From Wikipedia, the free encyclopedia
Avui en dia és molt comú trobar alumini en molts productes comercials. També el trobem en productes a la vida quotidiana així com a la indústria i als laboratoris.
L'alumini és l'element químic de símbol Al i nombre atòmic 13. És l'element metàl·lic més abundant en l'escorça terrestre (8,13% d'abundància). Es pot trobar en moltes formes ja sigui alumini metàl·lic, òxid d'alumini, hidròxid d'alumini, clorur d'alumini, etc.
El més comú en productes de la vida quotidiana és l'alumini metàl·lic, fins i tot el podem trobar en molts objectes a la llar. A la indústria s'utilitza sobretot en forma d'òxid d'alumini tot i que també en altres productes. Finalment, la resta de compostos d'alumini els podem trobar sobretot en laboratoris de síntesi o farmacèutics.
L'alumini metàl·lic és la forma de l'alumini que més utilitzem a escala mundial, la nostra vida quotidiana està repleta de productes que el contenen.
La producció de l'alumini metàl·lic ve de la conversió de l'alúmina mitjançant el procés Hall-Héroult (s'obté una tona per cada dues d'alúmina).[2]
Per dur a terme aquest procés l'alúmina es dissol en un bany electrolític de criolita (Na₃AlF₆) fosa; això es realitza per disminuir la temperatura de fusió de l'alúmina, ja que és de 2000 °C i mesclada amb criolita és de 900 °C. En aquesta cel·la tenim dos elèctrodes de carboni: el càtode a sota i l'ànode a sobre.
Càtode: Al3+ + 3 e− → Al
Ànode: 2 O2− + C → CO₂ + 4 e−
Per tant, en general tenim la següent equació: Al₂O₃ + 3/2 C → 2 Al + 3/2 CO₂
Per una banda, en el càtode s'obté l'alumini metàl·lic que en ser més dens que la mescla d'alúmina/criolita es queda al fons i posteriorment s'extreu per transportar-lo a un forn per purificar-lo i fer aliatges o lingots, depenent de les necessitats dels clients.
D'altra banda, a l'ànode es consumeix carboni de l'elèctrode per donar CO₂, també s'obtenen altres gasos com àcid fluorhídric (HF) i trifluorur d'alumini (AlF3), però s'ha aconseguit bastant la seva recirculació. Les empreses tenen en funcionament la cel·la 24 hores, ja que seria un cost energètic molt gran refredar per substituir l'elèctrode de carboni per un de nou, llavors el que es fa és anar posant més carboni perquè la reacció segueixi endavant.
Existeix una altra alternativa menys costosa energèticament, de fet s'ha comprovat que necessita un 30% menys d'energia comparat amb les millors cel·les del Hall-Héroult, aquest procés també consisteix amb una electròlisi, però no directament amb alúmina:[3]
2 Al₂O₃ + 3 C + 6 Cl₂ → 4 AlCl₃ + 3 CO₂
2 AlCl₃ → 2 Al + 3 Cl₂
Els usos actuals de l'alumini són gairebé infinits, ja que és un material amb el qual es poden fer molts aliatges lleugers i resistents.[4]
L'òxid d'alumini o alúmina[5] és el principal component de minerals com el corindó o la bauxita. L'òxid d'alumini s'obté de la bauxita mitjançant el procés Bayer. És un òxid amfòter i ingredient principal en la constitució d'argiles i vernissos, els confereix resistència i n'augmenta la temperatura de maduració. És el material ceràmic avançat que més s'utilitza.
La forma més comuna d'òxid d'alumini cristal·lí es coneix amb el nom de corindó, és termodinàmicament la forma més estable.[6] Els anions d'oxigen formen una estructura hexagonal compacta amb els cations d'alumini emplenant dos terços dels intersticis octaèdrics, cada centre de Al3+ és octaèdric. Les seves principals propietats són:
A la indústria s'utilitza el procés Bayer per a produir alúmina a partir de la bauxita. L'alúmina és vital per a la producció d'alumini (se n'obté una tona per cada dues d'alúmina).
En el procés Bayer la bauxita es renta, polvoritza i dissol en hidròxid de sodi a alta pressió i temperatura.[7] El líquid resultant conté una solució d'aluminat de sodi i residus de bauxita que contenen ferro, silici i titani. Aquests residus s'acaben dipositant al fons del tanc i posteriorment s'eliminen, es coneixen com a “fang vermell”. La solució d'aluminat de sodi neta es bombeja dins d'un enorme tanc anomenat precipitats. S'hi afegeixen petites partícules d'alúmina per induir la precipitació de partícules d'alúmina pures en refredar el líquid (procés de sembra). Les partícules es dipositen al fons del tanc, es remouen i es calcinen a 1100 °C per tal d'eliminar l'aigua que pugui contenir el producte de cristal·lització. Com a resultat s'obté una pols blanca, alúmina pura. L'hidròxid de sodi es retorna al començament del procés i s'utilitza novament.
