Tabla de Contenidos
Po żelazie i różnych stalach aluminium jest jednym z najważniejszych metali dla gatunku ludzkiego. Jest to pierwiastek 13 układu okresowego pierwiastków i odpowiada jednemu z nielicznych metali w bloku p. Oprócz tego, że jest bardzo lekkim metalem, aluminium jest niezwykle plastyczne, co pozwala na obróbkę bardzo cienkich arkuszy, cieńszych nawet niż kartka papieru.
Z drugiej strony wiele stopów aluminium można również hartować, aby uzyskać bardzo mocną strukturę, co pozwala na zastosowanie ich jako lekkiego konstrukcyjnego materiału budowlanego. Wreszcie, w przeciwieństwie do żelaza i innych metali, aluminium jest znacznie odporne na utlenianie, co pozwala na jego różnorodne zastosowania, w tym szerokie zastosowanie jako pojemnik na żywność i napoje.
Wreszcie, oprócz tego, że występuje w obfitości, aluminium jest metalem, który można łatwo poddać recyklingowi, głównie poprzez stopienie i zestalenie części wykonanych z aluminium, takich jak puszki po napojach bezalkoholowych czy alkoholach. W rzeczywistości proces ten można przeprowadzić w domu w prosty sposób za pomocą lampy lutowniczej, a jeśli ją posiadasz, specjalnego piekarnika. Wynika to z właściwości termicznych tego wszechobecnego w naszym społeczeństwie materiału.
Właściwości termiczne aluminium
Właściwości termiczne aluminium, które są istotne dla jego recyklingu poprzez topienie i krzepnięcie, to temperatura topnienia, ciepło topnienia i pojemność cieplna .
Temperatura topnienia: 660,323°C
W porównaniu z żelazem, tytanem i wieloma innymi metalami przejściowymi, temperatura topnienia aluminium jest znacznie niższa. Na przykład temperatura topnienia żelaza wynosi 1538°C, a tytanu 1670°C, podczas gdy wiele innych metali topi się w temperaturach bliskich 2000°C lub wyższych.
To sprawia, że topienie aluminium jest stosunkowo łatwe, ponieważ nie wymaga stosowania specjalnego lub zbyt skomplikowanego sprzętu, a ciekłe aluminium może być przechowywane w żelaznych lub stalowych naczyniach.
Podczas gdy domowy piekarnik kuchenny nie nadaje się do topienia aluminium (maksymalna temperatura domowego piekarnika rzadko przekracza 300°C), elektryczny piec do ceramiki wystarczy. Osiągają one temperatury w zakresie od 650 ° C do 1350 ° C. Z drugiej strony domowy piekarnik wykonany z bloczków ogniotrwałych lub cementu lub betonu wylanych do formy i ogrzewany palnikami na gaz butanowy lub propanowy, a nawet węglem, może osiągnąć odpowiednią temperaturę i nie tylko.
Wreszcie możemy łatwo stopić aluminium, ogrzewając je bezpośrednio płomieniem palnika butanowego (1430 °C) lub propanowego (1995 °C), więc nie jest nawet konieczne użycie płomienia acetylenowego, ponieważ konieczne jest stopienie żelaza za pomocą latarka.
Pojemność cieplna (900 J/kg.°C)
Pojemność cieplna określa ilość ciepła, którą należy dostarczyć do układu, aby zwiększyć jego temperaturę. W przypadku aluminium pojemność cieplna jest stosunkowo wysoka. Na przykład jest prawie dwukrotnie większa niż żelaza w temperaturze 20 ° C. Oznacza to, że do podgrzania tej samej masy aluminium co żelaza do tych samych temperatur początkowych i końcowych potrzeba byłoby dwa razy więcej ciepła.
Ponieważ jednak temperatura topnienia aluminium jest bardzo niska, nie ma znaczenia, że jego pojemność cieplna jest wyższa niż w przypadku wielu innych metali. Dzieje się tak, ponieważ musimy podgrzać tylko do 660°C zamiast do 1500 lub 2000°C.
