Alüminyum (Al)
Alüminyum, atom numarası 13 ve simgesi Al olan kimyasal element. Gümüş renkte, sünek bir metaldir. Doğada genellikle boksit cevheri halinde bulunur ve oksidasyona karşı üstün direnci ile tanınır. Bu direncin temelinde pasivasyon özelliği yatar.
Endüstrinin pek çok kolunda milyonlarca farklı ürünün yapımında kullanılmakta olup, dünya ekonomisi içinde çok önemli bir yeri vardır. Alüminyumdan üretilmiş yapısal bileşenler uzay ve havacılık sanayii için vazgeçilmezdir. Hafiflik ve yüksek dayanım özellikleri gerektiren taşımacılık ve inşaat sanayiinde geniş kullanım alanı bulur.
Alüminyum, yumuşak ve hafif bir metal olup mat gümüşümsü renktedir. Bu renk, havaya maruz kaldığında üzerinde oluşan ince oksit tabakasından ileri gelir. Alüminyum metalinin, yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak gümüşi beyazdan mat griye kadar değişen görünümü vardır.
Alüminyum aynalar, yakın ultraviyole ve uzak kızılötesi ışık için tüm metal aynalar arasında en yansıtıcı olanıdır. Aynı zamanda görünür spektrumda ışığı en çok yansıtanlardan biridir. Bu açıdan neredeyse gümüşle aynı seviyededir ve bu nedenle ikisi benzer görünür.
Alüminyum güneş ışınımını yansıtma konusunda da iyidir ancak havadaki güneş ışığına uzun süre maruz kalmak metalin yüzeyinde aşınmaya neden olur. Yüzeye koruyucu oksit tabakası ekleyen alüminyumun anodlanması ile bu durum önlenebilir.
Alüminyum, zehirleyici ve manyetik değildir. Kıvılcım çıkarmaz.
Alüminyumun yoğunluğu 2,70 g/cm3 olup, çeliğin veya bakırın yaklaşık 1/3'ü kadar olup yaygın olarak karşılaşılan diğer metallerden çok daha azdır, bu ise alüminyum parçaların hafifliğiyle kolayca tanımlanmasını sağlar.
Alüminyumun yoğunluğunun diğer metallerin çoğuna göre az olması, çekirdeklerinin çok daha hafif olmasından kaynaklanır ancak birim hücre boyutundaki farklılık bu farkı telafi etmez. Daha hafif metaller, berilyum ve magnezyum dışında yapısal kullanım için fazla reaktif olan (ve berilyum çok toksik olan) 1. ve 2. grup metallerdir. Alüminyum, çelik kadar sağlam veya sert değildir. Ancak az yoğun olması, havacılık ve uzay endüstrisinde ve hafifliğin ve nispeten yüksek mukavemetin önemli olduğu diğer birçok uygulama için bunu telafi eder.
Saf alüminyum oldukça yumuşaktır ve mukavemeti azdır. Çoğu uygulamada, daha fazla mukavemet ve sertlikleri nedeniyle bunun yerine çeşitli alüminyum alaşımları kullanılır. Saf alüminyumun akma dayanımı 7–11 MPa iken, alüminyum alaşımlarının akma dayanımı 200 MPa ile 600 MPa arasındadır.
Alüminyum sünektir, uzama yüzdesi %50-70'dir. Sünekliği kolayca çekilmesine ve ekstruzyona imkan verir ve dövülebilir. Aynı zamanda kolaylıkla işlenebilir ve dökülebilir.
Alüminyum mükemmel bir termal ve elektrik iletkenidir. Hem termal hem de elektriksel olarak bakırın iletkenliğinin yaklaşık %60'ına sahip olmasına rağmen yalnızca bakırın %30'u kadar yoğundur. Alüminyum, 1,2 kelvinlik süperiletkenlik kritik sıcaklığı ve yaklaşık 100 gaussluk (10 milliteslalık) kritik manyetik alanıyla süper iletkenlik kapasitesine sahiptir.
Paramanyetiktir ve dolayısıyla statik manyetik alanlardan esasen etkilenmez. Ancak yüksek elektrik iletkenliği, girdap akımlarının indüksiyonu yoluyla alternatif manyetik alanlardan güçlü şekilde etkilendiği anlamına gelir.
Elektrik iletkenliği %64,94 IACS'dir (saf Al, 2 °C'de).
Çok üstün korozyon özelliklerinin olması, üzerinde oluşan oksit tabakasının koruyucu olmasındandır.
Erime sıcaklığı 660 °C, kaynama sıcaklığı ise 2519 °C'dir.
Alüminyum, geçiş öncesi ve geçiş sonrası metallerin özelliklerini birleştirir. Daha ağır grup 13 türdeşleri gibi metalik bağlanma için az sayıda kullanılabilir elektrona sahip olduğundan, beklenenden daha uzun atomlar arası mesafelerle geçiş sonrası metalin karakteristik fiziksel özelliklerine sahiptir. Ayrıca, Al3+ küçük ve yüksek yüklü bir katyon olduğundan güçlü şekilde polarize olur ve alüminyum bileşiklerindeki bağlanmalar ortak değerliğe doğru eğilim gösterir; bu davranış berilyumun (Be2+) davranışına benzer ve ikisi diyagonal bir ilişki örneği gösterir.
Alüminyumun değerlik kabuğunun altında yatan çekirdek, önceki soy gazın çekirdeğidir, oysa onun daha ağır türdeşleri galyum, indiyum, talyum ve nihonyum da doldurulmuş bir d-alt kabuğu ve bazı durumlarda doldurulmuş bir f-alt kabuğunu içerir. Bu nedenle alüminyumun iç elektronları, alüminyumun daha ağır türdeşlerinin aksine, değerlik elektronlarını neredeyse tamamen korur. Bu nedenle alüminyum, kendi grubundaki en elektropozitif metaldir ve hidroksiti aslında galyumunkinden daha baziktir.
