hliník (tiež známy ako hliník) je najhojnejším kovovým prvkom v zemskej kôre. A je to tiež dobrá vec, pretože ju používame veľa. Ročne sa taví asi 41 miliónov ton a zamestnáva sa v širokom spektre aplikácií. Od automobilových karosérií po plechovky od piva a od elektrických káblov po kožu lietadiel je hliník veľmi dôležitou súčasťou nášho každodenného života.
vlastnosti
- Atómový symbol: Al
- Atómové číslo: 13
- Kategória prvku: kov po prechode
- Hustota: 2,70 g / cm3
- Teplota topenia: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Bod varu: 4566 ° F (2519 ° C)
- Mohova tvrdosť: 2,75
charakteristika
Hliník je ľahký, vysoko vodivý, reflexný a netoxický kov, ktorý sa dá ľahko opracovať. Odolnosť kovu a množstvo výhodných vlastností z neho robí ideálny materiál pre mnoho priemyselných aplikácií.
histórie
Hliníkové zlúčeniny používali starí Egypťania ako farbivá, kozmetiku a lieky, ale až o 5 000 rokov neskôr ľudia objavili, ako pocítiť čistý kovový hliník. Niet divu, že vývoj metód výroby kovového hliníka sa zhodoval s príchodom elektriny v 19. storočí, pretože tavenie hliníka vyžaduje značné množstvo elektriny.
Hlavný prielom vo výrobe hliníka nastal v roku 1886, keď Charles Martin Hall zistil, že hliník je možné vyrábať elektrolytickou redukciou. Dovtedy bol hliník vzácnejší a drahší ako zlato. Do dvoch rokov od objavenia Halla sa však v Európe a Amerike založili hliníkové spoločnosti.
Počas 20. storočia dopyt po hliníku výrazne vzrástol, najmä v odvetví dopravy a obalov. Hoci sa výrobné techniky podstatne nezmenili, stali sa obzvlášť účinnými. Za posledných 100 rokov sa množstvo energie spotrebovanej na výrobu jednej jednotky hliníka znížilo o 70%.
výroba
Výroba hliníka z rudy závisí od oxidu hlinitého (Al2O3), ktorý sa extrahuje z bauxitovej rudy. Bauxit obvykle obsahuje 30 - 60% oxidu hlinitého (bežne sa označuje ako oxid hlinitý) a pravidelne sa nachádza v blízkosti zemského povrchu. Tento proces je možné rozdeliť na dve časti; 1. extrakcia aluminy z bauxitu a 2. tavenie hliníkového kovu z aluminy.
Oddelenie oxidu hlinitého sa zvyčajne uskutočňuje pomocou postupu známeho ako Bayerov postup. Zahŕňa to rozdrvenie bauxitu na prášok, jeho zmiešanie s vodou, aby sa vytvorila kaša, zahrievanie a pridanie hydroxidu sodného (NaOH). Žieravá sóda rozpúšťa oxid hlinitý, čo umožňuje priechod filtrom a zanecháva nečistoty.
Roztok hlinitanu sa potom vypustí do odlučovacích nádrží, kde sa častice hydroxidu hlinitého pridajú ako „očkovacie látky“. Miešanie a ochladzovanie vedie k vyzrážaniu hydroxidu hlinitého na očkovací materiál, ktorý sa potom zahrieva a suší za vzniku oxidu hlinitého.
Elektrolytické články sa používajú na tavenie hliníka z oxidu hlinitého v procese, ktorý objavil Charles Martin Hall. Alumina privádzaná do buniek sa rozpustí vo fluórovanom kúpeli roztaveného kryolitu pri 1742 ° C (950 ° C).
Z uhlíkových anód v bunke cez zmes do katódového plášťa sa privádza jednosmerný prúd od 10 000 do 3 000 000 A. Tento elektrický prúd rozkladá hliník na hliník a kyslík. Kyslík reaguje s uhlíkom za vzniku oxidu uhličitého, zatiaľ čo hliník je priťahovaný do bunkovej vrstvy uhlíkových katód.
Hliník sa potom môže zbierať a odvádzať do pecí, kde sa môže pridať recyklovateľný hliníkový materiál. Približne jedna tretina všetkého dnes vyrobeného hliníka pochádza z recyklovaného materiálu. Podľa amerického geologického prieskumu je najväčší krajiny vyrábajúce hliník v roku 2010 boli Čína, Rusko a Kanada.
aplikácia
Hliníkové aplikácie sú príliš početné na to, aby sa dali vymenovať, a kvôli kovovým špeciálnym vlastnostiam výskumníci hľadajú nové aplikácie pravidelne. Všeobecne povedané, hliník a jeho veľa zliatiny sa používajú v troch hlavných priemyselných odvetviach; doprava, balenie a stavebníctvo.
Hliník v rôznych formách a zliatinách je rozhodujúci pre konštrukčné komponenty (rámy a karosérie) lietadiel, automobilov, vlakov a lodí. Až 70% niektorých komerčných lietadiel tvoria hliníkové zliatiny (merané podľa hmotnosti). Či diel vyžaduje odolnosť proti namáhaniu alebo korózii alebo toleranciu voči vysokým teplotám, typ použitej zliatiny závisí od požiadaviek každej súčasti.
Asi 20% všetkého vyrobeného hliníka sa používa v obalových materiáloch. Hliníková fólia je vhodný obalový materiál pre potraviny, pretože nie je toxický, zatiaľ čo je tiež a vhodný tesniaci prostriedok pre chemické výrobky pre svoju nízku reaktivitu a je nepriepustný pre svetlo, vodu a kyslík. Iba v USA sa ročne prepraví asi 100 miliárd hliníkových plechoviek. Viac ako polovica z nich sa nakoniec recykluje.
Vďaka svojej trvanlivosti a odolnosti voči korózii sa približne 15% hliníka vyrobeného každý rok používa v stavebných aplikáciách. Patria sem okná a zárubne, strešné krytiny, obklady a rámy, ako aj odkvapy, žalúzie a garážové dvere.
hliník je elektrická vodivosť tiež umožňuje použitie v diaľkových vodičových linkách. Hliníkové zliatiny vystužené oceľou sú nákladovo efektívnejšie ako meď a vďaka svojej nízkej hmotnosti znižujú poklesy.
Medzi ďalšie aplikácie hliníka patria škrupiny a chladiče spotrebnej elektroniky, stĺpy pouličného osvetlenia, horné konštrukcie ropných plošín, okná potiahnuté hliníkom, kuchynské potreby, baseballové pálky a reflexná bezpečnosť zariadení.
zdroj:
Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Kovy v službe človeka. 11. vydanie (1998).
USGS. Zhrnutia minerálnych komodít: hliník (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/