Yleisyydestään huolimatta alumiini on tullut tunnetuksi vasta 1800-luvulla, sillä se esiintyy luonnossa ainoastaanoksideina,[5] ja vastaelektrolyysin keksiminen teki mahdolliseksi eristää sitä vapaana alkuaineena. Nykyisin se on hyvin yleisesti käytetty metalli, jonka keveys ja lujuus tuovat merkittäviä säästöjä muun muassa kuljetusalalla.
Alumiini kestää melko hyvin ilman javeden vaikutusta, eikä siis ole altiskorroosiolle, ja siksi sitä käytetään useinteräksen sijasta. Alumiinin ’korroosiokestävyys’ perustuu pintaan muodostuvaan suojaavaanoksidikerrokseen eli korroosioon.[6] Alumiinin pinta siis korrosoituu (hapettuu), mutta pintaan muodostuva tiivis oksidikerros suojaa alempia kerroksia korroosiolta. Usein alumiinia seostetaan muilla metalleilla, esimerkiksimagnesiumilla. Alumiinin hyväälämmönjohtavuutta hyödynnetään etenkinelektroniikkateollisuudessa. Alumiininsähkönjohtokyky on myös erittäin hyvä ja sitä käytetäänkin yleisesti suurjännitesiirtojohdoissa.
Alumiini on kevyt himmeän hopeinen metalli. Se on myös helposti taottavaa, taipuisaa ja helpostivalettavaa. Alumiinin hopeinen väri ei häviä, vaikka alumiinin jauhaisi pieneksi, joten sitä voidaan käyttää hopeisissa maaleissa. Alumiini heijastaa valoa erittäin hyvin. Se on myös erittäin hyvä lämmön- ja sähkönjohdin. Alumiinia voidaan käyttää myössuprajohteena 1,2kelvinin lämpötilassa. Alumiini ei juurikaan reagoimagneetteihin.[4][7]
Alumiinin merkittävinhapetusluku on +III. Alumiini muodostaa hapen kanssa nopeastialumiinioksidia. Erityisesti tätä muodostuu alumiinin päälle ohut kerros. Ohut oksidikerros suojaa alumiinia ja tekee siitä korroosion kestävää. Oksidikerrosta voi paksuntaa erillisellä hapettimella tai elektrolyysin avulla. Jos oksidikerros on tarpeeksi paksu, alumiini ei liukene heikkoihin happoihin tai emäksiin. Se kuitenkin liukenee huoneenlämmössä vahvaansuolahappoon ja vahvoihin emäksiin. Alumiini onamfoteeri. Puhtaalla alumiinilla onepämetallien ominaisuuksia: se muodostaa tetrahydroksidikompleksin emästen kanssa. Se kuitenkin vapauttaa happoliuoksista vetyä, joten sillä on myös metallien ominaisuuksia.[4][7][8]
Alumiini voi muodostaa halidien kanssa myös monohalideja ja dihalideja, mutta ne hajoavat itsestään alumiiniksi ja trihalidiksi.Alumiinifluoridi (AlF3) on tärkeä aine alumiinin valmistamisessa.Alumiinikloridia käytetäänFriedel–Crafts-alkyloinnin katalyyttinä. Alumiinifluoridin sulamispiste on huomattavasti suurempi kuin muiden alumiinihalidien. Samoin se käytännössä liukenematonta.[10]Alumiinioksidi on erittäin kovaa, sen sulamispiste on korkea ja se toimii eristeenä. Siksi sille löytyy paljon erilaisia käyttökohteita keramiikasta peileihin.[11]
Alumiini on ympäristömyrkky,[12] jota löytyy aina ympäristöstä saastumisen ja alumiinin teollisen hyödyntämisen takia.[12] Alumiini on vaaratonta saostuneessa muodossa ja kiviainekseen sitoutuneena mutta muuttuu haitalliseksi jouduttuaan tekemisiin happaman veden kanssa muuttuessaan liukoiseen muotoon.[13]
Elimistöön päätynyt alumiini häiritsee muun muassa siittiöiden, sikiöiden ja keskushermoston kehitystä[14]. Alumiini pystyy ylittämäänveriaivoesteen ja kerääntyy siksi aivoihin[12]etenkin ihmisen ikääntyessä[15].
