Металлург объясняет удивительные свойства алюминия

2 декабря 2022 г.

наизусть

Несмотря на то, что алюминий является самым распространенным металлом на Земле и составляет более 8% массы ядра Земли, он был открыт только в 1820-х годах датским физиком Гансом Кристианом Эрстедом. Частично это объясняется тем, что чистый алюминий не существует в природе, поскольку он легко связывается с другими элементами, такими как кислород.

Нашим основным источником алюминия является осадочная порода, бокситы. Как объясняет Ван дер Эйк: «Для производства одного килограмма металлического алюминия требуется около четырех килограммов боксита. После добычи бокситовой руды извлекается оксид алюминия. Затем алюминий и кислород разделяются электрическим током, пропускаемым через расплавленный раствор. глинозема и минерала криолита, который растворяет оксидные минералы».

Лишь в конце XIX века алюминий стал производиться в промышленных масштабах, и его свойства оказались неоценимыми. Он легкий — примерно треть веса стали. «Он также мягкий и податливый, поэтому из него можно легко отливать или формовать множество различных изделий», — добавляет Ван дер Эйк.

Он обычно используется в упаковке (в банках и для алюминиевой фольги), потребительских товарах (таких как телефоны и компьютеры), на транспорте (автомобили, самолеты, корабли и поезда) и в линиях электропередачи, поскольку он дешевле меди и обладает лучшей проводимостью для весовое соотношение.

Оказывается, это ошибочное мнение.

Когда железо подвергается воздействию влаги и кислорода, оно покрывается коричнево-красным хрупким веществом, которое мы называем ржавчиной. Поскольку сталь представляет собой сплав, основным ингредиентом которого является железо, она также ржавеет.

Хотя другие металлы корродируют под воздействием кислорода или воды, на самом деле они не ржавеют. Подумайте о тонком зеленом слое, который образуется на куполах зданий из меди, латуни или бронзы.

«Алюминий очень быстро реагирует на кислород, создавая тонкий слой оксида алюминия на своей внешней поверхности, который предотвращает попадание большего количества кислорода в металл и тем самым защищает его», — объясняет Ван дер Эйк.

Однако это не делает алюминий непобедимым.

Контакт с соленой водой может привести к образованию небольших отверстий, известных как ямки, и он будет подвергаться коррозии при воздействии щелочной среды, но он более устойчив к кислоте и способен выдерживать безалкогольные напитки с pH менее трех.

«Поэтому он не подходит в сочетании с влажным бетоном. Когда портландцемент гидратируется водой для изготовления бетона, образуется очень щелочной гидроксид кальция, который может вызвать растрескивание алюминия», — отмечает Ван дер Эйк.

Алюминий можно перерабатывать бесконечно с ограниченными потерями материалов. Действительно, по данным Recycling World: «Это свойство бесконечной возможности вторичной переработки привело к ситуации, когда сегодня около 75% из почти одного миллиарда тонн когда-либо произведенного алюминия все еще находится в продуктивном использовании».

Его также можно использовать для замены менее экологичных строительных материалов, когда они достигают конца своего жизненного цикла. Recycling World добавляет, что «для переработки алюминия требуется до 95% меньше энергии, чем для производства первичного металла, и тем самым можно избежать соответствующих выбросов, в том числе парниковые газы."

Кроме того, это идеальный материал для создания инфраструктуры, такой как солнечные панели и ветряные турбины, для перехода к «зеленой» энергетике. Он также остается привлекательным для транспорта, поскольку снижение веса транспортных средств также снижает выбросы.

Однако остаются вопросы об устойчивости его производства.

«В настоящее время каждый килограмм произведенного металлического алюминия образует более одного килограмма красного шлама, который попадает на свалку. А электролиз должен проводиться без выбросов CO2», — отмечает Ван дер Эйк.

Действительно, проект Ван дер Эйка ENSUREAL стремился достичь именно этого. ENSUREAL изменила стандартный производственный процесс Педерсена, чтобы использовать руду более низкого качества, одновременно заменяя углеродные материалы водородом, а ископаемые углеродные материалы биоуглеродными, создавая при этом полезные побочные продукты, такие как строительные материалы.