Aluminij

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje
magnezijaluminijsilicij
B
Al
Ga  
 
 
Al-TableImage.png
Splošno
Ime, simbol, vrstno število aluminij, Al, 13
Kemijska vrsta kovina
Skupina, perioda, blok 13 (IIIA), 3, p
Gostota, trdota 2700 kg/m3, 2,75
Izgled srebrnkast
Kos aluminija
Lastnosti atoma
Atomska masa 26,981538 g/mol
Atomski polmer (izračunan) 143 pm
Kovalentni polmer 121±4 pm
van der Waalsov polmer 184 pm
Elektronska konfiguracija [Ne]3s2 3p1
e- na energijski nivo 2, 8, 3
Oksidacijska stanja (oksid) 3, 2, 1 (amfoteren)
Kristalna struktura ploskovno centrirana kocka
Fizikalne lastnosti
Agregatno stanje trdno
Tališče 933,47 K (1220,58 °F)
Vrelišče 2792 K (4566 °F)
Molski volumen 10,00 ×10−6 m3/mol
Izparilna toplota 293,4 kJ/mol
Talilna toplota 10,79 kJ/mol
Parni tlak 100 Pa pri 1817 K
Hitrost zvoka 5100 m/s pri 933 K
Razne lastnosti
Elektronegativnost 1,61 (Paulingova lestvica)
Specifična toplota 900 J/(kg·K)
Električna prevodnost 37,7 106/(m·ohm)
Toplotna prevodnost 237 W/(m·K)
1. ionizacijski potencial 577,5 kJ/mol
2. ionizacijski potencial 1816,7 kJ/mol
3. ionizacijski potencial 2744,8 kJ/mol
4. ionizacijski potencial 11577 kJ/mol
5. ionizacijski potencial 14842 kJ/mol
6. ionizacijski potencial 18379 kJ/mol
7. ionizacijski potencial 23326 kJ/mol
8. ionizacijski potencial 27465 kJ/mol
9. ionizacijski potencial 31853 kJ/mol
10. ionizacijski potencial 38473 kJ/mol
Najstabilnejši izotopi
izo NA t1/2 DM DE MeV DP
26Al {sint.} 7,17×105 let ε 4,004 26Mg
27Al 100 % Al je stabilen z 14 nevtroni
Če ni označeno drugače, so
uporabljene enote SI in standardni pogoji.

Alumínij (iz latiskega alumengrenka sol, galun) je kemijski element s simbolom Al in vrstnim številom 13. Je mehka, nemagnetna in kovna srebrno bela kovina. V Zemljini skorji je za kisikom in silicijem tretji najpogostejši element in najpogostejša kovina, ki tvori približno 8 % njene mase. Zaradi velike reaktivnosti je v elementarni obliki izjemno redek in omejen samo na ekstremno reduktivna okolja. Udeležen je v več kot 270 različnih mineralih.[1] Glavna aluminijeva ruda je boksit, najpomembnejše spojine pa oksidi in sulfati.

Pomemben je predvsem zaradi majhne gostote in velike odpornosti proti koroziji, ki je posledica pasivacije površine. Njegove zlitine so ključno gradivo v letalski industriji. Pomemben je tudi na področju transporta in konstrukcij.

Zanimivo je, da kljub temu, da je v naravi zelo razširjen, nobena njegova sol ne sodeluje v nobenem presnovnem procesu nobenega živega organizma. Rastline in živali ga kljub temu dobro prenašajo.[2] Njegove soli se zaradi razširjenosti in kakšne druge, morda koristne, biološke vloge še vedno preučujejo.

Zgodovina[uredi | uredi kodo]

Aluminij je odkril danski fizik in kemik Hans Christian Ørsted leta 1825.

Lastnosti[uredi | uredi kodo]

Fizikalne lastnosti[uredi | uredi kodo]

Aluminij je relativno mehka, trajna, lahka, žilava in kovna kovina s srebrnim do motno sivim sijajem, ki je odvisen od hrapavosti površine. Je nemagneten in težko vnetljiv. Neoksidirana folija aluminija je dober reflektor vidne svetlobe (odbojnost je približno 92 %) in odličen reflektor infrardečega sevanja (odbojnost je približno 98 %). Meja plastičnosti čistega aluminija je od 200 MPa do 600 MPa.[3] Ima pibližno tretjino gostote in prožnostnega modula železa in se zlahka strojno obdeluje, kuje, uliva in iztiska.

Osnovna celica kovinskega aluminija je ploskovno centrirana kocka.

