アルミニウムまたはアルミニウムは、原子番号 13 の純粋な金属元素です。強度と軽量性で知られているため、現代では非常に人気のある素材になっています。
この投稿では、以下について説明します。
アルミニウムの主な用途は何ですか?
アルミニウムには、次のような幅広い用途があります。
- 建設: アルミニウムは、その強度と耐久性により、建設業界で一般的に使用されています。
- 電力: アルミニウムは導電率が高いため、電力ケーブルやワイヤに使用されています。
- 調理器具およびキッチン容器: アルミニウムは、腐食に対する耐性があるため、キッチン用品、容器、および缶の製造に一般的に使用されています。
- バッテリーとライターの製造: アルミニウムは軽量であるため、バッテリーとライターの製造において重要な要素です。
アルミニウムの生産量は？
アルミニウムは高度に生産される素材であり、世界中の企業によって毎年数百万トンが生産されています。
アルミニウムはどのような形態で提供されますか?
アルミニウムには、シート、プレート、バー、チューブなど、さまざまな形があります。 また、押し出しや鍛造などの特殊な形状のものもあります。
アルミニウムは環境でどのような役割を果たしていますか?
アルミニウムは、リサイクルして再利用できるため、他の金属に比べて環境への影響が少ないです。 これにより、廃棄物を削減し、持続可能性を促進することを目的とした新しい製品範囲の一般的な素材になります.
アルミニウムで物理的になる
- アルミニウムは青みがかった銀色の金属で、その原子構造により非常に安定しています。
- 原子番号は 13 で、地球上に存在する主要元素の XNUMX つです。
- アルミニウムの原子配置は 2、8、3 です。つまり、最初のエネルギー レベルに XNUMX つの電子、XNUMX 番目のエネルギー レベルに XNUMX つの電子、および最も外側のエネルギー レベルに XNUMX つの電子があります。
- アルミニウムの最も外側の電子は原子間で共有されているため、金属結合に寄与し、導電性が高くなります。
- アルミニウムの結晶構造は立方体で、半径は約 143 pm です。
- 融点は660.32°C、沸点は2519°Cで、高温に耐えることができます。
- アルミニウムの密度は低く、特定の合金に応じて 2.63 ～ 2.80 g/cm³ の範囲です。
- アルミニウムは金とほぼ同じくらい展性があり、銀に次いで XNUMX 番目に展性が高い金属です。
- また、延性に優れているため、細線に引っ張っても切れません。
- 他の金属と比較して、アルミニウムの重量は比較的小さく、同位体に応じて約 26.98 ～ 28.08 g/mol の重量範囲です。
物理特性
- アルミニウムは地球の地殻によく見られる元素で、通常はボーキサイトの形で存在します。
- これは、ボーキサイトと水酸化ナトリウムを組み合わせ、得られた混合物を電気分解することによって生成されます。
- 純アルミニウムは、高度に研磨され、わずかに光沢のある、わずかに青みがかった白い金属です。
- アルミニウムは耐腐食性に優れているため、要素にさらされるさまざまな用途に適しています。
- 熱伝導率が高く、熱を素早く効率的に伝えることができます。
- また、アルミニウムは非毒性、非磁性、非発火性であるため、用途の広い素材です。
- 合金に応じて、アルミニウムは柔らかく可鍛性から硬くて強いものまでさまざまです。
- アルミニウムは、鋳造、機械加工、成形に非常に適しているため、幅広い用途で人気があります。
- 長年にわたり、アルミニウムは、その物理的特性と製造および精製の容易さから、ますます重要な材料になりました。
- 周期表によると、アルミニウムは中型の元素であり、その電子配置と結合特性により非常に安定しています。
- アルミニウムのイオン化エネルギーは比較的高く、アルミニウム原子またはイオンから電子を除去するにはかなりの量のエネルギーが必要であることを意味します。
- アルミニウムは、21 MeV から 43 MeV の範囲のエネルギーで、0.05Al から 9.6Al の範囲の多種多様な同位体を形成することができます。
- アルミニウムの物理的特性により、建設や輸送から電子機器やパッケージングまで、幅広い用途に適した非常に用途の広い材料となっています。
