Mikä on alumiini?

Alumiini on yksi maailman käytetyimmistä värimetalleista, jota käytetään soodatölkeistä auton puskureihin ja jolla on myös lääkinnällisiä ominaisuuksia.

Bauksiitti, louhittu mineraali, on tärkein alumiinioksidin lähde. Tässä prosessissa, jota kutsutaan "bauksiitin sulatukseksi", tämä oksidi erotetaan malmista.

Se on luonnollinen elementti

Alumiini on yksi yleisimmistä alkuaineista, ja sitä esiintyy lukuisissa tuotteissa juomatölkeistä kalvoihin, keittiövälineisiin, ikkunanpuitteisiin ja lentokoneiden osiin. Alumiinin ominaisuudet tekevät siitä sopivan pehmeän, kevyen, sitkeän, korroosionkestävän ja myrkyttömän, minkä ansiosta se on taloudellinen ja monipuolinen - se on helppo muotoilla monimutkaisiin muotoihin valamalla tai koneistamalla; sen muovattavuus on toiseksi paras kaikista metalleista ja sitkeys kuudenneksi paras kaikista; lisäksi sen kyky yhdistyä helposti erilaisiin seoksiin ja muodostaa uusia seoksia muista metalleista tekee alumiinista yhden nykypäivän monipuolisimmista alkuaineista!

Alumiinin järjestysluku on 13, ja se sijaitsee jaksollisen järjestelmän kolmannessatoista jaksossa. Siirtymävaiheen jälkeisenä metallina, jolla on kolme valenssielektronia, alumiini on kemiallisesti melko reaktiivinen ja ympäristön lämpötilassa kiinteä; sen johtavuuden ansiosta se palvelee tehokkaasti sekä lämmön että sähkön tarpeita; lisäksi se on hyvä eriste korroosiota vastaan; puhdas alumiini näyttää pehmeältä ja hopeanhohtoiselta, ja se kestää luonnostaan hapettumista ilmassa, jolloin sen pinnalle muodostuu suojaavia oksidikerroksia.

Alumiinia on käytetty väriaineissa ja kiillotusaineissa värin tehostamiseksi jo muinaisessa Egyptissä ja Mesopotamiassa. Plinius vanhempi kirjoitti sen käytöstä tietosanakirjassaan jo vuonna 2 jKr.

Vaikka tiedemiehet tunsivat alumiinin jo pitkään, sen massatuotanto alkoi vasta 1800-luvulla. Hans Christian Oersted tuotti pieniä määriä vuonna 1825 elektrolyysin avulla elektrolyysillä kaliumalumiinisulfaattiliuosta; Humphrey Davy nimesi tämän uuden alkuaineen aluksi "alumiumiksi", mutta muutti sen myöhemmin alumiiniksi; lopulta vuonna 1925 American Chemical Society hyväksyi virallisesti tämän nimen tälle metallille.

Alumiinia ei esiinny luonnossa alkuaineena, vaan sitä esiintyy muihin alkuaineisiin sitoutuneena mineraaleissa ja kivissä, kuten bauksiittimalmissa, josta sitä louhitaan. Puhdas alumiini on liian reaktiivinen luonnon käyttöön, mutta se yhdistyy helposti hapen ja muiden maankuoressa olevien alkuaineiden kanssa.

Se on metallia

Alumiini, jonka järjestysluku on 13, on yksi maapallon kolmesta runsaimmin esiintyvästä alkuaineesta. Alumiinia käytetään laajalti sekä teollisuudessa että osana kodin tuotteita tai kotitaloustavaroita, kuten ajoneuvoja, junia ja lentokoneita, sillä sillä on alhainen tiheys ja erinomaiset mekaaniset ja korroosionkestävät ominaisuudet.

Puhdasta alumiinia on vaikea saada luonnosta, koska se reagoi hapen kanssa muodostaen alumiinioksidia, joten alumiinin talteenotto edellyttää bauksiitin louhimista maasta ja sen käsittelyä bauksiittimurskaimilla, ennen kuin se murskataan ja sekoitetaan saven ja piidioksidin kanssa uunissa lämmitettäväksi, minkä jälkeen se suodatetaan sulaksi alumiinioksidiksi, jota käytetään erilaisten tuotteiden raaka-aineena.