Aluminij je dober toplotni in električni prevodnik , ki ima 59 % toplotne in električne prevodnosti bakra, vendar samo 30 % njegove gostote. Kritična temperatura njegove superprevodnosti je 1,2 K, kritično magnetno polje pa 100 gauss (100 militesla).[4]

Kemijske lastnosti[uredi | uredi kodo]

Odlična korozijska obstojnost aluminija je posledica tankega površinskega sloja aluminijevega oksida, ki nastane v stiku z zrakom in ščiti kovino pred nadaljnjo oksidacijo:[5]

4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3

Njegove zlitine z bakrom so manj obstojne proti koroziji zaradi galvanskih reakcij s primešanim bakrom.[3] Obstojnost močno zmanjšajo tudi vodotopne soli, zlasti v prisotnosti drugih kovin.

V zelo kislih raztopinah reagira z vodo in tvori vodik, v močno alkalnih raztopinah pa aluminate:

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2
2 Al + 2 NaOH + 2 H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2

Pasivna zaščita v teh primerih ni učinkovita. Korozijo aluminija povzročajo tudi kloridi, na primer natrijev klorid, kar je eden od glavnih razlogov, da se kuhinjske instalacije nikoli niso izdelovale iz aluminija.[6]

Zaradi na splošno dobre obstojnosti proti koroziji je aluminij ena od redkih kovin, ki v fino uprašenem stanju obdrži odbojnost svetlobe, zato je pogosta sestavina srebrnih zaščitnih premazov. Aluminijeva zrcala imajo med vsemi kovinami največjo odbojnost za svetlobo z valovno dolžino 200-400 nm (UV sevanje) in 3000-10000 nm (dolgovalovno IR sevanje). V vidnem delu svetlobnega spektra (400-700 nm) ga rahlo prekašata kositer in srebro, v delu spektra blizu IR sevanja pa srebro, zlato in baker.[7]

Pri temperaturah pod 280 °C aluminij oksidira voda, pri čemer nastajajo vodik, aluminijev hidroksid in toplota:

2 Al + 6 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2

Reakcija je zanimiva predvsem za proizvodnjo vodika iz odpadnega aluminija.[8]

Izotopi[uredi | uredi kodo]

Aluminij ima mnogo znanih izotopov z masnimi števili 21 do 42. V naravi se pojavljata samo stabilni 27Al in radioaktivni 26Al z razpolovnim časom 7,2x105 let. 27Al je udeležen z več kot 99,9 %. 26Al nastaja v ozračju z razpadom argona zaradi obstreljevanja s protoni iz kozmičnega sevanja. Aluminijevi izotopi so pomembni za datiranje oceanskih sedimentov, manganovih nodulov, ledeniškega ledu, kremena in meteoritov. Rezmerje med 26Al in 10Be se uporablja za preučevanje transporta, odlaganja in shranjevanja depozitov ter erozije na časovni skali 105 do 106 let.[9] Kozmogeni 26Al se je prvič uporabil za preučevanje Lune in meteoritov. Odlomki meteoritov so bili potem, ko so zapustili matična telesa, na potovanju skozi vesolje izpostavljeni intenzivnemu kozmičnemu sevanju, ki je povzročilo masovno nastajanje 26Al. Po padcu na Zemljo se je zaradi Zemljinega zaščitnega plašča nastajanje 26Al močno zmanjšalo, iz česar je mogoče izračunati čas od padca meteorita na Zemljo. Raziskave meteoritov so pokazale, da je bil 26Al pogost izotop v času nastanka planetarnega sistema. Večina znanstvenikov, ki preučujejo meteorite, je prepričanih, da je bila energija, ki se je sprostila z razpadom 26Al, odgovorna za taljenje in diferenciacijo nekaterih asteroidov po njihovem nastanku pred približno 4,55 milijarde let.[10]

Naravna nahajališča[uredi | uredi kodo]

Stabilni aluminij je nastal z zlivanjem vodika in magnezija na velikih zvezdah ali v supernovi.[11]

V Zemljini skorji je z 8,3 utežnimi % najpogostejši kovinski element in za kisikom in silicijem tretji najpogostejši element.[12] Zaradi velike afinitete do kisika so najdbe elementarnega aluminija zelo redke. Pojavlja se predvsem v oksidih in silikatih. Alumosilikati so na primer glinenci, ki so najpogostejša kamnina v Zemljini skorji. Elementarni aluminij se lahko najde samo v okoljih z majhno fugasnostjo kisika, kakršne so notranjosti nekaterih vulkanov.[13] Samorodni aluminij so odkrili v hladnih izvirih v severovzhodnih kontinentalnih pobočjih Južnokitajskega morja. Chen in sodelavci [14] so leta 2011 postavili teorijo, da je nastal z bakterijsko redukcijo tetrahidroksialuminata (Al(OH)
4
).[14]

Aluminij se pojavlja tudi v mineralih beril, kriolit, granat, spinel in turkiz. Al2O3, onečiščen s kromom je drag kamen rubin, onečiščen z železom pa safir.

