Vad är aluminium (Alumin)?

Aluminium (Al) är det vanligaste metalliska grundämnet på jordens yta och kombineras ofta med grundämnen som kisel, magnesium, koppar eller krom för att öka hållfastheten och andra egenskaper.

Charles Martin Hall och Paul Leon Heroult utvecklade på 1880-talet, var för sig, metoder för att tillverka aluminiumoxid från bauxit till lägre kostnader, vilket avsevärt ökade tillgången till denna metall.

Fysiska egenskaper

Aluminium är en silvervit metall och det 13:e grundämnet i det periodiska systemet. Det förekommer rikligt i naturen i form av mineralet bauxit och anses vara det tredje vanligaste grundämnet i jordskorpan, efter järn och syre. Aluminiumets unika fysikaliska och kemiska egenskaper gör det användbart inom en rad olika tillämpningar i olika branscher.

Aluminium har många användningsområden utöver byggbranschen. Som ett idealiskt byggmaterial – lätt, starkt och korrosionsbeständigt – har det många tillämpningar i konsument- och kommersiella produkter, bland annat dryckesburkar, flygplan och fönsterkarmar – för att inte tala om luftledningar!

Aluminium kan formas till olika former och storlekar, vilket gör det till ett mycket anpassningsbart material. Svetsade och nitade fogar gör svetsning och nitning snabbt och enkelt; dessutom innebär dess utmärkta duktilitet att det kan böjas utan att gå sönder, vilket gör aluminium idealiskt för byggnadskonstruktioner.

Aluminiumets låga densitet är en annan viktig egenskap; det väger endast en tredjedel så mycket som stål men har liknande hållfasthet. Dessutom kan aluminium kombineras med grundämnen som koppar, kisel och magnesium för att bilda legeringar som är betydligt starkare än rent aluminium; sådana legeringar används ofta inom bil- och flygplanstillverkning.

Aluminiumets estetiska egenskaper gör det också attraktivt för konsumenterna, delvis tack vare dess strukturella fördelar. Aluminium har en matt silverfärg som framhävs av ett oxidskikt som bildas vid kontakt med luft; det är giftfritt, icke-magnetiskt och gnistfritt samtidigt som det har både låg kokpunkt och smältpunkt.

Aluminium har en extremt låg smältpunkt, men är trots detta hårt och slitstarkt. Dessutom är det, tack vare sin kemiska reaktivitet med många grundämnen, lätt att kombinera med andra ämnen för att bilda användbara legeringar – till exempel kan man genom att kombinera aluminium med kisel skapa högtemperaturbeständiga kermeter som används inom raket- och missilteknik, medan en blandning med grafit och titandioxid kan ge brandhämmande plåtar.

Kemiska egenskaper

Aluminium (alumin) är en av de vanligaste metallerna i jordskorpan, men förekommer aldrig i ren metallisk form i naturen; istället bildar det föreningar med andra grundämnen. Alun (KAl(SO₄)₂·12H₂O) och aluminiumoxid (Al₂O₃) utgör 8,21 TP3T av jordskorpan; i sitt rena metalliska tillstånd har aluminium en silvervit nyans med en mjuk, formbar konsistens utan magnetiska egenskaper och är giftfritt och luktfritt – perfekta egenskaper för giftfria och luktfria metaller!

Kemiskt sett är aluminium ett postövergångsmetall i borgruppen med elektronkonfigurationen 1s²2s²2p⁶3s²3p¹, som främst bildar jonföreningar i oxidationstillståndet +3; det förekommer dock även atomjoner. Al³⁺ har en liten men starkt polariserande laddning, vilket gör att den kan bilda kovalenta bindningar med metaller som syre och kväve, vilka har liknande laddningsstrukturer, liksom med andra icke-metaller, däribland syre och kväve.

Aluminiums unika egenskap att vara mycket reaktivt gör det perfekt för användning i legeringar som ger hållfasthet och andra önskvärda egenskaper. Aluminiumlegeringar har blivit allmänt förekommande inom många branscher, såsom flyg- och rymdindustrin, medicin, livsmedelsförpackningar och keramik; de kombineras med koppar, magnesium eller kisel för att producera starka men ändå lätta legeringar. Eftersom detta grundämne är så reaktivt förekommer det sällan naturligt i jordskorpan – det mesta av det industriella aluminiumet utvinns genom brytning av bauxitfyndigheter.

Tack vare sitt låga pris, sin hållbarhet och sina unika egenskaper har aluminium blivit ett av de mest mångsidiga materialen i det moderna samhället. Aluminium rostar inte och korroderar inte när det utsätts för luft; det bildar tvärtom ett tätt skyddande oxidskikt som fungerar som ett skydd mot korrosion, vilket gör det perfekt för användning i dryckesflaskor, köksredskap och legeringar för flygplan.