Alumiini on haitallistaaivojen toiminnalle, ja pitkäaikainen alumiinialtistus voi johtaahermosolujen tuhoutumiseen jahermoston rappeutumissairauksiin. Autismia[16],Parkinsonin tautia ja seniiliädementiaa sairastavien aivosoluista on löydetty korkeita alumiinipitoisuuksia.[17] Alumiinia kertyy myös esimerkiksiluustoon, jolloin seurauksena voi ollaosteomalasia eli luunpehmennystauti, mikä johtuuluun mineralisoitumisen vähenemisestä.[18]
Vuonna 2015 julkaistussa tutkimuksessa saatiin viitteitä siitä, että nanomuotoinen alumiini saattaa aiheuttaa verisuonten kroonista inflammaatiota.[19]
Ravinnosta saatavan alumiinin hyväksyttävän saannin ylärajana pidetään yhtä milligrammaa kilolle viikossa, kun otetaan huomioon alumiinin kertyminen elimistöön. Yksilölliset erot altistuksessa ovat suuria, ja Euroopan ruokaturvallisuusvirasto on arvioinut, että yläraja ylittyy huomattavalla osalla Euroopan väestöä.[14]
Erään arvion mukaan keskimääräinen ruoasta, vedestä ja ilmasta saatu alumiiniannos olisi 25 mg vuorokaudessa, mikä tarkoittaa 60-kiloiselle aikuiselle tasoa 3 mg/kilo viikossa.[20] Eurooppalaisissa tutkimuksissa on havaittu, että aikuisväestö saa ravinnosta peräisin olevaa alumiinia keskimäärin 0,2–1,5 milligrammaa viikossa painokiloa kohden. Lapsilla ja nuorilla suurimmat havaitut altistukset olivat 0,7–2,3 milligrammaa/kilo viikossa. Eri ruoka-aineiden alumiinipitoisuudessa on hyvin suuria eroja. Eniten alumiinialtistusta aiheutuu viljatuotteista, eräistä vihanneksista kuten sienistä, pinaatista, retiiseistä ja lehtisalaatista, teestä ja kaakaosta sekä eräistä vauvanruoista.[21] Esimerkiksi kahdensadan grammansuklaalevy voi sisältää jopa 30 milligrammaa alumiinia.[20] Muita ravinnossa olevan alumiinin lähteitä ovat ruoan lisäaineet ja alumiinifoliot sekä alumiiniset ruoanvalmistus- ja säilytysastiat.[14]
Vain noin prosentti ravinnon alumiinista imeytyy suolistosta elimistöön, joten esimerkiksi kymmenkiloiselle vauvalle suurimmasta sallitusta viikkoannoksesta imeytyisi viikon aikana yhteensä 0,1 milligrammaa. Rokotteista verenkiertoon päätyvä kertaluontoinen alumiiniannos taas vaihtelee välillä 0,2–1,25 milligrammaa,[21] ja alle neljävuotiaille tarkoitetut rokotteet sisältävät puoli milligrammaa alumiinia. Alumiiniyhdisteitä on käytetty rokotteiden tehosteaineena jo vuodesta 1926 lähtien, koska alumiini kiihdyttää immuunijärjestelmän vasta-ainetuotantoa, jolloin rokotussuojasta saadaan parempi ja pitkäaikaisempi. Refluksitaudin hoitoon tarkoitetuista ja mahan happamuutta neutraloivien antasien hoitoannokset sisältävät kokonaiset 1 000–2 000 milligrammaa alumiinihydroksidia.[21]
Alumiinimineraalit tunnetaan jo ajanlaskun alkuajoilta, jolloinalunaa suositeltiin lääkkeeksi muun muassa verenvuotoon, ihottumaan ja hilseilyyn. Alunaa käytettiin myös paperin valmistamisessa ja väriaineiden kiinnitteenä. Turkkilaiset käyttivät alunaa muodostaakseen punaista väriä.Uuden ajan puolestavälistä aina 1600-luvullapaavilla oli monopoliasema alunan valmistamiseen johtuen Italiasta löytyneestäaluniittiesiintymästä. Alumiini oli myös tuolloin kallista. KunEnglannista löytyi alunaliuske-esiintymä, alunan markkinahinta laski 1600-luvulta lähtien.[6][22]
