アルミ アルミニウムは、()やアルミニウム(;下)化学元素のホウ素グループの銀白色と延性のメンバであるスペル参照してください。これは、シンボルAlおよびその原子番号を持って13です。これは、水に溶け、通常の状況下ではありません。
アルミニウムは、地球の地殻で最も豊富な金属、3番目の最も豊富な要素この中で、後に酸素とシリコン。これは、地球の固体表面の重量で約8%を占める。アルミニウムは、あまりにも化学的に自然の中で自由金属として発生する反応である。その代わりに、270種類以上の鉱物の組み合わせがわかった。アルミニウムの主なソースはボーキサイト鉱石です。
アルミニウムは、金属の低密度注目されて、その能力に抵抗するためのパッシベーションの現象による腐食。構造部品アルミ製とその合金は航空宇宙産業に不可欠な、非常に交通建物の他の分野で重要です。その反応の性質は、有用な触媒や化学混合物の添加物、硝酸アンモニウムの爆薬を含む、爆発力を強化するようになります。
特性
高純度(99.9998パーセント)のアルミニウムバー、サイズからエッチング表面55 × 37ミリメートル
アルミニウムは柔らかく、耐久性、軽量、外観の範囲で可鍛性金属鈍い灰色に、銀色の表面粗さに応じてから。アルミニウムは非磁性とnonsparkingです。それは水に溶け、特定の形式ですることができますがまた、アルコールに不溶である。アルミニウム合金は、降伏強さ600 MPa 200 MPaからに至るまでている間純アルミニウムの降伏強さは7-11 MPaとされます。アルミニウムは、約1高密度3番目と鋼の剛性しています。これは延性であり、簡単に、キャストを加工描画され、押し出されます。
腐食抵抗はすることができますが、金属が空気に、効果的にさらに酸化を防止する公開されて形成アルミニウム酸化物薄膜の表面層のために優れています。最強のアルミニウム合金は合金銅以下の腐食のために電気抵抗の反応です。この耐腐食性もよく大きく、多くの水塩が存在し、異種金属の存在は特にされている削減されます。
アルミニウム原子は顔心立方(FCC)が構造体に配置されます。アルミニウムの積層欠陥エネルギーを持つ約200 mJの/ m 2の。
アルミニウムは、1つ細かく粉末に完全な銀色の反射率を保持するいくつかの金属、それ銀塗料の重要な要素なっています。アルミニウムミラー仕上げは200から400 nmの紫外線(UV)内の任意の金属の最高反射率と7000 nmの(遠赤外線)領域が、400〜700 nmの可視域では若干劣るが錫や銀の700-3000(赤外線付近)銀、金、銅。
アルミニウムは、熱、電気良導体、62%の銅の導電性を有するです。アルミニウムは、超伝導体であることができ、1.2ケルビン約100ガウス(10 milliteslas)の臨界磁場の超伝導臨界温度です。
同位体
アルミニウムは、その質量数30月23日からの範囲に9同位体を持っています。は27アル(安定同位体)と26 Al(放射性同位元素は、t 1 / 2 = 7.2 × 10 5がy)は自然に発生するが、27 Alは%豊かさを、上記の99.9自然ている。26 Alは大気はアルゴン生産から破砕は、宇宙線陽子による。アルミニウム同位体は、海洋堆積物、マンガン団塊、氷河、岩の露出の石英とのデートに、実用的なアプリケーションを発見したと隕石。 10 Alの26比率は、埋葬、ストレージ土砂、堆積輸送れるがされて使用する勉強的役割を時間と侵食スケールで5月10日〜6月10日1年の時間。宇宙線26 Alは隕石だったと月の最初に適用さの研究。から親出発後、流星の断片が遺体は、生産アル-て公開する激しい宇宙中線照射旅行そのを通じて26スペース、原因実質的。シールド地球落下した後に、大気とAlの生産から保護する隕石の断片をさらに26 の崩壊は、年齢をすることができます地上の隕石をする使用を決定します。隕石の研究は、システムが惑星も表示さ我々の26のAlの形成時には比較的豊富。ほとんどの隕石の科学者は前に信じている26 の崩壊でエネルギーが解放年間10億分化アルされた責任を溶融4.55その形成のいくつかの小惑星した。
自然発生
