Aluminium, grunnstoff som tilhører gruppe 13 i grunnstoffenes periodesystem. Sølvhvitt, uedelt metall. Navnet er avledet av den latinske betegnelse alumen for alun, en aluminiumforbindelse som har vært kjent helt fra oldtiden.

I naturen forekommer aluminium bare kjemisk bundet som kationisk aluminium, Al3+, først og fremst i silikater (feltspat, glimmer, kaolinitt og leire) og som oksid (korund, rubin, safir og smergel). Alt i alt regner man med at aluminium utgjør 8,4 % av den faste jordskorpens masse, bare oksygen og silisium utgjør mer. Praktisk talt alt aluminium som produseres, fremstilles av det vannholdige aluminiumoksidet bauxitt, som inneholder 50–65 % aluminiumoksid. Navnet skriver seg fra Les Baux i Rhônedalen i Sørøst-Frankrike, hvor mineralet først ble funnet.

Store produsenter er Australia, Jamaica og Guinea. Guinea har også de største kjente reserver av bauxitt. Alt i alt anslås Jordens reserver av økonomisk nyttbare bauxittforekomster til å være 15–20 milliarder tonn. Med den vestlige verdens nåværende forbruk på 60–70 millioner tonn per år skulle dette kunne dekke behovet for de neste 200–300 år.

Foruten å være et typisk lettmetall, kan aluminium lett formes og bearbeides ved valsing, pressing, ekstrudering, trekking og trykking. Det lar seg f.eks. valse eller hamre til folier med en tykkelse på bare 0,001 mm. Det egner seg dessuten utmerket til fremstilling av støpegods. For mange anvendelser har aluminium imidlertid ikke tilstrekkelig styrke, men den kan forbedres vesentlig ved legering med andre metaller. (Se aluminiumlegeringer.)

Den elektriske ledningsevnen til aluminium er nesten to tredeler av kobberets. Dette, sammen med lav densitet og en relativt lav pris, gjør at aluminium (ofte med en stålkjerne) brukes mye til elektriske formål, bl.a. i elektriske kraftledninger hvor tyngden ved siden av ledningsevnen spiller en vesentlig rolle. Aluminium viser stor motstandskraft mot korrosjon (oksidasjon) i luft fordi metallet på overflaten dekkes av en tynn, sammenhengende, fastsittende og gjennomsiktig oksidfilm (tykkelse ved alminnelig temperatur 0,01 mm) som beskytter metallet mot videre oksidasjon. Ved anodisk oksidasjon etter eloksalmetoden (se eloksering) eller ved behandling med kromater etter alodinmetoden m.fl. kan oksidfilmen forsterkes.

Aluminium angripes av sterke syrer og baser, mens det beskyttende laget av aluminiumoksid gjør det fullstendig motstandsdyktig både i kaldt og varmt vann og mot svake syrer ved alminnelige temperaturer. Når aluminium angripes av sterke syrer og baser, oksideres det av H+-ionene i vann, under dannelse av den eksplosive gassen hydrogen. Uventede baseangrep har skjedd når aluminium har kommet i kontakt med det sterkt basiske porevannet i alminnelig betong, og eksplosjonsulykker har blant annet oppstått når betongrester i båter med lagertanker i aluminium har blitt fuktig.

I sine forbindelser finnes aluminium oftest som treverdig kation, Al3+. Siden aluminium ikke har d- eller f-elektroner, er Al3+ i vandig løsning fargeløst. Dette gjelder også for aluminiumforbindelser såfremt det ikke inngår andre kationer eller anioner som gir opphav til farge. Mange aluminiumforbindelser inneholder krystallvann og danner store, velutviklede krystaller ved inndampning av vandige løsninger. Aluminiumforbindelser har mange tekniske anvendelser. Aluminiumforbindelser viser likheter med de langt mindre hyppig forekommende, analoge galliumforbindelser.

