Воздействие алюминия на окружающую среду и его свойства

Алюминий может быть больше в вашей повседневной жизни, чем вы думаете

Алюминий

Изображение: Бернард Германт в Unsplash

Алюминий - один из самых распространенных, важных и присутствующих металлов в современном обществе. Если вы осмотритесь, будет сложно найти объект, у которого нет хотя бы одной детали из алюминия. Но в конце концов, что такое алюминий? Узнайте о влиянии алюминия на окружающую среду, причинах его использования, узнайте, как его перерабатывать и каковы его свойства.

Алюминий

химический элемент AlАлюминий в чистом виде имеет форму металлического серебра, легкого и не имеющего запаха. Алюминий считается третьим по распространенности химическим элементом в земной коре и самым распространенным среди металлических элементов. Однако он находится не в металлической форме, как мы знаем, а в различных минералах и глинах.

Процесс извлечения алюминия

Основным сырьем для металлического алюминия является глинозем. Глинозем добывается из класса пород, называемых бокситами, с помощью процесса Байера. По оценкам, мировые запасы бокситов составляют около 34 миллиардов тонн, из них 10% (около 3,6 миллиардов тонн) приходится на Бразилию.

После получения оксида алюминия, который представляет собой оксид алюминия (Al2O3), необходимо получить чистый металлический алюминий. Это происходит посредством процесса, называемого электролизом, при котором электрический ток проходит через оксид алюминия, в результате чего он превращается в металлический алюминий, первичный алюминий.

Посмотрите видео, в котором в упрощенной форме объясняется производство алюминия путем добычи бокситов.

Свойства алюминия

Когда алюминий представлен в чистом металлическом формате, он имеет некоторые характеристики, которые позволяют применять его в нескольких областях. Среди его свойств:

  • Прочность и высокая температура плавления (660 ° C);
  • Низкая плотность (почти в четыре раза легче металлической меди);
  • Высокая коррозионная стойкость;
  • Хорошая электрическая проводимость (около 60% проводимости меди, что подходит для стационарных установок большого объема, таких как установки электропередачи, поскольку она легче и дешевле);
  • Обладает способностью отражать свет;
  • Легко поддается обработке и формованию;
  • Водонепроницаемый, без запаха и негорючий (кроме порошкового алюминия);
  • Возможность добавления в материал других элементов, что позволяет формировать сплавы с различными свойствами;
  • Чрезвычайно распространен в окружающей среде;
  • 100% пригодность для вторичной переработки.

Алюминий, не только в его металлической форме, широко используется в нескольких областях, таких как строительство, материалы, керамика, промышленные процессы, продукты питания, фармацевтика, косметика, водоподготовка, упаковка, транспортные средства, бытовая утварь и самолеты, среди прочего.

Алюминий также очень важен для рынка драгоценных камней. Рубин, Сапфир, Гранат (гранат), нефрит и топаз содержат в своем составе алюминий.

Алюминий был и остается очень важным для развития современного общества. Несмотря на то, что он считается практически неисчерпаемым природным ресурсом, его постоянная и растущая эксплуатация влияет на окружающую среду, а также представляет опасность для здоровья человека.

Профиль бразильской алюминиевой промышленности

В настоящее время Бразилия занимает четырнадцатое место в рейтинге стран, производящих больше всего первичного алюминия, и четвертое место среди крупнейших производителей глинозема в мире. Кроме того, бразильская алюминиевая промышленность составляет значительную долю ВВП страны, составляющую около 4,9% промышленного ВВП.

Воздействие алюминия на окружающую среду

Потребление энергии

Из-за того, что алюминий является очень стабильным металлом, энергия, необходимая для его производства, чрезвычайно высока, достигая 16,5 кВтч на каждый килограмм произведенного алюминия. Перевод этих данных: килограмм алюминия, произведенного с помощью глинозема, в среднем потребляет энергию, чтобы компьютер работал в течение 8 часов каждый день в течение месяца.

На каждую тонну алюминия, произведенного в Бразилии, промышленность потребляет в среднем 14,9 мегаватт / час (МВтч) электроэнергии в год. Это количество энергии составляет 6% всей электроэнергии, производимой в стране. Энергия, используемая для преобразования бокситов и глинозема в алюминий, такова, что эта отрасль промышленности возглавляет рейтинг крупнейших промышленных потребителей электроэнергии в стране.

