ALUMIINI

Alumiini, kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 13 ja symboli Al. Se on hopeaa, sitkeä metalli. Sitä esiintyy luonnossa yleensä bauksiittimalmina ja se tunnetaan erinomaisesta hapettumisenkestävyydestään. Tämän vastuksen perusta on sen passivointiominaisuus. Sitä käytetään miljoonien erilaisten tuotteiden valmistukseen monilla teollisuudenaloilla ja sillä on erittäin tärkeä paikka maailmantaloudessa. Alumiinista valmistetut rakenneosat ovat välttämättömiä ilmailuteollisuudelle. Se löytää laajan käyttöalueen kuljetus- ja rakennusteollisuudessa, mikä vaatii keveyttä ja suuria lujuusominaisuuksia.

 

ALUMIINIOMINAISUUDET

Alumiini on pehmeä ja kevyt metalli, jonka väri on himmeän hopeanhohtoinen. Tämä väri tulee ohuesta oksidikerroksesta, joka muodostuu siihen, kun se altistuu ilmalle. Alumiini on myrkytön ja ei-magneettinen. Se ei kipinöi. Vaikka puhtaan alumiinin vetolujuus on noin 49 megapascalia (MPa), tämä arvo nousee 700 MPa:iin seostettuna. Sen tiheys on noin kolmannes teräksen tai kuparin tiheydestä. Se voidaan helposti takoa, työstää ja valaa. Sillä on erittäin ylivoimaiset korroosioominaisuudet, koska sen päälle muodostunut oksidikerros on suojaava. Sähkönjohtavuus on 64,94 % IACS (puhdas Al 2 °C:ssa). Sen sulamislämpötila on 660 °C ja kiehumislämpötila 2519 °C.

 

ALUMIINIHISTORIA

Muinaiset kreikkalaiset ja roomalaiset käyttivät alumiinin suoloja (æljʊˈmɪniəm) maalien värien kiinnittämiseen ja veren tulppaan. Alunaa käytetään edelleen veren tulpana ja verisuonia supistavana aineena nykypäivän lääketieteessä.

Vaikka Friedrich Wöhlerin tiedetään olevan ensimmäinen henkilö, joka hajottaa alumiinia sekoittamalla vedetöntä alumiinikloridia kaliumiin vuonna 1827, tanskalainen fyysikko ja kemisti Hans Christian Øersted valmisti metallin epäpuhtaassa muodossa kaksi vuotta sitten. Siksi Øerstedin nimi mainitaan almanakeissa ja kemian kirjallisuudessa alumiinin löytäjänä. Ranskalainen Henri Saint-Claire Deville paransi Wöhlerin menetelmää vuonna 1846 käyttämällä natriumia kalliimman kaliumin sijaan.

Vuonna 1886 amerikkalainen Charles Martin Hall haki patenttia (patenttinumero: 400655) alumiinin valmistukseen elektrolyyttisellä menetelmällä, ja samana vuonna ranskalainen Paul Héroult kehitti saman tekniikan Euroopassa, koska hän ei ollut täysin tietoinen Hallin keksinnöstä. Tästä syystä kahden tiedemiehen mukaan nimetty Hall-Heroult-prosessi on nykyään perusmenetelmä, jota käytetään kaikkialla maailmassa alumiinin erottamisessa sen malmista.

Washingtonin monumentin huipun rakentamisessa Yhdysvalloissa päätettiin käyttää alumiinia, ja noin 30 gramman alumiinihinta vastasi tuolloin kaksinkertaista tässä projektissa työskentelevän työntekijän päiväpalkkaa.

Välittömästi Adolf Hitlerin valtaantulon jälkeisinä vuosina Saksasta tuli maailman johtava alumiinituotannon valmistaja. Uusien vesivoimalaitoshankkeiden käyttöönotto Yhdysvalloissa (esimerkiksi Grand Coulee Dam) vuonna 1942 antoi kuitenkin Yhdysvalloille edun, jota natsi-Saksa ei kyennyt selviytymään. Tämä ylivoima on ilmennyt alumiinituotannon muodossa, joka riittää valmistamaan 60 000 sotakonetta neljässä vuodessa.

