производствени

Напоследък много се говори за алуминий като заместител на стоманата, както и за графен като нов материал с безброй приложения. Поради тази причина реших да направя първоначално проучване, което се надявам да бъде отправна точка за анализ на пазара и околната среда.

Първо и най-важното, бих искал да благодаря на Javi Robles за вдъхновението на тази статия и за неговия мъдър коментар относно удобството при изследване на така наречените заместващи продукти, сред които можем да включим както материали, които отдавна са включени в живота ни, така и материали отново.печат.

След този параграф ще започна с по-основни и добре познати материали и накрая ще завърша с графен, който според чудесата, които се обсъждат в някои медии, изглежда е маната на 21-ви век и тази, която блести отвъд небето въпреки най-скромния и черен произход.

Стомана

Материал, роден от сливането на желязо и въглища, произходът му датира от 3000 г. пр. Н. Е. според някои археологически проучвания. Този материал е използван за безброй цели, от производството на огнестрелни оръжия до изграждането на корпуса на лодки, автомобили, прибори, форми, механична обработка и др.

Малко можем да открием за стоманата, която все още не знаем. Той е добър проводник на електричество и топлина и в сравнение с алуминия е по-лесен за рециклиране и има по-висока твърдост на повърхността. Днес е така присъства в повечето от това, което ни заобикаля.

Ръстът в търсенето скочи рязко в индустриалната революция, тъй като това беше материалът, с който бяха направени мечтите ни за машини, увеличаващи производителността, транспортна революция и фабрики, които обещаваха време на разкош и изобилие, всички направени с парчета желязо. В наши дни това е основен материали за много индустрии и в производството като цяло.

The световно производство на стомана бруто през 2014 г. достигна 1,662 милиона тона.

Алуминий

Съществуват известни противоречия за това кой да припише „изобретението“ на алуминия и този противоречие идва от факта на степента на чистота, постигната в резултат на процесите, разработени от Ханс Кристиан Ерстед. През 1825 г. г-н Oersted успя да синтезира алуминий, но той не беше напълно чист. През 1827 г. Фридрих Вьолер успява да получи алуминий благодарение на редукцията на алуминиев хлорид и с използването на калий, въпреки че съдържа оксиди и други примеси. През 1845 г. той подобрява процеса, като елиминира достатъчно примеси, за да го счита за алуминий и да представи характеристиките му. И накрая, в 1888 г., Charles Martin Hall произвежда първия търговски алуминий във фабриката на Pittsburgh Reduction Company, сега известна като Алкоа. The цените паднаха до една шеста само за пет години. Дотогава алуминият беше луксозен артикул с висока цена поради производствените разходи, превръщайки се в по-достъпен материал.

Сред най-забележителните му характеристики е неговата устойчивост на корозия и окисляване, си тегло (около една трета от теглото на мед или стомана), състоянието му като немагнитен материал, неговото няма токсичност, непропускливост и висок капацитет за рециклиране в 100% без загуба на собственост. Не е изненадващо, че това е най-широко използваният метал след стоманата, тъй като предлага практически всички характеристики на стоманата с предимство на теглото и устойчивостта на корозия и окисляване. За да получите представа за издръжливостта на материала, някои анализи изчисляват, че около 75% от целия алуминий, произведен през цялото му съществуване, все още се използва.

Метод за получаване

От самото начало проблемът беше да се намери метод за извличане на печалба в промишлени количества. Копаенето на боксити беше скъпо и трудно. Алкоа го намери.

В момента екстракцията се извършва от минерала, известен като боксит, чрез последователна електролиза.

Основна ахилесова пета

Основният недостатък на алуминия се крие във високото количество необходима електрическа енергия, което увеличава производствените разходи. Той обаче има ниски разходи за рециклиране и следователно дълъг експлоатационен живот. Рециклирането представлява спестяване на енергия от 95% в сравнение с получаването на алуминий за първи път.

Приложения

* Електрически сектор: Транспортът на електроенергия е по-ефективен с алуминий, отколкото с мед.

* Комуникационен сектор: Антени за телевизия и сателити.

* Автомобилна индустрия: По икономически причини. Отливни части и профили за екструдиране като бутала, колела, редуктори, окачени възли, радиатори и конструкции или тела.

Лекотата, намаляване на теглото на автомобила до 30% (икономия на гориво и по-нисък процент на замърсяване).

* Железопътен сектор: Алуминий в локомотиви. Икономиите на енергия се постигат, тъй като алуминият е лек материал.

* Строителство: Използването му е най-голямо в Испания сред металите. Конструкции на прозорци и врати.

* Хранене: Консерви, алуминиево фолио, тетра тухла,. Те защитават съдържанието за дълги периоди и избягват токсичността, тъй като алуминият в сравнение със стоманата е нетоксичен. През 2006 г. две от всеки три кутии за напитки бяха рециклирани.

* Лекарства: В самите обвивки.

The световно производство на алуминий през 2014 г. надвишава 50 милиона тона.