Aluminijevi minerali kljub razširjenosti aluminijevih spojin niso gospodarski vir kovinskega aluminija. Skoraj ves aluminij se proizvede iz rude boksita (AlOx(OH)3–2x), ki je nastal s preperevanjem kamnin z majhno vsebnostjo železa in silicija v tropskih klimatskih pogojih.[15] Veliki depoziti boksita so v Avstraliji, Braziliji, Gvineji in na Jamajki. Največja rudarska področja so v Avstraliji, Braziliji, Kitajski, Indiji, Gvineji, Indoneziji, Rusiji in Surinamu.

Proizvodnja[uredi | uredi kodo]

Kos boksita; rdečerjavo barvo mu dajejo železovi oksidi

Najpomembnejša aluminijeva ruda je boksit, ki vsebuje 30-55 % aluminijevega oksida. Ostalo je večinoma kremen in železovi oksidi, ki dajejo boksitu značilno rdečo barvo. Aluminijev oksid se iz rude pridobiva po Bayerjevem postopku,[2] v katerem potekata naslednji glavni kemični reakciji:

Al2O3 + 2 NaOH → 2 NaAlO2 + H2O
2 H2O + NaAlO2 → Al(OH)3 + NaOH

Vmesni produkt natrijev aluminat s poenostavljeno formulo NaAlO2 je topen v zelo alkalni vodi, druge komponente (nečistoče) pa ne. Raztopina aluminijevega hidroksida se s sedimentiranjem in filtriranjem loči od rdečega blata. Hidroksid se nato izkristalizira in s kalciniranjem pretvori v aluminijev oksid – glinico.

2 Al(OH)3 → Al2O3 + H2O
Deponija rdečega blata v Stadeju, Nemčija; industrija aluminija proizvede približno 70 milijonov ton rdečega blata letno

Količina zelo alkalnega odpadnega rdečega blata dvakrat presega količino glinice.

V Sloveniji je glinico po Bayerjevem postopku proizvajala Kemična tovarna Moste v Ljubljani, ustanovljena leta 1906. Boksit so po železnici vozili iz rudnikov v Istri.[16]

Kovinski aluminij se iz glinice proizvaja po Hall-Héroultovem postopku, ki je velik potrošnik električne energije. Glinici se kot talilo primešata kriolit (Na3AlF6) in fluorit (CaF2), ki znižata njeno tališče na 950-980 °C. Sledi elektroliza nastale taline. Na katodi se izloča kovinski aluminij

Al3+ + 3 e → Al

na anodi pa se sprošča kisik

2 O2− → O2 + 4 e

Nastali raztaljeni aluminij se zbira na dnu elektrolitske celice in občasno odlije v različno velike bloke, primerne za nadaljnjo predelavo. Ogljena anoda se zaradi zgorevanja s kisikom troši in jo je treba občasno zamenjati. Elektrolitske celice se obnavljajo vsakih pet do deset let, odvisno od jakosti toka.

Svetovna proizvodnja aluminija

Elektroliza aluminija je ogromen porabnik električne energije. Za kilogram aluminija se v svetovnem povprečju porabi 14,5-15,5 kWh oziroma 52-56 MJ električne energije. Najmodernejše elektrolitske peči so nekoliko varčnejše in porabijo približno 12,8 kWh/kg aluminija. V starejših elektrolizah teče pri napetosti 4-6 V tok 100-200 kA, v modernejših pa približno 350 kA.

Elektrolitski aluminij je več kot 99 %. Večjo čistočo se doseže z elektrolizo raztaljenega aluminija v elektrolitu iz natrijevega, barijevega in aluminijevega fluorida. Tako prečiščen aluminij je 99,99 %.[2][17]

Gibanje cen aluminija 1987–2012

Električna energija predstavlja 20-40 % proizvodne cene aluminija. V ZDA se za njegovo proizvodnjo porabi približno 5 % celotne porabe električne energije.[18] Proizvajalci aluminija zato postavljajo elektrolize na mestih s poceni električno energijo, na primer v Združenih arabskih emiratih, ki imajo ogromne zaloge naftnega plina,[19] ter Islandiji[20] in Norveški,[21] ki imata obnovljive vire energije. Največji proizvalajci aluminija so Kitajska in Ruska federacija ter Quebec in Britanska Kolumbija (Kanada).[18][22][23]

Za proizvodnjjo tone aluminija so potrebne 4 tone boksita, 50 do 60 kg kriolita in fluorita, 60-800 kg elektrodnega materiala in 15 000 kWh električne energije. Svetovna proizvodnja aluminija leta 2012 je bila 45 milijonov ton, kar je približno 4 % proizvodnje železa.