アルミニウム: 金属の背後にある化学
- アルミニウムは、1825 年にデンマークの化学者ハンス クリスチャン エルステッドによって発見されました。
- これは、記号 Al と原子番号 13 の遷移後の金属です。
- アルミニウムは室温で固体で、原子価は XNUMX です。
- 原子半径が小さく、電気陰性度が高いため、他の元素と強く結合して化合物を形成します。
- アルミニウムの特性には、電気と熱の優れた伝導体であること、密度が低いこと、耐食性があることが含まれます。
- 現代の生活に欠かせないものであり、建築、輸送、包装など幅広い用途があります。
アルミニウムの製造と精製
- アルミニウムは、溶融氷晶石 (Na2AlF3) 中でのアルミナ (Al3O6) の電気分解を含む Hall-Eroult プロセスによって生成されます。
- このプロセスはエネルギー集約的で費用がかかりますが、アルミニウムは広く入手可能で使いやすいです。
- アルミニウムは、比較的低コストで大量に生産できるため、現代社会では一般的な金属となっています。
- 精製プロセスでは、マグネシウムなどの他の金属を追加して、特定の特性を持つ合金を生成します。
自然界のアルミニウムとその水化学
- アルミニウムは地球の地殻で最も豊富な金属ですが、純粋な形では見つかりません。
- ボーキサイトや粘土などの鉱物によく見られます。
- 水酸化アルミニウム (Al(OH)3) は、アルミニウムが水酸化カリウム (KOH) などの水溶液と反応するときに形成される一般的な化合物です。
- 水の存在下で、アルミニウムはその表面に酸化物の薄い層を形成し、さらなる腐食から保護します。
アルミニウムの用途と応用
- アルミニウムは、軽量で強度があり、加工しやすいなどの特性により、幅広い用途があります。
- 建築、建設、輸送、包装、および電子機器で一般的に使用されています。
- アルミニウムは、ホイルなどの薄い部品や、建物のフレームなどの大きな部品を作るのに適しています。
- アルミニウムを他の金属と混合する能力により、強度や耐食性などの特定の特性を持つ合金の製造が可能になります。
- アルミニウム棒は、導電性が高いため、電気配線によく使用されます。
アルミニウムの起源: アルミニウムがどのように自然に発生するか
- アルミニウムは地球の地殻で 8 番目に豊富な元素で、その重量の約 XNUMX% を占めています。
- 原子番号が比較的小さい元素で、記号は Al で原子番号は 13 です。
- アルミニウムは自然界に純粋な形で存在するのではなく、他の元素や化合物と結合して存在します。
- それは、ケイ酸塩や酸化物を含む多種多様な鉱物、および水和酸化アルミニウムの混合物であるボーキサイトの形で発生します。
- ボーキサイトはアルミニウムの主要な供給源であり、オーストラリア、ギニア、ブラジルなどの特定の国で大量に発見されています。
- アルミニウムは、長石、長石、および雲母のアルミノケイ酸塩として火成岩にも存在し、それらに由来する土壌にも粘土として存在します。
- さらに風化すると、ボーキサイトと鉄分の多いラテライトになります。
アルミニウム形成の背後にある科学
- アルミニウムは、核融合反応によって星の核内で生成され、これらの星が超新星として爆発するときに宇宙に放出されます。
- また、酸素の存在下でマグネシウムなどの特定の物質を燃焼させることで、少量生成することもできます。
- アルミニウムは安定した元素であり、化学反応によって容易に分解または破壊されません。
- 非常に強く軽量であるため、幅広い用途に使用できる貴重な素材です。
自然界におけるアルミニウムのさまざまな形態
- アルミニウムは、それが見つかった条件に応じて、さまざまな形で存在できます。
- 金属の形をしたアルミニウムは、強力で延性があり、可鍛性のある材料であり、幅広い製品の製造に一般的に使用されています。
- また、一般にコランダムまたはルビーとして知られている酸化アルミニウム (Al2O3) などの化合物の形で存在することもあります。
- 元素が純粋な形で見られる天然アルミニウムは非常に希少で、南アメリカやグリーンランドを含む世界中のいくつかの場所でしか見られません。
