Τι είναι το αλουμίνιο;

Το αλουμίνιο είναι ένα από τα πλέον χρησιμοποιούμενα μη σιδηρούχα μέταλλα παγκοσμίως, από τα κουτιά αναψυκτικών μέχρι τους προφυλακτήρες των αυτοκινήτων και προσφέρει φαρμακευτικές ιδιότητες.

Ο βωξίτης, ένα ορυκτό που εξορύσσεται, είναι η κύρια πηγή οξειδίου του αργιλίου. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται "τήξη βωξίτη", εξάγει αυτό το οξείδιο από το μετάλλευμά του.

Είναι ένα φυσικό στοιχείο

Το αλουμίνιο είναι ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία, το οποίο υπάρχει σε πολλά προϊόντα, από κουτιά ποτών μέχρι φύλλα αλουμινίου, σκεύη κουζίνας, πλαίσια παραθύρων και εξαρτήματα αεροπλάνων. Οι ιδιότητες του αλουμινίου το καθιστούν κατάλληλο για απαλότητα, ελαφρότητα, ολκιμότητα, αντοχή στη διάβρωση και μη τοξικά χαρακτηριστικά το καθιστούν οικονομικό και ευέλικτο - διαμορφώνεται εύκολα σε πολύπλοκα σχήματα με χύτευση ή κατεργασία- η πλαστιμότητά του το κατατάσσει στη δεύτερη θέση μεταξύ όλων των μετάλλων, ενώ η ολκιμότητά του στην έκτη θέση μεταξύ όλων- καθώς και η ικανότητά του να συνδυάζεται εύκολα σχηματίζοντας μια ποικιλία κραμάτων σχηματίζοντας νέα κράματα από άλλα μέταλλα, καθιστούν το αλουμίνιο ένα από τα πιο ευπροσάρμοστα στοιχεία που υπάρχουν σήμερα!

Το αργίλιο έχει ατομικό αριθμό 13 και βρίσκεται στη δέκατη τρίτη περίοδο του περιοδικού πίνακα. Ως μέταλλο μετά τη μετάβαση με τρία ηλεκτρόνια σθένους, το αλουμίνιο είναι αρκετά αντιδραστικό χημικά και στερεό σε θερμοκρασία περιβάλλοντος- η αγωγιμότητά του του επιτρέπει να εξυπηρετεί αποτελεσματικά τις ανάγκες τόσο της θερμότητας όσο και της ηλεκτρικής ενέργειας- επιπλέον είναι καλός μονωτής έναντι της διάβρωσης- το καθαρό αλουμίνιο εμφανίζεται μαλακό και ασημένιο και αντιστέκεται φυσικά στην οξείδωση από τον αέρα για τη δημιουργία προστατευτικών στρωμάτων οξειδίου πάνω στην επιφάνειά του.

Το αλουμίνιο υπάρχει από τότε που ανακαλύφθηκε η αρχαία Αίγυπτος και η Μεσοποταμία, και χρησιμοποιείται σε βαφές και στιλβωτικά μέσα για την ενίσχυση του χρώματος. Ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος έγραψε για τις χρήσεις του στην εγκυκλοπαίδειά του ήδη από το 2 μ.Χ.

Παρόλο που το αλουμίνιο ήταν γνωστό στους επιστήμονες από καιρό, η μαζική εξόρυξή του δεν άρχισε πριν από το 1800. Ο Χανς Κρίστιαν Όερστεντ παρήγαγε μικρές ποσότητες το 1825 με ηλεκτρόλυση διαλύματος θειικού καλίου αργιλίου με ηλεκτρόλυση- ο Χάμφρεϊ Ντέιβι ονόμασε αρχικά αυτό το νέο στοιχείο "αλουμίνιο", πριν το αλλάξει αργότερα σε αλουμίνιο- τελικά το 1925 η Αμερικανική Χημική Εταιρεία αποδέχθηκε επίσημα αυτό το όνομα για το μέταλλο αυτό.

