Aluminium

Ontdekking

Verbindingen van aluminium waren al in de oudheid bekend. Zo werd aluin onder meer gebruikt om bloedingen te stelpen. Het is echter niet eenvoudig het metaal uit aluin vrij te maken. Aluminium werd in 1807 ontdekt door Humphry Davy, die het trachtte te bereiden uit aluminiumoxide. In 1825 bereidde Hans Christian Ørsted een onzuivere vorm van aluminium uit aluminiumchloride en kaliumamalgaam. Jarenlang was het metaal zo kostbaar dat het in ornamenten toegepast werd, getuige de massief aluminium kap op de toren van he

Davy noemde het metaal alumium. Een paar jaar later maakte hij er aluminum van, wat in het Amerikaans-Engels gehandhaafd werd. In de meeste andere talen, ook in het Brits-Engels, geeft men de voorkeur aan aluminium.

Toepassingen en bewerkingen

Het metaal is nu iets meer dan een eeuw beschikbaar, en in die tijd heeft het op stormachtige wijze de wereld veroverd. Het is economisch een bijzonder belangrijk metaal. Aluminium is licht (slechts een derde van het gewicht van staal of brons), en met 4% koper, 1% magnesium, 1% mangaan en 0,5% silicium even slijtvast en bestendig tegen corrosie, behalve spanningscorrosie. Het is een goede geleider, het is niet ferromagnetisch, maar kan bij het in contact komen met een heel krachtige magneet wel zijn eigen zwerfstroom en zo een tegengesteld magnetisch veld opwekken. Het vonkt niet, en het laat zich relatief gemakkelijk vormen. Aluminium is daarmee het constructiemateriaal bij uitstek voor de vliegtuig- en ruimtevaartindustrie. Voor motoren is het echter minder geschikt, want het wordt zachter bij verwarmen.

Aluminium heeft een plasmafrequentie van 15 eV[ en is daarmee een uitstekende spiegel voor alle straling in het infrarode, zichtbare, en nabij-ultraviolette gebied, vooral als wordt voorkomen dat het spiegelend oppervlak aan oxidatie blootgesteld wordt. Het valt gemakkelijk op te dampen en aluminium spiegels worden wel in de astronomie gebruikt.

Het metaal kan door lasersnijden bewerkt worden, maar wordt vaak ook in de gewenste vorm gegoten.

Enkele toepassingsgebieden:

  • bijna alle Antitranspiranten
  • verpakking: aluminiumfolie
  • speelgoed: het is een bestanddeel van Zamak, dat bijvoorbeeld voor modelauto’s wordt gebruikt
  • transportmiddelen (auto, vliegtuig, ruimtevaartuig, trein, fiets, schip, enz.)
  • huishoudapparatuur (pannen, bestek, zool van strijkijzers enz.)
  • kampeeruitrusting (vouwstoel, pannen, tentstokken enz.)
  • hoogspanningsleidingen (typisch in combinatie met staal of als legering met Mg en Si, zoals AA 6201; de geleidbaarheid is de helft van die van koper, maar aluminium kost minder en weegt een derde)
  • bliksemafleiders (veel goedkoper dan koper, dus minder diefstalgevoelig)
  • antennes
  • constructiebouw (kozijn, deuren)
  • auto-industrie (aluminium velgen en onderdelen van verbrandingsmotoren)
  • daken en gevelbekleding
  • bouwsteiger en ladders
  • jachtbouw
  • anode op een stalen onderwaterschip om corrosie van het staal te verminderen
  • licht-, en geluidsindustrie (maken van constructies)
  • meubels (kasten, bankstellen, tafels, stoelen en bedden)
  • kasconstructies (dek- en gevelsystemen)

 

Productie

Het aluminiumoxidepoeder, aluinaarde, wordt daarna in een speciale oven gebracht. Deze ovens zijn gevuld met elektroliet (een gesmolten keramische substantie genaamd kryoliet). Bij een temperatuur van bijna 1000 graden Celsius wordt vervolgens een gelijkstroom door de vloeistof gevoerd. De in het elektroliet opgeloste aluinaarde wordt door middel van elektrolyse gesplitst, waarbij vloeibaar aluminium en zuurstof vrijkomt. Het vloeibare aluminium zakt naar de bodem van de oven, wordt opgezogen en naar de gieterij gebracht. Daar wordt het gereinigd en eventueel gemengd met andere stoffen om bepaalde kwaliteiten aluminium te maken. Pas daarna worden walsplakken en persstaven gegoten waaruit de uiteindelijke aluminiumproducten kunnen worden gemaakt. De zuurstof die vrijkomt bij de elektrolyse wordt gebonden aan koolstof, die in de vorm van een groot blok (de anode) boven in de oven hangt. De anode wordt tijdens het proces dus opgebruikt, een halve ton koolstof per ton geproduceerd aluminium. Zo wordt uit 4 ton bauxiet 2 ton aluminiumoxide gemaakt, waaruit weer 1 ton aluminium kan worden gemaakt. Dit proces heet het Hall-Héroult-proces. In Nederland wordt na de sluiting van de fabriek in Vlissingen alleen nog in Delfzijl (Klesch Aluminium Delfzijl) aluminium geproduceerd.

 

Verschijning

Aangezien aluminium een tamelijk onedel metaal is, komt het niet in pure vorm in de natuur voor. In verbindingen echter is aluminium bijzonder algemeen. Aluminiumhoudende mineralen zijn verantwoordelijk voor een flink percentage (circa 8,1%) van de aardkorst. Hoewel aluminium een bestanddeel is van klei, gebruikt de aluminiumindustrie als erts bij voorkeur het mineraal bauxiet. Dit wordt onder andere in Australië en Suriname gewonnen. Winning uit klei is moeilijker en daardoor onrendabel. Wel kost het naar verhouding veel energie om het metaal uit zijn verbindingen vrij te maken. Veel aluminium wordt daarom tegenwoordig in kringloop gebruikt. De winningsenergie van aluminium uit bauxiet bedraagt 155 MJ/kg. De herverwerkingsenergie bedraagt slechts 5% daarvan. Aluminium is hierdoor erg interessant voor hergebruik. Het materiaal kent nagenoeg geen degeneratie en het is praktisch 100% herbruikbaar.

Opmerkelijke eigenschappen

Aluminium is een zilverwit, buigzaam metaal. Het is stabiel aan de lucht, maar alleen dankzij een dun en gesloten oxidehuidje, dat het metaal een doffe indruk geeft. In aanwezigheid van kwikzouten vormt zich echter een oxide dat een niet-gesloten huid vormt. Onder die omstandigheden oxideert het metaal aan de lucht bijzonder snel en vliegt het in brand. In gepoederde toestand wordt het veel in de pyrotechniek gebruikt (bijvoorbeeld als vaste raketbrandstof), of in thermische lansen.