Hliník je veľmi ľahký kov belavosivej farby, dobrý vodič elektrického prúdu, široko používaný v elektrotechnike a vo forme zliatin v leteckom priemysle a mnohých ďalších odboroch priemyselnej výroby.
Výskyt v prírode
Vďaka veľkej reaktivite hliníka sa v prírode stretávame prakticky iba s jeho zlúčeninami.
Hliník je tretím najviac zastúpeným prvkom v zemskej kôre. Podľa posledných dostupných údajov tvorí hliník 7,5 – 8,3 % zemskej kôry. V morskej vode je jeho koncentrácia veľmi nízka, iba 0,01 mg Al/l a vo vesmíre pripadá na jeden atóm hliníka približne pol milióna atómov vodíka.
Najbežnejšou horninou na báze hliníka je bauxit. Obvykle býva sprevádzaný ďalšími prímesami na báze oxidov kremíka, titánu, železa. Iným významným minerálom je kryolit používaný predovšetkým ako tavidlo na zníženie teploty topenia bauxitu. Minerály na báze oxidu hlinitého patria medzi veľmi významné aj cenené. Korund je na 9. mieste Mohsovej stupnice tvrdosti. Technický oxid hlinitý sa nazýva aj elektrít a je hojne využívaný na výrobu brúsneho papiera.
Drahé kamene, ktorých základným materiálom je oxid hlinitý sa líšia prímesou, ktorá spôsobuje ich charakteristické sfarbenie. Červený rubín je sfarbený prímesou oxidu chrómu, modrý zafír obsahuje predovšetkým stopové množstvo oxidov titánu a železa.
Obe spomínané formy korundu patria k najviac ceneným drahým kameňom na svete, ale majú aj významné využitie v technike. Zafírové hroty vynikajú svojou tvrdosťou a odolnosťou a vybavujú sa nimi špičkové vedecké meracie prístroje. Rubín je známy ako materiál na konštrukciu prvého lasera na svete. Titán-zafírový laser vyniká extrémne krátkymi pulzmi (< 50 fs).
Výroba
Napriek tomu, že hliník patrí medzi prvky najviac zastúpené v zemskej kôre, patrila jeho priemyselná výroba do ešte pomerne nedávnej doby k veľmi náročným procesom. Je to predovšetkým z toho dôvodu, že elementárny hliník nemožno jednoducho metalurgicky vyredukovať z jeho rudy ako napr. železo koksom vo vysokej peci. Až zvládnutie priemyselnej elektrolýzy taveniny kovových rúd umožnilo súčasnú mnohostotonovú ročnú produkciu čistého hliníka.
Pri elektrolýze sa z taveniny zmesi vopred prečisteného bauxitu a kryolitu s teplotou asi 950°C na katóde vylučuje elementárny hliník, na grafitovej anóde vzniká kyslík, ktorý ihneď reaguje s materiálom elektródy za vzniku toxického plynného oxidu uhoľnatého.
Na území niekdajšieho Československa prebiehala od roku 1953 výroba hliníka v slovenskom Žiari nad Hronom, kam sa prevažná väčšina bauxitu dovážala z Maďarska. Výroba primárneho hliníka tu bola ukončená v roku 1998.
Využitie kovového hliníka
Predmety dennej potreby
Kovový hliník nachádza uplatnenie predovšetkým vďaka svojej pomerne značnej chemickej odolnosti a nízkej hmotnosti. Preto sa z neho vyrábajú napríklad niektoré drobné mince, ale aj bežný kuchynský riad a príbory. Po vyvalcovaní do tenkej fólie sa s ním stretneme pod názvom alobal pri tepelnej úprave pokrmov alebo ako ochranného obalového materiálu pre najrôznejšie aplikácie.
Spoločne so striebrom slúži hliník vo forme veľmi tenkej fólie ako záznamové médium v kompaktných diskoch (CD) či už na záznam zvuku alebo ako pamäťové médium vo výpočtovej technike. Táto vrstva sa na plastový podklad obvykle naparuje tichým elektrickým výbojom vo vákuu.
Hliník ako vodič
Vzhľadom na pomerne dobrú elektrickú vodivosť sa kovový hliník používa ako materiál pre elektrické vodiče. Oproti použitiu medi má však niektoré nevýhody: Hliník je krehkejší, vodič sa napr. opakovaným ohybom ľahko zlomí. Priechodom prúdu sa zahrieva a zväčšuje svoj objem. Pokiaľ je hliníkový vodič spojený mechanicky s iným vodičom napríklad pomocou skrutky, potom toto roztiahnutie nemôže prebiehať všetkými smermi rovnako. Ak nie je spoj optimálne navrhnutý, dôjde k plastickej deformácii mäkkého hliníka. Pri ochladení, teda keď prúd prestane vodičom pretekať, sa naopak zmrští rovnomerne vo všetkých smeroch, čo spôsobí, že sa skrutkované kontakty trochu uvoľnia, čím sa zvýši ich prechodový odpor, ktorý následne vedie k zvýšenému zahrievaniu. Navyše sa hliníkový vodič vplyvom pôsobenia vzdušného kyslíka poťahuje vrstvičkou nevodivého oxidu hlinitého a vinou toho sa prechodový odpor medzi vodičom a svorkovnicou ďalej zvyšuje. Hliníkové kontakty majú byť preto pravidelne doťahované, aby sa zmenšilo nebezpečenstvo vzniku požiaru.
Tieto vlastnosti viedli v posledných rokoch k obmedzeniu používania hliníka v prospech medi najmä v domových rozvodoch. Naďalej sa hliník ako vodič bežne používa v diaľkových rozvodoch a priemyselných aplikáciách, ktoré sú pod profesionálnym dohľadom.
Aluminotermia
Vďaka svojej elektropozitivite má hliník značnú afinitu ku kyslíku a ochotne s ním reaguje. Túto vlastnosť využíva aluminotermia – metóda výroby niektorých kovov z ich oxidov za použitia hliníka ako redukčného činidla. Pri uvedenej reakcii sa tiež uvoľňuje značné množstvo tepla a teplota dosahuje dostatočné hodnoty pre roztavenie napr. kovového železa. Nasledujúce reakcie práškového hliníka s oxidom železitým sa predtým často používalo na spájanie železných koľajníc vzniknutým roztaveným železom.
Práškový hliník sa používa aj ako zložka niektorých trhavín, pretože svojou prítomnosťou zvyšuje teplotu explózie aj brizanciu výbušniny.
Zliatiny hliníka
Piest spaľovacieho motora, vyrobený z hliníkových zliatin
Zliatiny hliníka sa využívajú preto, že čistý hliník má pomerne malú pevnosť. Najvýznamnejšími prvkami, ktoré sa vyskytujú v zliatinách s hliníkom, sú meď, horčík, mangán, kremík a zinok. Meď, ktorá môže byť do 12% obsahu, zvyšuje tvrdosť aj pevnosť, nepriaznivo ovplyvňuje tvárnosť a odolnosť proti korózii. Horčík, do maximálneho obsahu 11%, zaisťuje vytvrditeľnosť a zlepšuje odolnosť proti korózii a pevnosť. Mangán, obvykle do 2% obsahu, zvyšuje tvárnosť, pevnosť, húževnatosť a odolnosť proti korózii. Kremík, až do 25% obsahu (u zlievarenských zliatin) alebo 1% (u tvárnych), zvyšuje odolnosť proti korózii a pevnosť. Zinok (max. 6-8%) zvyšuje pevnosť za cenu nižšej odolnosti proti korózii. Železo zvyšuje zlievateľnosť a pevnosť, znižuje tvárnosť a odolnosť proti korózii a to až do 1,5 % obsahu. Nikel zvyšuje teplotnú odolnosť, pevnosť, húževnatosť aj odolnosť proti korózii, jeho koncentrácia v zliatinách je 2% obsahu.
