így az emberek számára elérhetővé vált, hogy lássák, hogyan néz ki!

Eredet

A 13-as atomszámú alumínium viszonylag ritka elem, és a természetben szinte soha nem található meg tisztán, jellemzően oxidok vagy szilikátok formájában jelenik meg, amelyeket meg kell dolgozni ahhoz, hogy fémes formát kapjanak. A tudósok eleinte nem tudták, hogy a gyógyászatban általában összehúzószerként használt alumínium (kálium-alumínium-szulfát) valójában ismeretlen fémvegyületekből áll. Oersted 1825-ben a timföld (alumínium-oxid) káliummal történő redukciójával fedezte fel az alumíniumfémet, és Humphry Davy brit kémikus később a káliumhoz és a nátriumhoz hasonlóan az alumínium nevet alkotta meg számára. De csak az 1800-as évek végén vált lehetővé a kereskedelmi célú gyártás, amikor az emberek valóban széles körben kezdték használni az új nevet.

Eleinte ez az új fém olyan ritka és drága volt, hogy kevesen használták. Az 1900-as évek elejére azonban a világ legszélesebb körben használt színesfémjévé vált. Mivel egyszerre erős és könnyű, kiválóan alkalmas élelmiszerek és italok csomagolására, illetve olyan közlekedési eszközök, mint az autók, repülőgépek és kerékpárok építésére.

Más fémekkel ellentétben az alumínium nem mérgező és nem mágneses, valamint korrózióálló és nem szikrázik; így kiváló választás elektromos vezetékekhez. Ezenkívül újrahasznosíthatósága miatt népszerű az olyan gyártók körében, akik olyan termékeket gyártanak, mint az italos dobozok vagy az autók.

Könnyűségének és tartósságának köszönhetően az alumíniumot a főző- és sütőedényektől kezdve az ablak- és ajtóépítésen át az ipari alkalmazásokig, az autók karosszériáihoz és a repülőgépek szárnyaihoz, valamint a fóliák és festékek gyártásához mindenben használják. Az alumínium alacsony ára miatt a modern gazdaságokban nélkülözhetetlen anyag; puhaságát az alumínium aluminizációs eljárással történő edzésével lehet kezelni; ez jelentősen növelheti a tartósságot.

Tulajdonságok

Az alumínium (Al) egy könnyű, ezüstös színű fém, amely kiváló fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, beleértve a kiváló szilárdság/tömeg arányt és a korrózióállóságot. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően az alumínium a leggyakrabban használt színesfém és újrahasznosítható fém lett. Továbbá az FCC egyedi atomszerkezete különböző egyedi fizikai és kémiai tulajdonságokkal ruházza fel a fémet.

Az alumínium két elsődleges forrásból származik. A bauxit érc a világ alumíniumtermelésének mintegy 99%-nyi forrása, amely különböző vas-oxid ásványokból álló vörösesbarna ásványi lerakódásokat képez, amelyeket bányásznak és feldolgoznak a nyers alumínium elsődleges formájának, a timföldnek az előállítása érdekében.

A timföld (korund) a természetben előforduló alumínium és oxigén vegyülete, amelynek olvadáspontja körülbelül 1,500degC. Oldatban Al3+ hexaaqua kationionokként jelenlévőként protondonorként viselkedhet, fokozatosan hidrolizálódva, amíg aluminátot vagy timföldet (Al(OH)3) nem képez, amely a hidrolízis után kicsapódik a vízből, segítve a víz tisztulását az úgynevezett "timföldfinomítás" révén.

A timföld rendkívül finom szemcseméretűre őrlése többszörösen felhasználható csiszolóanyagként. Használható acélfelületek rozsdaeltávolítására, fémek csiszolására és polírozására, ivóvíztermelés céljából történő szűrésére, szennyvíztisztító telepeken flokkuláló anyagként történő flokkulálásra, valamint vegyi anyagok, például nátrium-hidroxid vagy etil-alkohol előállítására gyártási folyamatokhoz.

Az alumínium és ötvözetei kiváló elektromos és hővezető képességet, valamint kivételes szilárdság-tömeg arányt és korrózióállóságot biztosítanak, így alkalmasak összetett formák öntésére. Erősen fényvisszaverő felületük miatt a polírozott alumínium kiváló anyag az élelmiszer- és italos dobozok fóliázásához.

Az alumínium sűrűsége 2,5-szer kisebb, mint az acélé, ami kiváló anyaggá teszi a közlekedési és építőipari alkalmazásokban. Az alumínium rendkívül képlékeny jellege lehetővé teszi azt is, hogy vékony lemezekké formálják szerkezeti felhasználásra; kis mennyiségű magnézium vagy szilícium hozzáadásával tovább növelhető a szakítószilárdság.

Felhasználások

Az alumínium számos fogyasztói termékben megtalálható, többek között főzőedényekben és italos dobozokban, autókban, repülőgépekben és építőanyagokban. Az alumínium számos kívánatos tulajdonsággal rendelkezik, mint például a korrózióval szembeni ellenálló képessége és könnyű súlya; a méregmentesség lehetővé teszi az újrahasznosítást anélkül, hogy elveszítené természetes tulajdonságait; a jó elektromos vezetőképesség lehetővé teszi a különböző formákba való alakítást; szintén nem mérgező, lehetővé teszi az újrafelhasználást anélkül, hogy elveszítené elektromos vezetői integritását, így könnyen alakítható.

