الألومنيوم أو الألمنيوم عنصر فلزي نقي برقم ذري 13. وهو معروف بقوته وخفة وزنه ، مما يجعله من المواد المرغوبة للغاية في العصر الحديث.
في هذا المنشور سوف نغطي:
- ما هي الاستخدامات الرئيسية للألمنيوم؟
- الحصول على الألمنيوم المادي
- الألمنيوم: الكيمياء خلف المعدن
- أصول الألمنيوم: كيف يحدث بشكل طبيعي
- من التعدين إلى التصنيع: رحلة إنتاج الألمنيوم
- الألومنيوم: المعدن متعدد الاستخدامات لمجموعة واسعة من التطبيقات
- العمل مع الألمنيوم: تقنيات ونصائح
- التأثير البيئي لإنتاج الألمنيوم
- وفي الختام
ما هي الاستخدامات الرئيسية للألمنيوم؟
للألمنيوم مجموعة واسعة من الاستخدامات ، بما في ذلك:
- البناء: يشيع استخدام الألمنيوم في صناعة البناء بسبب قوته ومتانته.
- الطاقة الكهربائية: يستخدم الألمنيوم في كابلات وأسلاك الطاقة بسبب الموصلية العالية.
- الأواني وحاويات المطبخ: يشيع استخدام الألمنيوم في إنتاج أواني المطبخ والحاويات والعلب نظرًا لمقاومتها للتآكل.
- إنتاج البطاريات والولاعات: يعد الألمنيوم مكونًا رئيسيًا في إنتاج البطاريات والولاعات نظرًا لخفة وزنه.
ما هي كمية الألمنيوم التي يتم إنتاجها؟
الألمنيوم مادة عالية الإنتاج ، تنتجها الشركات حول العالم ملايين الأطنان سنويًا.
ما هي أشكال الألمنيوم؟
يأتي الألمنيوم بأشكال متنوعة ، بما في ذلك الألواح والألواح والقضبان والأنابيب. يمكن العثور عليها أيضًا في أشكال خاصة مثل البثق والمطروقات.
ما الدور الذي يلعبه الألمنيوم في البيئة؟
الألمنيوم له تأثير أقل على البيئة مقارنة بالمعادن الأخرى ، حيث يمكن إعادة تدويره وإعادة استخدامه. وهذا يجعلها مادة شائعة في نطاقات المنتجات الجديدة التي تهدف إلى تقليل النفايات وتعزيز الاستدامة.
الحصول على الألمنيوم المادي
- الألومنيوم معدن فضي مزرق وهو مستقر للغاية بسبب تركيبته الذرية.
- عدده الذري 13 وهو أحد العناصر الرئيسية الموجودة على الأرض.
- التكوين الذري للألمنيوم هو 2 ، 8 ، 3 ، مما يعني أنه يحتوي على إلكترونين في مستوى الطاقة الأول ، وثمانية في المستوى الثاني ، وثلاثة في المستوى الخارجي للطاقة.
- تتم مشاركة إلكترونات الألمنيوم الخارجية بين الذرات ، مما يساهم في الترابط المعدني ويجعلها عالية التوصيل.
- يحتوي الألمنيوم على هيكل بلوري مكعب ويبلغ نصف قطره حوالي 143 م.
- تبلغ درجة انصهارها 660.32 درجة مئوية ونقطة الغليان 2519 درجة مئوية ، مما يجعلها قادرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة.
- كثافة الألومنيوم منخفضة ، وتتراوح من 2.63 إلى 2.80 جم / سم مكعب ، اعتمادًا على السبيكة الخاصة.
- الألمنيوم قابل للطرق تقريبًا مثل الذهب وهو ثاني أكثر المعادن قابلية للطرق بعد الفضة.
- كما أنه شديد المرونة ، مما يعني أنه يمكن سحبه إلى أسلاك رفيعة دون أن ينكسر.