Из-за такого экстремального энергопотребления промышленный завод, который будет перерабатывать глинозем в алюминий, должен иметь эксклюзивные электростанции для его производства. В зависимости от типа преобразования энергии это может иметь еще большее воздействие на окружающую среду. Часто эти электростанции являются гидроэлектростанциями, которые, вопреки мнению многих, не считаются полностью «чистым» источником энергии.

  • Что такое гидроэнергетика?

Выбросы загрязняющих газов

При производстве алюминия, от добычи боксита до преобразования глинозема в алюминий, образуются некоторые загрязняющие газы, такие как диоксид углерода (CO2) и перфторуглероды (PFC). Частые выбросы этих газов в атмосферу усиливают парниковый эффект и усиливают процесс глобального потепления. Важно отметить, что газы ПФУ в 6 500–9 200 раз сильнее углекислого газа (CO2) в создании парникового эффекта.

  • Углеродный эквивалент: что это такое?

красная грязь

Красный шлам - это популярное название нерастворимых отходов, образующихся при производстве глинозема на стадии осветления в процессе Байера. Состав красного шлама варьируется в зависимости от состава боксита, используемого в процессе. Наиболее распространенными элементами, присутствующими в красном шламе, являются железо, титан, кремнезем и алюминий, которые невозможно успешно извлечь.

Красный шлам состоит из очень мелких частиц и очень щелочной (pH 10 ~ 13). Из-за высокого pH эта грязь может вызвать ожоги при контакте с кожей. Литературные данные показывают, что на каждую тонну произведенного глинозема образуется от 0,3 до 2,5 тонн красного шлама. Ежегодно в мире образуется около 90 миллионов тонн этих отходов. Его необходимо захоронить в подходящих местах, как правило, в прудах для захоронения, построенных с использованием дорогостоящих технологий, которые делают невозможным выщелачивание его компонентов и последующее загрязнение поверхностных и подземных вод.

THE Агентство по охране окружающей среды (EPA)Агентство по охране окружающей среды США не считает красный шлам токсичными отходами. Однако, поскольку это чрезвычайно богатый остаток металлов и очень высокая щелочность, суспензия может оказывать очень сильное влияние на окружающую среду, изменяя ее свойства и стабильность.

Как и в случае дамб железорудных хвостохранилищ, хвосты алюминиевого производства также могут стать причиной серьезных аварий. В 2010 году в результате разлива красной грязи погибли девять человек и произошли разрушения в деревне в Венгрии. Посмотрите на видео о результате аварии.

Частицы, присутствующие в красном шламе, очень мелкие, что придает им большую площадь поверхности, что является очень интересной характеристикой для технологических применений. Несколько исследований проводятся для поиска возможных применений красного шлама, например, в керамической промышленности, гражданском строительстве, при обработке поверхностей и очистке сточных вод.

Переработка алюминия

Алюминий считается полностью перерабатываемым материалом, так как он не разлагается в процессе переработки. Если переработать килограмм алюминия, теоретически будет регенерирован килограмм. Кроме того, для переработки тонны алюминия требуется всего 5% энергии, необходимой для производства того же количества первичного алюминия, то есть переработка алюминия позволяет экономить 95% электроэнергии. Таким образом, Бразилия занимает видное место в списке стран, наиболее часто перерабатывающих алюминиевые банки.

Среди преимуществ вторичной переработки алюминия можно выделить:

  • Возможность бесконечной переработки без потери своих свойств;
  • Переработка килограмма алюминия потребляет только 5% энергии, необходимой для производства килограмма алюминия с нуля;
  • Каждая тонна переработанного алюминия позволяет сэкономить девять тонн CO2 (каждая тонна CO2 эквивалентна проезду около 4800 км);
  • Каждая тонна переработанного алюминия сохраняет пять тонн бокситов.
  • Каждая банка из переработанного алюминия позволяет сэкономить достаточно энергии, чтобы телевизор оставался включенным на 3 часа.

