Hvad er aluminium?

Aluminium er et af verdens mest anvendte ikke-jernholdige metaller, lige fra sodavandsdåser til bilkofangere og med medicinske egenskaber.

Bauxit, et mineral, der udvindes, er den vigtigste kilde til aluminiumoxid. Denne proces, der kaldes “bauxitsmeltning”, udvinder dette oxid fra malmen.

Det er et naturligt element

Aluminium er et af de mest udbredte grundstoffer og findes i en lang række produkter, lige fra drikkedåser til folie, køkkenredskaber, vinduesrammer og flykomponenter. Aluminiums egenskaber – blødhed, letvægt, duktilitet, korrosionsbestandighed og ugiftighed – gør det økonomisk og alsidigt – det kan let formes til komplekse former ved støbning eller bearbejdning; dets smidighed placerer det som nummer to blandt alle metaller, mens dets duktilitet placerer det som nummer seks; og dets evne til let at danne en række legeringer med andre metaller gør aluminium til et af de mest alsidige grundstoffer, der findes i dag!

Aluminium har atomnummer 13 og findes i den trettende periode i det periodiske system. Som et post-overgangsmetal med tre valenselektroner er aluminium ret reaktivt kemisk og fast ved stuetemperatur; dets ledningsevne gør det muligt at dække både varme- og elbehov effektivt; desuden er det en god beskyttelse mod korrosion; rent aluminium er blødt og sølvfarvet og modstår naturligt oxidering i luft, hvilket danner beskyttende oxidlag på overfladen.

Aluminium har været kendt siden opdagelsen af det gamle Egypten og Mesopotamien, hvor det blev brugt i farvestoffer og poleringsmidler for at fremhæve farverne. Plinius den Ældre skrev om dets anvendelsesmuligheder i sin encyklopædi allerede i år 2 e.Kr.

Selvom aluminium længe havde været kendt af forskerne, begyndte den store udvinding først i 1800-tallet. Hans Christian Ørsted fremstillede små mængder i 1825 ved at elektrolysere en opløsning af kaliumaluminiumsulfat; Humphrey Davy kaldte oprindeligt dette nye grundstof for “alumium”, men ændrede senere navnet til aluminium; i 1925 godkendte American Chemical Society endelig officielt dette navn for dette metal.

Aluminium findes ikke naturligt som et grundstof, men forekommer i stedet bundet til andre grundstoffer i mineraler og bjergarter, såsom bauxitmalmen, der udvindes med henblik på aluminium. Rent aluminium er for reaktivt til at kunne anvendes i naturen, men det indgår let i forbindelser med ilt og andre grundstoffer, der findes i jordskorpen.

Det er et metal

Aluminium, med atomnummer 13, er et af de tre mest udbredte grundstoffer på Jorden. Med sin lave massefylde og fremragende mekaniske egenskaber samt korrosionsbestandighed anvendes aluminium i vid udstrækning både industrielt og i forbrugerprodukter eller husholdningsartikler såsom køretøjer, tog og fly.

Rent aluminium findes sjældent i naturen, da det reagerer med ilt og danner forbindelsen aluminiumoxid, så udvinding af aluminium kræver, at man udvinder bauxit fra jorden og forarbejder det med bauxitknusere, inden det knuses og blandes med ler og silica for at blive opvarmet i en ovn, hvorefter det til sidst filtreres til smeltet aluminiumoxid, der fungerer som råmateriale til forskellige produkter.

Efter omdannelsen fra aluminar kan der derefter fremstilles rent aluminium. Denne form indeholder ingen legeringselementer og kun små mængder urenheder; den findes i en lang række legeringer, herunder pladeret aluminium. Rent aluminium er en vigtig bestanddel i fødevareemballage og køkkenredskaber og anvendes desuden i vid udstrækning i bil- og luftfartsindustrien på grund af dets kombination af lav vægt og høj styrke.

Der findes hele 100 forskellige aluminiumslegeringer, som hver især er skræddersyet til at opfylde specifikke krav inden for industrien. De spænder fra varmebehandlede og svejsebare legeringer til varmebehandlingsprocesser, svejsning og metoder uden varmebehandling; alle udgår fra bauxit, der forarbejdes på denne måde, og til sidst tilsættes silicium og magnesium for at danne stærkere legeringer, der kan modstå høje temperaturer; blandt disse er 6xxx- og 7xxx-serierne, som ofte anvendes i produktionen af kommercielle fly.

Aluminium er et utroligt alsidigt metal, der finder anvendelse inden for transport, anlæg, byggeri, produktion og luftfart. Aluminium er let at bearbejde, korrosionsbestandigt og let, hvilket gør det ideelt til brug i køretøjer, hvor det bidrager til at reducere brændstofforbruget og CO₂-udledningen. Inden for emballage til drikkevarer og fødevarer anvendes det blandt andet til vinduer, beklædning og tagmaterialer, mens dets lette vægt også gør det velegnet til fremstilling af komponenter til luftfartsindustrien.