I den moderne fremstillingsprosessen for aluminium med bauxitt som råstoff blir bauxitten omdannet til rent aluminiumoksid, også kalt alumina. Dette skjer så å si utelukkende etter den såkalte bayerprosessen, som ble utviklet av østerrikeren K. J. Bayer i 1887. Poenget er å fjerne forurensninger av titan-, silisium- (1–4 %) og jernoksider (opp til 25 %). Etter denne metoden blir finmalt bauxitt holdt oppvarmet i autoklaver i 6–8 timer med konsentrert natronlut (45 %) ved 150–180 °C og ved et trykk på 6–8 atm. Dermed blir bauxittens aluminiumkomponenter oppløst som natriumaluminat, mens forurensninger blir uløst tilbake.

Oppløst aluminium felles ut som aluminiumhydroksid, Al(OH)3, som ved gløding ved 1200–1300 °C overføres til vannfritt oksid, Al2O3. Det vannfrie oksidet løses så i smeltet kryolitt, og smelten elektrolyseres ved ca. 960 °C i kullfôrede ovner. Ovnsfôringen gjør tjeneste som katode. Anodene, hvorav det gjerne er flere, henger ned i smelten ovenfra, og er enten på forhånd ferdigbrente kullblokker, «prebaked» elektroder, eller også kontinuerlige søderbergelektroder som brennes og fornyes under bruk. I begge tilfeller fremstilles anodene av petrolkoks med bek som bindemiddel.

Elektrolysen utføres i store elektrolyseenheter med opptil 200 seriekoblede ovner ved en spenning på ca. 4–5 V, og strømmen kan ved moderne anlegg gå helt opp i 250 000 A.

Aluminiumproduksjon er meget energikrevende. Prosessforbedringer har medført reduksjon i energiforbruket fra ca. 40 kWh per kg aluminium i 1900 ned i 12–14 kWh per kg i de mest effektive nåværende anleggene. Det utskilte og flytende metallet synker til bunns i elektrolyseovnen og fjernes med jevne mellomrom og støpes til barrer.

Ved anoden frigjøres oksygen under dannelse av gassene karbonmonoksid og karbondioksid, og anoden brenner derfor etterhvert opp. Sammen med karbonoksidene dannes også enkelte fluorholdige gasser som stammer fra elektrolyttsmeltens innhold av fluorider. Fluorforbindelsene er miljøskadelige og må fjernes mest mulig fra avgassene. Før effektive renseanlegg ble operative, ble skader påført omgivende vegetasjon (f.eks. rundt Årdal).

Fremstilling av 1000 kg aluminium krever 2000 kg alumina og medfører forbrenning av 650 kg karbon fra anodematerialet. Elektrolytisk fremstilt aluminium har en renhetsgrad på 99,4–99,8 % aluminium. Superrent aluminium har en renhetsgrad på 99,999 %, og ved spesielle metoder oppnås opptil 99,99999 % rent aluminium.

I årenes løp har det vært gjort mye arbeid for å utnytte andre aluminiumholdige forekomster enn bauxitt, f.eks. leire. Metoder for utnyttelse av slike forekomster er bl.a. i bruk i Russland, hvor en del aluminium fremstilles av nefelin, et aluminiumholdig silikat som det også er forekomster av i Norge. Her i landet har interesse vært rettet mot de store forekomstene i Sogn og Fjordane av anortositt med ca. 30 % aluminiumoksid. Norge har ikke noen bauxittforekomster, og da det i Norge heller ikke er noen fabrikk for fremstilling av aluminiumoksid, har våre aluminiumverk, bortsett fra Høyanger fra slutten av 1920-årene til 1970, måttet basere sin produksjon på importert aluminiumoksid.

I Høyanger ble aluminiumoksidet produsert på stedet etter professor Harald Pedersens metode. Den gikk ut på å smelte bauxitt med kalkstein og koks i elektrisk ovn. Som biprodukt fikk man råjern fra bauxittens jernholdige komponenter.

Av de mest brukte metallene er aluminium det mest energikrevende å fremstille. I tillegg til energiøkonomiseringstiltak, som resirkulering av metall, er mange forsøk gjort for å komme frem til mindre energikrevende fremstillingsmetoder. Særlig er det to interessante metoder, tothprosessen og alcoaprosessen. Begge skriver seg fra 1973, og bruker aluminiumoksid som utgangsprodukt. Istedenfor å elektrolysere smeltet oksid, blir oksidet først omdannet til aluminiumklorid ved oppvarming sammen med koks i en klorstrøm: Al2O3+3C+3Cl2 = 2AlCl3+3CO.

Ved tothprosessen blir så aluminiumkloridet redusert til aluminium med metallisk mangan ved 230 °C og 4 atm trykk: 2AlCl3+3Mn = 2Al+3MnCl2. Ved alcoaprosessen blir aluminiumkloridet løst i en alkali-jordalkalismelte som så blir elektrolysert. Elektrolysen oppgis å bruke 30 % mindre energi enn Hall–Héroult-prosessen og sies å være mer miljøvennlig enn denne. Metodene er utprøvet i forsøksanlegg, men de byr begge på betydelige problemer, og mye utviklingsarbeid gjenstår hvis prosessene skal bli konkurransedyktige.

Verdensproduksjonen av aluminium har økt fra ca. 7000 tonn i 1900 til 23 178 (1000) tonn i 2001. De største produsentlandene er Kina, Russland, USA og Canada. Norges produksjon utgjør knapt 5 % av verdensproduksjonen. Under normale forhold blir over 90 % av Norges produksjon eksportert.

Norge kom tidlig med i aluminiumproduksjonen, slik også andre land med rikelig tilgang på billig vannkraft gjorde. Allerede i 1908 ble det første aluminiumverk satt i gang i Stongfjorden i Sunnfjord og i 1909 ved A/S Vigelands Brug i Vennesla.

Aluminium og aluminiumlegeringer brukes i transport- og kommunikasjonsmidler (biler, busser, jernbane- og sporvogner, fly, skip osv.), i bygningsindustrien til tak- og veggbekledning og bærende profiler, til innredninger og dekorative formål. I form av folier anvendes aluminium som emballasjemateriale (tuber, bokser, kapsler, lokk, innpakningsmateriale), som tråd til elektriske ledninger og kabler, som plater til fremstilling av et utall av bruksgjenstander, husholdnings- og kjøkkenutstyr, kar og beholdere til bruk i næringsmiddelfabrikker, meierier, bryggerier osv.

Aluminiumpulverets brennbarhet benyttes ved aluminotermisk fremstilling av metaller og ved sveising etter termittmetoden. Termitt er en blanding av aluminiumpulver og jernoksid. Ved antennelse reagerer aluminium med jernoksidet under dannelse av jern og samtidig utvikles så sterk varme at jernet smelter. På samme prinsipp bygger aluminotermisk fremstilling av metaller som krom, mangan, vanadium m.fl. Brannbomber inneholder også termitt i blanding med andre brennbare stoffer. Aluminium anvendes også i fyrverkeri-industrien og i aluminiummaling.

Til tross for at aluminium er det metallet som det finnes mest av i jordskorpen, har det en svært kort historie sammenlignet med metaller som jern, kobber, sink, bly, tinn, sølv og gull. De første små korn av metallisk aluminium ble fremstilt så sent som i 1825 av den danske fysikeren H. C. Ørsted. Han varmet aluminiumklorid opp med kaliumamalgam, og aluminiumamalgamet som ble dannet ble spaltet ved destillasjon i kvikksølv og aluminium. Et noe bedre resultat oppnådde den tyske kjemikeren F. Wöhler to år senere ved å benytte metallisk kalium som reduksjonsmiddel.

Neste skritt i utviklingen skyldes den franske kjemikeren Henri St.-Claire Deville. Ved å redusere natriumaluminiumklorid med metallisk natrium fremstilte han i 1854 den første kompakte blokken av aluminium, og i 1855 ble dette aluminium, det såkalte «sølv av leire», vist som en av de store sensasjoner på verdensutstillingen i Paris. Med en pris på ca. 500 kr per kg var det nye metallet mer verdifullt enn gull. Det var derfor i sannhet en kostelig gave keiser Napoleon 3 mottok da han fikk overrakt et middagsservise i aluminium. Så verdifull var gaven at det bare var hedersgjestene ved de store gallamiddager som fikk maten servert på disse tallerkenene. De øvrige gjestene måtte nøye seg med vanlige gulltallerkener. En mer alminnelig bruk var utelukket på grunn av prisen.

