Bugün öğrendim ki: Washington Anıtı'nın alüminyum bir kapakla taçlandırılmış olması. Yerleştirildiğinde (1884), ons başına maliyeti gümüşle hemen hemen aynıydı ve değerli bir metal olarak kabul ediliyordu. 2 yıl içinde, metalin fiyatını 1886'da 4,86$/lb'den 1893'te 0,78$/lb'ye düşüren yeni bir rafine etme süreci geliştirildi
Alüminyumun Tarihi
1886 yılından önce, alüminyum fiyatı gümüşe kıyaslanabilecek yarı değerli bir metaldi. Dünyanın kabuğunda en bol bulunan üçüncü element ve en bol bulunan metal olan alüminyum, 1821 yılında Fransa'nın Les Baux bölgesinde keşfedilen kırmızımsı kahverengi bir kaya olan boksitten elde edilir.
7.000 yıldan daha uzun bir süre önce, Persler alüminyum oksit içeren kilden en güçlü çömleklerini yapmışlardır. Üç bin yıl sonra, eski Mısırlılar diğer alüminyum bileşiklerini ilaçlarda, boyalarda ve kozmetiklerde kullanıyorlardı. Ancak alüminyumun oksijene karşı yüksek bir ilgisi vardır ve doğada asla metalik formda bulunmadığı için izole edilmesi zor olmuştur. 1808'de Sir Humphry Davy alüminyuya adını verdi. 1825'te Danimarkalı kimyager Hans Christian Oersted, ısı ve potasyum bazlı bir karışım kullanarak -çok saf olmayan- bir örnek üretti. Sonraki 20 yılda, Alman kimyager Friedrich Wöhler, metalik potasyum kullanarak bu işlemi geliştirdi.
Element birçok Avrupa bilim insanı tarafından araştırılmış olmasına rağmen, metali hazırlamanın tek yolu, metalik sodyumun alüminyum klorür ile reaksiyona girmesiyle sonuçlanan karmaşık ve zor bir işlemdi. Washington Anıtı 1884'te tamamlandığında, bu pahalı alüminyuma ait 6 poundluk bir piramit en tepeye süs olarak yerleştirildi. Ayrıca yıldırım çubuk sisteminin ucunu oluşturarak, bu olağanüstü metalin yüksek elektrik iletkenliği ve korozyon direncinin pratik bir uygulamasını sağladı. Bununla birlikte, büyük Fransız kimyager Henri Sainte-Claire Deville'in “her kil bankasında bulunabileceğini” gözlemlediği gibi, alüminyumu bol minerallerinden ayırmak için ekonomik yöntemlere ihtiyaç vardı.
En Üste Geri Dön
Alüminyum Ekibi: Charles Martin Hall ve Frank Fanning Jewett
Frank Fanning Jewett, lisans eğitimini aldı ve Yale Üniversitesi'nde kimya ve mineraloji alanında yüksek lisans çalışmalarına başladı. 1873'ten 1875'e kadar Almanya'daki Göttingen Üniversitesi'nde kimya çalışmalarına devam etti. Orada güncel Avrupa bilimi ile yakından tanıştı ve alüminyumun vaadıyla ilgilendi. 1825'te H. C. Oersted'in öncülüğünü takiben 1827'de alüminyumu metal olarak izole eden Profesör Friedrich Wöhler ile tanıştı. Jewett 1875'te Amerika'ya dönüp Harvard Üniversitesi'nde Oliver Wolcott Gibbs'in özel asistanı olmadan önce, bir alüminyum metal örneği elde etti. 1876'da Yale başkanı tarafından Tokyo İmparatorluk Üniversitesi'nde bilim öğretmek üzere aday gösterildi ve burada küçük bir Batılılar grubunun parçasıydı. 1880'de 36 yaşında Jewett, Oberlin Koleji'nde kimya ve mineraloji profesörü oldu.