 

Alumiinin esiintyminen luonnossa

Vaikka sitä on runsaasti (7,5-8,1 %) maankuoressa, se on erittäin harvinainen vapaassa muodossa, ja siksi sitä pidettiin joskus jopa kultaa arvokkaampana. Alumiinin kaupallisen tuotannon historia on hieman yli 100 vuotta vanha.

Alumiini oli metalli, jota oli erittäin vaikea erottaa sen malmista niinä vuosina, kun se löydettiin. Alumiini on yksi vaikeimmin jalostettavista metalleista. Syynä tähän on se, että se hapettuu hyvin nopeasti, tämä muodostunut oksidikerros on erittäin stabiili ja toisin kuin raudan ruoste, se ei kuoriudu pois pinnasta.

Alumiinin talteenotosta romusta on tullut tärkeä osa nykypäivän alumiiniteollisuutta. Talteenottoprosessi on yksinkertaisesti metallin uudelleensulatusSe perustuu periaatteeseen, että tämä menetelmä on paljon taloudellisempi kuin metallin valmistus malmista. Alumiinin jalostus vaatii erittäin suuria määriä sähköenergiaa, kun taas talteenottoprosessi kuluttaa 5 % sen valmistuksessa käytetystä energiasta. Kierrätysprosessia on harjoitettu 1900-luvun alusta lähtien, eikä se ole uusi. 1960-luvun loppuun asti matalan profiilin toimintaan jatkunut kierrätysilmiö nousi voimakkaammin esiin, kun juomatölkkejä alettiin valmistaa alumiinista. Muita kierrätetyn alumiinin lähteitä ovat autonosat, ikkunat ja ovet, kodinkoneet ja säiliöt.

Alumiini on reaktiivinen metalli ja sitä on erittäin vaikea ottaa talteen malmistaan ​​(alumiinioksidi, Al₂O₃). Tuotanto tapahtuu kahdella menetelmällä. Ensimmäinen on Bayer-menetelmä ja toinen suorapelkistys hiilellä. Koska alumiinioksidin sulamislämpötila on noin 2000 °C, se on kaukana taloudellisesta. Siksi alumiini saadaan elektrolyysimenetelmällä. Tässä menetelmässä alumiinioksidi liuotetaan sulaan kryoliittiin ja pelkistetään sitten puhtaaksi metalliksi. Tässä menetelmässä pelkistyskennojen työlämpötila on noin 950-980 °C. Kryoliitti on luonnollinen mineraali, jota löytyy Grönlannin saarelta, mutta se on valmistettu synteettisesti alumiinin tuotantoa varten. Kryoliitti on alumiini- ja natriumfluoridien seos, ja sen kaava on Na₃AlF₆. Alumiinioksidia (valkoista jauhetta) valmistetaan jalostamalla punaista bauksiittia, koska se sisältää noin 30-40 % rautaa. Tämän tapahtuman nimi on Bayer-tapahtuma, ja se on korvannut aiemmin käytetyn Deville-tapahtuman.

Elektrolyysimenetelmässä, joka korvaa Wöhler-prosessin, molemmat elektrodit on valmistettu hiilestä. Kun malmi on sulanut, ionit alkavat kiertää vapaasti. Reaktio negatiivisella elektrodilla (katodilla):

Ota³⁺ + 3e^– → Ota

osoittaa, että alumiini-ioni on pelkistynyt hankkimalla elektroneja. Alumiinimetalli uppoaa sitten nestemäisessä muodossa kennon pohjalle ja valuu sieltä pois.