Do leta 2007 je bila največja svetovna proizvajalka boksita in največja proizvajalka in izvoznica glinice Avstralija, potem pa je njeno vlogo prevzela Kitajska.[22][24] Avstralija je leta 2013 proizvedla 77 milijonov ton boksita.[25] Pomanjkljivost avstralskih boksitov je visoka vsebnost silikatov, njihova prednost pa da ležijo tik pod površino in so zato lahko dostopni.[26]

Recikliranje[uredi | uredi kodo]

Reciklacijska oznaka aluminija

Odpadni aluminij je teoretično mogoče v celoti reciklirati, pri čemer ne izgubi nobene svoje lastnosti. Po podakih Metal Stocks in Society report je na svetu v avtomobilih, zgradbah, elektroniki in drugod vgrajenega 80 kg aluminija na prebivalca. V razvitem svetu je vgrajenega 350-500 kg na prebivalca, v nerazvitem pa samo 35 kg na prebivalca.

Reciklirani aluminij je pomembna surovina za industrijo aluminija. Obsežno recikliranje se je začelo šele v poznih 1960. letih, ko je začela strmo naraščati poraba aluminijastih pločevink za različne napitke. Postopek je sorazmerno preprost, saj zahteva samo taljenje aluminijastih odpadkov, pri čemer se porabi samo 5 % energije, potrebne za proizvodnjo aluminija iz rude. V procesu nastane do 15 % pepelu podobne žlindre.[27] V sodobnih kontinuirnih talilnikih nastaja mnogo manj žlindre, pogosto manj kot 1 %.[28]

V Evropi je recikliranje aluminija na zelo visoki ravni, saj se reciklira 42  % pločevink, 85 % gradbenega materiala in 95 % transportnih vozil.[29] Reciklirani ali sekundarni aluminij ima povsem enake fizikalne lastnosti kot primarni. Proizvaja se v zelo različnih oblikah. Uporablja se predvsem v zlitinah in za ekstrudiranje.

Belo žlindro iz proizvodnje primarnega aluminija in procesov recikliranja, ki še vedno vsebuje znatne količine aluminija, se lahko na industrijski način predela v aluminij.[30] V tem procesu nastala žlindra je zelo kompleksen odpadni material, s katerim je težko ravnati. Reagira z vodo, pri čemer nastaja mešanica plinov, med njimi vodik, acetilen in amonijak, ki se na zraku spontano vžge.[31] V stiku z vlažnim zrakom se sprostijo znantne količine amonijaka. Žlindra se kljub omenjenim težavam uporablja kot polnilo za asfalt in beton.[32]

Spojine[uredi | uredi kodo]

Oksdacijsko stanje +3[uredi | uredi kodo]

V veliki večini spojin, vključno z vsemi aluminij vsebujočimi minerali in tržno zanimivimi solmi, je aluminij v oksidacijskem stanju +3. Koordinacijsko število Al3+ v teh spojinah je različno, vendar prevladujeta števili 6 in 4. Skoraj vse njegove spojine so brezbarvne.[12]

Halidi[uredi | uredi kodo]

Vsi štirje aluminijevi halidi so dobro znani. Koordinacijsko število Al3+ v AlF3 je 6. Oktaedrična koordinacija je posledica kompaktnosti fluoridnega iona, ki je dovolj majhen, da se okrog majhnega centra Al3+ zbere šest F- ionov. AlF3 sublimira in pri 1291 °C razpade. Trije težji halidi imajo nižja koordinacijska števila in so dimeri ali polimeri s tetraedričnimi Al centri.

Halidi se pripravljajo z reakcijami kovinskega aluminija s halogeni, vendar so mogoče tudi druge metode. V vodnih raztopinah halidi pogosto tvorijo zmesi, ki na splošno vsebujejo šestkrat koordinirane Al centre, na katere so vezani tako halidi kot vodni ligandi. Aluminij v vodnih raztopinah fluoridov rad tvori kompleksne ione, med njimi [AlF(H2O)5]2+, AlF3(H2O)3 in [AlF6]3−. V prisotnosti kloridnega iona tvori polialuminijeve klastre, kakršen je na primer [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+.

Oksidi in hidroksidi[uredi | uredi kodo]

Aluminij tvori samo en stabilen oksid, ki je v mineralni obliki znan kot korund. Safir in rubin sta različico korunda, onesnaženi s sledovi železa oziroma kroma. Tvori tudi dva oksi hidroksida (AlO(OH)) - minerala bemit in diaspor, in tri trihidrokside – polimorfe bajerit, gibsit in nordstrandit. Vsi minerali so nastali iz rud v različnih mokrih kislih in bazičnih procesih. S segrevanjem hidroksidov nastane korund. Vsi našteti minerali uporabni in pomembni za proizvodnjo aluminija.