Det er en legering

Aluminium er et grundstof, der kan kombineres med andre grundstoffer til at danne legeringer, og disse legeringer spiller en central rolle i det moderne liv – lige fra sodavandsdåser og fly til biler og sodavandsdåser. Aluminiums bløde konsistens og manglende styrke gør det uegnet til visse anvendelsesformål; men når det legeres med andre metaller, bliver det langt stærkere. En sådan legering, 7075, er populær inden for militærindustrien på grund af dens styrke-til-vægt-forhold i forhold til stål; derudover har den en overlegen udmattelsesmodstand og bearbejdelighed, hvilket gør den til et fremragende valg. Andre aluminiumslegeringer, såsom 6000-serien, har også enestående egenskaber med hensyn til styrke og korrosionsbestandighed.

Som led i aluminiumsproduktionsprocessen skal urenheder først fjernes fra bauxit-råmaterialet ved hjælp af kemiske opløsninger, der opløser det. Når dette trin er gennemført, kan aluminiummet udskilles og smeltes i en ovn, hvilket resulterer i en barre, der kan forarbejdes yderligere ved valsning, ekstrudering eller støbning til plader til videre anvendelse.

Legeringer kan styrkes gennem koldbearbejdning, legering og varmebehandling. Der kan tilsættes tilsætningsstoffer som silicium og magnesium for at forbedre legeringens styrke, støbeegenskaber og korrosionsbestandighed.

Alle smedede aluminiumslegeringer kan klassificeres ud fra de tilstedeværende legeringselementer og deres mængder. Det første ciffer i betegnelsen angiver legeringsfamilien, mens de to sidste cifre angiver urenhedsindholdet. De kan desuden opdeles yderligere ud fra de anvendte hovedlegeringselementer og deres mængder og derefter yderligere opdeles ud fra kvaliteten af disse elementer.

Aluminiums lave vægtfylde gør det betydeligt lettere pr. volumen end de fleste andre metaller, hvilket gør det meget nemmere og billigere at håndtere og transportere sammenlignet med mange andre metaller. Desuden har det, takket være sin elektriske ledningsevne og fremragende modstandsdygtighed over for atmosfærisk korrosion og saltkorrosion, mange industrielle anvendelsesområder, såsom biler, fly og højhusbyggeri.

Det er et affaldsprodukt

Aluminium er et utroligt anvendeligt materiale, der findes i bygninger, varige forbrugsgoder (som køleskabe og køkkenredskaber), elektriske ledere og byggematerialer. Aluminiums alsidighed muliggør dets udbredte anvendelse: i byggematerialer, varige forbrugsgoder (som køleskabe og køkkenredskaber), elektriske ledere, og der tilsættes ofte moderate mængder af andre metaller og silicium for at forbedre dets egenskaber til specifikke anvendelser; aluminium er endda blevet brugt i flykonstruktion og i køretøjer for at reducere vægten – herunder biler, cykler og fly. Det findes også i emballage til fødevarebeholdere samt i emballage til fødevarer og drikkevarer og i foliebeholdere, hvor dets egenskaber udnyttes.

Aluminiumslegeringer, der består af blandinger af aluminium og andre metaller, anvendes ofte på grund af deres styrke, hårdhed og holdbarhed samt fordi de er nemmere at forme end metaller som stål og kobber. På grund af disse fordele er aluminium et attraktivt materiale til produkter, der kræver letvægtsemballage, såsom sodavandsdåser.

Produktionen af aluminium er en kompleks proces, der omfatter udvinding af bauxitmalm og raffinering heraf til aluminiumoxid, hvorefter malmen smeltes ned til aluminium. Udvindingen af bauxit kan være meget forurenende og medføre betydelige mængder affald; desuden kan den energikrævende forarbejdning af bauxit føre til dæmningsbrud, hvorved giftigt rødt slam udledes i vandløb, hvilket resulterer i oversvømmelser.

Selvom aluminium ikke forekommer naturligt i sin reneste form, findes det overalt i jordskorpen i forskellige former og udgør omkring 8% af dens masse. På grund af dets stærkt reaktive egenskaber er det imidlertid ikke så let at finde rene former, da ilt let binder sig til det.

Aluminium forekommer som hexaaqua-kationen Al³⁺ i vandige opløsninger og kan opløses til aluminiumhydroxid, Al(OH)₃, ved hjælp af sure opløsninger, mens det i alkaliske opløsninger forbliver opløseligt indtil pH = 10, hvor det udfældes som mineralet aluminar.

Aluminar er et farligt biprodukt fra primær aluminiumsproduktion, der består af alle de materialer, der udgør cellernes foring, og som efterlades i et aluminiumsværk – såsom kulstof og siliciumkarbidblokke fra sidevæggene, ildfast materiale i bunden samt isoleringsmaterialer, der er tilbage efter fjernelse af foringen i smeltediglerne over hele verden. Korrekt bortskaffelse er fortsat en af de største miljømæssige udfordringer, som de globale primære aluminiumsmelter står over for i dag.