home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ The Unsorted BBS Collection / thegreatunsorted.tar / thegreatunsorted / texts / term_papers / aluminum.esy < prev    next >
Text File  |  1994-05-16  |  16KB  |  332 lines

  1.                           EXTRACTION OF ALUMINUM
  2.  
  3.  
  4. INTRODUCTION:  
  5.      An industrial process for extracting metals from their ores at
  6. high temperatures.  Generally the ore is reduced with carbon or
  7. carbon monoxide.  A flux is also used to combine with impurities
  8. and form a slag on top of the molten metal.
  9.  
  10. DEFINITION:    
  11.      It is soft moderately reactive metal.  It is the second
  12. element in group III.  It is the most common metallic element in
  13. the earth's crust.  There are numerous minerals of aluminum. 
  14. Commercially important minerals are bauxite(Al2O3 * H2O),
  15. corundum(anhydrous Al2O3), cryolite(Na3AlF6) and clays
  16. mica(aluminosilicates).
  17.  
  18. DISCOVERY OF A WAY TO EXTRACT ALUMINUM: 
  19.      Hans Christian Oerstel, a Danish chemist, was the first one to
  20. isolate aluminum in 1825 using a chemical process involving
  21. potassium amalgam.  Between 1827 and 1845 Friedrich Wohler, a
  22. German chemist improved Oerstel's process by using metallic
  23. potassium.  He also was the first one to measure the specific
  24. gravity of aluminum and show its lightness.  In 1854 Henri Sainte
  25. Claire Deville(1818-81), in France obtained the metal by reducing
  26. aluminum chloride with sodium.  Deville established a large-scale
  27. experimental plant and displayed aluminum at Paris exposition of
  28. 1855.  In 1886 Charles Martin Hall in U.S and Paul L.T. Heroult in
  29. France discovered that aluminum oxide would dissolve in fused
  30. cryolite and could be then decomposed by electrolysis into a crude
  31. molten metal.  This method is the best commercial method up till
  32. now for the production of aluminum.
  33.      The existence of aluminum was predicted in 1808 by the English
  34. scientist Sir Humphry Davy, but he was unable to discover how the
  35. metal is extracted from it.
  36.  
  37. OCCURRENCE AND EXTRACTION:    
  38.      Aluminum makes up between 7% and 8% of aluminum of the earth's
  39. crust.  Aluminum is never found as free metal.  It is usually found
  40. in the form of aluminum silicate or as a silicate of aluminum mixed
  41. with other metals such as sodium, potassium, iron, calcium, and
  42. magnesium.  These silicates are not useful ores because an
  43. expensive process is required to extract aluminum from them. 
  44. Bauxite, an impure hydrated aluminum oxide is the commercial source
  45. of aluminum.
  46.      Most of the aluminum comes from a mineral called bauxite. 
  47. Bauxite contains aluminum oxide and often called Alumina.  The
  48. alumina is obtained from the bauxite by washing and refining.
  49.      In 1886, a process known as electrolysis was used in
  50. separating chemical elements by passing an electric current through
  51. a solution.  This process is based on the idea that certain
  52. compound ionize when dissolved in a certain kind of liquids.  An
  53. ordinary atom has equal number of electrons and equal number of
  54. protons.  When a compound dissolves some of its atoms gain or lose
  55. electrons.  Therefore the atom becomes unbalanced and the atom is
  56. now called an ion.  If electrons are gained the atom becomes a
  57. negative ion and if electrons are lost the atom becomes positive
  58. ion.  This condition can occur when a substance is dissolved in a
  59. liquid, such as when alumina which is composed of two atoms of
  60. aluminum and three atoms of oxygen.  When it is dissolved in liquid
  61. called cryolite a part of the Al2O3 breaks into atoms of aluminum
  62. and atoms of oxygen.
  63.  
  64.      2Al2O3 -------------------- 4Al + 3O2
  65.  
  66.      The oxygen atoms gain extra electrons and the aluminum lose
  67. some of their electrons.  The cryolite solution now contains Al2O3
  68. dissolved in a large amount; a small number of positively charged
  69. by aluminum atoms and a small number of negatively charged oxygen
  70. atoms.  Electrolysis is then used to separate chemicals.  Two
  71. sticks of carbon called electrodes are put into a chemical
  72. conducting solution and a current passed between them, so that one
  73. electrode has a positive charge and the other negative charge.  The
  74. positive aluminum ions move towards the negative and the negative
  75. oxygen ions move toward the positive.