Ciepło topnienia: 322 – 394 kJ/kg
Inną ważną właściwością fizyczną, którą należy wziąć pod uwagę podczas recyklingu aluminium, jest ciepło topnienia. Reprezentuje ilość energii w postaci ciepła, która jest wymagana do stopienia danej ilości substancji w jej normalnej temperaturze topnienia.
Topienie lub topienie substancji nie polega tylko na podgrzaniu jej do temperatury topnienia. Po osiągnięciu tej temperatury do przeprowadzenia samego procesu topienia wymagana jest dodatkowa ilość ciepła. Ciepło to nazywane jest ciepłem utajonym, ponieważ nie powoduje wzrostu temperatury, ale jest wydawane na rozbijanie sił wiążących cząstki substancji. Z tego powodu jest to ważna część analizy energetycznej procesu recyklingu.
Ciepło topnienia aluminium, które wynosi od 322 do 394 kJ/kg, jest większe niż ciepło topnienia innych ważnych metali, takich jak żelazo, które wynosi 293 kJ/kg. Oznacza to, że łatwiej jest stopić żelazo, gdy jego temperatura topnienia zostanie osiągnięta, niż stopić taką samą ilość aluminium. Jednakże, ponieważ żelazo jest prawie trzy razy gęstsze niż aluminium, otrzymujemy znacznie większą objętość stopionego aluminium z tej samej ilości ciepła niż żelazo, jeśli zużywamy taką samą ilość ciepła.
Ponadto, ponownie, ponieważ żelazo ma znacznie wyższą temperaturę topnienia, podobnie więcej energii zużywa się na topienie żelaza niż aluminium.
Recykling aluminium a produkcja aluminium
Należy zauważyć, że biorąc pod uwagę właściwości termiczne aluminium, całkowita ilość energii, którą należy zainwestować w jego recykling, jest znacznie mniejsza niż ilość potrzebna do wyprodukowania go z różnych rud aluminium lub minerałów. Pomiędzy procesem wydobywania minerałów, ich kruszeniem, rozpuszczaniem i późniejszą redukcją elektrolityczną zużywa się prawie 20 razy więcej energii na produkcję aluminium niż na jego recykling.
Jak stopić aluminium w domu
Jak widać z powyższych informacji, stopienie aluminium w domu nie jest trudne. Wystarczy piekarnik, który może osiągnąć temperaturę co najmniej 660°C (choć naprawdę trzeba być wyższą) lub alternatywnie palnik butanowy lub propanowy.
Pochodnie używane w kuchni do flambirowania zdałyby egzamin, chociaż potrzebny jest taki, który może palić się przez długi czas.
OSTRZEŻENIE!
Nie trzeba dodawać, że praca z piecem odlewniczym lub jego odpowiednikiem oraz z roztopionymi metalami jest niezwykle niebezpieczna i może spowodować bardzo poważne oparzenia . Z drugiej strony rozlanie stopionego aluminium na różne powierzchnie może spowodować ich uszkodzenie.
Ponadto praca ze sprężonymi gazami łatwopalnymi, takimi jak butan lub propan, w pobliżu pieca do wytapiania również stwarza znaczne zagrożenie wybuchem, jeśli nie zostanie zachowana ostrożność. Z tych wszystkich powodów odlewanie puszek aluminiowych do recyklingu powinno być wykonywane wyłącznie przez odpowiedzialną osobę dorosłą z doświadczeniem w przeprowadzaniu tego typu procesów. Chłopiec lub dziewczynka nigdy nie powinni tego robić, a tym bardziej bez towarzystwa osoby dorosłej.
W rzeczywistości zaleca się unikanie obecności dzieci podczas pracy z tymi materiałami, które będą w ekstremalnych temperaturach.
Co do reszty, dorośli muszą w ten sam sposób przestrzegać kilku podstawowych zasad bezpieczeństwa, aby uniknąć wypadków i zminimalizować ich skutki, gdyby do nich doszło:
- Nigdy nie pracuj bez odpowiedniego wyposażenia ochronnego (patrz rozdział dotyczący wyposażenia ochronnego poniżej).