Aluminarista uudelleenmuodostettuna voidaan sitten tuottaa puhdasta alumiinia. Tämä muoto ei sisällä seosaineita eikä juurikaan epäpuhtauksia; sitä esiintyy lukuisissa seoksissa, kuten pleteroidussa alumiinissa. Puhdas alumiini on tärkeä ainesosa elintarvikepakkauksissa ja ruoanlaittovälineissä, ja sitä käytetään myös laajalti auto- ja ilmailuteollisuudessa sen kevyiden lujuusominaisuuksien vuoksi.

On olemassa jopa 100 erilaista alumiiniseosta, jotka on räätälöity vastaamaan teollisuuden erityisvaatimuksia. Ne vaihtelevat lämpökäsitellyistä ja hitsattavista seoksista lämpökäsittelyprosessien, hitsaussovellusten tai muiden kuin lämpökäsittelymenetelmien kautta; kaikki alkavat näin käsitellystä bauksiitista ja sisältävät lopulta pii- ja magnesiumelementtejä muodostaakseen vahvempia, korkeita lämpötiloja kestäviä seoksia; näitä ovat muun muassa 6xxx- ja 7xxx-luokan seokset, joita käytetään usein kaupallisessa lentokonetuotannossa.

Alumiini on uskomattoman joustava metalli, jolla on sovelluksia kuljetus-, rakennus-, rakennus-, valmistus- ja ilmailualalla. Alumiinin helppo työstettävyys, korroosionkestävyys ja keveys tekevät siitä täydellisen ajoneuvokäyttöön polttoaineen kulutuksen ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi; juoma- ja elintarvikepakkausten käyttötarkoituksiin kuuluvat ikkunoiden sivukattomateriaalit, kun taas kevyiden ominaisuuksiensa ansiosta se soveltuu myös ilmailu- ja avaruusalan komponenttien valmistukseen.

Se on metalliseos

Alumiini on alkuaine, jota voidaan yhdistää muiden alkuaineiden kanssa seoksiksi, ja nämä seokset ovat olennainen osa nykyaikaista elämää, aina limsatölkeistä ja lentokoneista autoihin ja limsatölkkeihin. Alumiinin pehmeän rakenteen ja vähäisen lujuuden vuoksi se ei sovellu joihinkin sovelluksiin, mutta seostettuna muiden metallien kanssa siitä tulee paljon vahvempi. Yksi tällainen metalliseos, 7075, on suosittu sotilaskoneiden keskuudessa, koska sen lujuus-painosuhde on parempi kuin teräksen; lisäksi se tarjoaa erinomaisen väsymiskestävyyden ja työstettävyyden, mikä tekee siitä erinomaisen valinnan. Myös muilla alumiiniseoksilla, kuten 6000-sarjalla, on hämmästyttävät lujuus- ja korroosionkestävyysominaisuudet.

Alumiinin tuotantoprosessin osana epäpuhtaudet on ensin poistettava bauksiittiraaka-aineesta käyttämällä kemiallisia liuoksia sen liuottamiseksi. Kun tämä vaihe on suoritettu, alumiini voidaan erottaa ja sulattaa uunissa, jolloin saadaan valanteita, joita voidaan jatkokäsitellä valssaamalla, suulakepuristamalla tai valamalla levyiksi jatkokäyttöä varten.

Seoksia voidaan lujittaa kylmätyöstämällä, seostamalla ja lämpökäsittelemällä. Lisäaineita, kuten piitä ja magnesiumia, voidaan lisätä seoksen lujuuden, valuominaisuuksien ja korroosionkestävyyden parantamiseksi.

Kaikki muokatut alumiiniseokset voidaan luokitella seosaineiden ja niiden määrien perusteella. Nimitysnumeroiden ensimmäinen numero osoittaa seosperheen, kun taas kaksi viimeistä numeroa osoittavat epäpuhtauspitoisuuden. Ne voidaan myös jakaa edelleen käytettävien tärkeimpien seosaineiden ja niiden määrien perusteella ja jakaa edelleen käytettävien seosaineiden laatuluokkien perusteella.

