Aluminium = zilver uit klei

Aluminium: een rijke vondst

Geschiedenis

Geen metaal is voor de twintigste eeuw zo belangrijk geweest als aluminium. Ofschoon het in overvloed in de natuur aanwezig is, werd het pas in 1825 voor het eerst chemisch in pure vorm gemaakt. De basis voor de grootschalige toepassing van dit lichtmetaal ligt in Frankrijk, waar in 1821 in het Les Baux-district voor het eerst Bauxiet wordt ontdekt. (Vandaar de naam BAUXIET)

Uit 4 kg bauxiet halen we ongeveer 2 kg alumina, en daaruit door elektrolyse 1 kg puur aluminium. Daarvoor is 15,7 kilowattuur elektriciteit nodig. Naast bauxiet hebben we dus voor het produceren van aluminium dus ook goedkope elektriciteit nodig.

Een levensloop:

1761 De Fransman L.B.G. de Morveau stelt voor een onbekend materiaal  "alumine" te noemen .
1787

Antionne-Laurent Lavoisier concludeert dat alumine een oxide is van een nog onbekend metaal.

1805 aluminium wordt voor het eerst benoemd door scheikundigen (toen nog Aluminum)
1825 voor het eerst wordt het metaal aluminium gevormd uit Alumina (AlOx)
1845 bepaling belangrijkste eigenschappen van aluminium
1855 presentatie van het ‘nieuwe’ metaal op de wereldtentoonstelling in Parijs
1886 productie van aluminium uit alumina door electrolyse (wordt nog steeds toegepast)
1888 introductie van compleet 4-stappenproces om aluminium te verkrijgen uit bauxiet
1938 opzet grootschalige winning van bauxiet
1965 start afgraving diverse locaties over de hele wereld
1998 aluminium is wereldwijd het tweede algemeen meest toegepast metaal na staal

Beschikbaarheid

Van alle metalen die in onze aardkorst aanwezig zijn, komt aluminium het meeste voor. Sterker nog: de grondstof voor aluminium is het derde meest voorkomende materiaal op aarde. Het erts waaruit aluminium gewonnen wordt, bauxiet, is terug te vinden in meer dan 8% van de aardkorst, terwijl ertsen van andere non-ferro (niet-ijzer gebaseerde) metalen zoals koper en nikkel schaars aanwezig zijn.

Winning

Bauxiet wordt gevonden in 30 miljoen jaar oud gesteente, wat door weersinvloeden uiteenvalt tot een rode klei (lateriet). Deze klei bevat hoge gehaltes aan aluminiumdragende mineralen en ijzer. Wanneer het aandeel aluminiummineraal boven de 27% uit komt wordt het economisch om bauxiet te winnen. Dit gebeurt voor 95% aan het oppervlak, met als belangrijkste winningslocaties:

Bij de winning wordt zo’n vijf ton rotspartij afgegraven om één ton bauxiet te krijgen.

Aluminiumproductie uit bauxiet

Bauxiet wordt gevormd door drie componenten: Al, O en H (Al2O3.nH2O). Het belangrijkste onderdeel, Alumina (Al2O3) wordt onttrokken door bauxiet op te lossen in een hoog-sodahoudende solutie die vervolgens wordt verhit. Het alumina wordt opgevangen als kristallen. Deze worden weer verhit om het resterende water uit te drijven. Over blijft een wittig zand: puur alumniniumoxide. Dit materiaal wordt voor 90% gebruikt om aluminium te vormen. De resterende 10% wordt voornamelijk toegepast in de glasindustrie.
De laatste stap bestaat uit het scheiden van Al en O2 door electrolyse. Om het aluminium uit het bauxiet te krijgen is zeer veel energie nodig: 155MJ/kg. Ter vergelijking is voor de productie van één kg. ijzer 30MJ nodig. Na extractie ontstaat een materiaal wat Al99,9 genoemd wordt: nagenoeg zuiver aluminium.

 

Verschijningsvormen van Aluminium

Na de winning en productie blijft aluminium over in gesmolten toestand. Dit zal verwerkt moeten worden tot een halffabricaat om eindproducten van te maken. De meest voorkomende halffabricaten, in afnemende volgorde, zijn:

Verder wordt aluminium geleverd als band, strip en buis. Om de juiste eigenschappen te behalen zal aluminium eventueel gelegeerd moeten worden. Dan wil men uiteraard eerst weten wat de kenmerkende eigenschappen van het materiaal zelf zijn.

Materiaaleigenschappen

Aluminium is een metaal dat vaak wordt toegepast in plaats van andere materialen, bijvoorbeeld om gewichtsreducties te realiseren. De belangrijkste voordelige eigenschappen zijn:

 

  • Licht in gewicht: 2700kg/m3 (staal 7800kg/m3)
  • Goede warmtegeleider
  • Goede oxidatiebestendigheid
  • Decoratief
  • Goede stroomgeleider (dubbel zo goed als Cu)
  • Niet giftig en dampdicht
  • 100% recycleerbaar door zijn laag smeltpunt
  • Niet-magnetisch
  • Hoge elasticiteitsmodulus (7200 kg/mm²)
  • Lage uitzettingscoëfficiënt (1.19 mm per m op 50° temperatuurverschil)

Uiteraard heeft aluminium ook nadelige eigenschappen:

De prijs en milieuonvriendelijkheid staan bij aluminium in nauw verband. Door de hoge winningsenergie is het materiaal zeer duur. Overigens worden de technieken steeds verbeterd, zodat de kosten en milieubelasting gestaag omlaag gaan.

