[Tổng hợp] Trạng thái tự nhiên, tính chất vật lý và ứng dụng của nhôm 

Khi tìm hiểu chuyên sâu về nhôm, có không ít người thắc mắc và đặt ra câu hỏi rằng tính chất vật lý và ứng dụng của nhôm sẽ bao gồm những gì? Khi nắm được những thông tin này sẽ là một nguồn kiến thức hữu ích giúp bạn có thể tìm được sản phẩm nhôm phù hợp cho riêng mình.

1. Tính chất vật lý của nhôm

Nhôm là một trong những kim loại phong phú nhất Thế Giới và cũng là nguyên tố phổ biến thứ ba, chiếm 8% lớp vỏ Trái Đất. Đặc tính của nhôm là một dạng kim loại dẻo, có màu trắng bạc, khả năng chống ăn mòn cực tốt và có độ dẫn điện cao. Cho nên, nhôm đã trở thành kim loại được sử dụng rộng rãi thứ 2 trên toàn thế giới đứng sau thép.

Tính chất vật lý của nhôm là những đặc điểm dễ dàng quan sát được mà không bị biến đổi từ chất này thành chất khác như: Màu sắc, độ bóng, độ cứng, điểm sôi, điểm nóng chảy, tỷ trọng, điểm đông đặc. Các tính chất vật lý của nhôm được phân tích cụ thể như sau:

Tính chất vật lýĐặc điểmMàu sắc và trạng tháiChất rắn, không từ tính, màu trắng bạc với sắc xanh nhẹ.Kết cấuNhôm có cấu trúc tinh thể là lập phương tâm diện.Tỷ trọngKhối lượng riêng 2,7 g/cm3 xấp xỉ ⅓ thép hoặc đồng.Bề mặtBề mặt nhôm có tính phản xạ cao, không bóng và có màu trắng bạc.Độ cứngĐộ cứng của nhôm không cao, thuộc dòng kim loại mềm. Tuy nhiên, độ bền cứng của nhôm sẽ tăng lên khi có sự kết hợp của các nguyên tố hợp kim như là silic, đồng, magie, mangan để từ đó tạo ra những đặc tính phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.Độ dẫn điện và nhiệtNhôm có độ dẫn nhiệt và dẫn điện rất tốt.Độ dẻoĐộ dẻo cao, có khả năng cán thành những tấm nhôm cực mỏng, khoảng 0,01mm được dùng để gói thực phẩm.Tính dễ uốnNhôm có tính dễ uốn cao, có thể định hình nhôm và uốn cong dưới nhiều hình dạng, kích thước khác nhau.Nhiệt độ nóng chảyNhiệt độ nóng chảy của nhôm vào khoảng 660.32 ° CPhản xạ ánh sáng và nhiệtNhôm có hệ số phản xạ cao đối với dải sóng hồng ngoại, nhiệt và phổ điện từ sóng vô tuyến. Nhôm sẽ phản xạ lại khoảng 90% nhiệt lượng và 80% ánh sáng khi chiếu vào bề mặt của nó.Chống ăn mònBề mặt kim loại của nhôm khi tiếp xúc với không khí, ngay lập tức sẽ tạo nên một lớp phủ oxit để bảo vệ, lớp oxit này giúp nhôm có khả năng chống ăn mòn cực tốt.Khả năng tái chếKhả năng tái chế của nhôm là cực tốt. Khi nhôm được tái chế, các tính chất không bị suy giảm khi so sánh với nhôm nguyên chất. Nhà sản xuất chỉ cần sử dụng 5% năng lượng cần thiết để tạo ra vật liệu nguyên sinh. Người ra ước tính rằng, có đến 60% nhôm được tái chế vào cuối vòng đời của nó và con số này đang ngày càng được cải thiện.

