Kaj je aluminij?

Aluminij je ena najbolj uporabljenih barvnih kovin na svetu, od pločevink za sodo do avtomobilskih odbijačev, ima pa tudi zdravilne lastnosti.

Boksit, rudnina, ki se pridobiva v rudnikih, je glavni vir aluminijevega oksida. V tem postopku, imenovanem “taljenje boksita”, se ta oksid izloči iz rude.

To je naravni element

Aluminij je eden najbolj razširjenih elementov, ki ga najdemo v številnih izdelkih, od pločevink za pijače do folij, kuhinjskih pripomočkov, okenskih okvirjev in letalskih sestavnih delov. Lastnosti aluminija, kot so mehkost, lahkost, duktilnost, odpornost proti koroziji in nestrupenost, ga naredijo za ekonomičen in vsestranski material – z litjem ali obdelavo ga je mogoče zlahka oblikovati v zapletene oblike; po obdelovalnosti zaseda drugo mesto med vsemi kovinami, po duktilnosti pa šesto; poleg tega pa njegova sposobnost enostavnega združevanja z drugimi kovinami v različne zlitine, s čimer nastajajo nove zlitine, aluminij uvršča med najbolj vsestranske elemente, ki jih danes poznamo!

Aluminij ima atomsko število 13 in se nahaja v trinajstem obdobju periodnega sistema. Kot postprehodna kovina s tremi valenčnimi elektroni je aluminij kemijsko precej reaktiven in v sobni temperaturi v trdnem stanju; njegova prevodnost omogoča učinkovito izpolnjevanje potreb po toploti in električni energiji; poleg tega je dober izolator proti koroziji; čisti aluminij je mehak in srebrn, naravno pa se upira oksidaciji na zraku, saj na svoji površini tvori zaščitne oksidne plasti.

Aluminij se uporablja že od odkritja starodavnega Egipta in Mezopotamije, kjer so ga dodajali barvilom in sredstvom za poliranje, da bi poudarili barvo. Plinij Starejši je o njegovi uporabi pisal že leta 2 n. št. v svoji enciklopediji.

Čeprav so znanstveniki že dolgo poznali aluminij, se je njegovo množično pridobivanje začelo šele v 19. stoletju. Hans Christian Oersted je leta 1825 s pomočjo elektrolize raztopine kalijevega aluminijevega sulfata pridobil majhne količine tega elementa; Humphrey Davy je ta novi element sprva poimenoval “alumium”, kasneje pa je ime spremenil v »aluminij«; leta 1925 je Ameriško kemijsko društvo uradno sprejelo to ime za ta kovinski element.

Aluminij v naravi ne obstaja kot element, temveč ga najdemo vezanega na druge elemente v mineralih in kamninah, kot je na primer boksitna ruda, iz katere se pridobiva. Čisti aluminij je preveč reaktiven za naravno rabo, vendar se zlahka veže s kisikom in drugimi elementi, ki jih najdemo v zemeljski skorji.

To je kovina

Aluminij, z atomskim številom 13, je eden od treh najpogostejših elementov na Zemlji. Zaradi nizke gostote ter odličnih mehanskih lastnosti in odpornosti proti koroziji se aluminij široko uporablja tako v industriji kot tudi v izdelkih za dom ali gospodinjskih predmetih, kot so vozila, vlaki in letala.

Čisti aluminij je v naravi težko najti, saj reagira s kisikom in tvori spojino aluminijev oksid, zato je za pridobivanje aluminija potrebno rudarjenje boksita iz zemlje in njegova obdelava z drobilniki za boksit, preden se zdrobi in zmeša z glino in silicijevim dioksidom za segrevanje v peči, nato pa se na koncu filtrira, da nastane staljeni aluminijev oksid, ki služi kot surovina za različne izdelke.

Iz aluminarja se nato pridobiva čisti aluminij. Ta oblika ne vsebuje nobenih legirnih elementov in ima nizko vsebnost nečistot; najdemo ga v številnih zlitinah, vključno z obloženim aluminijem. Čisti aluminij je pomembna sestavina pri izdelavi embalaže za živila in kuhinjskih pripomočkov, zaradi svojih lastnosti lahkosti in trdnosti pa se ga v veliki meri uporablja tudi v avtomobilski in letalski industriji.

Obstaja kar 100 različnih aluminijevih zlitin, od katerih je vsaka prilagojena posebnim zahtevam industrije. Segajo od toplotno obdelanih in varljivih zlitin prek postopkov toplotne obdelave, varilnih aplikacij ali metod brez toplotne obdelave; vse se začnejo z boksitom, ki se na ta način predeluje, in na koncu vključujejo elemente silicija in magnezija, da se oblikujejo močnejše zlitine, sposobne prenesti visoke temperature; med njimi so serije 6xxx in 7xxx, ki se pogosto uporabljajo v proizvodnji komercialnih letal.

Aluminij je izjemno vsestranska kovina, ki se uporablja v prometu, gradbeništvu, proizvodnji in letalski industriji. Zaradi enostavne obdelave, odpornosti proti koroziji in lahkosti je aluminij idealen za uporabo v vozilih, saj zmanjšuje porabo goriva in emisije ogljika; v embalaži za pijače in živila se uporablja za okna, fasade in strešne materiale, njegova lahkost pa ga naredi primernega tudi za proizvodnjo letalskih komponent.