Charles Martin Hall, Oberlin kasabasında ciddi düşünceli bir genç olarak ilk kez 1840'lardan kalma, papaz babasının çalışma odasının raflarında bulduğu bir ders kitabını okuyarak kimyayı öğrendi. Ayrıca evde deneyler yaptı ve bu, yaşam boyu süren deneysel çalışmalarına olan tutkusunun başlangıcı oldu. Birçok alanda hevesli bir okuyucu olan Hall, Scientific American'daki popüler buluş edebiyatını hevesle takip etti. Hall, 1880 sonbaharında 16 yaşında Oberlin Koleji'nde birinci sınıf öğrencisi olarak ev laboratuvarı için bazı eşyalar almak için kimya laboratuvarına gittiğinde zaten alüminyumun romantizmiyle ilgileniyordu. Orada Profesör Jewett ile tanıştı.
Sonraki beş buçuk yıl boyunca olan ilişkileri, elektrik akımıyla cevherinden alüminyum üretmek için pratik bir sürecin keşfine yol açtı. Üç yıl içinde Hall, endüstriyel ölçekte saf alüminyum metal üretiyordu. Merak konusu olan alüminyum, yaygın olarak kullanılan bir malzeme haline geldi ve genç adam, teknoloji ve endüstri alanında maddi açıdan başarılı bir kariyer hedefini gerçekleştirdi.
En Üste Geri Dön
Hall'ın Alüminyumla İlgili İlk Deneyleri
Hall, üniversitede üçüncü sınıf öğrencisi olarak ilk resmi kimya dersini aldı. Daha önce, Jewett'in rehberliği ve cesaretlendirmesiyle Jewett'in laboratuvarında ve kendi ev laboratuvarında alüminyum kimyası ve diğer projeler üzerinde çalışmıştı. Jewett'in alüminyumun kimyası hakkında ders verdiğini, metal örneğini sergilediğini ve alüminyumu oksit cevherinden ayırmak için ekonomik bir yöntem geliştiren kişiyi bekleyen serveti tahmin ettiğini duydu. Hall, bir sınıf arkadaşına, o kişi olmayı düşündüğünü söyledi.
Alüminyum cevherlerini metale indirgemenin kimyasal yöntemleriyle ilgili birçok başarısız deneyden sonra, Jewett ve Hall, gerekli olan güçlü indirgeyici koşulları sağlamak için elektrik akımına döndüler. 1880'lerde üniversite kasabasında elektrik elde etmek için piller birleştirilmeliydi. Hall ve Jewett, yoğun nitrik asit içine daldırılmış bir karbon çubuğu içeren gözenekli bir seramik kap içeren sülfürik asit çözeltisinde büyük bir çinko metal elektrot içeren Bunsen Grove hücrelerini kullandı. Alüminyum üretimini sağlayacak kadar elektrik enerjisi sağlamak için bu hücrelerden yeterince birleştirmek büyük bir girişimdi. Sonunda kullanılan laboratuvar sürecinde, Hall tarafından elle dökülen yaklaşık bir pound çinko elektrot, bir ons alüminyum elde etmek için kullanıldı.
Hall, 1884/85'teki son yılında Jewett'in laboratuvarında elektrikle ilk deneyleri yaptı. Özel kurşun kaplarda tehlikeli hidroflorik asitten alüminyum florür hazırladı ve suya çözünmüş alüminyum florürden bir akım geçirdi. Ne yazık ki, bu sistem yalnızca istenmeyen hidrojen gazı ve alüminyum hidroksit üretti negatif elektrottan.
Mezuniyetinden sonra Hall, ailesinin evinin arkasındaki odun deposunda çalışmaya devam etti. Erimiş florür tuzlarını susuz çözücüler olarak denedi. Florür tuzlarının, havadan su emmeyen daha önce incelenen klorür tuzlarına göre avantajının farkındaydı. Hall, 1885'te Scientific American'da bildirildiği gibi, magnezyum klorür eriyikinde elektrik akımı kullanarak magnezyum metal elde etmede Richard Grïtzel'in başarısının farkındaydı.
