Tento strieborný kov sa používa v mnohých priemyselných odvetviach: v automobilovom priemysle, výrobe lietadiel, v stavebníctve a samozrejme v energetike. Hliník je 13. elementom v periodickej tabuľke Dmitrija Ivanoviča Mendeleeva. Odhaduje sa, že v súčasnosti predstavuje približne 8% celkovej hmotnosti tuhej zemskej kôry a je tretím chemickým prvkom, pokiaľ ide o prevalenciu na planéte Zem, ktorá dáva cestu len kyslíku a kremíku.
História objavovania
Pretože však hliník má vysokú chemickú aktivitu, v jeho čistej forme sa prakticky nevyskytuje v prírode, preto sa na rozdiel od mnohých iných kovov stal známym až na začiatku 19. storočia, kedy sa hliník formálne získal.
V roku 1824 dánsky fyzik v procese elektrolýzy najprv získal hliník. Hoci kov obsahoval nečistoty ortuti a draslíka, tento prípad je prvým dokázaným prípadom výroby hliníka v laboratóriu.
Meno vedca, ktorý viedol k revolučnej metóde, bol Hans Christian Oersted. Trvalo však takmer pol storočia, kým sa vyvinuli technológie na výrobu v priemyselnej výrobe. Najviac prírodný hliník sa nachádza v kamencových mineráloch. Vďaka tomuto minerálu dostal hliník svoj názov, ktorý v latinčine znie Alumen.
Hliníková ruda
V modernom svete, vo výrobe hliníka, sa používa hlinitá ruda, rozšírená v prírode - bauxit. Bauxitové horniny sú ílovité horniny, ktoré zahŕňajú rôzne hydroxidové modifikácie s nečistotami, ako je chróm, kremík, titán, síra, vanád, uhličitan horečnatý, vápnik a železo.
V bauxite sa nachádza takmer polovica chemických prvkov periodickej tabuľky. Hodnota tejto rudy spočíva v tom, že okrem jednej tony hliníka vyťaženého zo štyroch ton bauxitu sú pre priemysel cenné aj nečistoty. Biely prášok, oxid hlinitý (Al2O3), ktorý sa tiež nazýva „oxid hlinitý“, sa získava z bauxitu počas spracovania. Je z oxidu hlinitého elektrolýzou v moderných podnikoch vyrábajúcich kovy.
Úloha elektrickej energie vo výrobe
Pri výrobe hliníka sa spotrebuje obrovské množstvo elektrickej energie. Na získanie jednej tony kovu sa energia vynakladá natoľko, že to bude stačiť na potreby 100-bytového domu na celý mesiac. Menovite 15 MW * h. Preto sa väčšina hliníkových prevádzok nachádza v blízkosti vodných elektrární, jadrových elektrární alebo má vlastné tepelné elektrárne, ako aj rozvinutú štruktúru elektrických systémov a sietí.
Vlastnosti hliníka
Hliník má vzácnu kombináciu vlastností, ako napríklad:
- malá hmotnosť;
- plast, elektrická vodivosť;
- schopnosť vytvárať zliatiny s inými kovmi.
Povrch hliníka je vždy pokrytý veľmi tenkým oxidovým filmom, ktorý je veľmi odolný a neumožňuje korózii hliníka. Tento materiál, horúci aj studený, sa ľahko spracováva tlakom. Takéto spôsoby spracovania ako valcovanie, razenie, kreslenie sa často robia v podniku pri výrobe určitých častí.
Ďalšou hodnotou hliníka je, že je netoxický, nehorí a nepotrebuje ďalšie farbenie: jeho použitie v automobilovom a leteckom priemysle je nepostrádateľným prvkom. Ťažnosť hliníka je prekvapujúca: bolo možné vyrobiť fóliu a veľmi tenký drôt s hrúbkou iba 4 mikróny a hrúbka fólie je trikrát tenšia ako ľudské vlasy.
Vzhľadom na schopnosť hliníka vytvárať zlúčeniny s veľkou skupinou chemických prvkov sa objavila veľká skupina zliatin. Napríklad kombinácia hliníka a zinku sa používa na vytváranie puzdier pre rôzne typy tabliet a telefónov, hliník v kombinácii horčíka a kremíka sa používa pri výrobe rôznych typov motorov, ako súčasti podvozkových prvkov a rôznych motorov. V energetike sa používajú rôzne zliatiny.
Moderná veda pokračuje v štúdiu a objavovaní najnovších typov zliatin hliníka. Dnes neexistuje priemysel, kde sa hliník nepoužíva. Je možné povedať, že také druhy priemyslu, ako je letectvo, vesmír, energia, automobilový priemysel, potravinárstvo, elektronika, získali svoj moderný vývoj vďaka hliníku a jeho zliatinám.
Nehovoriac o takej dôležitej vlastnosti ako tepelná vodivosť. Koniec koncov, táto vlastnosť kovu sa vyžaduje pri výrobe vykurovacích systémov, elektrických výrobkov, v automobilovom a leteckom priemysle, pri výrobe brzdových systémov a podobne. Tepelná kapacita je proces prenosu tepelnej energie vo fyzických telách alebo ich časticiach z horúcich na studené objekty na základe Fourierovho zákona. Konkurentom hliníka v tejto oblasti je meď.
Ktorý kov má vysokú tepelnú vodivosť? To nie je absolútne jednoduchá otázka. Je známe, že hliník je pri stredných teplotách menej tepelne vodivý ako meď, ale pokiaľ ide o nízke teploty, konkrétne pri 50 K, potom sa tepelná vodivosť hliníka výrazne zvyšuje, zatiaľ čo meď má nižšiu tepelnú vodivosť. Teplota topenia hliníka je 933, 61 K, čo je približne 660 ° C, pričom v tomto bode klesajú vlastnosti Al, ako je tepelná vodivosť a hustota.