  76.      Aluminum industry requires two important things.  The 1st is
  77. the electricity and the 2nd is aluminum ore called bauxite.  A
  78. powerful electric current is passed through the mixture in an
  79. electrolytic cell.  The current generates a temperature of about
  80. 1,000  C(1,832  F).  The aluminum melts and falls to the bottom of
  81. the cell, where it is collected.  This process needs large amounts
  82. of electricity.  About 10 kilowatts-hours of electricity are needed
  83. to make 0.5 kg(1 lb) of aluminum.  Because of this most aluminum is
  84. extracted in areas where hydroelectric power is plentiful.
  85.  
  86. PROPERTIES AND USES:
  87.      Aluminum is strongly reactive metal.  When aluminum is in
  88. contact with air, aluminum quickly becomes covered with a
  89. transparent layer of oxide that resists further corrosive action. 
  90. Because of this, materials made of aluminum never rust.  Aluminum
  91. also helps to reduce many other metallic compounds to their base
  92. metal.  Example:  When thermite, a mixture of powdered aluminum and
  93. iron oxide is heated the aluminum moves the oxygen quickly from the
  94. iron.  Aluminum melts at 660  C(1120  F) and boils at 2327  C(4221 
  95. F).  Aluminum stands up well against most acids but it is attracted
  96. by strong solutions of alkalies such as ammonia.  Because aluminum
  97. has a high melting point it is used as a furnace lining and for
  98. refractory brick.  Aluminum is also ductile and so it is suitable
  99. for drawing into wire.  It is also malleable and this makes it easy
  100. to roll into sheets and foil.  Aluminum has a strong affinity for
  101. oxygen and never is found in the bold purely metallic condition. 
  102. The oxide layer can be thickened by anodizing.  Anodizing is
  103. oxidation by an electrolysis process.  The anodizing layer can be
  104. dyed and so it becomes useful for architectural panels and
  105. household utensils.  The physical properties of aluminum determines
  106. some of the uses for it.  Because aluminum has a high electrical
  107. conductivity, moderate cost and weights less than almost all metals
  108. except for lithium, beryllium and magnesium, it is used as an
  109. electrical conductor on long distance power lines.  Aluminum is
  110. used to transmit electricity at 700,000 volts or more.  Aluminum's
  111. good heat conductivity and low density make it an ideal material
  112. for making pots, pans, and pistons of internal-combustion engines. 
  113. Because aluminum is malleable and ductile inexpensive and has a low
  114. density, aluminum alloys are used as structural materials in
  115. trains, recyclable food containers and work of art.  Aluminum is
  116. also used as a material in low-temperature nuclear-reactions
  117. because it absorbs relatively few neutrons.  Aluminum becomes
  118. stronger and toughs as it gets cold and it is therefore used at
  119. cryogenic temperatures.  Aluminum could be pressed into a foil
  120. which can wrap food, candy and cigarettes.  Aluminum foil of 0.018
  121. cm could be used to protect food spoilage.  Because of its light
  122. weight it is widely used for making containers, flexible packages
  123. and easy to open bottles and cans.  Aluminum's resistance to
  124. corrosion in salt water also makes it use ful in boat hulls and
  125. various aquatic devices.  Because aluminum has a shiny surface it
  126. is used in coating asbestos fire fighting gear and space units
  127. because it reflects light and heat and keeps the people who wear
  128. them cool.  Aluminum is used in jewellery for its ability to be
  129. polished and dyed.
  130.      Powdered aluminum is used for aluminum paint.  In powder form
  131. it is considered more reactive than in solid state.  That makes it
  132. useful as strong reducing agent for removing oxygen in chemical
  133. process.
  134.  
  135. USES OF ALUMINUM COMPOUNDS:
  136.      Crystalline alumina is used as an abrasive, and in powder form
  137. for column chromatography.  Chromatography is an analysis technique
  138. in which a liquid mixture of compounds is allowed to go down
  139. through a column containing alumina powder.  This causes the
  140. various compounds to separate at different levels.  Aluminum
  141. hydroxide Al(OH)2 is used as a moderant in dying.  Aluminum
  142. hydroxide dissolves in acids to form salts and in alkalis it forms
  143. aluminates.  Sodium aluminate is used as a flocculating agent to
  144. purify water and sewage by coagulating around impurities.  It is
  145. used in paper making aluminum hydroxide.
  146.  