Erimiş florür tuzlarıyla çalışmak için, önceki deneylerindeki kömürle çalışan fırından daha yüksek sıcaklıklar üretebilen ve koruyabilen bir fırına ihtiyacı vardı. Bu amaçla, Hall, kil kaplı bir demir borunun içini ısıtmak için ikinci el bir benzinle çalışan sobayı uyarladı. Bu fırının daha yüksek sıcaklığına rağmen, kalsiyum, alüminyum veya magnezyum florürleri eritemedi. Potasyum ve sodyum florürler eridi, ancak faydalı miktarlarda alüminyum oksit çözmedi.
Hall, çözücü olarak kriyolit (sodyum alüminyum florür) ile deney yapmaya devam etti. Kriyolit yaptı, fırınında eriyeceğini ve ağırlıkça %25'ten fazla alüminyum oksit çözeceğini gösterdi. Kriyolit'in erime noktası 1000° C'dir, bu da elektrokimya için son derece yüksek bir sıcaklıktır. Bu çok önemli deneyi Şubat 1886'nın başlarında yaptı ve ertesi gün kız kardeşi Julia'nın şahit olması için tekrarladı.
Altı gün sonra, Hall ilk kez eritilmiş kriyolite alüminyum oksit çözeltisinden elektrik akımı geçirerek alüminyum metal hazırlamayı denedi. Grafit çubuk elektrotları kil bir potaya ateşli çözeltiye daldırdı ve akımı bir süre çalıştırdı. Julia'nın huzurunda erimişi bir tavaya döktü ve soğutulmuş kütleyi kırdı, ancak alüminyum bulamadı. Sadece negatif elektrotta grimsi bir birikme vardı, bu birikmenin alüminyumun parlak metalik görünümü yoktu. Bu işlemi birkaç kez tekrarladıktan sonra Hall, bu birikmenin muhtemelen kil potadan çözünen silikatlardan gelen silikon olduğunu fark etti. Jewett'in örneğini gördüğünden metalik alüminyuma benzeyen bir şeyle tanışmamış olsaydı, Hall bu yanlış sonucu yorumlamakta daha yavaş olabilirdi.
En Üste Geri Dön
Elektrokimya ile Alüminyum Üretimi: Hall-Héroult Prosesi
Hall, büyük bir grafit çubuktan kil potayı kaplamak için bir grafit pota yaptı. Ayrıca alüminyum florür ekleyerek kriyolit çözeltisinin erime noktasını düşürdü. Bu yeni sistemle ilgili ilk deney 23 Şubat 1886'da yapıldı. Elektrik akımı birkaç saat sürdü ve bir kez daha erimişi soğutup üç kız kardeşinin ve babasının huzurunda kırdı. Bu sefer, hidroklorik asitle test ettiği birkaç küçük gümüş renkli kürecik buldular. Bunları Jewett'e götürdü ve Jewett bunların alüminyum olduğunu doğruladı.
9 Temmuz 1886'da Hall bir patent başvurusunda bulundu. Bu arada Paul L.T. Héroult, 23 Nisan 1886'da kriyolit ve alüminyum oksit bazlı karşılaştırılabilir bir işlem için Fransız patenti aldı; Mayıs ayında ABD patenti için de başvurmuştu. Bu, Hall'un ABD'de patent koruması elde etmek için yeni yöntemi kullanarak alüminyum üretmiş olduğunu Fransız patentinden önceki tarihe kanıtlaması gerektiği anlamına geliyordu. Ailesinden ve Jewett'ten gelen, kardeşi George'a gönderilen iki posta damgalı mektup da dahil olmak üzere kanıtlar, Patent Denetçisi tarafından verilen bir kararda ABD'de Hall'un keşfinin önceliğini belirlemeye yardımcı oldu. Hall'un patent hakları, Cleveland, Ohio'daki bakır/alüminyum alaşımı üreten Cowles Elektrik Eritici Şirketi ile yapılan iki sonraki yasal mücadelede de korunmuştur.