Karbid, nitrid in sorodne spojine[uredi | uredi kodo]

Aluminijev karbid (Al4C3) nastane s segrevanjem zmesi obeh elementov nad 1000 °C. Bledo rumeni kristali karbida imajo tetraedrično koordinirane aluminijeve centre. V reakcijah z vodo in razredčenimi kislinami nastaja metan. S prepihovanjem acetilena preko segretega aluminija nastane acetilid Al2(C2)3.

Aluminijev nitrid (AlN) je edini znani aluminijev nitrid, ki ima, v nasprotju z oksidi, tetraedrične Al centre. Sintetizira se s segrevanjem elementov pri 800 °C. Na zraku je stabilen. Uporaben je predvsem zaradi velike toplotne prevodnosti.

Podobno je zgrajen tudi aluminijev fosfid (AlP), ki hidrolizira v fosfin:

AlP + 3 H2O → Al(OH)3 + PH3

Organske spojine in hidridi[uredi | uredi kodo]

Struktura trimetiluminija s petkrat koordiniranim ogljikovim atomom

Obstaja več različnih spojin z empiričnima formulama AlR3 in AlR1.5Cl1.5.[33] Spojine imajo običajno tetraedrične Al centre. Takšen je na primer trimetilaluminij s formulo Al2(CH3)6. V spojinah z velikimi organskimi skupinami ima aluminij zaradi prostorske stiske koordinacijo tri. Takšen je na primer triizobutilaluminij. Spojine se na veliko uporabljajo v industrijski kemiji, čeprav so pogosto zelo samovnetljive. Obstaja tudi nekaj analognih borovih organskih spojin, vendar samo z majhnimi organskimi skupinami.

Od hidridov je pomemben litijev aluminijev hidrid LiAlH4, ki se uporablja kot reducent v organski kemiji. Sintetizira se ga lahko iz litijevega hidrida in aluminijevega triklorida:

4 LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3 LiCl

Uporabnih je tudi več derivatov LiAlH4, na primer natrijev bis(2-metoksietoksi)dihidridoaluminat. Najenostavnejši hidrid je aluminijev hidrid ali alan, ki ostaja v domeni laboratorijev. Hidrid je v nasprotju z borovim hidridom (BH3)2 polimer s formulo (AlH3)n.

Oksidacijski stanji +1 in +2[uredi | uredi kodo]

Aluminij je v veliki večini spojin v oksidacijskem stanju +3, vendar tvori tudi nekaj spojin v nižjih oksidacijskih stanjih. Nekatere so pomembni prekurzorji trovalentnih aluminijevih spojin.

Aluminij(I)[uredi | uredi kodo]

V plinski fazi obstajajo spojine AlF, AlCl in AlBr, ki nastanejo s segrevnjem trihalidov z aluminijem. AlI pri sobni temperaturi ni stabilen in razpade v trijodid in aluminij:[34]

3 AlI → AlI3 + 2 Al

Stabilen derivat aluminijevega monojodida je ciklični adukt s trietilaminom Al4I4(NEt3)4. Teoretično zanimiva sta tudi izjemno nestabilna Al2O in Al2S. Al2O nastaja s segrevanjem aluminijevega oksida s silicijem pri 1800 °C v vakuumu.[34] Produkt hitro disproporcionira v reaktante.

Aluminij(II)[uredi | uredi kodo]

Zelo enostavne Al(II) spojine so odkrili v reakcijah kovinskega aluminija z oksidanti. Aluminijev monoksid (AlO), na primer, so odkrili v plinski fazi po eksploziji zvezde[35] in v zvezdnem absorbcijskem spektru. [36] Bolj temeljito so raziskane spojine s formulo R4Al2, ki vsebujejo vez Al-Al. R so veliki organski ligandi.[37]

Uporaba[uredi | uredi kodo]

Aluminij[uredi | uredi kodo]

Aluminij je najbolj razširjena barvna kovina.[38] Svetovna proizvodnja aluminija leta 2005 je znašala 31,9 milijonov ton. Presegala jo je edino proizvodnja železa z 837,5 milijona ton. [39]

Večina aluminija je v zlitinah, ki imajo bistveno boljše mehanske lastnosti, predvsem če so temprane. Aluminijeve folije in pločevinke so zlitine z 92-98 % aluminija.[40] Glavni legirni elementi so baker, cink, magnezij, mangan in silicij (duraluminij). Vsebnost drugih legirnih kovin je največ nekaj odstotkov. [41]

Največji porabniki aluminija so:

