Hliník

Oxid hliníka prvýkrát dokázal A. S. Margraaf roku 1754. Roku 1827 ho získal nemecký chemik a lekár Friedrich Wöhler ako kov, ktorý pripravil rozkladom bezvodého chloridu hlinitého kovovým draslíkom. Tento kov bol vo forme zŕn veľkosti špendlíkovej hlavičky. Podobal sa striebru, na rozdiel od neho bol však neobyčajne ľahký, a to 4-krát ľahší ako striebro, 3,5-krát ľahší ako meď a takmer 3-krát ľahší ako železo.
Hliník je najrozšírenejším kovom zemskej kôry. Nachádza sa v hlinitodraselných kremičitanoch hornín.

Obrovské ťažkosti vyskytujúce sa pri získavaní hliníka viedli k tomu, že tento ľahký, striebristý a pekný kov sa v prvých rokoch cenil viac ako zlato. Tridsať rokov po objavení hliníka dvaja mladí ľudia, americký študent Charles Hall a francúzsky inžinier Paul Héroult, objavili nezávisle od seba tú istú metódu na získavanie hliníka. Nová metóda spočívala v elektrolytickom rozklade kysličníka hlinitého, vopred získaného z kryolitu. Základom výroby hliníka je čistý oxid hlinitý Al2O3, ktorý sa získava z bauxitov. Bauxit rozdrvíme na drviči, vysušíme v rotačnej peci a rozomelieme na guľovom mlyne na jemný prach, ktorý zmiešame v autokláve s hydroxidom sodným. Pod tlakom 800 až 1000 Pa vzniká hlinitan sodný podľa reakcie

vylúhovanie
Al(OH)3 + NaOH ---------------- NaAlO2 + 2 H2O

zrážanie
NaAlO2 + 2 H2O ------------ Al(OH)3 + NaOH

Železo, ktoré sa nachádza v bauxite, sa vyzráža ako hydroxid železitý Fe(OH)3 a kremík ako kremičitan hlinitosodný. Odstrániť ich možno lisom ako „červený kal“. Z čistého hlinitanu sodného NaAlO2 zahustením a zahriatím odstránime hydroxid hlinitý Al(OH)3, ktorý v rotačnej peci vypražíme na oxid hlinitý Al2O3. Z čistého Al2O3 sa potom v elektrickej peci vyrába hliník. Pretože oxid hlinitý má teplotu topenia asi 2000 °C, musíme ju znížiť prídavkom kryolitu asi o 1000 °C. Pracuje sa so zmesou 81,5 % kryolitu a 18,5 % Al2O3. Elektrolýza sa robí vo veľkej vani vyloženej uhoľnými blokmi, ktoré tvoria katódu. Ako anóda sa používajú platne z elektródového uhlíka. Najprv roztavíme v kúpeli kryolit a potom do taveniny vnášame po čiastkach Al2O3. Kladne nabité hliníkové ióny sa vylučujú na katóde ako kovový hliník, ktorý sa hromadí na dne vani a po čase sa odpichuje. Ku katóde putujú anióny kyslíka, kde sa vylučujú ako voľný kyslík, ktorý reaguje s uhlíkovou anódou na oxid uhoľnatý. Anódové uhlíky sa oxidáciou rýchle opotrebúvajú a musia sa ponárať do kúpeľa postupne hlbšie a hlbšie. Po opotrebovaní sa musia nahradiť novými. Elektrolytická metóda získavania hliníka si vyžaduje veľké množstvo energie, na 1 tonu hliníka treba asi 20 000 kWh.
Na území SR máme najväčší závod na výrobu hliníka v Žiari nad Hronom. Prvý závod na elektrolytickú výrobu hliníka v Európe postavili pri Rýnskom vodopáde v Neuhausene vo Švajčiarsku. Od tej chvíle sláva hliníka ako drahého kovu uhasína. Vďaka svojim hodnotným vlastnostiam – ľahkosti, dobrej kujnosti, schopnosti valcovaním dávať fólie, vyťahovať sa do drôtu, dobre napĺňať formu pri odlievaní, stálosti na vzduchu, vo vode a odolnosti voči organickým kyselinám (octovej, citrónovej a iných) – sa dobre uplatňuje v technike. Dnes sa hliník používa v najrozšírenejších oblastiach praktickej činnosti ľudstva: na početné predmety domácej a hospodárskej potreby, umelecké výrobky a v hutníctve ako prísada do zliatin, ktoré sa používajú na vyhotovenie súčiastok i celých strojov.

Najdôležitejšie zliatiny hliníka sú: duralumínium (4 % Cu, 0,5 % Mg, 0,5 Mn), magnálium (12 % Mg), silumín (10 – 14 % Si, 0,1 % Na), hydronalium (3 – 12 % Mg). Sú výhodným konštrukčným materiálom nielen súčiastok áut, lietadiel, lodí, ale aj kuchynských nádob, kanví na mlieko, pivných sudov, plechoviek na konzervy atď. Hliníkové výrobky sú rovnako pevné ako oceľové a 3-krát ľahšie, preto slúžia na výrobu lietadiel, ktoré lietajú rýchlosťou zvuku.

Vysoká tepelná vodivosť hliníka (3-krát väčšia ako u Fe) sa v technike využíva pri konštruovaní teplovýmenných aparatúr. Schopnosť čistého hliníkového povrchu rovnomerne odrážať až 90 % dopadajúcich lúčov (infračervených a ultrafialových) využíva sa pri príprave vysokokvalitných hliníkových zrkadiel so skleným podkladom. Hliníkové zrkadlá s prídavkom 4 % Sn, 0,5 % Mg a 0,5 % Mn odrážajú 75 % slnečného žiarenia, takže sa nezahrievajú. Elektrolytickou oxidáciou, čiže eloxovaním, sa hliník pokrýva tenkou vrstvičkou oxidu, ktorá ho chráni pred koróziou. Hliník sa používa na pokovovanie, ktoré je založené na povrchovom nasycovaní výrobkov z ocele alebo liatiny kovovým hliníkom. Pokovovanie hliníkom dáva povrchu žiaruvzdornosť a stálosť voči korózii.

Najjemnejší prášok hliníka sa používa na prípravu horľavých a výbušných zmesí, na zhotovovanie striebornej farby, ktorá je zložená z drobných šupiniek hliníka a nepodlieha atmosferickým vplyvom. Hrubozrnný prášok hliníka sa používa v aluminotermii (metóda prípravy kovov z ich kysličníkov pomocou práškového alumínia). Práškový hliník zmiešaný s okujmi (Fe3O4) vytvára termit, ktorý zapálením vyvinie teplotu až 3500 °C. Zvárajú sa ním koľajnice. V 2. svetovej vojne sa používal ako náplň termitových bômb.
V elektrotechnickom priemysle hliník úspešne konkuruje medi. Menšia elektrická vodivosť hliníka (60 % z elektrickej vodivosti medi) sa kompenzuje jeho váhou. V prípade zväčšovania priemeru hliníkového vedenia dosahuje sa pri menšej váhe tá istá elektrická vodivosť ako u medeného vedenia.

Pri 100 -150 °C je hliník natoľko plastický, že možno z neho získať fóliu tenšiu ako 0,01 mm. Z 1 kg hliníka sa vyvalcuje až 75 m2 hliníkovej fólie. Takáto fólia sa používa na zhotovovanie elektrických kondenzátorov a tiež na balenie niektorých výrobkov. Z pásov hliníka sa vysekávajú kaloty, z ktorých sa lisujú tuby na zubné pasty a rôzne tenkostenné puzdrá. Rezaním hliníka na tenučké vlákna sa pripravuje hliníková vlna, ktorá sa používa namiesto olova na tesnenie potrubia. Z hliníkovej zliatiny VUK 33 sa vyťahujú drôty na vedenie elektrického prúdu. Hliník sa používa aj pri usmerňovaní striedavého prúdu. Hliníková a olovená (alebo železná) elektróda ponorená do roztoku bóraxu tvoria usmerňovač. Takýto systém prepúšťa prúd len v jednom smere a vydrží napätie do 40 voltov.
Kysličníková vrstva na hliníku má schopnosť „ventilového efektu“ – viesť prúd v jednom smere. Takéto povlaky sa využívajú ako usmerňovače.
V styku s haseným vápnom vyvíja hliníkový prášok vodík, ktorým sa nakypruje betón a pórobetón.
Zo zlúčenín hliníka je najznámejší kamenec hlinitodraselný KAl(SO4)2 . 12 H2O, ktorý kryštalizuje v osemstenoch. Používa sa na morenie látok vo farbiarstve, na impregnovanie nepremokavých tkanín a na úpravu papiera. V lekárstve je známy octan hlinitý Al(CH3COO)3 ako výborný antiseptický prostriedok na obklady a výplachy.
Oxid hlinitý sa pripravuje aj umele s názvom elektrit alebo korubín, ktorý sa pre svoju tvrdosť používa na výrobu brúsov a brúsnych papierov. V rozdrobenej forme pod menom šmirgel slúži na čistenie povrchov kovov. Na tie isté ciele sa často používa kysličník hlinitý, získaný roztavením bauxitu (technický názov alund, bauxitové brusivo).

Polodrahokamové prírodné odrody oxidu hlinitého – korundu, červený rubín a modrý zafír, ktoré zdobia prstene a náhrdelníky, sa v súčasnosti vyrábajú aj umele. Sú na nerozoznanie od prírodných kameňov. Zhotovujú sa z nich ložiská do hodiniek a uplatňujú sa pri príprave laserov pre kozmické lety.
Na prírodných zlúčeninách, ktorých podstatnou zložkou je hliník, na hlinitanoch, íloch, hlinách kaolínu sa zakladá keramický priemysel, výroba cementu a žiaruvzdorných materiáloch. Najpoužívanejší žiaruvzdorný materiál je šamot, ktorý obsahuje 45 % Al2O3. Zhotovujú sa z neho tehly na stavbu pecí, vane na tavenie skloviny, tégliky na tavenia kovov a vymurovka pre parné kotly.
Z hliníkových zliatin sa vyrábajú rôzne vystužovače, konzoly, podvozovky na nástroje a prístroje, puzdrá a chassis príslušnej aparatúry.