Alüminyumun özellikleri, özellikleri, tarihçesi ve uygulamaları
Alüminyum (aynı zamanda alüminyum olarak da bilinir), dünyanın kabuğundaki en bol metal elementtir. Ve bu da iyi bir şey çünkü çok kullanıyoruz. Her yıl yaklaşık 41 milyon ton eritilmekte ve geniş çapta uygulamalarda kullanılmaktadır. Otomobil gövdelerinden bidonlara ve elektrik kablolarından uçak kaplamalarına kadar alüminyum günlük hayatımızın çok büyük bir parçasıdır.
Özellikleri
- Atomik sembolü: al
- Atom Numarası: 13
- Eleman kategorisi: Geçiş sonrası metal
- Yoğunluk: 2,70 g / cm 3
- Erime Noktası: 1220.58 ° F (660.32 ° C)
- Kaynama Noktası: 4566 ° F (2519 ° C)
- Moh'ın Sertliği: 2.75
Özellikleri
Alüminyum, kolayca işlenebilen hafif, yüksek iletkenliğe sahip, yansıtıcı ve toksik olmayan bir metaldir. Metalin dayanıklılığı ve sayısız avantajlı özellikleri onu birçok endüstriyel uygulama için ideal bir malzeme haline getirmektedir.
Tarihçe
Eski Mısırlılar tarafından boyalar, kozmetikler ve ilaçlar olarak kullanılan alüminyum bileşikler kullanıldı, ancak 5000 yıl sonra, insanların saf metalik alüminyumun nasıl koklanacağı keşfedildi. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, alüminyum metal üretiminde kullanılan yöntemlerin geliştirilmesi, 19. yüzyılda elektrik akımı ile aynı zamana denk geldi, çünkü alüminyum eritme işlemi önemli miktarda elektrik gerektiriyordu.
Alüminyum üretiminde büyük bir atılım 1886'da Charles Martin Hall'un elektrolitik indirgeme kullanılarak alüminyum üretilebildiğini keşfettiği sırada geldi.
O zamana kadar, alüminyum daha nadir ve altından daha pahalıydı. Ancak, Hall'un keşfinden sonraki iki yıl içinde, Avrupa ve Amerika'da alüminyum şirketleri kuruldu.
20. yüzyılda, özellikle ulaşım ve ambalaj endüstrilerinde alüminyum talebi büyük ölçüde artmıştır.
Üretim teknikleri büyük ölçüde değişmemiş olmasına rağmen, bunlar daha verimli hale gelmiştir. Son 100 yılda, bir birim alüminyum üretmek için tüketilen enerji miktarı% 70 azalmıştır.
Üretim
Cevherden alüminyum üretimi, boksit cevherinden çıkarılan alüminyum oksite (Al2O3) bağlıdır. Boksit normalde% 30-60 alüminyum oksit (yaygın olarak alümina olarak anılır) içerir ve düzenli olarak yeryüzünün yüzeyinde bulunur. Bu süreç iki kısma ayrılabilir; (1) alüminanın boksitten çıkarılması ve (2) alüminyum metalin alüminadan eritilmesi.
Alumina'nın ayrılması, normalde Bayer Prosesi olarak bilinenler kullanılarak yapılır. Bu, boksitin bir toz haline getirilmesini, bir bulamaç haline getirilmesi, ısıtılması ve kostik soda (NaOH) eklenmesi için su ile karıştırılmasını içerir. Kostik soda, filtrelerden geçmesine ve safsızlıkların geride bırakılmasına izin veren alüminayı çözer.
Alüminat çözeltisi daha sonra alüminyum hidroksit taneciklerinin 'tohum' olarak eklendiği çökeltici tanklarına boşaltılır. Karıştırma ve soğutma, tohum malzemesinin üzerine çökeltilen alüminyum hidroksit ile sonuçlanır, daha sonra ısıtılır ve alümina elde etmek için kurutulur.
Charles Martin Hall tarafından keşfedilen süreçte alüminadan alümina için elektrolitik hücreler kullanılır.
Hücrelere beslenen alümina, 1742 ° C'de (950 ° C) florlanmış bir erimiş kriyolit banyosunda eritilir.
10.000-300.000 A arasında herhangi bir yerde doğru bir akım, hücredeki karbon anotlarından karışım boyunca bir katot kabuğuna gönderilir. Bu elektrik akımı alümini alüminyum ve oksijene ayırır. Oksijen karbondioksit üretmek için karbonla reaksiyona girer, alüminyum ise karbon katot hücre astarına çekilir.
Alüminyum daha sonra toplanabilir ve geri dönüştürülebilir alüminyum malzemenin eklendiği fırınlara alınabilir. Bugün üretilen tüm alüminyumun yaklaşık üçte biri geri dönüştürülmüş malzemeden geliyor. ABD Jeolojik Anketine göre, 2010 yılında en büyük alüminyum üreticisi ülkeler Çin, Rusya ve Kanada idi.
Uygulamalar
Alüminyumun uygulamaları, listelenemeyecek kadar çoktur ve metalin özel özellikleri nedeniyle araştırmacılar düzenli olarak yeni uygulamalar bulmaktadır.
Genel olarak, alüminyum ve onun birçok alaşımı , üç büyük endüstride kullanılmaktadır; ulaşım, paketleme ve inşaat.
Alüminyum, çeşitli şekillerde ve alaşımlarda, uçak, otomobil, tren ve teknelerin yapısal bileşenleri (çerçeveleri ve gövdeleri) açısından kritik öneme sahiptir. Bazı ticari uçakların% 70 kadarı alüminyum alaşımlardan (ağırlık olarak ölçülür) oluşmaktadır. Parçanın stres veya korozyon direnci veya yüksek sıcaklıklara tolerans gerektirip gerektirmediği, kullanılan alaşımın türü her bileşen parçasının gereksinimlerine bağlıdır.
Üretilen tüm alüminyumun yaklaşık% 20'si ambalaj malzemelerinde kullanılır. Alüminyum folyo, gıdalar için toksik olmadığı için uygun bir ambalaj malzemesidir, aynı zamanda düşük reaktivitesi nedeniyle kimyasal ürünler için uygun bir sızdırmazlık maddesidir ve ışık, su ve oksijene karşı geçirimsizdir. Sadece ABD'de, her yıl yaklaşık 100 milyar alüminyum kutu sevk edilir. Bunların yarısından fazlası sonunda geri dönüştürülür.
Dayanıklılığı ve korozyona dayanıklılığı nedeniyle, her yıl üretilen alüminyumun yaklaşık% 15'i inşaat uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu pencere ve kapı çerçeveleri, çatı, siding ve yapısal çerçeveler yanı sıra oluklar, kepenkler ve garaj kapıları içerir.
Alüminyumun elektriksel iletkenliği, aynı zamanda uzun mesafe iletken hatlarında kullanılmasına izin verir. Çelik ile güçlendirilmiş alüminyum alaşımlar, bakırdan daha ekonomiktir ve hafif olduklarından dolayı sarkmayı azaltır.
Alüminyum için diğer uygulamalar arasında tüketici elektroniği, sokak aydınlatma direkleri, petrol teçhizatı üst yapıları, alüminyum kaplamalı pencereler, pişirme kapları, beyzbol sopaları ve yansıtıcı güvenlik cihazları için kabuklar ve ısı alıcılar yer alır.
Kaynaklar:
Sokak Arthur. & Alexander, WO 1944. İnsanın Hizmetindeki Metaller . 11. Baskı (1998).
USGS. Mineral Emtia Özetleri: Alüminyum (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/