- Pracuj powoli i ostrożnie. Z pośpiechu zostaje tylko zmęczenie, jak to się mówi, a robienie rzeczy w pośpiechu tylko zwiększa ryzyko wypadku.
- Pracować w dobrze wentylowanym miejscu, najlepiej otwartym.
- Podczas pracy z kuchenką gazową, palnikiem lub palnikiem należy zabezpieczyć węże gazowe lub rury przed ciepłem piekarnika lub płomienia i umieścić butlę gazową jak najdalej od ognia lub ciepła.
- Z tyglem ze stopionym aluminium należy obchodzić się bardzo ostrożnie i bez pośpiechu.
materiały i instrumenty
Oprócz puszek aluminiowych, których użyjemy jako materiału wyjściowego, podstawowymi narzędziami, których będziemy potrzebować do recyklingu aluminium poprzez topienie, są:
- Piec gliniany, elektryczny piec ceramiczny lub palnik propanowy lub butanowy do podgrzewania lub topienia próbek aluminium. Możemy również wykonać własny piec do wytapiania, używając mieszanki gipsu, szarego cementu i piasku oraz dwóch garnków różnej wielkości, aby stworzyć formę i wypełnić przestrzeń między nimi mieszanką betonową. Następnie, wiercąc otwór w pobliżu dna, aby wprowadzić powietrze, możemy wypełnić piec płonącym węglem i wykorzystać go jako źródło ciepła do stopienia aluminium.
- Tygiel z pokrywką lub pojemnikiem do podgrzewania i topienia aluminium. Zasadniczo można to zrobić z dowolnego materiału, który ma znacznie wyższą temperaturę topnienia niż aluminium. Tygiel żelazny lub stalowy działa, ale można również użyć tygla wykonanego z ceramiki, ceramiki, porcelany lub innego podobnego materiału ogniotrwałego.
- Długie metalowe szczypce do manipulowania gorącym tyglem z roztopionym aluminium.
- Formy odlewnicze , gdzie wlać stopione aluminium, aby mogło się zestalić. Mogą być również wykonane z dowolnego mocnego materiału ceramicznego lub metalowego. Jedną z opcji jest użycie drewnianej skrzyni wypełnionej piaskiem krzemionkowym lub piaskiem formierskim. Pozwoli nam to wydrukować pożądany kształt na formie poprzez dociśnięcie innego przedmiotu na jej powierzchni i tym samym uzyskać kopię przedmiotu wykonaną z aluminium.
Sprzęt bezpieczeństwa
Recykling aluminium wymaga stosowania wysokich temperatur i obchodzenia się z bardzo gorącym stopionym metalem. Ten rodzaj pracy wymaga stosowania środków bezpieczeństwa chroniących naszą skórę przed oparzeniami i innymi wypadkami. W tym celu potrzebujemy następującego wyposażenia ochronnego:
- Rękawiczki termiczne , które ochronią nas przed upałem. Rękawice kuchenne to za mało. Lepiej jest używać skórzanych rękawiczek, takich jak te używane przez kowali.
- Okulary ochronne chroniące oczy przed wszelkimi wypadkami.
- Długie ubranie , które dobrze zakrywa nasze ręce i nogi.
- Buty zamknięte , najlepiej skórzane.
- Gaśnica nigdy nie jest zbędna, gdy pracujemy z ogniem i wysokimi temperaturami.
Procedura recyklingu aluminium w domu
Krok 1
Rozgrzej piekarnik do co najmniej 670°C, aby upewnić się, że temperatura jest wystarczająco wysoka do stopienia aluminium. Jeśli planujesz pracować z palnikiem, dobrym pomysłem jest również wstępne podgrzanie tygla palnikiem, aby przyspieszyć topienie.