Ordet aluminium kommer från det latinska ordet alumen, som i sin tur härstammar från det arabiska ordet al-umen, vilket betyder sammandragande eller betningsmedel. Alun användes först av de antika grekerna och romarna, som utnyttjade det som ett sammandragande medel och färgämne. Davy föreslog inledningsvis att detta nyupptäckta grundämne skulle kallas »Alumium«, men ändrade snabbt sitt förslag för att anpassa det till liknande namn som kalium och natrium.

Tillämpningar

Aluminium har blivit en viktig komponent i byggnadskonstruktioner och broar tack vare sin hållfasthet, mångsidighet och låga vikt jämfört med stål. Aluminium kräver mindre stöd under transport och byggprocesser och är därför totalt sett billigare. Aluminiumets korrosionsbeständighet samt dess värme- och elektriska ledningsförmåga gör det till ett utmärkt materialval för ledningsdragning; dessutom kan det enkelt formas till komplexa former tack vare att det är ett mjukt metall som är lätt att bearbeta.

Aluminium är ett oumbärligt material inom modern biltillverkning och förekommer i stor utsträckning i en rad olika komponenter och konstruktioner. Aluminiumgjutgods återfinns ofta i chassikomponenter såsom upphängning, styrning och styrsystem samt i motorer och växellådor – för att inte tala om dess användning i dörrsystem, fönster- och takkonstruktioner.

Byggentreprenörer och fastighetsutvecklare föredrar det också tack vare att det är förenligt med moderna byggmetoder för fasadkonstruktioner och just-in-time-beställningsmetoder, vilket möjliggör fabrikstillverkning enligt exakta specifikationer. Detta leder till snabbare montering på byggplatsen och därmed snabbare inflyttning för köparna. Detta leder i sin tur till högre vinstmarginaler totalt sett för köparna.

Aluminium som används inom byggbranschen kan formas till olika former genom strängpressning. Det kan valsas till plåt, tillverkas till långa rör- och kabelstycken, användas som tak- och fasadmaterial, fönster, dörrar och möbler samt i takapplikationer, såsom legeringen 6061, som är extremt mångsidig och används i stor utsträckning inom en rad olika konstruktionstillämpningar samtidigt som den är mycket lätt att bearbeta och svetsa, vilket underlättar tillverkningsprocesserna. Det bör helst ha stora hörnradier för att öka hållfastheten och underlätta tillverkningsprocesserna.

Andra användningsområden för aluminium är tillverkning av plattor som används inuti ledningar för pulveriserat bränsle och rökgaskanaler vid kraftverk, isolatorer, tändstift samt som en viktig beståndsdel i aluminiumoxid för olika ändamål, till exempel tillverkning av kisel på safirsubstrat för integrerade kretsar eller som tunnelbarriärer i supraledande kvantbitar.

Säkerhet

Även om aluminiumets säkerhet är en av dess främsta fördelar kan det ändå finnas nackdelar att ta hänsyn till. Aluminium klarar inte extrema temperaturer särskilt bra, vilket kan leda till att dess strukturella hållfasthet försämras med tiden. Dessutom leder det inte elektricitet lika effektivt som koppar, vilket gör det olämpligt för elinstallationer.

Men eftersom aluminium är icke-brandfarligt och korrosionsbeständigt är det ett utmärkt byggmaterial. Dessutom har flera av Novelis byggprodukter i aluminium erhållit klassificeringen A1 enligt EN 13501-1, vilket innebär att de uppfyller brandskyddskraven för byggnader upp till 20 meter höga – krav som är särskilt viktiga i skolor, sjukhus, konserthallar, flygplatser och andra offentliga anläggningar.

Ändå medför aluminium vissa risker för människors hälsa. Exponering under utvinning, raffinering och smältning kan leda till andningsproblem hos arbetstagare. Riskerna varierar beroende på arbetsförhållanden, exponeringsnivå och exponeringstid, miljöförhållanden samt eventuella nödvändiga åtgärder som måste vidtas av medlemmarna i IAI:s hälsokommitté för att skydda både arbetstagare och samhällen i närheten av aluminiumsmältverk.

Buller, värme och luftfuktighet, vibrationer samt ergonomi är de främsta problemområdena för de anställda vid aluminiumraffinaderier, där hörselnedsättning är ett framträdande problem och man arbetar kontinuerligt med att begränsa bullerexponeringen. Vibrerande handverktyg kan också utgöra en risk; fall av hand-arm-vibrationssyndrom har rapporterats.

Aluminium har kopplats till flera hälsorisker, bland annat inandning av fint damm som kan irritera lungorna och orsaka kronisk inflammation. Dessutom kan det skada njurarna och leda till vätskeansamlingar som kräver sjukhusvård eller dialysbehandling – därför är det avgörande att säkerhetsutrustning av hög kvalitet och lämpliga hygienrutiner används vid arbete med detta material – inklusive ergonomiska åtgärder, ventilationsåtgärder och elsäkerhetsrutiner för hantering.