Mikä on alumiini?

Alumiini ei ole magneettista ja johtaa erinomaisesti sähköä; se voidaan myös helposti muotoilla moniin eri muotoihin, mikä antaa valonheijastuksen sekä suojaa säteilyltä ja korroosionkestävyyden.

Alumiinia louhitaan bauksiittimalmista, joka on nimetty sen löytöpaikan mukaan Etelä-Ranskasta, ja sen osuus maankuoresta on noin 8 prosenttia.

Se on pehmeää metallia

Alumiini (Pohjois-Amerikan englanninkielessä myös yleisesti alumiini) on alkuaine, jonka symboli on Al ja atomiluku 13. Alumiini on pehmeä, sitkeä metalli, jota voidaan valaa, työstää ja suulakepuristaa. Korroosionkestävyytensä ja keveytensä ansiosta se soveltuu hyvin moniin käyttötarkoituksiin valettaessa, työstettäessä ja suulakepuristettaessa. Lisäksi sen lämmön- ja sähkönjohtavuus tekevät siitä erityisen sopivan. Lisäksi tällä ei-magneettisella alkuaineella on vain yksi stabiili isotooppi.

Alumiinia, maapallon kuoren toiseksi runsainta metallia, on vasta hiljattain alettu tuottaa kaupallisesti merkittäviä määriä kaupallisessa mittakaavassa. Alumiinia käytetään lukuisilla teollisuudenaloilla, joilla valmistetaan miljoonia erilaisia alumiinia käyttäviä tuotteita - kuljetus- ja rakennussovelluksista, joissa keveys ja lujuus ovat ratkaisevia, aina kestokulutushyödykkeisiin, kuten kodinkoneisiin ja ruoanlaittovälineisiin. Alumiinilla on tärkeä rooli maailmantaloudessa keskeisenä taloudellisena resurssina.

Puhdasta alumiinia esiintyy harvoin luonnossa, ja se on usein yhdistettävä muihin alkuaineisiin, jotta saadaan aikaan seoksia, joilla on erityisominaisuuksia. Yleisiä seosmetalleja ovat kupari, magnesium, mangaani, pii ja tina; nämä seokset parantavat lujuutta ja lisäävät muita toivottuja ominaisuuksia, kuten hitsattavuutta ja työstettävyyttä.

Alumiinin alhainen tiheys ja jäykkyys tekevät siitä ihanteellisen kevytmetallin, jolla on erinomainen vetolujuus ja hitsattavuus, ja se on erittäin sitkeää, joten se soveltuu muotoiltavaksi putkiksi tai kulmiksi. Alumiini toimii myös hyvänä sähkön- ja lämmönjohtimena, ja jälkimmäinen ominaisuus on anodisoitu korroosionkestäväksi; lisäksi sen luonnollinen heijastava luonne tekee siitä sopivan valaistussovelluksiin tai peileihin.

Ihmiskunta on käyttänyt alumiiniyhdisteitä vuosisatojen ajan, mutta vasta teollisen vallankumouksen myötä alumiini tuli helpommin saataville itse alkuaineena. Alumiinia, joka koostuu kalimaasälvästä (alumiinikaliumsulfaattiyhdisteestä), on käytetty pitkään väriaineiden korjausaineena ja lääkkeinä; sen nimi on peräisin latinankielisestä nimestä alumen (joka tarkoittaa latinan kielellä emäksistä ainetta), käytetään nykyään laajalti myös hammastahnan ja saippuan valmistuksessa; liialliset pitoisuudet voivat kuitenkin vahingoittaa soluja ja muuttaa kalvojen toimintaa merkittävästi.

Se on vahvaa metallia

Alumiini on yksi vahvimmista saatavilla olevista metalleista, ja sillä on uskomaton lujuus-painosuhde sekä hyvät hygieniaominaisuudet ja kierrätysprosessit, jotka tekevät siitä kestävämpiä ratkaisuja. Alumiinilla on myös korroosionkestävyys ja johtavuusominaisuudet, mikä tekee siitä suositun muun muassa keittiövälineissä ja katuvaloissa.

