Alumiini

Alumiini
←  Magnesium | Pii  →
13 B

Al

Ga
Jaksollinen elementtijärjestelmä13 Al
Yksinkertaisen aineen ulkonäkö
alumiini näyte
Atomin ominaisuudet
Nimi, symboli, numero Alumiini / Alumiini (Al), 13
Ryhmä , jakso , lohko 13 (vanhentunut 3), 3,
p-elementti
Atomimassa
( moolimassa )
26.9815386(8) [1]  a. e. m  ( g / mol )
Elektroninen konfigurointi [Ne] 3s 2 3p 1
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
Elektronit kuorissa _ 2, 8, 3
Atomin säde klo 143
Kemiallisia ominaisuuksia
kovalenttinen säde klo 121 ± 16 
Van der Waalsin säde klo 184 
Ionin säde 51 (+3e)  pm
Elektronegatiivisuus 1,61 (Pauling-asteikko)
Elektrodin potentiaali -1,66 V
Hapetustilat 0, +3
Ionisaatioenergia

1.: 577,5 (5,984)  kJ / mol  ( eV )


2.: 1816,7 (18,828)  kJ / mol  ( eV )
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet
Termodynaaminen vaihe Kiinteä
Tiheys ( n.a. ) 2,6989 g/cm³
Sulamislämpötila 660 °C, 933,5 K
Kiehumislämpötila 2518,82°C, 2792K
Oud. sulamisen lämpöä 10,75 kJ/mol
Oud. haihtumislämpö 284,1 kJ/mol
Molaarinen lämpökapasiteetti 24,35 [2] 24,2 [3]  J/(K mol)
Molaarinen tilavuus 10,0  cm³ / mol
Yksinkertaisen aineen kidehila
Hilarakenne Cubic FCC
Hilan parametrit 4.050Å  _
Debye lämpötila 394 000  _
Muut ominaisuudet
Lämmönjohtokyky (300 K) 237 W/(m K)
Äänen nopeus 5200  m/s
CAS-numero 7429-90-5
Päästöspektri
13 Alumiini
Al26,9816
3s 2 3p 1

Alumiini ( kemiallinen symboli - Al , lat.  Al uminium ) - kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon kolmannen jakson 13. ryhmän kemiallinen alkuaine ( vanhentuneen luokituksen mukaan - kolmannen ryhmän pääalaryhmä IIIA) . D. I. Mendelejev , atominumero 13.

Yksinkertainen alumiiniaine  on kevyt , hopeanvalkoinen paramagneettinen metalli , jota voidaan helposti muovata , valaa ja työstää. Alumiinilla on korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus , korroosionkestävyys , koska muodostuu nopeasti vahvoja oksidikalvoja , jotka suojaavat pintaa lisävuorovaikutukselta .

Kuuluu kevytmetallien ryhmään . Yleisin metalli ja kolmanneksi yleisin alkuaine maankuoressa ( hapen ja piin jälkeen ).

Historia

Elementin nimi on johdettu sanasta lat.  alumeni  - alum [4] .

Alumiinin hankki ensimmäisenä tanskalainen fyysikko Hans Oersted vuonna 1825 . Hän pelkisti tämän alkuaineen kloridin kaliumamalgaamilla kuumennettaessa ja eristi metallin. Myöhemmin Oerstedin menetelmää paransi Friedrich Wöhler , hän käytti puhdasta metallista kaliumia alumiinikloridin pelkistämiseen metalliksi ja kuvaili myös alumiinin kemiallisia ominaisuuksia.

Ensimmäistä kertaa puoliteollisella tavalla alumiinia hankittiin vuonna 1854 Saint-Clair Deville Wöhler-menetelmällä korvaten kaliumin turvallisemmalla natriumilla. Vuotta myöhemmin Pariisin näyttelyssä 1855 hän esitteli metalliharkon ja vuonna 1856 hän sai alumiinia elektrolyysillä alumiinikloridi-natrium-kaksoissuolan sulasta.

Ennen laajamittaisen teollisen elektrolyyttisen prosessin kehittämistä alumiinin valmistamiseksi alumiinioksidista tämä metalli oli kalliimpaa kuin kulta . Vuonna 1889 britit , jotka halusivat kunnioittaa venäläistä kemistiä D. I. Mendeleevia runsaalla lahjalla , esittivät hänelle analyyttisen vaa'an , jossa kupit oli valmistettu kullasta ja alumiinista [5] [6] .

Venäjällä alumiinia kutsuttiin tuolloin " hopeaksi savesta" tai lyhyesti sanottuna saveksi , koska saven pääainesosa on alumiinioksidi Al 2 O 3 . C. Hall ja P. Eru kehittivät itsenäisesti vuonna 1886 teollisen menetelmän metallin valmistamiseksi elektrolyysillä kryoliitissa olevasta Al 2 O 3 -sulasta.

Alumiiniyhdisteet, esimerkiksi alumiinin ja kaliumin kaksoissuola - aluna KAl (SO 4 ) 2 • 12H 2 O - tunnetaan ja niitä on käytetty muinaisista ajoista lähtien.

