aluminium
Aluminium (lat. aluminium) est élément chimique dans la Tableau périodique des éléments, qui a le symbole Al et le numéro atomique 13. Il appartient aux métaux à faible densité. L'aluminium est le troisième élément le plus répandu dans la croûte terrestre (8,13 %). Une proportion plus grande est présente que l'oxygène 46,60 % et le silicium 22,72 %. Avec d'autres éléments, il forme plusieurs composés qui participent de manière significative à la structure de la croûte terrestre. Le groupe le plus nombreux est celui des silicates et des aluminosilicates (kaolinite), qui sont aussi ses sources les plus abondantes. La matière première minérale la plus abondante est le bauxite Al2O3 . nH2O, en outre, il se trouve sous forme d'oxyde d'aluminium ainsi que sous forme de minerai corindon.
Histoire
L'aluminium a été découvert en 1827 par le chimiste et médecin allemand Friedrich Wöhler. L'aluminium était à l'époque un métal rare. Il était utilisé à des fins décoratives. Sur les uniformes des soldats de l'armée de Napoléon III., des boutons en aluminium brillaient. Son prix a baissé lorsqu'une usine de production d'aluminium a été construite en Suisse . En raison de sa légèreté, il a commencé à remplacer le fer et d'autres métaux. Son utilisation la plus importante est là où une grande résistance est nécessaire à faible poids - l'industrie aéronautique, les panneaux d'isolation, les pièces coulées sous pression principalement pour l'industrie automobile...
Préparation des matières premières de base
La matière première de base pour la production d'aluminium est l'oxyde d'aluminium pur Al2O3, qui est obtenu en nettoyant le bauxite, qui est généralement souillé par divers oxydes, principalement les oxydes de titane, fer et de silicium. Le processus de nettoyage du bauxite est effectué à l'aide de hydroxyde de sodium sous pression. À cet oxyde d'aluminium pur Al2O3 on ajoute cryolite Na3[AlF6] et fluorite CaF2, afin de réduire la température de fusion. Pour séparer l'oxyde d'aluminium de l'hydroxyde ferrique, on utilise également le caractère amphotère de l'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3. L'hydroxyde ferrique n'a pas de caractère amphotère et ne se dissout donc pas dans l'hydroxyde alcalin. Cela implique que si l'on ajoute un hydroxyde alcalin, par exemple l'hydroxyde de potassium KOH, cela entraîne uniquement la dissolution de Al(OH)3. Le filtrat résultant contiendra des cations d'aluminium Al3+, que l'on peut facilement transformer à nouveau en hydroxyde d'aluminium. En le séchant, on obtient de l'oxyde d'aluminium.
Production
La fusion a lieu dans un four électrique par un procédé électrolytique. Lors de l'électrolyse on utilise un courant continu. Les électrodes sont fabriquées à partir d'un mélange de charbon, coke et de scories. La cathode sont des plaques, qui tapissent les parois du four, l'anode est un ensemble de 6 à 12 électrodes en carbone (bâtons en graphite). La cuve est composée d'une solution de 20 % d'Al2O3, soumise à l'électrolyse. Il y a une réaction chimique: l'électrolyse du bain.
- Al2O3 → 2Al3+ + 3O2−
Le dioxygène est extrait des électrodes en carbone, qui réagit immédiatement avec le carbone, formant du dioxyde de carbone CO2. Sur les plaques cathodiques, qui tapissent le four, on obtient de l'aluminium pur sous forme de bain. Cela est ensuite coulé dans des moules en argile. La production d'aluminium est très énergivore.
Caractère amphotère de Al, Al2O3 et Al(OH)3
Le caractère amphotère signifie qu'il réagit aussi bien avec l'acide qu'avec la base.
- réaction avec l'anion hydroxyde OH-
Al3+ → Al(OH)3 (S) → [Al(OH)4]-
Al(OH)3 (S) - précipité blanc
- réaction avec le cation H3O+
[Al(OH)4]- → Al(OH)3 (S) → AI3+
Production en Slovaquie
Dans l'enceinte de l'usine d'aluminium à Žiar nad Hronom dans l'entreprise Slovalco, (actionnaire majoritaire Hydro) l'aluminium et ses alliages sont produits pour un traitement ultérieur.[1] Par exemple, l'entreprise Hydro Extrusion Slovakia produit et vend des tôles d'aluminium, des profils extrudés, des systèmes de construction.[2] D'autres entreprises opérant à Žiar sont des fabricants et fournisseurs dans l'industrie automobile, de consommation et du bâtiment: Nemak, Fagor Ederlan Slovakia, Thermosolar.