Alumiini on sekä pehmeää että sitkeää, joten se voidaan helposti muotoilla monimutkaisiksi rakenteiksi suhteellisen pienellä vaivalla. Lisäksi sen tiivis pintaoksidikerros suojaa korroosiolta. Lisäksi tämä tiukasti sidottu kerros tekee alumiinista veteen liukenemattoman mutta ilmassa vakaan; lisäksi sen sulatusvaluominaisuudet tekevät alumiinista erittäin kevyen ja myrkyttömän materiaalin, joka soveltuu moniin käyttötarkoituksiin.

Vaikka alumiini on yleensä heikompi kuin teräs, se kestää silti huomattavaa voimaa ja painoa vääntymättä tai taipumatta paineen alla. Valitettavasti sen pehmeä luonne tekee siitä kuitenkin alttiimman kolhuille, lommoille ja naarmuille helpommin kuin teräksinen vastineensa.

Kaupallisiin sovelluksiin tarkoitetun puhtaan alumiinin vetolujuus on 90 MPa, ja sitä voidaan lujittaa edelleen kylmämuokkaamalla. Lisäksi seostaminen kuparin, mangaanin, piin ja raudan kaltaisilla aineilla tietyin prosenttiosuuksin parantaa sen sitkeyttä entisestään, ja työkarkaisu tekee seoksista entistäkin vahvempia.

Alumiinin järjestysluku on 13, ja se on maapallolla kolmanneksi yleisin happi ja pii. Vaikka alumiinia ei koskaan esiinny luonnossa metallisessa muodossaan, sen kemiallisten ominaisuuksien ansiosta siitä voidaan muodostaa yhdisteitä, kuten alunaa, jota käytetään vedenpuhdistusjärjestelmissä. Vasta vuonna 1825 tanskalainen fyysikko Hans Christian Orsted onnistui tuottamaan epäpuhtaan alumiinin reagoimalla vedettömän alumiinikloridin ja kaliumin kanssa. Myöhemmin samana vuonna Friedrich Wohler onnistui erottamaan puhdasta alumiinimetallia.

Se on kevytmetallia

Alumiini on yksi maapallon runsaimmista alkuaineista, ja sitä esiintyy luonnostaan kivissä ja kasvillisuudessa sekä maa- että vesialueilla. Alumiini ei kuitenkaan koskaan esiinny luonnossa puhtaana, sillä se yhdistyy helposti hapen ja muiden alkuaineiden kanssa muodostaen yhdisteitä, mikä tekee tästä metallista erittäin pehmeän, sitkeän, korroosionkestävän, kevyen, sähköä johtavan värimetallin, jolla on yksi korkeimmista saatavilla olevista sähkönjohtavuusluokituksista ohuiden ohutlevyjen ja kalvojen valmistukseen.

Alumiinin keveys ja taipuisuus tekevät siitä monipuolisen rakennusmateriaalin, sillä sitä voidaan käyttää sekä kantavissa että ei-kantavissa rakenteissa. Lisäksi sen muovattavuus tekee siitä suositun valinnan lentokoneisiin, autojen koriin, julkisivu- ja kattorakenteisiin, kattiloihin ja pannuihin sekä kuluttajatuotteisiin, kuten kattiloihin ja pannuihin. Alumiiniseokset voivat myös tarjota ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka on räätälöity erityisesti tiettyjä sovelluksia varten.

Alumiinin tuotannossa käytetään yleensä Bayer-prosessia, jossa murskattu bauksiittikivi murskataan ja ruiskutetaan vedellä, joka poistaa savi- ja piihappohiukkaset, ennen kuin se kuivataan uunissa ja sekoitetaan soodan ja murskatun kalkin kanssa alumiinioksidiksi.

