As propriedades, características, história e aplicações do Alumínio
O alumínio (também conhecido como alumínio) é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre. E é uma coisa boa também, porque usamos muito disso. Cerca de 41 milhões de toneladas são fundidas a cada ano e empregadas em um amplo conjunto de aplicações. De carrocerias de automóveis a latas de cerveja e de cabos elétricos a peles de aeronaves, o alumínio é uma parte muito importante de nossas vidas cotidianas .
Propriedades
- Símbolo Atômico: Al
- Número atômico: 13
- Categoria do Elemento: Metal pós-transição
- Densidade: 2,70 g / cm 3
- Ponto de fusão: 1220,58 ° F (660,32 ° C)
- Ponto de ebulição: 4566 ° F (2519 ° C)
- Dureza de Moh: 2,75
Características
O alumínio é um metal leve, altamente condutor, reflexivo e não tóxico que pode ser facilmente usinado. A durabilidade do metal e inúmeras propriedades vantajosas fazem dele um material ideal para muitas aplicações industriais.
História
Compostos de alumínio eram usados pelos antigos egípcios como corantes, cosméticos e remédios, mas só cinco mil anos depois os humanos descobriram como fundir alumínio metálico puro. Não surpreendentemente, o desenvolvimento de métodos para produzir alumínio metal coincidiu com o advento da eletricidade no século 19, como a fundição de alumínio requer quantidades significativas de eletricidade.
Um grande avanço na produção de alumínio veio em 1886, quando Charles Martin Hall descobriu que o alumínio poderia ser produzido usando a redução eletrolítica.
Até então, o alumínio era mais raro e mais caro que o ouro. No entanto, dois anos após a descoberta de Hall, empresas de alumínio estavam sendo estabelecidas na Europa e na América.
Durante o século 20, a demanda de alumínio cresceu substancialmente, particularmente nas indústrias de transporte e embalagem.
Embora as técnicas de produção não tenham mudado substancialmente, elas se tornaram notavelmente mais eficientes. Nos últimos 100 anos, a quantidade de energia consumida para produzir uma unidade de alumínio diminuiu 70%.
Produção
A produção de alumínio a partir do minério depende do óxido de alumínio (Al2O3), extraído do minério de bauxita. A bauxita normalmente contém 30-60% de óxido de alumínio (comumente chamado de alumina) e é encontrada regularmente perto da superfície da terra. Este processo pode ser separado em duas partes; (1) a extração de alumina de bauxita, e (2), a fundição de alumínio e metal de alumina.
Separação de alumina em normalmente feito usando o que é conhecido como o processo de Bayer. Isso envolve esmagar a bauxita em um pó, misturando-a com água para fazer uma pasta, aquecendo e adicionando soda cáustica (NaOH). O soda cáustica dissolve a alumina, o que permite que ela passe por filtros, deixando as impurezas para trás.
A solução de aluminato é então drenada para os tanques precipitadores, onde partículas de hidróxido de alumínio são adicionadas como 'semente'. Agitação e resfriamento resultam na precipitação de hidróxido de alumínio sobre o material da semente, que é então aquecido e seco para produzir alumina.
Células eletrolíticas são usadas para fundir alumínio de alumina no processo descoberto por Charles Martin Hall.
A alumina introduzida nas células é dissolvida num banho fluorado de criolite fundida a 1742 ° F (950 ° C).
Uma corrente contínua de 10.000 a 300.000A é enviada dos anodos de carbono da célula através da mistura para um invólucro catódico. Essa corrente elétrica decompõe a alumina em alumínio e oxigênio. O oxigênio reage com o carbono para produzir dióxido de carbono, enquanto o alumínio é atraído para o revestimento celular do cátodo de carbono.
O alumínio pode então ser coletado e levado para fornos onde o material de alumínio reciclável pode ser adicionado. Cerca de um terço de todo o alumínio produzido hoje vem de material reciclado. De acordo com o US Geological Survey, os maiores países produtores de alumínio em 2010 foram a China, a Rússia e o Canadá.
Aplicações
As aplicações de alumínio são numerosas demais para serem listadas e, por causa das propriedades especiais do metal, os pesquisadores estão encontrando novas aplicações regularmente.
De um modo geral, o alumínio e suas muitas ligas são usados em três grandes indústrias; transporte, embalagem e construção.
O alumínio, em uma variedade de formas e ligas, é crítico para os componentes estruturais (estruturas e carrocerias) de aeronaves, automóveis, trens e barcos. Cerca de 70% de algumas aeronaves comerciais são compostas por ligas de alumínio (medidas em peso). Se a peça requer resistência a tensão ou corrosão, ou tolerância a altas temperaturas, o tipo de liga usada depende dos requisitos de cada componente.
Cerca de 20% de todo o alumínio produzido é usado em materiais de embalagem. A folha de alumínio é um material de embalagem adequado para alimentos porque não é tóxica, ao passo que também é um vedante adequado para produtos químicos devido à sua baixa reatividade e é impermeável à luz, água e oxigênio. Só nos EUA, cerca de 100 bilhões de latas de alumínio são enviadas todos os anos. Mais da metade destes são eventualmente reciclados.
Devido à sua durabilidade e resistência à corrosão, cerca de 15% do alumínio produzido a cada ano é usado em aplicações de construção. Isso inclui janelas e caixilhos de portas, coberturas, paredes e estruturas estruturais, além de calhas, persianas e portas de garagem.
A condutividade elétrica do alumínio também permite que ele seja empregado em linhas condutoras de longa distância. Reforçado com aço, as ligas de alumínio são mais econômicas do que o cobre e reduzem a flacidez devido ao seu peso leve.
Outras aplicações para o alumínio incluem conchas e dissipadores de calor para eletrônicos de consumo, postes de iluminação pública, estruturas superiores de plataformas de petróleo, janelas revestidas de alumínio, utensílios de cozinha, bastões de beisebol e dispositivos de segurança refletivos.
Fontes:
Rua, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metais no Serviço do Homem . 11th Edition (1998).
USGS. Mineral Commodity Summaries: Alumínio (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/