Полиетилен с висока и ниска плътност

Пластмасите са все по-ценни в автомобилната индустрия, замествайки стоманата в много случаи. Въпреки това ще се спра на един тип пластмаса много конкретно, полиетилен с висока плътност, материал, използван за производство на по-леки, по-здрави и евтини резервоари и големи плавателни съдове отколкото техните метални колеги. Този материал се състои от полиетиленови смоли.

Основните предимства са:

- Той не променя свойствата (миризмата и вкуса) на продукта (вода, храна.), Че той съхранява, нито го замърсява.

- Устойчив на корозия.

- Устойчивост на счупване, без пукнатини или течове.

- Лесно инсталиране, транспорт и поддръжка.

Използвайте

* Д.опаковане на хранителния сектор

Бутилки за вода, контейнери за маргарин, торби за боклук (с ниска плътност).

* Съхранение

Резервоари за съхранение, контейнери за боклук.

* Тръбопроводи

За провеждане на вода или друг елемент.

* Играчки

През 2007 г. беше изчислено, че една трета от играчките са направени от този материал.

Въглеродни влакна

Получава се чрез свързване на синтетични влакна (въглеродни нишки, полимер, превърнат във влакно) със смолас. Производственият процес може да продължи дори месеци в зависимост от търсеното качество, тъй като има много видове въглеродни влакна.

Неговите характеристики включват неговата лекота, ниска плътност (4,5 пъти по-малка от стоманата), нейната изолация и нейната издръжливост както физически (три пъти по-висок от стоманата и устойчив на корозия, пожар и химикали), така и временни.

Използвайте

* Автомобилен сектор: Подсилените въглеродни влакна се използват за намаляване на теглото на превозните средства, а оттам и на разходите за гориво и генерираното замърсяване.

* Авиационен сектор: Самолетите на Boeing използват този материал.

* Висококачествени артикули с висока производителност: От ски до въдици, велосипеди или голф клубове.

Фибростъкло

Подходящ материал за работи близо до морето или водата, каквато е имунизиран срещу корозиян. Поради това се счита, че той може да бъде заместител на стомана с цимент (или подобен) в строителния сектор.

Използвайте

* Конструкция: Циментови хоросани, азбестов заместител, декорация.

Графен

Известно от 30-те години, беше през 2004 г., когато руснаците Новолесов и Гейм успяха да го изолират при стайна температура, като получиха Нобелова награда за 2010 г. и доказаха, че теорията, преобладаваща дотогава, не е вярна, че това е материал, твърде нестабилен за използване. The графен се образува чрез получаване на a атомна структура с чист въглерод с форма на клеткашестоъгълна s с дебелина на един атом и обвързан с ковалентни връзки, перфектна структура, която проявява симетрия. Получава се от графит, който вече се използва за направата на оловото за моливи. Сред неговите характеристики можем да подчертаем, че е така много лек, гъвкав, твърд като диамант, устойчиви, много добър проводник на електричество (сто пъти по-добре от силиций и мед) и топлина и накрая много стабилна при условия на налягане,

Проблемът се крие в трудност за получаване тъй като не е лесно да се попречи на други молекули да "замърсят" резултата, като променят структурата и по този начин губят прекрасните свойства, приписвани на този материал. Поради тази причина този материал обикновено се получава в университети и в много малко компании, тъй като целта му е експериментална. Трудността и цената на процеса на получаване са такива, че някои компании продават графит, сякаш е графен, а също и графен с несъвършенства, като губят голяма част от характеристиките, които определят този материал. Накратко, Получаването на графен е трудно, скъпо и замърсяващо и в момента се произвежда в малки количества, обикновено в лаборатории под формата на филми за изследователски проекти. The предизвикателството е да се произведе материалът в индустриален мащаб на разумна цена, тъй като в момента това беше получаването на алуминий.

Получаване на методи

* Отстранете графита с лепяща лента

С този метод се получава висококачествен графен, но производството е малко и следователно не е жизнеспособно от промишлена гледна точка.

По-високо производство, но недостатъчно качество.

Презентация

* В лист: Високо качество, поддържа свойства. Използва се в електрониката, авиацията. Ниско количество и скъпо.

* Прах: Ниско качество, губи свойства. По-високо производство и по-евтино.

По отношение на продуктите, които излизат на пазара, на практика само наблюдавам експериментални приложения и лабораторни изследвания. Въпреки това, за да добия представа за големината на неговите предимства и висок потенциал, ще изложа някои приложения, които биха могли да имат, след като въпросът за жизнеспособния процес от индустриална гледна точка бъде решен (голямо производство на разумна цена). Трябва да вземем предвид случая с алуминий, който е бил луксозен обект, докато не бъде намерен начин за производството му в маса, както изложихме по-горе.

Някои приложения:

* Енергия

Неговата устойчивост, изолационен капацитет, атомна конфигурация и способност да се възползват от енергията го правят идеалният материал за електроцентрали от всякакъв вид, както ядрени, комбиниран цикъл, топлинна, водноелектрическа, слънчева.