Ma több mint 100 féle alumíniumötvözet van forgalomban, amelyek mindegyike speciális felhasználási célokra készült. Mindegyik bauxitból származik, amelyet bányásznak, és aprítással, vízzel való beáztatással és kemencében történő szárítással, amely során eltávolítják a szennyeződéseket, például az agyagot és a szilícium-dioxidot, alumínium-dioxidként ismert por alakú anyagot hagynak maguk után, amelyet aztán szűrőkön és eljárásokon keresztül tovább lehet finomítani, hogy erősebb fémötvözeteket állítsanak elő.

Az alumínium ötvözetképessége lehetővé teszi a gyártók számára, hogy termékek széles skáláját állítsák elő. Az ötvözetek a tiszta fémeknél jobb szilárdság/tömeg aránnyal is büszkélkedhetnek, így alkalmasak olyan szerkezetek számára, amelyeknek nagy terhelést kell elviselniük, mint például repülőgépek vagy járművek.

Az alumíniumvegyületek a legfontosabb alumíniumvegyületek közé tartoznak, és a MAL(SO4)2 *12H2O képletű kettős sókból állnak, ahol az M bármely egyszeresen töltött kation, például K+. Nevük a latin alumen (az ásványi forma) szóból származik, míg leggyakrabban kálium-alum (KAl(SO4)2 *12H2O) mellett más, nátrium-, gallium-, indium-cézium- vagy ammóniumionokat tartalmazó változatok is megtalálhatók.

A timföldet szulfátokkal kombinálva alumíniumokat lehet előállítani, amelyeket aztán széles körben használnak fehérítőszerként és felületkikészítő vegyszerként a papírgyártásban, ugyanakkor az ivóvíz tisztítására is szolgálnak azáltal, hogy megkötik a zavarossághoz hozzájáruló zavaros ionokat.

Az alumínium korrózióállósága és nagy vezetőképessége miatt ideális az elektromos rendszerekben való felhasználásra, gyakran a réz gazdaságos helyettesítőjeként a nagyfeszültségű távvezetékekben és transzformátorokban. A biztonságos és megbízható működéshez a megfelelő tervezési és szerelési technikákat kell betartani; az alumíniumot az üzemanyagcellák, kijelzők, LED-ek, fotovoltaikus eszközök vagy fotovoltaikus cellák vékonyréteg-leválasztásához használt porlasztási céltárgyak készítéséhez is fel lehet használni.

Alkalmazások

Az alumínium (vagy alumínium) egy rendkívül alkalmazkodóképes fém, amely különböző elemekkel kombinálva számos hasznos anyagot előállíthat. Az alumíniumot számos területen alkalmazzák - repülőgépipar, orvostudomány, élelmiszercsomagolás, kerámia, autóipar és még sok más területen! Nagy szilárdság/tömeg arányának és összetett formákba való könnyű megmunkálhatóságának köszönhetően régóta használják szigetelőanyagként az elektromos kábelekben.

A természet az alumínium-szulfátot oldhatatlan ásványi anyagként, "alumen" néven biztosítja. Az alumínium, a MAl(SO4)2 * 12H2O kettős sói, ahol az M a nátrium, kálium, rubídium, cézium vagy lítium valamelyike, a talajban is megtalálhatóak, és általában víz tisztítására használják tisztítószerként, miközben szöveteket tisztítanak és foltokat távolítanak el, emellett képesek az aldehidek és ketonok szervetlen redukciójára.

Az alumínium ötvözése más fémekkel sokkal erősebbé teszi az alumíniumot, növelve mind a szakítószilárdságot és a folyáshatárt, mind a korrózióállóságot. Az alumínium különösen hasznos hideg környezetben, mivel az alacsony hőmérsékletű korrózióval szembeni ellenállása miatt alkalmas kriogén alkalmazásokhoz.

A tiszta alumínium gyenge, de különféle hideg- és hőkezelési eljárásokkal erősíthető, míg a réz-, magnézium- és szilíciumtartalmú ötvözetek növelik a szakítószilárdságot és a folyáshatárt, és ezáltal jobban megmunkálhatóvá teszik.

A 6000-es sorozatú alumíniumötvözetek, amelyek elsődleges ötvözőelemként magnéziumot és szilíciumot tartalmaznak, kiváló megmunkálhatóságukkal és kiváló szilárdságukkal tűnnek ki. Ezek a tulajdonságok teszik a 7000-es sorozatú ötvözeteket különösen előnyössé a légköri korróziónak kitett repülőgép-, autó- és építőipari alkatrészeknél. Bár nehezebben megmunkálhatók, kiváló alakíthatóságuk kiváló szilárdság/tömeg arányt biztosít. Korrózióállóak és alakíthatóak, így ideális anyagot jelentenek motorblokkokban és más olyan alkatrészekben, amelyeknek hatékonyan kell elvezetniük a hőt. Ezeket az anyagokat szerkezeti alumíniumnak is nevezik, és egyedi formákba extrudálhatók a gyártási és építőipari alkalmazásokhoz.