地球の地殻では、アルミニウムが最も(重量8.3%)金属豊富な要素であり、多くの酸素とシリコンの後のすべての要素(豊富な)3。酸素の強い親和性のために、しかし、それは元素状態で見つかったことはほとんどありません。代わりに、それが酸化物またはケイ酸塩にあります。長石は、地球の地殻の鉱物の最も一般的なグループは、アルミノケイ酸塩です。アルミニウム金属は、低酸素フガシティー環境では、マイナーな相として、特定の火山の内部のような見つけることができるネイティブ。また、鉱物の緑柱石、氷晶石発生すると、ガーネット、スピネル、ターコイズ。 コバルトまたは3のようなクロム2 Oの不純物でアルそれぞれ得られる宝石のルビーとサファイア、。純アル2は、O 3、として知られてコランダム知られている材料の1つ難しい。
アルミニウムは非常に一般的な、広範囲の要素は、共通アルミニウム鉱物ですが、金属の経済源ではありません。ほとんどすべての金属アルミニウムは 、xアロハロボーキサイトが生成から鉱石((オハイオ州)3-2 x)です 。ボーキサイトが発生すると熱帯の気候条件の低鉄とシリカ岩盤の風化製品です。ボーキサイトの大鉱床は、オーストラリア、ブラジル、ギニア、ジャマイカが鉄鉱石の主要な鉱区で発生するガーナ、インドネシア、ジャマイカ、ロシア、スリナムされている。製錬は、鉱石の主オーストラリア、ブラジル、カナダ、ノルウェー、ロシア、米国で発生します。製錬は、エネルギー集約型のプロセス、アラブ首長国連邦などの余分な天然ガスの供給(と地域)であるため、アルミニウムの精製になっている。
生産と洗練された
アルミニウムは、地球の地殻で最も豊富な金属元素ですが、それは無料で、そして、金属フォームを発見されることは一度貴金属は金よりも貴重なと考えられた。他の人がしなければならなかったがナポレオン3世は、皇帝フランス、ほとんどの来賓は、アルミニウムの道具を与えられた宴会を与えているし、金とはいわれている。 ワシントン記念塔は、100オンス(2.8キロ)のアルミニウム絶頂の場所に1884年12月6日に入れて、手の込んだ落成式に完成した。当時はアルミ鋳造の最大の1枚、アルミニウムは、銀など高価だった。アルミニウムは、商業量のわずか100年以上にわたり生産されています。
アルミニウムは酸素と高エネルギーの化学結合を形成する強く反応金属です。金属、他のに比べ、ほとんどの、それはです)3 Oに困難を抽出鉱石から、このような2アルとしてボーキサイト(酸化アルミニウム、のためにエネルギーを必要とする削減します。アルミニウムは、炭素よりも強力な還元剤であるため、炭素たとえば、直接還元は、鉄を生産するために使用すると、化学的に可能ではありません。しかし、Cの温度1900-2000℃で金属をさらに得られるアルミニウムです間接的炭素熱アル削減によって可能と使用して炭素と2 Oの可能な 3本と 3 C をアル4中間が形成このプロセスはまだ開発中です。このプロセスは、プロセスコストより少ないエネルギーと収量以下のCO 2よりもホールエルー。アルミニウム酸化物についての融点をしています。したがって、それは電気分解によって抽出する必要があります。このプロセスでは、アルミニウムの酸化物が溶融氷晶石で溶解され、その後、純粋な金属に減少した。削減細胞の動作温度は約です。氷晶石は、グリーンランドの鉱物としては、工業用で発見されますが、合成物質によって置き換えられています。氷晶石、アルミニウム、ナトリウム化合物、およびカルシウムフッ化物です:。 (ナ3アルフ6)。酸化アルミニウムは、(白い粉)カールバイエルのバイエルの過程で精製ボーキサイトが得られます。 (以前は、デビルのプロセスが優勢精製技術でした。)
電解プロセスはカリウムと無水塩化アルミニウムの削減に関与ヴェーラープロセスを置き換えられます。どちらも、電極のアルミニウム電解酸化物を使用する炭素です。一度洗練されたアルミナは、電解質に溶解されると、イオンが移動するためには無料です。陰極での反応は:。
:アル3 + + 3電子-アル→
ここではアルミニウムイオンが減少している。アルミニウム金属は、底に沈む、通常大規模なブロックにさらなる処理のためアルミニウムビレットと呼ばれるキャストオフタップです。
アノードでは、酸素が形成されて:。
:。2 Oの2 - →Oの2 + 4電子-
この炭素アノードはして酸素、二酸化炭素を放出酸化される:。
:のO 2 + Cを2→のCO
彼らはプロセスで消費されて以来、減少のセル内のアノードしたがって、定期的に交換する必要があります。
酸素がないのが存在するため、炭素カソードは細胞内の液体アルミニウムによって保護されてアノードとは異なり、陰極は、酸化されていません。それにもかかわらず、カソードは、主に電気化学的プロセスと金属の動きに起因むしばむありません。 5後、現在の電解で使用されるセルがあるのカソードの摩耗のために再構築するに応じて10年に。