- بالمقارنة مع المعادن الأخرى ، يتميز الألمنيوم بوزن منخفض نسبيًا ، حيث يتراوح وزنه بين 26.98 إلى 28.08 جم / مول ، اعتمادًا على النظير.
الخصائص الفيزيائية
- الألومنيوم عنصر شائع موجود في قشرة الأرض ، حيث يوجد عادة في شكل البوكسيت.
- يتم إنتاجه عن طريق الجمع بين البوكسيت وهيدروكسيد الصوديوم ثم التحليل الكهربائي للخليط الناتج.
- الألمنيوم النقي هو معدن أبيض مائل للزرقة قليلاً مصقول للغاية وله لمعان خفيف.
- يتميز الألمنيوم بمقاومة عالية للتآكل ، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات حيث سيتعرض للعوامل الجوية.
- تتميز بموصلية حرارية عالية ، مما يعني أنه يمكنها نقل الحرارة بسرعة وكفاءة.
- الألومنيوم أيضًا غير سام وغير مغناطيسي وغير شرر ، مما يجعله مادة متعددة الاستخدامات.
- اعتمادًا على السبيكة ، يمكن أن يتراوح الألمنيوم بين كونه ناعمًا ومرنًا إلى صلب وقوي.
- الألومنيوم مناسب جدًا للصب والتشغيل الآلي والتشكيل ، مما يجعله خيارًا شائعًا لمجموعة واسعة من التطبيقات.
- على مر السنين ، أصبح الألمنيوم مادة ذات أهمية متزايدة بسبب خصائصه الفيزيائية وسهولة إنتاجه وتكريره.
- وفقًا للجدول الدوري ، يعتبر الألومنيوم عنصرًا متوسط الحجم ، وهو مستقر للغاية نظرًا لتكوينه الإلكتروني وخصائص الترابط.
- طاقات تأين الألومنيوم عالية نسبيًا ، مما يعني أنها تتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة لإزالة الإلكترون من ذرة الألومنيوم أو أيون.
- الألومنيوم قادر على تكوين مجموعة متنوعة من النظائر ، تتراوح من 21Al إلى 43Al ، مع طاقات تتراوح من 0.05 MeV إلى 9.6 MeV.
- تجعل الخصائص الفيزيائية للألمنيوم مادة متعددة الاستخدامات ومناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات ، من البناء والنقل إلى الإلكترونيات والتغليف.
الألمنيوم: الكيمياء خلف المعدن
- تم اكتشاف الألمنيوم في عام 1825 بواسطة الكيميائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد.
- إنه معدن ما بعد الانتقال برمز Al والرقم الذري 13.
- الألومنيوم مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة ولها تكافؤ من ثلاثة.
- لها نصف قطر ذري صغير وكهربائية عالية ، مما يجعلها تتحد بقوة مع العناصر الأخرى لتكوين مركبات.
- تشمل خصائص الألمنيوم كونه موصلًا جيدًا للكهرباء والحرارة ، وله كثافة منخفضة ، ومقاوم للتآكل.
- إنه ضروري للحياة الحديثة وله مجموعة واسعة من الاستخدامات في البناء والنقل والتعبئة والتغليف.
إنتاج وصقل الألمنيوم
- يتم إنتاج الألمنيوم بواسطة عملية Hall-Héroult ، والتي تتضمن التحليل الكهربائي للألومينا (Al2O3) في الكريوليت المنصهر (Na3AlF6).
- هذه العملية كثيفة الاستهلاك للطاقة ومكلفة ، لكن الألمنيوم متاح على نطاق واسع وملائم للاستخدام.
- إن القدرة على إنتاج الألمنيوم بكميات كبيرة وبتكلفة منخفضة نسبيًا جعلت منه معدنًا شائعًا في المجتمع الحديث.
- تتضمن عملية التكرير إضافة معادن أخرى مثل المغنيسيوم لإنتاج سبائك ذات خصائص محددة.
الألمنيوم في الطبيعة وكيمياءها المائية
- الألمنيوم هو أكثر المعادن وفرة في القشرة الأرضية ، لكنه غير موجود في شكله النقي.
