Alumiinium: selle omadused, keemia ja looduslik esinemine

Alumiinium ehk alumiinium on puhtast metallist element aatomnumbriga 13. See on tuntud oma tugevuse ja kergekaalulisuse poolest, mistõttu on see tänapäeval väga nõutud materjal.

Millised on alumiiniumi peamised kasutusalad?

Alumiiniumil on lai valik kasutusalasid, sealhulgas:

• Ehitus: alumiiniumi kasutatakse ehitustööstuses tavaliselt selle tugevuse ja vastupidavuse tõttu.
• Elektrienergia: alumiiniumi kasutatakse toitekaablites ja -juhtmetes selle kõrge juhtivuse tõttu.
• Nõud ja kööginõud: alumiiniumi kasutatakse tavaliselt köögiriistade, mahutite ja purkide tootmisel selle korrosioonikindluse tõttu.
• Patareide ja tulemasinate tootmine: Alumiinium on oma kergete omaduste tõttu võtmekomponent akude ja tulemasinate tootmisel.

Kui palju alumiiniumi toodetakse?

Alumiinium on kõrgelt toodetud materjal, mida igal aastal toodavad ettevõtted üle maailma miljoneid tonne.

Millistes vormides on alumiinium?

Alumiinium on saadaval mitmesugustes vormides, sealhulgas lehed, plaadid, vardad ja torud. Seda võib leida ka erivormides, nagu ekstrusioonid ja sepised.

Millist rolli mängib alumiinium keskkonnas?

Alumiiniumi mõju keskkonnale on võrreldes teiste metallidega väiksem, kuna seda saab ringlusse võtta ja taaskasutada. See muudab selle tavaliseks materjaliks uutes tootevalikutes, mille eesmärk on vähendada jäätmeid ja edendada jätkusuutlikkust.

Alumiiniumiga liikumine

• Alumiinium on sinakas-hõbedane metall, mis on tänu oma aatomistruktuurile väga stabiilne.
• Selle aatomnumber on 13 ja see on üks peamisi Maal esinevaid elemente.
• Alumiiniumi aatomikonfiguratsioon on 2, 8, 3, mis tähendab, et sellel on kaks elektroni esimesel energiatasemel, kaheksa teisel ja kolm kõige välimisel energiatasemel.
• Alumiiniumi välimised elektronid jagunevad aatomite vahel, mis aitab kaasa selle metallilisele sidumisele ja muudab selle väga juhtivaks.
• Alumiiniumil on kuubikujuline kristallstruktuur ja selle raadius on ligikaudu 143 pm.
• Selle sulamistemperatuur on 660.32 °C ja keemistemperatuur 2519 °C, mistõttu see talub kõrgeid temperatuure.
• Alumiiniumi tihedus on olenevalt sulamist madal, jäädes vahemikku 2.63–2.80 g/cm³.
• Alumiinium on peaaegu sama tempermalmist kui kuld ja on hõbeda järel kõige paremini tempermalmist metall.
• See on ka väga plastiline, mis tähendab, et selle saab purunemata õhukesteks juhtmeteks tõmmata.
• Võrreldes teiste metallidega on alumiinium suhteliselt väikese kaaluga, kaaluvahemikus ligikaudu 26.98–28.08 g/mol, olenevalt isotoobist.

