Este metal plateado se usa en muchas industrias: en la industria automotriz, en la fabricación de aviones, en la construcción y, por supuesto, en la industria de la energía. El aluminio es el elemento número 13 en la tabla periódica Dmitri Ivanovich Mendeleev. En este momento, se estima que representa aproximadamente el 8% de la masa total de la corteza de la Tierra sólida y es el tercer elemento químico en términos de prevalencia en el planeta Tierra, dando paso solo al oxígeno y al silicio.
Historia del descubrimiento
Pero como el aluminio tiene una alta actividad química, en su forma pura prácticamente no se produce en la naturaleza, por lo tanto, a diferencia de muchos otros metales, se dio a conocer solo a principios del siglo XIX, cuando se obtuvo formalmente el aluminio.
En 1824, el físico danés en el proceso de electrólisis primero obtuvo aluminio. Aunque el metal contenía impurezas de mercurio y potasio, este caso es el primer caso comprobado de producción de aluminio en el laboratorio.
El nombre del científico que llevó al método revolucionario fue Hans Christian Oersted. Pero llevó casi medio siglo desarrollar tecnologías para su producción en la producción industrial. La mayoría del aluminio natural se encuentra en los minerales de alumbre. Es gracias a este mineral que el aluminio obtuvo su nombre, que en latín suena Alumen.
Mineral de aluminio
En el mundo moderno, en la producción de aluminio, se utiliza mineral de aluminio, ampliamente difundido en la naturaleza, la bauxita. Las rocas de bauxita son rocas arcillosas, que incluyen varias modificaciones de hidróxido con impurezas como cromo, silicio, titanio, azufre, vanadio, sales de carbonato de magnesio, calcio y hierro.
En bauxita se pueden encontrar casi la mitad de los elementos químicos de la tabla periódica. El valor de este mineral radica en el hecho de que además de una tonelada de aluminio extraído de cuatro toneladas de bauxita, las impurezas también son valiosas para la industria. El polvo blanco, óxido de aluminio (Al2O3), que también se llama "alúmina", se obtiene de la bauxita durante el procesamiento. Es a partir de alúmina por electrólisis en las empresas modernas producen metal.
El papel de la energía eléctrica en la producción.
Por producción de aluminio se gasta la enorme cantidad de energía eléctrica. Para obtener una tonelada de metal, la energía se gasta tanto que sería suficiente para las necesidades de un edificio de 100 departamentos durante un mes entero. A saber, 15 MW * h. Por lo tanto, la mayoría de las plantas de aluminio están ubicadas cerca de centrales hidroeléctricas, centrales nucleares o tienen sus propias centrales térmicas, así como una estructura desarrollada de redes y sistemas eléctricos de potencia.
Propiedades de aluminio
El aluminio tiene una rara combinación de propiedades tales como:
- pequeño peso;
- plástico, conductividad eléctrica;
- La capacidad de formar aleaciones con otros metales.
La superficie del aluminio siempre está cubierta con una película de óxido muy delgada, que es muy duradera y no permite que el aluminio se corroe. Este material, tanto caliente como frío, se procesa fácilmente por presión. Métodos de procesamiento tales como laminado, estampado, dibujo a menudo se realizan en la empresa en la producción de ciertas piezas.
Otro valor del aluminio es que no es tóxico, no quema y no necesita colorantes adicionales: esto hace que su uso en la industria automotriz y aeronáutica sea un elemento indispensable. La ductilidad del aluminio es sorprendente: era posible hacer una lámina y un alambre muy delgado con un grosor de solo 4 micras, y el grosor de la lámina es tres veces más delgado que un cabello humano.
Debido a la capacidad del aluminio para formar compuestos con un gran grupo de elementos químicos, apareció un gran grupo de aleaciones. Por ejemplo, una combinación de aluminio y zinc se usa para crear cajas para varios tipos de tabletas y teléfonos, mientras que el aluminio en combinación de magnesio y silicio se usa en la producción de varios tipos de motores, como parte de los elementos del chasis y varios motores. Se utilizan varias aleaciones en la industria de la energía.
La ciencia moderna continúa estudiando e inventando los últimos tipos de aleaciones de aluminio. Hoy en día no hay industria donde no se use el aluminio. Es seguro decir que tipos de industrias como la aviación, el espacio, la energía, los automóviles, los alimentos, los electrónicos han recibido su desarrollo moderno debido al aluminio y sus aleaciones.