Το αλουμίνιο δεν υπάρχει στη φύση ως στοιχείο, αλλά μπορεί να βρεθεί συνδεδεμένο με άλλα στοιχεία σε ορυκτά και πετρώματα, όπως το μετάλλευμα βωξίτη που εξορύσσεται. Το καθαρό αλουμίνιο είναι πολύ αντιδραστικό για χρήση στη φύση, αλλά συνδυάζεται εύκολα με το οξυγόνο και άλλα στοιχεία που βρίσκονται στο φλοιό της Γης.

Είναι ένα μέταλλο

Το αλουμίνιο, με ατομικό αριθμό 13, είναι ένα από τα τρία πιο άφθονα στοιχεία στη Γη. Με χαμηλή πυκνότητα και εξαιρετικά χαρακτηριστικά μηχανικής και αντιδιαβρωτικής αντοχής, το αλουμίνιο χρησιμοποιείται ευρέως τόσο βιομηχανικά όσο και ως μέρος οικιακών προϊόντων ή οικιακών αντικειμένων, όπως οχήματα, τρένα και αεροσκάφη.

Το καθαρό αλουμίνιο είναι δύσκολο να βρεθεί στη φύση, καθώς αντιδρά με το οξυγόνο για να σχηματίσει την ένωση αλουμίνα, οπότε η εξόρυξη αλουμινίου απαιτεί την εξόρυξη βωξίτη από τη γη και την επεξεργασία του με θραυστήρες βωξίτη πριν θρυμματιστεί και αναμιχθεί με άργιλο και πυρίτιο για θέρμανση σε κλίβανο, πριν τελικά φιλτραριστεί για να σχηματιστεί λιωμένο οξείδιο του αλουμινίου που χρησιμεύει ως πρώτη ύλη για διάφορα προϊόντα.

Αναμορφωμένο από αλουμίνιο, το καθαρό αλουμίνιο μπορεί στη συνέχεια να παραχθεί. Αυτή η μορφή δεν περιέχει κραματικά στοιχεία και χαμηλά επίπεδα ρύπων- μπορεί να βρεθεί σε πολυάριθμα κράματα, συμπεριλαμβανομένου του επιστρωμένου αλουμινίου. Το καθαρό αλουμίνιο αποτελεί σημαντικό συστατικό στις συσκευασίες τροφίμων και στα μαγειρικά σκεύη και χρησιμοποιείται επίσης εκτενώς από τις αυτοκινητοβιομηχανίες και τις αεροδιαστημικές βιομηχανίες λόγω των ελαφρών ιδιοτήτων αντοχής του.

Υπάρχουν έως και 100 διαφορετικά κράματα αλουμινίου, καθένα από τα οποία είναι προσαρμοσμένο ώστε να ανταποκρίνεται σε συγκεκριμένες βιομηχανικές απαιτήσεις. Κυμαίνονται από θερμικά επεξεργασμένα και συγκολλήσιμα κράματα, μέσω διεργασιών θερμικής επεξεργασίας, εφαρμογών συγκόλλησης ή μεθόδων μη θερμικής επεξεργασίας- όλα ξεκινούν ως βωξίτης επεξεργασμένος με αυτόν τον τρόπο και τελικά περιλαμβάνουν στοιχεία πυριτίου και μαγνησίου για να σχηματίσουν ισχυρότερα κράματα ικανά να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες- μεταξύ αυτών είναι τα 6xxx και 7xxx που συναντώνται συχνά στην παραγωγή εμπορικών αεροσκαφών.

Το αλουμίνιο είναι ένα απίστευτα ευέλικτο μέταλλο, με εφαρμογές στις μεταφορές, τις κατασκευές, τα κτίρια, τη μεταποίηση και την αεροδιαστημική. Η ευκολία επεξεργασίας του αλουμινίου, η αντοχή στη διάβρωση και οι ελαφριές του ιδιότητες το καθιστούν ιδανικό για χρήση σε οχήματα για τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμων και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα- οι χρήσεις συσκευασίας ποτών/τροφίμων περιλαμβάνουν υλικά οροφής για παράθυρα, ενώ οι ελαφριές του ιδιότητες το καθιστούν επίσης κατάλληλο για την κατασκευή αεροδιαστημικών εξαρτημάτων.