Füüsikalised omadused

• Alumiinium on tavaline element, mida leidub maakoores, kus see esineb tavaliselt boksiidi kujul.
• Seda toodetakse boksiidi kombineerimisel naatriumhüdroksiidiga ja seejärel saadud segu elektrolüüsimisel.
• Puhas alumiinium on kergelt sinakasvalge metall, mis on tugevalt poleeritud ja millel on kerge läige.
• Alumiinium on väga korrosioonikindel, mistõttu sobib see mitmesugusteks rakendusteks, kus see puutub kokku elementidega.
• Sellel on kõrge soojusjuhtivus, mis tähendab, et see suudab soojust kiiresti ja tõhusalt üle kanda.
• Alumiinium on ka mittetoksiline, mittemagnetiline ega sädemeid tekitav, mistõttu on see väga mitmekülgne materjal.
• Sõltuvalt sulamist võib alumiinium olla pehmest ja plastilisest kuni kõva ja tugevani.
• Alumiinium sobib väga hästi valamiseks, töötlemiseks ja vormimiseks, mistõttu on see populaarne valik paljudes rakendustes.
• Aastate jooksul on alumiinium muutunud üha olulisemaks materjaliks tänu oma füüsikalistele omadustele ning selle valmistamise ja rafineerimise lihtsusele.
• Perioodilise tabeli järgi on alumiinium keskmise suurusega element ning tänu oma elektronkonfiguratsioonile ja sidumisomadustele on see väga stabiilne.
• Alumiiniumi ionisatsioonienergiad on suhteliselt suured, mis tähendab, et elektroni eemaldamiseks alumiiniumi aatomist või ioonist on vaja märkimisväärsel hulgal energiat.
• Alumiinium on võimeline moodustama mitmesuguseid isotoope vahemikus 21Al kuni 43Al, energiaga 0.05 MeV kuni 9.6 MeV.
• Alumiiniumi füüsikalised omadused muudavad selle väga mitmekülgseks materjaliks, mis sobib paljudeks rakendusteks alates ehitusest ja transpordist kuni elektroonika ja pakkimiseni.

Alumiinium: keemia metalli taga

• Alumiiniumi avastas 1825. aastal Taani keemik Hans Christian Oersted.
• See on üleminekujärgne metall sümboliga Al ja aatomnumbriga 13.
• Alumiinium on toatemperatuuril tahke aine ja selle valents on kolm.
• Sellel on väike aatomraadius ja see on väga elektronegatiivne, mis muudab selle tugevalt teiste elementidega ühenditeks.
• Alumiiniumi omadused on hea elektri- ja soojusjuht, madal tihedus ja korrosioonikindel.
• See on tänapäevase elu jaoks hädavajalik ja sellel on lai valik kasutusalasid ehitamisel, transportimisel ja pakkimisel.

Alumiiniumi tootmine ja rafineerimine

• Alumiiniumi toodetakse Hall-Héroult'i protsessiga, mis hõlmab alumiiniumoksiidi (Al2O3) elektrolüüsi sulas krüoliidis (Na3AlF6).
• See protsess on energiamahukas ja kallis, kuid alumiinium on laialdaselt saadaval ja mugav kasutada.
• Võimalus toota alumiiniumi suurtes kogustes ja suhteliselt madalate kuludega on muutnud selle kaasaegses ühiskonnas tavaliseks metalliks.
• Rafineerimisprotsess hõlmab muude metallide, näiteks magneesiumi lisamist, et saada spetsiifiliste omadustega sulameid.

Alumiinium looduses ja selle veepõhine keemia

• Alumiinium on maakoores kõige enam leiduv metall, kuid puhtal kujul seda ei leidu.
• Seda leidub tavaliselt mineraalides, nagu boksiit ja savi.
• Alumiiniumhüdroksiid (Al(OH)3) on tavaline ühend, mis tekib alumiiniumi reageerimisel vesilahustega, nagu kaaliumhüdroksiid (KOH).
• Vee juuresolekul moodustab alumiinium oma pinnale õhukese oksiidikihi, mis kaitseb seda edasise korrosiooni eest.

Alumiiniumi kasutamine ja rakendused

• Alumiiniumil on selle omaduste tõttu lai valik kasutusalasid, sealhulgas kerge, tugev ja hõlpsasti töödeldav.
• Seda kasutatakse tavaliselt ehituses, transpordis, pakendamises ja elektroonikas.
• Alumiinium sobib õhukeste tükkide, näiteks foolium, ja suurte tükkide, näiteks ehitusraamide valmistamiseks.
• Võimalus segada alumiiniumi teiste metallidega võimaldab toota spetsiifiliste omadustega sulameid, nagu tugevus ja korrosioonikindlus.
• Alumiiniumvardaid kasutatakse tavaliselt elektrijuhtmetes nende hea juhtivuse tõttu.