Hustota strieborného kovu je určená jeho teplotou a závisí od jeho stavu. Pri teplote 27 ° C je teda hustota hliníka 2697 kg / m3 a pri teplote topenia 660 ° C sa jeho hustota rovná 2368 kg / m3 . Zníženie hustoty kovu v závislosti od teploty je spôsobené jeho expanziou s priamym ohrevom.
Tabuľky vlastností hliníka a medi
Ďalej uvažujeme tabuľky fyzikálnych vlastností a tepelnej vodivosti hliníka a medi pri rôznych teplotách.
- hustota Cu a Al, kg / m3;
- špecifické teplo Cu a Al, J / (kg · K);
- tepelná difuzivita Cu a Al, m 2 / s;
- tepelná vodivosť Cu a Al, W / (m · K);
- elektrický odpor Cu a Al, Ohm · m;
- Lorentzova funkcia Cu a Al;
Tabuľka fyzikálnych vlastností hliníka
| T, K | kg / m3 | J / (kg · K) | m 2 / s | W / (m · K) | Ohm · m | L / L0 |
| 50 | - | - | 358 | 1350 | 0, 0478 / 0, 0476 | - |
| 100 | 2, 725 | 483, 6 | 228 | 300, 4 / 302 | 0, 442 / 0, 440 | - |
| 200 | 2715 | 800, 2 | 109 | 236, 8 / 237 | 1, 587 / 1, 584 | 0, 78 |
| 300 | 2, 697 | 903, 7 | 93.8 | 235, 9 / 237 | 2.733 / 2.733 | 0, 88 |
| 400 | 2, 675 | 951, 3 | 93.6 | 238, 8 / 240 | 3, 866 / 3, 875 | 0, 94 |
| 500 | 2, 665 | 991, 8 | 88, 8 | 234, 7 / 236 | 4, 995 / 5, 020 | 0.96 |
| 600 | 2, 652 | 1036, 7 | 83, 7 | 230, 1 / 230 | 6.130 / 6.122 | 0.95 |
| 700 | 2, 626 | 1090, 2 | 78.4 | 224, 4 / 225 | 7.350 / 7.322 | 0.96 |
| 800 | 2, 595 | 1153, 8 | 73.6 | 220, 4 / 218 | 8.700 / 8.614 | 0, 97 |
| 900 | 2560 | 1228, 2 | 69.2 | 217, 6 / 210 | 10, 18 / 10, 005 | 0.99 |
| 933.61s | 2.550 | 1255, 8 | 68, 0 | 217, 7 / 208 | 10, 74 / 10, 565 | 1 |
| 933, 61l | 2, 368 | 1176, 7 | 35.2 | 98.1 | - 24, 77 | 1.06 |
| 1000 | 2.350 | 1176, 7 | 36.4 | 100.6 | - 25, 88 | 1.06 |
| 1200 | 2.290 | 1176, 7 | 39.5 | 106.4 | - 28, 95 | 1.04 |
| 1400 | - | 1176, 7 | 42.4 | - | - 31, 77 | - |
| 1600 | - | 1176, 7 | 44.8 | - | - 34, 40 | - |
| 1800 | - | 1176, 7 | 46.8 | - | - 36, 93 | - |
Tabuľka fyzikálnych vlastností medi
| T, K | kg / m3 | J / (kg · K) | m 2 / s | W / (m · K) | Ohm · m | L / L0 |
| 50 | - | - | - | 1250 | 0, 0518 | - |
| 100 | - | - | - | 482 | 0, 348 | - |
| 200 | - | - | 130 | 413 | 1048 | - |
| 300 | 8933 | 385, 0 | 117 | 401, 9 / 401 | 1, 725 | 0, 945 |
| 400 | 8, 870 | 3.97.7 | 111 | 391, 5 / 393 | 2, 402 | 0961 |
| 500 | 8628 | 408, 0 | 107 | 385, 4 / 386 | 3.090 | 0, 976 |
| 600 | 8779 | 416, 9 | 103 | 376, 9 / 379 | 3, 792 | 0, 976 |
| 700 | 8726 | 425, 1 | 99.7 | 369, 7 / 373 | 4514 | 0, 976 |
| 800 | 8656 | 432, 9 | 96.3 | 360, 8 / 366 | 5, 262 | 0, 973 |
| 900 | 8622 | 441, 7 | 93.3 | 355, 3 / 359 | 6041 | 0, 979 |
| 1000 | 8567 | 451, 4 | 90.3 | 349, 2 / 352 | 6868 | 0, 979 |
| 1100 | 8509 | 464, 3 | 85.5 | 337, 6 / 346 | 7717 | 0972 |
| 1200 | 8451 | 480, 8 | 80.6 | 327, 5 / 339 | 8626 | 0.970 |
| 1300 | 8394 | 506, 5 | 75.8 | 322, 1 / 332 | 9592 | 0972 |
| 1357.6s | 8361 | 525, 2 | 72.3 | 317 | 10171 | 0972 |
| 1357, 6l | 8.00 | 513, 9 | 41.2 | 175 | 21.01 | 1.08 |
| 1400 | 7, 98 | 513, 9 | 42.7 | 175 | 21.43 | 1.08 |
Zo všetkých vyššie uvedených skutočností je zrejmé, že hliník je jedným z prioritných kovov v priemysle, ale má ešte jednu vlastnosť: tento kov a jeho zliatiny sa môžu taviť viac ako raz bez toho, aby sa stratili jeho vlastnosti. Okrem iného je ekonomickejšia ako ťažba z rudy. Takže pri jednej spotrebe elektriny presahuje 14 kW / h. Odhaduje sa, že v súčasnosti sa používa 75% hliníka a jeho zliatin.