alumínium
Alumínium (lat. aluminium) egy kémiai elem az Periódusos rendszer-ben, amelynek a jelölése Al és a protonszáma 13. A sűrűsége alacsony, ezért a könnyűfémek közé tartozik. Az alumínium a földkéregben a harmadik leggyakoribb elem földkéreg (8,13 %). Csak a oxigén 46,60 % és a szilícium 22,72 % előfordulása nagyobb. A többi elemmel számos vegyületet képez, amelyek jelentős mértékben hozzájárulnak a földkéreg szerkezetéhez. A legnagyobb csoportot a szilikátok és alumínoszilikátok (kaolinit) alkotják, amelyek az alumínium legfontosabb forrásai. A legfontosabb bányászati nyersanyag a bauxit Al2O3 . nH2O, amely mellett előfordul alumíniumoxid formájában is, valamint a korund nevet viselő ásványként.
Történet
1827-ben a német kémikus és orvos 1827 Friedrich Wöhler fedezte fel az alumíniumot. Ekkor még ritka fémet képviselt. Dekoratív célra használták. A hadsereg egyenruháin Napoleon III. gombói is alumíniumból készültek. Az ára csökkent, amikor az első alumíniumgyár megépült Svájcban. Ennek könnyűsége miatt elkezdte helyettesíteni a vasat és más fémet. A legnagyobb felhasználási területe ott van, ahol nagy szilárdság szükséges kis súly mellett - repülőipar, burkolólapok, nyomásos öntések elsősorban az autóipar számára...
Az alapanyagok előkészítése
Az alumínium előállításának alapanyaga a tiszta alumíniumoxid Al2O3, amelyet a bauxit tisztításával nyernek, amely szennyezett oxidokkal, elsősorban titán, vas és szilícium oxidjaival. A bauxit tisztítása nátrium-hidroxid használatával nyomás alatt történik. A tisztított Al2O3 hozzáadásra kerül a kriolit Na3[AlF6] és fluorit CaF2, hogy csökkentsék a olvasáspont. Az alumínium-hidroxid Al(OH)3 amfotéros jellegét is kihasználják az alumínium-oxid elválasztásához a vas-hidroxidtól. A vas-hidroxid nem amfotéros, ezért nem oldódik lúgos hidroxidban. Ez azt jelenti, hogy ha például nátrium-hidroxidot adunk hozzá, csak az Al(OH)3 oldódik. Az így kapott szűrlet alumíniumionokat (Al3+) tartalmaz, amelyeket egyszerűen ismét alumínium-hidroxiddá alakíthatunk. Ebből szárítással nyerjük az alumínium-oxidot.
Az előállítás
A megolvasztás elektromos kemencében elektrolitikus folyamattal történik. Az elektrolízis egyirányú áramot használ. Elektrodák szén, koksz és decht keverékéből készülnek. Katód azok a lemezek, amelyekkel a kemence falát bélelik, az anód 6-12 szénből (grafitból) készült elektrodából álló köteg. A kád 20% Al2O3 oldatot tartalmaz, amely elektrolízisnek van kitéve. Ekkor kémiai reakció: az olvadék elektrolízise.
- Al2O3 → 2Al3+ + 3O2−
- Anód
- O2− - 2e− → O20
- O2 + C → CO2
- Katód
- Al3+ + 3e− → Al0
A szén elektrodákon kisül az oxigén, amely azonnal reagál a szénnel, és széndioxidot (CO2) képez. A katód lemezek, amelyekkel a kemence bélelve van, tiszta alumíniumot szolgáltatnak olvadék formájában. Ezt később agyagformákba öntik. Az alumínium előállítása nagyon energiaigényes.
Az Al, Al2O3 és Al(OH)3 amfotéros jellege
Az amfotéros jelleg azt jelenti, hogy reagál a savval és az alapanyaggal is.
- reakció a hidroxid-anionnal OH-
Al3+ → Al(OH)3 (S) → [Al(OH)4]-
Al(OH)3 (S) - fehér köd keletkezik
- reakció a H3O+ kationnal
[Al(OH)4]- → Al(OH)3 (S) → AI3+
Az előállítás Szlovákián
A hlinikárny Žiari nad Hronom területén a Slovalco cégben (a nagyobb részét a Hydro birtokolja) alumíniumot és ötvözeteket állítanak elő további feldolgozásra.[1] Például a Hydro Extrusion Slovakia alumíniumlemezeket, préselt profilt, építési rendszereket gyárt és árul.[2] További cég, amelyek működnek Žiari területén, az autóipari, fogyasztási és építőipari termékek gyártói és szállítói: Nemak, Fagor Ederlan Slovakia, Thermosolar.