Paris, Fransa'daki Paul Héroult ve Oberlin, Ohio'daki Charles Hall'un neredeyse aynı anda, ancak bağımsız olarak aynı alüminyum rafine etme işlemini nasıl keşfettikleri? Birçok faktörün katkıda bulunmuş gibi görünüyor. Alüminyum rafine etme için ekonomik bir işlem bulmak, mucitler için yaygın olarak kabul görmüş bir hedefti. Elektrokimya uygulamalı bir bilim olarak gelişmeye başlamıştı. Büyük elektrik üreten dinamolar ticari olarak geliştiriliyordu. Flor içeren maddelerin kimyasıyla ilgili ilgi artmıştı. Hall küçük bir ABD üniversite kasabasında çalışıyor olsa da, danışmanı Jewett ile birlikte bilimsel düşüncenin en son durumuna erişimi vardı. Cleveland ve gelişmekte olan teknik endüstrileri, benzin için Standard Oil, büyük grafit çubuklar için Brush Electric ve kimyasallar için Grasselli gibi yakınlık da katkıda bulunan bir faktördü.
Héroult gibi Hall da, sadece alüminyum metal üretme yöntemi geliştirmekle kalmayıp, cihazlarının çoğunu üreten ve kimyasallarının çoğunu hazırlayan becerikli bir deneyciydi. Héroult gibi Hall'un da başarılı bir mucit ve sanayici olma arzusu vardı. Bu iki genç adamın Atlantik'in her iki yakasındaki bu elektrokimyasal sürecin geliştirilmesine yaptığı katkının kabulüyle, şimdi Hall-Héroult prosesi olarak adlandırılmaktadır.
En Üste Geri Dön
Hall Prosesinin Ticarileşmesi: Pittsburgh İndirgeme Şirketi
1888 yazında, Pittsburgh'daki metalurji işiyle ilgilenen MIT mezunu Alfred E. Hunt liderliğindeki altı sanayici grubu, Hall'un 1888'de Pittsburgh İndirgeme Şirketi'ni kurmasını sağlayan finansal desteği sağladı. O yılın sonundan önce, Hall ve ilk çalışanı Arthur Vining Davis, Pittsburgh'daki Smallman Street'teki bir pilot tesiste ilk ticari alüminyumu üretmişti.
İşlem kısa süre sonra, reaksiyon kaplarındaki elektrik direncinden kaynaklanan iç ısıtmanın kullanılmasıyla eritilmiş halin elde edilmesi ve korunmasıyla basitleştirildi. Buharla çalışan Westinghouse dinamoları elektriği sağladı. Daha sonra hidroelektriğin kullanımıyla daha fazla maliyet iyileştirmeleri gerçekleşti. Hall işlemini iyileştirdikçe, alüminyum külçelerinin fiyatı 1888'deki pound başına 4,86 dolardan 1893'te pound başına 78 sente düştü. Üreticiler tanımadıkları bir metal kullanmakta isteksiz oldukları için şirket, satış aracı olarak kullanılmak üzere ilk dökme alüminyum çaydanlık gibi prototip ürünler geliştirdi.
Pittsburgh İndirgeme Şirketi, patent hakları sona ermeden hemen önce 1907'de Amerika Alüminyum Şirketi (Alcoa) oldu. Başlangıçta alüminyum bir sorun arayan bir çözümdü, ancak üreticiler uçak ve diğer ulaşım araçlarından uzun mesafeli elektrik iletim hatlarına, inşaata, gıda depolamasına ve dekorasyona kadar uzanan uygulamalarda bu hafif ve güçlü metalin avantajlarını kavradıkça iş yavaş yavaş büyüdü. 1930'ların ortalarında endüstriyel tasarımcı Henry Dreyfuss, alüminyumun “dünyanın bildiği en büyük yeniden tasarım döneminde” “büyük ve önemli bir rol oynayacağını” tahmin etti. 1930'ların sonlarında bir pound alüminyumun fiyatı sadece 20 sente düştü; kullanımları 2.000'den fazlaydı.
1911'de Hall, Elektrokimya Topluluğu ve Amerikan Kimya Topluluğu'nun desteğiyle Kimya Endüstrisi Derneği (Amerikan Bölümü) tarafından “uygulamalı kimyada değerli çalışmalar” için verilen Perkin Madalyası'nın beşinci alıcısı oldu. Paul Héroult ödül törenine New York'ta katıldı ve konuşmalara zarif bir katkı yaptı. Hall aynı sıcaklıkla karşılık verdi.
