Aluminium (également connu sous le nom d'aluminium) est l'élément métallique le plus abondant dans la croûte terrestre. Et c'est une bonne chose aussi, car nous en utilisons beaucoup. Environ 41 millions de tonnes sont fondues chaque année et employées dans un large éventail d'applications. Des carrosseries d'automobiles aux canettes de bière et des câbles électriques aux peaux d'avion, l'aluminium est une très grande partie de notre vie quotidienne.
Propriétés
- Symbole atomique: Al
- Numéro atomique: 13
- Catégorie d'élément: métal post-transition
- Densité: 2,70 g / cm3
- Point de fusion: 620,32 ° C (1220,58 ° F)
- Point d'ébullition: 4566 ° F (2519 ° C)
- Dureté de Moh: 2,75
Les caractéristiques
L'aluminium est un métal léger, hautement conducteur, réfléchissant et non toxique qui peut être facilement usiné. La durabilité du métal et ses nombreuses propriétés avantageuses en font un matériau idéal pour de nombreuses applications industrielles.
Histoire
Les composés d'aluminium étaient utilisés par les anciens Égyptiens comme colorants, cosmétiques et médicaments, mais ce n'est que 5000 ans plus tard que les humains ont découvert comment fondre l'aluminium métallique pur. Sans surprise, le développement de méthodes pour produire de l'aluminium métal a coïncidé avec l'avènement de l'électricité au 19e siècle, car la fusion de l'aluminium nécessite des quantités importantes d'électricité.
Une percée majeure dans la production d'aluminium est survenue en 1886 lorsque Charles Martin Hall a découvert que l'aluminium pouvait être produit par réduction électrolytique. Jusque-là, l'aluminium était plus rare et plus cher que l'or. Cependant, dans les deux ans suivant la découverte de Hall, des sociétés d'aluminium se sont établies en Europe et en Amérique.
Au cours du XXe siècle, la demande d'aluminium a considérablement augmenté, en particulier dans les industries du transport et de l'emballage. Bien que les techniques de production n'aient pas beaucoup changé, elles sont devenues notablement plus efficaces. Au cours des 100 dernières années, la quantité d'énergie consommée pour produire une unité d'aluminium a diminué de 70%.
Production
Production d'aluminium du minerai dépend de l'oxyde d'aluminium (Al2O3), qui est extrait du minerai de bauxite. La bauxite contient normalement 30 à 60% d'oxyde d'aluminium (communément appelée alumine) et se trouve régulièrement près de la surface de la terre. Ce processus peut être séparé en deux parties; (1) l'extraction de l'alumine de la bauxite et (2), la fusion de l'aluminium métal de l'alumine.
La séparation de l'alumine se fait normalement en utilisant ce que l'on appelle le processus Bayer. Cela implique de broyer la bauxite en poudre, de la mélanger avec de l'eau pour faire une suspension, de chauffer et d'ajouter de la soude caustique (NaOH). La soude caustique dissout l'alumine, ce qui lui permet de passer à travers les filtres, laissant des impuretés derrière.
La solution d'aluminate est ensuite drainée dans des réservoirs de précipitation où des particules d'hydroxyde d'aluminium sont ajoutées en tant que «semences». L'agitation et le refroidissement entraînent la précipitation de l'hydroxyde d'aluminium sur le matériel de semence, qui est ensuite chauffé et séché pour produire de l'alumine.
Les cellules électrolytiques sont utilisées pour fondre l'aluminium de l'alumine dans le processus découvert par Charles Martin Hall. L'alumine introduite dans les cellules est dissoute dans un bain fluoré de cryolite fondue à 1742F ° (950C °).
Un courant continu de 10 000 à 300 000 A est envoyé des anodes de carbone de la cellule à travers le mélange vers une coque de cathode. Ce courant électrique décompose l'alumine en aluminium et oxygène. L'oxygène réagit avec le carbone pour produire du dioxyde de carbone, tandis que l'aluminium est attiré par le revêtement des cellules de cathode en carbone.
L'aluminium peut ensuite être collecté et amené dans des fours où du matériau d'aluminium recyclable peut être ajouté. Environ un tiers de tout l'aluminium produit aujourd'hui provient de matériaux recyclés. Selon le US Geological Survey, le plus grand pays producteurs d'aluminium en 2010, la Chine, la Russie et le Canada.
Applications
Les applications de l'aluminium sont trop nombreuses pour être énumérées et, en raison des propriétés spéciales du métal, les chercheurs trouvent régulièrement de nouvelles applications. De manière générale, l'aluminium et ses nombreux alliages sont utilisés dans trois grandes industries; transport, emballage et construction.
L'aluminium, sous diverses formes et alliages, est essentiel aux composants structurels (cadres et carrosseries) des aéronefs, des automobiles, des trains et des bateaux. Jusqu'à 70% de certains avions commerciaux sont constitués d'alliages d'aluminium (mesurés en poids). Que la pièce nécessite une résistance aux contraintes ou à la corrosion, ou une tolérance aux températures élevées, le type d'alliage utilisé dépend des exigences de chaque pièce.
Environ 20% de tout l'aluminium produit est utilisé dans les matériaux d'emballage. Le papier d'aluminium est un matériau d'emballage approprié pour les aliments car il est non toxique, mastic approprié pour les produits chimiques en raison de sa faible réactivité et est imperméable à la lumière, à l'eau et oxygène. Aux États-Unis seulement, environ 100 milliards de canettes en aluminium sont expédiées chaque année. Plus de la moitié d'entre eux sont finalement recyclés.
En raison de sa durabilité et de sa résistance à la corrosion, environ 15% de l'aluminium produit chaque année est utilisé dans les applications de construction. Cela comprend les fenêtres et les cadres de portes, la toiture, le revêtement extérieur et les charpentes structurelles, ainsi que les gouttières, les volets et les portes de garage.
Aluminium conductivité électrique permet également de l'utiliser dans des lignes conductrices à longue distance. Renforcés en acier, les alliages d'aluminium sont plus économiques que le cuivre et réduisent l'affaissement en raison de leur légèreté.
Les autres applications de l'aluminium comprennent les coques et les dissipateurs de chaleur pour l'électronique grand public, les poteaux d'éclairage public, structures supérieures de plate-forme pétrolière, fenêtres revêtues d'aluminium, ustensiles de cuisine, battes de baseball et sécurité réfléchissante dispositifs.
Sources:
Rue, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Les métaux au service de l'homme. 11e édition (1998).
USGS. Résumés des produits minéraux: aluminium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/