Luonnossa oleminen

Yleisyys

Maankuoren esiintyvyyden mukaan se on metallien joukossa 1. ja alkuaineiden joukossa kolmas, toiseksi vain hapen ja piin jälkeen . Eri tutkijoiden mukaan alumiinin massapitoisuudeksi maankuoressa on arvioitu 7,45-8,14 % [7] .

Luonnolliset alumiiniyhdisteet

Luonnossa alumiinia esiintyy korkean kemiallisen aktiivisuutensa vuoksi lähes yksinomaan yhdisteiden muodossa. Jotkut luonnossa esiintyvistä alumiinimineraaleista ovat:

Joissakin erityisissä pelkistävissä olosuhteissa ( vulkaaniset aukot ) on kuitenkin löydetty pieniä määriä natiivia metallista alumiinia [8] .

Luonnollisissa vesissä alumiinia löytyy vähän myrkyllisten kemiallisten yhdisteiden, kuten alumiinifluoridin , muodossa . Kationin tai anionin tyyppi riippuu ennen kaikkea vesipitoisen väliaineen happamuudesta . Alumiinipitoisuudet Venäjän vesistöissä vaihtelevat välillä 0,001-10 mg/l. Merivedessä sen pitoisuus on 0,01 mg/l [ 9] .

Alumiinin isotoopit

Luonnonalumiinia koostuu lähes kokonaan yhdestä stabiilista isotoopista , 27 Al, jossa on mitättömät jäännökset 26 Al : sta, pisimmän iän radioaktiivisesta isotoopista, jonka puoliintumisaika on 720 tuhatta vuotta . -energia kosmisen säteen protonit .

Haetaan

Alumiini muodostaa vahvan kemiallisen sidoksen hapen kanssa . Muihin metalleihin verrattuna alumiinin pelkistäminen metalliksi luonnonoksideista ja alumiinisilikaateista on vaikeampaa sen korkean reaktiivisuuden ja kaikkien sen malmien, kuten bauksiitin , korundin , korkean sulamispisteen vuoksi .

Perinteinen pelkistys metalliksi polttamalla oksidia hiilellä (kuten esimerkiksi metallurgisissa prosesseissa raudan pelkistämiseksi) on mahdotonta, koska alumiinilla on suurempi affiniteetti happea kohtaan kuin hiilellä.

On mahdollista saada alumiinia pelkistämällä alumiinia epätäydellisesti, jolloin muodostuu välituote - alumiinikarbidi Al 4 C 3 , joka hajoaa edelleen 1900-2000 °C:ssa metallisen alumiinin muodostuessa. Tätä alumiinin valmistusmenetelmää tutkitaan, sen oletetaan olevan kannattavampi kuin klassinen alumiininvalmistusmenetelmä, Hall-Héroult-prosessi , koska se vaatii vähemmän energiaa ja johtaa vähemmän CO 2 : n muodostumiseen. 10] .

Nykyaikaisen valmistusmenetelmän, Hall-Héroult-prosessin kehittivät itsenäisesti amerikkalainen Charles Hall ja ranskalainen Paul Héroux vuonna 1886. Se koostuu alumiinioksidin Al 2 O 3 : n liuottamisesta kryoliitti Na 3 AlF 6 : n sulatteeseen ja sen jälkeen elektrolyysistä käyttämällä kuluvia koksia tai grafiittianodielektrodeja . Tämä menetelmä vaatii erittäin suuria määriä sähköä, ja siksi se tuli teolliseen käyttöön vasta 1900-luvulla .

Elektrolyysi kryoliittisulassa:

1000 kg raakaalumiinin, 1920 kg alumiinioksidin , 65 kg kryoliittia , 35 kg alumiinifluoridia , 600 kg anodigrafiittielektrodeja ja noin 17 MWh (~61 GJ) tuottamiseen tarvitaan [11] .

Friedrich Wöhler ehdotti laboratoriomenetelmää alumiinin valmistamiseksi vuonna 1827 pelkistämällä vedetön alumiinikloridi kaliummetallilla (reaktio etenee kuumennettaessa ilman ilmaa):

Fysikaaliset ominaisuudet

Alumiini muodostaa seoksia lähes kaikkien metallien kanssa. Tunnetuimpia ovat seokset, joissa on kuparia , magnesiumia ( duralumiini ) ja piitä ( silumin ).

Alumiinin lämmönjohtavuus on kaksinkertainen raudan ja puolet kuparin lämmönjohtavuudesta.

Kemialliset ominaisuudet

Normaaleissa olosuhteissa alumiini on peitetty ohuella ja vahvalla oksidikalvolla , joten se ei reagoi klassisten hapettimien kanssa : O 2 :n , HNO 3 :n (ilman kuumennusta), H 2 SO 4 :n (kons.) kanssa, mutta reagoi helposti HCl :n ja H :n kanssa. 2 SO 4 (razb) . Tästä johtuen alumiini ei käytännössä ole alttiina korroosiolle ja siksi sitä tarvitaan laajalti nykyaikaisessa teollisuudessa. Kuitenkin, kun oksidikalvo tuhoutuu (esimerkiksi joutuessaan kosketuksiin ammoniumsuolojen NH4 + liuosten, kuumien alkalien kanssa tai sulautumisen seurauksena ), alumiini toimii aktiivisena pelkistävänä metallina. Oksidikalvon muodostuminen voidaan estää lisäämällä alumiiniin metalleja, kuten galliumia , indiumia tai tinaa . Tässä tapauksessa alumiinipinta kostutetaan näihin metalleihin perustuvalla matalassa lämpötilassa sulavalla eutektiikalla [12] .