Szlovákián a különböző alumínium kovacsillag elemeinek sorozatgyártására használt technológiákat a František Simančík vezetésével a Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV kutatói fejlesztették ki. Ezek a technológiák világszintű patentekkel védettek.[3]
Tulajdonságok és felhasználás
Az alumínium ellenáll a rozsda és a tűznek, és oxidálva Al2O3 formájában ég el. Minden környezetben, kivéve a savasban, ártalmatlan, a savasban oldódik (savas káposzta, tea). Mivel karcinogén és mérgező hatású (a metalproteinekben a fémet helyettesíti), tilos az alumínium edények használata.
Főként az aluminotermiában használják - ez egy fémet oxidjaiból nyerő módszer, amely az alumínium redukáló képességét használja ki.
pl. Fe2O3 + 2 Al = Al2O3 + 2 Fe
További felhasználási területe az alumínium - az alobal gyártása, a polyetilén és ötvözetek előállítása.
Az ötvözetek gyártása a fémiparban járművek és különféle könnyű szerkezetek előállítására szolgál.
A legismertebb alumíniumötvözet az dural (angolul durable aluminium), amely alumíniumötvözet szén és réz és magnézium (Al-Cu4-Mg). A dural főként a repülőiparban talált alkalmazást. Régebben használták otthoni tárgyak, mint a konyhai eszközök és edények gyártására - helyettesítette az drágább antikoro. Gyakran használják az elektrotechnikában jó elektromos vezetőképessége és az alacsonyabb ára miatt, mint a réz, ahol alumíniumötvözetből készülnek vezetők. Használják a magasfeszültségű hálózatok vezetékeiben (elektrorozvodná sieť). A lakások hálózatában a 80-as évek végén már nem használták. Ennek oka az, hogy az alumínium nyomás alatt „megfolyik” - az alumínium vezetékek elektromos csatlakozásait időnként újra kell szorítani, különben az elektromos kontaktus idővel megszűnik. Használják a kiváló hővezetés alapján különféle hűtők és hőcserélők gyártására. Az építőiparban burkolólapokként használják. Az alumínium kevéssé ellenáll a légköri hatásoknak, ezért felületi kezelés szükséges - eloxiálással (elektrokémiai módon oxidréteget hoznak létre a felületén, amely ellenálló és festhető, polírozható).
Ezenkívül használják a köves féleségeit korund Al2O3 - rubin és zafír. Az Al2O3 szintén szolgál a szemcsepapír gyártására.
A gyógyászatban például az alumínium-acetát Al(CH3COO)3 - a ecetsav sója; mint gyulladáscsökkentő kenőcs.
A kerámiaiparban is fontos szerepet játszik - például a porcelán és a durva kerámia gyártása. Az alapanyag a kaolín (a kaolinit nevű ásványt tartalmaz). A porcelán a kaolín és a törött kvarc keverékének égetéséből jön létre (a karlói porcelán híres). A durva kerámiából például tűzálló anyagot, tetőfedő anyagot, kerámiaedényt, virágágyásokat, csöveket stb. készítenek.
Az Al3+ ionok megtalálhatók a fogyasztóvízben, gyógyszerekben (acylpyrín, superpyrín - csökkenti a gyomor irritációját), pékáruhoz adott porokban, fagyasztott gyümölcsök és zöldségek (megjelenés miatt), habosítószereknél, száraz tejben, instant kávában stb.
A gyártásban fontos szerepet játszik a kovacsillag gyártása, nevezetesen a penovas alumínium, amelynek a merevsége és súlya közötti arány előnyös (például egy alumíniumpena lemez, összehasonlítva egy alumíniumlemezzel azonos súlyú, jelentősen nagyobb hajlító merevséget biztosít). A penovas anyag jobban csökkenti a rezgéseket és zajokat, amelyeket az alapanyagból készült teljes alumíniumból származó darabok okoznak.