Что такое алюминий?

Легкий, прочный и функциональный – это характеристики алюминия, одного из ключевых конструкционных материалов современности. Мы можем найти алюминий в домах где мы живем, в машинах на которых ездим, в поездах и самолетах которые переносят нас на большие расстояния, в мобильных телефонах и компьютерах, которые мы используем ежедневно, в полках внутри холодильников и в современном интерьерном дизайне, но какие то 200 лет назад мало было известно о этом металле.

Алюминий – это серебрист-белый металл, 13 элемент периодической системы. Один удивительный факт об алюминии это то что он один из наиболее распространённых металлов на Земле, который составляет до 8% массы земной коры. Он также является третьим наиболее распространенным элементом на нашей планете после кислорода и кремния.

Самая популярная форма нахождения алюминия в природе это сульфаты алюминия. Это минералы которые содержат серные кислоты: одни основана на щелочном металле (литии, натрии, калии, рубидии или цезии) и другие содержащие металл из третьей группы в периодической системе, в основном алюминии.

Сульфаты алюминия используются в наши дни для очистки воды, для приготовления пищи, в медицине, в косметологии и прочих сферах. Кстати алюминий получил свое название от алюминиевых сульфатов, которые на латыни звучат как – alumen.

Корунд

Такие драгоценные камни как рубины, сапфиры, аквамарины и изумруды также являются минералами алюминия. Первые два являются, корундами, т.е. оксидами алюминия (Al2O3) в кристаллической форме. Он натурально прозрачен и по прочности является вторым после алмазов. Сапфир используется при производстве пуленепробиваемого стекла, самолетных стекол, защищенных от царапин экранов смартфонов. Тем временем, один из менее драгоценных минералов корунда – наждак используется как абразив, например в наждачной бумаге

Сегодня мы знаем почти около 300 разнообразных алюминиевых веществ и минералов  от полевого шпата – ключевого минерала на земле до рубинов, сапфиров и изумрудов, которые намного более редкие.

Хэмфри Дэйви. Британский физик и химик Сэр Хэмфри Дэйви был первым кто получил новый химический элемент используя электролиз. Он был способен получить бор из борной кислоты. Он продолжил использовать электролиз чтобы получить 6 до этого неизвестных металлов: калий, натрий, барий, кальций, магний и стронций. Это был Дэви, который доказал существование алюминия, металла найденного  в оксиде алюминия, и дал ему его название. Но независимо от того, насколько распространенным может быть алюминий, он мог бы оставаться скрытым навсегда, если бы не электричество. Открытие алюминия стало возможным, когда ученые смогли использовать электричество для расщепления химических соединений на их элементы. В 19 веке датский физик Кристиан Эрстед использовал электролиз для получения алюминия. Электролиз или электролитическое восстановление — это процесс, который используется сегодня и для производства алюминия.

Еще один довольно распространенный минерал, боксит, используется сегодня в качестве основного сырья для производства алюминия. Боксит представляет собой глинистый минерал, содержащий различные модификации гидроксида алюминия в смеси с оксидами железа, кремния, титана, серы, галлия, хрома, ванадия, а также сернокислыми кальцием, железом и магнием. Другими словами, ваш типичный боксит содержит почти половину таблицы Менделеева. Кстати, из-за текстуры боксита около ста лет назад алюминий часто поэтично называли серебром, полученным из глины. В среднем требуется 4-5 тонн бокситов для производства 1 тонны алюминия.

Бокситы

Бокситы были открыты в 1821 году геологом Пьером Бертье на юге Франции. Новые минералы были названы в честь области, в которой они были обнаружены: Les Baux. Около 90% мировых поставок бокситов находится в тропических и субтропических районах, таких как Гвинея, Австралия, Вьетнам, Бразилия, Индия и Ямайка.

На первом этапе производства алюминия боксит перерабатывается в глинозем или оксид алюминия Al2O3. Глинозем выглядит как белый порошок и затем перерабатывается в алюминий на алюминиевых заводах с использованием электролитического восстановления.

Производство алюминия требует огромного количества электроэнергии, около 15 МВтч на тонну продукции. Это примерно столько же, сколько 100 квартир потребляет за месяц. Таким образом, лучшая площадка для алюминиевого завода находится рядом с мощным, предпочтительно возобновляемым, источником энергии. Гидроэлектростанции являются лучшим вариантом, поскольку они являются наиболее мощными «зелеными» источниками энергии, доступными сегодня.

Свойства алюминия

Алюминий предлагает редкое сочетание ценных свойств. Это один из самых легких металлов в мире: он почти в три раза легче железа, но при этом он очень прочный, чрезвычайно гибкий и устойчивый к коррозии, поскольку его поверхность всегда покрыта чрезвычайно тонким и в то же время очень прочным слоем оксидной пленки. Он не намагничивается, является отличным электрическим проводником и формирует сплавы практически со всеми другими металлами.

Легковесный
В три раза легче железа
Долговечный
Почти столько же, сколько сталь
Пластичный
Легко обрабатывается
Сопротивление ржавчине
Благодаря тонкому поверхностному слою оксида алюминия

Алюминий легко обрабатывается используя прессование как в горячем, так и в холодном состоянии. Его можно катать, тянуть и штамповать. Алюминий не поддерживает горение, ему не нужна специальная краска и, в отличие от пластика, он не токсичен. Он также очень податлив, поэтому из него могут быть изготовлены листы толщиной всего 4 микрона, а также сверхтонкая проволока. Сверхтонкая фольга, которую можно сделать из алюминия, в три раза тоньше человеческого волоса. Кроме того, алюминий более рентабелен, чем другие металлы и материалы.

Поскольку алюминий легко образует соединения с другими химическими элементами, было разработано огромное разнообразие алюминиевых сплавов. Даже очень небольшое количество примесей может резко изменить свойства металла, что позволяет использовать его в новых областях. Например, в обычной жизни вы можете найти алюминий в смеси с кремнием и магнием буквально на дороге, то есть в колесах из алюминиевого сплава, в двигателях, ходовой части и других частях современных автомобилей. Что касается алюминиево-цинкового сплава, скорее всего, вы можете держать его в руках прямо сейчас, поскольку именно этот сплав широко используется в производстве мобильных телефонов и планшетных ПК. Тем временем ученые продолжают разрабатывать новые алюминиевые сплавы алюминия.

Современное строительство, автомобильная, авиационная, энергетическая, пищевая и другие отрасли были бы невозможны без алюминия. Кроме того, алюминий стал символом прогресса: все передовые устройства и автомобили сделаны из алюминия.

Алюминий против меди
Если бы в автомобиле была заменена вся медная проволока на алюминиево-циркониевую, вес автомобиля был бы на 12 кг меньше.
Поставки алюминия
По оценкам Международного института алюминия (IAI), в настоящее время 400 миллионов тонн алюминия используются в инфраструктуре, на транспорте и прочих сферах.

Казалось бы, сочетание перечисленных выше качеств уже будет достаточным для того, чтобы сделать алюминий лучшим выбором в промышленности, однако есть и другое не менее важное свойство: алюминий можно многократно использовать снова и снова. И алюминий, и его сплавы могут быть расплавлены и использованы повторно без какого-либо ущерба для его механических свойств. Ученые подсчитали, что 1 кг переработанных алюминиевых банок может сэкономить до 8 кг бокситов, 4 кг различных фторидов и до 15 кВт-ч электроэнергии.

Около 75% алюминия, произведенного за время существования алюминиевой промышленности, все еще используется сегодня.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *