Ten srebrny metal jest używany w wielu gałęziach przemysłu: w przemyśle samochodowym, w przemyśle lotniczym, w budownictwie i oczywiście w energetyce. Aluminium jest trzynastym elementem układu okresowego Dmitri Iwanowicz Mendelejew. Obecnie szacuje się, że stanowi on około 8% całkowitej masy stałej skorupy ziemskiej i jest trzecim pierwiastkiem chemicznym pod względem występowania na Ziemi, ustępując jedynie tlenowi i krzemowi.
Historia odkrycia
Ale ponieważ aluminium ma wysoką aktywność chemiczną, w czystej postaci praktycznie nie występuje w naturze, dlatego w przeciwieństwie do wielu innych metali, stało się znane dopiero na początku XIX wieku, kiedy formalnie otrzymano aluminium.
W 1824 r. Duński fizyk w procesie elektrolizy najpierw uzyskał aluminium. Chociaż metal zawiera zanieczyszczenia rtęci i potasu, ten przypadek jest pierwszym sprawdzonym przypadkiem produkcji aluminium w laboratorium.
Nazwiskiem naukowca, który doprowadził do rewolucyjnej metody, był Hans Christian Oersted. Jednak opracowanie technologii produkcji w produkcji przemysłowej zajęło prawie pół wieku. Większość naturalnego aluminium znajduje się w minerałach ałunowych. To właśnie dzięki temu minerałowi aluminium zyskało swoją nazwę, co po łacinie brzmi Alumen.
Ruda aluminium
We współczesnym świecie w produkcji aluminium stosuje się szeroko rozpowszechnioną w przyrodzie rudę aluminium - boksyt. Skały boksytowe są skałami gliniastymi, które zawierają różne modyfikacje wodorotlenkowe z zanieczyszczeniami takimi jak chrom, krzem, tytan, siarka, wanad, węglan magnezu, wapń i żelazo.
W boksycie można znaleźć prawie połowę pierwiastków chemicznych układu okresowego. Wartość tej rudy polega na tym, że oprócz jednej tony aluminium wydobywanego z czterech ton boksytu, zanieczyszczenia są również cenne dla przemysłu. Biały proszek, tlenek glinu (Al2O3), zwany również „tlenkiem glinu”, otrzymuje się z boksytu podczas przetwarzania. To z tlenku glinu przez elektrolizę w nowoczesnych przedsiębiorstwach produkujących metal.
Rola energii elektrycznej w produkcji
Przez produkcję aluminium zużywana jest ogromna ilość energii elektrycznej. Aby uzyskać jedną tonę metalu, energia jest wydawana na tyle, że wystarczyłaby na potrzeby 100-apartamentowego budynku na cały miesiąc. Mianowicie 15 MW * h. Dlatego większość zakładów aluminiowych znajduje się w pobliżu elektrowni wodnych, elektrowni jądrowych lub posiada własne elektrownie cieplne, a także rozwiniętą strukturę systemów i sieci elektroenergetycznych.
Właściwości aluminium
Aluminium ma rzadką kombinację właściwości, takich jak:
- mała waga;
- tworzywa sztuczne, przewodnictwo elektryczne;
- zdolność do tworzenia stopów z innymi metalami.
Powierzchnia aluminium jest zawsze pokryta bardzo cienką warstwą tlenku, która jest bardzo trwała i nie pozwala na korozję aluminium. Ten materiał, zarówno gorący, jak i zimny, jest łatwo przetwarzany pod ciśnieniem. Takie metody przetwarzania, jak walcowanie, tłoczenie, ciągnienie, są często wykonywane w przedsiębiorstwie przy produkcji niektórych części.
Inną zaletą aluminium jest to, że jest nietoksyczny, niepalny i nie wymaga dodatkowego barwienia: dzięki temu jego zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym jest nieodzownym elementem. Plastyczność aluminium jest zaskakująca: możliwe było wykonanie arkusza i bardzo cienkiego drutu o grubości zaledwie 4 mikronów, a grubość folii jest trzy razy cieńsza niż ludzkiego włosa.
Ze względu na zdolność aluminium do tworzenia związków z dużą grupą pierwiastków chemicznych, pojawiła się duża grupa stopów. Na przykład połączenie aluminium i cynku jest wykorzystywane do tworzenia skrzynek na różne typy tabletów i telefonów, aluminium w połączeniu z magnezem i krzemem jest używane do produkcji różnych typów silników, jako część elementów podwozia i różnych silników. W przemyśle energetycznym stosowane są różne stopy.
Współczesna nauka nadal bada i wynajduje najnowsze rodzaje stopów aluminium. Dzisiaj nie ma przemysłu, w którym aluminium nie jest używane. Można śmiało powiedzieć, że takie rodzaje przemysłu, jak lotnictwo, kosmos, energia, samochód, żywność, elektronika, otrzymały nowoczesny rozwój dzięki aluminium i jego stopom.
Nie wspominając już o tak ważnej właściwości jak przewodność cieplna. Przecież ta właściwość metalu jest wymagana w produkcji systemów grzewczych, produktów elektrycznych, w przemyśle samochodowym i lotniczym, w produkcji układów hamulcowych i tym podobnych. Pojemność cieplna to proces przenoszenia energii cieplnej w ciałach fizycznych lub ich cząstkach z obiektów gorących na zimne w oparciu o prawo Fouriera. Konkurencją dla aluminium w tej dziedzinie jest miedź.
Który metal ma wysoką przewodność cieplną? To nie jest absolutnie proste pytanie. Wiadomo, że aluminium ma mniejszą przewodność cieplną niż miedź w średnich temperaturach, ale jeśli chodzi o niskie temperatury, a mianowicie przy 50 K, to przewodność cieplna aluminium znacznie wzrasta, podczas gdy miedź ma mniejszą przewodność cieplną. Temperatura topnienia aluminium wynosi 933, 61 K, co stanowi około 660 ° C, w którym to momencie zmniejszają się właściwości Al, takie jak przewodność cieplna i gęstość.
Gęstość srebrzystego metalu zależy od jego temperatury i zależy od jego stanu. Tak więc, w temperaturze 27 ° C, gęstość aluminium wynosi odpowiednio 2697 kg / m3, a w temperaturze topnienia 660 ° C jego gęstość jest równa 2368 kg / m3 . Zmniejszenie gęstości metalu w zależności od temperatury wynika z jego rozszerzania przy ogrzewaniu bezpośrednim.
Tabele właściwości aluminium i miedzi
Następnie rozważamy tabele właściwości fizycznych i przewodności cieplnej aluminium i miedzi w różnych temperaturach.
- gęstość Cu i Al, kg / m3;
- ciepło właściwe Cu i Al, J / (kg · K);
- dyfuzyjność cieplna Cu i Al, m 2 / s;
- przewodność cieplna Cu i Al, W / (m · K);
- oporność elektryczna Cu i Al, Ohm · m;
- Funkcja Lorentza Cu i Al;
Tabela właściwości fizycznych aluminium
| T, K | kg / m3 | 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 | 911, 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 | 1133, 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 właściwości fizycznych miedzi
| T, K | kg / m3 | 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, 6 l | 8.00 | 513, 9 | 41.2 | 175 | 21.01 | 1, 08 |
| 1400 | 7, 98 | 513, 9 | 42, 7 | 175 | 21, 43 | 1, 08 |
Z powyższego jasno wynika, że aluminium jest jednym z priorytetowych metali w przemyśle, ale ma jeszcze jedną właściwość: ten metal i jego stopy można stopić więcej niż raz, nie tracąc swoich właściwości. Między innymi jest bardziej ekonomiczny niż wydobywanie z rudy. Tak więc, przy jednej oszczędności energii elektrycznej przekracza 14 kW / h. Szacuje się, że obecnie wykorzystywane jest 75% aluminium i jego stopów wydobywanych przez cały czas.