Toisaalta positiivisella elektrodilla (anodilla) muodostuu happikaasua:

2O^2- → O₂ + 4e^–

Anodihiili kuluu hapettumisen seurauksena tämän hapen mukana, ja siksi se on uusittava säännöllisin väliajoin:

O₂ + C → CO₂

Katodit eivät tyhjene elektrolyysiprosessin aikana, toisin kuin anodit, koska katodissa ei pääse karkaamaan happea. Katodin hiili on suojattava, koska se on peitetty kennon sisällä nestemäisellä alumiinilla. Toisaalta katodit altistuvat sähkökemiallisten prosessien aiheuttamalle eroosiolle. Elektrolyysissä käytetystä virrasta riippuen kennot on uusittava kokonaan 5-10 vuoden välein.

Vaikka alumiinielektrolyysi Hall-Héroult-prosessilla kuluttaa paljon sähköenergiaa, vaihtoehtoiset menetelmät ovat kaukana taloudellisesti ja ekologisesti kannattavista. Maailmanlaajuisesti keskimääräinen energian ominaiskulutus on noin 15±0,5 kilowattituntia/kg Al (52-56 MJ/kg). Nykyaikaisissa laitoksissa tämä luku on noin 12,8 kWh/kg (46,1 MJ/kg). Pelkistysjohdon kuljettama sähkövirta oli vanhoissa teknologioissa 100-200 kA, mutta nykyaikaisissa tiloissa tämä arvo nousi 350 kA:iin, ja koetutkimuksia on tiedossa tehty 500 kA:n kennoissa.

Sähkön osuus alumiinin tuotantokustannuksista on laitoksen sijainnista riippuen 20-40 %. Tästä syystä alumiinin tuotantoyritykset ovat yleensä lähellä alueita, joilla sähköenergiaa on runsaasti ja halpaa, kuten Etelä-Afrikka, Uusi-Seelanti Eteläsaari, Australia, Kiina, Lähi-itä, Venäjä, Islanti ja Kanada Québec.

Vuodesta 2004 lähtien Kiina on maailman johtava alumiinituotannon tuottaja.

 

 

Alumiinin turvallisuusvarotoimet

Alumiinilla ei ole havaittu olevan hyödyllistä toimintaa eläville soluille. Joillakin ihmisillä kosketusihottuma (ihotulehdus), jonka voi aiheuttaa mikä tahansa alumiinimuoto, styptinen (verenpysähdys) tai kutiava ihottuma hikoilua ehkäisevien tuotteiden käytön yhteydessä, ruuansulatushäiriöt, jotka johtuvat alumiinikattiloissa kypsennetyn ruoan syömisestä ja ruoansulatuskanavan lopettamisesta. ravinteiden imeytyminen ja Rolaids, Amphojel, ja käytettäessä antasideja (antasidilääkkeitä), kuten Maalox, se voi aiheuttaa allergisia reaktioita myrkytysoireiden, kuten oksentelun, muodossa. Vaikka alumiini ei ole yhtä myrkyllistä muille kuin raskasmetallit, eikä alumiinisten ruokailuvälineiden käytön (suositeltuja sen korkean korroosionkestävyyden ja hyvän lämmönjohtavuuden vuoksi) ei ole yleisesti todistettu aiheuttavan alumiinimyrkytystä, suurilla annoksilla voi olla myrkytyksen merkkejä. Alumiiniyhdisteitä sisältävien antasidien liiallinen käyttö ja alumiinia sisältävien antiperspiranttien liiallinen käyttö voivat aiheuttaa myrkytyksen. Vaikka alumiinin on väitetty aiheuttavan Alzheimerin tautia, tämä tutkimusPäinvastoin on kiistetty, että Alzheimerin taudin aiheuttamat vahingot johtavat alumiinin kertymiseen elimistöön. Yhteenvetona voidaan todeta, että jos kyseessä on alumiinimyrkytys, sen on tapahduttava hyvin erityisellä mekanismilla. Koska koko ihmisen elämän ajan, maaperän luonnollisen savimineraalin kosketus siinä olevan alumiinin kanssa on jo riittävän korkea.

