Hliník

Chemické a fyzikálne vlastnosti hliníka

Neušľachtilý striebristo sivý, nestály, kujný kov, elektricky veľmi dobre vodivý. Pri teplotách pod 1,18 K je supravodivý. V prírode sa vyskytuje najmä vo forme zlúčenín, najznámejší rudou je bauxit Al2O3. 2 H2O (dihydrát oxidu hlinitého).

Vytvára zlúčeniny v oxidačných číslach +I až +III, najbežnejší a najstabilnejší sú zlúčeniny hlinité. V kyslom prostredí tvorí vo vodnom roztoku hlinitý katión, v alkalickom prostredí potom hlinitanový anión [AlO2] -. Hliník je v čistom stave veľmi reaktívny, na vzduchu sa rýchlo pokryje tenkou vrstvičkou oxidu Al2O3, ktorá chráni kov pred ďalšou oxidáciou.

Hliník je veľmi dobre rozpustný v zriedených kyselinách.Koncentrovaná kyselina dusičná či kyselina sírová ho však rovnako ako vzdušný kyslík pokryjú pasivačnou vrstvou oxidu. Tiež hydroxidy alkalických kovov ľahko rozpúšťajú kovový hliník za vzniku hlinitanov (AlO2)-.

Hliník a zliatiny hliníka sú veľmi dobre zvariteľné takmer všetkými metódami zvárania. Výnimkou je zliatina dural, ktorá je zvariteľná ťažko.

Hliník bol v kovovej forme izolovaný roku 1825 dánskym fyzikom Hansom Christianom Ørstedom.

Hliník a jeho výskyt v prírode

Vďaka veľkej reaktivite hliníka sa v prírode stretávame prakticky iba s jeho zlúčeninami.

Hliník je tretím najviac zastúpeným prvkom v zemskej kôre. Podľa posledných dostupných údajov tvorí hliník 7,5-8,3% zemskej kôry. V morskej vode je jeho koncentrácia veľmi nízka, iba 0,01 mg Al/l a vo vesmíre pripadá na jeden atóm hliníka približne pol milióna atómov vodíka.

Najbežnejšou horninou na báze hliníka je bauxit, Al2O3 · 2 H2O. Obvykle býva sprevádzaný ďalšími prímesami na báze oxidov kremíka, titánu, železa a ďalších.

Iným významným minerálom je kryolit, hexafluorohlinitan sodný Na3AlF6, používaný predovšetkým ako tavidlo pre zníženie teploty topenia oxidu hlinitého pri elektrolytickej výrobe hliníka.

Minerály na báze oxidu hlinitého Al2O3 patrí medzi veľmi významné aj cenené. Korund je na 9. mieste Mohsovej stupnice tvrdosti. Technický oxid hlinitý sa nazýva tiež elektrit a je hojne využívaný na výrobu brúsneho papiera.

Drahé kamene, ktorých základným materiálom je oxid hlinitý, sa líšia prímesou, ktorá spôsobuje ich charakteristické sfarbenie. Červený rubín je sfarbený prímesou oxidu chrómu, modrý zafír obsahuje predovšetkým stopové množstvo oxidov titánu a železa.

Obe spomínané formy korundu patrí k najviac ceneným drahým kameňom na svete, ale majú aj významné využitie v technike. Zafírové hroty vynikajú svojou tvrdosťou a odolnosťou a vyfabujú sa nimi špičkové vedecké meracie prístroje. Rubín je známy ako materiál pre konštrukciu prvého lasera na svete.

Výroba hliníka

Hoci hliník patrí medzi prvky najviac zastúpené v zemskej kôre, patrila jeho priemyselná výroba do ešte pomerne nedávnej doby k veľmi obtiažnym procesom. Je to predovšetkým z toho dôvodu, že elementárny hliník nemožno jednoducho metalurgicky vyredukovat z jeho rudy ako napr. železo koksom vo vysokej peci. Až zvládnutie priemyselné elektrolýzy taveniny kovových rúd umožnilo súčasnú mnohasettunovú ročnú produkciu čistého hliníka.
Pri elektrolýze sa z taveniny zmesi vopred prečisteného bauxitu a kryolitu o teplote asi 950 °C na katóde vylučuje elementárny hliník, na grafitové anóde vzniká kyslík, ktorý ihneď reaguje s materiálom elektródy za vzniku toxického plynného oxidu uhoľnatého, CO.
Na území niekdajšieho Československa bola roku 1933 zahájená výroba hliníkových plechov a neskôr roku 1954 výroba spotrebného tovaru z hliníkových fólií v Bridličnej. Spoločnosť vo výrobe naďalej zotrváva. Ďalej roku 1953 začala výroba hliníka v slovenskom Žiari nad Hronom, kam sa prevažná väčšina bauxitu dovážala z Maďarska. Výroba hliníka Söderbergovou technológiou tu bola ukončená v roku 1998.

Hliníkové zliatiny

Najdôležitejšie je však uplatnenie hliníka vo forme zliatin, z ktorých bezpochyby najznámejšia je zliatina s horčíkom, meďou a mangánom, známa ako dural. Tento materiál má oproti samotnému hliníku oveľa väčšiu pevnosť a tvrdosť pri zachovaní veľmi malej hustoty. Zároveň sú aj značne odolné voči korózii. Všetky uvedené vlastnosti predurčujú dural ako ideálny materiál pre letecký a automobilový priemysel, ale stretneme sa s ním pri výrobe výťahov, bicyklov, ľahkých rebríkov a podobných aplikáciách.

Veľmi známe zliatiny hliníka sú kategórie 6061 a 7005. Aký je medzi nimi ale rozdiel? Zliatinu radu 7005 (tvorenú 93,35% Al, 0,13% Cr, 1,4% Mg, 0,45% Mn, 0,03% Ti, 4,5% Zn, 0,14% Zr), často strieda zliatina s označením Alloy 6061, ktorá sa skladá z 98,1% Al, 0,020% Cr, 1% Mg, 0,28% Mn, 0,6% S. Materiál Al 6061 má síce trošku nižšie mechanické vlastnosti, ale o to lepšie sa zvára, neb oproti 7005 neobsahuje zinok, ktorý môže spôsobiť pri zváraní prípadné trhliny. Oproti napríklad cyklistickým rámom z materiálu 7005, ktorý sa dokáže vytvrdiť sám, sa však musí rámy z Al 6061 vždy tepelne spracovať. Nevýhodou zliatiny 6061 je fakt, že majú o dvadsať percent menšiu pevnosť než rad 7005. Oproti tomu má materiál 6061 aj jednu výhodu a tou je, že vďaka väčšej mäkkosti sa dá lepšie tvarovať a pri rovnakej hrúbke rúrky s porovnaním s 7005 bude zaručene ľahší.