Alumiiniumi päritolu: kuidas see loomulikult tekib

• Alumiinium on maakoore massilt kolmas element, moodustades umbes 8% selle massist.
• See on suhteliselt madala aatomarvuga element, sümboliga Al ja aatomnumbriga 13.
• Alumiiniumi ei leidu looduses puhtal kujul, vaid pigem koos teiste elementide ja ühenditega.
• Seda esineb paljudes mineraalides, sealhulgas silikaatides ja oksiidides, aga ka boksiidi kujul, hüdraatunud alumiiniumoksiidide seguna.
• Boksiit on peamine alumiiniumiallikas ja seda leidub suurtes kogustes teatud riikides, sealhulgas Austraalias, Guineas ja Brasiilias.
• Alumiinium esineb ka tardkivimites aluminosilikaatidena päevakivides, päevakivides ja vilgukivides ning neist saadud pinnases savina.
• Edasisel murenemisel ilmneb see boksiidi ja rauarikka lateriidina.

Teadus alumiiniumi tekke taga

• Alumiinium tekib tähtede tuumas termotuumasünteesi reaktsioonide kaudu ja paiskub kosmosesse, kui need tähed plahvatavad supernoovana.
• Seda saab toota ka väikestes kogustes teatud materjalide, näiteks magneesiumi põletamisel hapniku juuresolekul.
• Alumiinium on stabiilne element ja see ei lagune ega hävi keemiliste reaktsioonide käigus kergesti.
• See on äärmiselt tugev ja kerge, mistõttu on see väärtuslik materjal paljudeks rakendusteks.

Alumiiniumi erinevad vormid looduses

• Alumiinium võib esineda erinevates vormides, olenevalt tingimustest, milles seda leidub.
• Metallilisel kujul on alumiinium tugev, plastiline ja tempermalmist materjal, mida kasutatakse tavaliselt paljude toodete tootmisel.
• See võib esineda ka ühendite kujul, nagu alumiiniumoksiid (Al2O3), mida tavaliselt tuntakse korundi või rubiinina.
• Looduslik alumiinium, milles element leidub puhtal kujul, on äärmiselt haruldane ja seda leidub vaid mõnes kohas üle maailma, sealhulgas Lõuna-Ameerikas ja Gröönimaal.
• Alumiiniumi saab siduda ka teiste elementidega, nagu vesinik ja hapnik, moodustades ühendeid nagu alumiiniumhüdroksiid (Al(OH)3) ja alumiiniumoksiid (Al2O3).

Kaevandamisest tootmiseni: alumiiniumi tootmise teekond

• Boksiit on alumiiniumi tootmisel põhiline materjal
• Seda leidub rohkesti troopilistes ja subtroopilistes piirkondades, eriti Lõuna-Ameerikas, Aafrikas ja Austraalias
• Boksiit on settekivim, mis koosneb mineraalide segust, sealhulgas alumiiniumhüdroksiidist, raudoksiidist ja ränidioksiidist
• Boksiidi ekstraheerimiseks kasutavad eksperdid meetodit, mida nimetatakse lõhkamiseks, mis hõlmab lõhkeainete kasutamist pinnase ja pinnase eemaldamiseks, et pääseda ligi selle all asuvatele rikkalikele ladestustele.
• Seejärel kaevandatud boksiit ladustatakse ja transporditakse rafineerimistehasesse

Boksiidi rafineerimine alumiiniumoksiidi saamiseks

• Rafineerimisprotsess algab boksiidi puhastamisega, et eemaldada kõik lisandid, nagu savi ning raua ja muude raskmetallide jäljed.
• Puhastatud boksiit purustatakse seejärel väikesteks tükkideks ja kuivatatakse kuivaks pulbriks
• See pulber asetatakse suurde paaki, kus see segatakse teatud tüüpi seebikiviga ja kuumutatakse rõhu all
• Saadud keemilise reaktsiooni tulemusena tekib aine nimega alumiiniumoksiid, mis on valge pulbriline materjal
• Seejärel alumiiniumoksiid ladustatakse ja transporditakse edasiseks töötlemiseks sulatustehasesse

Alumiiniumoksiidi sulatamine alumiiniumi tootmiseks

• Sulatusprotsess hõlmab alumiiniumoksiidi muutmist alumiiniummetalliks
• Praegune enamikus riikides kasutatav meetod hõlmab Hall-Heroulti protsessi, mis koosneb kahest põhietapist: alumiiniumoksiidi redutseerimine alumiiniumoksiidiks ja alumiiniumoksiidi elektrolüüs alumiiniummetalli saamiseks.
• Alumiiniumoksiidi redutseerimine alumiiniumoksiidiks hõlmab alumiiniumoksiidi kuumutamist redutseeriva ainega, näiteks süsinikuga, et eemaldada hapnik ja toota alumiiniumoksiidi
• Seejärel lahustatakse alumiiniumoksiid sulas elektrolüüdis ja allutatakse alumiiniummetalli tootmiseks elektrivoolule
• Sulatusprotsess nõuab märkimisväärsel hulgal energiat ja see asub tavaliselt odava elektrienergia allikate, näiteks hüdroelektrijaamade läheduses
• Sulatusprotsessi tulemuseks on kvaliteetsed alumiiniumtooted, mida kasutatakse paljudes tööstusharudes, sealhulgas ehituses, transpordis ja pakendamises.