Hall'un 1914'ün sonlarında ölümü üzerine, Alcoa hisselerindeki varlıkları büyük bir servet oluşturdu ve bunun çoğunu ülkedeki ve yurtdışındaki eğitim kurumlarına miras bıraktı.
En Üste Geri Dön
Alüminyum Ürünleri Nasıl Üretilir
Adım 1: Boksit Madenciliği
Dört ton boksit, bir ton alüminyum üretir - 60.000'den fazla alkolsüz içecek için yeterince teneke kutu yapmaya yeter. Boksit, milyonlarca yıl boyunca alüminyum silikat içeren kayaların kimyasal ayrışmasıyla oluşur ve alüminyum oksit açısından zengin bir cevher üretir. Günümüzde boksit esas olarak Afrika, Avustralya ve Karayipler'de çıkarılmaktadır.
Adım 2: Alümina Rafinasyonu
Cevher öğütülür ve kireç ve kostik soda ile karıştırılır, ardından yüksek basınçlı kaplarda ısıtılır. Alüminyum oksit kostik soda tarafından çözülür, çözeltiden çökeltilir, yıkanır ve suyun giderilmesi için ısıtılır. Elde edilen alümina, şekere benzeyen beyaz bir tozdur.
Adım 3: Alüminyuma Eritilmesi
Eritilme olarak bilinen elektrolitik bir indirgeme işlemi, alüminayı karbonla kaplı hücrelerin veya kapların içindeki bir kriyolit banyosunda çözer. Banyodan geçirilen güçlü bir elektrik akımı, alüminyum metali kimyasal çözeltiden ayırır ve metal ayrılır. Eritilme, 1886'da Charles Martin Hall tarafından odun deposu laboratuvarında geliştirilen sürecin endüstriyel ölçekli versiyonudur.
Adım 4: Alüminyum Ürünlerin İmalatı
Alüminyum, eritilme potadan diğer metallerle karıştırılmak üzere fırına girer. Bu alaşımlar, belirli kullanımları karşılamak için belirli özelliklere sahiptir. Akı, daha sonra kalıplara dökülen veya külçelere dökülen metali saflaştırır. İmalat, otomobillerden uçaklara kadar farklı bitmiş ürünler oluşturmak için dövme, döküm, haddeleme, çekme veya ekstrüzyon içerebilir.
Adım 5: Alüminyum Geri Dönüşümü
Geri dönüşüm, atık akışındaki en değerli malzeme olan alüminyum ürünlerin yaşam döngüsünü uzatır. Kullanıldıktan sonra alüminyum ürünler, eritilmek ve yeni alüminyum ürünlere dönüştürülmek üzere geri dönüşüm tesislerine geri gönderilebilir.
En Üste Geri Dön
Alüminyum Hakkında Bilgiler
Her günün her dakikasında ortalama 123.000'den fazla alüminyum teneke kutu geri dönüştürülüyor.
1972'den beri tahmini 660 milyardan fazla içecek kutusu geri dönüştürüldü - uçtan uca yerleştirilirlerse, aya neredeyse 300 kez uzanabilirler.
Ortalama bir alüminyum içecek kutununun ömrü, üretilmesi, doldurulması, satılması, geri dönüştürülmesi ve yeniden üretilmesi için geçen süreyi içeren altı haftadır.
Bir alüminyum teneke kutuyu geri dönüştürmek, 100 watt'lık bir ampulü neredeyse dört saat yanık tutmak için veya bir televizyona üç saat güç sağlamak için yeterli enerji tasarrufu sağlar.
Bir alüminyum teneke kutuyu atmak, o kutunun hacminin yarısı kadar benzin dökmek kadar enerji israfıdır. Her kişi her ay bir alüminyum teneke kutuyu geri dönüştürürse, enerji tasarrufları 1.750 ila 3.500 galon benzine eşittir.