Andreas Marggraf onnistui 1750-luvulla muodostamaan alumiinioksidia alunasta.Humphry Davy pystyi pelkistämäännatriumia jakaliumia 1700-luvun lopussa, mutta ei onnistunut eristämään alumiinia. Vasta vuonna 1825Hans Christian Ørsted onnistui valmistamaan alumiinia. Hän kuumensi alumiinikloridia kaliummetallin ja elohopean kanssa, jolloin muodostui metallista alumiinia. Ørsted ei kuitenkaan pystynyt erottamaan alumiinia ja elohopeaa toisistaan. Kaksi vuotta myöhemminFriedrich Wöhler oli ensimmäinen, joka onnistui saamaan aikaan puhdasta alumiinia, kun hän vaihtoi kaliumin natriumiin. Natriumin kalleudesta johtuen myös alumiinin valmistus oli kallista, mikä teki siitä rikkaiden metallia useiksi vuosikymmeniksi. Se oli kalliimpaa kuin kulta, ja sen kalleudesta kertoo, että alumiinia oli esilläPariisin maailmannäyttelyssä 1855 jalokivien ohessa sekäNapoleon III käytti juhlatilaisuuksissa alumiinisia aterimia.Charles Hall kehitti vuonna 1886 menetelmän, jossa sulaankryoliittiin johdetaan sähkövirtaa, jolloin muodostuu metallista alumiinia. Samaan aikaan myösPaul-Louis-Toussaint Héroult keksi saman menetelmän.Hall–Héroult-menetelmän ansiosta alumiinin hinta laski nopeasti murto-osaan entisestä arvostaan: vielä vuonna 1852 kilo alumiinia maksoi 1 200 dollaria, kun vuonna hinta 1895 hinta oli 1,15 dollaria kilolta.[6][23][22][7]
Alumiinin nimi tulee latinan kielen sanastaalumen (suom.karvas suola). Nimen aineelle antoi Davy, joka nimesi löytämänsä raudan ja alumiinin lejeeringin nimelläalumium ja myöhemmin nimelläaluminum.[23][7]
Alumiini on maankuoren kolmanneksi yleisin alkuaine hapen ja piin jälkeen. Noin 8,1 prosenttia maankuoresta on alumiinia.[24] Alumiinin tärkein malmi onbauksiitti. 90 prosenttia maapallon bauksiittivarannoista sijaitsee trooppisella tai subtrooppisella vyöhykkeellä. Noin 28 prosenttia kaikesta bauksiitista tuleeGuineasta. Suurimmat bauksiitin tuottajat ovatKiina,Australia,Brasilia, Guinea jaIntia.[25] Alumiinia esiintyy myös muissa mineraaleissa, kuten kryoliitissa,spinellissä jaturkoosissa. Monetjalokivistä ovatkorundia eli alumiinioksidia. Tunnettuja jalokiviä ovatrubiini jasafiiri.[26]
Bauksiitti on pääosinalumiinioksidia (Al2O3), mutta se sisältää myös epäpuhtauksia. Jotta saadaan puhdasta alumiinioksidia, käsitellään bauksiittiBayer-prosessin avulla. Tässä bauksiitti jauhetaan ja liuotetaannatriumhydroksidiin korkeassa lämpötilassa. Kiinteät epäpuhtaudet poistetaan ja alumiinihydroksidi saostetaan liuoksesta pois. Liuokseen jäänatriumaluminaattia, joka voidaan saostaa alumiinihydroksidiksi. Kun alumiinihydroksidi kuumennetaan yli 1 000 °C:n lämpötilassa, se muuttuu alumiinioksidiksi. Puhdasta alumiinia voidaan valmistaaHall–Héroult-menetelmän avulla, jossa alumiinioksidi pelkistetään kryoliittiliuoksessa korkeassa lämpötilassa.[25]
Alumiinin valmistus vaatii hyvin paljon energiaa ja valmistamisessa syntyyhiilidioksidia.IEA:n mukaan alumiiniteollisuuden energiatehokkuutta voidaan parantaa erityisesti kierrättämisellä ja käyttämällä uusiutuvia energialähteitä. IEA:n raportin mukaan alumiinituotannon hiilidioksidipäästöt ovat kuitenkin laskeneet 2000-luvulla, joskin lasku pysähtyi 2010-luvun puolessavälissä.[27] Kansainvälisen alumiini-instituutin mukaan vuonna 2018 alumiinin pelkistyssulatukseen käytettiin noin 870terawattituntia energiaa. Tästä noin 61 prosenttia tuotettiin hiilellä: erityisesti Kiinassa, muualla Aasiassa, Afrikassa ja Oseaniassa käytetään paljon hiilellä tuotettua sähköä. Euroopassa ja Amerikassa käytettiin suhteellisesti enemmän vesivoimaa: Euroopassa tarvitusta energiasta hiilellä tuotettiin 7 prosenttia, kun Kiinassa vastaava luku oli 90 prosenttia.[28] Yhden alumiinitonnin valmistaminen vaatii noin 14 MWh energiaa.[29]
Vuonna 2017 suurimmat alumiinin tuottajat olivat Kiina (33 miljoonaa tonnia),Venäjä (3,5), Intia (3,4),Kanada (3,2),Yhdistyneet arabiemiirikunnat (2,5), Australia (1,5) ja Norja (1,3 miljoonaa tonnia). Kiinan valmistamismäärä vastaa hieman yli puolta koko maailman alumiinin tuotannosta, joka oli vuonna 2017 60 miljoonaa tonnia.[30] Suurin valmistaja on kiinalainenChalco, joka valmisti vuonna 2018 17 miljoonaa tonnia alumiinia.[31]