Por no hablar de una propiedad tan importante como la conductividad térmica. Después de todo, esta propiedad del metal se requiere en la producción de sistemas de calefacción, productos eléctricos, en las industrias automotriz y aeronáutica, en la fabricación de sistemas de frenos y similares. La capacidad de calor es el proceso de transferencia de energía térmica en cuerpos físicos o sus partículas de objetos calientes a fríos según la ley de Fourier. El competidor del aluminio en este campo es el cobre.
Entonces, ¿qué metal tiene una alta conductividad térmica? Esta no es una pregunta absolutamente sencilla. Se sabe que el aluminio es menos conductivo térmicamente que el cobre a temperaturas medias, pero cuando se trata de bajas temperaturas, es decir, a 50 K, la conductividad térmica del aluminio aumenta significativamente, mientras que el cobre tiene una conductividad térmica más baja. El punto de fusión del aluminio es 933.61 K, que es aproximadamente 660 ° C, en cuyo punto las propiedades de Al, como la conductividad térmica y la densidad, disminuyen.
La densidad de un metal plateado está determinada por su temperatura y depende de su estado. Entonces, a una temperatura de 27 ° C, la densidad del aluminio, respectivamente, es igual a 2697 kg / m 3, y en un punto de fusión de 660 ° C, su densidad es igual a 2368 kg / m 3 . La disminución de la densidad del metal en función de la temperatura se debe a su expansión con calentamiento directo.
Tablas de propiedades de aluminio y cobre.
A continuación, consideramos las tablas de propiedades físicas y conductividades térmicas del aluminio y el cobre a diferentes temperaturas.
- densidad de Cu y Al, kg / m 3 ;
- calor específico Cu y Al, J / (kg · K);
- difusividad térmica de Cu y Al, m 2 / s;
- conductividad térmica de Cu y Al, W / (m · K);
- resistividad eléctrica Cu y Al, Ohm · m;
- Función de Lorentz Cu y Al;
Tabla de propiedades físicas del aluminio.
| T, K | kg / m 3 | 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 | 2.715 | 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 | 2.560 | 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 | - |
Tabla de propiedades físicas del cobre.
| T, K | kg / m 3 | J / (kg · K) | m 2 / s | W / (m · K) | Ohm · m | L / L0 |
| 50 | - | - | - | 1250 | 0.0518 | - |
| 100 | - | - | - | 482 | 0.348 | - |
| 200 | - | - | 130 | 413 | 1.048 | - |
| 300 | 8.933 | 385.0 | 117 | 401.9 / 401 | 1.725 | 0.945 |
| 400 | 8.870 | 3.97.7 | 111 | 391.5 / 393 | 2.402 | 0.961 |
| 500 | 8.628 | 408.0 | 107 | 385.4 / 386 | 3.090 | 0.976 |
| 600 | 8.779 | 416.9 | 103 | 376.9 / 379 | 3.792 | 0.976 |
| 700 | 8.726 | 425.1 | 99.7 | 369.7 / 373 | 4.514 | 0.976 |
| 800 | 8.656 | 432.9 | 96.3 | 360.8 / 366 | 5.262 | 0.973 |
| 900 | 8.622 | 441.7 | 93.3 | 355.3 / 359 | 6.041 | 0.979 |
| 1000 | 8.567 | 451.4 | 90.3 | 349.2 / 352 | 6.868 | 0.979 |
| 1100 | 8.509 | 464.3 | 85.5 | 337.6 / 346 | 7.717 | 0.972 |
| 1200 | 8.451 | 480.8 | 80.6 | 327.5 / 339 | 8.626 | 0.970 |
| 1300 | 8.394 | 506.5 | 75.8 | 322.1 / 332 | 9.592 | 0.972 |
| 1357.6s | 8.361 | 525.2 | 72.3 | 317 | 10.171 | 0.972 |
| 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 |
De todo lo anterior, se ve claramente que el aluminio es uno de los metales prioritarios en la industria, pero tiene una propiedad más: este metal y sus aleaciones pueden fundirse, más de una vez, sin perder sus características. Entre otras cosas, es más económico que la extracción de mineral. Así, en un ahorro de electricidad supera los 14 kW / h. Se estima que actualmente se usa el 75% del aluminio y sus aleaciones extraídas todo el tiempo.