Вече се произвеждат прозрачни слънчеви панели, които могат да позволят използването им по фасадите на сградите, излагащи по-голямо количество повърхност и в допълнение, по-голямо получаване на енергия от слънцето. Графенът ще осигури необходимата прозрачност и гъвкавост.

Водородните батерии, които използват графен като изолационен материал за споменатия водород, се изследват. Той може да се използва за съхраняване на енергия, което позволява да се реши едно от предизвикателствата, които производството на електроенергия и загубата на излишък представляват днес. Говори се за специфичното му използване в електродите и мембраните на протонообменните горивни клетки. По същия начин се изследва капацитетът за съхранение в несъвършен графен и използването му като суперкондензатори.

* Шофиране

Той се счита за свръхпроводник, така че може да позволи предаване на енергия на много дълги разстояния от точката му на произход, независимо колко отдалечена е до местоназначението си. Позволява по-малко и по-бързо производство на чипове.

Също така, неговата проводимост може да го направи заместител на материали като злато, мед или силиций.

* ДА СЕизтичане на графен

Състои се от комбинацията на графен с пластмаси и метали, които осигуряват голяма лекота и устойчивост. Самолети, сателити, коли, сгради. всичко това и много други биха могли да се направят с графен.

През 2015 г. беше представен автомобилът GTA SPANO, произведен частично с графен.

* телефони

Интересът от страна на индустрията за мобилни телефони е към използването му. Всъщност от 2015 г. вече има експериментален прототип (батерия, сензорни екрани с по-голяма чувствителност и по-ниска консумация на енергия и следователно по-голяма автономност) .

Тази седмица беше съобщено, че група учени от Станфордския университет са създали алуминиева батерия, способна да зарежда мобилен телефон за една минута. Това е акумулаторна алуминиева батерия, използваща графит за положително заредения катод и алуминий за отрицателно заредения анод за захранване на батерията. Тази батерия ще може да извършва повече от 7500 зареждания, без да губи капацитет, докато литиевата батерия е изтощена с 1000 зареждания.

* Нанотехнологии

Поради своите характеристики, този материал е идеален за разработване на нанотехнологични устройства.

* Мредактиране

Производството на протези или лечения може да представлява друга употреба на този млад материал.

Университетът в Манчестър заключава, след разследвания, че графеновият оксид е токсичен за анормални клетки и безвреден за здравите клетки при рак на белия дроб и гърдата. Трябва обаче да имаме предвид, че дори това да е вярно, фармацевтичните и медицински изследвания изискват протоколи, които биха предполагали евентуалното му приложение в рамките на няколко десетилетия, така че използването му като лечение не предстои.

* Носими

Намалената му дебелина, тегло и електрически свойства го правят идеалният материал за производството на тази технология за носене.

Здраве и околна среда

Наскоро някои медии посочиха възможното му отрицателно въздействие върху здравето на наночастиците, пуснати във въздуха и водната среда. В отговор се твърди, че те са "затворени" в много стабилна структура, която не позволява освобождаването им.

Държави

Китай съдържа 70% от световните запаси от графит, така че интересът, който този нов материал е предизвикал в този регион, не изненадва никого. Китайското правителство насърчава изследванията и производството на графен и е една от страните с най-много патенти, свързани с този продукт.

Завършеност

The графен е материалът на бъдещето? Разбира се, но първо трябва намерете изгоден начин да го произведете и да го използват в промишлен мащаб, а не само за експериментални цели в лаборатории на университети или компании, които действат като доставчици на научноизследователски центрове.

The въглеродни влакна трябва да има по-голямо присъствие, въпреки че цената ограничава разширяването му. Неговата лекота и устойчивост правят този материал един от най-интересните за самолетостроенето, тъй като намалява теглото и следователно разхода на гориво. Този материал вече се използва в множество конкурентни или висококачествени продукти от висок клас поради по-доброто си представяне.

The подмяна на стомана с други материали произвеждан е в много индустрии. Този процес обаче е много бавен по различни причини като производствените разходи или определени характеристики, които стоманата предлага във връзка с други материали. Освен това трябва да се има предвид, че еволюцията на този материал продължава да се случва, което многократно отменя конкурентното предимство на неговия заместител. Да вземем много прост пример, неръждаемата стомана е устойчива на корозия, което елиминира недостатъка на корозията, или подсилената стомана увеличава якостта. The процесът на подмяна ще продължи въпреки че стоманата няма да изчезне от живота ни за дълго време, по мое мнение. Прогнозите посочват прогресивен преход от стомана към алуминий, особено в автомобилната и хранително-вкусовата промишленост и като цяло в много други сектори.

Възможно е някой друг материал, който се използва в индустрията или има някакъв интерес, да бъде игнориран, въпреки че мисля, че основните продукти, използвани на пазара, са отразени тук.

Потребители, които харесват тази статия: