Какво представлява алуминият?

Алуминият е един от най-използваните цветни метали в света - от кутиите за сода до броните на автомобилите, като има и лечебни свойства.

Бокситът, добиван минерал, е основният източник на алуминиев оксид. Този процес, наречен "топене на боксит", извлича този оксид от неговата руда.

Той е естествен елемент

Алуминият е един от най-разпространените елементи, който се съдържа в множество продукти - от кутии за напитки до фолио, кухненски прибори, рамки на прозорци и самолетни компоненти. Свойствата на алуминия го правят подходящ за мекота, лекота, еластичност, устойчивост на корозия и нетоксичност, което го прави икономичен и универсален - лесно се оформя в сложни форми чрез леене или механична обработка; коваемостта му го нарежда на второ място от всички метали, а еластичността му - на шесто място от всички тях; освен това способността му да се комбинира лесно в различни сплави, като от други метали се образуват нови сплави, прави алуминия един от най-универсалните елементи днес!

Алуминият има атомен номер 13 и се намира в тринадесетия период на периодичната таблица. Като метал след прехода с три валентни електрона, алуминият е доста реактивен в химично отношение и твърд при стайна температура; проводимостта му позволява ефективно да обслужва нуждите както от топлина, така и от електричество; освен това е добър изолатор срещу корозия; чистият алуминий изглежда мек и сребрист и по естествен начин се съпротивлява на окисляването от въздуха, което създава защитни оксидни слоеве по повърхността му.

Алуминият е познат още от времето, когато са открити древните Египет и Месопотамия, и се използва в багрила и полиращи агенти за подобряване на цвета. Плиний Стари пише за употребата му в своята енциклопедия още през 2 г. след Христа.

Въпреки че алуминият е бил отдавна известен на учените, масовото му извличане започва едва през XIX век. Ханс Кристиан Оерстед произвежда малки количества през 1825 г. чрез електролиза на разтвор на калиево-алуминиев сулфат с помощта на електролиза; Хъмфри Дейви първоначално нарича този нов елемент "алуминий", а по-късно го променя на алуминий; в крайна сметка през 1925 г. Американското химическо дружество официално приема това име за този метал.

Алуминият не съществува в природата като елемент, а се намира свързан с други елементи в минерали и скали, като например бокситната руда, от която се добива. Чистият алуминий е твърде реактивен за употреба в природата, но се комбинира лесно с кислород и други елементи, намиращи се в земната кора.

Това е метал.

Алуминият, чийто атомен номер е 13, е един от трите най-разпространени елемента на Земята. С ниска плътност и отлични механични характеристики и устойчивост на корозия, алуминият се използва широко както в промишлеността, така и като част от продукти за дома или битови предмети като превозни средства, влакове и самолети.

Чистият алуминий е трудно достъпен в природата, тъй като реагира с кислород, образувайки съединението алуминий, така че добивът на алуминий изисква добив на боксит от земята и обработката му с бокситови трошачки, преди да бъде натрошен и смесен с глина и силициев диоксид за нагряване в пещ, преди да се филтрира, за да се образува разтопен алуминиев оксид, който служи като суровина за различни продукти.

След това от алуминия може да се произведе чист алуминий. Тази форма не съдържа легиращи елементи и ниски нива на замърсители; тя може да бъде намерена в множество сплави, включително плакиран алуминий. Чистият алуминий е важна съставка в опаковките за храни и кухненските съдове, а също така се използва широко от автомобилната и космическата промишленост поради леките си якостни свойства.

Съществуват до 100 различни алуминиеви сплави, всяка от които е пригодена да отговаря на специфични изисквания на индустрията. Те варират от термично обработени и заваряеми сплави, през процеси на термична обработка, приложения за заваряване или методи без термична обработка; всички те започват като боксит, обработен по този начин, и в крайна сметка включват силициеви и магнезиеви елементи, за да образуват по-здрави сплави, способни да издържат на високи температури; сред тях са 6xxx и 7xxx, които често се срещат в производството на самолети с търговска цел.

Алуминият е изключително гъвкав метал, който намира приложение в транспорта, строителството, изграждането, производството и космическата индустрия. Лесната работа с алуминия, неговата устойчивост на корозия и леките му свойства го правят идеален за използване в превозни средства за намаляване на разхода на гориво и въглеродните емисии; опаковките за напитки и храни се използват за прозорци, странични покривни материали, а леките му свойства го правят подходящ и за производство на компоненти за космическата индустрия.

