Czym jest aluminium?

Aluminium jest niemagnetyczne i jest doskonałym przewodnikiem elektryczności; można je również łatwo kształtować w wiele różnych form, zapewniając odbicie światła, a także ochronę przed promieniowaniem i odporność na korozję.

Aluminium jest wydobywane z rudy boksytu, nazwanej tak od miejsca jej odkrycia w południowej Francji, i stanowi około 8 procent skorupy ziemskiej.

Jest to miękki metal

Aluminium (powszechnie określane również w północnoamerykańskim angielskim) to pierwiastek o symbolu Al i liczbie atomowej 13. Aluminium jest miękkim, ciągliwym metalem, który można odlewać, obrabiać i wytłaczać. Ze względu na odporność na korozję i niewielką wagę, jego zastosowania do odlewania, obróbki maszynowej i wytłaczania sprawiają, że dobrze nadaje się do wielu zastosowań. Co więcej, jego przewodność cieplna i elektryczna sprawiają, że jest szczególnie odpowiedni. Ten niemagnetyczny pierwiastek posiada tylko jeden stabilny izotop.

Aluminium, drugi najobficiej występujący metal w skorupie ziemskiej, dopiero niedawno zaczęło być produkowane w znaczących ilościach na skalę komercyjną. Aluminium można znaleźć w wielu gałęziach przemysłu, które wytwarzają miliony różnych produktów wykorzystujących aluminium - od transportu i zastosowań budowlanych, w których lekkość i wytrzymałość mają kluczowe znaczenie, po dobra konsumpcyjne trwałego użytku, takie jak urządzenia i przybory kuchenne. Odgrywa ono istotną rolę w globalnych gospodarkach jako kluczowy zasób ekonomiczny.

Czyste aluminium rzadko występuje w przyrodzie i często musi być łączone z innymi pierwiastkami w celu utworzenia stopów o określonych właściwościach. Typowe metale stopowe obejmują miedź, magnez, mangan, krzem i cynę; stopy te pomagają zwiększyć wytrzymałość, a także dodać inne pożądane cechy, takie jak spawalność i skrawalność.

Niska gęstość i sztywność aluminium sprawia, że jest to idealny lekki metal o wyjątkowej wytrzymałości na rozciąganie i spawalności, a także jest bardzo plastyczny, dzięki czemu nadaje się do kształtowania rur lub kątowników. Aluminium jest również dobrym przewodnikiem elektryczności i ciepła, przy czym ta ostatnia właściwość jest anodowana w celu zapewnienia odporności na korozję; ponadto jego naturalny charakter odblaskowy sprawia, że nadaje się do zastosowań oświetleniowych lub luster.

Ludzkość od wieków wykorzystywała związki aluminium, ale dopiero w czasach rewolucji przemysłowej aluminium stało się łatwiej dostępne jako pierwiastek sam w sobie. Ałun, składający się z ałunu potasowego (związek siarczanu glinowo-potasowego), od dawna był stosowany jako środek utrwalający barwniki i lek; jego nazwa pochodzi od łacińskiego alumen (co po łacinie oznacza zasadowy), jest również szeroko stosowany obecnie do produkcji pasty do zębów i mydła; jednak nadmierne stężenia mogą uszkadzać komórki i znacząco zmieniać funkcję błon.

Jest to mocny metal

Aluminium jest jednym z najmocniejszych dostępnych metali i może pochwalić się niesamowitym stosunkiem wytrzymałości do masy, a także dobrymi właściwościami higienicznymi i procesami recyklingu, które sprawiają, że jest to bardziej zrównoważone rozwiązanie. Aluminium charakteryzuje się również odpornością na korozję i przewodnością, dzięki czemu jest popularne między innymi w naczyniach kuchennych i lampach ulicznych.

Aluminium jest zarówno miękkie, jak i plastyczne, dzięki czemu można je łatwo formować w złożone struktury przy stosunkowo minimalnym wysiłku. Co więcej, jego zwarta powierzchniowa warstwa tlenku zapewnia ochronę przed korozją. Co więcej, ta ściśle związana warstwa sprawia, że aluminium jest nierozpuszczalne w wodzie, a jednocześnie stabilne w powietrzu; dodatkowo jego zdolność do topienia i odlewania sprawia, że aluminium jest niezwykle lekkim, nietoksycznym materiałem nadającym się do wielu zastosowań.

Choć aluminium jest generalnie słabsze od stali, to nadal jest w stanie wytrzymać znaczną siłę i ciężar bez wypaczania się lub wyginania pod naciskiem. Niestety, jego miękka natura sprawia, że jest bardziej podatne na wgniecenia, wgniecenia i zadrapania niż jego stalowy odpowiednik.

Czyste aluminium do zastosowań komercyjnych ma wytrzymałość na rozciąganie 90 MPa i może być dalej wzmacniane poprzez obróbkę na zimno. Co więcej, dodanie do stopu takich pierwiastków jak miedź, mangan, krzem i żelazo w określonych proporcjach zwiększa jego plastyczność, a hartowanie sprawia, że stopy są jeszcze mocniejsze.

Aluminium ma liczbę atomową 13 i zajmuje trzecie miejsce na Ziemi za tlenem i krzemem pod względem obfitości. Chociaż aluminium nigdy nie występowało naturalnie w postaci metalicznej, jego właściwości chemiczne pozwalają mu tworzyć związki takie jak ałun, który jest stosowany w systemach oczyszczania wody. Dopiero w 1825 roku duńskiemu fizykowi Hansowi Christianowi Orstedowi udało się wyprodukować nieczystą formę poprzez reakcję bezwodnego chlorku glinu z potasem; później w tym samym roku Friedrichowi Wohlerowi udało się wyekstrahować czysty metaliczny glin.