Alumiinium: mitmekülgne metall laia kasutusala jaoks

Alumiinium on laialdaselt kasutatav metall, millel on lai valik rakendusi erinevates tööstusharudes. See on kerge, tugev ja vastupidav materjal, millega on lihtne töötada, mistõttu on see populaarne valik paljudes rakendustes. Selles jaotises uurime alumiiniumi erinevaid rakendusi ja omadusi, mis muudavad selle nii mitmekülgseks materjaliks.

Rakendused ehituses ja ehituses

Alumiinium on oma kergete ja korrosioonikindlate omaduste tõttu populaarne valik ehituses ja ehituses. Mõned alumiiniumi peamised rakendused ehituses ja ehituses on järgmised:

• Katused, vooderdised ja fassaadid
• Aknad, uksed ja vitriinid
• Arhitektuurne riistvara ja balustraadid
• Vihmaveerennid ja drenaažisüsteemid
• Tallaplaat ja tööstuslik põrandakate

Alumiiniumi kasutatakse selle kergete ja vastupidavate omaduste tõttu sageli ka spordirajatiste, näiteks staadionide ja areenide ehitamisel.

Rakendused tootmises ja tööstuses

Alumiiniumi kasutatakse oma mehaaniliste ja keemiliste omaduste tõttu laialdaselt tootmis- ja tööstussektoris. Mõned alumiiniumi peamised rakendused tootmises ja tööstuses on järgmised:

• Elektriülekandeliinid ja komponendid
• Joogi- ja toidupurkide tootmine
• Nõud ja toiduvalmistamise seadmed
• Transporditööstuse, sealhulgas raudtee- ja autotööstuse komponendid
• Sulamid mitmesugusteks tööstuslikeks rakendusteks, sealhulgas katalüsaatorid ja korrosioonikindlad materjalid

How to strip wire fast

Share

Watch on

Alumiiniumi kasutatakse tavaliselt ka pakendamise ja isolatsiooni fooliumina, kuna see suudab muundada soojust ning vastupidavus veele ja kuivamisele.

Alumiiniumsulamid ja nende rakendused

Alumiiniumsulamid toodetakse legeerainetega nagu vask, tsink ja räni, et parandada metalli mehaanilisi ja keemilisi omadusi. Mõned levinumad alumiiniumisulamid ja nende rakendused on järgmised:

• Sepistatud sulamid- kasutatakse erinevate komponentide valmistamisel nende suure tugevuse ja hea vormitavuse tõttu
• Valusulamid - kasutatakse keerukate komponentide valmistamisel, kuna neid saab valada keerukateks kujunditeks
• Kynal – Briti Imperial Chemical Industriesi välja töötatud sulamite perekond, mida kasutatakse laialdaselt elektriülekandeliinide ja komponentide valmistamisel.

Ülemaailmne alumiiniumiturg

Alumiinium on üks enim kasutatavaid metalle maailmas, millel on lai valik rakendusi erinevates tööstusharudes. Ülemaailmne alumiiniumiturg on märkimisväärne, suurem osa alumiiniumitoodangust tuleb Hiinast, millele järgneb Venemaa ja Kanada. Eeldatakse, et nõudlus alumiiniumi järele kasvab jätkuvalt, eriti auto- ja ehitustööstuses, kuna vajadus kergete ja vastupidavate materjalide järele kasvab.

Alumiiniumiga töötamine: tehnikad ja näpunäited

Alumiiniumiga töötamisel on mõned tehnikad ja näpunäited, mis muudavad protsessi lihtsamaks ja tõhusamaks:

• Lõikamine: alumiiniumi saab lõigata mitmesuguste tööriistadega, sealhulgas saed, käärid ja isegi lihtsa kasti lõikuriga. Siiski on oluline kasutada töö jaoks õiget tööriista ja jälgida, et see ei kahjustaks materjali.