Krok 2
Jeśli tygiel jest mały, podczas rozgrzewania piekarnika zaleca się zmiażdżenie lub pocięcie puszek aluminiowych na małe kawałki za pomocą metalowych nożyczek lub stalowych szczypiec. Należy również przygotować formy, w których będziesz opróżniał roztopione aluminium niedawno poddane recyklingowi w miejscu w pobliżu pieca. Jeśli tygiel jest wystarczająco duży, aby pomieścić kilka zgniecionych puszek, może to nie być konieczne.
Pro Tip: Aluminiowe puszki na napoje są zwykle wykonane z co najmniej dwóch różnych stopów aluminium. Nasadka jest zwykle wykonana z jednego stopu, a korpus z innego. Warto oddzielić te części puszki i poddać je osobnemu recyklingowi, aby uzyskać dwa różne rodzaje aluminium o różnych właściwościach fizycznych.
Krok 3
Umieść całe aluminium w stalowym garnku lub tyglu i za pomocą metalowych szczypiec włóż je do piekarnika. Jeśli pracujesz z pochodnią, możesz umieścić tygiel lub stalowy pojemnik z aluminium na gorącym palniku, aby go ogrzać, podczas gdy ty bezpośrednio ogrzewasz aluminium pochodnią.
Krok 4
Poczekaj kilka minut, aż piec ponownie się nagrzeje (nieco ostygnie, gdy otworzysz go, aby włożyć tygiel) i daj aluminium czas na rozgrzanie i stopienie. Powinieneś sprawdzić, czy całe aluminium jest stopione, używając jakiegoś rodzaju długiego metalowego pręta jako mieszadła.
krok 5
Gdy cała próbka się stopi, pozwól jej podgrzewać jeszcze przez kilka minut, aby podnieść temperaturę powyżej temperatury topnienia. Ma to na celu zapobieganie zestalaniu się aluminium przed przeniesieniem go do form. Ważne jest, aby usunąć stały żużel, który tworzy się na powierzchni stopionego aluminium. Zawiera zanieczyszczenia i węgiel z plastikowej powłoki puszki i wydrukowanych etykiet.
krok 6
Ostrożnie i za pomocą metalowych szczypiec wlej stopione aluminium do form i odstaw, aż stwardnieje.
krok 7
Gdy aluminium całkowicie stwardnieje, można je szybko schłodzić, zanurzając formę w zimnej wodzie.
krok 8
Po ostygnięciu w dotyku nadszedł czas na rozformowanie aluminiowego bloku. Można to osiągnąć, odwracając go i stukając nim w ziemię lub inną twardą powierzchnię.
Bibliografia
Cleanipedia. (2021, 8 września). Jak poddać recyklingowi aluminium . https://www.cleanipedia.com/ar/sustentabilidad/como-se-recicla-el-aluminio.html
Dydaktyka fizyczna. (nd). pojemności cieplne . https://didactica.fisica.uson.mx/tablas/capcalorificas.htm
Fuks. (2021, 9 maja). Uzyskanie właściwej temperatury w czasie . https://www.fluke.com/en-us/information/blog/temperature/obtaining-the-correct-temperature-with-the-pass-of-time
Franco Grace, A. (2010). Utajone ciepło topnienia . Fizyka z komputerem. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm
Merckel, G. (2021, 10 kwietnia). Jak poddać recyklingowi aluminium w domu . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=0v5CuqWVASQ
Olmo, M. i Narvae, R. (nd). Tabela określonych biegów . Hiperfizyka. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Tables/sphtt.html
Portillo, SR (2020, 25 maja). Jak poddać recyklingowi aluminium . greenecology.com. https://www.ecologiaverde.com/como-reciclar-aluminio-2786.html
Salillas, RP (2020, 12 maja). Jaką temperaturę osiąga płomień? Mercor Tecresa. https://mercortecresa.com/blog/que-temperatura-alcanza-una-llama
Weerg. (2020, 23 czerwca). Aluminium: charakterystyka, właściwości i zalety . https://www.weerg.com/es/es/blog/aluminio-character%C3%ADsticas-propiedades-y-ventajas