Това е сплав

Алуминият е елемент, който може да се комбинира с други елементи, за да се образуват сплави, и тези сплави са неразделна част от съвременния живот - от кутиите за сода и самолетите до автомобилите и кутиите за сода. Меката структура на алуминия и липсата на здравина го правят неподходящ за някои приложения; но легиран с други метали, той става много по-здрав. Една такава сплав, 7075, е популярна сред военните занаяти поради съотношението между здравина и тегло в сравнение със стоманата; освен това тя осигурява превъзходна устойчивост на умора и обработваемост, което я прави отличен избор. Други алуминиеви сплави, като например серията 6000, също могат да се похвалят с невероятни свойства на здравина/устойчивост на корозия.

Като част от процеса на производство на алуминий, примесите първо трябва да бъдат отстранени от бокситната суровина чрез използване на химически разтвори за разтварянето ѝ. След тази стъпка алуминият може да бъде отделен и претопен в пещ, в резултат на което се получава слитък, който може да бъде допълнително обработен чрез валцуване, екструдиране или леене в листове за по-нататъшна употреба.

Сплавите могат да бъдат подсилени чрез студена обработка, легиране и термична обработка. Могат да се добавят добавки като силиций и магнезий, за да се подобрят якостта, свойствата на отливане и устойчивостта на сплавта на корозия.

Всички алуминиеви сплави могат да бъдат класифицирани въз основа на наличните легиращи елементи и тяхното количество. Първата цифра от номера на обозначението им определя семейството на сплавта, а последните две показват съдържанието на примеси. Те могат също така да бъдат допълнително разделени въз основа на използваните основни легиращи елементи и техните количества, а след това допълнително разделени въз основа на тези класове използвани елементи.

Ниското специфично тегло на алуминия го прави значително по-лек по обем от повечето други метали, което го прави много по-лесен и евтин за обработка и транспортиране в сравнение с много други. Освен това, благодарение на електропроводимостта си и отличната си устойчивост на атмосферна и корозионна корозия, той има многобройни индустриални приложения, като например в автомобилите, самолетите и високите строителни обекти.

Това е отпадъчен продукт

Алуминият е изключително полезен материал, който се използва в сгради, предмети за дълготрайна употреба (като хладилници и съдове за готвене), електрически проводници и строителни материали. Универсалността на алуминия позволява широкото му използване: в строителни материали, потребителски стоки за дълготрайна употреба ( като хладилници и съдове за готвене), електрически проводници и често се добавят умерени количества други метали и силиций, за да се подобрят свойствата му за специфични приложения; алуминият дори се използва в самолетната конструкция и в превозните средства за намаляване на теглото - включително автомобили, велосипеди и самолети. Той може да бъде открит и в опаковки за храни, както и в опаковки за храни и напитки и фолиа, които използват неговите свойства.

Алуминиевите сплави, които се състоят от смеси, комбиниращи алуминий с други метали, често се използват заради тяхната здравина, твърдост и издръжливост, както и поради това, че са по-лесни за формоване от метали като стомана и мед. Благодарение на тези предимства алуминият е привлекателен материал за продукти, изискващи леки опаковки, като например кутиите за сода.

Производството на алуминий включва сложен процес, който включва добив на бокситна руда и нейното рафиниране за получаване на алуминий, преди да се разтопи, за да се получи алуминий. Добивът на боксит може да бъде много замърсяващ и да създава значителни отпадъци; освен това енергоемката обработка на боксит може да доведе до скъсване на язовири, при което в живите реки се изхвърля токсична червена кал, което води до разливи.

Въпреки че алуминият не се среща в природата в чист вид, той се среща в земната кора под различни форми и представлява около 8% от нейната маса. Поради силно реактивните му свойства обаче чистите форми не могат да бъдат открити толкова лесно, тъй като кислородът лесно се свързва с него.

Алуминият съществува като шествалентен катион Al3+ във водни разтвори и може да бъде разтворен до алуминиев хидроксид, Al(OH)3, в киселинни разтвори, докато в алкални разтвори остава разтворим до рН = 10, когато се утаява като минерала алуминар.

Алуминарът е опасен страничен продукт от първичната индустрия за топене на алуминий, състоящ се от всички материали за облицовка на клетките, останали в алуминиевата топилна пещ, като например блокове от въглерод и силициев карбид на страничните стени, огнеупорни материали на дъното, изолационни материали, останали от операции по отстраняване на облицовката на котлите по целия свят. Правилното изхвърляне остава едно от най-големите екологични предизвикателства, с които се сблъскват световните първични алуминиеви топилници днес.