Dựa vào những thông tin trong bảng cho thấy rằng, tính chất vật lý và ứng dụng của nhôm có mối liên quan mật thiết với nhau. Nhờ sự kết hợp mạnh mẽ giữa các yếu tố như là khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện, chống ăn mòn, độ dẻo và tính dễ uốn, có thể tái chế. Từ đó, nhôm trở thành một nguyên liệu sản xuất tuyệt vời, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống.

Với khả năng dẻo dai, dễ uốn, nhôm thường xuất hiện trong vai trò là giấy bạc gói thức ăn, vỏ lon nước giải khát hay dưới dạng ống tưới và đường ống. Bên cạnh đó, với khả năng dẫn nhiệt tốt, nhôm tạo nên nhiều điểm thuận lợi khi được sử dụng làm bộ trao đổi nhiệt, bộ tản nhiệt, những đồ dùng được đốt nóng bằng điện,…

Ngoài ra, nhôm là một dạng nguyên vật liệu thân thiện với môi trường, không có tính độc hại, có khả năng giải phóng bất kỳ mùi hôi, tanh tiếp xúc.

2. Trạng thái tự nhiên của nhôm

Trong tự nhiên, nhôm là kim loại được tìm thấy và phát hiện bên trong lớp vỏ trái đất, chiếm đến khoảng 8%. Đặc biệt, đây cũng là nguyên tố hóa học phổ biến đứng thứ 3 sau oxi và silicon. Ngoài ra, nhôm còn xuất hiện bên trong các hợp chất như là đất sét, criolit hay boxit, cụ thể như sau:

• Đất sét: Nhôm thuộc hợp chất Al2O3.2Sio2.2H2O.
• Mica: Nhôm thuộc hợp chất K2O.Al2O3.6Sio2.2H2O.
• Boxit: Nhôm thuộc hợp chất Al2O3.nH2O.
• Criolit Criolit: Nhôm thuộc hợp chất 3NaF.AlF3 hay (Na3AlF6).

Nhôm được tìm thấy trong tự nhiên chính là nhôm sunfat sử dụng phổ biến trong quá trình làm sạch nước, ứng dụng trong y học, thẩm mỹ, công nghiệp hóa chất và nhiều lĩnh vực khác.

Bauxite – Một loại quặng nhôm màu nâu hồng có nguồn gốc từ núi đá lửa, là nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân. Trong giai đoạn đầu khi sản xuất nhôm, quặng bauxite được điều chế thành alumina hay còn gọi nhôm oxit Al2O3 có màu trắng. Sau đó sẽ được chế tạo thành nhôm bằng cách sử dụng phương pháp khử điện, với 4-5 tấn quặng bauxite sẽ sản xuất được 1 tấn nhôm.

3. Ứng dụng phổ biến của nhôm

Vào năm 1825, nhôm lần đầu tiên được công bố bởi nhà vật lý người Đan Mạch có tên là Hans Christian Orsted. Đến năm 1856, ngành công nghiệp sản xuất nhôm được khởi xướng bởi nhà hóa học người Pháp có tên là Henri Étienne – Claire Devile.

Trong suốt thế kỷ 20, sản lượng sản xuất nhôm tăng nhanh chóng mặt. Vào năm 1900, sản lượng nhôm Thế Giới đạt ở mức 6800 tấn, nhưng chỉ đến năm 1916 sản lượng nhôm vượt mức 100.000 tấn, đến năm 1941 đạt 1.000.000 tấn và năm 1971 đạt 10.000.000 tấn. Những năm sau đó, sản lượng nhôm không ngừng tăng lên cho đến năm 2013 đã chạm mốc 50.000.000 tấn.