Reagoi helposti yksinkertaisten aineiden kanssa:

Alumiinisulfidi ja alumiinikarbidi hydrolysoituvat täysin:

Monimutkaisilla aineilla:

Tuotanto ja markkinat

Alumiinin tuotannosta ennen 1800-lukua ei ole luotettavaa tietoa. Väite, joka joskus löydettiin viitaten Pliniusin Natural History -kirjaan , että alumiini tunnettiin keisari Tiberiuksen aikana, perustuu lähteen väärintulkintaan [14] .

Vuonna 1825 tanskalainen fyysikko Hans Christian Oersted sai useita milligrammoja metallista alumiinia, ja vuonna 1827 Friedrich Wöhler pystyi eristämään alumiinirakeita, jotka kuitenkin heti peittyivät ohuella alumiinioksidikalvolla ilmassa.

1800-luvun loppuun asti alumiinia ei tuotettu teollisessa mittakaavassa.

Vasta vuonna 1854 Henri Saint-Clair Deville (hänen tutkimuksen rahoitti Napoleon III toivoen, että alumiini olisi hyödyllinen hänen armeijalleen [15] ) keksi ensimmäisen menetelmän alumiinin teolliseen tuotantoon, joka perustui alumiinin korvaamiseen natriumilla . metalli kaksoisnatriumkloridista ja alumiinista NaCl AlCl 3 . Vuonna 1855 saatiin ensimmäinen 6–8 kg painava metalliharkko. 36 käyttövuoden ajan, vuosina 1855-1890 , saatiin 200 tonnia alumiinimetallia Saint-Clair Deville -menetelmällä. Vuonna 1856 hän sai myös alumiinia elektrolyysillä natrium-alumiinikloridisulasta.

Vuonna 1885 Saksan Gmelingemin kaupunkiin rakennettiin alumiinin tuotantolaitos, joka toimii Nikolai Beketovin ehdottaman tekniikan mukaisesti . Beketovin tekniikka ei juurikaan eronnut Devillen menetelmästä, mutta se oli yksinkertaisempi ja koostui kryoliitin (Na 3 AlF 6 ) ja magnesiumin vuorovaikutuksesta . Viiden vuoden aikana tämä tehdas tuotti noin 58 tonnia alumiinia - yli neljänneksen maailman metallituotannosta kemiallisin keinoin vuosina 1854-1890.

Vuonna 1885 Sergiev Posadin kaupunkiin Moskovan maakunnassa teollisuusmies A. A. Novoveisky perusti Venäjän ensimmäisen alumiinitehtaan, jossa metallia valmistettiin Saint-Clair Deville -menetelmällä. Tehdas suljettiin vuonna 1889, koska se ei kestänyt ulkomaisten alumiinintuottajien kilpailua. [16]

Yhdysvalloissa Charles Hallin ja ranskalaisen Paul Héroux'n ( 1886 ) lähes samanaikaisesti keksimä menetelmä, joka perustuu alumiinin valmistukseen sulaan kryoliittiin liuotetun alumiinioksidin elektrolyysillä, loi perustan nykyaikaiselle alumiinin valmistusmenetelmälle. Sen jälkeen alumiinin tuotanto on parantunut sähkötekniikan parannusten ansiosta. Venäläiset tutkijat K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin ja muut antoivat merkittävän panoksen alumiinioksidituotannon kehittämiseen .

Neuvostoliiton ensimmäinen alumiinitehdas rakennettiin vuonna 1932 Volhovin kaupunkiin . Neuvostoliiton metallurginen teollisuus tuotti vuonna 1939 47,7 tuhatta tonnia alumiinia, ja vielä 2,2 tuhatta tonnia tuotiin.

Toinen maailmansota vauhditti suuresti alumiinin tuotantoa. Joten vuonna 1939 sen maailmanlaajuinen tuotanto, Neuvostoliittoa lukuun ottamatta, oli 620 tuhatta tonnia, mutta vuoteen 1943 mennessä se oli kasvanut 1,9 miljoonaan tonniin.

Vuoteen 1956 mennessä maailma tuotti 3,4 miljoonaa tonnia primäärialumiinia, vuonna 1965  - 5,4 miljoonaa tonnia, vuonna 1980  - 16,1 miljoonaa tonnia, vuonna 1990  - 18 miljoonaa tonnia.