  147. MAKING ALUMINUM HARDER:
  148.      Although aluminum is naturally light and flexible, it is not
  149. strong.  There are two ways in which the strength of aluminum could
  150. be increased.  One is by cold-working: hammering or rolling the
  151. metal at a room temperature.  This compresses the metal and makes
  152. it harder.  The other method is alloying.  The metals most
  153. frequently alloyed with aluminum are copper, magnesium, manganese,
  154. nickel, iron, zinc, and silicon.
  155.      Aluminum on its own is soft, it also owes extraordinary
  156. versatility to the properties it acquires when different elements
  157. are mixed together.
  158. Examples:
  159. -copper makes it stronger.
  160. -boron increases its ability to conduct electricity.
  161. -magnesium makes it corrosion-resistant so that it could be used in 
  162.  boat hulls and kitchen utensils.
  163.      Duralumina is a strong and light alloy of aluminum.  It is
  164. made of small portions of magnesium, copper and manganese.
  165.  
  166. RECYCLING ALUMINUM:
  167.      Since lots of energy is needed to separate aluminum from the
  168. ore so recycling would be a very useful method.  Aluminum is
  169. recovered from cans and other scrap therefore aluminum refining
  170. process is not necessary.  For this reason, aluminum is an energy
  171. saver since recycling requires only 5 % of energy used to produce
  172. the same amount of aluminum from the bauxite.  Aluminum is
  173. considered to be the most recyclable of all metals.
  174.  
  175. WHERE IS BAUXITE FOUND?
  176.      Bauxite have been discovered on every continent except
  177. Antarctica, but the types contain the most alumina are found in the
  178. tropical and sub-tropical parts of the world.  Australia has the
  179. largest deposits.  The world's biggest bauxite mines, at Welpa in
  180. Queensland contain 3,000 million tonnes of ore.  It produce about
  181. 25 % of world's supply.  Also Jamaica, Guinea, Guyana, and Brazil
  182. have large deposits.
  183.  
  184. ALUMINUM COMPANIES:
  185.      Production of most of the world's aluminum is controlled by
  186. just a few companies.  The giant of them is Aluminum Company of
  187. America which has more than fifty factories in different parts of
  188. the world.  Alcan Aluminum Ltd, which is in Canada is also one of
  189. the major companies.  It has factories all over the world for
  190. refining alumina, production alumina and making aluminum products.
  191.  
  192. PRODUCING ALUMINA:
  193.      When bauxite has been mined it is taken to an alumina plant. 
  194. The unwanted parts of the ore is removed to leave aluminum oxide. 
  195. Alumina is still produced by the method that first the crushed and
  196. dried bauxite is mixed with caustic soda and pumped into steam
  197. press ore tanks called "digesters".  The alumina in the bauxite
  198. dissolves leaving a mass of impurities known as red mud.
  199.      The red mud is removed by filtering the mixture under
  200. pressure.  Alumina then is pumped into tanks for the red stage of
  201. the process.  Small amounts of a chemical compound called alumina
  202. trihydrate are added and the mixture is agitated for a day.  As the
  203. mixture cools it causes the liquid alumina to separate into
  204. crystals of pure alumina trihydrate and caustic soda.  The caustic
  205. soda is removed and re-used.
  206.      Alumina is now a damp, creamy substance.  It is ready for the
  207. final stage which is calcination.  The alumina is washed to remove
  208. any traces of caustic soda.  Then it is put into long rotary kilns
  209. which are slowly heated to a temperature of 1,000  C.  This dries
  210. out all the moisture from the alumina leaving a fine white powder.
  211. The powdery alumina is then left to cool and stored in large silos. 
  212. then it is sent to aluminum plant.
  213.  
  214.  
  215.  
  216. DISADVANTAGES OF ALUMINUM:
  217.      Aluminum has a chemical property which is somehow considered
  218. harmful.  Aluminum reacts with both acidic and basic substances to
  219. form soluble aluminum compounds.  Soluble to form soluble aluminum
  220. compounds are harmful to health.  Aluminum foil wrap and cooking
  221. pots made of aluminum reacts with tomato sauce, and dishes
  222. containing vinegar or wine.  Because of this disadvantages good
  223. quality aluminum pots and pans have their cooking surface coated
  224. with inert layer of ceramic or teflon in order to keep the food
  225. separate from aluminum metal surface.
  226.  