ホールエルー法で。アルミニウム電解が、多くのエネルギーを消費する代替プロセスは、常に以下の実行可能な経済的であることがわかった/または生態学的に。世界平均の特定のエネルギー消費量は、アルミニウム生産の1キログラムあたり約15 ± 0.5キロワット時(52から56 MJは/ kg)です。最も近代的な製錬所を達成約12。8 kWの/(キロ46.1 MJが/ kgを· h)の。 (反応、31 MJ / kgの熱に反応、29 MJ / kgののギブス自由エネルギー、これを比較して)。削減ライン電流を古い技術は、通常100〜200 kiloamperesされます。最先端の製錬所は、動作約350課で。試験は、500課の細胞で報告されている。
電力は、アルミニウムの生産コストの40%に、製錬所の場所に応じて約20%を表します。製錬所はどこ電力の両方が豊富で安価な、南アフリカ、ガーナ、ニュージーランド南島、オーストラリア、中華人民共和国のようとして位置する傾向にある、中東、ロシア、ケベック、ブリティッシュコロンビア州、カナダで、アイスランド。
2005年、人民共和国は、中国のアルミニウムの先頭生産はほぼ5分の1の世界シェアは、ロシア、カナダ、アメリカ、続いていたイギリスの地質調査を報告します。
過去50年間、オーストラリアはボーキサイト鉱石の主要生産者とアルミナの輸出の主要な生産となっている。
リサイクル
アルミニウムのリサイクルコード
アルミニウムは、自然の資質を損なうことなく100%リサイクル可能です。回復は、金属のリサイクルを介してアルミニウム産業の重要な側面となっている。
リサイクル、エネルギー鉱石からアルミニウムを生産するために使用のみ5%を必要とするプロセスをスクラップを溶融が含まれます。しかし、大部分が(最大15入力材料の%)が失われるロス(灰のような酸化物として)。ロスは、アルミニウムを抽出するさらにプロセスを受けることができます。
リサイクルは、低プロファイル活動されるまで1960年代後半、アルミ飲料缶の普及は、国民の意識にもたらした。
ヨーロッパはアルミまで、リサイクル率の高さを経験で飲料缶、建設資材、輸送車両の95%85%42%から。プロセスは、一緒に非常に複雑な廃棄物とアルミニウムのビレットを生成します。この廃棄物は、管理することは困難です。それは水で、他の中のガスの混合物を(を含む、放出反応、水素、アセチレン、アンモニア)自発的に空気に触れると発火、アンモニアガスの豊富な量のリリースでは、湿った空気の結果との接触。これらの困難にもかかわらず、廃棄物はアスファルトやコンクリートの充填剤として使用を発見した。
化学
酸化状態1
AlHは、アルミニウムは、水素の雰囲気中で加熱さ生成されます。したAl 2 Oは、真空加熱しているしたで、したAl 2 O 3、シリコンで、通常の酸化物を。
アル2 Sは真空で削りのS 3アルミニウムしたことができますがで2 加熱アル。 それはすぐに出発原料にdisproportionates。セレンは、並列的に行われます。
アルフ、塩化アルミニウムとAlBrはガス相三塩は、アルミニウムと加熱されるに存在します。
アルミニウムはI化物または通常存在するフォームメニューを側3、はFの塩素、臭素
酸化状態+2
アルミニウム一酸化は、アロハロ、ガス相の爆発後に検出されている
酸化状態3
ファヤンス″ルールは3を示す、単純な価陽イオンAl 3のO 2のアルなどの化合物である+ がされていないと予想したり、バイナリがで無水塩。水酸化は、弱塩基など炭酸弱い酸のアルミニウム塩、準備することはできません。硝酸などの強酸の塩は、安定して水に可溶、結晶の水の少なくとも6分子と水和物を形成している。
アルミニウム水素化物(AlH 3)nは 、水素の過剰することができます生産とトリメチルアルミニウムから。それが爆発的に空気中の燃えています。また、エーテル溶液中の水素化リチウムの塩化アルミニウムの作用により調製することができますが、溶剤から分離することはできません。最も陽性の要素のアルミノケイ-水素は、最も有用なされてリチウムアルミニウム水素化物を、李知られている。これは、水素化リチウム、アルミニウム、水素温水にし、分解水加水分解されます。これは、有機化学では、多くの用途を持って還元剤特に。 aluminohalides同様の構造を持つ。