Vuonna 2007 maailma tuotti 38 miljoonaa tonnia primaarialumiinia ja vuonna 2008  - 39,7 miljoonaa tonnia. Tuotannon johtajia olivat [17] :

  1.  Kiina (tuotettiin 12,60 miljoonaa tonnia vuonna 2007 ja 13,50 miljoonaa tonnia vuonna 2008)
  2.  Venäjä (3,96/4,20)
  3.  Kanada (3.09/3.10)
  4.  Yhdysvallat (2,55/2,64)
  5.  Australia (1,96/1,96)
  6.  Brasilia (1,66/1,66)
  7.  Intia (1,22/1,30)
  8.  Norja (1,30/1,10)
  9.  Arabiemiirikunnat (0,89/0,92)
  10.  Bahrain (0,87/0,87)
  11.  Etelä-Afrikka (0,90/0,85)
  12.  Islanti (0,40/0,79)
  13.  Saksa (0,55/0,59)
  14.  Venezuela (0,61/0,55)
  15.  Mosambik (0,56/0,55)
  16.  Tadžikistan (0,42/0,42)

Vuonna 2016 alumiinia valmistettiin 59 miljoonaa tonnia [18] [19]

Vuonna 2019 alumiinia tuotettiin 63,69 miljoonaa tonnia [20]

Maailmanmarkkinoilla varasto on 2,224 miljoonaa tonnia ja keskimääräinen päivittäinen tuotanto  on 128,6 tuhatta tonnia (2013,7) [21] .

Venäjällä alumiinin tuotantomonopoli on Russian Aluminium -yhtiö, jonka osuus maailman alumiinimarkkinoista on noin 13 prosenttia ja alumiinioksidista 16 prosenttia [22] .

Maailman bauksiittivarat ovat käytännössä rajattomat, toisin sanoen ne eivät ole suhteessa kysynnän dynamiikkaan. Nykyinen kapasiteetti voi tuottaa jopa 44,3 miljoonaa tonnia primäärialumiinia vuodessa. On myös otettava huomioon, että tulevaisuudessa osa alumiinin sovelluksista voidaan suunnata uudelleen esimerkiksi komposiittimateriaalien käyttöön .

Alumiinin hinnat (kansainvälisten hyödykepörssien huutokaupoissa) vuosina 2007–2015 olivat keskimäärin 1253–3291 dollaria tonnilta [23] .

Vuoden 2019 lopussa hinta oli 1951 USD/tonni [24] . Alumiinin maailmanlaajuinen kysyntä vuonna 2019 oli 67,5 miljoonaa tonnia, kokonaiskustannukset 131 miljardia Yhdysvaltain dollaria [25] . Syyskuussa 2021 alumiinin hinta nousi 2 897 dollariin tonnilta. Odotettu hinta vuonna 2022 on 3010 US dollaria / tonni [26]

Sovellus

Laajalti käytetty rakennemateriaalina. Alumiinin tärkeimmät edut tässä ominaisuudessa ovat keveys, sitkeys leimaamiseen, korroosionkestävyys (ilmassa alumiini peittyy välittömästi vahvalla Al 2 O 3 -kalvolla , joka estää sen hapettumisen edelleen), korkea lämmönjohtavuus, sen myrkyttömyys. yhdisteet. Erityisesti nämä ominaisuudet ovat tehneet alumiinista erittäin suositun keittoastioiden valmistuksessa, elintarviketeollisuuden alumiinifolion valmistuksessa ja pakkauksissa. Kolme ensimmäistä ominaisuutta tekivät alumiinista pääraaka-aineen ilmailu- ja avaruusteollisuudessa (äskettäin se on hiljalleen korvattu komposiittimateriaaleilla , pääasiassa hiilikuidulla ).

Alumiinin suurin haitta rakennemateriaalina on sen alhainen lujuus, joten sen vahvistamiseksi se yleensä seostetaan pienellä määrällä kuparia ja magnesiumia (seosta kutsutaan duralumiiniksi ).

Alumiinin sähkönjohtavuus on vain 1,7 kertaa pienempi kuin kuparin , kun taas alumiini on noin 4 kertaa halvempi [27] kilogrammaa kohden, mutta 3,3 kertaa pienemmän tiheyden vuoksi se tarvitsee noin 2 kertaa yhtä suuren vastuksen saavuttamiseksi. Siksi sitä käytetään laajalti sähkötekniikassa johtojen valmistukseen, niiden suojaukseen ja jopa mikroelektroniikkaan , kun johtimia kerrostetaan mikropiirikiteiden pinnalle . Alumiinin pienempi sähkönjohtavuus (3,7·10 7 S/m) verrattuna kupariin (5,84·10 7 S/m) saman sähkövastuksen ylläpitämiseksi kompensoituu alumiinin poikkileikkausalan kasvulla. johtimia. Alumiinin haittana sähkömateriaalina on vahvan dielektrisen oksidikalvon muodostuminen sen pinnalle, mikä vaikeuttaa juottamista ja aiheuttaa kosketusvastuksen heikkenemisen vuoksi lisääntynyttä kuumenemista sähköliitännöissä, mikä puolestaan ​​vaikuttaa haitallisesti sähkökosketuksen luotettavuus ja eristyksen tila. Siksi erityisesti vuonna 2002 hyväksytyssä sähköasennussäännöissä 7. painos kieltää alumiinijohtimien käytön, joiden poikkileikkaus on alle 16 mm² - mikä itse asiassa rajoittaa sen soveltamisalan ammattilaisten huoltamiin sähkö- ja pääjohtoihin. , tasoita asennuksen aikana ilmoitettu haitta erikoiskeinoilla .

