Hliník v přírodě: Výskyt, vlastnosti a využití

Hliník (Al, aluminium) je jeden z klíčových lehkých kovů současné technické civilizace, jehož význam průběžně roste. Hliník je třetím nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře (přibližně 7,5-8,3 % hmotnostních %). V přírodě se prakticky nikdy nevyskytuje v ryzí kovové formě kvůli své vysoké reaktivitě; místo toho je součástí různých sloučenin, především hlinitokřemičitanů a oxidů. Hliník je na čerstvém řezu stříbřitě bílý, lesklý a velice lehký kov.

Vlastnosti hliníku

Hliník je neušlechtilý stříbřitě šedý, nestálý, kujný kov, elektricky velmi dobře vodivý. Při teplotách pod 1,18 K je supravodivý. Atomy tvoří kovové krystaly tvořené krychlovými plošně centrovanými elementárními buňkami, což odpovídá nejtěsnějšímu uspořádání kulových atomů. Hliník je velmi dobře rozpustný ve zředěných kyselinách, koncentrovaná kyselina dusičná či kyselina sírová jej však stejně jako vzdušný kyslík pokryjí pasivační vrstvou oxidu. Hliník a slitiny hliníku jsou velmi dobře svařitelné téměř všemi metodami svařování.

Chemický prvek hliník krystalizuje v kubické krystalografické soustavě. Na vzduchu se povrch hliníku poměrně rychle pokrývá vrstvou oxidu Al2O3. Hliník je prvek s amfoterním charakterem. S halogeny se slučuje přímo, reakce jsou silně exotermní, s kapalným bromem reaguje práškový hliník prudce za vývoje plamene. Se selenem a tellurem reaguje explozivně za vzniku selenidu Al2Se3 a telluridu Al2Te3. Ve sloučeninách se hliník nejčastěji vyskytuje v ox. stavu III, sloučeniny jednomocného a dvoumocného hliníku jsou méně obvyklé.

Kvalitativní důkaz hlinitých iontů se provádí 1% lihovým roztokem alizarinu (Turecká červeň), který v amoniakálním prostředí poskytuje fialové nebo červené sraženiny. Kvalitativní stanovení hliníku je možné provádět komplexometrickou titraci, indikátorem bývá 0,4 % roztok Chromazurolu ve vodě.

Výskyt hliníku v přírodě

V přírodě se hliník v ryzí formě obvykle nevyskytuje, sloučeniny hliníku jsou rozptýleny v zemské kůře. Obsah hliníku zde činí 7,47 % hmot. Mezi nejdůležitější minerály hliníku patří orthorombický boehmit Al2O3·H2O a monoklinický gibbsit Al2O3·3H2O (hlavní složky bauxitu), kryolit Na3AlF6 a korund Al2O3. Nejběžnější horninou na bázi hliníku je bauxit, Al2O3 · 2 H2O.

Čtěte také: Hliníkový odpad a recyklace

Z hlediska geneze ložisek se rozlišují dva typy bauxitu, méně kvalitní primární zvětralinový autochtonní bauxit, vázaný na matečnou horninu a kvalitnější sekundární sedimentární alochtonní bauxit, který tvoří sedimentární vrstvy z materiálu připlaveného ze značné dálky. I když to poloha hliníku v elektrochemické řadě napětí teoreticky vylučuje, byl v roce 1978 učiněn ojedinělý nález ryzího hliníku v okolí sopky Tolbačik na Kamčatce v Rusku. V roce 1983 byl obdobný nález učiněn v pegmatitech pohoří Rila v Bulharsku.

Těžba bauxitu ve světě

Světová těžba bauxitu dosáhla v roce 2012 hodnoty 263 Mt, nejvíce bauxitu vytěžila Austrálie (73 Mt), Čína (48 Mt), Brazílie (34 Mt) a Indonesie (30 Mt). Z evropských zemí nejvíce bauxitu produkuje Řecko - 2 Mt. Ověřené těžitelné zásoby bauxitu jsou 28 Gt, největší zásoby má Guinea (7,4 Gt), Austrálie (6 Gt), Brazílie (2,6 Gt), Vietnam (2,1 Gt) a Jamajka (2 Gt).

Čistý oxid hlinitý pro elektrolýzu se připravuje různými metodami, které se volí podle křemíkového modulu bauxitu. Křemíkový modul bauxitu je poměr hmotnosti oxidu hlinitého k hmotnosti oxidu křemičitého. Kvalitní bauxity dosahují hodnoty křemíkového modulu vyšší než 10. Bauxit s hodnotou křemíkového modulu nižší než 3 není pro výrobu oxidu hlinitého vhodný.

Pro bauxity s hodnotou 3-10 se používá alkalická spékací metoda, která spočívá ve vypalování bauxitu, vápence a sody v rotační peci. Pro bauxity s křemíkovým modulem vyšším než 10 se používá mokrý, Bayerův způsob přípravy oxidu hlinitého, který spočívá v rozkladu mletého, žíhaného bauxitu hydroxidem sodným za zvýšeného tlaku a teploty v autoklávech různé konstrukce. Méně používaný je kyselý způsob přípravy oxidu hlinitého, při kterém se na rudu působí roztokem minerálních kyselin. Hliník přechází do roztoku jako hlinitá sůl příslušné kyseliny.

Výroba hliníku

Buchnerův způsob přípravy oxidu hlinitého spočívá v loužení rudy kyselinou dusičnou v autoklávu. Vzniklý dusičnan hlinitý se čistí frakční krystalizací, následnou kalcinací vzniká oxid hlinitý a kyselina dusičná, která se vraci do procesu. Goldschmidtův způsob využívá loužení rudy kyselinou siřičitou. Haglundův způsob spočívá v tavení rudy, pyritu a uhlí v elektrické peci, hliník přechází do strusky ve formě oxidu a sulfidu, struska plave na slitině železa a křemíku.

Čtěte také: Čáslav a recyklace hliníku

Kromě elektrolytického způsobu je také možná karbotermická výroba hliníku z oxidu hlinitého. Karbotermická redukce se provádí koksem v šachtové nebo elektrické obloukové peci za teplot přes 2000°C. Další možností je tzv. Tóthův proces, který je založen na redukci chloridu hlinitého manganem. Vstupní surovinou není bauxit, ale kaolín a jíly se zvýšeným obsahem hliníku.

Surový elektrolytický hliník dosahuje čistoty 99,5%, pro zvláštní účely se dále elektrolyticky nebo chemicky rafinuje až na čistotu 99,999%. Při chemické rafinaci se na roztavený surový hliník při teplotě 1200°C působí parami chloridu hlinitého za vzniku chloridu hlinného AlCl. Vzniklý subchlorid se po ochlazení na 700°C rozkládá zpět na chlorid hlinitý a čistý tekutý hliník, chlorid hlinitý se recykluje. Tento postup se nazývá subchloridová metoda rafinace hliníku.

Mezi další metody rafiance hliníku patří např. vakuový způsob, k odstranění vodíku se používá probublávání argonem a dalšími inertními plyny. Na velmi vysokou čistotu se hliník rafinuje speciálními postupy mezi které patří např. a k výrobě některých kovů aluminotermickým způsobem (titan, chrom, mangan).

Světová produkce hliníku

Celosvětová výroba hliníku se dnes pohybuje okolo 45 Mt.

Využití hliníku

Hliník nalézá uplatnění především díky své poměrně značné chemické odolnosti a nízké hmotnosti. Proto se z jeho slitin vyrábějí například některé drobné mince, ale i běžné kuchyňské nádobí a příbory. Po vyválcování do tenké fólie se s ním setkáme pod názvem alobal při tepelné úpravě pokrmů nebo jako ochranného obalového materiálu pro nejrůznější aplikace.

Čtěte také: Hliník a Jihlava

Společně se stříbrem slouží hliník ve formě velmi tenké fólie jako záznamové médium v kompaktních discích (CD) ať již pro záznam zvuku nebo jako paměťové médium ve výpočetní technice. Vzhledem k poměrně dobré elektrické vodivosti se hliníku užívá jako materiálu pro elektrické vodiče.

Nejdůležitější slitiny hliníku jsou magnalium (10-35 % Mg), duraluminium (Cu, Mg, Mn, Si), silumin (13 -25 % Si), hydronalium (Mg) nebo pental (Mg, Si). Mezi nejpevnější slitiny hliníku patří slitiny se zinkem, hořčíkem, titanem, chromem a mědí.

Praktické využití hliníku i jeho slitin je velmi rozmanité. Největší množství, více než 40% celosvětové produkce hliníku se spotřebovává na výrobu plechovek na nápoje, 24% hliníku spotřebuje automobilový průmysl, 12% hliníku najde uplatnění v elektrotechnice, 8% se využívá ve stavebnictví.

Velmi známé slitiny hliníku jsou kategorie 6061 a 7005. Slitina řady 7005 (tvořenou 93,35% Al, 0,13% Cr, 1,4% Mg, 0,45% Mn, 0,03% Ti, 4,5% Zn, 0,14% Zr), často střídá slitina s označením Alloy 6061,která se skládá z 98,1% Al, 0,020% Cr, 1%Mg, 0,28% Mn, 0,6% S. Materiál Al 6061 má sice trošku nižší mechanické vlastnosti ale o to lépe se svařuje, neb oproti 7005 neobsahuje zinek, který může způsobit při svařování případné trhliny. Oproti například cyklistickým rámům z materiálu 7005, který se dokáže vytvrdit sám, se však musí rámy z Al 6061 vždy tepelně zpracovat. Nevýhodou slitiny 6061 je fakt, že mají o dvacet procent menší pevnost nežli řada 7005.

Sloučeniny hliníku

Bezesporu nejvýznamnější sloučeninou hliníku je oxid hlinitý, Al2O3. Krystalický Al2O3 má název korund a k jeho základním vlastnostem patří mimořádná tvrdost a chemická odolnost. Chemicky připravený oxid hlinitý se označuje názvem alumina. Chlorid hlinitý, AlCl3 je velmi významný průmyslový katalyzátor v oboru organické syntézy.

Hliník a zdraví

Hliník nemá použití v organismech, ať již rostlinné nebo živočišné, navzdory jeho značnému zastoupení v zemské kůře. Při pH 6-9 (relevantní pro většinu lidského těla), hliník je vysrážen ve formě hydroxidu a tedy není dostupný ve formě solí. Hliník není klasifikován jako karcinogen dle Ministerstva zdravotnictví a sociální péče Spojených států amerických.

Jako kritický účinek považuje Evropský úřad pro bezpečnost potravin možné negativní ovlivnění vývoje nervové soustavy. Podle provedených výzkumů byly zjištěny nadměrné koncentrace hliníku v mozku lidí s Alzheimerovou chorobou. Některé studie oponují, že se to nepodařilo prokázat.

Poměrně diskutovaným problémem je riziko používání hliníkového nádobí a příborů při přípravě a konzumaci potravy. Je pravda, že v podmínkách, kdy se potraviny běžně tepelně upravují i konzumují, je hliník nejstálejší a prakticky nerozpustný. V neutrálním prostředí běžné pitné vody o pH = 7 je hliníkový povrch perfektně stabilní a bezpečný.

tags: #hliník #v #přírodě #výskyt #vlastnosti

Oblíbené příspěvky:

• Udržitelné dětské hřiště v JMK
• Politické rozpory a klima
• Zpracování bioodpadu v Žluticích
• Skládkovné a poplatky za odpad v Krumlově
• Vliv času na ekosystémy