Eiginleikar, einkenni, saga og notkun áls
Ál (sem einnig er þekktur sem ál) er algengasta málmhlutinn í jarðskorpunni. Og það er líka gott vegna þess að við notum mikið af því. Um 41 milljón tonn eru smelt hvert ár og starfa í fjölmörgum umsóknum. Frá sjálfvirkum aðilum til bjór dósna, og frá rafmagns snúrur til flugvélarhúðu, er ál mjög stór hluti af daglegu lífi okkar.
Eiginleikar
- Atómtákn: Al
- Atómnúmer: 13
- Element Flokkur: Post-umskipti málmur
- Þéttleiki: 2,70 g / cm 3
- Bræðslumark: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Sjóðpunktur: 4566 ° F (2519 ° C)
- Moh er hörku: 2,75
Einkenni
Ál er léttur, mjög leiðandi, hugsandi og óoxandi málmur sem auðvelt er að nota. Ending málmsins og fjölmargir hagstæðar eiginleikar gera það tilvalið efni fyrir margar iðnaðarforrit.
Saga
Ál efnasambönd voru notuð af fornu Egyptar sem litarefni, snyrtivörur og lyf, en það var ekki fyrr en 5000 árum síðar að menn uppgötvuðu hvernig á að bræða hreint málm ál. Ekki kemur á óvart að þróun aðferða til að framleiða álmálm samanburði við tilkomu raforku á 19. öld, þar sem álbræðsla krefst verulegs magns raforku.
Mikil bylting í álframleiðslu kom árið 1886 þegar Charles Martin Hall komst að þeirri niðurstöðu að ál væri hægt að framleiða með því að draga úr raflausn.
Fram að þeim tíma hafði ál verið sjaldgæft og dýrari en gull. Hins vegar, innan tveggja ára frá uppgötvun Hall, voru álfyrirtæki stofnuð í Evrópu og Ameríku.
Á 20. öldinni jókst eftirspurn eftir áli mikið, sérstaklega í flutningum og umbúðum.
Þrátt fyrir að framleiðslutækni hafi ekki breyst verulega hefur þau orðið mjög skilvirkari. Á síðustu 100 árum hefur magn af orkunotkun til að framleiða eina einingu af áli minnkað 70%.
Framleiðsla
Framleiðsla áls úr málmgrýti er háð áloxíði (Al2O3), sem er dregin úr bauxítmalm. Bauxít inniheldur venjulega 30-60% áloxíð (almennt vísað til súráls) og finnst reglulega nálægt jörðinni. Þetta ferli má skipta í tvo hluta; (1) útdráttur súráls úr bauxíti og (2) álbræðslu álversins úr súrál.
Aðskilnaður súráls í venjulega gert með því að nota það sem þekkt er sem Bayer Process. Þetta felur í sér að alfa bauxítið í duft, blandað það með vatni til að gera slurry, hita og bæta við kalíumgos (NaOH). Súrefni leysir upp súrál, sem gerir það kleift að fara í gegnum síur, þannig að óhreinindi liggja fyrir.
Alíanatlausnin er síðan dregin út í útfellisdreka þar sem agnir af álhýdroxíði eru bætt sem "fræ". Hristing og kæling leiddi til þess að álhýdroxíð fellt út á fræefnið, sem síðan er hitað og þurrkað til að framleiða súrál.
Rafgreiningarfrumur eru notaðir til að melta ál úr súráli í því ferli sem Charles Martin Hall uppgötvaði.
Ál sem er gefið í frumurnar er leyst upp í flúoraðri baði af bráðnu kryolíti við 1742F ° (950 ° C).
Bein straumur hvar sem er frá 10.000-300.000A er sendur úr kolefnisskautunum í klefanum í gegnum blönduna í bakskautsskel. Þessi rafstraum brýtur niður súrálinn í ál og súrefni. Súrefnið bregst við kolefninu til að framleiða koltvísýring, en álinn er dreginn að kolefnisbakskautfóðri.
Álinn má síðan safna og taka í ofna þar sem hægt er að bæta við endurvinnanlegu álefni. Um það bil þriðjungur allra ál sem framleitt er í dag kemur úr endurunnið efni. Samkvæmt Geological Survey í Bandaríkjunum voru stærstu álframleiðslulöndin árið 2010 Kína, Rússland og Kanada.
Umsóknir
Umsóknir úr áli eru of margar til að skrá, og vegna sérstakra eiginleika málmsins eru vísindamenn að finna nýjar reglur reglulega.
Almennt eru ál og margar málmblöndur notaðar í þremur stærstu atvinnugreinum; samgöngur, pökkun og smíði.
Ál, í ýmsum gerðum og málmblöndur, er mikilvægt fyrir uppbyggingu hluti (ramma og líkama) loftfara, bíla, lestar og báta. Allt að 70% af sumum viðskiptalegum flugvélum samanstendur af álleysum (mælt miðað við þyngd). Hvort hlutinn krefst streitu eða tæringarþols eða þol gegn háum hitastigi, þá er gerð alloys sem notuð er háð skilyrðum hvers hluta.
Um það bil 20% af öllum framleiddum áli er notað í umbúðum. Álpappír er hentugur umbúðir fyrir mat vegna þess að það er eitrað, en það er einnig hentugur þéttiefni fyrir efnavörur vegna lítillar reactivity og er ógegndrænn við ljós, vatn og súrefni. Í Bandaríkjunum einum eru um 100 milljarðar álburðar sendar á hverju ári. Yfir helmingur þessara er að lokum endurunnið.
Vegna endingar og ónæmis gegn tæringu er um 15% af áli framleidd á hverju ári notað í byggingarumsóknum. Þetta felur í sér glugga og dyraramma, roofing, siding, og uppbyggingu ramma, auk gutters, shutters og bílskúr dyr.
Rafleiðni áls gerir það einnig kleift að starfa í langlínulínuleiðum. Styrktar með stáli, ál málmblöndur eru hagkvæmari en kopar og dregur úr vægi vegna ljósþyngdar þeirra.
Önnur forrit fyrir ál eru skeljar og hitaþurrkur fyrir neytandi rafeindatækni, götuljósapallar, olíubúnaður uppbyggingar, álhúðaðar gluggar, eldunaráhöld, baseballflögur og hugsandi öryggisbúnaður.
Heimildir:
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Málmar í þjónustu mannsins . 11. útgáfa (1998).
USGS. Vatnsúrgangur: Ál (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/