Pelkistysaineena

Rautametallurgiassa

Alumiiniseokset

Rakennemateriaalina ei yleensä käytetä puhdasta alumiinia, vaan erilaisia ​​siihen perustuvia seoksia [28] . Tässä artikkelissa metalliseossarjan nimitys on annettu Yhdysvalloille (standardi H35.1 ANSI ) ja Venäjän GOST :n mukaan. Venäjällä tärkeimmät standardit ovat GOST 1583 "Valettuja alumiiniseoksia. Tekniset tiedot" ja GOST 4784 "Alumiini ja muokatut alumiiniseokset. Merkit. Myös alumiiniseoksille ja niiden merkinnöille on olemassa UNS -merkintä ja kansainvälinen standardi ISO R209 b.

Tämän järjestelmän seoksissa, jotka sisältävät enintään 6 % Mg:ta, muodostuu eutektinen Al 3 Mg 2 -järjestelmä, joka liittyy alumiinipohjaiseen kiinteään liuokseen. Teollisuudessa yleisimmin käytettyjä seoksia, joiden magnesiumpitoisuus on 1-5 %.

Mg-pitoisuuden kasvu lejeeringissä lisää merkittävästi sen lujuutta. Jokainen magnesiumprosentti lisää lejeeringin vetolujuutta 30 MPa:lla ja myötörajaa  20 MPa:lla. Tässä tapauksessa suhteellinen venymä pienenee hieman ja on välillä 30–35 %.

Seokset, joiden magnesiumpitoisuus on enintään 3 % (massasta), ovat rakenteellisesti stabiileja huoneen- ja korotetuissa lämpötiloissa, jopa merkittävästi kylmätyöstetyssä tilassa . Kun magnesiumin pitoisuus työkarkaistussa tilassa kasvaa, lejeeringin rakenne muuttuu epävakaaksi. Lisäksi magnesiumpitoisuuden nousu yli 6 % johtaa lejeeringin korroosionkestävyyden heikkenemiseen.

Al-Mg-järjestelmän lujuusominaisuuksien parantamiseksi metalliseokset seostetaan kromilla, mangaanilla, titaanilla, piillä tai vanadiinilla. He yrittävät välttää kuparin ja raudan pääsyn tämän järjestelmän seoksiin, koska ne vähentävät niiden korroosionkestävyyttä ja hitsattavuutta.

Al-Mn-järjestelmän metalliseosten pääepäpuhtaudet ovat rauta ja pii. Molemmat näistä alkuaineista vähentävät mangaanin liukoisuutta alumiiniin. Hienorakeisen rakenteen saamiseksi tämän järjestelmän seokset seostetaan titaanilla.

Riittävä määrä mangaania varmistaa kylmämuokatun metallirakenteen stabiilisuuden huoneen- ja korotetuissa lämpötiloissa.

Seostusaineina voidaan käyttää mangaania , piitä , rautaa ja magnesiumia . Lisäksi jälkimmäisellä on voimakkain vaikutus lejeeringin ominaisuuksiin: seostus magnesiumin kanssa lisää merkittävästi vetolujuutta ja myötölujuutta . Piin lisääminen seokseen lisää sen keinotekoista vanhenemista. Seostaminen raudalla ja nikkelillä lisää toisen sarjan metalliseosten lämmönkestävyyttä.

Näiden metalliseosten työkarkaisu karkaisun jälkeen nopeuttaa keinotekoista ikääntymistä ja lisää myös lujuutta ja kestävyyttä jännityskorroosiota vastaan.

Näiden metalliseosten merkittävä haitta on kuitenkin erittäin alhainen jännityskorroosionkestävyys. Jännityksellä olevien metalliseosten korroosionkestävyyttä voidaan lisätä seostamalla kuparilla.

On mahdotonta olla huomaamatta 1960-luvulla havaittua säännönmukaisuutta: litiumin esiintyminen metalliseoksissa hidastaa luonnollista ja nopeuttaa keinotekoista ikääntymistä. Lisäksi litiumin läsnäolo vähentää lejeeringin ominaispainoa ja lisää merkittävästi sen kimmokerrointa. Tämän löydön tuloksena on kehitetty uusia Al-Mg-Li-, Al-Cu-Li- ja Al-Mg-Cu-Li-lejeerinkijärjestelmiä.

Alumiini muiden metalliseosten lisäaineena

Alumiini on tärkeä komponentti monissa metalliseoksissa. Esimerkiksi alumiinipronsseissa pääkomponentit ovat kupari ja alumiini. Magnesiumseoksissa alumiinia käytetään useimmiten lisäaineena. Sähkölämmittimien spiraalien valmistukseen käytetään Fechralia (Fe, Cr, Al) (muiden seosten kanssa ). Alumiinin lisääminen niin kutsuttuihin "vapaaleikkausteräksiin" helpottaa niiden käsittelyä, jolloin valmiin osan irtoaminen tangosta prosessin lopussa on selvä.