水酸化アルミニウムは、ゼラチン状沈殿物としてアルミニウム塩の水溶液にアンモニアを加えることによって作成されることがあります。これは、両性、両方の非常に弱い酸されてであり、アルカリとアルミンを形成する。それは様々な結晶形で存在します。
アルミニウムカーバイド、アル4℃3上記の要素の混合物を加熱している加えられた。淡黄色結晶は、複雑な格子構造を持ち、水と反応するかメタンを与えるために酸を希釈する。アセチリドは、アル2(℃2)3、アルミ温水以上のアセチレンを渡すことですした。
窒化アルミニウムは、AlNを、要素でから行うことができます。これは、水を形成する加水分解され、アンモニアと水酸化アルミニウム。アルミニウムリンは、ALPは、同様に行われ、ホスフィンを与えるために加水分解する。
アルミニウム酸化物は、したAl 2 O 3、発生すると自然コランダム、水酸化を加熱したがすることができます燃焼や酸素アルミニウムによって硝酸や硫酸。宝石として、その硬さはダイヤモンドが超過すると、窒化ホウ素、およびカーボランダムです。それはほとんど水に溶けないです。アルミニウム硫化は、アル渡す硫化水素を引き継ぐ粉末アルミニウムによって作られる、5月3日2。これは、ポリモーフィックです。
ヨウ化アルミニウムは、アリ3、合成有機アプリケーションで二量体である。アルミニウムフッ化物は、アルフ3要素からの水酸化を作られてによって処理することができますやHF。それはさで溶けなく昇華巨大分子から成ります。これは非常に不活性である。他のハロゲン化は、二量体は、ブリッジのような構造を持つている。
アルミニウムとフッ一緒に水溶液中で、彼らは容易など、複雑なイオンを形成します。これらのうち、最も安定している。これは事実アルミニウムとフッ化物は、両方の非常にコンパクトなイオンは、一緒にだけ面体アルミニウム六フッ化複合体を形成する権利合わせによって説明される。アルミニウムとフッ一緒に水に1です:0.6モル比が、最も一般的なフォームではなく、低濃度でもです。
または三量体は二量体少なくともている有機化合物の経験ではなく、場合にも、ポリマー、数式アリフラームラー3が存在し、。彼らは、有機合成におけるいくつかの用途を持って、インスタンストリメチルアルミニウムてください。
分析
アルミニウムの存在は定性分析でアルミノンを使用して検出することができます。
アプリケーション
一般的な使用
アルミニウムは、最も広く使用され、非鉄金属です。 2005アルミニウムのグローバル生産は31.9万トンだった。それを超えているの鉄以外の他の金属(837500000トン)。比較的純粋なアルミニウムが検出された場合にのみ耐食性および/または加工、より強さや硬さも重要です。アルミニウムの薄い層が平らな表面に物理蒸着又は堆積することができます(非常にまれ)化学蒸着またはその他の化学光学コーティングやミラーを形成するということです。そのように、新鮮な、純粋なアルミニウム膜は良い反射(約92%)可視光の優れた反射(として堆積限り98%)として媒体の遠い赤外線。
純粋なアルミニウムは、しかし、熱機械加工と組み合わせて、低引張強度を持ち、アルミニウム合金は、機械的性質の顕著な改善を表示する場合は特に短気。アルミニウム合金は高強度対重量比の結果として、航空機やロケットの重要なコンポーネントを形成する。アルミニウムは、容易に銅、亜鉛、マグネシウム、マンガン、シリコンなどの多くの要素(例えば、ジュラルミン)と合金を形成する。現在では、アルミ疎と呼ばれるほとんどすべてのバルク金属材料は、実際に合金です。たとえば、一般的なアルミ箔は、99%アルミニウム92%の合金があります。
一部の多くの用途のアルミニウム金属になりそうです:。
⇒交通(自動車、航空機、トラック、など)のシート、チューブ、鋳物など自転車鉄道車両、船舶、
。⇒包装(缶、等箔)
。⇒建設(窓、ドア、サイディング、構築線など)
時計野球のバットに調理器具を⇒から、アイテム家庭幅広いです。
。⇒ストリート照明ポール、マストを航行船舶等歩いて極
また、例の機器、家電製品などの写真機器のシェル⇒アウター。
配布送電線のために電気。⇒
。⇒MKMは鋼とアルニコ磁石
。⇒スーパー純度アルミニウムは、(スパ、99.980パーセントに99.999%のAl)、CDや使用される電子機器。
としてトランジスタやCPUなどの電子機器シンク。⇒熱。