Είναι ένα κράμα

Το αλουμίνιο είναι ένα στοιχείο που μπορεί να συνδυαστεί με άλλα στοιχεία για να σχηματίσει κράματα, και αυτά τα κράματα παίζουν αναπόσπαστο ρόλο στη σύγχρονη ζωή, από τα κουτάκια αναψυκτικών και τα αεροσκάφη μέχρι τα αυτοκίνητα και τα κουτάκια αναψυκτικών. Η μαλακή υφή και η έλλειψη αντοχής του αλουμινίου το καθιστούν ακατάλληλο για ορισμένες εφαρμογές- αλλά κραματωμένο με άλλα μέταλλα γίνεται πολύ ισχυρότερο. Ένα τέτοιο κράμα, το 7075, είναι δημοφιλές στις στρατιωτικές κατασκευές λόγω της αναλογίας αντοχής προς βάρος σε σύγκριση με τον χάλυβα- επιπλέον, παρέχει ανώτερη αντοχή στην κόπωση και δυνατότητα κατεργασίας, καθιστώντας το μια εξαιρετική επιλογή. Άλλα κράματα αλουμινίου, όπως η σειρά 6000, διαθέτουν επίσης εκπληκτικές ιδιότητες αντοχής/αντοχής στη διάβρωση.

Στο πλαίσιο της διαδικασίας παραγωγής αλουμινίου, οι ακαθαρσίες πρέπει πρώτα να απομακρυνθούν από την πρώτη ύλη βωξίτη με τη χρήση χημικών διαλυμάτων για τη διάλυσή της. Αφού πραγματοποιηθεί αυτό το βήμα, το αλουμίνιο μπορεί στη συνέχεια να διαχωριστεί και να λιώσει σε κλίβανο με αποτέλεσμα να προκύψει μια ράβδος που μπορεί να υποστεί περαιτέρω επεξεργασία μέσω έλασης, διέλασης ή χύτευσης σε φύλλα για περαιτέρω χρήση.

Τα κράματα μπορούν να ενισχυθούν μέσω ψυχρής κατεργασίας, κραματοποίησης και θερμικής κατεργασίας. Πρόσθετα όπως το πυρίτιο και το μαγνήσιο μπορούν να προστεθούν για να βελτιώσουν την αντοχή, τις ιδιότητες χύτευσης και την αντίσταση στη διάβρωση ενός κράματος.

Όλα τα κράματα σφυρηλατημένου αλουμινίου μπορούν να ταξινομηθούν με βάση τα στοιχεία κράματος που υπάρχουν και τις ποσότητες τους. Το πρώτο ψηφίο των αριθμών ονομασίας τους προσδιορίζει την οικογένεια κράματος, ενώ τα δύο τελευταία υποδεικνύουν την περιεκτικότητα σε προσμίξεις. Μπορούν επίσης να υποδιαιρεθούν περαιτέρω με βάση τα κυριότερα χρησιμοποιούμενα κραματικά στοιχεία και τις ποσότητες τους και στη συνέχεια να υποδιαιρεθούν περαιτέρω με βάση αυτές τις ποιότητες των χρησιμοποιούμενων στοιχείων.

Το χαμηλό ειδικό βάρος του αλουμινίου το καθιστά σημαντικά ελαφρύτερο κατ' όγκο από τα περισσότερα άλλα μέταλλα, καθιστώντας τον χειρισμό και τη μεταφορά του πολύ απλούστερο και φθηνότερο σε σύγκριση με πολλά άλλα μέταλλα. Επιπλέον, λόγω της ηλεκτρικής του αγωγιμότητας και της εξαιρετικής του αντοχής στην ατμοσφαιρική διάβρωση και τη διάβρωση, έχει πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, όπως στα αυτοκίνητα, τα αεροσκάφη και τα πολυώροφα κατασκευαστικά έργα.

