Aluminiu

Proprietățile chimice și fizice ale aluminiului

Metal ne-nobil, de culoare gri-argintie, instabil, ductil, electric foarte bine conducător. La temperaturi sub 1,18 K este supraconductor. În natură se găsește în principal sub formă de compuși, cel mai cunoscut minereu fiind bauxita Al2O3 . 2 H2O (dihidrat de oxid de aluminiu).

Formează compuși cu stări de oxidare de la +I până la +III, cei mai comuni și stabili sunt compușii de aluminiu. În mediu acid formează un cation de aluminiu în soluție apoasă, în mediu alcalin formează un anion aluminat [AlO2]−. Aluminiul în stare pură este foarte reactiv, formând rapid un strat subțire de oxid Al2O3 în aer, care protejează metalul de oxidarea ulterioară.

Aluminiul este foarte bine solubil în acizi diluați. Acidul azotic concentrat sau acidul sulfuric, la fel ca oxigenul din aer, îl acoperă cu un strat pasiv de oxid. De asemenea, hidroxizii metalelor alcaline dizolvă ușor aluminiul metalic, generând aluminate (AlO2)−.

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt foarte bine sudabile cu aproape toate metodele de sudare. O excepție este aliajul de dural, care este greu sudabil.

Aluminiul a fost izolat sub formă metalică în anul 1825 de către fizicianul danez Hans Christian Ørsted.

Aluminiu și prezența sa în natură

Datorită reactivității mari a aluminiului, întâlnim în natură practic doar compuși ai săi.

Aluminiul este al treilea element ca prezență în scoarța terestră. Conform celor mai recente date disponibile, aluminiul constituie 7,5–8,3% din scoarța terestră. În apa de mare, concentrația sa este foarte scăzută, doar 0,01 mg Al/l, iar în univers există aproximativ o jumătate de milion de atomi de hidrogen pentru fiecare atom de aluminiu.

Cea mai comună rocă pe bază de aluminiu este bauxita, Al2O3 · 2 H2O. De obicei, este însoțită de alte impurități pe bază de oxizi de siliciu, titan, fier și altele.

Un alt mineral important este criolitul, hexafluoruraluminium de sodiu Na3AlF6, utilizat în principal ca flux pentru reducerea temperaturii de topire a oxidului de aluminiu în producția electrolitică de aluminiu.

Mineralele pe bază de oxid de aluminiu Al2O3 sunt foarte importante și valoroase. Corindonul se situează pe locul 9 pe scara Mohs de duritate. Oxidul de aluminiu tehnic este numit și electrid și este utilizat pe scară largă în producția de hârtie abrazivă.

Pietrele prețioase, al căror material de bază este oxidul de aluminiu, diferă prin impuritatea care le conferă culoarea caracteristică. Rubinul roșu este colorat de impurități de oxid de crom, în timp ce safirul albastru conține în principal urme de oxizi de titan și fier.

Ambele forme menționate de corindon sunt printre cele mai valoroase pietre prețioase din lume, dar au și utilizări importante în tehnologie. Acele de safir excelează prin duritatea și rezistența lor și sunt utilizate în echipamente științifice de măsurare de înaltă performanță. Rubinul este cunoscut ca material pentru construcția primului laser din lume.

Producția de aluminiu

Deși aluminiul este unul dintre cele mai prezente elemente din scoarța terestră, producția sa industrială a fost până de curând un proces destul de dificil. Acest lucru se datorează în special faptului că aluminiul elementar nu poate fi redus metalurgic simplu din minereul său, așa cum, de exemplu, fierul este redus cu cocs într-un furnal. Abia controlul electrolizei industriale a topiturilor de minereuri metalice a permis producția anuală actuală de sute de tone de aluminiu pur.
În timpul electrolizei, din topitura amestecului de bauxită prelucată și criolit la o temperatură de aproximativ 950 °C, se depune aluminiul elementar la catod, iar oxigenul se eliberează la anodul de grafit, reacționând imediat cu materialul electrodului pentru a produce oxid de monoxid de carbon toxic, CO.
Pe teritoriul fostei Cehoslovacii, în anul 1933 a început producția de foi de aluminiu, iar ulterior, în 1954, producția de produse de consum din folii de aluminiu în Břidličná. Compania continuă să fabrice în continuare. În plus, în 1953 a început producția de aluminiu în Slovacia, la Žiar nad Hronom, unde majoritatea bauxitei era importată din Ungaria. Producția de aluminiu prin tehnologia Söderberg a fost încheiată aici în 1998.

Aliaje de aluminiu

Cel mai important este totuși utilizarea aluminiului sub formă de aliaje, dintre care cu siguranță cel mai cunoscut este aliajul cu magneziu, cupru și mangan, cunoscut sub numele de dural. Acest material are o rezistență și duritate mult mai mare decât aluminiul pur, menținându-se în același timp foarte ușor. De asemenea, sunt foarte rezistente la coroziune. Toate aceste proprietăți fac din dural un material ideal pentru industria aeronautică și auto, dar îl întâlnim și în fabricarea lifturilor, bicicletelor, scărilor ușoare și a aplicațiilor similare.

Aliaje de aluminiu bine cunoscute sunt categoriile 6061 și 7005. Dar care este diferența dintre ele? Aliajul din seria 7005 (format din 93,35% Al, 0,13% Cr, 1,4% Mg, 0,45% Mn, 0,03% Ti, 4,5% Zn, 0,14% Zr), este adesea înlocuit de aliajul denumit Alloy 6061, care este compus din 98,1% Al, 0,020% Cr, 1% Mg, 0,28% Mn, 0,6% Si. Deși materialul Al 6061 are proprietăți mecanice puțin inferioare, este mai ușor de sudat deoarece nu conține zinc, care poate cauza fisuri la sudare. Spre deosebire de de exemplu cadrele de bicicletă din materialul 7005, care se pot întări automat, cadrele din Al 6061 trebuie întotdeauna tratate termic. Dezavantajul aliajului 6061 este că are o rezistență cu 20% mai mică decât seria 7005. Cu toate acestea, materialul 6061 are un avantaj, fiind mai moale, ceea ce permite o modelare mai ușoară, iar la aceeași grosime a tubului, comparativ cu 7005, va fi cu siguranță mai ușor.