Bauksiitti on runsas ja kustannustehokas raaka-aine alumiinin valmistukseen, mutta sulatusprosessi vaatii energiaintensiivisiä toimintoja, joista vapautuu kasvihuonekaasuja. Tämän vuoksi suurin osa maailman sulattamoista sijaitsee maissa, joissa on runsaasti sähköä; monet alumiinisulatot on myös rakennettu järvien rannoille, jotta merivettä voidaan ottaa talteen ja käyttää prosesseissa päästöjen vähentämiseksi ja tehokkuuden parantamiseksi.

Alumiini on jaksollisen järjestelmän 13. ryhmään kuuluva hopeanvalkoinen metalli, joka muodostaa massaltaan kolmanneksen maankuoresta ja on kolmanneksi yleisin alkuaine hapen ja piin jälkeen. Vaikka alumiinia esiintyy luonnossa puhtaana metallina, se muodostaa usein mineraaleja, kuten bauksiittia. Alumiini on yksi maailman kolmesta yleisimmästä värimetallista ja kolmanneksi yleisin alkuaine.

Se on korroosionkestävä metalli

Alumiinilla on monia toivottavia ominaisuuksia ja sovelluksia teollisuudessa. Se on kolme kertaa kevyempi kuin rauta ja sen lujuus-painosuhde on parempi, mutta se on silti joustava, kestävä, korroosionkestävä, ei magnetisoituva ja sillä on erinomaiset sähkönjohtavuusominaisuudet - puhumattakaan siitä, että se on yksi edullisimmista kaupallisesti saatavilla olevista metalleista! Alumiinin monipuolisuuden ansiosta sitä käytetään muun muassa astioissa, keittoastioissa, juomatölkeissä, lentokoneiden rungoissa ja autojen korissa.

Alumiinimetalli voi syöpyä, kun se altistuu vihamielisille ympäristöille, ja vetyionit auttavat prosessia reagoimalla happimolekyylien kanssa muodostaen alumiinioksidia. Tämä reaktio on kuitenkin palautuva, ja pinta pysyy vakaana, ellei vedyn pitoisuus liuoksessa ylitä tiettyjä kynnysarvoja; tällöin alkaa rakokorroosio, jolloin alumiinihydroksidi saostuu liuoksesta ja alkaa korroosio itsestään - sitä kutsutaan rakokorroosioksi.

Alumiini voi korroosioitua erilaisissa ympäristöolosuhteissa, kuten happamissa, emäksisissä ja kloridiliuoksissa. Korroosio alkaa yleensä nopeasti raoissa tai halkeamissa ennen kuin se liukenee elektrolyyttiin muodostaen vesiliukoista alumiinihydroksidia; tämä korroosiomuoto on erityisen yleinen meriympäristöissä, joissa on korkea kloridipitoisuus.

Tasaista korroosiota esiintyy tuotteissa, jotka altistuvat jatkuvasti voimakkaille happamille tai emäksisille ympäristöille tai kun niiden pinnat naarmuuntuvat tai kolhiintuvat ja altistavat alapuolisen materiaalin elektrolyyteille; tämäntyyppinen korroosio johtaa usein pistekorroosioon tai kuorintakorroosioon (rakeiden välinen korroosiomuoto).

Alumiinia esiintyy runsaasti kaikkialla maankuoressa, mutta se ei esiinny koskaan yksin luonnossa. Sen sijaan se esiintyy yhdistettynä muihin alkuaineisiin joko kaliumalumiinisulfaattina (KAl(SO4)212H2O) tai bauksiitteina; viimeksi mainitut ovat punertavanruskeita kiviä, jotka sisältävät alumiinihydroksidien ja -oksidien sekoituksia, jotka louhitaan maasta ja jalostetaan Bayerin prosessin avulla, minkä jälkeen ne jalostetaan edelleen puhtaaksi alumiiniksi käytettäväksi eri sovelluksissa.