Alüminyum aynı gruptaki metaloid bor ile de küçük benzerlikler taşır: AlX3 bileşikleri, BX3 bileşiklerine göre değerlik izoelektroniktir (aynı değerlik elektronik yapısına sahiptirler) ve her ikisi de Lewis asitleri gibi davranır ve kolayca katkı maddeleri oluşturur. Ek olarak, bor kimyasının ana motiflerinden biri düzenli ikosahedral yapılardır ve alüminyum, Al-Zn-Mg sınıfı da dahil olmak üzere birçok ikosahedral yarı kristal alaşımın önemli bir bölümünü oluşturur.
Alüminyumun oksijene karşı yüksek kimyasal yakınlığı vardır, bu ise onu termit reaksiyonunda indirgeyici bir madde olarak kullanıma uygun yapar. İnce bir alüminyum tozu, sıvı oksijenle temas ettiğinde patlayıcı bir şekilde reaksiyona girer; Ancak normal koşullar altında alüminyum, metali oksijen, su veya seyreltik asit tarafından daha fazla korozyona karşı koruyan ince bir oksit tabakası (oda sıcaklığında ~5 nm) oluşturur; bu işleme pasivasyon denir. Korozyona karşı genel direnci nedeniyle alüminyum, ince toz halinde gümüşi yansımayı koruyan az sayıda metalden biridir ve bu özelliği alüminyumu gümüş renkli boyaların önemli bir bileşeni yapar. Alüminyum, pasifleştirilmesi nedeniyle oksitleyici asitlerin saldırısına uğramaz. Bu, alüminyumun nitrik asit, konsantre sülfürik asit ve bazı organik asitler gibi reaktifleri depolamak için kullanılmasına olanak tanır.
Ayrıca bkz. Boksit üretimine göre ülkelerin listesi
Alüminyumun Güneş Sistemi'ndeki parçacık başına miktarı 3,15 ppm'dir (ppm: milyonda parça sayısı). Tüm elementler arasında en bol bulunan on ikinci elementtir ve tek atom numaralı elementler arasında hidrojen ve nitrojenden sonra en bol bulunan üçüncü elementtir. Alüminyumun tek kararlı izotopu olan 27Al, evrende en çok bulunan on sekizinci çekirdektir. Neredeyse tamamen, daha sonra Tip II süpernova haline gelecek olan büyük yıldızlardaki karbonun füzyonundan sonra yaratılmıştır: bu füzyon, serbest protonları ve nötronları yakaladığında alüminyuma dönüşen 26Mg'yi oluşturur. 26Mg'nin serbest protonları yakalayabildiği evrimleşmiş yıldızların hidrojen yakan kabuklarında daha küçük miktarlarda 27Al oluşturulur. Aslında halen var olan tüm alüminyum 27Al'dir. 26Al, erken Güneş Sistemi'nde 27Al'ya göre %0,005 bollukla mevcuttu ancak 728.000 yıllık yarı ömrü herhangi bir orijinal çekirdeğin hayatta kalması için çok kısadır. Bu nedenle 26Al'ın nesli tükenmiştir. 27Al'den farklı olarak, hidrojenin yanması 26Al'in birincil kaynağıdır. Nüklid, 25Mg'lik bir çekirdeğin serbest bir protonu yakalamasından sonra ortaya çıkar. Bununla birlikte, var olan eser miktardaki 26Al, yıldızlararası gazdaki en yaygın gama ışını yayıcısıdır; orijinal 26Al hala mevcut olsaydı, Samanyolu'nun gama ışını haritaları daha parlak olurdu.
Genel olarak, Dünya kütlece yaklaşık %1,59 alüminyumdur (kütlece yedinci sıradadır). Alüminyum, Evren'in geneline kıyasla Dünya'nın kabuğunda daha büyük oranda vardır çünkü alüminyum kolayca oksitlenir ve kayalara bağlanıp kalır. Dünya'nın kabuğu'nda daha az reaktif metaller çekirdeğe doğru batar. Yerkabuğunda alüminyum en bol bulunan metalik elementtir (kütlece %8.23) ve tüm elementler arasında oksijen ve silikondan sonra en bol bulunan üçüncü elementtir.
Yerkabuğundaki çok sayıda silikat alüminyumu içerir. Buna karşılık, Dünya'nın manto kütlesinin sadece %2.38'i alüminyumdur.
Alüminyum deniz suyunda 2 μg/kg konsantrasyonda bulunur.
Oksijene olan güçlü birleşme eğilimi nedeniyle, alüminyum element halinde neredeyse hiç bulunmaz; onun yerine oksitlerde veya silikatlarda bulunur. Feldspatlar, yerkabuğundaki en yaygın mineral grubu, alüminosilikatlardır. Alüminyum ayrıca beril, kriyolit, garnet, spinel ve turkuaz minerallerinde de bulunur.
Al2O3 içindeki krom ve demir gibi safsızlıklar, sırasıyla yakut ve safir gibi değerli taş ürünlerini verir.
Doğal alüminyum metali çok nadirdir ve yalnızca belirli volkanların iç kısımları gibi düşük oksijenli fugasite ortamlarda küçük bir faz olarak bulunabilir.
Güney Çin Denizi'nin kuzeydoğusunda kıtasal eğimdeki soğuk sızıntılarda doğal alüminyum bildirilmiştir. Bu tortuların, tetrahidroksoalüminat Al(OH)4−'un bakteriyel redüksiyonundan kaynaklanmış olması mümkündür.
Alüminyum bol bir element olmasına rağmen, tüm alüminyum mineralleri ekonomik olarak uygun metal kaynakları değildir. Hemen hemen tüm metalik alüminyum, cevher boksit (AlOx(OH)3–2x)'dan üretilir. Boksit, tropikal iklim koşullarında düşük demir ve silika anakayasının kötü havadan ayrışma ürünü olarak oluşur.
2017 yılında çoğu boksit Avustralya, Çin, Gine ve Hindistan'da çıkarıldı.
Yerkabuğunda çok nadir bulunduğundan dolayı alüminyum bir zamanlar altından bile daha kıymetli görülmüştür.