Aluminium: van lichtmetaal tot eindproduct

Legeringselementen

Aluminium wordt veelvuldig ingezet in een breed skala aan toepassingsgebieden. Om dat te kunnen bewerkstelligen kan aluminium niet alleen ongelegeerd gebruikt worden. Bepaalde nadelige eigenschappen van aluminium kunnen met legeringselementen bijgesteld worden. De belangrijkste legeringselementen met hun invloeden op zuiver aluminium zijn:

Verwerkingstechnieken

Vrijwel alle bekende verwerkingstechnieken kunnen op aluminium worden toegepast. Bij enkele moet een aantekening gemaakt worden:

Eindproducten in de verpakkingswereld

Het belangrijkst voor verpakkers is uiteraard het gebruik van aluminium in de verpakkingswereld. Als verpakker kom je het materiaal vaak tegen, omdat het bepaalde gunstige eigenschappen verenigt:

  • Goede oxidatiebestendigheid
  • Makkelijk vormbaar
  • Goede barriereëigenschappen, niet giftig
  • Verkrijgbaar in zeer geringe diktes (folie)
  • Decoratief uiterlijk
  • Goed te bedrukken

Enkele bekende toepassingen van aluminium zijn:

  • Frisdrank’blikjes’
  • Alufolie
  • Voedsel bakjes

 

Het materiaal wordt daarnaast toegepast als:

Voorbeeldproducten

Frisdrankblikje

Een frisdrankblikje wordt gevormd als een 2-delig blik:

  • één deel vormt de onderkant en huls
  • de huls wordt gevormd door een aluminium blenk te duntrekken, waarna de bodem wordt gestempeld
  • na het bedrukken wordt het blikje eventueel ingeneckt, waardoor de smallere hals ontstaat. Dit gebeurt om dekselmateriaal (en dus gewicht) te besparen
  • het andere deel vormt het deksel
  • na het vullen wordt het deksel op de huls gefelst

Aluminiumfolie

Aluminiumfolie kan, zoals gezegd, vervaardigd worden tot een minimumdikte van 0,006mm. Zo kan het toegepast worden als verpakkings(-hulp-)materiaal om voedingsmiddelen te verpakken. In grotere diktes wordt het toegepast in bakjes e.d.
Folie wordt gefabriceerd door aluminium uit te walsen tot de gewenste dikte is bereikt. Daarna kan het, afhankelijk van de toepassing, worden opgerold of verwerkt worden tot bakjes, die dan weer zowel los verkocht kunnen worden als gebruikt kunnen worden als container, waar dan een deksel overheen gaat.

Decoratiemateriaal

Als decoratiemateriaal kan aluminium zeer breed worden ingezet. Het kan volledig glanzend worden gemaakt, maar ook ingezet worden voor de typische ‘alu-look’ (net als RVS overigens). Het mooie van aluminium is, dat het niet op een lelijke manier roest. Zodra het in aanraking komt met zuurstof oxideert de toplaag tot een flinterdun, wittig laagje, wat amper afdoet aan de eerder genoemde ‘alu-look’.

Aluminium afvalverwerking en recycling

 

Technisch

De winningsenergie van aluminium uit bauxiet is zeer hoog: 155MJ/kg. De herverwerkingsenergie benodigd om aluminium weer in gesmolten toestand te krijgen is slechts 5% daarvan. Hierdoor is het zeer interessant om aluminium te recyclen en te hergebruiken. Daarbij komt, dat het materiaal nagenoeg geen degeneratie kent, oftewel het is praktisch 100% recyclebaar en opnieuw inzetbaar.

 

Praktisch

Om aluminium te recyclen moet het gescheiden worden uit het standaard afval. Omdat het niet ferro-magnetisch is, kan dit niet door boven de band een magneet te houden. Daarom gebeurt het op een aantal andere manieren:
  • handmatig sorteren
  • gescheiden inzamelen
  • scheiden door gewichtsverschillen
Hoe hoog de kosten ook zijn, het zal bijna altijd opwegen tegen de winst die financieel en milieutechnisch te halen is tegenover ‘virgin’-materiaal. Op dit moment is op wereldschaal ongeveer éénderde van al het toegepaste aluminium gerecycled, en dat neemt alleen maar toe (zie tabel).

Milieutechnisch

Zoals gezegd is het recyclen van aluminium een lucratieve bezigheid, niet alleen voor de portemonnaie, maar zeker ook voor het milieu. Naast de energiewinst wordt ook voor elke ton gerecycled aluminium géén vijf ton bauxiet afgegraven, met alle besparingen van dien.

De toepassing van aluminium in diverse transportmiddelen, bouwmaterialen en verpakkingsmiddelen is door de gewichtsreductie tijdens transport weer winstgevend door het verminderde energieverbruik en de verminderde uitstoot van diverse schadelijke (uitlaat-)gassen en andere restmaterialen.

Conclusie

Aluminium is een ideaal materiaal voor diverse toepassingen, zeker ook in de verpakkingswereld.

Voornamelijk door het lichte gewicht , de goede barriëreëigenschappen en het feit dat het niet toxisch is kan het ingezet worden als primaire verpakking van levensmiddelen. Het is goed te bedrukken, maar het kan ook onbedrukt als decoratief materiaal worden ingezet. Helaas is ‘virgin’-aluminium erg duur en milieubelastend door de hoge winningsenergie. Door aluminium te recyclen kan een enorme winst worden gehaald, zowel financieel als milieutechnisch. Kortom: een materiaal dat bij een nieuw verpakkingsprobleem altijd in ogenschouw genomen kan worden, en met gemak kan worden ingezet op een zeer wijd toepassingsgebied.

 

Bronvermelding

Literatuur

Internet