Was ist Aluminum?

Veröffentlicht am von

Sie mussten das perfekte Material entwerfen – wie würde es aussehen? Sie möchten wahrscheinlich, dass es reichlich und relativ günstig ist, stark und leicht, einfach mit anderen Materialien zu kombinieren, hitze- und korrosionsbeständig und ein guter Stromleiter. Kurz gesagt, Sie würden wahrscheinlich mit einem Material wie Aluminiumaufwarten (in einigen Ländern Dinkelaluminium – und das ist auch die offizielle Schreibweise von IUPAC). Der Vorteil des Aluminiums ist auch die gute Einlagerung und Werterhaltung da dieses viel Wetterbeständiger ist als andere Metalle. Im Aluminium Großhandel kostet das Material (unverarbeitet) 1,66 € / kg.

Es ist das häufigste Metall in der Erdkruste, das dritthäufigste chemische Element auf unserem Planeten (nur Sauerstoff und Silizium sind in größerer Menge vorhanden) und das zweithäufigste Metall für die Herstellung von Dingen (nach Eisen / Stahl). Wir alle sehen und verwenden Aluminium jeden Tag, ohne darüber nachzudenken. Daraus werden Einweggetränkedosen hergestellt, ebenso die Kochfolie. Man kann dieses geisterhafte grau-weiße Metall an einigen erstaunlichen Orten finden, von Triebwerken in Flugzeugen bis hin zu den Rümpfen von High-Tech-Kriegsschiffen. Was macht Aluminium zu einem so brillanten Material? Lass uns genauer hinschauen!

Was ist Aluminium?

Aluminium ist weich, leicht, feuerfest und hitzebeständig, lässt sich leicht in neue Formen bringen und ist in der Lage, Strom zu leiten. Es reflektiert Licht und Wärme sehr effektiv und rostet nicht. Es reagiert leicht mit anderen chemischen Elementen, insbesondere Sauerstoff, und bildet leicht eine äußere Aluminiumoxidschicht, wenn Sie es in der Luft lassen. Wir nennen diese Dinge die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium.

Legierungen

Aluminium kommt wirklich gut zur Geltung, wenn Sie es mit anderen Metallen kombinieren, um Aluminiumlegierungen herzustellen (eine Legierung ist ein Metall, das mit anderen Elementen gemischt wird, um ein neues Material mit verbesserten Eigenschaften herzustellen; es könnte fester sein oder bei einer höheren Temperatur schmelzen.) . Einige der Metalle, die üblicherweise zur Herstellung von Aluminiumlegierungen verwendet werden, umfassen Bor, Kupfer , Lithium, Magnesium, Mangan, Silizium, Zinn und Zink . Sie mischen Aluminium mit einem oder mehreren davon, abhängig von der Aufgabe, die Sie zu erledigen versuchen.

Verbundwerkstoffe

Aluminium kann in verschiedenen Kombinationen mit anderen Materialien kombiniert werden (Hybridmaterialien, die aus zwei oder mehr Materialien hergestellt werden, die ihre getrennte Identität behalten, ohne dass sie chemisch kombiniert, vermischt oder gelöst werden). So kann Aluminium beispielsweise als „Hintergrundmaterial“ (Matrix) in einem sogenannten Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC) dienen, der mit Siliciumcarbid-Partikeln verstärkt ist, um ein starkes, steifes, leichtes Material für eine Vielzahl von Anwendungen zu schaffen Verwendung in der Luft- und Raumfahrt, in der Elektronik- und Automobilindustrie – und (entscheidend) besser als Aluminium allein.

Wofür wird Aluminium verwendet?