Alumiinin kierrätystä on tehty jo 1900-luvun alusta lähtien, mutta se laajeni vasta 1960-luvulla, kun alumiinisten tölkkien kierrätys yleistyi.[32] Alumiinin etu on se, että sen rakenne ei muutu kierrätysprosessissa, joten alumiinia voidaan käytännössä kierrättää ikuisesti. Puhtaan alumiinin valmistus kierrätetystä alumiinista kuluttaa noin 5 prosenttia siitä energiamäärästä, mikä tarvitaan bauksiitista valmistettuun alumiiniin.[33] Arviolta noin 75 prosenttia kaikesta tuotetusta alumiinista on edelleen käytössä.[34] Vuonna 2017 Euroopan unionin, Norjan, Islannin ja Sveitsin alueella noin 75 prosenttia aluminiista kierrätettiin: vähintään 98 prosenttia alumiinista kierrättivät Saksa, Norja, Suomi ja Belgia.[35]
Alumiinia voidaan käyttää puhtaana metallina,lejeeringeissä ja yhdisteinä. Alumiini on maailman toiseksi käytetyin metalliraudan jälkeen.[4] Puhdasta metallia käytetään pakkausmateriaalina muun muassa juomatölkeissä, foliossa jaspraymaalipurkeissa.[22] Alumiinia voidaan käyttää hyvin ruuan kanssa kosketuksissa olevissa tarvikkeissa, koska se ei maistu miltään. Alumiini on myös hyväsähkönjohdin, joten sitä käytetään muun muassavoimalinjoissa.[7] Jauhemaista alumiinia voidaan käyttäätermiitissä, jota käytetään erityisesti hitsauksessa.[7] Samoin jauhemaista alumiinia voidaan käyttää maaleissa tuomaan hopeista sävyä. Alumiinia voidaan käyttää optisissa pinnoitteissa ja peileissä, sillä senheijastavuus on erittäin korkea. Puhtaan alumiinin pinnalle muodostuu ohut alumiinioksidikerros, joka suojaa puhdasta metallia. Alumiinia käytetään myös jäähdytettävissä laitteissa, sillä alumiinilla on suhteellisen korkea lämmönjohtavuuskyky.[4]
Hyvän lämmönjohtavuutensa vuoksi alumiinia käytetään muun muassa elektroniikassajäähdytyselementeissä.
Lejeeringeissä alumiini voidaan sekoittaa moniin eri metalleihin. Alumiinilejeerinkejä käytetään kohteissa, joissa vaaditaan korkeaa kestävyyttä, mutta samalla tuote pysyy mahdollisimman kevyenä.Kuparin kanssa alumiini muodostaa hyvin korroosionkestävän, vahvan ja helposti työstettävän lejeeringin. Niitä käytetään muun muassa kuorma-autojen paneloinnissa ja lentokoneissa.Mangaanilejeerinkejä käytetään keittiövälineissä, säiliöissä ja liikennemerkeissä.Piilejeerinkejä käytetäänhitsauksessa. Kun sekoitetaan alumiinia, piitä,magnesiumia jasinkkiä saadaan lejeerinki, jota käytetään muun muassa silloissa ja eri liikennevälineiden osissa.[22][4]
↑ab”6”, CRC Handbook of chemistry & physics. (98 p.) Taylor and Francis Group, LLC, 2015. Teoksen verkkoversio Viitattu 13.3.2016. (Arkistoitu – Internet Archive)
↑Mold, Matthew & Umar, Dorcas & King, Andrew & Exley, Christopher: Aluminium in brain tissue in autism. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, maaliskuu 2018, 46. vsk, s. 76–82. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 21.3.2020. (englanniksi)
↑Lähteenmäki ym.: Ravintomme lisäaineet. (lisäaineiden terveysvaikutukset) Helsinki: Academica kustannus Oy, 2000. ISBN 952-5046-01-X
↑Peter N. Alexandrov, Theodore P. A. Kruck, Walter J. Lukiw: Nanomolar aluminum induces expression of the inflammatory systemic biomarker C-reactive protein (CRP) in human brain microvessel endothelial cells (hBMECs). Journal of Inorganic Biochemistry, 2015-11, nro 152, s. 210–213. PubMed:26265215doi:10.1016/j.jinorgbio.2015.07.013ISSN 1873-3344Artikkelin verkkoversio.
