Aluminium

ANW eindopdracht H.4 ALUMUNIUM
Geschiedenis van aluminium
1754: Marggraf weet aluminiumhydroxide te bereiden
1805: aluminium wordt voor het eerst benoemd door scheikundigen (toen nog Aluminum) 1809/10: Bezelius en Davy doen pogingen om het element in zuivere toestand af te scheiden
1821: bauxiet wordt ontdekt door Sir Humphrey Davy uit Groot-Brittannië in het Les Baux- district in Frankrijk
1825: voor het eerst wordt het metaal aluminium gevormd uit Alumina (AlOx) 1827: Wohler slaagt in de bereiding van het zuivere metaal door reductie van aluminiumchloride met kalium

1845: bepaling belangrijkste eigenschappen van aluminium
1855: presentatie van het ‘nieuwe’ metaal op de wereldtentoonstelling in Parijs
1886: productie van aluminium uit alumina door elektrolyse. Dit proces is uitgevonden door de Amerikaan Hall en de Fransman Hérault. 1938: opzet grootschalige winning van Bauxiet
1965: start afgraving diverse locaties over de hele wereld
1998: aluminium is wereldwijd het tweede algemeen meest toegepast metaal na staal
Van alle metalen die in onze aardkorst aanwezig zijn, komt aluminium het meeste voor. Sterker nog: de grondstof voor aluminium is na zuurstof en silicium het derde van de meest voorkomende materialen op aarde. Het erts waaruit aluminium gewonnen wordt, bauxiet, is terug te vinden in meer dan 8% van de aardkorst, terwijl ertsen van andere non-ferro (niet-ijzer gebaseerde) metalen zoals koper en nikkel schaars aanwezig zijn. De naam aluminium is afgeleid van het Latijnse “alumen”. Wat bitter betekent (naar een Romeins medicijn dat erg bitter smaakte, ‘aluinsteen’). Waarom het zo lang geduurd heeft voordat aluminium in grote hoeveelheden gemaakt kon worden
Het heeft zolang geduurd voordat aluminium in grote hoeveelheden gemaakt kon worden, omdat aluminium alleen voor komt in de natuur in verbinding met andere materialen. Bijvoorbeeld met silicaten en oxides. Omdat deze verbindingen erg stevig waren, heeft vele jaren gekost voordat men aluminium er “los” van kreeg. Omdat zuiver aluminium maken in die tijd zó moeilijk was, werd dit metaal erg duur en er konden dus geen grote hoeveelheden van gemaakt worden. Het heeft dan ook lang geduurd voordat aluminium op de markt gebracht kon worden. In 1886 ontdekten de Amerikaan Hall en de Fransman Hérault, zonder dat ze het van elkaar te wisten, een nieuwe methode om zuiver aluminium te maken. Omdat deze methode nu nog steeds wordt toegepast, werd het metaal veel goedkoper en kon er heel meer geproduceerd worden. Aluminium kost nu nog maar ongeveer 0,15% van de prijs van 150 jaar geleden. Eigenschappen · Aluminium is een zilverwit, zacht metaal. · Schoon aluminium is redelijk reactief, maar normaal wordt het metaal beschermd door een hechte oxidehuid, waardoor het als constructiemetaal en andere goed toe te passen is. · Het is een goede geleider van warmte en elektriciteit. · Omdat het niet veel weegt maar wel redelijk sterk is, is het een van de belangrijkste technische materialen. · Veel gesteenten en kleisoorten bevatten aluminiumverbindingen. De voornaamste verbindingen zijn: aluminiumoxide, hydroxide, chloride, sulfaat, silicaat en acetaat. · Het symbool is Al. · De dichtheid is 2702 kg / m3. · Het smeltpunt is 660,37 ˚C / 933 K. · De smeltwarmte is 397 J / gram. · Het kookpunt is 2519 ˚C. · De soortelijke warmte is 0,88 J / gram / graad. · Het atoomnummer is 13. · De relatieve atoommassa is 26,98. · Het atoomgewicht is 26,98154. · Het lineaire uitzettings coëfficiënt is 0,0000232 / Kelvin. · Het is niet giftig en dampdicht. · Het heeft een Goede oxidatiebestendigheid. · Het is decoratief. · Licht in gewicht: 2700 kg / m3. · Het is kostbaar: F2,50 / F3,- per kg. · Het is milieuonvriendelijk: Ecoindicator 19.60. · Het heeft een lage stijfheid: E=70 Gpa. · Het is moeilijk soldeer- of lasbaar. · Het is moeilijk gietbaar. Productie van aluminium uit erts en de hoeveelheid energie die daarvoor nodig is
Bauxiet wordt gevormd door drie componenten: Al, O en H (Al2O3.nH2O). Het belangrijkste onderdeel, Alumina (Al2O3) wordt onttrokken door bauxiet op te lossen in een hoog-sodahoudende solutie die vervolgens wordt verhit. Het alumina wordt opgevangen als kristallen. Deze worden weer verhit om het resterende water uit te drijven. Over blijft een wittig zand: puur aluminiumoxide. Dit materiaal wordt voor 90% gebruikt om aluminium te vormen. De resterende 10% wordt voornamelijk toegepast in de glasindustrie
De laatste stap bestaat uit het scheiden van Al en O2 door elektrolyse. Om het aluminium uit het bauxiet te krijgen is zeer veel energie nodig: 155MJ/kg. Ter vergelijking is voor de productie van één kg. ijzer 30MJ nodig. Na extractie ontstaat een materiaal wat Al99,9 genoemd wordt: nagenoeg zuiver aluminium. Samengevat: - alumina ontrokken uit bauxiet d.m.v. oplossen in een hoog-sodahoudende solutie die vervolgens wordt verhit - verhitting alumina om het resterende water uit de drijven - uitscheiden van Al en O2 d.m.v. elektrolyse

