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鉄とさまざまな鋼に次いで、アルミニウムは人類にとって最も重要な金属の 1 つです。周期表の元素 13 であり、p ブロックの数少ない金属の 1 つに対応します。非常に軽い金属であることに加えて、アルミニウムは非常に可鍛性が高く、紙よりも薄い非常に薄いシートに加工することができます。
一方、多くのアルミニウム合金は焼き戻しによって非常に強力な構造を得ることができるため、軽量の構造建築材料として使用することができます。最後に、鉄や他の金属とは異なり、アルミニウムは非常に酸化しにくいため、食品や飲料の容器として広く使用されるなど、さまざまな用途に使用できます。
最後に、豊富にあることに加えて、アルミニウムは、主に清涼飲料やスピリッツの缶などのアルミニウム製の部品を溶かして固めることによって、簡単にリサイクルできる金属です。実際、このプロセスは自宅で簡単な方法で行うことができます。トーチがあれば、特別なオーブンを使用してトーチを使用します。これは、私たちの社会の至る所にあるこの材料の熱特性によるものです。
アルミニウムの熱的性質
溶融および凝固によるリサイクルに関連するアルミニウムの熱特性は、融点、融解熱、および熱容量です。
融点：660.323℃
鉄、チタン、および他の多くの遷移金属と比較して、アルミニウムの融点はかなり低いです。たとえば、鉄の融点は 1,538°C、チタンの融点は 1,670°C ですが、他の多くの金属は 2,000°C 近くまたはそれ以上の温度で溶けます。
これにより、特別な装置や過度に複雑な装置を使用する必要がなく、液体アルミニウムを鉄または鋼の容器に入れることができるため、アルミニウムを比較的簡単に溶かすことができます。
家庭用キッチン オーブンはアルミニウムを溶かすのに機能しませんが (家庭用オーブンの最高温度が 300°C を超えることはめったにありません)、電気セラミック キルンは問題なく機能します。これらは、650 °C から 1,350 °C の範囲の温度に達します。一方、耐火ブロックまたはセメントまたはコンクリートを型に流し込み、ブタンまたはプロパンガスバーナー、または石炭でさえ加熱した自家製オーブンは、適切な温度以上に達することができます.
最後に、ブタン (1,430 °C) またはプロパン (1,995 °C) トーチの炎で直接加熱することで、アルミニウムを簡単に溶かすことができます。トーチ。
熱容量 (900 J/kg.°C)
熱容量は、システムの温度を上げるためにシステムに供給しなければならない熱量を決定します。アルミニウムの場合、熱容量は比較的高いです。たとえば、20 °C では鉄のほぼ 2 倍です。これは、鉄と同じ質量のアルミニウムを同じ初期温度と最終温度に加熱するには、2 倍の熱が必要であることを意味します。
ただし、アルミニウムの融点は非常に低いため、熱容量が他の多くの金属よりも高くても問題ありません。これは、1,500 または 2,000°C までではなく、660°C まで加熱するだけでよいためです。
融解熱: 322 – 394 kJ/kg
アルミニウムをリサイクルする際に考慮すべきもう 1 つの重要な物理的特性は、その融解熱です。これは、通常の融点で一定量の物質を溶かすために必要な熱の形のエネルギー量を表します。
物質を溶かしたり溶かしたりすることは、単にそれを融点まで加熱することではありません。この温度に達すると、溶融プロセス自体を実行するために追加の熱量が必要になります。この熱は、温度の上昇を引き起こさないため、潜熱と呼ばれますが、物質の粒子を結合する力を壊すために費やされます。このため、これはリサイクル プロセスのエネルギー分析の重要な部分です。
アルミニウムの融解熱は 322 ～ 394 kJ/kg で、鉄などの他の重要な金属の融解熱 (293 kJ/kg) よりも大きくなります。これは、同じ量のアルミニウムを溶かすよりも、いったん溶ける温度に達すると、鉄を溶かす方が簡単であることを意味します。ただし、鉄はアルミニウムの約 3 倍の密度であるため、同じ量の熱を消費した場合、鉄よりも同じ量の熱からはるかに多くの溶融アルミニウムが得られます。
また、鉄は融点がはるかに高いため、アルミニウムよりも鉄を溶かすのに多くのエネルギーが費やされます。
アルミニウムのリサイクルとアルミニウムの生産
アルミニウムの熱特性を考慮すると、アルミニウムをリサイクルするために投資しなければならないエネルギーの総量は、さまざまなアルミニウム鉱石または鉱物からアルミニウムを生産するために必要な量よりもはるかに少ないことに注意してください。鉱物の抽出プロセス、その破砕、溶解、およびその後の電解還元の間で、アルミニウムの製造にはリサイクルの約 20 倍のエネルギーが消費されます。