On välttämätöntä välttää alumiinin kosketusta joidenkin kemikaalien kanssa, jotka aiheuttavat sen nopean syöpymisen. Esimerkiksi alumiinipalan pinnalle pudonnut hyvin pieni määrä elohopeaa lävistää helposti suojaavan alumiinioksidikerroksen, ja muutamassa tunnissa jättimäisetkin rakenteelliset palkit voivat heiketä merkittävästi. Tästä syystä monet lentoyhtiöt eivät salli elohopealämpömittareita, koska alumiinilla on tärkeä paikka lentokoneiden rakenteessa.

Faktat

Löytöpäivä: 1825
Löysi Hans Christian Oersted
Nimen alkuperä: latinan sanasta alumen
Käyttö: lentokoneet, virvoitusjuomat
Tuloste: bauksiitti

Alumiinikemia

Hapetusvaihe

• Alumiini Kun lämmitetään 1500 °C:seen vetyilmakehässä, syntyy AlH:ta.</li >
• Normaali alumiinioksidi (Al₂O₃) 2O:ta syntyy, kun >piitä kuumennetaan tyhjiössä 1800 °C:ssa.

• Al₂S valmistetaan kuumentamalla

• Al₂S₃ alumiinilastuilla 1 300 °C:ssa tyhjiössä. Se kuitenkin hajoaa nopeasti lähtöaineiksi. Kaksiarvoista seleeniä valmistetaan samalla tavalla.
• Kolmiarvoisia halogenideja -AlF- -AlCl- ja -AlBr- voidaan saada kaasufaasissa alumiinilla kuumennettaessa.

Perustiedot

Nimi: Alumiini
Symboli: Vastaanota
Atominumero: 13
Atomimassa: 26,981539 amu
Sulamispiste: 660,37 °C (933,52 K, 1220,666 °F)
Kiehumispiste: 2467,0 °C (2740,15 K, 4472,6 °F)
Protonien/elektronien lukumäärä: 13
Neutronien lukumäärä: 14
Luokittelu: muut metallit
Kiderakenne: Kuutio
Tiheys @ 293 K: 2,702 g / cm ³
Väri: Hopea
Brittiläinen oikeinkirjoitus: Alumiini
IUPAC-oikeinkirjoitus: Alumiini

Atomirakenne

Energiatasojen lukumäärä: 3 Ensimmäinen energiataso: 2 Toinen energiataso: 8 Kolmas energiataso: 3

 

Isotoopit

Isotooppi	Puoliintumisaika
Al-26	730000,0 vuotta
Al-27	Vakaa
Al-28	2,3 minuuttia

Hapetusvaihe

• Alumiinin suboksidin (AlO) läsnäolo voidaan osoittaa, kun alumiinijauhetta poltetaan hapella.