Amerikan tüketicileri ve sanayisi, tüm ABD ticari hava filosunu her üç ayda bir yeniden inşa etmek için yeterli alüminyum atıyor.
Alüminyum, 1994 yılında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki toplam belediye katı atık akışının %1,5'ini oluşturuyordu. Alüminyum ambalajın genel oranı %55'ti.
1884 yılında ABD'nin toplam alüminyum üretimi 125 pounddu. O yıl, Washington Anıtı'nın tepesine yerleştirilen 100 onsluk dökme alüminyum piramit, bu üretimin yüzde yirmisini temsil ediyordu.
Dört ton boksit bir ton alüminyum üretir - 60.000 içecek kutusu veya yedi tam boyutlu araba için uzay çerçeveleri veya 40.000 bilgisayar bellek diski üretmeye yeter.
Bir pound alüminyum, çoğu uygulamada iki kat ağırlığındaki çeliği değiştirebilir.
Yakutlar, zümrütler ve safirler esas olarak kristal alüminyum oksitten oluşur.
Üreticiler, Küçük Lig sopalarını alüminyuma yapmak için Soğuk Savaş teknolojisini kullandılar.
Alüminyum hafif, güçlü, korozyona dayanıklı, manyetik olmayan, toksik olmayan ve doğal olarak hoş görünümlüdür.
(2001 yılında üretilen bilgiler.)
En Üste Geri Dön
Önemli Alan Tanımı ve Teşekkürler
Önemli Alan Tanımı
Amerikan Kimya Topluluğu, Charles Martin Hall'un elektrokimya ile alüminyum metal üretme işleminin keşfini, 17 Eylül 1997'de Ohio, Oberlin'deki Oberlin Koleji'nde Ulusal Tarihi Kimya Önemli Alanı olarak belirlemiştir. Keşfi anan plaket şöyle diyor:
23 Şubat 1886'da East College Street'teki aile evinde bulunan odun deposu laboratuvarında, Charles Martin Hall, eritilmiş kriyolite alüminyum oksit çözeltisinden elektrik akımı geçirerek alüminyum metal üretmeyi başardı. Hall'un cevherinden ayırmanın bu ekonomik yöntemini keşfetmesinden önce alüminyum yarı değerli bir metaldi. Bu hafif, parlak ve paslanmayan metali kolayca erişilebilir hale getiren icadı, Kuzey Amerika'daki alüminyum endüstrisinin temeli oldu.
Amerikan Kimya Topluluğu, Hall alüminyum işleminin ticarileştirilmesini, 2 Kasım 2001'de Pennsylvania, Pittsburgh'daki Alcoa Inc.'de Ulusal Tarihi Kimya Önemli Alanı olarak belirlemiştir. Gelişmeyi anan plaket şöyle diyor:
1886 yılında Charles Martin Hall, alüminyumu cevherinden ayırmak için ekonomik bir elektrokimyasal yöntem icat etti. O zamana kadar, bu hafif, parlak ve paslanmayan metal nadir ve pahalıydı. Metalurji uzmanı Alfred E. Hunt liderliğindeki bir grup Pittsburgh yatırımcısı, Hall'un sürecinin ticarileştirilmesini desteklemeyi kabul etti ve Pittsburgh İndirgeme Şirketi'ni kurdu. 1888'de Hall, Arthur Vining Davis'in yardımıyla şirketin Smallman Street'teki pilot tesisinde alüminyum üretmeye başladı. 1907'de şirket Amerika Alüminyum Şirketi (Alcoa) oldu. Alüminyum o zamandan beri, ilk günlerdeki çaydanlıklardan uçaklara, güç hatlarına, inşaat malzemelerine, gıda ambalajına ve sanat eserlerine kadar birçok kullanımla günlük yaşamın bir parçası haline geldi.
Teşekkürler
Amerikan Kimya Topluluğu'nun Ulusal Tarihi Kimyasal Önemli Alanlar programı tarafından üretilen “Elektrokimya ile Alüminyum Metal Üretimi” (1997) ve “Alüminyumun Ticarileşmesi” (2001) adlı internet için uyarlanmıştır.
En Üste Geri Dön