- توجد عادة في المعادن مثل البوكسيت والطين.
- هيدروكسيد الألومنيوم (Al (OH) 3) مركب شائع يتشكل عندما يتفاعل الألومنيوم مع المحاليل المائية مثل هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH).
- في وجود الماء ، يشكل الألومنيوم طبقة رقيقة من الأكسيد على سطحه ، مما يحميه من المزيد من التآكل.
استخدامات وتطبيقات الألمنيوم
- للألمنيوم مجموعة واسعة من الاستخدامات نظرًا لخصائصه ، بما في ذلك كونه خفيف الوزن وقويًا وسهل العمل به.
- يستخدم بشكل شائع في البناء والتشييد والنقل والتعبئة والإلكترونيات.
- الألومنيوم مناسب لصنع القطع الرقيقة ، مثل الرقائق المعدنية ، والقطع الكبيرة ، مثل إطارات المباني.
- تسمح القدرة على مزج الألومنيوم مع معادن أخرى بإنتاج سبائك ذات خصائص محددة ، مثل القوة ومقاومة التآكل.
- تستخدم قضبان الألمنيوم بشكل شائع في الأسلاك الكهربائية بسبب توصيلها الجيد.
أصول الألمنيوم: كيف يحدث بشكل طبيعي
- الألومنيوم هو ثالث أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية ، حيث يشكل حوالي 8٪ من وزنها.
- إنه عنصر عدد ذري منخفض نسبيًا ، برمز Al والرقم الذري 13.
- لا يوجد الألمنيوم في شكله النقي في الطبيعة ، وإنما في تركيبة مع عناصر ومركبات أخرى.
- يوجد في مجموعة متنوعة من المعادن ، بما في ذلك السيليكات والأكاسيد ، وكذلك في شكل البوكسيت ، وهو خليط من أكاسيد الألومنيوم المميهة.
- البوكسيت هو المصدر الرئيسي للألمنيوم ، ويوجد بكميات كبيرة في بعض البلدان ، بما في ذلك أستراليا وغينيا والبرازيل.
- يوجد الألمنيوم أيضًا في الصخور النارية مثل سيليكات الألمنيوم في الفلسبار ، الفلسبثويدات ، والميكا ، وفي التربة المشتقة منها كطين.
- بعد مزيد من التجوية ، يظهر على شكل بوكسيت ولاتريت غني بالحديد.
العلم وراء تكوين الألمنيوم
- يتكون الألمنيوم في نواة النجوم من خلال تفاعلات الاندماج ، ويقذف إلى الفضاء عندما تنفجر هذه النجوم على شكل مستعرات عظمى.
- كما يمكن إنتاجه بكميات صغيرة من خلال حرق بعض المواد ، مثل المغنيسيوم ، في وجود الأكسجين.
- الألومنيوم عنصر مستقر ، ولا يتحلل بسهولة أو يتلف بواسطة التفاعلات الكيميائية.
- إنها قوية للغاية وخفيفة الوزن ، مما يجعلها مادة قيّمة لمجموعة واسعة من التطبيقات.
الأشكال المختلفة للألمنيوم في الطبيعة
- يمكن أن يوجد الألمنيوم بأشكال مختلفة حسب الظروف التي يوجد فيها.
- الألمنيوم ، في شكله المعدني ، مادة قوية وطويلة وقابلة للطرق تستخدم بشكل شائع في إنتاج مجموعة واسعة من المنتجات.
- يمكن أن يوجد أيضًا في شكل مركبات ، مثل أكسيد الألومنيوم (Al2O3) ، المعروف باسم اكسيد الالمونيوم أو الياقوت.
- الألومنيوم الأصلي ، الذي يوجد فيه العنصر في شكله النقي ، نادر للغاية ولا يوجد إلا في مواقع قليلة حول العالم ، بما في ذلك أمريكا الجنوبية وجرينلاند.