Toepassing van aluminium, ook in legeringen - plaat - alufolie - extrusieprofielen - staf (rond en vierkant) - draad - band - strip - buis - blikjes - voedselbakjes - decoratieaccent - sluiters (deksel, sluitfolie, etc) - diverse shampoo-, parfum- en actieverpakkingen - tubes - kozijnen - boten - vliegtuigen - diverse auto-onderdelen - vuurwerk - voorbeeld van een legering: Hoogspanningskabels worden gemaakt van een legering van aluminium (98 %) met een klein beetje silicium, chroom, magnesium en koper. De kabel wordt op die manier zo licht mogelijk. De belangrijkste legeringelementen met hun invloeden op zuiver aluminium zijn: · Silicium: vergroot de treksterkte, verbetert gietbaarheid en corrosievastheid · Magnesium: vergroot treksterkte en hardheid, warmte- en elektriciteitgeleiding nemen af · Mangaan: verbetert corrosievastheid, vergroot weinig de treksterkte, geleiding neemt af · Koper: vergroot treksterkte, hardheid en elektrische geleiding, legering is hardbaar, corrosievastheid neemt iets af (ook bij zink). Recycling van aluminium
Om aluminium te recyclen moet het gescheiden worden uit het standaard afval. Omdat het niet ferromagnetisch is, kan dit niet door boven de band een magneet te houden. Daarom gebeurt het op een aantal andere manieren: · handmatig sorteren · gescheiden inzamelen · scheiden door gewichtsverschillen
Hoe hoog de kosten ook zijn, het zal bijna altijd opwegen tegen de winst die financieel en milieutechnisch te halen is tegenover ‘virgin’-materiaal. Op dit moment is op wereldschaal ongeveer éénderde van al het toegepaste aluminium gerecycled, en dat neemt alleen maar toe. Een bedrijf in Nederland dat aluminium produceert en recyclet zijn de Hoogovens in IJmuiden. Tegenwoordig heeft het een andere naam, want ze zijn gefuseerd met een Engels bedrijf; samen heten ze nu “Corus”.