Aluminiul este unelement chimic, notat cusimbolul Al. Numărul atomic al aluminiului are valoarea13, iar masa atomică este 26.982. Este un element chimic comun, ocupând poziția a treia, după oxigen șisiliciu, ca răspândire terestră, existând în procent de 7.4%.[1] Compușii aluminiului constituie 8.13% din scoarța terestră,[2] fiind întâlniți în substanțele minerale, precum și în lumea vegetală și animală.[3]
În stare naturală este întâlnit sub formamineralelor, dintre care amintim silicații,[4] silicoaluminații (feldspat, mică, argile), criolitul (fluoaluminat de sodiu), bauxita, corindonul.
Dupăfier, acesta a devenitmetalul cu cea mai largă întrebuințare.[5] Aluminiul a fost remarcat pentru faptul că este un metal ușor, cu odensitate de 2.7 g/cm3. Această calitate îl face să fie utilizat în cantități mari în industria navală și aeronautică. Capacitatea mare de reflexie este folosită în construirea oglinzilor metalice.
Este un bun conducător electric și termic, fiind folosit în industria electrochimică sub formă de sârmă, înlocuind conductoarele electrice dincupru, care sunt mai scumpe.
Este un metal ductil și maleabil, fiind posibilă obținerea unei foițe subțiri de 0.005 mm grosime. Totodată, această proprietate este utilizată în industria alimentară, aluminiul fiind folosit la ambalarea produselor alimentare sau în industria farmaceutică.
O altă proprietate importantă a acestui metal este rezistența la coroziune, care se datorează formării unui strat protector deoxid. Rezistă la acțiunea chimică a acidului azotic diluat sau concentrat, iar acest lucru se reflectă în fabricarea canistrelor transportoare deacid azotic din aluminiu.
Prezintă o afinitate mare pentruoxigen, fiind utilizat în obținerea altor metale precum Cr, Mn, Co, V din oxizi.
Termenul "alumen," care este tradus în "alaun," apare în lucrarea luiPliniu cel Bătrân,Naturalis Historia, capitolul 15 al cărții 35, furnizând detalii despre acestmetal. Deși diferite substanțe erau deosebite prin numele dealumen, toate erau caracterizate de un anumit grad de astringență, fiind utilizate înmedicină[6] sau ca vopsele.[7].
Statuia lui Anteros (confundat cuEros sau cuÎngerul Creștin al Carității[8]) în Piccadilly Circus din Londra, confecționată în 1893 și prima statuie făcută din aluminiu.
Înanul1760, un anumitoxidmetalic care prezenta stabilitate și nu putea fi redus a fost extras din alaun și numitalumină de cătrechimistulfrancez L.G.Morveau. În1807 Sir Humphry Davy a concluzionat că reducerea compușilor chimici stabili ar trebui să se facă electrolitic cu ajutorul unei noi celule voltaice, reușind obținereasodiului,potasiului,bariului,stronțiului și alcalciului în formămetalică. Pentru această demonstrație remarcabilă a puterii electrochimice, Davy a obținut un premiu de 50.000 de franci din partea luiNapoleon. Deși eșuase în încercările sale de a obține acest element, denumindu-laluminiu, era evident că restulmetalelor obținute de el prezentau un caracter reducător mai puternic decât alcarbonului și alhidrogenului.
În1808 reușește să obțină pentru prima datăbor elementar prin reducereaoxidului boric cupotasiu obținut prinelectroliză. Pierre Berthier descoperă în anul1821 lângă Baux-de-Provence o mină în care exista un mineral ce conținea mai mult de 50% deoxid de aluminiu.Mineralul va fi numitbauxită.
Cercetarea aluminiuluimetalic a fost continuată de cătrechimistuldanezHans Christian Ørsted, care descrie în1825 Societății Filosofiei Naturale o metodă de reducere a clorurii de aluminiu la o formă metalică cu ajutorul unui amalgammercuric alpotasiului[6].Mercurul din amalgam era treptat îndepărtat prindistilare, produsul rezultat fiind o pulberegri, care a fost descrisă caaluminiu, deși era posibil să fi conținut o cantitate mare deoxid.
În1827, Wohler îmbunătățise metoda de reducere propusă de Oersted prin utilizarea unui proces gazos în care triclorura de aluminiu volatilizată reacționa cupotasiulmetalic.Potasiul era unmetal rar și foarte reactiv, iar triclorura de aluminiu, datorităhigroscopicității sale era un material cu care se lucra greu. Experimentele inițiale ale lui Wohler produceau cantități mici de pudră de aluminiu, însă nu constau baza producerii aluminiului în masă.
Munca sa timpurie asupra aluminiului a fost abandonată până în anul1854, când a modificat procesul astfel încât a produs globule mici și strălucitoare, care erau suficient de pure pentru confirmarea densității reduse a aluminiului și pentru stabilirea ductilității și a caracteristicilor chimice.
Chimistulfrancez Henri Etienne Sainte-Claire Deville a îmbunătățit de asemenea metoda lui Wohler în1846, descriindu-le în anul1859, printre care afișase și propunerea folosiriisodiului în loculpotasiului costisitor.