Frem til 1890 ble bare ca. 200 tonn aluminium fremstilt etter Devilles metode, og store kvanta ble først tilgjengelig etter 1886 da den moderne fremgangsmåten ble oppfunnet av franskmannen Paul-Louis-Toussaint Héroult (1863–1914) og amerikaneren Charles Martin Hall (1863–1914). Så å si samtidig og uavhengig av hverandre kom disse to kjemikerne frem til at aluminium kan fremstilles ved elektrolyse av en smelte bestående av aluminiumoksid og mineralet kryolitt (natriumheksafluoroaluminat, Na3AlF6). Riktignok hadde både Deville og uavhengig av ham den tyske kjemikeren R. W. Bunsen allerede i 1854 fremstilt aluminium ved elektrolyse av smeltet natriumaluminiumklorid, men prosessen ble ikke utviklet videre fordi elektrisk energi på den tiden var for dyr.

I fordøyelsessystemet hindrer aluminium opptak av fluorider, fosfater, kalsium og jern. I blodet kan aluminium føre til alvorlige nevrologiske symptomer. EU-regler setter grenseverdi 200 μg/dm3 for aluminium i vann. Bruk av aluminiumkokekar osv. er ansett som helt ufarlig i denne sammenhengen, men koking av konsentrerte frukter, f.eks. rabarbra, bør unngås.

I sur jord finnes giftige former av aluminium, bl.a. Al3+, som hemmer vekst av røtter, ødelegger rotsystemet og begrenser planteproduksjonen, spesielt i tropiske områder. I jord med organisk materiale kan chelatorer (organiske forbindelser som binder et metall til seg og forandrer tilgjengeligheten eller giftigheten av metallet, f.eks. humus) redusere konsentrasjonen av fritt aluminium. Al3+ kan danne kompleks med organiske syrer som f.eks. eplesyre (malat) og sitronsyre, og aluminium kan felles ut i reaksjon med uorganiske og organiske fosforforbindelser. Noen kultivarer av landbruksvekster lager proteiner som skilles ut fra rotspissene og gir økt aluminiumtoleranse.

Verden Norge
1910 42 0
1939 703 25
1960 4 543 171
1985 15 620 724
1990 18 120 871
1993 19 580 887
2001 23 178 1100
Kjemisk symbol Al
Atomnummer 13
Relativ atommasse 26,98154
Smeltepunkt 660,1 °C
Kokepunkt 2520 °C
Densitet 2,699 g/cm3
Oksidasjonstall III
Elektronkonfigurasjon [Ne]3s23p

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

25. april 2012 skrev Ketil Rye

Utviklingen i Al-industrien går kjapt for tiden. De største ovnene i drift er nå på 500 000A (500kA) og Rio Tinto Alcan (RTA) tester en ovn på 600kA. Det reklameres med at energiforbruket i de største ovnene i Kina nærmer seg 11-tallet.

30. april 2012 skrev Bjørn Pedersen

Takk for innspillet, men jeg tror ikke det er nødvendig å endre artikkelen. Alle er trolig klar over at utviklingen fortsetter og at hvis man vil ha det nyeste så må man lete etter det andre steder.

3. april 2013 skrev Leif Sletvold

Det er to nesten likelydende avsnitt om aluminium, syrer mm og motstandsdyktighet. De følger umidelbart etter hverandre i første del av artikkelen.

3. april 2013 skrev Svein Askheim

Jeg finner ikke noen gjentakelse...

3. april 2013 skrev Leif Sletvold

Se under overskriften "Kjemiske egenskaper", siste del av 2. avsnitt og første del av 3. avsnitt.

26. juli 2013 svarte Erik Dyrhaug

Da har jeg fjernet det ene (første) av duplikatene. Takk for tips!

Hilsen Erik i redaksjonen

3. april 2013 skrev Svein Askheim

åja, bra observert. Her kunne du bare gått inn og redigert. Slike ting ligger igjen som følge av digitaliseringen.

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.