To je zlitina

Aluminij je element, ki se lahko združuje z drugimi elementi v zlitine, te zlitine pa so sestavni del sodobnega življenja – od pločevink za pijače in letal do avtomobilov ter pločevink za pijače. Zaradi mehke teksture in premajhne trdnosti aluminij ni primeren za nekatere namene; vendar v zlitini z drugimi kovinami postane precej trdnejši. Ena takšnih zlitin, 7075, je priljubljena v vojaški industriji zaradi svojega razmerja med trdnostjo in težo v primerjavi z jeklom; poleg tega zagotavlja vrhunsko odpornost proti utrujenosti in obdelovalnost, kar jo naredi odlično izbiro. Tudi druge aluminijeve zlitine, kot so tiste iz serije 6000, se ponašajo z izjemnimi lastnostmi trdnosti in odpornosti proti koroziji.

V okviru proizvodnega procesa aluminija je treba najprej iz surovine, boksita, odstraniti nečistote s pomočjo kemičnih raztopin, s katerimi se boksit raztopi. Ko je ta korak opravljen, se aluminij lahko loči in stopi v peči, kar da kot rezultat ingot, ki se lahko nadalje obdeluje z valjanjem, iztiskanjem ali litjem v pločevine za nadaljnjo uporabo.

Zlitine je mogoče utrditi s hladno obdelavo, legiranjem in toplotno obdelavo. Za izboljšanje trdnosti, lastnosti pri litju in odpornosti proti koroziji zlitine je mogoče dodati dodatke, kot sta silicij in magnezij.

Vse legure kovanega aluminija je mogoče razvrstiti na podlagi prisotnih legirnih elementov in njihovih vsebnosti. Prva številka v oznaki označuje družino legure, zadnji dve pa vsebnost nečistot. Poleg tega jih je mogoče nadalje razdeliti na podlagi glavnih uporabljenih legirnih elementov in njihovih vsebnosti, nato pa še na podlagi razredov teh elementov.

Zaradi nizke specifične mase je aluminij po prostornini znatno lažji od večine drugih kovin, zaradi česar je njegovo ravnanje in prevoz v primerjavi z mnogimi drugimi kovinami precej enostavnejša in cenejša. Poleg tega ima zaradi svoje električne prevodnosti ter odlične odpornosti proti atmosferski koroziji in koroziji v slanih okoljih številne industrijske uporabe, na primer v avtomobilski industriji, letalstvu in pri gradnji visokih stavb.

To je odpadni produkt

Aluminij je izredno uporaben material, ki ga najdemo v stavbah, trajnih potrošniških izdelkih (kot so hladilniki in kuhinjski pripomočki), električnih vodnikih ter gradbenih materialih. Vsestranskost aluminija omogoča njegovo široko uporabo: v gradbenih materialih, trajnih potrošniških izdelkih (kot so hladilniki in kuhinjski pripomočki), električnih prevodnikih, pogosto pa se mu dodajajo zmerne količine drugih kovin in silicija, da se izboljšajo njegove lastnosti za posebne namene; aluminij se uporablja celo v letalski industriji in pri izdelavi vozil za zmanjšanje teže – vključno z avtomobili, kolesi in letali. Najdemo ga tudi v embalaži za živila ter v embalaži za hrano in pijače in v folijskih posodah, ki izkoriščajo njegove lastnosti.

Aluminijeve zlitine, ki so sestavljene iz mešanic aluminija in drugih kovin, se pogosto uporabljajo zaradi svoje trdnosti, trdote in vzdržljivosti, pa tudi zato, ker jih je lažje oblikovati kot kovine, kot sta jeklo in baker. Zaradi teh prednosti je aluminij privlačen material za izdelke, ki zahtevajo lahka embalaža, kot so pločevinke za gazirane pijače.

Proizvodnja aluminija je zapleten proces, ki vključuje rudarjenje boksitove rude in njeno predelavo v glinico, preden se ta stopi v aluminij. Rudarjenje boksita je lahko zelo onesnažujoče in povzroča velike količine odpadkov; poleg tega lahko energetsko intenzivna predelava boksita povzroči pretrganje jezov, kar sproži izliv strupenega rdečega blata v reke, kjer se življenje odvija, in posledično razlitje.

Čeprav se aluminij v naravi ne pojavlja v najčistejši obliki, je prisoten po vsej zemeljski skorji v različnih oblikah in predstavlja približno 8% njene mase. Zaradi svojih izredno reaktivnih lastnosti pa čiste oblike ni mogoče najti tako zlahka, saj se z njim zlahka veže kisik.

Aluminij v vodnih raztopinah obstaja kot heksaaqua kation Al³⁺ in se lahko v kislih raztopinah raztopi ter tvori aluminijev hidroksid, Al(OH)₃, medtem ko v bazičnih raztopinah ostane topen do vrednosti pH = 10, ko se izloči kot mineral aluminar.

Aluminar je nevaren stranski produkt industrije primarne taljenja aluminija, ki ga sestavljajo vsi materiali oblog celic, ki ostanejo v talilnici aluminija, kot so ogljik na stranskih stenah in bloki iz silicijevega karbida, ognjevzdržni material na dnu ter izolacijski materiali, ki ostanejo po odstranjevanju oblog talilnih kadi po vsem svetu. Pravilno odstranjevanje ostaja eden največjih okoljskih izzivov, s katerimi se danes soočajo globalne talilnice primarnega aluminija.