En Slovaquie, les technologies pour la production industrielle en série de divers composants en aluminium de la mousse métallique ont été développées par des scientifiques sous la direction de František Simančík de l'Institut des matériaux et de la mécanique des machines de l'Académie slovaque des sciences. Ces technologies sont protégées par des brevets mondiaux.[3]
Propriétés et utilisation
L'aluminium est résistant à la corrosion et brûle en oxyde d'aluminium Al2O3. Dans tous les environnements sauf acide, il est inoffensif, dans l'environnement acide il se dissout (chou rouge, thé). En raison de ses effets toxiques et cancérigènes (remplace les métaux dans les métalloprotéines), l'utilisation d'ustensiles en aluminium est interdite.
Il est principalement utilisé dans l'aluminothermie - c'est une méthode d'obtention de métaux à partir de leurs oxydes, en utilisant la capacité réductrice de l'aluminium.
par exemple Fe2O3 + 2 Al = Al2O3 + 2 Fe
Une autre utilisation de l'aluminium - production de alobals, lors de la production de polyéthylène et d'alliages.
Production de alliages utilisés dans l'industrie métallurgique pour la production de véhicules et de diverses structures légères.
L'alliage d'aluminium le plus connu d'aluminium est duralumin (du mot anglais. durable aluminium), qui est un alliage d'aluminium avec cuivre et magnésium (Al-Cu4-Mg). L'utilisation principale du duralumin était dans l'industrie aéronautique. Il a trouvé sa place dans la production d'objets ménagers, tels que des ustensiles et des ustensiles de cuisine - il a été remplacé par l'antikoro plus coûteux. Il est fréquemment utilisé dans l'électrotechnique en raison de sa bonne conductivité électrique et d'un prix inférieur à celui du cuivre, où des conducteurs sont produits à partir d'alliages d'aluminium. Il est utilisé dans les câbles des réseaux à haute tension (réseau électrique). Dans les installations domestiques il n'est plus utilisé à la fin des années 80. La raison est que l'aluminium sous pression «s'écoule» - les connexions électriques vissées avec des câbles en aluminium doivent être resserrées, sinon avec le temps il y a perte de contact électrique. Il est également utilisé pour sa très bonne conductivité thermique pour la production de divers radiateurs et échangeurs de chaleur. Dans le bâtiment, il est utilisé pour les panneaux d'isolation. L'aluminium est peu résistant aux influences climatiques, donc il faut le traiter à la surface - électrolyse (électrochimiquement, une couche d'oxyde est formée à sa surface, qui est résistante et peut être colorée et polie).
En outre, les variétés précieuses de corindon Al2O3 - rubis et zafir. Al2O3 sert également à la production de papier abrasif.
Dans la médecine, on utilise par exemple l'acétate d'aluminium Al(CH3COO)3 - sel de l'acide acétique; comme compresses contre l'inflammation.
L'industrie céramique est également importante - production de porcelaine et de céramique ordinaire. La composante de base est l'argile (contient le minéral kaolinite). La porcelaine est obtenue en brûlant un mélange d'argile et de feldspath broyé avec du silex (la porcelaine de Karlovy Vary est célèbre). À partir de céramique ordinaire, on produit par exemple du matériau réfractaire, des tuiles, des ustensiles de cuisine en argile, des pots de fleurs, des canalisations, etc.
Les sels Al3+ sont présents dans l'eau potable, dans les médicaments (acylpyrène, superpyrène - réduit l'irritation de l'estomac), dans la poudre à gâteau, sur les fruits et légumes congelés (en raison de leur apparence), sur la mousse de chantilly, le lait en poudre, le café instantané, etc.
Dans l'industrie, la production de mousse métallique, dite mousse d'aluminium, qui a un bon rapport rigidité/poids (par exemple, une plaque en mousse d'aluminium comparée à une plaque d'aluminium de même poids a une rigidité à la flexion nettement plus élevée). La mousse est meilleure pour l'absorption des vibrations et du bruit causé par les oscillations de la pièce, comme lors de sa coulée en aluminium plein.