آلومینیوم چیست؟

آلومینیوم فلزی نقره ای- سفید و 13 امین عنصر در جدول تناوبی است. یک حقیقت شگفت انگیز در مورد آلومینیوم این است که گسترده ترین فلز در کره زمین بوده و بیش از 8 درصد از جرم هسته زمین را تشکیل می دهد، همچنین سومین عنصر فراوان پس از اکسیژن و سیلیکون می باشد. در عین حال به دلیل واکنش پذیری بسیار راحت این فلز، آلومینیوم خالص در طبیعت یافت نمی شود. این موضوع باعث شده که اخیرا قادر به کسب اطلاعاتی نسبی درباره این فلز گردیم. آلومینیوم به صورت رسمی برای اولین بار در سال 1824 تولید شد اما 50 سال طول کشید تا بتوانند آن را در مقیاس صنعتی تولید کنند.
شایع ترین شکل آلومینیوم موجود در طبیعت سولفات آلومینیوم است. موادی معدنی که دو اسید سولفوریک را ترکیب می کنند: یکی براساس فلز قلیایی (لیتیم، سدیم، پتاسیم روبیدیم یا سزیم) و دیگری براساس فلزهای گروه سوم جدول تناوبی که عمدتا آلومینیوم است. آلومینیوم سولفات امروزه برای تسویه آب، پخت و پز، پزشکی، زیبایی، صنایع شیمیایی و سایر بخش ها کاربرد دارد. این فلز نام خود را از سولفات آلومینیوم گرفته که در لاتین آلومین نامیده می شد.

سنگ های قیمتی مانند یاقوت، یاقوت کبود، زمرد و زمرد کبود نیز از مواد معدنی آلومینیوم هستند. دو مورد اولی کراندوم هستند بطور مثال اکسید آلومینیوم (Al2O3) در فرم کریستال  که بطور طبیعی شفاف بوده و از نظر استحکام الماس دوم محسوب می شود. یاقوت کبود (Sapphire) در شیشه ضدگلوله، پنجره هواپیما و صفحه گوشی های هوشمند مقاوم در برابر خش کاربرد دارد؛ در عین حال یکی از کاربردهای کم ارزش مواد معدنی کوراندوم استفاده به عنوان ساینده (به طور مثال در Sand clith) می باشد.

امروزه حدود 300 ترکیب مختلف آلومینیوم و مواد معدنی حاوی آلومینیوم از فلدسپات (feldspar) که یکی از اصلی ترین مواد معدنی روی زمین می باشد گرفته تا یاقوت، یاقوت کبود و زمرد که به مراتب کمتر رایج هستند، می شناسیم. اما صرفنظر از اینکه آلومینیوم تا چه حد متداول باشد، ممکن بود تا ابد پنهان و به دور از دسترس بماند، اگر الکتریسیته نبود.کشف آلومینیوم زمانی ممکن شد که دانشمندان توانستند با استفاده از الکتریسیته ترکیب های شیمیایی را به عناصر تشکیل دهنده آن ها بشکنند. در قرن نوزدهم اورستد (Orested) فیزیکدان دانمارکی، از الکترولیز برای بدست آوردن آلومینیوم استفاده کرد. الکترولیز یا کاهش الکترولیتی، فرآیندی است که امروزه نیز برای تولید آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد.
بوکسیت، یکی دیگر از مواد معدنی متداول، امروزه به عنوان اصلی ترین ماده خام در تولید آلومینیوم به کار می رود. بوکسیت یک ماده معدنی رس از خاک رس است که شامل ترکیبات مختلفی از هیدروکسید آلومینیوم مخلوط با آهن، سیلیکون، تیتانیوم، گوگرد، کالیوم، کروم، اکسید وانادیوم، و همچنین سولفوریک کلسیم، کربنات آهن و کربنات منیزیم می باشد. به عبارت دیگر، بوکسیت حاوی نیمی از عناصر جدول تناوبی است. به هرحال به علت بافت بوکسیت حدود 100 سال پیش، آلومینیوم به عنوان نقره ای بدست آمده از خاک رس شناخته می شد. بطور متوسط برای تولید 1 تن آلومینیوم حدود 5-4 تن بوکسیت مورد نیاز است.

در مرحله اول از فرآیند تولید آلومینیوم، بوکسیت به آلومینا یا اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) تبدیل می شود. آلومینا به شکل پودری سفید به نظر رسیده و در ذوب کننده های آلومینیوم با استفاده از روش کاهش الکترولیت به آلومینیوم تبدیل می گردد. تولید آلومینیوم به مقدار زیادی انرژی الکتریسیته نیاز دارد، حدود 15MWH برای هر تن. این مقدار تقریبا به اندازه مصرف ماهانه 100 آپارتمان می باشد. بنابراین بهترین مکان برای تولید آلومینیوم (کارخانه ذوب کننده آلومینیوم) در کنار یک منبع انرژی قدرتمند و ترجیحا تجدیدپذیر می باشد. نیروگاه های برق آبی بهترین گزینه هستند، زیرا آن ها امروزه از قدرتمندترین منابع انرژی سبز محسوب می شوند.

