鉄に次いで最も利用されている金属「アルミニウム」についてご紹介
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今回は、鉄に次いで最も利用されている金属「アルミニウム」についてご紹介します。
鉄に次いで最も利用されている金属「アルミニウム」
アルミニウムは、軽量で、錆びにくく、加工もしやすいことから鉄に次いで最も利用されている金属です。現在、世界のアルミニウムの総生産量は年間約6600万トンで、そのうちの約430万トンが日本で使用されています。
航空機、鉄道車両、自動車部品、建築土木材料、飲料缶材、電気機器の部品等への使用はもちろん、新しい利用分野としては風力発電等の新エネルギー用器材としても重要な素材です。
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自然界で単体として存在しない「アルミニウム」
アルミニウムは化学的に活性なため自然界では単体として存在せず、岩石、植物、動物の中に化合物として含有されています。最も知られているものは「珪酸塩粘土」及び「水酸化アルミニウム」が主成分のボーキサイトです。
「アルミニウムの精製」について
アルミニウムを精製するにあたって、現在では、水酸化アルミニウムを加熱して酸化アルミニウムを作り、これを溶融氷晶石(AlF³・3NaF)に混入させ、電気分解で溶融した金属アルミニウムを汲み出す方法がとられています。
このプロセスではまず「AlF³」が電気分解され、陰極に「Al」、陽極に「F」がそれぞれ析出しますが、「F」はただちにアルミナと次のように作用し「AlF³」を再生します。
Al²O³ + 6F = 2AIF³ + 3O²
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電力を大量に消費する「アルミニウムの精製」
この電解の際の操業電圧は5〜6V、電流は20000〜30000A、作用温度は950°Cです。このように、金属アルミニウムの精製には多大な工程と電力が必要になります。そのためアルミ製品を大量に使うことは、電力を大量に消費することにもなるのです。
しかし、リサイクルを行えば新地金生産のおよそ27分の1のエネルギーで再生できます。
アルミニウム合金
アルミニウムに少量の銅、マグネシウム、亜鉛、マンガン、コバルト等を添加すると、鋳造性や強度が向上します。特に銅、マグネシウム、マンガン等を添加した合金は、船舶、車両、航空機の構造材としてとても重要な鋼材として利用されています。
合金の特性が変化する時効(aging)
合金には、時間と共に特性が変化する時効(aging)というものがあります。マグネシウムアルミニウム合金は双方が軽い元素であるため、常温でも格子欠陥を介して金属イオンが移動します。
そのため硬度や強度を維持させるために製造過程でわざわざ組成の濃度にゆらぎをもたせても、時間が経過するとだんだんと均一化し、ついには目的の強度が保持できなくなるのです。
マグネシウム-アルミニウム合金が時効となるまでの期間は、約25年です。
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