Le proprietà, le caratteristiche, la storia e le applicazioni dell'alluminio
L'alluminio (noto anche come alluminio) è l'elemento metallico più abbondante nella crosta terrestre. Ed è anche una buona cosa, perché ne usiamo molto. Circa 41 milioni di tonnellate vengono fuse ogni anno e impiegate in un'ampia gamma di applicazioni. Dai corpi auto alle lattine di birra, dai cavi elettrici alle pelli degli aerei, l'alluminio è una parte molto importante della nostra vita quotidiana .
Proprietà
- Simbolo atomico: Al
- Numero atomico: 13
- Elemento Categoria: metallo post-transizione
- Densità: 2,70 g / cm 3
- Punto di fusione: 1220.58 ° F (660.32 ° C)
- Punto di ebollizione: 4566 ° F (2519 ° C)
- Durezza di Moh: 2,75
caratteristiche
L'alluminio è un metallo leggero, altamente conduttivo, riflettente e non tossico che può essere facilmente lavorato. La durabilità del metallo e numerose proprietà vantaggiose lo rendono un materiale ideale per molte applicazioni industriali.
Storia
I composti di alluminio erano usati dagli antichi egizi come coloranti, cosmetici e medicinali, ma solo 5000 anni dopo gli umani scoprirono come puzzare alluminio puro metallico. Non sorprendentemente, lo sviluppo di metodi per produrre metallo in alluminio ha coinciso con l'avvento dell'elettricità nel 19 ° secolo, poiché la fusione dell'alluminio richiede quantità significative di elettricità.
Un importante passo avanti nella produzione di alluminio arrivò nel 1886 quando Charles Martin Hall scoprì che l'alluminio poteva essere prodotto usando la riduzione elettrolitica.
Fino a quel momento, l'alluminio era stato più raro e più costoso dell'oro. Tuttavia, nel giro di due anni dalla scoperta di Hall, furono fondate società di alluminio in Europa e in America.
Nel corso del 20 ° secolo, la domanda di alluminio è cresciuta in modo sostanziale, in particolare nel settore dei trasporti e degli imballaggi.
Sebbene le tecniche di produzione non siano cambiate sostanzialmente, sono diventate notevolmente più efficienti. Negli ultimi 100 anni, la quantità di energia consumata per produrre un'unità di alluminio è diminuita del 70%.
Produzione
La produzione di alluminio dal minerale dipende dall'ossido di alluminio (Al2O3), che viene estratto dal minerale di bauxite. La bauxite contiene normalmente il 30-60% di ossido di alluminio (comunemente indicato come allumina) e si trova regolarmente vicino alla superficie terrestre. Questo processo può essere separato in due parti; (1) l'estrazione di allumina dalla bauxite e (2), la fusione del metallo dell'alluminio da allumina.
Separazione di allumina normalmente effettuata utilizzando il cosiddetto processo Bayer. Ciò comporta la frantumazione della bauxite in polvere, mescolandola con acqua per ottenere una sospensione, riscaldando e aggiungendo soda caustica (NaOH). La soda caustica scioglie l'allumina, che gli consente di passare attraverso i filtri, lasciando dietro di sé le impurità.
La soluzione di alluminato viene quindi drenata in serbatoi di precipitatore dove particelle di idrossido di alluminio vengono aggiunte come "semi". L'agitazione e il raffreddamento determinano l'idrossido di alluminio che precipita sul materiale di seme, che viene quindi riscaldato ed essiccato per produrre allumina.
Le celle elettrolitiche sono utilizzate per fondere alluminio da allumina nel processo scoperto da Charles Martin Hall.
L'allumina alimentata nelle cellule viene sciolta in un bagno fluorurato di criolite fusa a 1742 ° F (950 ° C).
Una corrente diretta di qualsiasi valore compreso tra 10.000 e 300.000 A viene inviata dagli anodi di carbonio nella cella attraverso la miscela a un guscio catodico. Questa corrente elettrica rompe l'allumina in alluminio e ossigeno. L'ossigeno reagisce con il carbonio per produrre anidride carbonica, mentre l'alluminio è attratto dal rivestimento cellulare del catodo di carbonio.
L'alluminio può quindi essere raccolto e portato in forni dove è possibile aggiungere materiale in alluminio riciclabile. Circa un terzo di tutto l'alluminio prodotto oggi proviene da materiale riciclato. Secondo la US Geological Survey, i maggiori paesi produttori di alluminio nel 2010 erano Cina, Russia e Canada.
applicazioni
Le applicazioni dell'alluminio sono troppo numerose per essere elencate e, a causa delle proprietà speciali del metallo, i ricercatori stanno trovando nuove applicazioni su base regolare.
In generale, l'alluminio e le sue numerose leghe sono utilizzate in tre grandi industrie; trasporto, imballaggio e costruzione.
L'alluminio, in una varietà di forme e leghe, è fondamentale per i componenti strutturali (telai e corpi) di aerei, automobili, treni e imbarcazioni. Circa il 70% di alcuni aerei commerciali è costituito da leghe di alluminio (misurate in peso). Se la parte richiede stress o resistenza alla corrosione o tolleranza alle alte temperature, il tipo di lega utilizzata dipende dai requisiti di ciascuna parte del componente.
Circa il 20% di tutto l'alluminio prodotto viene utilizzato nei materiali di imballaggio. Il foglio di alluminio è un materiale di imballaggio adatto agli alimenti perché non è tossico, mentre è anche un sigillante adatto per prodotti chimici a causa della sua bassa reattività ed è impermeabile alla luce, all'acqua e all'ossigeno. Solo negli Stati Uniti, circa 100 miliardi di lattine di alluminio vengono spedite ogni anno. Più della metà di questi sono infine riciclati.
A causa della sua durata e resistenza alla corrosione, circa il 15% di alluminio prodotto ogni anno viene utilizzato nelle applicazioni di costruzione. Questo include finestre e telai di porte, coperture, rivestimenti e strutture strutturali, nonché grondaie, persiane e porte da garage.
La conduttività elettrica dell'alluminio consente anche di essere utilizzata in linee di conduttori a lunga distanza. Rinforzati con acciaio, le leghe di alluminio sono più economiche del rame e riducono il cedimento dovuto al loro peso leggero.
Altre applicazioni per l'alluminio comprendono gusci e dissipatori di calore per elettronica di consumo, pali per illuminazione stradale, strutture per piattaforme petrolifere, finestre rivestite in alluminio, utensili da cucina, mazze da baseball e dispositivi di sicurezza riflettenti.
fonti:
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metalli al servizio dell'uomo . 11a edizione (1998).
USGS. Riassunti delle materie prime minerali: alluminio (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/