L'alúmina la trobem sobretot en la seva forma fonamental i s'utilitza en la indústria de l'alumini com a matèria primera per a la producció d'alumini. A més, es pot utilitzar de manera complementària com a:
Altres formes de l'alúmina són:
És una forma porosa que s'utilitza per a desenllaçar gasos i líquids. Té la propietat d'assecar l'aire fins a deixar-lo amb molt poca humitat.
És una varietat porosa de poca àrea, s'utilitza per a la producció de maons refractaris, forns de fosa de materials i aïllants elèctrics.[8]
S'utilitza per a produir compostos d'alumini com sulfat d'alumini sense ferro, aluminat sòdic, clorur i fosfat d'alumini i alúmina activada.
Avui en dia també podem trobar alúmina en:
Els productes anteriors estan fets d'òxid d'alumini i carbur de sílice. S'utilitzen per acabats setinats en alumini i acer inoxidable, preparar superfícies per a pintar, esvair rascades i corrosió, eliminar rascades i marques de fresadora, netejar superfícies metàl·liques o de fusta abans de cobrir-les i eliminar òxid.
Existeixen una àmplia varietat de productes derivats de l'alumini a banda dels seus òxids. A continuació es descriuen tres dels productes més importants.
El clorur de alumini (III) és majoritàriament utilitzat com a reactiu químic. El seu ús com a catalitzador en la reacció de Friedel-Craft i la polimerització i isomerització de hidrocarburs comporten la major part de les seves aplicacions.
La síntesi del triclorur d'alumini es pot donar via cloració directa de l'alumini metàl·lic d'acord amb la següent reacció:[10]
2 Al + 3 Cl₂ → 2 AlCl₃
La injecció d'alumini i clor en càmeres d'alta temperatura (680-760 °C) és la manera més senzilla per l'obtenció del clorur d'alumini.[11]
Una altra forma de producció del clorur d'alumini és mitjançant el desplaçament metàl·lic en el clorur de coure:
2 Al + 3 CuCl₂ → 2 AlCl₃ + 3 Cu
Donada la seva naturalesa d'àcid de Lewis, el clorur d'alumini és utilitzat com catalitzador en la reacció de Friedel-Crafts. Aquesta reacció permet afegir cadenes carbonades a anells aromàtics utilitzant haloalcans.
El triclorur d'alumini pot ser utilitzat en reaccions de polimeritzacions d'hidrocarburs per formar polímers superàcids o en la hidroisomerizació de parafines.
El seu ús com a catalitzador en reaccions d'halogenació de derivats del petroli es àmpliament conegut.
C₆H₆ + Cl₂ C₆H₅Cl + HCl
El clorur d'alumini forma part de les fórmules de molts productes d'higiene personal, com desodorants, medicaments dentals, etc.
Es tracta d'una sal blanca soluble en aigua que es presenta comunament en forma cristal·lina.
El nitrat d'alumini (III) es pot preparar per la reacció directa amb el seu hidròxid metàl·lic i àcid nítric segons:[14]
3 HNO₃ + Al(OH)₃ → Al(NO₃)₃ +3H₂O
La formació del nitrat dalumini pot donar-se alternativament per la reacció del clorur d'alumini (III) amb àcid nítric. Aquesta via té l'inconvenient de formar productes secundaris indesitjats.
El nitrat d'alumini presenta una àmplia varietat d'aplicacions:
Pu4+ + 4NO₃- + 2S → [Pu(NO₃)₄S₂]
L'hidròxid d'alumini es un hidròxid metàl·lic amfòter trobat naturalment en la escorça terrestre.
La major part de l'hidròxid d'alumini es pot trobar en forma del mineral gibbsita. Un altre percentatge es troba en els seus altres polimorfs menys comuns: bayerite, doyleite i nordstrandite.
La principal font d'aquest producte és la producció industrial pel procés Bayer.[16] Aquest procés consisteix en la dissolució del mineral Bauxita en una solució d'hidròxid sòdic a altes temperatures. Els residus indesitjats són extrets i l'hidròxid d'alumini precipitat.
La major part de l'hidròxid d'alumini produït és utilitzat en la fabricació d'alúmina. La resta d'aplicacions poden ser resumides en aquest llistat:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.