- アルミニウムは、水素や酸素などの他の元素と結合して、水酸化アルミニウム (Al(OH)3) や酸化アルミニウム (Al2O3) などの化合物を形成することもできます。
採掘から製造まで: アルミニウム生産の旅
- ボーキサイトは、アルミニウムの生産に使用される主要な材料です
- 熱帯および亜熱帯地域、特に南アメリカ、アフリカ、オーストラリアに豊富に見られます
- ボーキサイトは、水酸化アルミニウム、酸化鉄、シリカなどの鉱物の混合物からなる堆積岩です。
- ボーキサイトを抽出するために、専門家は発破と呼ばれる方法を使用します。この方法では、爆発物を使用して表土と土を取り除き、その下にある豊富な堆積物にアクセスします。
- 採掘されたボーキサイトは保管され、精製施設に運ばれます。
ボーキサイトを精製してアルミナを得る
- 精製プロセスは、ボーキサイトの洗浄から始まり、粘土や微量の鉄やその他の重金属などの不純物を取り除きます。
- きれいになったボーキサイトは細かく砕かれ、乾燥されて乾燥粉末になります。
- この粉を大きなタンクに入れ、特定の苛性ソーダと混ぜて加圧加熱します。
- 結果として生じる化学反応により、白い粉末状の物質であるアルミナと呼ばれる物質が生成されます
- その後、アルミナは保管され、さらに処理するために製錬所に運ばれます
アルミナを製錬してアルミニウムを生産する
- 製錬プロセスでは、アルミナをアルミニウム金属に変える必要があります
- ほとんどの国で使用されている現在の方法は、XNUMX つの主要なステップで構成される Hall-Heroult プロセスを含みます。アルミナを酸化アルミニウムに還元するステップと、酸化アルミニウムを電気分解してアルミニウム金属を生成するステップです。
- アルミナの酸化アルミニウムへの還元では、酸素を除去して酸化アルミニウムを生成するために、アルミナを炭素などの還元剤とともに加熱します。
- 次に、酸化アルミニウムを溶融電解質に溶解し、電流を流して金属アルミニウムを生成します。
- 製錬プロセスは大量の電力を必要とし、一般的に水力発電所などの安価な電力源の近くに配置されています。
- 製錬プロセスの結果、建設、輸送、包装などの幅広い産業で使用される高品質のアルミニウム製品が得られます。
アルミニウム: 幅広い用途に対応する万能金属
アルミニウムは、さまざまな業界で幅広い用途を持つ広く使用されている金属です。 軽量で強度があり、耐久性に優れた加工しやすい素材で、多くの用途で人気があります。 このセクションでは、アルミニウムのさまざまな用途と、アルミニウムを非常に用途の広い材料にしている機能について説明します。
建築および建設におけるアプリケーション
アルミニウムは、軽量で耐食性に優れているため、建築や建設に人気があります。 建築および建設におけるアルミニウムの主な用途には、次のようなものがあります。
- ルーフィング、クラッディング、およびファサード
- 窓、ドア、店頭
- 建築金物と手すり
- 側溝と排水システム
- トレッドプレートと工業用床材
アルミニウムは、軽量で耐久性があるため、スタジアムやアリーナなどのスポーツ施設の建設にも一般的に使用されています。
製造および産業におけるアプリケーション
アルミニウムは、その機械的および化学的特性により、製造および工業部門で広く使用されています。 製造および産業におけるアルミニウムの主な用途には、次のようなものがあります。
- 送電線およびコンポーネント
- 飲料・食品用缶の製造
- 調理器具と調理器具
- 鉄道や自動車などの輸送業界向けのコンポーネント
- 触媒や耐食材料など、さまざまな産業用途向けの合金
アルミニウムは、熱を変換する能力と、水や乾燥に対する耐性があるため、パッケージや断熱材のホイルとしても一般的に使用されています。
アルミニウム合金とその用途
アルミニウム合金は、金属の機械的および化学的特性を改善するために、銅、亜鉛、シリコンなどの合金化剤によって製造されます。 最も一般的なアルミニウム合金とその用途には次のものがあります。
- 鍛造合金 - 高い強度と優れた成形性により、さまざまなコンポーネントの製造に使用されます
- 鋳造合金 - 複雑な形状に鋳造できるため、複雑な部品の製造に使用されます
