Ta srebrna kovina se uporablja v številnih panogah: v avtomobilski industriji, proizvodnji letal, v gradbeništvu in seveda v energetiki. Aluminij je trinajsti element v periodnem sistemu Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva. Trenutno se ocenjuje, da predstavlja okoli 8% skupne mase trdne zemeljske skorje in je tretji kemijski element v smislu razširjenosti na planetu Zemlja, ki daje mesto samo kisiku in siliciju.
Zgodovina odkrivanja
Ker pa ima aluminij visoko kemijsko aktivnost, se v čisti obliki praktično ne pojavlja v naravi, zato je za razliko od mnogih drugih kovin postala znana šele na začetku 19. stoletja, ko je bil formalno pridobljen aluminij.
Leta 1824 je danski fizik v procesu elektrolize prvič pridobil aluminij. Čeprav je kovina vsebovala nečistoče živega srebra in kalija, je ta primer prvi dokazani primer proizvodnje aluminija v laboratoriju.
Ime znanstvenika, ki je vodil do revolucionarne metode, je bil Hans Christian Oersted. Ampak je skoraj pol stoletja za razvoj tehnologij za njegovo proizvodnjo v industrijski proizvodnji. Večina naravnega aluminija najdemo v aluminih mineralih. Po zaslugi tega minerala je aluminij dobil ime, ki v latinščini zveni Alumen.
Aluminijska ruda
V sodobnem svetu se pri proizvodnji aluminija uporablja aluminijeva ruda, ki je v naravi zelo razširjena - boksit. Boksitne kamnine so glinaste kamnine, ki vključujejo različne hidroksidne modifikacije z nečistočami, kot so krom, silicij, titan, žveplo, vanadij, magnezijeve karbonatne soli, kalcij in železo.
V boksitu lahko najdemo skoraj polovico kemičnih elementov periodnega sistema. Vrednost te rude je v tem, da so poleg ene tone aluminija, ki ga pridobivajo iz štirih ton boksita, nečistoče dragocene tudi za industrijo. Bel prah, aluminijev oksid (Al2O3), ki se imenuje tudi "aluminijev oksid", se med predelavo pridobiva iz boksita. To je iz aluminijevega oksida z elektrolizo v sodobnih podjetjih proizvajajo kovine.
Vloga električne energije v proizvodnji
S proizvodnjo aluminija se porabi ogromna količina električne energije. Da bi dobili eno tono kovine, se energija porabi toliko, da bi zadostovala za potrebe 100-stanovanjske stavbe za cel mesec. 15 MW * h. Zato se večina aluminijastih elektrarn nahaja v bližini hidroelektrarn, jedrskih elektrarn ali ima lastne termoelektrarne, kot tudi razvita struktura elektroenergetskih sistemov in omrežij.
Lastnosti aluminija
Aluminij ima redko kombinacijo lastnosti, kot so:
- majhna teža;
- plastika, električna prevodnost;
- sposobnost oblikovanja zlitin z drugimi kovinami.
Površina aluminija je vedno prekrita z zelo tankim oksidnim filmom, ki je zelo trpežen in ne dopušča korozije aluminija. Ta material, vroč in hladen, se zlahka obdeluje s pritiskom. Takšne metode predelave, kot so valjanje, žigosanje, risanje, so pogosto izdelane v podjetju v proizvodnji določenih delov.
Druga vrednost aluminija je, da je nestrupena, da ne izgoreva in da ne potrebuje dodatne barve: zaradi tega je njegova uporaba v avtomobilski in letalski industriji nepogrešljiv element. Presenetljiva je duktilnost aluminija: možno je izdelati pločevino in zelo tanko žico debeline samo 4 mikronov, debelina folije pa je trikrat tanjša od človeškega.
Zaradi sposobnosti aluminija za tvorbo spojin z veliko skupino kemičnih elementov se je pojavila velika skupina zlitin. Na primer, kombinacija aluminija in cinka se uporablja za ustvarjanje primerov za različne vrste tablet in telefonov, aluminij v kombinaciji magnezija in silicija se uporablja pri proizvodnji različnih vrst motorjev, kot del elementov šasije in različnih motorjev. V energetiki se uporabljajo različne zlitine.
Sodobna znanost še naprej proučuje in izumlja najnovejše vrste aluminijevih zlitin. Danes ni industrije, v kateri se aluminij ne uporablja. Lahko rečemo, da so takšne vrste industrije, kot so letalstvo, vesolje, energija, avtomobilska industrija, hrana, elektronski, zaradi sodobnega razvoja prejele aluminij in njegove zlitine.
Da ne omenjam tako pomembne lastnosti kot toplotna prevodnost. Konec koncev, ta lastnost kovine je potrebna pri proizvodnji ogrevalnih sistemov, električnih izdelkov, v avtomobilski in letalski industriji, v proizvodnji zavornih sistemov in podobno. Toplotna zmogljivost je proces prenosa toplotne energije v fizičnih telesih ali njihovih delcev iz vročih v hladne objekte na podlagi Fourierovega zakona. Konkurenca aluminija na tem področju je baker.
Torej, katera kovina ima visoko toplotno prevodnost? To ni povsem preprosto vprašanje. Znano je, da je aluminij pri srednjih temperaturah manj toplotno prevoden od bakra, toda pri nizkih temperaturah, in sicer pri 50 K, se toplotna prevodnost aluminija bistveno poveča, medtem ko ima bakra nižjo toplotno prevodnost. Tališče aluminija je 933, 61 K, kar je približno 660 ° C, pri čemer se zmanjšajo lastnosti Al, kot sta toplotna prevodnost in gostota.