Hapetusvaihe

• • Fajans-sääntö osoittaa, että yksinkertaista kolmiarvoista kationia (Al³⁺) ei löydy vedettömistä suoloista tai binääriyhdisteistä, kuten Al₂O_{3<. /sub>. Hydroksidi on heikko emäs ja alumiinisuoloja, jotka ovat heikkoja emäksiä, kuten karbonaattia, ei voida valmistaa. Vahvat happamat suolat, kuten nitraatti, ovat stabiileja ja veteen liukenevia. Ne muodostavat hydraatteja, joissa on vähintään kuusi molekyyliä.}
  • Alumiinihydridiä (AlH₃)_n voidaan valmistaa käyttämällä trimetyylialumiinia ja ylimäärää happea. Se palaa räjähdysmäisesti ilmassa. Sitä voidaan valmistaa myös käsittelemällä alumiinikloridia litiumhydridillä eetteriliuoksessa. Sitä ei kuitenkaan voida erottaa liuottimesta.
  • Alumiinikarbidia (Al₄C₃) voidaan valmistaa kuumentamalla alkuaineseosta yli 1000 °C:seen. Sen vaaleankeltaisilla kiteillä on monimutkainen hilarakenne jatai ne antavat metaanikaasua laimean hapon kanssa. Asetylidiä (Al₂(C₂)₃) valmistetaan johtamalla asetyleeni kuumennetun alumiinin yli.
  • Alumiininitridiä (AlN) voidaan valmistaa sen alkuaineista 800 °C:ssa. Se hydrolysoituu vedellä, jolloin saadaan ammoniakkia ja alumiinihydroksidia.
  • Alumiinifosfidi (AlP) valmistetaan samalla tavalla ja hydrolysoituu fosfiiniksi.
  • Alumiinioksidia (Al₂O₃) esiintyy luonnossa korundina, ja sitä saadaan polttamalla alumiinia hapella tai kuumentamalla sen hydroksidia, nitraattia tai sulfaattia. Jalokivenä sen kovuus tulee timantin, boorinitridin ja karborundin jälkeen. Melkein veteen liukenematon.
  • Alumiinihydroksidia voidaan saada hyytelömäisenä sakana lisäämällä ammoniakkia alumiinisuolan vesiliuokseen. Se on amfoteerinen; Se on sekä erittäin heikko happo että tekee aluminaatteja alkalien kanssa. Sitä on eri kidemuodoissa.
  • Alumiinisulfidia (Al₂S₃) voidaan tuottaa johtamalla rikkivetyä alumiinijauheen päälle. Se on polymorfinen.
  • Alumiinifluoridia (AlF₃) valmistetaan elementeistä tai elementeistä käsittelemällä sen hydroksidia HF:llä. Sillä on jättimäinen molekyylirakenne, joka siirtyy kaasufaasiin sulamatta 1291 °C:ssa. Se on hyvin inerttiä. Muut kolmiarvoiset aineet ovat dimeerisiä ja sillan kaltaisia.

On olemassa organometalliyhdisteitä, joilla on

• empiirinen kaava AlR₃, ja ne ovat ainakin dimeerisiä tai trimeerisiä, elleivät jättimäisiä molekyylejä. Niitä käytetään orgaanisen synteesin alalla (esimerkiksi trimetyylialumiini).
• Alumiinihydridit ovat tunnetuimpia sähköpositiivisimpia rakenteita. Niistä hyödyllisin on litiumalumiinihydridi (Li[AlH₄]). Kuumennettaessa litiumhydridi hajoaa alumiiniksi ja vedyksi ja hydrolysoituu veden kanssa. Sillä on monia käyttötarkoituksia orgaanisessa kemiassa. Myös alumiinihalogenideilla on samanlainen rakenne.

Käytä kenttiä

Koska alumiini on metalli, joka jäähtyy helposti ja imee lämpöä, se löytää laajan paikan kylmäteollisuudessa. Se on monilla aloilla käytetty metalli, koska se on halvempaa ja saatavilla olevampaa kuin kupari, helppo käsitellä ja pehmeä.

Alumiinia käytetään yleensä jäähdyttimien, valonheittimien, keittiövälineiden ja kevyiden ajoneuvojen (lentokoneiden, polkupyörien, autojen moottoreiden, moottoripyörien jne.) valmistukseen. Lisäksi alumiini, joka on teollisuudessa tärkeä materiaali, on metalli, jota kohtaamme aina jokapäiväisessä elämässä.

Toinen alumiinin käyttöalue on asynkroniset moottorit. Puhdasta alumiinia (~99,7 % Al) käytetään asynkronisten moottoreiden roottorituotannossa painevalumenetelmällä. Sen keveys, halpa ja suhteellisen hyvä sähkönjohtavuus (~59-60 % IACS) kupariin verrattuna mahdollistavat alumiinin omaksumisen oikosulkumoottoriteollisuudessa.^{< /sup>}

Alumiinin nimi

Englanninkielisissä maissa on yleistä, että nimi kirjoitetaan ja lausutaan sekä alumiiniksi että alumiiniksi. alumiinia ei tunneta hyvin Yhdysvalloissa, ja se on enimmäkseen alumiinia. Muissa maissa Yhdysvaltojen ulkopuolella tilanne on päinvastainen, ja sanan alumiini kirjoitusasu tunnetaan paremmin. Molemmat kirjoitustyylit ovat kuitenkin yleisiä Kanadassa.