Eski Yunanlar ve Romalılar, alüminyum tuzlarını, boya renklerini sabitleştirmede ve kan durdurucu olarak kullanmışlardır. Alum günümüz tıbbında hala kan durdurucu ve damar büzücü olarak kullanılmaktadır.
Friedrich Wöhler'in, alüminyumu, 1827'de, susuz alüminyum klorürü potasyum ile karıştırarak ayrıştıran ilk kişi olduğu bilinse de metal, o tarihten iki sene kadar önce, Danimarkalı bir fizikçi ve kimyacı olan Hans Christian Ørsted tarafından saf olmayan bir formda üretilmiştir. Dolayısıyla almanaklarda ve kimya literatüründe Øersted'in adı alüminyumu bulan kişi olarak geçer. Fransız Henri Saint-Claire Deville, 1846'da, Wöhler'in metodunu, daha pahalı olan potasyum yerine sodyum kullanarak geliştirmiştir.
Amerikalı Charles Martin Hall 1886'da, alüminyumun elektrolitik bir işlemle eldesine ilişkin bir patent başvurusunda (patent no: 400655) bulunmuş, aynı yıl, Hall'un bu buluşundan tamamen habersiz olmak üzere Fransız Paul Héroult da aynı tekniği Avrupa'da geliştirmiştir. Bu nedenle iki bilim adamının adı verilen Hall-Heroult işlemi, günümüzde alüminyumun cevherinden eldesinde bütün dünyada kullanılan temel yöntemdir.
ABD'deki Washington Anıtının zirvesinin yapımında alüminyum kullanılması kararlaştırılmış ve o tarihte alüminyumun yaklaşık 30 gramının maliyeti bu projede çalışan bir işçinin yevmiyesinin iki katına eşdeğer olmuştur.
Adolf Hitler'in yönetime gelişinden hemen sonraki yıllarda Almanya, alüminyum üretiminde dünya lideri olmuştur. Ancak 1942'de, ABD'de yeni hidroelektrik santral projelerinin (örneğin, Grand Coulee Barajı) devreye alınması, ABD'ye Nazi Almanya'sının baş edemeyeceği bir üstünlük vermiştir. Bu üstünlük, dört yıl içinde 60 bin savaş uçağı yapmaya yetecek kadar alüminyum üretimi şeklinde ortaya çıkmıştır.
Ayrıca bkz. Birincil alüminyum üretimine göre ülkelerin listesi
| Ülke | Üretim miktarı (bin ton) |
|---|---|
 Çin | 36.000 |
 Hindistan | 3.700 |
 Rusya | 3.600 |
 Kanada | 2.900 |
 Birleşik Arap Emirlikleri | 2.700 |
 Avustralya | 1.600 |
 Bahreyn | 1.400 |
 Norveç | 1.300 |
 ABD | 1.100 |
 İzlanda | 850 |
| Diğer ülkeler | 9.200 |
| Toplam | 64.000 |
Alüminyumun ticari üretim tarihi 100 yıldan biraz fazladır.
Alüminyum ilk keşfedildiği yıllarda cevherinden ayrıştırılması çok zor olan bir metal idi. Alüminyum arıtılması en zor metallerden biridir. Bunun nedeni çok hızlı oksitlenmesi, oluşan bu oksit tabakasının çok kararlı oluşu ve demirdeki pasın aksine yüzeyden sıyrılmayışıdır.
Alüminyum üretimi çok enerji tüketir ve bu yüzden üreticiler izabe tesislerini elektriğin hem bol hem de ucuz olduğu yerlere yerleştirir. 2019 itibarıyla dünyanın en büyük alüminyum izabecileri, Çin, Hindistan, Rusya, Kanada ve Birleşik Arap Emirlikleri'nde bulunurken, Çin, %55 dünya alüminyum payı ile açık ara en büyük alüminyum üreticisidir.
Uluslararası Kaynak Paneli'nin Toplumdaki Metal Stokları raporu'na göre, toplumda (yani arabalarda, binalarda, elektronikte vb.) kullanılan küresel kişi başına alüminyum stoğu 80 kg (180 lb)'dır: Bunun çoğu, (sadece 35 kg (77 lb))'nı kullanan daha az gelişmiş ülkeler yerine (kişi başına 350-500 kg (770-1.100 lb)) kullanım ile) daha gelişmiş ülkelerdedir.
Alüminyum oksidin ergime sıcaklığı yaklaşık 2000 °C olduğundan dolayı ekonomik olmaktan uzaktır.
Alüminyum üretimi, boksit kayanın yerden çıkarılmasıyla başlar. Boksit, Bayer işlemi kullanılarak işlenir ve alümina'ya dönüştürülür. Daha sonra Hall–Héroult işlemi kullanılarak işlenir ve nihai alüminyum metali elde edilir.
Bkz. Boksit üretimine göre ülkelerin listesi
Bu yöntemde alüminyum oksit, ergimiş kriyolit içinde çözündürülür ve daha sonra saf metale indirgenir. İndirgenme hücrelerinin çalışma sıcaklığı 950-980 °C civarındadır.
Kriyolit, Grönland adasında bulunan doğal bir mineraldir fakat alüminyum üretimi için sentetik olarak yapılır. Kriyolit, alüminyum ve sodyumun florürlerinin bir karışımı olup, formülü Na3AlF6 şeklindedir.
Alüminyum oksit (beyaz toz), yaklaşık %30-40 demir içerdiği için kırmızı renkli olan boksitin arıtılmasıyla üretilir.
Bayer işlemi daha önceleri kullanılan Deville işleminin yerini aldı.
