Vlastnosti, vlastnosti, historie a aplikace hliníku
Hliník (také známý jako hliník) je nejhojnější kovový prvek v zemské kůře. A je to také dobrá věc, protože používáme hodně. Asi 41 milionů tun je taveno každý rok a zaměstnává se v široké řadě aplikací. Od automobilů až po plechovky na pivo a od elektrických kabelů až po letadla, hliník je velkou součástí našeho každodenního života.
Vlastnosti
- Atomový symbol: Al
- Atomové číslo: 13
- Prvek Kategorie: Přechodový kov
- Hustota: 2,70 g / cm3
- Bod tání: 660,32 ° C
- Bod varu: 4566 ° F (2519 ° C)
- Moh 's tvrdost: 2,75
Charakteristiky
Hliník je lehký, vysoce vodivý, reflexní a netoxický kov, který lze snadno obrobit. Životnost kovu a řada výhodných vlastností z něj činí ideální materiál pro mnoho průmyslových aplikací.
Dějiny
Hliníkové sloučeniny používaly starodávní Egypťané jako barviva, kosmetika a léky, ale až o 5000 let později lidé objevili, jak houstnout čistý kovový hliník. Není divu, že vývoj metod výroby hliníku se shodoval s příchodem elektřiny v 19. století, protože tavení hliníku vyžaduje značné množství elektřiny.
Velký průlom v oblasti výroby hliníku přišel v roce 1886, kdy Charles Martin Hall zjistil, že hliník lze vyrábět pomocí elektrolytické redukce.
Do té doby byl hliník vzácnější a dražší než zlato. Nicméně během dvou let od objevu Hallů byly v Evropě a Americe založeny hliníkové společnosti.
Během 20. století silně rostla poptávka po hliníku, zejména v dopravě a obalovém průmyslu.
Ačkoli se výrobní techniky podstatně nezměnily, staly se značně efektivnějšími. Za posledních 100 let množství energie spotřebované k výrobě jedné jednotky hliníku pokleslo o 70%.
Výroba
Výroba hliníku z rudy závisí na oxidu hlinitém (Al2O3), který je extrahován z bauxitové rudy. Bauxit obvykle obsahuje 30-60% oxidu hlinitého (běžně označovaný jako oxid hlinitý) a je pravidelně nalezen v blízkosti zemského povrchu. Tento proces lze rozdělit na dvě části; (1) extrakce oxidu hlinitého z bauxitu a (2) tavení kovového hliníku z oxidu hlinitého.
Oddělování oxidu hlinitého v normálním případě za použití takzvaného Bayerova procesu. Jedná se o rozdrcení bauxitu na prášek, míchání s vodou za vzniku kalu, zahřívání a přidávání hydroxidu sodného (NaOH). Louh sodný rozpouští oxid hlinitý, který mu umožňuje procházet filtrem a zanechávat nečistoty za sebou.
Roztok hlinitanu se potom odvádí do odlučovačů, kde se jako "semeno" přidávají částice hydroxidu hlinitého. Míchání a chlazení vedou k vysrážení hydroxidu hlinitého na semenný materiál, který se potom zahřeje a vysuší za vzniku oxidu hlinitého.
Elektrolytické články se používají k tavení hliníku z oxidu hlinitého v procesu, který objevil Charles Martin Hall.
Alumina přiváděná do buněk se rozpustí ve fluorovaném lázni roztaveného kryolitu při teplotě 1742 ° C (950 ° C).
Jeden stejnosměrný proud od 10 000 do 300 000 A je poslán z uhlíkových anod v buňce přes směs do katodové skořepiny. Tento elektrický proud rozkládá hliník na hliník a kyslík. Kyslík reaguje s uhlíkem za vzniku oxidu uhličitého, zatímco hliník je přitahován k uhlíkové katodové vložce.
Hliník se pak může shromáždit a odebrat do pecí, kde lze přidat recyklovatelný hliníkový materiál. Asi třetina veškerého hliníku vyráběného dnes pochází z recyklovaného materiálu. Podle amerického geologického průzkumu byly největší země produkující hliník v roce 2010 Čína, Rusko a Kanada.
Aplikace
Aplikace hliníku jsou příliš početné, aby se mohly uvést v seznamu, a vzhledem ke speciálním vlastnostem kovu se výzkumníci nacházejí pravidelně v nových aplikacích.
Obecně řečeno, hliník a jeho mnoho slitin se používají ve třech hlavních průmyslových odvětvích; přepravě, balení a konstrukci.
Hliník, v různých formách a slitinách, je rozhodující pro konstrukční prvky (rámy a tělesa) letadel, automobilů, vlaků a lodí. Až 70% některých komerčních letadel sestává z hliníkových slitin (měřeno podle hmotnosti). Zda součást vyžaduje odolnost vůči stresu nebo korozi nebo toleranci vůči vysokým teplotám, typ použitého slitin závisí na požadavcích každé součásti.
Asi 20% veškerého vyrobeného hliníku se používá v obalových materiálech. Hliníková fólie je vhodným obalovým materiálem pro potraviny, protože je netoxický, zatímco je také vhodným tmelem pro chemické výrobky, protože má nízkou reaktivitu a je nepropustný pro světlo, vodu a kyslík. Pouze v USA se každoročně dopravuje asi 100 miliard hliníkových plechovek. Více než polovina z nich je nakonec recyklována.
Díky své odolnosti a odolnosti proti korozi se každoročně používá přibližně 15% hliníku ve stavebních aplikacích. Patří sem okna a rámy dveří, střešní krytina, obklady a konstrukční rámování, stejně jako žlaby, žaluzie a garážová vrata.
Hliníková elektrická vodivost také umožňuje použití v dálkových vodičových linkách. Zesílená ocel, hliníkové slitiny jsou nákladově efektivnější než měď a snižují průhyb v důsledku nízké hmotnosti.
Jiné aplikace pro hliník zahrnují skořápky a chladiče pro spotřební elektroniku, stožáry pouličního osvětlení, horní konstrukce olejových vrstev, okna opatřená hliníkem, nádobí na vaření, baseballové pálky a reflexní bezpečnostní zařízení.
Zdroje:
Street, Arthura. & Alexander, WO 1944. Kovy v službě člověka . 11. vydání (1998).
USGS. Přehledy minerálních komodit: hliník (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/