Những con số này cho thấy rằng, con người cần có sự góp mặt của nhôm trong nhiều lĩnh vực xung quanh. Những ứng dụng của nhôm đang được sử dụng phổ biến rộng rãi hiện nay như sau:

3.1. Ngành công nghiệp

Do tính chất vật lý và ứng dụng của nhôm có dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, có tính thẩm mỹ cao, không bị hoen gỉ khi ở khu vực có nhiệt độ môi trường khắc nghiệt, nhôm trở thành một nguyên vật chính trong ngành công nghiệp điện tử như:

• Các thiết bị điện gia dụng: Nhôm được sử dụng trong quá trình sản xuất các thiết bị gia dụng như là tủ lạnh, điều hòa, máy giặt, máy sấy, máy xay thịt, khuôn làm bánh, móc quần áo, thau nhôm, tủ đồ, tủ bếp, thìa muỗng, mâm cơm,…
• Thiết bị chiếu sáng: Nhờ vào khả năng dẫn điện tốt cùng trọng lượng mỏng nhẹ, nhôm được ứng dụng để sản xuất các thiết bị như bóng đèn, lõi dẫn điện, thanh đèn LED, đường dây điện trên cao,  thanh nhôm chiếu sáng LED.
• Thiết bị điện tử thông minh: Nhờ bề ngoài sáng, có tính thẩm mỹ cao nhôm được sử dụng làm lớp vỏ của các thiết bị điện tử thông minh như là điện thoại, đồng hồ, máy tính xách tay, máy tính bảng, tivi màn hình phẳng.
• Thanh tản nhiệt: Nhôm có khả năng tản nhiệt tốt, giúp làm giảm nhiệt độ của lớp vỏ bên ngoài và nhiệt độ tiếp giáp bên trong của thiết bị bán dẫn. Cho nên nhôm được sử dụng nhiều để sản xuất linh kiện tản nhiệt cho các loại máy móc và thiết bị gia dụng như là máy bơm, máy sấy, tủ lạnh, máy gia nhiệt, máy giặt.

3.2 Ngành kiến trúc và xây dựng

Sở hữu ưu điểm vượt trội về tính thẩm mỹ, trọng lượng nhẹ, độ dẻo cao cùng khả năng chống ăn mòn bất chấp mọi môi trường khắc nghiệt như hơi muối biển, mưa axit,… nhôm là nguyên liệu hàng đầu được các nhà sản xuất lựa chọn ứng dụng trong lĩnh vực kiến trúc và xây dựng như là:

• Sản xuất cửa nhôm: Nhôm được sử dụng để sản xuất tất cả các loại cửa như cửa ra vào, cửa sổ, cửa lùa. Với những cánh cửa được làm từ nhôm có độ khít rất cao, khả năng cách âm và cách nhiệt tốt, không bị biến đổi hình dạng cho thời tiết tác động, khả năng chống nứt cao. Đặc biệt, cửa làm từ nhôm còn có thể phối nhiều màu sắc khác nhau, ví dụ như màu giả gỗ được đông đảo người dùng yêu thích hiện nay.
• Vách mặt dựng: Vách mặt dựng còn được biết đến là vách kính mặt tiền thường được kết hợp giữa khung nhôm và kính được sử dụng rộng rãi cho những tòa nhà cao tầng.

Ngoài ra, vì luôn phải tiếp xúc với môi trường bên ngoài, cho nên việc sử dụng khung nhôm sẽ giúp bảo vệ vách ngăn tránh khỏi những tác động trực tiếp từ môi trường, tăng tuổi thọ sử dụng.