Процесс рециркуляции алюминия в основном состоит из нагревания до полного расплавления, когда алюминий становится жидким. Затем его помещают в формы для производства слитков, а затем охлаждают до затвердевания. При переработке банок сначала необходимо провести осмотр на предмет удаления бумаги, пластика и любых материалов, кроме алюминия. После проверки банки сжимаются, чтобы занимать меньше места и быстро «плавиться».

О переработке алюминия ходят легенды. Один из них касается состава кольца. Согласно легенде, если вы наполните ПЭТ-бутылку объемом один или два литра кольцами от банок, это будет стоить более 100 реалов, поскольку кольцо будет содержать драгоценные металлы, такие как золото или серебро. Это ложная информация. На самом деле кольцо стоит меньше, чем сама банка, так как в его составе мало алюминия. Вот почему некоторые учреждения получают кольца в больших количествах и продают их комплектом, а на вырученные деньги покупают инвалидные коляски. Это еще одна из распространенных историй, вызывающих сомнения, но это не легенда. На самом деле есть проекты, которые занимаются этим видом пожертвований.

  • Подробнее читайте в статье: «Заклеить банку: снимать или не снимать алюминиевую банку».

Алюминий в повседневной жизни

Алюминий очень часто присутствует в повседневной жизни общества. В настоящее время без этого элемента невозможно поддерживать темпы промышленного развития. Он составляет значительную часть предметов, которые мы используем и потребляем: банки с газировкой, антиперспиранты, пуленепробиваемые стекла, механизмы очистки воды, крылья самолетов, а также кухонная утварь, такая как столовые приборы и сковороды. Электронное оборудование, которое вы используете для чтения этого текста, обязательно содержит алюминий в некоторых частях.

В случае пищевых продуктов алюминий вступает в реакцию с воздухом и образует защитный слой с кислородом, предотвращая перенос алюминия в пищу. Примечательно, что не рекомендуется шлифовать или мыть внутреннюю часть алюминиевых сковородок шероховатой частью губки, так как это может нарушить эту защиту, и алюминий останется незащищенным. Если это произошло, вскипятите воду в течение нескольких минут, удалите воду и, не высушивая сковороду, нагрейте ее до полного высыхания.

токсичность

Алюминий - единственный элемент в природе, который присутствует в большом количестве, который не имеет жизненно важной функции для какой-либо биологической системы организма, что странно с эволюционной точки зрения, поскольку природа обычно выбирает наиболее распространенные элементы как жизненно важные для биологических систем. «У нас нет никаких доказательств того, что какой-либо организм активно использует алюминий для каких-либо полезных целей», - комментирует Кристофер Эксли, профессор биоинорганической химии и эксперт по экотоксикологии алюминия из Кильского университета в Великобритании.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), Бразильская алюминиевая ассоциация (ABAL) и Европейская алюминиевая ассоциация (Европейский Алюминий) утверждают, что алюминий не токсичен для здоровых людей, так как металл имеет низкую кишечную абсорбцию - небольшая часть, которая абсорбируется, попадает в систему кровообращения, а затем выводится почечной системой.

Однако люди с нарушенной функцией почек или хронической почечной недостаточностью, а также недоношенные дети могут накапливать алюминий в своем организме. В костной ткани металл «обменивается» с кальцием, вызывая остеодистрофию, а в мозговой ткани может вызывать энцефалопатию. FDA классифицирует соли алюминия в пищевых продуктах и ​​вакцинах как «общепризнанные безопасные (GRAS)». В некоторых вакцинах FDA считает соли алюминия добавками, усиливающими желаемый эффект.

Некоторые ученые не согласны с этими утверждениями и пытаются доказать прямую связь между алюминием и различными реакциями и заболеваниями. Хотя на сегодняшний день нет прямых доказательств, существует множество доказательств связи алюминия с различными аллергиями, раком груди и даже болезнью Альцгеймера. Исследования показывают, что в этих случаях содержание алюминия намного больше, чем обычно (нормальным было бы отсутствие алюминия), но ни одно исследование не доказало, что алюминий напрямую связан с возникновением этих заболеваний, или если высокие уровни Алюминий у этих пациентов они являются следствием болезни.



$config[zx-auto] not found$config[zx-overlay] not found