- Kynal - British Imperial Chemical Industries によって開発された合金のファミリーで、送電線やコンポーネントの製造に広く使用されています。
アルミニウムの世界市場
アルミニウムは世界で最も広く使用されている金属の XNUMX つであり、さまざまな業界でさまざまな用途があります。 アルミニウムの世界市場は重要であり、アルミニウム生産の大部分は中国から来ており、ロシアとカナダがそれに続いています。 アルミニウムの需要は、軽量で耐久性のある材料の必要性が高まるにつれて、特に自動車および建設業界で増加し続けると予想されます。
アルミニウムを扱う: テクニックとヒント
アルミニウムの取り扱いに関しては、プロセスをより簡単かつ効率的にするためのテクニックとヒントがいくつかあります。
- 切断: アルミニウムは、のこぎり、はさみ、単純なボックス カッターなど、さまざまなツールを使用して切断できます。 ただし、作業に適したツールを使用し、プロセス中に材料を損傷しないように注意することが重要です。
- 曲げ: アルミニウムは比較的柔らかい金属なので、簡単に曲げてさまざまな形に成形できます。 ただし、損傷や見苦しい跡を残さないように、適切なテクニックを使用することが重要です。
- 接合: アルミニウムは、溶接、ろう付け、はんだ付けなど、さまざまな方法で接合できます。 各方法には、特定のアプリケーションに応じて、独自の長所と短所があります。
- 仕上げ: アルミニウムは、研磨、陽極酸化、塗装など、さまざまな方法で仕上げることができます。 各方法には独自の利点があり、さまざまな外観と仕上げを作成するために使用できます。
アプリケーション
アルミニウムは、次のようなさまざまな用途で広く使用されています。
- 構造: アルミニウムは、その強度、耐久性、および軽量の特性により、建築材料として人気があります。
- 調理: アルミニウムは、熱を素早く均一に伝える能力があるため、調理器具によく使用されます。
- 回路接続およびブロック: アルミニウムは電気を通す能力があるため、回路接続およびブロックの製造に一般的に使用されます。
- 包装: アルミニウムは、缶、ホイル、卵パックなど、さまざまな包装材料の製造に使用されています。
環境影響
アルミニウムは汎用性が高く有用な素材ですが、環境への影響を考慮することが重要です。 アルミニウムの生産には大量の電力が必要であり、責任を持って行わないと環境に重大な損害を与える可能性があります。 ただし、アルミニウムの生産と使用による環境への影響を軽減するために使用できるさまざまな技術とプロセスがあります。
アルミニウム生産の環境への影響
アルミニウムは、水生生態系に有害な影響を与える可能性がある有毒化学物質です。 水域に放出されると、魚や無脊椎動物の血漿および血リンパイオンの損失を引き起こし、浸透圧調節障害を引き起こす可能性があります。 これにより、動植物種が失われ、生物多様性が減少する可能性があります。 さらに、アルミニウムの製造中に放出される硫黄は、酸性雨につながる可能性があり、水生生態系にさらに害を及ぼします。
陸域生態系
アルミニウムの生産は、陸上生態系にも大きな影響を与えます。 多くの場合、アルミニウム製造工場のスペースを確保するために森林伐採が必要であり、多くの動植物種の生息地が失われています。 大気中への汚染物質の放出は、近隣のコミュニティや野生生物の健康にも害を及ぼす可能性があります。 製造工程で使用される化学物質が地面に浸透し、植物の生命に害を及ぼす可能性があるため、土壌汚染も別の問題です。
まとめ
これで、アルミニウムの多くの用途と、なぜアルミニウムが有用な材料であるかがわかります。 軽量で強度に優れた金属で、建設、輸送、梱包に最適です。 さらに、無毒で非磁性なので、安全に使用できます。 だから恐れずに使ってください！ 使い終わったらいつでもリサイクルできます。
Tools Doctorの創設者であり、コンテンツマーケティング担当者であり、お父さんであるJoostNusselderです。 私は新しい機器を試すのが大好きです。私のチームと一緒に、2016年から詳細なブログ記事を作成して、忠実な読者にツールと作成のヒントを提供しています。
