Wat is aluminium?

Aluminium is niet-magnetisch en een uitstekende geleider van elektriciteit; het kan bovendien gemakkelijk in allerlei vormen worden verwerkt, waardoor het niet alleen licht weerkaatst, maar ook bescherming biedt tegen straling en corrosiebestendig is.

Aluminium wordt gewonnen uit bauxieterts, dat zijn naam dankt aan de plaats waar het in Zuid-Frankrijk werd ontdekt, en maakt ongeveer 8 procent uit van de aardkorst.

Het is een zacht metaal

Aluminium (zoals het in Noord-Amerikaans Engels vaak wordt genoemd) is een element met symbool Al en atoomnummer 13. Aluminium is een zacht, buigzaam metaal dat kan worden gegoten, bewerkt en geëxtrudeerd. Dankzij zijn corrosiebestendigheid en lichte gewicht is aluminium door zijn toepassingen op het gebied van gieten, verspanen en extrusie zeer geschikt voor tal van doeleinden. Bovendien maakt zijn thermische en elektrische geleidbaarheid het bijzonder geschikt. Ten slotte heeft dit niet-magnetische element slechts één stabiele isotoop.

Aluminium, het op één na meest voorkomende metaal in de aardkorst, wordt pas sinds kort op grote schaal commercieel geproduceerd. Aluminium is terug te vinden in talrijke sectoren die miljoenen verschillende producten met aluminium vervaardigen – van toepassingen in de transport- en bouwsector, waar een laag gewicht en sterkte cruciaal zijn, tot duurzame consumentengoederen zoals huishoudelijke apparaten en kookgerei. Het speelt een essentiële rol in de wereldeconomieën als een belangrijke economische grondstof.

Zuiver aluminium komt in de natuur zelden voor en moet vaak worden gecombineerd met andere elementen om legeringen te vormen met specifieke eigenschappen. Veelgebruikte legeringsmetalen zijn onder meer koper, magnesium, mangaan, silicium en tin; deze legeringen dragen bij aan een hogere sterkte en zorgen bovendien voor andere gewenste eigenschappen, zoals lasbaarheid en bewerkbaarheid.

Door zijn lage dichtheid en stijfheid is aluminium een ideaal lichtgewicht metaal met een uitstekende treksterkte en lasbaarheid, en is het zeer buigzaam; daardoor is het geschikt om tot buizen of hoekprofielen te worden verwerkt. Aluminium is bovendien een goede geleider van elektriciteit en warmte, waarbij het dankzij de anodisatie bestand is tegen corrosie; bovendien maakt de natuurlijke reflecterende eigenschap het geschikt voor verlichtingstoepassingen of spiegels.

De mensheid maakt al eeuwenlang gebruik van aluminiumverbindingen, maar pas tijdens de Industriële Revolutie werd aluminium als element zelf gemakkelijker verkrijgbaar. Alumen, dat bestaat uit kaliumaluin (een aluminium-kaliumsulfaatverbinding), wordt al lang gebruikt als kleurstoffixeermiddel en medicijn; de naam is afgeleid van het Latijnse ‘alumen’ (wat ‘alkalisch’ betekent) en wordt tegenwoordig ook op grote schaal gebruikt bij de productie van tandpasta en zeep; te hoge concentraties kunnen echter cellen beschadigen en de membraanfunctie aanzienlijk verstoren.

Het is een sterk metaal

Aluminium is een van de sterkste metalen die er bestaan en heeft een ongelooflijke sterkte-gewichtsverhouding, evenals goede hygiënische eigenschappen en recyclingprocessen die het tot een duurzamere oplossing maken. Aluminium beschikt bovendien over corrosiebestendigheid en geleidbaarheid, waardoor het onder andere populair is voor keukengerei en straatverlichting.

Aluminium is zowel zacht als buigzaam, waardoor het met relatief weinig moeite tot complexe structuren kan worden gevormd. Bovendien biedt de compacte oxidelaag aan het oppervlak bescherming tegen corrosie. Daarnaast zorgt deze stevig gebonden laag ervoor dat aluminium onoplosbaar is in water, maar wel stabiel in de lucht; en dankzij zijn smelt- en gietbaarheid is aluminium een uiterst lichtgewicht, niet-giftig materiaal dat geschikt is voor tal van toepassingen.

Hoewel aluminium over het algemeen minder sterk is dan staal, kan het toch aanzienlijke krachten en gewichten weerstaan zonder onder druk te vervormen of te buigen. Helaas maakt de zachte aard van het materiaal het echter gevoeliger voor deuken, deukjes en krassen dan staal.

Zuiver aluminium voor commerciële toepassingen heeft een treksterkte van 90 MPa en kan door koudvervorming nog verder worden versterkt. Bovendien zorgt het legeren met elementen zoals koper, mangaan, silicium en ijzer in bepaalde verhoudingen voor een verdere verbetering van de ductiliteit, terwijl koudvervorming de legeringen nog sterker maakt.

Aluminium heeft atoomnummer 13 en staat op aarde op de derde plaats qua overvloed, na zuurstof en silicium. Hoewel aluminium in de natuur nooit in zijn metaalvorm voorkomt, maken de chemische eigenschappen ervan het mogelijk om verbindingen te vormen zoals aluin, dat wordt gebruikt in waterzuiveringssystemen. Pas in 1825 slaagde de Deense natuurkundige Hans Christian Ørsted erin een onzuivere vorm te produceren door watervrij aluminiumchloride te laten reageren met kalium; later datzelfde jaar slaagde Friedrich Wöhler erin zuiver aluminiummetaal te winnen.