Gostota srebrne kovine je odvisna od njene temperature in je odvisna od njenega stanja. Torej je pri temperaturi 27 ° C gostota aluminija enaka 2697 kg / m 3, pri tališču 660 ° C pa je njena gostota 2368 kg / m3 . Zmanjšanje gostote kovine glede na temperaturo je posledica njene širitve z neposrednim ogrevanjem.
Tabele lastnosti aluminija in bakra
Nato upoštevamo tabele fizikalnih lastnosti in toplotne prevodnosti aluminija in bakra pri različnih temperaturah.
- gostota Cu in Al, kg / m3;
- specifična toplota Cu in Al, J / (kg · K);
- toplotna difuzivnost Cu in Al, m2 / s;
- toplotna prevodnost Cu in Al, W / (m · K);
- električna upornost Cu in Al, Ohm · m;
- Lorentzova funkcija Cu in Al;
Tabela fizikalnih lastnosti aluminija
| T, K | kg / m 3 | J / (kg · K) | m 2 / s | W / (m · K) | Ohm · m | L / L0 |
| 50 | - | - | 358 | 1350 | 0, 0478 / 0, 0476 | - |
| 100 | 2.725 | 483.6 | 228 | 300, 4 / 302 | 0, 442 / 0, 440 | - |
| 200 | 2.715 | 800.2 | 109 | 236.8 / 237 | 1.587 / 1.584 | 0, 78 |
| 300 | 2.697 | 903.7 | 93.8 | 235.9 / 237 | 2.733 / 2.733 | 0, 88 |
| 400 | 2.675 | 951.3 | 93.6 | 238.8 / 240 | 3.866 / 3.875 | 0, 94 |
| 500 | 2.665 | 991.8 | 88.8 | 234.7 / 236 | 4.995 / 5.020 | 0, 96 |
| 600 | 2.652 | 1036.7 | 83.7 | 230.1 / 230 | 6.130 / 6.122 | 0, 95 |
| 700 | 2.626 | 1090.2 | 78.4 | 224.4 / 225 | 7.350 / 7.322 | 0, 96 |
| 800 | 2.595 | 1153.8 | 73.6 | 220.4 / 218 | 8.700 / 8.614 | 0, 97 |
| 900 | 2.560 | 1228.2 | 69.2 | 217.6 / 210 | 10.18 / 10.005 | 0, 99 |
| 933, 61s | 2.550 | 1255.8 | 68, 0 | 217, 7 / 208 | 10, 74 / 10, 565 | 1 |
| 933, 61l | 2.368 | 1176.7 | 35.2 | 98.1 | - 24, 77 | 1.06 |
| 1000 | 2.350 | 1176.7 | 36.4 | 100.6 | - 25.88 | 1.06 |
| 1200 | 2.290 | 1176.7 | 39.5 | 106.4 | - 28, 95 | 1.04 |
| 1400 | - | 1176.7 | 42.4 | - | - 31, 77 | - |
| 1600 | - | 1176.7 | 44.8 | - | - 34.40 | - |
| 1800 | - | 1176.7 | 46.8 | - | - 36, 93 | - |
Tabela fizikalnih lastnosti bakra
| T, K | kg / m 3 | J / (kg · K) | m 2 / s | W / (m · K) | Ohm · m | L / L0 |
| 50 | - | - | - | 1250 | 0, 0518 | - |
| 100 | - | - | - | 482 | 0, 348 | - |
| 200 | - | - | 130 | 413 | 1, 048 | - |
| 300 | 8.933 | 385, 0 | 117 | 401.9 / 401 | 1.725 | 0, 945 |
| 400 | 8.870 | 3.97.7 | 111 | 391.5 / 393 | 2.402 | 0, 961 |
| 500 | 8.628 | 408.0 | 107 | 385.4 / 386 | 3.090 | 0, 976 |
| 600 | 8.779 | 416.9 | 103 | 376.9 / 379 | 3.792 | 0, 976 |
| 700 | 8.726 | 425.1 | 99.7 | 369, 7 / 373 | 4.514 | 0, 976 |
| 800 | 8.656 | 432.9 | 96.3 | 360, 8 / 366 | 5.262 | 0, 973 |
| 900 | 8.622 | 441.7 | 93.3 | 355.3 / 359 | 6.041 | 0, 979 |
| 1000 | 8.567 | 451.4 | 90.3 | 349.2 / 352 | 6.868 | 0, 979 |
| 1100 | 8.509 | 464.3 | 85.5 | 337.6 / 346 | 7.717 | 0, 972 |
| 1200 | 8.451 | 480.8 | 80.6 | 327.5 / 339 | 8.626 | 0, 970 |
| 1300 | 8.394 | 506.5 | 75.8 | 322.1 / 332 | 9.592 | 0, 972 |
| 1357.6s | 8.361 | 525.2 | 72.3 | 317 | 10.171 | 0, 972 |
| 1357.6l | 8.00 | 513, 9 | 41.2 | 175 | 21.01 | 1.08 |
| 1400 | 7.98 | 513, 9 | 42.7 | 175 | 21.43 | 1.08 |
Iz vsega zgoraj navedenega je jasno razvidno, da je aluminij ena od prednostnih kovin v industriji, vendar ima še eno lastnost: ta kovina in njene zlitine se lahko več kot enkrat stali, ne da bi pri tem izgubili svoje značilnosti. Med drugim je bolj ekonomično kot rudarstvo. Torej, pri enem prihranku električne energije presega 14 kW / h. Ocenjuje se, da se trenutno uporablja 75% aluminija in njegovih zlitin.