Reines Aluminium ist sehr weich. Wenn Sie etwas Stärkeres schaffen wollen, aber dennoch leicht, strapazierfähig und in der Lage sind, die hohen Temperaturen in Flugzeugen oder Automotoren zu überstehen, mischen Sie Aluminium und Kupfer. Für Lebensmittelverpackungen benötigen Sie nicht etwa die gleiche Stärke, aber Sie benötigen ein Material, das sich leicht formen und verschließen lässt. Diese Eigenschaften erhalten Sie, wenn Sie Aluminium mit Magnesium legieren. Angenommen, Sie möchten Strom über weite Strecken von Kraftwerken zu Häusern und Fabriken transportieren. Sie könnten Kupfer verwenden, das im Allgemeinen der beste Leiter ist, aber es ist schwer und teuer. Aluminium könnte eine Option sein, aber es ist nicht so leicht, Strom zu transportieren. Eine Lösung besteht darin, Stromkabel aus mit Bor legiertem Aluminium herzustellen, das den Strom fast genauso gut leitet wie Kupfer, aber an heißen Tagen viel leichter und weniger abfallend ist. Normalerweise enthalten Aluminiumlegierungen 90 bis 99 Prozent Aluminium.

Wie wird Aluminium hergestellt?

 

Aluminium reagiert so leicht mit Sauerstoff, dass es von Natur aus nie in reiner Form vorkommt. Stattdessen sind Aluminiumverbindungen in großen Mengen in der Erdkruste als Erz (Rohgesteinsmaterial), genannt Bauxit, vorhanden . Dies ist der gebräuchliche Name für hydratisiertes Aluminiumoxid, eine Substanz, die typischerweise aus etwa zwei Dritteln Aluminiumoxid (chemische Formel Al 2 O 3 ) mit einem Drittel Wassermolekülen (H 2 O) in ihrer Kristallstruktur besteht. Bauxit enthält je nach Standort auf der Erde eine Reihe unterschiedlicher Verunreinigungen wie Eisenoxid, Siliziumoxid und Titanoxid. Die Welt verfügt derzeit über etwa 55 bis 75 Milliarden Tonnen Bauxit-Reserven – genug, um die Nachfrage „weit in die Zukunft“ zu befriedigen (gemäß den Mineral Commodity Summaries des US Geological Survey, 2018).

Wenn Sie Bauxit in Aluminium verwandeln möchten, um nützliche Dinge wie Dosen, Kochfolie und Weltraumraketen herzustellen , müssen Sie die Verunreinigungen und das Wasser loswerden und die Aluminiumatome von den Sauerstoffatomen trennen, an denen sie gebunden sind. Die Herstellung von Aluminium ist also eigentlich ein mehrstufiger Prozess.

Zuerst graben Sie den Bauxit aus dem Boden, zerkleinern ihn, trocknen ihn (wenn er zu viel Wasser enthält) und reinigen Sie ihn, um nur noch Aluminiumoxid zu hinterlassen. Dann verwenden Sie eine elektrische Technik, die als Elektrolyse bezeichnet wird , um diese in Aluminium und Sauerstoff aufzuspalten. (Elektrolyse ist das Gegenteil von dem, was in einer Batterie geschieht. In einer Batterie haben Sie zwei verschiedene Metallverbindungen, die in eine chemische Verbindung eingefügt werden, und schließen einen Stromkreis zwischen ihnen ab, um Elektrizität zu erzeugen. Bei der Elektrolyse leiten Sie über zwei Metallverbindungen Elektrizität hinein eine chemische Verbindung, die sich dann allmählich in ihre Atome aufspaltet.) Sobald das reine Aluminium abgetrennt ist, wird es in Blöcke gegossen, die als Blöcke bezeichnet werden, die bearbeitet oder geformt werden können oder als Rohstoff zur Herstellung von Aluminiumlegierungen verwendet werden.

Aus versteinerten Bauxitklumpen, die Sie aus dem Boden gegraben haben, brauchbares, glänzendes Aluminium herzustellen, ist ein langwieriger, schmutziger, unglaublich energieintensiver Prozess. Deshalb ist die Aluminiumindustrie so sehr daran interessiert, Dinge wie gebrauchte Getränkedosen zu recyceln . Es ist viel schneller, billiger und einfacher, diese einzuschmelzen und wiederzuverwenden, als Bauxit zu verarbeiten. Es ist auch viel besser für die Umwelt, weil es eine Menge Energie spart.