Aluminium (glin)

Aluminium jest metalem, który w swojej pierwiastkowej postaci nosi nazwę glinu. Jest lżejszy od żelaza, kowalny, przewodzi prąd, i wykazuje odporność na korozję. To sprawiło, że w XX wieku stał się jednym z najważniejszych, obok żelaza, metali w gospodarce.

Produkcja aluminium na skalę przemysłową rozpoczęła się stosunkowo niedawno, bo dopiero w końcu XIX wieku. Umożliwiła to opracowana wówczas metoda elektrolitycznego pozyskiwania aluminium z tlenków oraz chemicznego z boksytów (rudy glinu). Aluminium znalazło zastosowanie w produkcji opakowań, sprzętu gospodarstwa domowego, w budownictwie i przemyśle samochodowym. Związki glinu są też istotne w przemyśle naftowym, w wytwarzaniu wypełniaczy, dawniej stosowane były również w przemyśle wykładzin ogniotrwałych. Ze względu na swoją przewodność cieplną są one również wykorzystywane w produkcji urządzeń grzewczych oraz chłodzących. Duże znaczenie ma też łatwość wytwarzania stopów glinu z innymi metalami. Dzięki temu jest on bardzo przydatny dla przemysłu lotniczego i kosmicznego, produkcji opakowań oraz urządzeń gospodarstwa domowego. Łączy w sobie dużą wytrzymałość ze stosunkowo niewielkim ciężarem.

Rudy aluminium

Najważniejszym źródłem aluminium są boksyty. Jest to mieszanina wodorotlenków glinu – boehmitu, diasporu oraz gibbsytu. Dodatkowo w skale tej pojawiają się też inne minerały, takie jak związki krzemu oraz tytanu. W odróżnieniu od minerałów rudnych skały nie mają ściśle ustalonego składu chemicznego, stąd też zawartość glinu w boksytach może być w nich bardzo zróżnicowana.

Typowe boksyty mają barwę czerwonawą do brązowej. Powstają w wyniku wietrzenia laterytowego skał bogatych w glin. Proces ten zachodzi w ciepłym i wilgotnym klimacie. W takich warunkach dochodzi do wypłukiwania związków i minerałów magnezu, potasu, sodu i wapnia, a w wyniku dalszego działania wody dochodzi do wzbogacenia pozostałości (rezyduum) w glin oraz żelazo. Boksyty tworzą się gdy udział glinu w rezyduum jest wysoki.

Wydobycie rud glinu nie jest zazwyczaj kłopotliwe, gdyż często znajdują się one na powierzchni lub pod niewielkim nadkładem. W związku z tym są one eksploatowane w kopalniach odkrywkowych. Dodatkowo boksyty są miękkie i łatwe w pozyskaniu. Jednak sam proces ekstrakcji aluminium z rudy jest złożony i niezwykle energochłonny. To powoduje, że huty aluminium są często zlokalizowane daleko od źródeł surowca, skąd wstępnie wzbogacona ruda jest przewożona drogą morską, natomiast blisko źródeł łatwo dostępnej i taniej energii elektrycznej. Elektroliza pozwalająca na wytwarzanie metalicznego glinu wymaga bowiem wysokich temperatur oraz prądu o bardzo dużym natężeniu.

Do szybkiego wzrostu produkcji aluminium w XX wieku przyczyniła się między innymi budowa dużych elektrowni wodnych. Wzrastające ceny energii powodują z kolei spadki produkcji tego metalu. Dużo mniejsze nakłady energetyczne są natomiast potrzebne w celu odzyskania glinu w procesie recyklingu, co w końcu XX wieku spowodowało szybki wzrost objętości metali z odzysku. Miało to również wpływ na zamykanie hut produkujących aluminium z boksytu na rzecz importu złomu aluminiowego. Za likwidacją zakładów przetwarzających boksyty przemawiała także ich szkodliwość dla środowiska. W związku z tym także w Polsce zamknięto działy elektrometalurgiczne (czyli zajmujące się rafinacją aluminium) obu istniejących hut aluminium w Koninie oraz Skawinie koło Krakowa.

Większość złóż rud aluminium występuje w krajach o ciepłym i wilgotnym klimacie. Tylko tam mogą powstawać boksyty. Niewielkie złoża znane ze strefy umiarkowanej powstały w przeszłości geologicznej, w czasach gdy inny układ kontynentów wymusił zmiany warunków klimatycznych, a także w okresach geologicznych wyraźnie cieplejszych niż obecnie. Także w Polsce znane są niewielkie wystąpienia boksytów, w okolicach Nowej Rudy na Dolnym Śląsku.

Zasoby aluminium

Największymi producentami boksytów są Australia, Brazylia, Chiny, Gwinea oraz Indie. Eksploatację na bardzo dużą skalę prowadzą również Gujana, Indonezja, Jamajka, Malezja, Rosja oraz Surinam.

Zasoby boksytów są wystarczające w skali jednego-dwóch stuleci, jednak mniejsze niż istniejące złoża rud żelaza. Największe złoża posiadają Australia, Brazylia oraz Gwinea. W przyszłości, wraz z rozwojem technik wydobywczych oraz przetwórczych bądź z wzrostem cen surowca, opłacalna stanie się eksploatacja kolejnych złóż boksytów, dziś pomijanych w rejestrach złóż nadających się do wykorzystania. Z drugiej strony, nierównomierne rozmieszczenie złóż boksytów może spowodować, że w przyszłości niektóre źródła staną się niedostępne z powodu problemów infrastrukturalnych albo zaostrzonych regulacji związanych z ochroną środowiska.

Inne potencjalne źródła aluminium, takie jak skały ilaste (w tym kaolin), są zdecydowanie bardziej rozpowszechnione niż boksyty. Pozyskanie z nich pierwiastkowego glinu wymaga jednak wydatkowania jeszcze większych ilości energii niż w przypadku boksytów. Dlatego bardzo istotny jest recykling aluminium. Na szczęście jego stopy są łatwe w odzyskiwaniu i ponownym przetwarzaniu, a ponadto proces ten wymaga drobnego ułamka energii wymaganej do wytworzenia metalu z boksytów.

Produkcja oraz zastosowanie aluminium

Choć boksyty wydobywane są w wielu krajach, to ich przetwórstwem zajmują się głównie Chiny. Duża energochłonność oraz szkodliwość dla środowiska hut aluminium sprawiły, że wiele krajów ograniczyło lub zakończyło przetwórstwo rud glinu. Dotyczy to również Polski. Tymczasem Chiny konsekwentnie zwiększają ilości przetwarzanych boksytów, skupując duże ilości surowca z zagranicy, zwłaszcza z Gwinei.

Ze względu na swój niewielki ciężar oraz odporność na korozję aluminium znalazło bardzo szerokie zastosowanie w budownictwie, a także w produkcji środków transportu. Ma duże znaczenie w przemyśle samochodowym, kolejowym, a także lotniczym. Ponadto stosuje się je w produkcji narzędzi oraz części maszyn.

Wytrzymałość oraz łatwość w obróbce i tłoczeniu aluminium sprawiły, że jest ono cenionym materiałem do produkcji opakowań, w tym zwłaszcza puszek oraz folii. Przewodnictwo elektryczne glinu było natomiast przyczyną szerokiego stosowania aluminium w produkcji przewodów elektrycznych, a współcześnie w elektronice.