Alumiinin alhainen ominaispaino tekee siitä tilavuudeltaan huomattavasti kevyemmän kuin useimmat muut metallit, mikä tekee sen käsittelystä ja kuljetuksesta paljon yksinkertaisempaa ja halvempaa kuin monien muiden metallien. Lisäksi sen sähkönjohtavuuden ja erinomaisen ilmakehän korroosion ja korroosionkestävyyden ansiosta sillä on monia teollisia sovelluksia, kuten autoissa, lentokoneissa ja korkeissa rakennushankkeissa.

Se on jätetuote

Alumiini on erittäin käyttökelpoinen materiaali, jota käytetään rakennuksissa, kestokulutustavaroissa (kuten jääkaapeissa ja ruoanlaittovälineissä), sähköjohtimissa ja rakennusmateriaalisovelluksissa. Alumiinin monipuolisuus mahdollistaa sen laajan käytön: alumiinia käytetään rakennusmateriaaleissa, kestokulutustavaroissa (kuten jääkaapeissa ja ruoanlaittovälineissä), sähköjohtimissa, ja siihen lisätään usein kohtuullisia määriä muita metalleja ja piitä sen ominaisuuksien parantamiseksi erityissovelluksia varten; alumiinia on jopa käytetty lentokoneiden rakentamisessa ja ajoneuvoissa painon vähentämiseksi - mukaan lukien autot, polkupyörät ja lentokoneet. Sitä löytyy myös elintarvikeastioiden pakkauksista sekä sen ominaisuuksia hyödyntävistä elintarvike- ja juomapakkauksista ja foliopakkauksista.

Alumiiniseoksia, jotka koostuvat seoksista, joissa alumiini yhdistetään muihin metalleihin, käytetään usein niiden lujuuden, kovuuden ja kestävyyden vuoksi sekä siksi, että ne ovat helpommin muotoiltavissa kuin esimerkiksi teräs ja kupari. Näiden etujen ansiosta alumiini on houkutteleva materiaali tuotteissa, jotka vaativat kevyitä pakkauksia, kuten limsatölkit.

Alumiinin tuotantoon liittyy monimutkainen prosessi, johon kuuluu bauksiittimalmin louhinta ja sen jalostaminen alumiinioksidiksi, ennen kuin se sulatetaan alumiiniksi. Bauksiitin louhinta voi olla hyvin saastuttavaa ja aiheuttaa huomattavaa jätettä; lisäksi energiaintensiivinen bauksiitin jalostus voi aiheuttaa patomurtumia, jotka päästävät myrkyllistä punaista mutaa eläviin jokiin, mikä johtaa valumiseen.

Vaikka alumiinia ei esiinny luonnossa puhtaimmassa muodossaan, sitä esiintyy maankuoressa eri muodoissa, ja sen osuus maankuoren massasta on noin 8%. Erittäin reaktiivisten ominaisuuksiensa vuoksi puhdasta alumiinia ei kuitenkaan löydy yhtä helposti, koska happi sitoutuu siihen helposti.

Alumiini esiintyy vesiliuoksissa heksaakki-kationina Al3+, ja se voi liueta alumiinihydroksidiksi (Al(OH)3) happamissa liuoksissa, kun taas emäksisissä liuoksissa se pysyy liukoisena pH = 10:een asti, jolloin se saostuu mineraali-aluminariksi.

Aluminar on alumiinin primäärisulaton vaarallinen sivutuote, joka koostuu kaikista alumiinisulatosta jäljelle jääneistä kennon vuorauksen materiaaleista, kuten sivuseinän hiili- ja piikarbidilohkoista, pohjan tulenkestävästä materiaalista ja eristysmateriaaleista, jotka ovat jääneet jäljelle kattilavuorauksen poistotoimista maailmanlaajuisesti. Asianmukainen hävittäminen on edelleen yksi suurimmista ympäristöhaasteista, joita primaarialumiinisulatot kohtaavat nykyään maailmanlaajuisesti.