Είναι προϊόν αποβλήτων

Το αλουμίνιο είναι ένα εξαιρετικά χρήσιμο υλικό, το οποίο συναντάται σε κτίρια, διαρκή καταναλωτικά αγαθά (όπως ψυγεία και μαγειρικά σκεύη), ηλεκτρικούς αγωγούς και εφαρμογές οικοδομικών υλικών. Η ευελιξία του αλουμινίου επιτρέπει την ευρεία χρήση του: σε δομικά υλικά, διαρκή καταναλωτικά αγαθά ( όπως ψυγεία και μαγειρικά σκεύη), ηλεκτρικούς αγωγούς και μέτριες ποσότητες άλλων μετάλλων και πυριτίου προστίθενται συχνά για να βελτιώσουν τις ιδιότητές του για συγκεκριμένες εφαρμογές- το αλουμίνιο έχει χρησιμοποιηθεί ακόμη και στην κατασκευή αεροπλάνων και σε οχήματα για τη μείωση του βάρους - συμπεριλαμβανομένων αυτοκινήτων, ποδηλάτων και αεροπλάνων. Μπορεί επίσης να βρεθεί σε συσκευασίες τροφίμων καθώς και σε συσκευασίες τροφίμων και ποτών και σε αλουμινόχαρτα που χρησιμοποιούν τις ιδιότητές του.

Τα κράματα αλουμινίου, τα οποία αποτελούνται από μείγματα που συνδυάζουν το αλουμίνιο με άλλα μέταλλα, χρησιμοποιούνται συχνά για την αντοχή, τη σκληρότητα και την ανθεκτικότητά τους, καθώς και για το γεγονός ότι είναι ευκολότερα στη μορφοποίηση από μέταλλα όπως ο χάλυβας και ο χαλκός. Λόγω αυτών των πλεονεκτημάτων, το αλουμίνιο αποτελεί ελκυστικό υλικό σε προϊόντα που απαιτούν ελαφριά συσκευασία, όπως τα κουτιά αναψυκτικών.

Η παραγωγή αλουμινίου περιλαμβάνει μια πολύπλοκη διαδικασία που περιλαμβάνει την εξόρυξη βωξιτικού μεταλλεύματος και τον εξευγενισμό του για την παραγωγή αλουμίνας, πριν την τήξη του για την παραγωγή αλουμινίου. Η εξόρυξη βωξίτη μπορεί να είναι πολύ ρυπογόνος και να δημιουργεί σημαντικά απόβλητα- επιπλέον, η ενεργοβόρα επεξεργασία του βωξίτη μπορεί να προκαλέσει ρήξεις φραγμάτων που απελευθερώνουν τοξική κόκκινη λάσπη σε ζωντανά ποτάμια με αποτέλεσμα να διαρρέουν.

Παρόλο που το αλουμίνιο δεν απαντάται στη φύση στην καθαρότερη μορφή του, απαντάται στον φλοιό της Γης σε διάφορες μορφές και αντιπροσωπεύει περίπου 8% της μάζας της. Ωστόσο, λόγω των ιδιαίτερα αντιδραστικών ιδιοτήτων του, οι καθαρές μορφές δεν μπορούν να βρεθούν τόσο εύκολα, καθώς το οξυγόνο συνδέεται εύκολα μαζί του.

Το αλουμίνιο υπάρχει ως εξακκατιονικό κατιόν Al3+ σε υδατικά διαλύματα και μπορεί να διαλυθεί προς σχηματισμό υδροξειδίου του αργιλίου, Al(OH)3, από όξινα διαλύματα, ενώ σε αλκαλικά διαλύματα παραμένει διαλυτό μέχρι pH = 10, οπότε και καθιζάνει ως ορυκτό αλουμινάριο.

Το αλουμινάριο είναι ένα επικίνδυνο υποπροϊόν της πρωτογενούς βιομηχανίας τήξης αλουμινίου, το οποίο αποτελείται από όλα τα υλικά επένδυσης κυψελών που έχουν απομείνει σε ένα χυτήριο αλουμινίου, όπως ο άνθρακας των πλευρικών τοιχωμάτων και τα μπλοκ καρβιδίου του πυριτίου, το πυρίμαχο υλικό πυθμένα, τα μονωτικά υλικά που έχουν απομείνει από τις εργασίες αφαίρεσης της επένδυσης των δοχείων παγκοσμίως. Η σωστή διάθεση παραμένει μια από τις μεγαλύτερες περιβαλλοντικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν σήμερα τα παγκόσμια πρωτογενή χυτήρια αλουμινίου.