• Painutamine: Alumiinium on suhteliselt pehme metall, mistõttu on seda lihtne painutada ja erinevatesse vormidesse vormida. Siiski on oluline kasutada õiget tehnikat, et vältida kahju tekitamist või inetute jälgede jätmist.

• Ühendamine: alumiiniumi saab ühendada erinevate meetoditega, sealhulgas keevitamise, kõvajoodisega jootmise ja jootmise teel. Igal meetodil on oma eelised ja puudused, mis sõltuvad konkreetsest rakendusest.

• Viimistlus: alumiiniumi saab viimistleda mitmel viisil, sealhulgas poleerimine, anodeerimine ja värvimine. Igal meetodil on oma ainulaadsed eelised ja seda saab kasutada erinevate välimuste ja viimistluste loomiseks.

Rakendused

Alumiiniumi kasutatakse laialdaselt mitmesugustes rakendustes, sealhulgas:

• Konstruktsioon: Alumiinium on oma tugevuse, vastupidavuse ja kergekaalulisuse tõttu populaarne ehitusmaterjalide valik.

• Toiduvalmistamine: alumiiniumi kasutatakse sageli kööginõudes, kuna see juhib soojust kiiresti ja ühtlaselt.

• Vooluahela ühendused ja plokid: alumiiniumi kasutatakse elektrijuhtimise võime tõttu tavaliselt vooluahela ühenduste ja plokkide tootmisel.

• Pakend: alumiiniumi kasutatakse mitmesuguste erinevate pakkematerjalide, sealhulgas purkide, fooliumi ja isegi munakarpide tootmiseks.

Keskkonnamõju

Kuigi alumiinium on väga mitmekülgne ja kasulik materjal, on oluline arvestada selle keskkonnamõjuga. Alumiiniumi tootmine nõuab palju energiat ja võib põhjustada keskkonnale olulist kahju, kui seda ei tehta vastutustundlikult. Siiski on mitmeid tehnikaid ja protsesse, mida saab kasutada alumiiniumi tootmise ja kasutamise keskkonnamõju vähendamiseks.

Alumiiniumi tootmise keskkonnamõju

Alumiinium on mürgine kemikaal, millel võib olla kahjulik mõju veeökosüsteemidele. Veekogudesse sattudes võib see põhjustada kalade ja selgrootute plasma- ja hemolümfioonide kadu, põhjustades osmoregulatsiooni häireid. Selle tagajärjeks võib olla taime- ja loomaliikide kadu, mis toob kaasa bioloogilise mitmekesisuse vähenemise. Lisaks võib alumiiniumi tootmisel tekkiv väävliheitmete eraldumine põhjustada happevihma, mis kahjustab veelgi veeökosüsteeme.

Maapealsed ökosüsteemid

Alumiiniumi tootmisel on oluline mõju ka maismaa ökosüsteemidele. Metsade hävitamine on sageli vajalik, et teha ruumi alumiiniumi tootmisettevõtetele, mis põhjustab paljude taime- ja loomaliikide elupaikade kadumise. Saasteainete õhku paiskamine võib kahjustada ka lähedalasuvate kogukondade ja eluslooduse tervist. Mullareostus on teine ​​probleem, kuna tootmisprotsessis kasutatavad kemikaalid võivad imbuda maasse ja kahjustada taimede elu.

Järeldus

Nii et siin on see, alumiiniumi palju kasutusviise ja miks see nii kasulik materjal on. See on kerge metall, millel on palju tugevust, mistõttu see sobib ideaalselt ehitamiseks, transportimiseks ja pakendamiseks. Lisaks on see mittetoksiline ja mittemagnetiline, seega on selle kasutamine ohutu. Nii et ärge kartke seda kasutada! Saate selle alati taaskasutada, kui olete sellega lõpetanud.

Olen Joost Nusselder, Tools Doctori asutaja, sisuturundaja ja isa. Mulle meeldib uusi seadmeid proovida ja olen koos oma meeskonnaga loonud põhjalikke ajaveebiartikleid alates 2016. aastast, et aidata lojaalseid lugejaid tööriistade ja meisterdamisnõuannetega.