Erfahren Sie mehr über Aluminium, das umfassendste Element des Planeten

Die Eigenschaften, Eigenschaften, Geschichte und Anwendungen von Aluminium

Aluminium (auch bekannt als Aluminium) ist das häufigste Metallelement in der Erdkruste. Und es ist auch eine gute Sache, weil wir viel davon verwenden. Etwa 41 Millionen Tonnen werden jedes Jahr geschmolzen und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Von Karosserien bis zu Bierdosen und von elektrischen Kabeln bis hin zu Flugzeughüllen - Aluminium spielt in unserem Alltag eine große Rolle.

Eigenschaften

• Atomsymbol: Al
• Atomzahl: 13

• Elementkategorie: Post-Übergangsmetall
• Dichte: 2,70 g / cm ³
• Schmelzpunkt: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
• Siedepunkt: 45 ° C (2519 ° C)
• Mohs Härte: 2,75

Eigenschaften

Aluminium ist ein leichtes, gut leitendes, reflektierendes und ungiftiges Metall, das leicht bearbeitet werden kann. Die Haltbarkeit des Metalls und zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften machen es zu einem idealen Werkstoff für viele industrielle Anwendungen.

Geschichte

Aluminiumverbindungen wurden von den alten Ägyptern als Farbstoffe, Kosmetika und Medikamente verwendet, aber erst 5000 Jahre später entdeckten die Menschen, wie man reines metallisches Aluminium roch. Es überrascht nicht, dass die Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Aluminiummetall mit dem Aufkommen von Elektrizität im 19. Jahrhundert zusammenfiel, da das Schmelzen von Aluminium erhebliche Mengen an Elektrizität benötigt.

Ein wichtiger Durchbruch in der Aluminiumproduktion gelang 1886, als Charles Martin Hall entdeckte, dass Aluminium mit Hilfe der elektrolytischen Reduktion hergestellt werden kann.

Bis dahin war Aluminium seltener und teurer als Gold. Innerhalb von zwei Jahren nach Halls Entdeckung wurden Aluminiumunternehmen in Europa und Amerika gegründet.

Während des 20. Jahrhunderts stieg die Aluminiumnachfrage insbesondere in der Transport- und Verpackungsindustrie stark an.

Obwohl sich die Produktionstechniken nicht wesentlich verändert haben, sind sie deutlich effizienter geworden. In den letzten 100 Jahren ist die Menge an Energie, die zur Herstellung einer Einheit Aluminium benötigt wird, um 70% gesunken.

Produktion

Die Produktion von Aluminium aus Erz ist abhängig von Aluminiumoxid (Al2O3), das aus Bauxiterz gewonnen wird. Bauxit enthält normalerweise 30-60% Aluminiumoxid (üblicherweise als Aluminiumoxid bezeichnet) und wird regelmäßig in der Nähe der Erdoberfläche gefunden. Dieser Prozess kann in zwei Teile unterteilt werden; (1) die Extraktion von Aluminiumoxid aus Bauxit und (2) das Schmelzen von Aluminiummetall aus Aluminiumoxid.

Die Abtrennung von Aluminiumoxid erfolgt normalerweise unter Verwendung des sogenannten Bayer-Verfahrens. Dabei wird das Bauxit zu einem Pulver zerkleinert, mit Wasser zu einer Aufschlämmung vermischt, erhitzt und mit Natronlauge (NaOH) versetzt. Die Natronlauge löst Aluminiumoxid auf, das es ermöglicht, Filter zu passieren und Verunreinigungen zurückzulassen.

Die Aluminatlösung wird dann in Abscheidertanks abgelassen, in denen Aluminiumhydroxidteilchen als "Samen" hinzugefügt werden. Rühren und Abkühlen führen zur Ausfällung von Aluminiumhydroxid auf das Impfmaterial, das dann erhitzt und getrocknet wird, um Aluminiumoxid zu erzeugen.

Elektrolytische Zellen werden in dem von Charles Martin Hall entdeckten Verfahren zum Schmelzen von Aluminium aus Aluminiumoxid verwendet.

Aluminiumoxid, das in die Zellen eingeführt wird, wird in einem fluorierten Bad aus geschmolzenem Kryolith bei 1742 ° F (950 ° C) gelöst.

Ein Gleichstrom von irgendwo zwischen 10.000 und 300.000 A wird von den Kohlenstoffanoden in der Zelle durch die Mischung zu einer Kathodenschale geschickt. Dieser elektrische Strom bricht das Aluminiumoxid in Aluminium und Sauerstoff auf. Der Sauerstoff reagiert mit dem Kohlenstoff, um Kohlendioxid zu erzeugen, während das Aluminium von der Kohlenstoffkathodenzellauskleidung angezogen wird.

Das Aluminium kann dann gesammelt und zu Öfen gebracht werden, in denen recycelbares Aluminiummaterial hinzugefügt werden kann. Rund ein Drittel des heute produzierten Aluminiums stammt aus recyceltem Material. Nach Angaben des US Geological Survey waren 2010 die größten Aluminium produzierenden Länder China, Russland und Kanada.

Anwendungen

Die Anwendungen von Aluminium sind zu zahlreich, um aufgelistet zu werden, und aufgrund der besonderen Eigenschaften des Metalls finden die Forscher regelmäßig neue Anwendungen.

Im Allgemeinen werden Aluminium und seine vielen Legierungen in drei wichtigen Industrien verwendet; Transport, Verpackung und Konstruktion.

Aluminium in einer Vielzahl von Formen und Legierungen ist kritisch für die strukturellen Komponenten (Rahmen und Körper) von Flugzeugen, Automobilen, Zügen und Booten. Bis zu 70% einiger Verkehrsflugzeuge bestehen aus Aluminiumlegierungen (gemessen nach Gewicht). Unabhängig davon, ob das Teil Spannung oder Korrosionsbeständigkeit oder eine Toleranz gegenüber hohen Temperaturen erfordert, hängt die Art der verwendeten Legierung von den Anforderungen jedes einzelnen Bauteils ab.

Etwa 20% des gesamten produzierten Aluminiums wird in Verpackungsmaterialien verwendet. Aluminiumfolie ist ein geeignetes Verpackungsmaterial für Lebensmittel, da es nicht toxisch ist, während es wegen seiner geringen Reaktivität und der Undurchlässigkeit für Licht, Wasser und Sauerstoff auch ein geeignetes Dichtungsmittel für chemische Produkte ist. Allein in den USA werden jährlich etwa 100 Milliarden Aluminiumdosen ausgeliefert. Mehr als die Hälfte davon wird irgendwann recycelt.

Aufgrund seiner Dauerhaftigkeit und Korrosionsbeständigkeit werden etwa 15% des jährlich produzierten Aluminiums für Bauanwendungen verwendet. Dazu gehören Fenster und Türrahmen, Dächer, Fassaden und Tragwerk sowie Dachrinnen, Fensterläden und Garagentore.

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium erlaubt auch den Einsatz in Fernleitungen. Verstärkt mit Stahl sind Aluminiumlegierungen kosteneffizienter als Kupfer und reduzieren das Durchhängen aufgrund ihres geringen Gewichts.

Andere Anwendungen für Aluminium umfassen Schalen und Kühlkörper für die Unterhaltungselektronik, Straßenbeleuchtungspole, Oil Rig Topstrukturen, aluminiumbeschichtete Fenster, Kochutensilien, Baseballschläger und reflektierende Sicherheitsvorrichtungen.

_Quellen:

_{Straße, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metalle im Dienste des Menschen . 11. Ausgabe (1998).
USGS. Mineral Commodity Summaries: Aluminium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/}