Boksit, Bayer işlemi ile alüminaya dönüştürülür. Boksit, homojen bir bileşim içinde karıştırılır ve sonra öğütülür. Elde edilen bulamaç sıcak sodyum hidroksit çözeltisi ile karıştırılır; daha sonra karışım atmosfer basıncının üstündeki basınçta sindirici bir kapta işlenir, alüminyum hidroksit boksitte çözülürken safsızlıkları nispeten çözünmez bileşiklere dönüştürür:
Bu reaksiyondan sonraki bulamaç, atmosfer kaynama noktasının üzerinde bir sıcaklıktadır. Basınç azaldıkça buhar çıkarılarak soğutulur. Boksit kalıntısı çözeltiden ayrılır ve atılır. Katısız çözelti, küçük alüminyum hidroksit kristalleri ile tohumlanır; bu, [Al(OH)4]− iyonlarının alüminyum hidroksite ayrışmasına neden olur. Alüminyumun yaklaşık yarısı çöktükten sonra karışım sınıflandırıcılara gönderilir. Küçük alüminyum hidroksit kristalleri, tohumlama ajanları olarak hizmet etmek üzere toplanır; kaba parçacıklar ısıtılarak alüminaya dönüştürülür; fazla çözelti buharlaştırma yoluyla çıkarılır, (gerekirse) saflaştırılır ve geri dönüştürülür.
Wöhler işleminin yerini alan elektroliz yönteminde her iki elektrot da karbondan yapılır. Cevher bir kez ergimiş hale geldikten sonra iyonlar serbestçe dolaşmaya başlar. Negatif elektrotta (katot) gerçekleşen reaksiyon:
olup alüminyum iyonunun elektron alarak indirgendiğini gösterir. Alüminyum metali daha sonra hücrenin tabanına sıvı halde çöker ve buradan sifonlanarak dışarı alınır.
Öte yandan, pozitif elektrotta (anot) oksijen gazı oluşur:
Anot karbonu bu oksijen ile oksitlenerek tükenir ve dolayısıyla düzenli aralıklarla yenilenmesi gerekir:
Katotlar elektroliz işlemi sırasında, anotların tersine tükenmezler çünkü katotta oksijen çıkışı olmaz. Katodun karbonu, hücre içinde sıvı alüminyum ile örtülmüş olduğu için korunmalıdır. Öte yandan katotlar, elektrokimyasal işlemler gereği erozyona uğrarlar. Elektrolizde uygulanan akıma bağlı olarak hücrelerin 5-10 yılda bir tümüyle yenilenmesi gerekir.
Hall-Héroult işlemiyle alüminyum elektrolizi çok elektrik enerjisi tüketse de alternatif yöntemler gerek ekonomik gerekse ekolojik olarak uygulanabilirlikten uzaktır. Dünya genelinde, ortalama spesifik enerji tüketimi, kg Al başına yaklaşık 15±0.5 kilowatt saat'tir (52-56 MJ/kg). Modern tesislerde bu rakam yaklaşık 12.8 kW·h/kg (46.1 MJ/kg) civarındadır. İndirgeme hattının taşıdığı elektrik akımı, eski teknolojilerde 100-200 kA iken bu değer, modern tesislerde 350 kA'e kadar çıkmış olup 500 kA'lik hücrelerde deneme çalışmaları yapıldığı bilinmektedir.
Ayrıca bakınız: Alüminyum oksit üreten ülkelerin listesi
Alümina'nın alüminyum metale dönüştürülmesi Hall–Héroult işlemiyle sağlanır. Bu enerji yoğun süreçte, kriyolit (Na3AlF6) ile kalsiyum florür (950 ve 980 °C (1.740 ve 1.800 °F)'de erimiş karışımdaki alümina çözeltisi metalik alüminyum üretmek için elektroliz edilir. Sıvı alüminyum metal çözeltinin dibine çöker ve akıtılır ve daha sonraki işlemler için genellikle alüminyum kütük denilen büyük bloklara dökülür.
Elektroliz hücresinin anotları, florür korozyonuna karşı en dirençli malzeme olan karbondan yapılmıştır veya işlem sırasında pişirilir ya da önceden fırınlanır. Söderberg anotları olarak da adlandırılan birincisi güç açısından daha az verimlidir ve pişirmede açığa çıkan dumanların toplanması maliyetlidir, bu nedenle katotları önceden pişirmek için güç, enerji ve işçilikten tasarruf edilmesine rağmen, önceden pişirilmiş anotlarla değiştirilmelerinin nedeni budur. Anotlar için karbon tercihen saf olmalıdır, böylece ne alüminyum ne de elektrolit kül ile kirlenmez. Karbonun korozyona karşı direncine rağmen, üretilen her bir kilogram alüminyum için hala 0.4–0.5 kg oranında tüketilir.
Katotlar antrasit'den yapılmıştır, çok saf olmaları gereksizdir çünkü safsızlıkların süzülmesi çok yavaştır. Katot, üretilen her kilogram alüminyum için 0.02-0.04 kg oranında tüketilir. Bir hücre genellikle katodun arızalanmasının ardından 2-6 yıl sonra sonlandırılır.
Hall-Heroult işlemi, saflığı %99'un üzerinde olan alüminyum üretir. Hoopes işlemi ile daha fazla saflaştırma yapılabilir. Bu işlem, erimiş alüminyumun sodyum, baryum ve alüminyum florür elektroliti ile elektrolizini içerir. Elde edilen alüminyumun saflığı %99,99'dur.
Elektrik gücü, izabe tesisinin konumuna bağlı olarak, alüminyum üretim maliyetinin yaklaşık %20 ila %40'ını temsil eder. Alüminyum üretimi, Amerika Birleşik Devletleri'nde üretilen elektriğin kabaca %5'ini tüketir. Bu nedenle, Hall-Héroult sürecine alternatifler araştırıldı ancak hiçbirinin ekonomik olarak uygulanabilir olmadığı ortaya çıktı.
Alüminyum üretim maliyetinin %20-40'ını, tesisin bulunduğu yere göre değişmek üzere, elektrik enerjisi oluşturmaktadır. Bu nedenle alüminyum üreticisi işletmeler, Güney Afrika, Yeni Zelanda'nın Güney Adası, Avustralya, Çin, Orta Doğu, Rusya, İzlanda, Kanada'da Québec gibi elektrik enerjisinin bol ve ucuz olduğu bölgelere yakın olma eğilimindedir.
Çin 2004 itibarıyla, alüminyum üretiminde dünya lideridir.
Geri kazanım işlemi 1900'lü yılların başlarından beri uygulanmakta olup yeni değildir. Metalin geri dönüşüm yoluyla geri kazanılması, alüminyum endüstrisinin önemli bir görevi oldu. Geri dönüşüm, 1960'ların sonlarına kadar, alüminyum içecek kutuları kullanımının artmasıyla kamuoyunun bilinçlendirilmesine kadar önemsiz bir faaliyetti. Diğer geri döndürülen alüminyum kaynakları arasında otomobil parçaları, pencere ve kapılar, cihazlar ve konteynerler sayılabilir.
Alüminyumun hurdalardan geri kazanımı, günümüz alüminyum endüstrisinin önemli bir bileşeni haline gelmiştir.
Geri kazanım, girdi malzemesinin %15'ine kadar önemli bir kısmını cüruf, (kül benzeri oksit) olarak kaybolmasına rağmen, cevherden alüminyum üretmek için kullanılan enerjinin yalnızca %5'ini gerektiren hurdanın eritilmesini kapsar.
Alüminyum yığın eriticisi, %1'in altında bildirilen değerlerle çok daha az cüruf üretir.
Birincil alüminyum üretiminden ve ikincil geri dönüşüm işlemlerinden kaynaklanan beyaz cüruf, endüstriyel olarak çıkarılmış olabilecek yararlı miktarlarda alüminyum içerir. İşlem, son derece karmaşık atık malzeme ile birlikte alüminyum kütükler üretir. Bu israf yönetimi zordur. Su ile reaksiyona girerek hava ile temas ettiğinde kendiliğinden tutuşan bir gaz karışımı (diğerlerinin yanı sıra hidrojen, asetilen ve amonyak dahil) açığa çıkarır; nemli hava ile temas çok miktarda amonyak gazının salınmasına neden olur. Bu zorluklara rağmen, atık asfalt ve beton'da dolgu maddesi olarak kullanılır.
Alüminyumun canlı hücreler üzerinde yararlı bir işleve sahip olduğu gözlemlenmemiştir. Bazı kişilerde, alüminyumun herhangi bir formundan kaynaklanabilen temas dermatiti (deri iltihabı), stiptik (kan durdurucu) veya ter önleyici ürünler kullanımıyla birlikte ortaya çıkan kaşıntılı kızarıklık, alüminyum tencerelerde pişen yemeklerin yenmesiyle ortaya çıkan sindirim bozuklukları ve besinlerin emiliminin durması, ve Rolaids, Amphojel, ve Maalox gibi antasit (asit giderici) ilaçların kullanımıyla ortaya çıkan kusma gibi zehirlenme belirtileri şeklinde alerjik reaksiyonlar yaratabilir. Diğer kişilerde alüminyum, ağır metaller kadar zehirli olmasa da ve alüminyumdan yapılmış mutfak gereçleri kullanımının (yüksek korozyon direnci ve iyi ısı iletkenliği nedeniyle tercih edilir), genelde alüminyum zehirlenmesine yol açtığı kanıtlanmamış olsa da, yüksek dozlarda alındığında zehirlenme belirtileri gösterebilir. Alüminyum bileşikleri içeren antasitlerin aşırı dozda tüketimi ve alüminyum içeren ter önleyicilerin aşırı miktarda kullanımı zehirlenme nedeni olabilir. Alüminyumun Alzheimer hastalığına yol açtığı iddia edilmişse de bu araştırmanın tam tersine, Alzeimer hastalığının neden olduğu tahribatın, vücutta alüminyum birikimine yol açtığı şeklinde çürütülmüştür. Özetle, eğer alüminyum zehirlenmesi varsa bunun oldukça spesifik bir mekanizma ile gerçekleşmesi gerekir. Zira insanın yaşamı boyunca, toprakta doğal kil mineralinin içindeki alüminyum ile olan teması zaten yeterince yüksektir.
Alüminyumun, hızla korozyona uğramasına neden olan bazı kimyasallarla temas etmesinden kaçınılması gerekir. Örneğin, bir parça alüminyumun yüzeyine damlatılan çok küçük miktarlı cıva, koruyucu alüminyum oksit tabakasını kolayca deler ve birkaç saat içinde devasa yapı kirişleri bile önemli derecede zayıflayabilir. Bu nedenle pek çok havayolu şirketi, uçakların yapısal iskeletinde alüminyum önemli bir yer tuttuğu için cıvalı termometrelere izin vermez.
2016 yılında küresel alüminyum üretimi 58,8 milyon metrik tondu. Bu rakam, demir dışında diğer metallerinkini (1.231 milyon metrik ton) aştı.
Alüminyum neredeyse her zaman alaşımlıdır. Bu, özellikle menevişlendiğinde mekanik özelliklerini oldukça artırır. Örneğin, yaygın olarak kullanılan alüminyum folyolar ve içecek kutuları %92 ila %99 oranında alüminyum alaşımlarından oluşur. Ana alaşımlama maddeleri bakır, çinko, magnezyum, manganez ve silisyumdur (örn. duralumin), diğer metallerin seviyeleri ağırlıkça yüzde birkaçtır. Hem dövülmüş hem de dökülmüş alüminyum, diğerlerinin yanı sıra manganez, silisyum, magnezyum, bakır ve çinko ile alaşımlanır. Örneğin, Kynal alaşım ailesi İngiliz kimya üreticisi Imperial Chemical Industries tarafından geliştirildi.
Alüminyumun başlıca kullanım alanları şunlardır:
Araçlar söz konusu olduğunda kütleleri önemli bir rol oynar: Araç ne kadar hafifse yakıt tüketimi de o kadar az olur. Almanya'da araç yapımında alüminyumun neredeyse %50'si kullanılır (2015 itibariyle).
Alüminyum malzemeler arabalarda, düşük ısıl genleşme ve korozyona duyarlılığın yanı sıra yüksek sıcaklık dayanımının çok önemli olduğu silindir bloğu, özel piston alaşımlarının bulunduğu silindir pistonları, silindir kapağı dahil olmak üzere çeşitli motor parçalarında genellikle dökülerek kullanılır.
Araçlardaki diğer uygulamalar, dişli kutuları için muhafazalar, içindir, ısı kalkanı olarak ve ısı eşanjörleri olarak - son ikisi saf alüminyum formundadır. Şaside, arka akslar, aks taşıyıcıları, salıncaklar ve tekerlekler için dövme parçalar olarak alüminyum kullanılır. Gövdede alüminyum, kapılar, kaputlar, tamponlar ve çamurluklar ile kaportada kullanılır.
Ticari araçlarda, alüminyum plaka duvarlar, arka kaldırıcılar, üst yapılar, yük sabitleme, basınçlı hava tankları, yakıt tankları ve altyapı koruması olarak kullanılır. Ticari araçlardaki alüminyumdan yapılan hafif yapı, aks başına yasal maksimum yükten büyük ölçüde etkilenir: daha az araç ağırlığıyla daha yüksek bir taşıma kapasitesi mümkündür.
Alüminyum raylı taşıtlarda da kullanılır. Bunun önkoşulu diğer iki önemli gelişmeydi: 1950'lerde alüminyum malzemelere uygun belirli kaynak işlemleri (TIG Kaynağı / MIG kaynağı) ve büyük profillerin ekstrüzyonu. Alüminyum alaşımlarının kullanımı demiryolu araçlarının tüm yapısını değiştirdi. Çelik borulardan yapılan yapılar 1970'li yıllara kadar yaygındı, bundan sonra alüminyum alaşımlarından yapılan kaynaklı profiller giderek yaygınlaştı.
Havacılığın ilk aşamalarında alüminyum malzemeler zaten kullanılıyordu. Örneğin 1903'te bir uçağın donanımlarında magnalyum hâlâ büyük ölçüde ahşap, tel ve kumaştan oluşuyordu. İlk uçabilen tamamen metal uçağın tarihi 1915'e kadar uzanır, ancak monokok bir yapıda çelik sacdan yapılmıştı. Uçak yapımında alüminyum kullanımındaki belirleyici gelişme, 1906 yılında, çok yüksek dayanıma sahip ve bu nedenle hafif yapı için ideal olan, sertleşebilir bir alüminyum-bakır alaşımı olan duralumin'i bulan Alfred Wilm tarafından geldi. Uçaklarda AlCu ve AlZnMg kullanılır. Toplam uçak kütlesinin %60’ı alüminyumdan oluşur. Sac metalden delinmiş, kesilmiş veya çakılmış, blok katılardan frezelenmiş veya profillerden yapılmış iş parçaları genellikle perçinlemeyle ve bazen de kaynakla birleştirilir.
Spor ve günlük bisikletlerde birçok bileşende alüminyum çeliğin yerini aldı. Alüminyum jantlar yaygınlaşmadan önce yarışlarda ahşap jantlar da vardı. Bunları fren pabuçlarının kavraması daha kolaydır ancak süreç içinde aşınırlar. Alüminyum borular ilk olarak 1970 civarında epoksi yapıştırıcıyla birleştirildi ve daha sonra kaynak yapıldı. Bagaj taşıyıcıları ve yan standlar için alüminyum tel, döküm ve boru şeklinde kullanılır. Gidon, gidon boğazı, fren kolları, kranklar ve zincirli vites değiştirici uzun süredir genellikle alüminyumdan yapılır. Çamurluklar genellikle plastik kaplı alüminyumdan yapılır.
Alüminyum alaşımları yüksek özgül dayanıma (yani yoğunluğa bağlı dayanıma) sahiptir. Geleneksel çeliklerle karşılaştırıldığında, alüminyum alaşımlarından yapılmış bileşenler aynı mukavemette yaklaşık yarısı kadar ağırdır ancak daha büyük hacimlidir. Bu nedenle genellikle hafif yapılarda, yani düşük kütlenin önemli olduğu yerlerde kullanılır. Bu da, özellikle havacılık ve uzay gibi ulaşım araçlarında daha az yakıt tüketimine katkı yapar. Bu nedenle motorlu taşıt yapımında önemi giderek arttı. Geçmişte, yüksek malzeme fiyatı, daha zayıf kaynaklanabilirlik ve kaza durumunda problemli yorulma mukavemeti ve deformasyon özellikleri (buruşma bölgesi denilen bölgedeki az enerji emme kapasitesi) buna engel oluyordu.
Washington Anıtı'nın 3 kg'lık döküm başlığı, 1884 yılına kadar en büyük alüminyum parçalardan biri olarak kabul ediliyordu.
Alüminyumun tuzlu suya karşı korozyon direnci, küçük ve orta büyüklükteki gemi ve teknelerin yapımında değerlidir.
Araç yapımı (gemiler, uçaklar ve demiryolu araçları dahil), 2010 yılında yaklaşık yüzde 35 ile küresel alüminyum kullanımında en büyük payı oluşturdu.
Bazı alüminyum alaşımları çelikten daha az dayanımlıdır. Bu nedenle malzeme maliyetlerinin küçük bir rol oynadığı durumlarda ağırlığı azaltmak için alüminyum alaşımlarının kullanılması uygundur. Özellikle uçak yapımı ve uzay teknolojisinde yaygındırlar. Günümüzün ticari uçaklarının yapısının çoğu, çeşitli kalınlıklarda ve alaşımlarda alüminyum levhalardan perçinlenmiş veya kaynaklanmıştır.
Alüminyumun diğer bir kullanım alanı ise asenkron motorlardır. Saf alüminyum (~%99.7 Al) basınçlı döküm yöntemi ile asenkron motorların rotor üretiminde kullanılır. Bakıra göre hafifliği, ucuzluğu ve göreceli olarak iyi elektriksel iletkenliğe sahip olması (~%59-60 IACS) alüminyumun asenkron motor endüstrisinde geniş bir yer almasını sağlar.
Alüminyum iyi bir elektrik iletkenidir. Gümüş, bakır ve altından sonra tüm metaller arasında dördüncü en yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir. Belirli bir elektrik direnci için, alüminyum iletken bakır iletkenden daha az kütleye ancak daha büyük hacme sahiptir. Bu nedenle, transformatörlerdeki sargılar gibi hacmin baskın bir rol oynadığı durumlarda bakır genellikle elektrik iletkeni olarak kullanılır. Ağırlığın önemli bir rol oynadığı durumlarda, örneğin havai hatların iletken kablolarında, alüminyumun elektrik iletkeni olarak avantajları vardır. Hafifliği nedeniyle uçaklarda alüminyum kablolar kullanılır.
Alüminyum, diğer şeylerin yanı sıra trafo merkezlerinde ve akım taşıyan dökümlerde baralara işlenir. Elektrik tesisatları için bakır kaplı alüminyum kablolar vardır; bakır kaplama teması iyileştirmek için kullanılır. Bu uygulama alanlarında alüminyumun bakıra göre daha ucuz olması nedeniyle hammadde fiyatları öncelikli önem taşıyor. Ancak zayıf temas ve kayma özellikleri nedeniyle elektrikli trenlerin havai hatları için uygun değildir; bu alanda daha ağır olmasına rağmen öncelikle bakır kullanılır.
Alüminyum, basınç altında temas ettiğinde sorunludur çünkü sürünme eğilimi vardır. Ayrıca havaya maruz kaldığında oksit tabakasıyla kaplanır. Uzun süreli saklama veya suyla temas sonrasında bu yalıtım katmanı o kadar kalınlaşır ki temas etmeden önce çıkarılması gerekir. Bimetalik korozyon özellikle bakırla temas halinde ortaya çıkar. Klemenslerdeki kontakların uygun olmaması durumunda alüminyum iletkenler kontakların gevşemesi nedeniyle arızalara ve kablo yangınlarına neden olabilir. Ancak uygun manşonlar ve aletlerle yapılan krimp bağlantılar güvenlidir. Bakır ve alüminyum arasında bir ara katman olarak Cupal konektörler temas sorunlarını önleyebilir.
Vurgulanması gereken, alaşım bileşenleri eklendiğinde alüminyumun belirli elektrik iletkenliğinde hafif azalma olurken, bakırda safsızlıklar olduğunda iletkenlikte önemli bir azalma olur.
Elektronik endüstrisi, kolay işlenebilirliği ve iyi elektriksel ve ısı iletkenliği nedeniyle alüminyum kullanır.
2000'li yıllara kadar alüminyum, entegre devrelerde iletken malzeme olarak özel olarak kullanılıyordu. 1980'li yıllara kadar metal-yalıtkan-yarı iletken yapılı (MOSFET) alan etkili transistörlerin kontrol elektrotu (kapı) malzemesi olarak kullanıldı. Düşük özgül dirence ek olarak, silikon oksitlere (iletken yollar arasındaki yalıtım malzemesi) iyi yapışma ve düşük difüzyonun yanı sıra kuru dağlama kullanılarak yapılanma kolaylığı kullanımı için çok önemlidir. Ancak 2000'li yılların başından bu yana, daha karmaşık yapılandırma süreçleri (bkz. damasken ve ikili damassen süreçleri) ve difüzyon bariyerleri gerektirse bile, iletken hat malzemesi olarak alüminyumun yerini giderek bakır aldı. Daha çok üretim çabası, alüminyum ve diğer özelliklere (elektron göçü davranışı) sahip küçük yapılarda çok daha erken artan az özgül direnç ile ağır basar ve alüminyum işlemleri artan gereksinimler (saat frekansı, güç kaybı) için yüksek frekanslarda çalışan devrelerde artık yeterli olmaz.
Ancak, alüminyum hala mikroelektronik ürünlerde kullanılır. Diğer metallerle iyi temas edebilmesi nedeniyle, flip-chip düzeneğinde kullanılan lehim topları ile elektriksel temas sağlanması için son iletken hat seviyelerinde kullanılır. Bu durum, tüm iletken hat seviyelerinin genellikle alüminyumdan yapıldığı güç yarı iletkenlerinde de benzerdir. Genel olarak ve özellikle güç yarı iletkenlerinde malzeme ve kabloları bağlamak için kullanılır (Çip ve muhafaza bağlantısı arasındaki kabloları bağlamada kullanılır).
Yüksek k+metal kapı teknolojisinin kullanıma sunulmasıyla birlikte alüminyum, 25 yıllık bir aradan sonra kapı sektöründe daha önemli hale geldi ve diğer şeylerin yanı sıra çalışma fonksiyonunun ayarlanması için bir malzeme olarak kullanıldı.
Mutfak eşyalarından mobilyalara kadar çok çeşitli ev eşyaları. Az yoğunluk, iyi görünüm, imalat kolaylığı ve dayanıklılık alüminyum kullanımının temel faktörleridir.
Ambalaj (kutuları, folyo, çerçeve vb.). Alüminyum toksik ve emici olmadığı ve kıymık geçirmez olduğu için kullanılır;
Ambalaj endüstrisinde alüminyum, alüminyum folyonun yanı sıra içecek ve yiyecek kutularına da işlenir. Bu, oksijene, ışığa ve diğer çevresel etkilere karşı mutlak bariyer etkisi özelliğinden yararlanır. Alüminyumun ambalaj olarak kullanılmasında belirleyici faktör düşük yoğunluğu değil, daha ziyade haddeleme yoluyla kolay işlenebilmesi ve toksik olmamasıdır. İnce filmler altı mikrometre kalınlıkta üretilir ve çoğunlukla Tetra Paklar gibi kompozit sistemlerde kullanılır. Plastik filmler, alüminyum ile buhar biriktirme yoluyla ince bir tabaka ile donatılabilir, bu daha sonra yüksek (ancak tam olmayan) bir bariyer işlevine sahip olur. Bu bariyer etkisinin nedeni saf alüminyum değil, böhmitten oluşan pasif katmandır. Bu ihlal edilirse, gaz alüminyum malzemeden engellenmeden akabilir. Çoğunlukla saf alüminyum, AlMn (manganezli alaşımlar) ve AlMg (magnezyumlu alaşımlar) kullanılır.