自宅でアルミニウムを溶かす方法
上記の情報からわかるように、家庭でアルミニウムを溶かすことは難しくありません。必要なのは、少なくとも 660°C の温度に達することができるオーブン (ただし、実際にはそれ以上の温度が必要です)、または代わりにブタンかプロパンのトーチだけです。
キッチンでフランベ用に使用する松明で十分ですが、長時間燃え続けることができる松明が必要です。
警告！
言うまでもなく、鋳造炉またはそれに相当するもの、および溶融金属を扱う作業は非常に危険であり、非常に深刻な火傷を引き起こす可能性があります。一方、異なる表面に溶融アルミニウムをこぼすと、それらに損傷を与える可能性があります。
さらに、精錬炉の近くでブタンやプロパンなどの圧縮された可燃性ガスを扱う作業も、注意を怠るとかなりの爆発の危険をもたらします。これらすべての理由から、リサイクルのためのアルミ缶の鋳造は、この種のプロセスを実行した経験を持つ責任ある成人のみが実行する必要があります。男の子でも女の子でも、ましてや大人の付き添いなしでは絶対にやるべきではありません。
実際、極端な温度になるこれらの材料を扱うときは、常に子供がいるのを避けることをお勧めします.
残りの部分については、大人も同様に、事故が発生した場合に事故を回避し、その影響を最小限に抑えるために、いくつかの基本的な安全規則を遵守する必要があります。
- 適切な保護具なしで作業しないでください (以下の安全具に関するセクションを参照してください)。
- ゆっくり慎重に作業してください。急ぐと疲労しか残らない、ということわざがありますが、急ぐことは事故のリスクを高めるだけです。
- 換気の良い場所、できれば開けた場所で作業してください。
- ガスオーブン、トーチ、またはバーナーを使用する場合は、ガスホースまたはパイプをオーブンまたは炎の熱から保護し、ガスボンベを火または熱からできるだけ離して配置してください。
- 溶融アルミニウムの入った坩堝は慎重に、焦らずに取り扱ってください。
材料と器具
出発原料として使用するアルミ缶に加えて、アルミニウムを溶解してリサイクルするために必要な必須の道具は次のとおりです。
- 粘土オーブン、電気セラミック キルン、またはプロパンまたはブタン トーチを使用して、アルミニウム サンプルを加熱または溶解します。また、石膏、灰色のセメント、砂の混合物と、サイズの異なる 2 つのポットを使用して独自の製錬炉を作成し、型を作成し、2 つの間のスペースをコンクリート ミックスで埋めることもできます。次に、底近くに穴を開けて空気を注入することで、燃焼中の石炭を炉内に満たし、これを熱源としてアルミニウムを溶かします。
- アルミニウムを加熱して溶かすための蓋または容器付きのるつぼ。原則として、これはアルミニウムよりもかなり高い融点を持つ任意の材料で作ることができます。鉄または鋼のるつぼが機能しますが、陶器、セラミック、磁器、または類似の耐火材料で作られたものも使用できます。
- 溶融アルミニウムで熱いるつぼを操作するための長い金属トング。
- 溶けたアルミを流し込んで固める鋳型。これらは、強力なセラミックまたは金属材料で作ることもできます。1 つのオプションは、珪砂または鋳物砂で満たされた木箱を使用することです。これにより、金型の表面に別のオブジェクトを押し付けて、目的の形状を金型に印刷し、アルミニウム製のオブジェクトのコピーを取得できます。
安全装置
アルミニウムのリサイクルには、高温の使用と非常に高温の溶融金属の取り扱いが必要です。この種の作業には、火傷やその他の事故から肌を守るための安全対策が必要です。このため、次の安全装置が必要です。
- 暑さから私たちを守るサーマルグローブ。キッチン用手袋では不十分です。鍛冶屋が使用するような革の手袋を使用することをお勧めします。
- 万が一の事故から目を守る安全メガネ。
- 腕や足がすっぽり隠れる長めの服。
- 閉じた靴、できれば革。
- 火や高温で作業する場合、消火器が不要になることはありません。
家庭でのアルミニウムのリサイクル手順
ステップ1
オーブンを少なくとも 670°C に予熱して、アルミニウムを溶かすのに十分な温度になるようにします。トーチを使用する予定がある場合は、るつぼをトーチで予熱して溶融を早めることもお勧めします。
ステップ2
るつぼが小さい場合は、オーブンを加熱している間に、金属製のはさみまたはスチール製のペンチを使用して、アルミ缶を細かく砕くか切ることをお勧めします。また、オーブンの近くの場所で、最近リサイクルされた溶融アルミニウムを空にする金型を準備する必要があります. るつぼがいくつかの粉砕された缶を保持するのに十分な大きさである場合、これは必要ないかもしれません.
プロのヒント:アルミニウム飲料缶は、通常、少なくとも 2 種類の異なるアルミニウム合金から作られています。キャップは通常、ある合金で作られていますが、ボディは別の合金で作られています。缶のこれらの部分を分離し、別々にリサイクルして、物理的特性の異なる 2 種類のアルミニウムを得るのは良い考えです。
ステップ 3
すべてのアルミニウムをスチール製の鍋またはるつぼに入れ、金属製のトングを使用してオーブンに入れます。トーチを使用している場合は、トーチでアルミニウムを直接加熱しながら、るつぼまたはスチール製の容器をアルミニウムと一緒にホットバーナーに置いて加熱することができます.
ステップ 4
炉が再び熱くなるまで数分待ち（るつぼを挿入するために炉を開くと少し冷めます）、アルミニウムが加熱されて溶ける時間を与えます. ある種の長い金属棒を攪拌機として使用して、すべてのアルミニウムが溶けていることを確認する必要があります。
ステップ5
サンプル全体が溶けたら、さらに数分間加熱して、温度を融点より上に上げます。これは、アルミが金型に移される前に凝固するのを防ぐためです。アルミニウム溶湯の表面に形成される固形スラグを除去することが重要です。これには、缶のプラスチックコーティングや印刷されたラベルからの不純物や炭素が含まれています。
ステップ6
慎重に金属トングを使用して、溶かしたアルミニウムを金型に流し込み、固まるまで放置します。
ステップ7
アルミニウムが完全に固まったら、金型を冷水に浸して急速に冷却します。
ステップ 8
触って冷めたら、アルミブロックを型から外します。これは、それを裏返して地面または別の硬い表面に叩くことによって達成できます。
参考文献
クリニペディア。(2021 年 9 月 8 日)。アルミニウムをリサイクルする方法。https://www.cleanipedia.com/ar/sustentabilidad/como-se-recicla-el-aluminio.html
物理的な教訓。（nd）。熱容量。https://didactica.fisica.uson.mx/tablas/capcalorificas.htm
フルーク。(2021 年 5 月 9 日)。時間をかけて正確な温度を取得します。https://www.fluke.com/en-us/information/blog/temperature/obtaining-the-correct-temperature-with-the-pass-of-time
フランコ・グレース、A. (2010)。融解潜熱。コンピューターを使った物理。http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm
Merckel, G. (2021 年 4 月 10 日)。自宅でアルミニウムをリサイクルする方法. ユーチューブ。https://www.youtube.com/watch?v=0v5CuqWVASQ
Olmo、M.、およびNarvae、R.（nd）。比熱の表。ハイパーフィジックス。http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Tables/sphtt.html
Portillo, S.R. (2020 年 5 月 25 日)。アルミニウムをリサイクルする方法。greenecology.com。https://www.ecologiaverde.com/como-reciclar-aluminio-2786.html
RP サリラス (2020 年 5 月 12 日)。炎が到達する温度は何度ですか？マーコール・テクレサ。https://mercortecresa.com/blog/que-temperatura-alcanza-una-llama
Weerg。（2020年6月23日）。アルミニウム: 特性、特性および利点。https://www.weerg.com/es/es/blog/aluminio-character%C3%ADsticas-propiedades-y-ventajas