  227. SHAPING THE METAL:
  228.      There are 2 main ways of shaping aluminum and aluminum alloys. 
  229. These are known as wrought form and cast forms.
  230.      Wrought forms are made by shaping the solid slabs or billets. 
  231. Cast forms are made by pouring molten metal into moulds.  Wrought
  232. are shaped by rolling.  Cast forms are not as strong as wrought
  233. forms casting is carried out in a foundry.  Aluminum or aluminum
  234. alloy are melted in a furnace and poured into a shaped mould where
  235. the metal hardens and sets.
  236.      There are 2 methods of casting. One is sand casting, where the
  237. metal is poured into sand moulds.  The other is pressure die
  238. casting, the molten metal is forced into metal moulds called dies
  239. under pressure.  The dies are then cooled with water when they are
  240. hard the casting are turned out of the moulds and cleaned.
  241.  
  242. BIOCHEMICAL AND ENVIRONMENTAL HAZARDS OF SMELTING:
  243.      All smelting process produce large amounts of carbondioxide as
  244. a waste product.  Carbondioxide is considered the main gas that is
  245. responsible for the green house effect: the warning of the earth
  246. through changes in the composition of the atmosphere by 20 %. 
  247. Biochemical and environmental hazards of aluminum oxide was by far
  248. the most widely produced toxic waste among the biggest polluters. 
  249. Aluminum oxide is harmful to the respiratory system and linked to
  250. brain damage.  Also white clads of aluminum oxide result by burning
  251. aluminum powder billows from the solid booster rockets that lift
  252. the shuttle.
  253.  
  254.  
  255.  
  256. JOBS CREATED:
  257.      Many jobs are created after the discovery of aluminum. 
  258. Workers are needed to mine the aluminum.  Others are used in
  259. factories to extract the aluminum from the ore.  Since aluminum is
  260. used in manufacturing many different products, workers are needed
  261. to help in the manufacture of these products.
  262.  
  263. ECONOMY:  
  264.      Mining aluminum ores helps the country to become more
  265. prosperous by exporting some of these extracted ores and using the
  266. rest in different types of manufactures.  This also will help the
  267. country by creating more jobs which is another type of helping the
  268. economics of our society since aluminum could be recycled, it is
  269. considered an economizing metal since it uses less energy.
  270.  
  271. COULD SOCIETY DO WITHOUT IT:
  272.      Since aluminum has many different uses and it a recyclable
  273. metal then it is considered an important metal.  Because it is
  274. recyclable it saves lots of energy.  It is also used in different
  275. kinds of industries such as in aircraft bodies, windows frames,
  276. housesidings, cooking utensils, pistons of external combustion
  277. engines, trains and recyclable food containers.  There are lots of
  278. others uses for aluminum that is why it is an important source.
  279.  
  280. FACTS ABOUT ALUMINUM:
  281.      Chemical symbol = Al
  282.      Atomic weight = 26.9815
  283.      Specific gravity = 2.70(over 2 1/2 times as heavy as water).
  284.      Colour = Silver white with a blush tonge.
  285.      Properties = soft, easily shaped, resists corrosion, non-        
  286. manganese, good conductor of heat and electricity, forms
  287.           compounds that are hard to break down.
  288.      Occurrence = third most abundant element in the earth's               
  289. crust(after oxygen and silicon) most abundant metal in           the  
  290. earth's crust.
  291.      Chief Ore = bauxite(named after town of Les Baw in southern
  292.           France, where it was first mined).
  293.  
  294.  
  295.  
  296.  
  297.  
  298.  
  299.  
  300.  
  301.  
  302.  
  303.  
  304.  
  305.  
  306.  
  307.  
  308.  
  309.  
  310.  
  311.  
  312.                               REFERENCE LIST
  313.  
  314. 1.   Dr.  John R. Wilson.  The Rain tree Illustrated Science     
  315. Encyclopedia.  1984
  316.  
  317. 2.   Dineen, Jacqueline.  Focus on Aluminum.  England, Wayland. 
  318.      1988.
  319.  
  320. 3.   Daintith, John.  Facts on file Dictionary Chemistry.  New
  321.      York.  1988.
  322.  
  323. 4.   Steven G. Weinfeld.  Funk and Wagnalls New Encyclopedia. 
  324.      United States.  1876.
  325.  
  326. 5.   Aluminum.  The New how it Works Science and Invention  
  327. Encyclopedia.  1987.
  328.  
  329. 6.   Aluminum.  Science and Technology Illustrated.  1984.
  330.  
  331.  
  332.