Jest to lekki metal

Aluminium jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków na Ziemi, występującym naturalnie w skałach i roślinności zarówno na lądach, jak i w zbiornikach wodnych. Chociaż aluminium nigdy nie występuje w stanie czystym w przyrodzie, ponieważ łatwo łączy się z tlenem i innymi pierwiastkami, tworząc związki, dzięki czemu metal ten jest bardzo miękki, ciągliwy, odporny na korozję, lekki, przewodzący elektrycznie metal nieżelazny o jednym z najwyższych wskaźników przewodności elektrycznej dostępnych do produkcji cienkich arkuszy i folii.

Lekkość i plastyczność aluminium sprawiają, że jest to wszechstronny materiał konstrukcyjny, ponieważ może być stosowany zarówno w konstrukcjach nośnych, jak i nienośnych. Co więcej, jego podatność na formowanie sprawia, że jest chętnie wybierany do produkcji samolotów, karoserii samochodowych, sidingów i pokryć dachowych, garnków i patelni, a także produktów konsumenckich, takich jak garnki i patelnie. Stopy aluminium mogą również zapewniać unikalne właściwości dostosowane specjalnie do określonych zastosowań.

Produkcja aluminium zwykle wykorzystuje proces Bayera, w którym pokruszona skała boksytowa jest kruszona i spryskiwana wodą, która usuwa cząsteczki gliny i krzemionki przed suszeniem w piecu i zmieszaniem z sodą kalcynowaną i kruszonym wapnem w celu uzyskania tlenku glinu.

Boksyt jest obfitym i opłacalnym surowcem do produkcji aluminium, ale proces wytapiania wymaga energochłonnych operacji, które uwalniają gazy cieplarniane. Dlatego też większość światowych hut znajduje się w krajach o dużej ilości energii elektrycznej; wiele hut aluminium zostało również zbudowanych na brzegach jezior, aby przechwytywać wodę morską do wykorzystania w swoich procesach w celu obniżenia emisji przy jednoczesnej poprawie wydajności.

Aluminium to srebrzystobiały metal z grupy 13 układu okresowego, stanowiący jedną trzecią masy skorupy ziemskiej i trzeci najobficiej występujący pierwiastek po tlenie i krzemie. Chociaż aluminium występuje naturalnie jako metal w stanie czystym, jego obecność często tworzy minerały, takie jak boksyt. Aluminium jest jednym z trzech najbardziej rozpowszechnionych metali nieżelaznych na świecie i trzecim najobficiej występującym pierwiastkiem.

Jest to metal odporny na korozję

Aluminium ma wiele pożądanych właściwości i zastosowań w przemyśle. Jest trzykrotnie lżejsze od żelaza i charakteryzuje się zwiększonym stosunkiem wytrzymałości do masy, a przy tym pozostaje elastyczne, trwałe, odporne na korozję, nie magnetyzuje się i doskonale przewodzi prąd elektryczny - nie wspominając o tym, że jest jednym z najtańszych metali dostępnych na rynku! Wszechstronność aluminium sprawia, że jest ono wykorzystywane między innymi do produkcji pojemników, naczyń kuchennych, puszek do napojów, kadłubów samolotów i karoserii samochodowych.

Aluminium metalowe może korodować, gdy jest wystawione na działanie nieprzyjaznego środowiska, a jony wodoru wspomagają ten proces, reagując z cząsteczkami tlenu, tworząc tlenek glinu. Reakcja ta jest jednak odwracalna, a powierzchnia pozostaje stabilna, chyba że stężenie wodoru w roztworze przekroczy określone poziomy progowe; w tym momencie rozpoczyna się korozja szczelinowa, a wodorotlenek glinu wytrąca się z roztworu i rozpoczyna korozję z własnej inicjatywy - znaną jako korozja szczelinowa.

Aluminium może ulegać korozji w różnych warunkach środowiskowych, w tym w roztworach kwaśnych, zasadowych i chlorkowych. Korozja zwykle zaczyna się szybko w szczelinach lub pęknięciach, zanim rozpuści się w elektrolicie, tworząc rozpuszczalny w wodzie wodorotlenek glinu; ta forma korozji jest szczególnie rozpowszechniona w środowiskach morskich o wysokim stężeniu chlorków.

Korozja równomierna występuje w produktach narażonych na ciągłe działanie silnie kwaśnych lub zasadowych środowisk lub gdy ich powierzchnie są porysowane lub obite i narażają materiał bazowy na działanie elektrolitów; ten rodzaj korozji często prowadzi do korozji wżerowej lub złuszczania (forma korozji międzyziarnistej).

Aluminium występuje obficie w całej skorupie ziemskiej, ale nigdy nie występuje samodzielnie w przyrodzie. Zamiast tego występuje w połączeniu z innymi pierwiastkami jako siarczan glinowo-potasowy (KAl(SO4)212H2O) lub jako boksyty; te ostatnie są czerwono-brązowymi skałami zawierającymi mieszaniny wodorotlenków i tlenków glinu wydobywanych z ziemi i przetwarzanych w procesie Bayera przed dalszą rafinacją do czystego aluminium do różnych zastosowań.