  • industrija vozil (osebni avtomobili in tovornjaki, letala, železniški vagoni, plovila, kolesa ipd.), v katerih je vgrajen v obliki plošč, cevi in odlitkov
  • embalaža (pločevinke, folije, ohišja itd.)
  • gradbenštvo (okna, vrata, obrobe, žice itd.)[42]
  • gospodinjski pripomočki, na primer posoda in pribor, kiji za baseball, ure itd.[43]
  • drogovi za ulično razsvetljavo, jambori jadrnic, smučarske palice
  • električni vodniki
  • MKM jeklo in Alnico magneti
  • elektronska industrija in proizvodnja zgoščenk (izredno čist aluminij z 99,980% - 99,999% Al)
  • hladilniki za elektronske naprave, na primer tranzistorje in centralne procesne enote
  • podlaga za laminate v LED svetilkah
  • pigment v srebrnih barvnih premazih, pirotehniki in termitu (fino uprašen)
  • proizvodnja vodika v reakciji s klorovodikovo kislino ali natrijevim hidroksidom
  • zlitine z magnezijem za trupe letal
  • denar
  • glasbila, na primer kitare; proizvajalca Kramer Guitars in Travis Bean izdelujeta nekaj modelov kitar z aluminijstimi vratovi, ki dajejo glasbilom zelo značilen zvok

Na vseh področjih, kjer sta bolj kot obstojnost proti koroziji in obdelovalnost pomembni trdota in trdnost, se uporabljajo aluminijeve zlitine. Na ravne podlage se z naparevanjem ali kakšnim kemijskim postopkom lahko nanese zelo tanek sloj aluminija, ki služi kot zaščitna prevleka ali kot zrcalo.

Spojine[uredi | uredi kodo]

Večina aluminijevih spojin je dokaj nestrupenih, zato se na veliko uporabljajo na več področjih.

Glinica[uredi | uredi kodo]

Glinica (Al2O3) in spremljajoči oksihidroksidi in trihidroksidi se v velikih količinah rudarijo ali proizvajajo iz aluminijevih mineralov. Velika večina glinice se porabi za proizvodnjo aluminija. Glinica kot taka se uporablja predvsem kot adsorbent, na primer za odstranjevanje vode iz ogljikovodikov. Vlaga v ogljikovodikih lahko onemogoči njihovo uporabo v nekaterih industrijskih procesih. Aluminijevi oksidi so katalizatorji na primer v Clausovem procesu za odstranjevanje vodikovega sulfida iz naftnih derivatov in alkiliranje aminov. Služi lahko tudi kot nosilec za fino dispergirane katalizatorje, na primer platino. Glinica je tudi zelo trda (trdota po Mohsovi lesvici = 9), zato se uporablja kot abraziv, zaradi inertnosti pa na primer v visokotlačnih natrijevih svetilkah.

Sulfati[uredi | uredi kodo]

Uporabnih je več aluminijevih sulfatov. Letna proizvodnja aluminijevega sulfata (Al2(SO4)3•18H2O) je nekaj milijonov ton. Približno polovica se ga porabi za obdelavo vode. Naslednje največje področje njegove uporabe je papirništvo. Uporablja se tudi kot sredstvo za jedkanje, zaviralec gorenja, aditiv v prehrambenih proizvodih in strojilo za usnje. Aluminijev amonijev sulfat (NH4)Al(SO4)2•12H2O), znan tudi kot amonijev galun, se uporablja za jedkanje in strojenje usnja.[2] podobno uporabnost ima aluminijev kalijev sulfat ([Al(K)](SO4)2)•12H2O) ali kalijev galun. Uporaba obeh galunov se zmanjšuje.

Kloridi[uredi | uredi kodo]

Aluminijev klorid (AlCl3) se uporablja za rafiniranje nafte in proizvodnjo sintetične gume in polimerov. Aluminijev klorohidrat, ki ima podobno ime, ima manj obsežno in povsem drugačno uporabnost. Uporablja se kot trdilec in sredstvo proti znojenju. Je vmesni produkt v proizvodnji kovinskega aluminija.

Manj pomembne spojine[uredi | uredi kodo]

Manj pomembne spojine kljub omejeni uporabnosti dosegajo letno proizvodnjo nekaj tisoč ton. Ena do njiih je aluminijev acetat, ki se v vodni raztopini uporablja kot astringent. Aluminijev borat (Al2O3•B2O3) se uporablja za proizvodnjo stekla in keramike, aluminijev fluorosilikat (Al2(SiF6)3) pa za proizvodnjo sintetskih dragih kamnov, stekla in keramike. Aluminijev fosfat (AlPO4) se uporablja v proizvodnji stekla in keramike, papirne kaše in papirnih proizvodov, kozmetike, premazov, firneža in zobnega cementa. Aluminijev hidroksid (Al(OH)3) se uporablja kot antacid, lužilo, sredstvo za čiščenje vode, v proizvodnji stekla in kermike in vodoodpornih tkanin. Litijev aluminijev hidrid je močan reducent o organski kemiji. Organske aluminijeve spojine so močne Lewisove kisline in kokatalizatorji. Metilaluminoksan, na primer, je kokatalizator v Ziegler-Nattovi polimerizaciji olefinov, na primer polietilena.