Korut

Kun alumiini oli erittäin kallista, siitä valmistettiin erilaisia ​​koruja. Joten Napoleon III tilasi alumiininapit, ja vuonna 1889 Mendeleev sai vaa'at kullasta ja alumiinista tehdyillä kulhoilla. Alumiinikorujen muoti katosi heti, kun niiden tuotantoon ilmestyi uusia tekniikoita, mikä alensi kustannuksia moninkertaisesti. Nyt alumiinia käytetään joskus pukukorujen valmistuksessa .

Japanissa alumiinia käytetään perinteisten korujen valmistuksessa korvaten hopeaa .

Ruokailuvälineet

Napoleon III:n tilauksesta valmistettiin alumiiniset ruokailuvälineet, jotka tarjoiltiin gaalaillallisilla hänelle ja arvostetuimmille vieraille. Muut vieraat käyttivät samaan aikaan kullasta ja hopeasta valmistettuja laitteita [30] .

Sitten alumiiniset ruokailuvälineet yleistyivät, ajan myötä alumiinisten keittiövälineiden käyttö väheni merkittävästi, mutta vieläkin niitä voi nähdä vain joissakin ravintoloissa - huolimatta joidenkin asiantuntijoiden lausunnoista alumiinin haitallisuudesta ihmisten terveydelle. . Lisäksi tällaiset laitteet menettävät lopulta houkuttelevan ulkonäkönsä naarmujen vuoksi ja muotonsa alumiinin pehmeyden vuoksi.

Armeijan välineet on valmistettu alumiinista: lusikat, keilarit, pullot.

Lasinvalmistus

Lasinvalmistuksessa käytetään fluoria , fosfaattia ja alumiinioksidia . _

Elintarviketeollisuus

Alumiini on rekisteröity elintarvikelisäaineeksi E173 .

Alumogel - geelimäinen sakka, joka muodostuu alumiinihydroksidin nopean saostumisen aikana suolaliuoksista, jolla ei ole kiteistä rakennetta ja joka sisältää suuren määrän vettä, käytetään antasidien, kipulääkkeiden ja vaippa-aineiden pohjana ( algeldraatti ; sekoitettuna magnesiumin kanssa hydroksidi - almagel, maalox, gastracid jne.) maha-suolikanavan sairauksissa.

Sotateollisuus

Metallin halpa ja paino johtivat laajaan käyttöön pienaseiden, erityisesti konekiväärien ja pistoolien valmistuksessa [31] [32] .

Alumiini ja sen yhdisteet rakettiteollisuudessa

Alumiinia ja sen yhdisteitä käytetään korkean suorituskyvyn ponneaineena bipropellenteissä ja ponneaineena kiinteissä ponneaineissa. Seuraavat alumiiniyhdisteet ovat eniten kiinnostavia rakettipolttoaineina:

Trietyylialumiinia (yleensä sekoitettuna trietyylibooriin ) käytetään myös kemialliseen sytytykseen (käynnistyspolttoaineena) rakettimoottoreissa, koska se syttyy itsestään happikaasussa. Alumiinihydridiin perustuvilla rakettipolttoaineilla on hapettimesta riippuen seuraavat ominaisuudet [33] :

Hapettaja Ominaistyöntövoima
(P1, s)
Palamislämpötila , °
С
Polttoaineen tiheys
, g/cm³
Nopeuden lisäys,
Δ V id , 25, m/s
Polttoaineen painopitoisuus ,
%
Fluori 348,4 5009 1.504 5328 25
Tetrafluorihydratsiini 327,4 4758 1.193 4434 19
ClF 3 287,7 4402 1,764 4762 kaksikymmentä
ClF 5 303,7 4604 1,691 4922 kaksikymmentä
Perkloryylifluoridi 293,7 3788 1,589 4617 47
happifluoridi 326,5 4067 1.511 5004 38.5
Happi 310.8 4028 1.312 4428 56
Vetyperoksidi 318.4 3561 1,466 4806 52
N 2 O 4 300,5 3906 1,467 4537 47
Typpihappo 301.3 3720 1,496 4595 49

Alumiinienergia

Alumiinienergia käyttää alumiinia yleismaailmallisena sekundaarienergian kantajana. Sen sovellukset tässä ominaisuudessa ovat: [34]

Alumiini maailman kulttuurissa

Biologinen rooli ja myrkyllisyys

Huolimatta laajasta levinneisyydestään luonnossa, tällä hetkellä yhdenkään elävän olennon ei tiedetä käyttävän alumiinia aineenvaihdunnassa  - se on "kuollut" metalli. Sillä on heikko myrkyllinen vaikutus (paljon vähemmän kuin "raskasmetallien"), mutta monet vesiliukoiset epäorgaaniset alumiiniyhdisteet pysyvät liuenneina pitkään ja voivat juodessa vaikuttaa haitallisesti ihmisiin ja lämminverisiin eläimiin. vettä. Myrkyllisimpiä ovat kloridit, nitraatit, asetaatit, sulfaatit jne. Ihmisille seuraavilla alumiiniyhdisteiden annoksilla (mg / painokilo) on myrkyllinen vaikutus nieltynä :

Ensinnäkin se vaikuttaa hermostoon (kertyy hermokudokseen, mikä johtaa vakaviin keskushermoston toiminnan häiriöihin). Alumiinin neurotoksisia ominaisuuksia on kuitenkin tutkittu 1960-luvun puolivälistä lähtien, koska metallin kertymistä ihmiskehoon estää sen erittymismekanismi. Normaalioloissa virtsaan voi erittyä jopa 15 mg alkuainetta päivässä . Näin ollen suurin negatiivinen vaikutus havaitaan ihmisillä, joilla on heikentynyt munuaisten erittymistoiminto. Huolimatta mahdollisuudesta erittyä elimistöstä, alumiini voi tutkimusten mukaan kerääntyä luiden, aivojen, maksan ja munuaisten kudoksiin [36] .

Venäjällä juomaveden alumiinipitoisuuden standardi on 0,2 mg/l. Samalla valtion ylilääkäri voi nostaa tämän MPC:n arvoon 0,5 mg/l kyseisellä alueella tietyn vesihuoltojärjestelmän osalta.

Joidenkin biologisten tutkimusten mukaan alumiinin saantia ihmiskehossa pidettiin tekijänä Alzheimerin taudin kehittymisessä [37] [38] , mutta näitä tutkimuksia kritisoitiin myöhemmin, ja päätelmä toisen yhteydestä toiseen oli kumottu [39] [40] [41] .

Alumiiniyhdisteet voivat myös stimuloida rintasyöpää [42] alumiinikloridin antiperspirantteilla [ 43 ] . Mutta tämän tueksi on vähemmän tieteellistä näyttöä kuin päinvastoin.

Muistiinpanot

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Alkuaineiden atomipainot 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , no. 5 . - s. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. Chemical Encyclopedia. 5 tonnia / Toim.: Knunyants I. L. (päätoimittaja). - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1988. - T. 1. - S. 116. - 623 s. - 100 000 kappaletta.
  3. 1 2 Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
  4. alumiinia . Online-etymologinen sanakirja . etymonline.com. Haettu 3. toukokuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 21. lokakuuta 2012.
  5. Fialkov Yu. Ya. Yhdeksäs merkki . - M .: Detgiz , 1963. - S. 133. Arkistoitu kopio (linkki ei ole käytettävissä) . Käyttöpäivä: 13. maaliskuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 1. huhtikuuta 2015. 
  6. Oppitunti #49 Alumiini Arkistoitu 28. helmikuuta 2015 Wayback Machinessa .
  7. Koronovsky N.V., Yakushova A.F. Fundamentals of Geology Arkistokopio, päivätty 24. toukokuuta 2009 Wayback Machinessa .
  8. Oleinikov B. V. et al. Alumiini on uusi mineraali luontaisten alkuaineiden luokkaan. Arkistokopio päivätty 11. marraskuuta 2011 Wayback Machinessa // VMO Notes. - 1984, osa CXIII, no. 2, s. 210-215.
  9. JP Riley, G. Skirrow. Chemical Oceanography, V. 1, 1965.
  10. Vihreä, JAS -alumiinin kierrätys ja käsittely energian säästämiseksi ja kestäväksi . - ASM International , 2007. - S. 198. - ISBN 0-87170-859-0 .  
  11. Lyhyt kemiallinen tietosanakirja. T. 1 (A-E). - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. 1961.
  12. Vetyenergian perusteet / Toim. V. A. Moshnikova ja E. I. Terukova .. - Pietari. : Pietarin sähköteknisen yliopiston "Leti" kustantamo, 2010. - 288 s. - ISBN 978-5-7629-1096-5 .
  13. Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Epäorgaanisten aineiden reaktiot: hakuteos / Toim. R. A. Lidina. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - M . : Bustard, 2007. - S.  16 . — 637 s. - ISBN 978-5-358-01303-2 .
  14. Cosmopoisk: Keisari Tiberiuksen kruunu . Haettu 1. syyskuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 1. syyskuuta 2018.
  15. Tietosanakirja: korut, korut, korukivet. Arvometallit. Precious Aluminium Arkistoitu 22. heinäkuuta 2011 Wayback Machinessa .
  16. Alumiiniteollisuuden synty . RUSAL-yhtiön virallinen sivusto . Haettu 11. helmikuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 8. kesäkuuta 2020.
  17. MINERAL COMMODITY YHTEENVETO 2009 Arkistoitu 26. syyskuuta 2009. .
  18. C34 Maailman ja kotimaisen alumiinituotannon ja -kulutuksen huippuluokka Arkistoitu 15. marraskuuta 2017 Wayback Machinessa .
  19. USGS: Aluminium - Mineral Commodity Summary 2017 Arkistoitu 13. toukokuuta 2017 Wayback Machinessa . Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen tiedot.
  20. Maailman alumiinin tuotanto vuonna 2019 laski 1 % - PRIME, 20.1.2020 . Haettu 10. maaliskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 21. tammikuuta 2020.
  21. Maailman alumiinivarastot kasvavat . Haettu 21. marraskuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 2. toukokuuta 2014.
  22. Primaarialumiinin tuotanto maailmassa ja Venäjällä Arkistoitu 4. lokakuuta 2009 Wayback Machinessa .
  23. Alumiinin historiallinen hintakaavio . Haettu 8. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 13. huhtikuuta 2015.
  24. Alumiinin hinnat, alumiiniromun hintakaavio, alumiiniromun myyntihinta, alumiinin hinta, miksi alumiinin hinta nousee, alumiinin markkina-analyysi, alumiiniromun myyntihinta . Haettu 9. maaliskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 26. helmikuuta 2020.
  25. Rusal laski ennusteensa alumiinin maailmanlaajuisen kysynnän kasvusta vuonna 2019 2 prosenttiin . Haettu 9. maaliskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 2. heinäkuuta 2020.
  26. Alumiinin hinta saavuttaa 13 vuoden huippunsa . Haettu 13. syyskuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 13. syyskuuta 2021.
  27. Kitco - Perusmetallit - Teollisuusmetallit - Kupari, alumiini, nikkeli, sinkki, lyijy - Kaaviot, hinnat, kaaviot, lainaukset, Cu, Ni, Zn, Al, Pb Arkistoitu 31. joulukuuta 2007 Wayback Machinessa .
  28. Seoselementtien vaikutus alumiiniseosten ominaisuuksiin Arkistoitu 8. joulukuuta 2015 Wayback Machinessa .
  29. Baykov D.I. et al. Hitsattavat alumiiniseokset. - L .: Sudpromgiz, 1959. - 236 s.
  30. Aluminium Facts Arkistoitu 17. elokuuta 2013 Wayback Machinessa .
  31. Heckler-Koch HK416-rynnäkkökivääri (Saksa) | Talousuutisia Arkistoitu 21. heinäkuuta 2015 Wayback Machinessa .
  32. Tara Perfection DOO - Turvallisuus, johon voit luottaa. Arkistoitu 27. maaliskuuta 2015 Wayback Machinessa .
  33. Sarner S. Ponneaineiden kemia = Propellant Chemistry / Per. englannista. E.P. Golubkova, V.K. Starkov, V.N. Shemanina; toim. V. A. Iljinski. - M .: Mir , 1969. - S. 111. - 488 s.
  34. Zhuk A. Z., Kleymenov B. V., Fortov V. E., Sheindlin A. E. Alumiinipolttoaineella toimiva sähköauto. - M. : Nauka, 2012. - 171 s. - ISBN 978-5-02-037984-8 .
  35. Alumiinikurkut . Haettu 16. lokakuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 16. lokakuuta 2017.
  36. Dolara, Piero. Valittujen hivenyhdisteiden (alumiini, vismutti, koboltti, kulta, litium, nikkeli, hopea  ) esiintyminen, altistuminen, vaikutukset, suositeltu saanti ja mahdollinen ruokavalion käyttö  // International Journal of Food Sciences and Nutrition : päiväkirja. - 2014. - 21. heinäkuuta ( nide 65 , nro 8 ). - s. 911-924 . — ISSN 1465-3478 . - doi : 10.3109/09637486.2014.937801 . — PMID 25045935 .
  37. Shcherbatykh I., Carpenter D.O. (toukokuu 2007). Metallien rooli Alzheimerin taudin etiologiassa // J. Alzheimers Dis. 11(2): 191-205.
  38. Rondeau V., Commenges D., Jacqmin-Gadda H., Dartigues JF (heinäkuu 2000). Juomaveden alumiinipitoisuuksien ja Alzheimerin taudin välinen suhde: 8 vuoden seurantatutkimus // Am. J. epidemiol. 152(1): 59-66.
  39. Rondeau V. (2002). Katsaus alumiinia ja piidioksidia koskeviin epidemiologisiin tutkimuksiin liittyen Alzheimerin tautiin ja siihen liittyviin sairauksiin, Rev. Ympäristö. Health 17(2): 107-121.
  40. Martyn CN, Coggon DN, Inskip H., Lacey RF, Young WF (toukokuu 1997). Juomaveden alumiinipitoisuudet ja Alzheimerin taudin riski // Epidemiology 8 (3): 281-286.
  41. Graves AB, Rosner D., Echeverria D., Mortimer JA, Larson EB (syyskuu 1998). Työperäinen altistuminen liuottimille ja alumiinille ja arvioitu Alzheimerin taudin riski // Occup. Ympäristö. Med. 55(9): 627-633.
  42. Antiperspirantit/deodorantit ja rintasyöpä Arkistoitu 16. marraskuuta 2014 Wayback Machinessa .
  43. alumiinikloridiheksahydraatti Arkistoitu 29. marraskuuta 2014 Wayback Machinessa .

Katso myös

Dokumentti

Linkit