• Trần nhôm: Được ứng dụng khá nhiều trong ngành kiến trúc và xây dựng bởi những ưu điểm vượt trội như là độ chắc chắn cao, có trọng lượng nhẹ, độ dẻo tốt có khả năng tạo thành nhiều hình dáng khác nhau, phù hợp với kiến trúc có độ bền theo thời gian.
• Lam chắn nắng: Khi ứng dụng lam chắn nắng trong những công trình kiến trúc với nhiều mẫu mã đẹp đáp ứng được nhiều phong khách thiết kế khác nhau thì lam chắn nắng có khả năng điều hòa không khí, ngăn chặn sự tác động của mưa, gió, bụi bẩn và ánh nắng mặt trời.
• Cốp pha nhôm, giàn giáo: Khi sử dụng nhôm làm nguyên liệu chính để sản xuất cốp pha và giàn giáo phục vụ cho những công trình xây dựng, nhôm sẽ có khả năng bảo vệ những vật dụng này tránh khỏi hoen gỉ do sự tác động của thời tiết. Với kết cấu chắc chắn, giúp bảo vệ sự an toàn cho những nhân viên xây dựng.
• Nguyên liệu xây dựng chính tại khu vực có tính ăn mòn cao: Nhờ đặc tính chống ăn mòn cao cho nên nhôm được ứng dụng trong việc sản xuất nhà kho, công trình gần biển, lan can cầu, những công trình ngoài khơi,… để chống lại sự ăn mòn của muối biển. Đây là ưu thế mà không phải bất kỳ nguyên vật liệu nào cũng có thể đảm nhiệm được.

3.3. Ngành hàng không và vũ trụ

Chính vì tính chất vật lý và ứng dụng của nhôm dẫn đến trọng lượng nhẹ, tính bền cao theo thời gian, chịu được áp lực nặng cho nên có đến 75-80% nhôm được ứng dụng trong việc sản xuất các linh kiện và phụ kiện của máy bay như là: cánh máy bay, bánh lái, thân máy, hệ thống ống xả, bộ phận tiếp nhiên liệu, hệ thống thủy lực, khoang lái, cửa thoát hiểm, tuabin động cơ, sàn máy bay, khung ghế,…

Ngoài ra, đối với ngành hàng không vũ trụ, nhôm còn là nguyên vật liệu không thể thiếu được ứng dụng để sản xuất các bộ phận như phần đầu tên lửa, phần thân của những tàu con thoi, kính viễn vọng không gian, bình nhiên liệu bên trong của tên lửa,…

3.4. Thiết bị điện tử

Ngành hàng tiêu dùng và các thiết bị điện tử là một trong những đối tượng phổ biến nhất mà chúng ra có thể thấy được sự xuất hiện với tần suất “dày đặc” của nhôm, điển hình như:

• Điện thoại di động: Một trong những đặc tính của nhôm khiến cho những “ông lớn” trong ngành sản xuất điện thoại nhắm đến đó chính là dễ tạo hình và ứng dụng được nhiều phiên bản màu sắc khác nhau. Những sản phẩm điện thoại được làm từ nhôm quá đỗi thân thuộc với chúng ta như iPhone XS, iPhone XS Max, Samsung Galaxy S9,…
• Máy tính: Trước đây, các mẫu máy tính được làm từ nhựa luôn chiếm lĩnh phần lớn phân khúc thị trường. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện nay, các sản phẩm máy tính vỏ nhôm nguyên khối với ưu điểm mỏng, nhẹ, thiết kế đẹp mắt dường như đã tạo nên được bước tiến mới, khiến cho các fan công nghệ không ngần ngại để sở hữu.
• Dụng cụ nhà bếp: Trong các sản phẩm thuộc lĩnh vực ngành hàng tiêu dùng thì dụng cụ nhà bếp được làm từ nhôm khá đa dạng. Ví dụ như chảo, xoong nồi, thìa, thau nhôm, khuôn làm bánh, khuôn nướng, máy xay thịt, mâm cơm,…

Ngoài ra, trong ngành hàng điện tử, nhôm còn thường được sử dụng trong ngành sản xuất các  linh kiện điện tử điện lạnh như: Tủ lạnh, máy giặt, máy sấy,…

3.5 Ứng dụng trong y học

Mặc dù nhôm là kim loại, tuy nhiên hợp chất của nhôm lại là nhôm Oxit có tính chất thích hợp để có thể trở thành vật liệu sinh học. Dựa vào tính chất trơn nhẵn mà trong ngành y, nhôm oxit được sử dụng để chế tác nhằm che chắn bề mặt tiếp xúc của những bộ phận giả trên cơ thể như là hông, vai, tay, chân,… có tính an toàn cao và chắc chắn sẽ không gây ảnh hưởng đến sức khỏe.

Bên cạnh lĩnh vực y học, đối với ngành thẩm mỹ, nhôm oxit còn được các hãng mỹ phẩm “săn đón” và sử dụng trong quá trình sản xuất son, phấn má, kem che khuyết điểm,… nhờ vào khả năng làm căng mịn và bóng cho làn da.

3.6 Ứng dụng trong ngành điện

Nhiều người trong chúng ta sẽ nghĩ ngay lập tức khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt tuyệt vời. Cũng chính bởi tính chất và ứng dụng của nhôm mà ngành điện là một trong những ứng dụng góp phần làm tăng sản lượng sản xuất nhôm những năm vừa qua. Có rất nhiều các ứng dụng hữu ích của nhôm trong ngành điện như là:

• Sản xuất hệ thống dây điện nhôm: Nhôm có độ dẫn điện bằng 2/3 đồng. Tuy nhiên, lại nhẹ hơn 2,5 lần đồng, rẻ và bền vững ít bị ăn mòn trong không khí. Vì vậy các dây điện dài sử dụng nhôm làm dây dẫn sẽ giảm được 30% trọng lượng. Chính vì vậy, nhôm đã góp phần làm giảm trọng lượng đường dây điện cao áp trên cao hoặc đường dây phân phối điện cục bộ mà vẫn đảm bảo được tính dẫn điện theo yêu cầu.
• Vỏ bóng đèn: Nhôm có khả năng không bị nóng chảy dưới sự tác động trực tiếp của bóng đèn và khả năng dẫn điện tốt khiến sản phẩm được bền và có tính thẩm mỹ.
• Lõi dẫn điện: Nhôm là nguyên vật liệu thứ 2 được sử dụng để sản xuất lõi dẫn điện busbar nằm phía bên trong của bảng điều khiển, hệ thống phân phối điện hoặc thiết bị đóng cắt.
• Thanh nhôm định hình LED: Khung nhôm bên ngoài có nhiệm vụ cố định đèn LED dây dán, được sử dụng làm vật liệu trang trí trong các tòa nhà, nhà hàng, khách sạn hay thậm chí là dưới hồ bơi.
• Làm chất bán dẫn và bể biến áp: Các nhà nghiên cứu đã cho rằng, bao bì bán dẫn được sử dụng bằng dây liên kết nhôm là giải pháp thay thế tuyệt vời mang tính hiệu quả kinh tế cao, rẻ hơn nhiều so với vàng, bạc, đồng. Hơn nữa, nhôm còn có trọng lượng nhẹ, không bị nhiễm từ và độ dẻo cao là một nguyên vật liệu phù hợp để sử dụng làm chất bán dẫn và bể biến áp.
• Tụ điện nhôm: Nhôm là nguyên vật liệu phổ biến được dùng để sản xuất trong cuộn dây của tụ điện có khả năng mang lại điện dung lớn, kích thước nhỏ gọn, dòng điện lớn và nhẹ. Hiện nay, tụ điện nhôm đang được sử dụng trong ECU ô tô, main máy tính, mạch cung cấp điện của EV, HEV và xe chạy bằng xăng,…
• Năng lượng điện mặt trời: Nhôm có khả năng chống ăn mòn cao, cho nên đối với các thiết bị điện năng lượng mặt trời thường xuyên phải hứng chịu những tác động từ mưa, gió, bão mà nói thì nhôm là vật liệu được ưu tiên hàng đầu để sản xuất. Ngoài ra, phần khung pin mặt trời cũng được tạo thành từ nhôm định hình.

3.7 Ngành nội thất

Nhôm là vật liệu xây dựng phù hợp với ngành nội thất bởi vật liệu nhẹ dễ dàng vận chuyển và giảm tải trọng công trình; an toàn với người sử dụng; chống ăn mòn và oxi hoá trong điều kiện ảnh hưởng trực tiếp từ tác động từ môi trường. Do đó, nhôm được ứng dụng phổ biến biến trong ngành nội thất như:

• Nẹp nhôm trang trí: Nhôm có khả năng dễ dàng uốn cong và có thể kết hợp với nhiều màu sắc tạo nên lớp ngoài thu hút và bắt mắt phù hợp nẹp cầu thang có độ bền cao và khả năng chống chịu lực tốt.

3.8 Ứng dụng trong ngành vận tải

Theo số liệu thống kê cho thấy rằng, dựa vào tính chất vật lý và ứng dụng của nhôm trong ngành vận tải hiện đang là lĩnh vực sử dụng nhiều sản lượng nhôm nhất và con số này đang không ngừng tăng lên. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy sự xuất hiện của nhôm trong lĩnh vực vận tải như là:

• Khung xe máy và ô tô: Sử dụng nhôm trong việc sản xuất khung xe máy và ô tô là một phương pháp hiệu quả giúp làm giảm tỷ trọng, tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu khí thải, cải thiện độ bền và đặc biệt, cực thân thiện với môi trường. Theo dự đoán cho rằng, đến thời điểm năm 2025, mỗi chiếc xe ô tô sẽ cần phải có đến 250 kg nhôm để sản xuất phụ kiện và toàn bộ linh kiện.
• Thùng xe tải: Nhờ khả năng chống ăn mòn, chống sự xâm nhập của không khí, nước,… sự xuất hiện của nhôm giúp thùng xe tải tránh khỏi tình trạng hoen gỉ, gây mất thẩm mỹ và khó khăn trong quá trình vệ sinh.
• Linh kiện xe máy: Có rất nhiều linh kiện xe máy được làm từ nhôm dễ dàng bắt gặp được như là khung càng, chân chống, đế chân đã được xử lý bằng hóa chất giúp các linh kiện luôn được bền chắc theo thời gian, luôn giữ được độ bóng mà không bị oxy hóa hay ăn mòn.

Tự hào là đơn vị cung cấp các sản phẩm nhôm chất lượng cao, Công ty Cổ phần Nhôm Ngọc Diệp luôn đi đầu với quy trình sản xuất nhôm hiện đại bậc nhất cùng đội ngũ nhân công dày dặn kinh nghiệm, chiếm trọn sự tin tưởng của hàng triệu khách hàng trên cả nước.

Hiện nay, Công ty Cổ phần Nhôm Ngọc Diệp cho ra mắt thị trường với đa dạng các sản phẩm nhôm khác nhau như: nhôm xây dựng, nhôm công nghiệp, nhôm billet Dinostar,… đáp ứng được mọi nhu cầu từ đơn giản cho đến “khó nhằn” nhất của mọi khách hàng.

Hy vọng rằng, bài viết này đã giúp các bạn đọc giả hiểu rõ được tính chất vật lý và ứng dụng của nhôm trong đa dạng các lĩnh vực hiện nay. Có thể thấy, khi thế giới càng phát triển, những ứng dụng của nhôm ngày càng được mở rộng và đóng vai trò không nhỏ trong quá trình tăng trưởng kinh tế.

Nhôm Dinostar – Công ty Cổ phần Nhôm Ngọc Diệp

Trụ sở chính:

• 118 Nguyễn Du – Hai Bà Trưng – Hà Nội.
• Tel: 024. 3942. 7991 – Fax: 024. 3218. 1304.

Chi nhánh TP. Hồ Chí Minh:

• 360 Điện Biên Phủ – Bình Thạnh – TP. Hồ Chí Minh.
• Tel: 028. 3514. 4769 – Fax: 028. 3514. 4739.

Nhà máy: Đường C2 – Khu C – KCN Phố Nối A – Văn Lâm – Hưng Yên.