Aluminium może być bardziej obecne w życiu codziennym, niż mogłoby się wydawać

Zdjęcie: Bernard Hermant w Unsplash

Aluminium jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych, ważnych i obecnych metali we współczesnym społeczeństwie. Jeśli się rozejrzysz, trudno będzie znaleźć przedmiot, który nie ma co najmniej jednej części wykonanej z aluminium. Ale w końcu czym jest aluminium? Poznaj wpływ aluminium na środowisko, powody, dla którego jest tak używane, dowiedz się, jak go poddać recyklingowi i jakie są jego właściwości.

Aluminium

Czysty pierwiastek chemiczny Al , aluminium, ma postać srebrnego metalu, lekkiego i bezwonnego. Aluminium jest uważane za trzeci najbardziej rozpowszechniony pierwiastek chemiczny w skorupie ziemskiej i najbardziej rozpowszechniony wśród pierwiastków metalicznych. Jednak nie występuje w postaci metalicznej, jaką znamy, ale w kilku minerałach i glinach.

Proces ekstrakcji aluminium

Głównym surowcem do produkcji metalicznego aluminium jest tlenek glinu. Tlenek glinu jest pozyskiwany z grupy skał zwanych boksytem w procesie Bayera. Szacuje się, że światowe rezerwy boksytu wynoszą około 34 miliardów ton - Brazylia ma 10% z tego (około 3,6 miliarda ton).

Po uzyskaniu tlenku glinu, który jest tlenkiem glinu (Al2O3), konieczne jest otrzymanie czystego metalicznego aluminium. Dzieje się to w procesie zwanym elektrolizą, w którym prąd elektryczny przepływa przez tlenek glinu, powodując jego przekształcenie w metaliczne aluminium, aluminium pierwotne.

Obejrzyj film, który w uproszczony sposób wyjaśnia produkcję aluminium od momentu wydobycia boksytu.

Właściwości aluminium

Kiedy aluminium jest prezentowane w metalicznej i czystej postaci, ma pewne cechy, które pozwalają na jego zastosowanie w kilku obszarach. Wśród jego właściwości są:

Wytrzymałość i wysoka temperatura topnienia (660 ºC);
Niska gęstość (praktycznie czterokrotnie lżejsza niż metaliczna miedź);
Wysoka odporność na korozję;
Dobra przewodność elektryczna (ok. 60% przewodności miedzi, wskazana dla stałych instalacji o większej objętości, takich jak instalacje elektroenergetyczne, ponieważ jest lżejsza i tańsza);
Posiada zdolność odbijania światła;
Łatwy w obróbce i formowaniu;
Wodoodporny, bezwonny i niepalny (z wyjątkiem sproszkowanego aluminium);
Możliwość dodawania innych pierwiastków do materiału, tworząc w ten sposób stopy o zróżnicowanych właściwościach;
Wyjątkowo obfite w środowisku;
W 100% do recyklingu.

Aluminium, nie tylko w swojej metalicznej postaci, jest niezwykle wykorzystywane w kilku dziedzinach, takich jak konstrukcje, materiały, ceramika, procesy przemysłowe, żywność, farmaceutyki, kosmetyki, uzdatnianie wody, opakowania, pojazdy, artykuły gospodarstwa domowego i samoloty.

Aluminium jest również bardzo ważne na rynku kamieni szlachetnych. Rubin, szafir, granat , jadeit i topaz mają w swoich kompozycjach aluminium.

Aluminium było i jest bardzo ważne dla rozwoju współczesnego społeczeństwa. Pomimo tego, że jest uważany za praktycznie niewyczerpany zasób naturalny, jego ciągła i rosnąca eksploatacja wpływa na środowisko, a także stanowi zagrożenie dla zdrowia ludzi.

Profil brazylijskiego przemysłu aluminiowego

Obecnie Brazylia zajmuje czternaste miejsce w rankingu krajów o największej produkcji aluminium pierwotnego oraz czwarte miejsce wśród największych producentów tlenku glinu na świecie. Ponadto brazylijski przemysł aluminiowy ma znaczący udział w PKB kraju, stanowiąc około 4,9% PKB przemysłu.

Wpływ aluminium na środowisko

Zużycie energii

Ze względu na to, że aluminium jest bardzo stabilnym metalem, energia potrzebna do jego produkcji jest niezwykle wysoka i dochodzi do 16,5 kWh na każdy kilogram wyprodukowanego aluminium. Przekładając te dane: kilogram aluminium wyprodukowanego z tlenku glinu zużywa średnio energię, aby komputer działał przez 8 godzin każdego dnia przez miesiąc.

Na każdą tonę aluminium wyprodukowanego w Brazylii przemysł zużywa średnio 14,9 megawata na godzinę (MWh) energii elektrycznej rocznie. Ta ilość energii stanowi 6% całej energii elektrycznej wytwarzanej w kraju. Energia wykorzystywana do przemiany boksytu i tlenku glinu w aluminium sprawia, że ta gałąź przemysłu zajmuje czołowe miejsce w rankingu największych przemysłowych odbiorców energii elektrycznej w kraju.

Dzięki takiemu ekstremalnemu zużyciu energii zakład przemysłowy, który będzie przetwarzał tlenek glinu w aluminium, musi mieć wyłączne stacje generujące energię do jego produkcji. W zależności od rodzaju konwersji energii może to mieć jeszcze większy wpływ na środowisko. Często są to elektrownie wodne, które wbrew pozorom nie są uważane za całkowicie „czyste” źródło energii.

Co to jest energia wodna?

Emisja gazów zanieczyszczających

Produkcja aluminium, od ekstrakcji boksytu do przemiany tlenku glinu w glin, powoduje powstawanie pewnych gazów zanieczyszczających, takich jak dwutlenek węgla (CO2) i perfluorowęglowodory (PFC). Częsta emisja tych gazów do atmosfery przyczynia się do efektu cieplarnianego i intensyfikuje proces globalnego ocieplenia. Należy zauważyć, że gazy PFC są od 6500 do 9200 razy silniejsze niż dwutlenek węgla (CO2) w tworzeniu efektu cieplarnianego.

Ekwiwalent węgla: co to jest?

Czerwone błoto

Czerwony szlam to popularna nazwa nierozpuszczalnych pozostałości powstających podczas produkcji tlenku glinu na etapie klarowania w procesie Bayera. Skład czerwonego szlamu jest różny w zależności od składu boksytu używanego w procesie. Najczęstszymi pierwiastkami występującymi w czerwonym szlamie są żelazo, tytan, krzemionka i glin, których nie można skutecznie wydobyć.

Czerwony szlam składa się z bardzo drobnych cząstek i jest niezwykle zasadowy (pH 10 ~ 13). Ze względu na wysokie pH szlam ten może powodować oparzenia przy kontakcie ze skórą. Dane literaturowe pokazują, że na każdą tonę wyprodukowanego tlenku glinu przypada zmiana od 0,3 do 2,5 tony czerwonego szlamu. Każdego roku na świecie wytwarza się około 90 milionów ton tych odpadów. Muszą być one utylizowane w odpowiednich miejscach, zwykle stawach do utylizacji, zbudowanych przy użyciu kosztownych technik, które zapobiegają wypłukiwaniu ich składników, aw konsekwencji skażeniu wód powierzchniowych i gruntowych.

Agencja Ochrony Środowiska (EPA) , US Environmental Protection Agency, nie uważa czerwonego szlamu jako toksycznych odpadów. Jednak ze względu na niezwykle bogatą pozostałość w metale i bardzo wysoką zasadowość szlam może mieć bardzo silny wpływ na środowisko, zmieniając jego właściwości i stabilność.

Podobnie jak w przypadku zapór poflotacyjnych rudy żelaza, również odpady poflotacyjne z produkcji aluminium mogą powodować poważne wypadki. W 2010 roku czerwony wyciek błota spowodował śmierć dziewięciu osób i scenę zniszczenia we wsi na Węgrzech. Sprawdź wynik tego wypadku na filmie.

Cząsteczki obecne w czerwonym szlamie są bardzo drobne, co sprawia, że mają dużą powierzchnię, co jest bardzo interesującą cechą w zastosowaniach technologicznych. Prowadzonych jest kilka badań w celu poszukiwania możliwych zastosowań czerwonego szlamu, między innymi w przemyśle ceramicznym, budownictwie cywilnym, obróbce powierzchni i oczyszczaniu ścieków.

Recykling aluminium

Aluminium jest uważane za materiał w 100% nadający się do recyklingu, ponieważ nie ulega degradacji w procesie recyklingu. Jeśli odzyskuje się kilogram aluminium, teoretycznie jeden kilogram zostanie odzyskany. Ponadto, aby poddać recyklingowi tonę aluminium, zużywa się tylko 5% energii, która byłaby potrzebna do wyprodukowania tej samej ilości aluminium pierwotnego, czyli recykling aluminium zapewnia 95% oszczędności energii elektrycznej. Dlatego Brazylia zajmuje czołową pozycję na liście krajów, w których najczęściej poddaje się recyklingowi puszki aluminiowe.

Wśród zalet recyklingu aluminium są:

Możliwość nieskończonego recyklingu bez utraty swoich właściwości;
Recykling jednego kilograma aluminium pochłania tylko 5% energii potrzebnej do wyprodukowania jednego kilograma aluminium od podstaw;
Każda tona aluminium pochodzącego z recyklingu pozwala zaoszczędzić dziewięć ton CO2 (każda tona CO2 odpowiada przejechaniu około 4800 km);
Każda tona aluminium pochodzącego z recyklingu pozwala zachować pięć ton boksytu.
Każde aluminium pochodzące z recyklingu pozwala zaoszczędzić energię wystarczającą do pozostawienia włączonego telewizora przez 3 godziny.

Proces recyklingu aluminium zasadniczo polega na podgrzewaniu, aż do całkowitego stopienia, kiedy aluminium stanie się płynne. Następnie jest umieszczany w formach do wytwarzania wlewków, a następnie schładzany do zestalenia. Aby poddać recyklingowi puszki, najpierw wymagana jest kontrola w celu usunięcia papieru, tworzyw sztucznych i wszelkich materiałów innych niż aluminium. Po oględzinach puszki są prasowane, aby zajmowały mniej miejsca i aby zostały szybko „stopione”.

Istnieje kilka legend dotyczących recyklingu aluminium. Jedna dotyczy składu pierścienia. Zgodnie z historią, jeśli wypełnisz butelkę PET o pojemności jednego lub dwóch litrów pierścieniami puszek, byłaby ona warta więcej niż 100 reali, ponieważ pierścień zawierałby metale szlachetne, takie jak złoto lub srebro. To są fałszywe informacje. W rzeczywistości pierścień jest wart mniej niż sama puszka, ponieważ jego skład jest ubogi w aluminium. Dlatego niektóre instytucje otrzymują duże ilości pierścionków i sprzedają materiał w zestawie, wykorzystując pieniądze na zakup wózków inwalidzkich. To kolejna z historii, które krążą i budzą wątpliwości, ale nie jest to legenda. W rzeczywistości istnieją projekty zaangażowane w tego rodzaju darowizny.

Więcej informacji w artykule: „Można uszczelnić: wyjąć lub nie wyjąć z aluminiowej puszki”.

Aluminium w życiu codziennym

Aluminium jest bardzo obecne w codziennym życiu społeczeństwa. Obecnie nie byłoby możliwe utrzymanie tempa rozwoju przemysłu bez tego elementu. Stanowi sporą część używanych i konsumowanych przez nas przedmiotów: puszki po napojach, antyperspiranty, szkło kuloodporne, mechanizmy do oczyszczania wody, skrzydła samolotów, a także sprzęty kuchenne, takie jak sztućce i patelnie. Sprzęt elektroniczny, którego używasz do czytania tego tekstu, z pewnością zawiera aluminium w niektórych swoich częściach.

W przypadku żywności aluminium reaguje z powietrzem i tworzy warstwę ochronną z tlenem, uniemożliwiając przenikanie aluminium do żywności. Warto wspomnieć, że nie zaleca się szlifowania ani mycia wnętrza doniczek aluminiowych szorstką częścią gąbki, gdyż może to spowodować zerwanie zabezpieczenia, pozostawiając odsłonięte aluminium. Jeśli tak się stało, gotuj wodę przez kilka minut, wyjmij wodę i bez suszenia patelni podgrzej, aż całkowicie wyschnie.

Toksyczność

Glin jest jedynym pierwiastkiem występującym w przyrodzie, który nie pełni funkcji życiowej dla żadnego systemu biologicznego w organizmie, co jest dziwne z ewolucyjnego punktu widzenia, ponieważ natura na ogół wybiera najobficiej występujące pierwiastki jako istotne dla systemów biologicznych. „Nie mamy dowodów na to, że jakikolwiek organizm aktywnie wykorzystuje aluminium do jakichkolwiek pożytecznych celów” - mówi profesor chemii bionieorganicznej i specjalista w dziedzinie ekotoksykologii glinu, Christopher Exley z Keele University w Wielkiej Brytanii.

Amerykańska Agencja ds.Żywności i Leków (FDA), Brazylijskie Stowarzyszenie Aluminium (ABAL) i Europejskie Stowarzyszenie Aluminium ( European Aluminium ) twierdzą, że aluminium nie jest toksyczne dla zdrowych ludzi, ponieważ metal jest niski wchłanianie jelitowe - niewielka część wchłaniana przedostaje się do układu krążenia, a następnie jest wydalana przez układ nerkowy.

Jednak osoby z osłabioną czynnością nerek lub przewlekłą niewydolnością nerek oraz wcześniaki mogą gromadzić glin w swoich ciałach. W tkance kostnej metal „wymienia się” z wapniem, powodując chorobę zwyrodnieniową stawów, aw tkance mózgowej może powodować encefalopatię. FDA klasyfikuje sole glinu w żywności i szczepionkach jako „ogólnie uznane za bezpieczne (GRAS)”. W niektórych szczepionkach FDA traktuje sole glinu jako dodatki wzmacniające pożądane efekty.

Niektórzy uczeni i naukowcy nie zgadzają się z tymi twierdzeniami i próbują udowodnić bezpośredni związek aluminium z różnymi reakcjami i chorobami. Chociaż do tej pory nie ma bezpośrednich dowodów, istnieje wiele dowodów na powiązanie aluminium z różnymi alergiami, rakiem piersi, a nawet chorobą Alzheimera. Badania pokazują, że obecność glinu jest znacznie wyższa niż normalnie w tych przypadkach (normalne byłoby, gdyby aluminium nie było), ale żadne badanie nie wykazało, że glin jest bezpośrednio związany z wystąpieniem tych chorób lub czy wysoki poziom glinu u tych pacjentów są konsekwencją choroby.