Muissa maissa kuin englannissa sanan ”ium” kirjoitusasu on yleisempi. Sekä saksaksi että ranskaksi sana on alumiini.

”International Union of Pure and Applied Chemistry” (IUPAC) -järjestö hyväksyi alumiinin käytön maailmanstandardina vuonna 1990. Kolme vuotta myöhemmin se hyväksyi kuitenkin sanan alumiini hyväksyttäväksi termiksi.

Lainaus Mlasta: <http://www.chemicalelements.com/elements/al.html>.

Lisätietoja: Wikipadia

 

 

Alumiinin historia

 

Muinaiset kreikkalaiset ja roomalaiset käyttivät alumiinin suoloja (æljʊˈmɪniəm) maalien värien kiinnittämiseen ja veren tulppaan. Alunaa käytetään edelleen veren tulpana ja verisuonia supistavana aineena nykypäivän lääketieteessä.

Vaikka tiedetään, että Friedrich Wöhler oli ensimmäinen henkilö, joka hajotti alumiinia sekoittamalla vedetöntä alumiinikloridia kaliumiin vuonna 1827, tanskalainen fyysikko ja kemisti Hans Christian Ørsted valmisti metallin epäpuhtaassa muodossa kaksi vuotta sitten. Siksi almanakoissa ja kemian kirjallisuudessa Øerstedin nimi mainitaan henkilönä, joka löysi alumiinin. Ranskalainen Henri Saint-Claire Deville, vuonna 1846, Wöhler’s menetelmä kalliimman sijaankehitetty käyttämällä natriumia.

Vuonna 1886 amerikkalainen Charles Martin Hall haki patenttia (patenttinumero: 400655) alumiinin valmistukseen elektrolyyttisellä menetelmällä, ja samana vuonna ranskalainen Paul Héroult kehitti saman tekniikan Euroopassa, koska hän ei ollut täysin tietoinen Hallin keksinnöstä. Tästä syystä kahden tiedemiehen mukaan nimetty Hall-Heroult-prosessi on nykyään perusmenetelmä, jota käytetään kaikkialla maailmassa alumiinin erottamisessa sen malmista.

Washingtonin monumentin huipun rakentamisessa Yhdysvalloissa päätettiin käyttää alumiinia, ja noin 30 gramman alumiinihinta vastasi tuolloin projektissa työskentelevän työntekijän kaksinkertaista päiväpalkkaa.

Välittömästi Adolf Hitlerin valtaantulon jälkeisinä vuosina Saksasta tuli maailman johtava alumiinituotannon valmistaja. Uusien vesivoimalaitoshankkeiden käyttöönotto Yhdysvalloissa (esimerkiksi Grand Coulee Dam) vuonna 1942 antoi kuitenkin Yhdysvalloille edun, jota natsi-Saksa ei kyennyt selviytymään. Tämä ylivoima on ilmennyt alumiinituotannon muodossa, joka riittää valmistamaan 60 000 sotakonetta neljässä vuodessa.

 

Alumiinin hinnat

Nykyään Alumiini on monessa suhteessa jalometalli, ja se kuuluu jalometallien luokkaan ominaisuuksiensa ansiosta teknisesti rikkaassa muodossaan ja hinnoitellaan heti osoitteessa Lontoon metallipörssi.

 

Alumiinin hintojen laskeminen

Yleisin maailmanlaajuisesti käytetty laskentamenetelmä alumiinin hintojen laskemiseen on seuraava;

LME (arvo Lontoon metallipörssissä) x valuuttakurssi + työ + toimitus lasketaan ja myydään yleisimmin.

Lisäksi tuotteen päähintaan lisätään muita elementtejä, kuten lämpökäsittely (Thermic), pintakiillotusprosessi, kemiallinen värjäysprosessi ja kestävyyttä lisäävä uunimaali halutun tuotteen laadun mukaan.

Näiden lisäksi työvoimakustannuksiin lisätään myös käyttöalueen mukaan suosittavat maaliominaisuudet ja muut mekaaniset prosessit (poraus, leikkaus jne.).