Het is een licht metaal

Aluminium is een van de meest voorkomende elementen op aarde en komt van nature voor in gesteente en vegetatie, zowel op het land als in watermassa’s. Hoewel aluminium in de natuur nooit in zuivere vorm voorkomt – omdat het zich gemakkelijk verbindt met zuurstof en andere elementen om verbindingen te vormen – is dit metaal zeer zacht, buigzaam, corrosiebestendig, licht van gewicht en elektrisch geleidend. Het is een non-ferrometaal met een van de hoogste waarden voor elektrische geleidbaarheid die beschikbaar is voor de productie van dunne platen en folies.

Door zijn lichte gewicht en vervormbaarheid is aluminium een veelzijdig bouwmateriaal, aangezien het zowel in dragende als in niet-dragende constructies kan worden toegepast. Bovendien wordt het dankzij zijn vervormbaarheid vaak gekozen voor vliegtuigen, autocarrosserieën, gevel- en dakbekleding, potten en pannen, evenals consumentenproducten zoals potten en pannen. Aluminiumlegeringen kunnen bovendien unieke eigenschappen bieden die specifiek zijn afgestemd op bepaalde toepassingen.

Bij de productie van aluminium wordt doorgaans het Bayer-proces toegepast, waarbij vermalen bauxietgesteente wordt fijngemalen en met water besproeid, waardoor klei- en silicadeeltjes worden verwijderd, waarna het in een oven wordt gedroogd en gemengd met natriumcarbonaat en gemalen kalk om aluminiumoxide te vormen.

Bauxiet is een overvloedige en kosteneffectieve grondstof voor de productie van aluminium, maar het smeltproces vereist energie-intensieve activiteiten waarbij broeikasgassen vrijkomen. Daarom zijn de meeste smelterijen wereldwijd gevestigd in landen met een overvloed aan elektriciteit; veel aluminiumsmelterijen zijn bovendien aan de oevers van meren gebouwd om zeewater op te vangen voor gebruik in hun processen, met als doel de uitstoot te verlagen en tegelijkertijd de efficiëntie te verbeteren.

Aluminium is een zilverwit metaal uit groep 13 van het periodiek systeem, dat qua massa een derde van de aardkorst uitmaakt en na zuurstof en silicium het derde meest voorkomende element is. Hoewel aluminium in de natuur in zuivere vorm als metaal voorkomt, komt het vaak voor in mineralen zoals bauxiet. Aluminium is wereldwijd een van de drie meest voorkomende non-ferrometalen en het op twee na meest voorkomende element.

Het is een corrosiebestendig metaal

Aluminium heeft tal van gewilde eigenschappen en toepassingen in de industrie. Het is drie keer lichter dan ijzer en heeft een betere sterkte-gewichtsverhouding, terwijl het tegelijkertijd flexibel, duurzaam, corrosiebestendig en niet-magnetiseerbaar is en uitstekende elektrische geleidbaarheidseigenschappen bezit – en dan hebben we het nog niet eens over het feit dat het een van de goedkoopste metalen is die op de markt verkrijgbaar zijn! Dankzij de veelzijdigheid van aluminium wordt het onder andere gebruikt voor containers, kookgerei, drankblikjes, vliegtuigrompen en autocarrosserieën.

Aluminium kan corroderen wanneer het wordt blootgesteld aan agressieve omgevingen, waarbij waterstofionen dit proces bevorderen door met zuurstofmoleculen te reageren en zo aluminiumoxide te vormen. Deze reactie is echter omkeerbaar en het oppervlak blijft stabiel, tenzij de waterstofconcentratie in de oplossing bepaalde drempelwaarden overschrijdt; op dat moment treedt spleetcorrosie op en slaat aluminiumhydroxide neer uit de oplossing, waarna het zelfstandig corrosie veroorzaakt – een verschijnsel dat bekendstaat als spleetcorrosie.

Aluminium kan onder verschillende omgevingsomstandigheden aan corrosie onderhevig zijn, waaronder zure, basische en chloridehoudende oplossingen. Corrosie begint meestal snel in spleten of scheuren, waarna het materiaal in een elektrolyt oplost en wateroplosbaar aluminiumhydroxide vormt; deze vorm van corrosie komt vooral veel voor in mariene omgevingen met hoge chlorideconcentraties.

Uniforme corrosie treedt op bij producten die voortdurend worden blootgesteld aan sterk zure of alkalische omgevingen, of wanneer hun oppervlakken krassen of beschadigingen vertonen waardoor het onderliggende materiaal in contact komt met elektrolyten; dit soort corrosie leidt vaak tot putcorrosie of afbladdercorrosie (een vorm van interkristallijne corrosie).

Aluminium komt in overvloed voor in de aardkorst, maar komt in de natuur nooit in zuivere vorm voor. In plaats daarvan komt het voor in combinatie met andere elementen, hetzij als kaliumaluminiumsulfaat (KAl(SO₄)₂·12H₂O), hetzij als bauxiet; dit laatste zijn roodbruine gesteenten die mengsels van aluminiumhydroxiden en -oxiden bevatten, die uit de grond worden gewonnen en verwerkt volgens het Bayer-proces, waarna ze verder worden geraffineerd tot zuiver aluminium voor gebruik in diverse toepassingen.