  ویژگی های آلومینیوم

آلومینیوم ترکیبی نادر از ویژگی هایی با ارزش ارائه می کند. آلومینیوم یکی از سبک ترین فلزات در جهان بوده و تقریبا 3 برابر سبک تر از آهن است، اما همچنان بسیار قوی و مستحکم، بشدت انعطاف پذیر و مقاوم در برابر خوردگی است زیرا سطح آن همیشه از یک لایه بسیار نازک و در عین حال بسیار مقاوم از اکسید پوشیده شده است. خاصیت مغناطیسی نداشته،  یک هدایتگر الکتریسیته فوق العاده بوده و عملا  با تمام فلزات دیگر تشکیل آلیاژ می دهد.

مقاومت در برابر خوردگی
وجود لایه نازک سطحی از اکسید آلومینیوم

انعطاف پذیری
سهولت در پردازش

استحکام
تقریبا برابر با فولاد

سبک وزنی
3 برابر سبک تر از آهن

آلومینیوم را در هر دوحالت گرم و سرد می توان با استفاده از فشار پردازش کرد و آن را نورد، کشیده و مهروموم کرد. آلومینیوم آتش نمی گیرد، به رنگ خاصی نیاز ندارد و برخلاف پلاستیک، سمی نیست. همچنین بسیار خم پذیر (انعطاف پذیر) بوده و بنابراین حتی ورق های بسیار نازک 4 میکرونی و سیم های نازکی می توانند از آن ساخته شوند. فویل های بسیار نازکی که از آلومینیوم ساخته می شود 3 برابر نازکتر از موی انسان است. علاوه بر این از نظر هزینه نسبت به سایر مواد و فلزات کارآمدتر می باشد.
از آنجا که آلومینیوم به راحتی با سایر عناصر شیمیایی ترکیب می شود، انواع مختلفی از آلیاژهای آلومینیوم ایجاد شده است. حتی مقدار بسیار کمی از افزودنی ها می تواند بشدت خواص این فلز را تغییر دهد و امکان استفاده از آن را در حیطه های جدید ایجاد کند. به عنوان مثال در زندگی روزمره ما، آلومینیوم مخلوط با سیلیکون و منیزیم را می توان در جاده ها یعنی در چرخ های آلیاژ آلومینیوم، موتورها، شاسی ها و سایر قسمت های اتومبیل های امروزی پیدا کرد. در مورد آلیاژ روی-آلومینیوم می توان گفت که احتمالا شما هم اکنون آن را در دست دارید زیرا این آلیاژی است که بطور گسترده ای در تولید رایانه های لوحی و تلفن های همراه استفاده می شود. محققان همچنان در حال توسعه آلیاژهای جدیدی از آلومینیوم هستند.

  کاربری آلومینیوم
موسسه بین المللی آلومینیوم (IAI) برآورد می کند که در حال حاضر 400 میلیون تن آلومینیوم در زیرساخت ها، حمل و نقل و لوازم خانگی استفاده شده است.

 آلومینیوم در مقایسه با مس
اگر تمامی سیم های مسی با سیم آلومینیوم-زیرکونیوم در ماشین جایگزین شود، وزن وسیله نقلیه تا 12 کیلوگرم کاهش خواهد یافت.

فعالیت در زمینه ساخت و ساز مدرن، صنعت خودرو و هواپیماسازی، انرژی، غذا و سایر صنایع بدون آلومینیوم غیرممکن است. علاوه براین تمامی دستگاه های برش، همچنین وسایل نقلیه از آلومینیوم ساخته شده اند؛ بنابراین می توان گفت در عصری هستیم که آلومینیوم به نمادی از پیشرفت و تکامل تبدیل شده است. با اینکه مجموعه ویژگی هایی که تا کنون برای آلومینیوم ارائه شد، به راحتی این فلز را در جایگاه بهترین انتخاب در صنعت قرار می دهد اما یک ویژگی دیگر این فلز که می تواند به اندازه تمامی ویژگی های قبلی قابل توجه باشد این است که  آلومینیوم می تواند بارها و بارها مورد استفاده قرار بگیرد. آلومینیوم و آلیاژهای آن می توانند ذوب شوند و بدون آسیب رسیدن به خواص مکانیکی آن ها، مجددا مورد استفاده قرار بگیرند. محققان برآورد کرده اند که 1 کیلوگرم قوطی آلومینیومی بازیافتی می تواند تا 8 کیلوگرم بوکسیت، 4 کیلوگرم انواع فلوراید و تا 15KWH برق را ذخیره کند. حدود 75% از آلومینیومی که در آغاز بوجود آمدن صنعت آلومینیوم تولید شده اند، امروزه همچنان در حال استفاده هستند.

منبع: Rusal.ru