金属コアの銅。⇒基板材料がクラッド輝度高積層使用LED照明。
粉末⇒アルミニウムは、塗料に使用されますと花火とテルミットのような固体ロケット燃料。
⇒アルミニウムはガスを水素を形成反応することができますする酸塩酸。
アルミニウムは、化合物
⇒アルミニウムアンモニウム硫酸((SO 4)の2)、アンモニウムミョウバンとして使用されて媒染、治療中の水の浄化と下水、生産紙、添加物として食品、日焼けの革。
⇒アルミニウム酢酸は渋いが使用さ塩としてソリューションです。
⇒アルミニウムホウ酸塩(アルセラミック2 Oは3 Bは2 O 3およびガラスの生産)が使用されます。
⇒アルミニウム水素化ホウ素は、(アルは(バーレーン4)3)として使用される燃料噴射添加する。
。⇒アルミニウム青銅(CuAl 5)
。⇒塩化アルミニウム(塩化アルミニウム3)使用されます:。塗料製造、制汗剤では、石油精製で、合成ゴムの生産です。
⇒アルミニウムchlorohydrateは多汗症の治療に使用さとしての制汗剤。
⇒アルミニウム、セラミックフルオロケイ(アル2(フッ化6)3、ガラス、合成宝石の)が使用されて生産。
⇒水酸化アルミニウムは、(のAl(OH)3)使用されます:。制酸剤、として媒染、水の浄化に、ガラス、セラミック、布の防水での製造です。
⇒酸化アルミニウムは、(したAl 2 O 3)、アルミナ、であり、サファイアなどコランダム(ルビーと)、金剛砂を発見した自然作りガラスにある使用されます。合成ルビー、サファイアは、レーザのコヒーレント光の生産のために使用されます。耐火物、高圧ナトリウムランプの製造に欠かせないとして使用されます。
⇒アルミニウムリン酸(アルポ社4)製造に使用さ:ガラス、セラミック、パルプ紙製品、化粧品、塗料、ワニスおよび歯科用セメントを作るインチ
⇒アルミニウム硫酸(アル2(SO 4)の3)に使用されます:。紙の製造のように、媒染、消火器、水の浄化と下水処理では、食品添加物として、耐火で、革なめしています。
。⇒水溶液アルミニウムイオン(のような硫酸アルミニウムが見つかりましたの水溶液)salaris Gyrodactylusなどしている使用魚の寄生虫の治療に対して。
⇒はワクチンでは、多くは、特定のアルミニウム塩は覚せい剤反応提供として免疫アジュバント(免疫ブースター免疫力として十分に達成するワクチンタンパク質)にすることができます。
構造のアプリケーションでアルミニウム合金
アルミニウム発泡体
プロパティの広い範囲で。アルミニウム合金は、エンジニアリング構造で使用される。合金システムは数システム(ANSI)によって分類されるか、または名前がその主な合金化成分を(DINとISO)を示すことにより、。
強度とアルミニウム合金の耐久性が広く、特定の合金のコンポーネントの結果としてだけでなくだけでなく、熱処理や製造プロセスの結果として異なります。これらの側面の知識の欠如は時から不適切な設計構造につながったタイムに、アルミニウムを得た悪い評判がある。
アルミニウム合金の1つの重要な構造の制限はその疲労強度です。鋼とは異なり、アルミニウム合金は、その疲労破壊を最終的にも非常に小さな環状荷重下で発生することを意味しない明確な疲労限度があります。これは、エンジニアが固定生活に無限の人生ではなく、これらの負荷やデザインを評価する必要がありますを意味します。
アルミニウム合金のもう一つの重要なプロパティは、熱に敏感な反応です。
ワークショップの手順は、加熱を伴うという事実鋼とは異なり、アルミニウム、複雑にされ、最初の鮮烈な赤なし溶けてしまいます。視覚的な兆候がどれだけ近いか材料が溶融することです明らかにので、ブロートーチしたがって、使用されて成形操作は、いくつかの専門知識を必要とします。溶接、鋳造などの加熱操作を、次のストレスすべての構造合金のようなアルミニウム合金も、内部に加算されます。この点でアルミニウム合金の問題は彼らがより歪みに熱誘起応力緩和から影響を受けやすいこと、低融点です。制御ストレスリリーフは、製造中に熱がオーブンで、続いて部品を処理することによって行うことができます徐々に冷却効果ストレスをアニールした。
アルミニウム合金の低融点がロケットでの使用を妨げないしていない。ガスはK 3500に達することが燃焼室の構築に使用もアジェナ上段エンジンは熱の重要な喉領域を含むノズルの一部のための再生冷却アルミニウムデザインを使用します。