Zlitine[uredi | uredi kodo]

Aluminijeve zlitine imajo veliko različnih uporabnih lastnosti. Sistemetično se označujejo s številkami (ANSI) ali z imeni, v katerih je navedena najpomembnejša legirna kovina (DIN in ISO).

Trdnost in trajnost zlitin je zelo različna in ni odvisna samo od legirnih elementov, ampak tudi od proizvodnega procesa in toplotne obdelave. Slabo poznavanje teh vidikov je večkrat povzročilo njihovo napačno uporabo, kar je zlitine spravilo na slab glas.

Pomembna omejitev aluminijevih zlitin je dinamična vzdržljivost oziroma utrujenost. Aluminijeve zlitine, za razliko od jekel, nimajo nobene dobro definirane meje dinamične vzdržljivosti, kar pomeni, da lahko do zloma zaradi utrujenosti materiala pride tudi po zelo majhnem številu cikličnih obremenitev. Načrtovalci morajo zato obremenitve oceniti in izdelek načrtovati za omejeno in ne za neomejeno življenjsko dobo.

Druga pomembna lastnost aluminijevih zlitin je njihova občutljivost na toploto. Postopke, v katere je vključena toplotna obdelava, otežuje dejstvo, da se aluminij stali brez predhodnega žarenja, ki je značilno za železo. Avtogeno varjenje zato zateva veliko izkušenj, ker ni nobenih vidnih predhodnih znakov, kdaj se bo material raztalil. Zlitine so po toplotni obdelavi, kakršni sta na primer varjenje in spajkanje, podvržene notranjim napetostim. Težave povzročajo tudi nizka tališča, zaradi katerih so bolj občutljive na zvitje zaradi povišane temperature v okolici. Notranje napetosti se lahko zmanjšajo z naknadno toplotno obdelavo, v kateri se toplotno obdelani deli ponovno segrejajo in nato počasi ohladijo (popuščanje).

Nizka tališča aluminijevih zlitin ne izključujejo njihove uporabe v raketarstvu. Uporabljajo se celo v zgorevalnih komorah, v katerih se lahko plini segrejejo do temperature 3500 K.

Pomembna zlitina je tudi aluminijev bron, ki spada med bakrove zlitine.

Sklici[uredi | uredi kodo]

