Les propriétés, les caractéristiques, l'histoire et les applications de l'aluminium
L'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, car nous en utilisons beaucoup. Environ 41 millions de tonnes sont fondues chaque année et utilisées dans un large éventail d'applications. Des carrosseries automobiles aux canettes de bière, en passant par les câbles électriques et les peaux d'avion, l'aluminium occupe une très grande place dans notre vie quotidienne .
Propriétés
- Symbole atomique: Al
- Numéro atomique: 13
- Catégorie de l'élément: Métal post-transition
- Densité: 2,70 g / cm 3
- Point de fusion: 620,32 ° C (1220,58 ° F)
- Point d'ébullition: 4566 ° F (2519 ° C)
- La dureté de Moh: 2,75
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
Des composés d'aluminium ont été utilisés par les anciens Egyptiens 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. Il n'est pas surprenant que le développement de méthodes de production d'aluminium métallique ait coïncidé avec l'avènement de l'électricité au XIXe siècle, la fusion de l'aluminium nécessitant 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 en utilisant la réduction électrolytique.
Jusque-là, l'aluminium avait été plus rare et plus cher que l'or. Cependant, dans les deux ans de la découverte de Hall, des sociétés d'aluminium ont été 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 nettement plus efficaces. Au cours des 100 dernières années, la quantité d'énergie consommée pour produire une unité d'aluminium a diminué de 70%.
Production
La production d'aluminium à partir du minerai dépend de l'oxyde d'aluminium (Al2O3), qui est extrait du minerai de bauxite. La bauxite contient normalement de 30 à 60% d'oxyde d'aluminium (communément appelé 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 et de l'alumine.
La séparation de l'alumine s'effectue normalement en utilisant ce que l'on appelle le procédé Bayer. Cela implique de broyer la bauxite en une poudre, en la mélangeant avec de l'eau pour faire une bouillie, en chauffant et en ajoutant de la soude caustique (NaOH). La soude caustique dissout l'alumine, ce qui lui permet de passer à travers les filtres, laissant les impuretés derrière.
La solution d'aluminate est ensuite égouttée dans des réservoirs de précipitation où des particules d'hydroxyde d'aluminium sont ajoutées en tant que «graine». L'agitation et le refroidissement entraînent la précipitation de l'hydroxyde d'aluminium sur la matière de la graine, qui est ensuite chauffée et séchée pour produire de l'alumine.
Des cellules électrolytiques sont utilisées pour fondre l'aluminium à partir d'alumine dans le procédé découvert par Charles Martin Hall.
L'alumine introduite dans les cellules est dissoute dans un bain fluoré de cryolite fondue à 1742 ° F (950 ° C).
Un courant continu de 10 000 à 300 000 A est envoyé des anodes de carbone dans la cellule à travers le mélange à une coque de cathode. Ce courant électrique décompose l'alumine en aluminium et en oxygène. L'oxygène réagit avec le carbone pour produire du dioxyde de carbone, tandis que l'aluminium est attiré par le revêtement de la cellule cathodique en carbone.
L'aluminium peut ensuite être collecté et amené dans des fours où un matériau en aluminium recyclable peut être ajouté. Environ un tiers de l'aluminium produit aujourd'hui provient de matériaux recyclés. Selon l'US Geological Survey, les principaux pays producteurs d'aluminium en 2010 étaient 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 de nouvelles applications sur une base régulière.
D'une manière générale, l'aluminium et ses nombreux alliages sont utilisés dans trois grandes industries; le transport, l'emballage et la construction.
L'aluminium, sous diverses formes et alliages, est essentiel aux composants structuraux (châssis 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 contrainte ou une résistance à la corrosion, ou une tolérance aux températures élevées, le type d'alliage utilisé dépend des exigences de chaque composant.
Environ 20% de l'aluminium produit est utilisé dans les matériaux d'emballage. La feuille d'aluminium est un matériau d'emballage approprié pour les aliments parce qu'elle est non toxique, alors qu'elle est également un produit d'étanchéité approprié pour les produits chimiques en raison de sa faible réactivité et qu'elle est imperméable à la lumière, à l'eau et à l'oxygène. Rien qu'aux États-Unis, environ 100 milliards de canettes d'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 des applications de construction. Cela comprend les châssis de fenêtres et de portes, les toitures, les parements et les charpentes, ainsi que les gouttières, les volets et les portes de garage.
La conductivité électrique de l'aluminium lui permet également d'être utilisée dans les lignes conductrices à longue distance. Renforcés d'acier, les alliages d'aluminium sont plus rentables que le cuivre et réduisent l'affaissement dû à leur poids léger.
Les autres applications de l'aluminium comprennent les réservoirs et dissipateurs de chaleur pour l'électronique grand public, les poteaux d'éclairage public, les structures supérieures de plates-formes pétrolières, les fenêtres revêtues d'aluminium, les ustensiles de cuisine, les bâtons de baseball et les dispositifs de sécurité réfléchissants.
Sources:
Rue, Arthur. & Alexander, WO 1944. Les métaux au service de l'homme . 11ème édition (1998).
USGS. Sommaires des produits minéraux: Aluminium (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/