Aluminiul a fost ales drept material pentru vârful Monumentului Washington în 1884, când o uncie (30 g) de aluminiu costa cât salariul zilnic al unui colaborator la acel proiect; aluminiul era la fel de valoros ca șiargintul. În anul1886, Charles Martin Hall, student la colegiul Oberlin, a obținut cantități mici de aluminiu prin electroliza oxidului de aluminiu dizolvat în criolit topit, folosind electrozi de cărbune.
Cu toate că procesele de extragere au suferit îmbunătățiri, preturile scădeau încontinuu, iar în1889 se descoperise un procedeu simplu de extragere al aluminiului. Invenția dinamului de către Siemens în anul1866 a ușurat producerea procesului de electroliză pentru extragereametalului. Procesul Hall-Heroult din1886 și procesul Bayer din1887 marchează începutul aplicațiilor multiple ale aluminiului. Utilizarea acestui metal ca material de construcție a devenit atât de răspândită, încât a fost folosit înSydney,Australia unde a fost folosit la construirea cupolei Secretariatului clădirii.
Anul1900 marchează perioada când producția mondială de aluminiu a ajuns la 6700 de tone,1939 cu 700000 de tone și1943 cu 2.000.000 de tone, datorită celui de-al Doilea Război Mondial. De atunci, producția crescuse mai mult decât cea a celorlaltemetale neferoase.
Anul2008 marchează perioada când prețul aluminiului a atins apogeul în iulie, fiind cotat la 1.45 dolari per livră, însă a scăzut în decembrie la 0.7 dolari per livră.[9]
Este un metal de culoare alb metalic, de densitate mică 2,7 g/cm cub și bun conductor electric și termic. Este maleabil și ductil.
Temperatura de topire e 660 grade celsius.
Aliajele de aluminiu au o rezistență la tracțiune cuprinsă intre 70 și 700 MPa. Aliajele sunt cele mai utilizate pe scara largă pentru extrudare, au rezistențe cuprinse între 150-300MPa. Spre deosebire de cele mai multe clase de oțeluri, aluminiul nu devinecasant la temperaturi joase; în schimb rezistența sa crește. La temperaturi ridicate, rezistența aluminiului scade. Atunci când este expus un timp îndelungat la temperaturi de peste 100 grade Celsius, rezistența sa este afectată până la limita înmuierii.
Cel mai abundent element metalic din scoarța terestră și al treilea element chimic ca răspândire. Nu se găsește în stare nativă, fiind întâlnit doar în combinații[11] sub formă de minereuri, dintre care cei mai importanți sunt:
silicații și silicoaluminații (SiO2*Al2O3*Fe2O3*H2O argila, K[AlSi3O8]feldspatul, Na[AlSi3O3], albita,mica, etc.)
Bauxita constituie minereul din care se extrage peste 95% din producția mondială de aluminiu. După conținutul lor în aluminiu și fier, bauxitele pot fi albe(foarte bogate în Al2O3, 60-70%), roșii (bogate în Fe2O3, 20-25% și mai sărace în Al2O3, 40-60%) și cenușii (mai sărace în Fe2O3 și Al2O3 decât cele roșii, dar mai bogate în SiO2). Cele mai mari zăcăminte de bauxită se află în Franța.
Recuperarea deșeurilor de aluminiu este o sursă importantă de materie primă pentru metalurgia secundară a aluminiului.
Recuperarea are loc prin topirea deșeurilor sortate, folosind cuptoare de diferite tipuri.Aluminiul se mai poate obține după reacția: Al2O3+Fe=Fe2O3+Al↓
Consumul de energie pentru obținerea aluminiului recuperat este mai redus decât pentru producerea aluminiului primar, motiv pentru care procedeul este considerat mai favorabil mediului. Consumul de energie la recuperare se situează în intervalul 500 kJ/to până la 2.000 kJ/to, funcție de tehnologia de ardere și de proces utilizată.
Aluminiul poate fi obținut din Al2O3 sau din AlCl3 prin reducere cu metale. Reducerea nu se poate face cu carbon, deoarece s-ar forma Al4C3.
AlCl3 + 3Na - Al + 3NaCl
Industrial, aluminiul poate fi obținut prin prelucrarea bauxitei, care poate avea loc in 2 faze:
Prepararea aluminei (Al2O3), proces prin care se separă alumina de celelalte impurități, precum Fe2O3, SiO2, TiO2, etc. Aceasta preparare are loc prin procedeul Bayer, bauxită fiind calcinată la temperatura de 700 °C intr-un cuptor rotativ, in scopul deshidratării și distrugerii materiilor organice. Are loc un proces de măcinare fină și apoi o încălzire sub agitare cu o soluție de NaOH concentrată în autoclave aflate sub presiune de 5 atmosfere și temperaturi de 160-180C, timp de câteva ore. Oxidul de aluminiu trece in soluție sub forma aluminatului de sodiu, Na[Al(OH)4].
Amestecul se filtrează, soluția de aluminat de sodiu fiind separată de noroaiele roșii, bogate in Fe2O3 și aluminosilicatul de sodiu insolubil format ca produs secundar, conform reacțiilor:
Este foarte folosit în industrie datorită rezistenței sale la oxidare, proprietăților mecanice bune șidensității sale mici. Aluminiul este folosit în industria aerospațială, în construcții, acolo unde este necesar un material ușor și rezistent. Datorită proprietăților electrice bune, aluminiul este folosit și ca material conductor.