Alüminyum, klasik İtalyan espresso kabı gibi pişirme kapları ve diğer mutfak aletlerinin yanı sıra seyahat ve askeri sofra takımlarının yapımında da kullanılır. Alüminyum, şekillendirilerek kolayca işlenebildiği için çeşitli kap ve muhafazalarda kullanılır. Alüminyum nesneler genellikle anodize edilmiş bir katmanla oksidasyona ve aşınmaya karşı korunur.
Alüminyumdan yapılmış sıkıştırılmış gaz tüpleri oldukça nadirdir çünkü dalgıçların balast ihtiyacı vardır ve itfaiye sektöründe hafif çelik silindirlerin yerini, giderek daha çok alüminyum astarsız, fiber kompozitden yapılmış silindirler almıştır.
2017 yılında Avrupa'daki alüminyum kullanımının %17'si ambalaj amaçlıydı.
Yüksek yansıtma derecesi nedeniyle alüminyum, tarayıcılar, motorlu taşıt farları ve SLR kameralar dahil olmak üzere yüzey aynaları için ayna kaplaması olarak ve aynı zamanda kızılötesi ölçüm teknolojisinde kullanılır. Gümüşün aksine ultraviyole radyasyonu yansıtır. Alüminyum ayna katmanları genellikle koruyucu bir katmanla korozyona ve çizilmelere karşı korunur.
Alüminyum kolay soğuyup ısıyı emen bir metal olması nedeniyle soğutma sanayinde geniş bir yer bulur. Bakırdan daha ucuz olması ve daha çok bulunması, işlenmesinin kolay olması ve yumuşak olması nedeniyle birçok sektörde kullanılan bir metaldir. Alüminyum soğutucu yapımında, spot ışıklarda kullanılır.
Gazbeton üretmek için alüminyum tozu ve alüminyum macunları kullanılır.
Alüminyum hidroksisülfat, alüminyum dihidroksiformat veya amorf alüminyum hidroksit gibi bileşikler, alkali içermeyen püskürtme beton hızlandırıcıları olarak kullanılır.
Alüminyum, özellikle hafif yapılarda inşaat malzemesi olarak ve dekoratif ve korozyona dayanıklı bileşenlerin üretiminde fonksiyonel bir malzeme olarak kullanılır. Hava koşullarına dayanıklılığının yanı sıra işlenme kolaylığı da özellikle el işi üretimlerde özellikle avantajlıdır.
İnşaat sektörü alüminyum profillerin ana müşterisidir. Alüminyum esas olarak pencere çerçeveleri, kapılar ve destekleyici yapıların yanı sıra perde duvar kaplamalarında da kullanılır. Manchester'daki İmparatorluk Savaş Müzesi'nin cephesi iyi bilinir. Korozyona dayanıklı alüminyum-manganez alaşımları genellikle dış mekan uygulamalarında kullanılır.
Alüminyum hafif olduğundan ve nemli odalarda paslanmadığından, alüminyum radyatörler binaları ısıtmak için de kullanılır. VDI 2035'e göre ısıtma suyunun pH değerinin zaten en az 8,2 olması gerektiğine dikkat edilmelidir. İlave alkalileşme meydana gelirse alüminyum radyatörlerin kullanımı uygun değildir çünkü 8,5'in üzerindeki pH değerleri alüminyumun korozyonuna yol açabilir.
Yapı mühendisliğinde AlMg ve AlSi dahil olmak üzere daha yüksek mukavemetli alaşımlar kullanılır. Alüminyum, genellikle çelik konstrüksiyonun hakim olduğu köprü yapımında nadiren kullanılır.
Alüminyum alaşımlarından yapılmış levhalar ve kompozit paneller yangından korunma açısından 'yanmaz' (EN13501'e göre yangın koruma sınıfları A1/A2) ile 'normalde yanıcı' (DIN4102'ye göre yangın koruma sınıfı B2; EN13501'e göre D, E, F) arasında sınıflandırılır.
Bir ev tam tutuştuğunda 1000 °C sıcaklığa ulaşır. Alüminyum alaşımları 600 °C ile 660 °C arasında erir.
Alüminyum oksit'in büyük çoğunluğu (yaklaşık %90) metalik alüminyuma dönüştürülür. Çok sert bir malzeme olan (Mohs sertliği 9) alümina, aşındırıcı olarak yaygın şekilde kullanılır; kimyasal açıdan olağanüstü derecede asal olduğundan, yüksek basınçlı sodyum lambaları gibi oldukça reaktif ortamlarda faydalıdır.
Alüminyum oksit, ör. Rafinerilerde hidrojen sülfürü kükürde dönüştürmek ve aminlere alkile etmek için Claus işlemi gibi genellikle endüstriyel işlemlerde katalizör olarak kullanılır.
İngilizce konuşulan ülkelerde, adının hem aluminium hem de aluminum şeklinde yazılması ve uygun tarzda okunması yaygındır. ABD'de aluminium pek bilinmemekte ve daha çok aluminum kullanılmaktadır. ABD'nin dışındaki diğer ülkelerde ise durum tam tersine olup aluminium şeklinde yazılış tarzı daha iyi bilinmektedir. Ancak Kanada'da her iki yazılış tarzı da yaygındır.
İngilizcenin hakimiyeti dışındaki ülkelerde ise "ium" şeklindeki yazılış daha yaygındır. Hem Almanca hem de Fransızcada sözcük aluminium şeklindedir.
"International Union of Pure and Applied Chemistry" (IUPAC) organizasyonu 1990'da aluminium kullanımını, dünya standardı olarak onaylamıştır. Ancak üç yıl sonra aluminum sözcüğünü de kabul edilebilir bir terim olarak tasdik etmiştir.
This article uses material from the Wikipedia Türkçe article Alüminyum, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Aksi belirtilmedikçe içeriğin kullanımı CC BY-SA 4.0 lisansı kapsamında uygundur. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Türkçe (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.