  1. ^ B.Z. Shakhashiri (17. marec 2008). Chemical of the Week: Aluminum. SciFun.org. University of Wisconsin. Pridobljeno 4. marca 2012.
  2. ^ 2,0 2,1 2,2 2,3 W.B. Frank (2009). Aluminum. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi: 10.1002/14356007.a01_459.pub2.
  3. ^ 3,0 3,1 I.J. Polmear (1995). Light Alloys: Metallurgy of the Light Metals. 3. izdaja. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-340-63207-9.
  4. ^ J.F. Cochran, D.E. Mapother (1958). Superconducting Transition in Aluminum. Physical Review 111 (1): 132–142. Bibcode: 1958PhRv..111..132C. doi: 10.1103/PhysRev.111.132.
  5. ^ C. Vargel (2004). Corrosion of Aluminium. Elsevier. ISBN 0 08 044495 4.
  6. ^ R.E. Beal (1. januar 1999). Engine Coolant Testing: Fourth Volume. ASTM International. str. 90. ISBN 978-0-8031-2610-7.
  7. ^ H.A. Macleod (2001). Thin-film optical filters. CRC Press. str. 158–159. ISBN 0-7503-0688-2.
  8. ^ Reaction of Aluminum with Water to Produce Hydrogen. U.S. Department of Energy. 1. januar 2008.
  9. ^ A.P. Dickin (2005). In situ Cosmogenic Isotopes. Radiogenic Isotope Geology. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-53017-0.
  10. ^ R.T. Dodd (1986). Thunderstones and Shooting Stars. Harvard University Press. str. 89–90. ISBN 0-674-89137-6.
  11. ^ A.G.W. Cameron (1957). Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis. 2. izdaja. Atomic Energy of Canada.
  12. ^ 12,0 12,1 N.N. Greenwood, A. Earnshaw (1997). Chemistry of the Elements. 2. izdaja. Butterworth-Heinemann. str. 217. ISBN 0080379419.
  13. ^ D. Barthelmy. Aluminum Mineral Data. Mineralogy Database. Pridobljeno 9. julija 2008.
  14. ^ 14,0 14,1 Z. Chen, Huang, Chi-Yue; Zhao, Meixun; Yan, Wen; Chien, Chih-Wei; Chen, Muhong; Yang, Huaping; Machiyama, Hideaki; Lin, Saulwood (2011). Characteristics and possible origin of native aluminum in cold seep sediments from the northeastern South China Sea. Journal of Asian Earth Sciences 40 (1): 363–370. Bibcode: 2011JAESc..40..363C. doi:10.1016/j.jseaes.2010.06.006.
  15. ^ J.F. Guilbert, C.F. Park (1986). The Geology of Ore Deposits. W. H. Freeman. str. 774–795. ISBN 0-7167-1456-6.
  16. ^ Kemična tovarna Moste.
  17. ^ G.E. Totten, D.S. Mackenzie (2003). Handbook of Aluminum. Marcel Dekker. str. 40. ISBN 978-0-8247-4843-2.
  18. ^ 18,0 18,1 J. Emsley (2001). Aluminium. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. str. 24. ISBN 0-19-850340-7.
  19. ^ A. Dipaola. U.A.E. Plans to Merge Aluminum Makers in $15 Billion Venture. [1]. Pridobljeno 18. marca 2015.
  20. ^ T. Hilmarsson. Energy and aluminium in Iceland. Pridobljeno 18. marca 2015.
  21. ^ From alumina to aluminium. Pridobljeno 18. marca 2015.
  22. ^ 22,0 22,1 T.J. Brown (2009). World Mineral Production 2003–2007. British Geological Survey.
  23. ^ C. Schmitz, J. Domagala, P. Haag (2006). Handbook of Aluminium Recycling. Vulkan-Verlag. str. 27. ISBN 3-8027-2936-6.
  24. ^ The Australian Industry. Australian Aluminium Council. Pridobljeno 11. Avgusta 2007.
  25. ^ Bauxite and Alumina, U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries. USGS. Februar 2014. str. 26. Pridobljeno 2. junija 2014.
  26. ^ Australian Bauxite. Australian Aluminium Council. Pridobljeno 11. avgusta 2007.
  27. ^ Benefits of Recycling. Ohio Department of Natural Resources.
  28. ^ Theoretical/Best Practice Energy Use In Metalcasting Operations.
  29. ^ Reciclado del aluminio. Confemetal.es ASERAL. Arhivirano 20. julija 2011.
  30. ^ J.Y. Hwang, X. Huang, Z. Xu (2006). Recovery of Metals from Aluminium Dross and Salt cake. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering 5 (1): 47.
  31. ^ Why are dross & saltcake a concern?. www.experts123.com.
  32. ^ A.M. Dunster in drugi (2005). Added value of using new industrial waste streams as secondary aggregates in both concrete and asphalt. Waste & Resources Action Programme.
  33. ^ C. Elschenbroich (2006). Organometallics. Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-29390-2.
  34. ^ 34,0 34,1 C. Dohmeier, D. Loos, H. Schnöckel (1996). Aluminum(I) and Gallium(I) Compounds: Syntheses, Structures, and Reactions. Angewandte Chemie International Edition 35 (2): 129. doi: 10.1002/anie.199601291.
  35. ^ D.C. Tyte (1964). Red (B2Π–A2σ) Band System of Aluminium Monoxide. Nature 202 (4930): 383. Bibcode: 1964Natur.202..383T. doi:10.1038/202383a0.
  36. ^ P.W. Merrill, A.J. Deutsch, P.C. Keenan (1962). Absorption Spectra of M-Type Mira Variables. The Astrophysical Journal 136: 21. Bibcode: 1962ApJ...136...21M. doi:10.1086/147348.
  37. ^ W. Uhl (2004). Organoelement Compounds Possessing Al—Al, Ga—Ga, In—In, and Tl—Tl Single Bonds. Advances in Organometallic Chemistry. Advances in Organometallic Chemistry 51: 53–108. doi: 10.1016/S0065-3055(03)51002-4. ISBN 0-12-031151-8.
  38. ^ Aluminum. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno 6. marca 2012.
  39. ^ L.E. Hetherington (2007). World Mineral Production: 2001–2005. British Geological Survey. ISBN 978-0-85272-592-4.
  40. ^ L.S. Millberg. Aluminum Foil. How Products are Made 1. Pridobljeno 11. avgusta 2007.
  41. ^ J.P. Lyle, D.A. Granger, R.E. Sanders (2005). Aluminum Alloys. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_481.
  42. ^ Sustainability of Aluminium in Buildings. European Aluminium Association. Pridobljeno 6. marca 2012.
  43. ^ Materials in Watchmaking – From Traditional to Exotic. Watches. Infoniac.com. Pridobljeno 6. junija 2012.

Glej tudi[uredi | uredi kodo]

Zunanje povezave[uredi | uredi kodo]

  • Več gradiva o temi aluminij v Wikimedijini zbirki