- يمكن أيضًا ربط الألومنيوم بعناصر أخرى ، مثل الهيدروجين والأكسجين ، لتكوين مركبات مثل هيدروكسيد الألومنيوم (Al (OH) 3) وأكسيد الألومنيوم (Al2O3).
من التعدين إلى التصنيع: رحلة إنتاج الألمنيوم
- البوكسيت هو المادة الأساسية المستخدمة في إنتاج الألمنيوم
- توجد بكثرة في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية ، لا سيما في أمريكا الجنوبية وأفريقيا وأستراليا
- البوكسيت هو صخرة رسوبية تتكون من خليط من المعادن ، بما في ذلك هيدروكسيد الألومنيوم وأكسيد الحديد والسيليكا
- لاستخراج البوكسيت ، يستخدم الخبراء طريقة تسمى التفجير ، والتي تتضمن استخدام المتفجرات لإزالة التربة السطحية والأرض للوصول إلى الرواسب الغنية الموجودة تحتها.
- ثم يتم تخزين البوكسيت المستخرج ونقله إلى منشأة تكرير
تكرير البوكسيت للحصول على الألومينا
- تبدأ عملية التكرير بتنظيف البوكسيت لإزالة أي شوائب مثل الطين وآثار الحديد والمعادن الثقيلة الأخرى
- ثم يتم سحق البوكسيت المنظف إلى قطع صغيرة وتجفيفه لتشكيل مسحوق جاف
- يوضع هذا المسحوق في خزان كبير حيث يخلط مع نوع معين من الصودا الكاوية ويسخن تحت الضغط
- ينتج التفاعل الكيميائي الناتج مادة تسمى الألومينا ، وهي مادة بيضاء مسحوقية
- ثم يتم تخزين الألومينا ونقلها إلى مصهر لمزيد من المعالجة
صهر الألومينا لإنتاج الألمنيوم
- تتضمن عملية الصهر تحويل الألومينا إلى معدن الألمنيوم
- تتضمن الطريقة الحالية المستخدمة في معظم البلدان عملية Hall-Heroult ، والتي تتكون من خطوتين رئيسيتين: اختزال الألومينا إلى أكسيد الألومنيوم والتحليل الكهربائي لأكسيد الألومنيوم لإنتاج معدن الألمنيوم
- يتضمن اختزال الألومينا إلى أكسيد الألومنيوم تسخين الألومينا بعامل اختزال ، مثل الكربون ، لإزالة الأكسجين وإنتاج أكسيد الألومنيوم
- ثم يتم إذابة أكسيد الألومنيوم في إلكتروليت مصهور وتعريضه للتيار الكهربائي لإنتاج معدن الألمنيوم
- تتطلب عملية الصهر قدرًا كبيرًا من الطاقة وهي تقع عادةً بالقرب من مصادر الكهرباء الرخيصة ، مثل محطات الطاقة الكهرومائية
- نتيجة عملية الصهر هي منتجات الألمنيوم عالية الجودة التي يتم استخدامها في مجموعة واسعة من الصناعات ، بما في ذلك البناء والنقل والتعبئة والتغليف.
الألومنيوم: المعدن متعدد الاستخدامات لمجموعة واسعة من التطبيقات
الألومنيوم هو معدن يستخدم على نطاق واسع وله مجموعة من التطبيقات في مختلف الصناعات. إنها مادة خفيفة الوزن وقوية ومتينة يسهل التعامل معها ، مما يجعلها خيارًا شائعًا للعديد من التطبيقات. في هذا القسم ، سوف نستكشف التطبيقات المختلفة للألمنيوم والميزات التي تجعله مادة متعددة الاستخدامات.
تطبيقات في البناء والتشييد
يعد الألمنيوم خيارًا شائعًا للبناء والتشييد نظرًا لخفة وزنه وخصائصه المقاومة للتآكل. تشمل بعض التطبيقات الرئيسية للألمنيوم في البناء والتشييد ما يلي:
- التسقيف والكسوة والواجهات
- النوافذ والأبواب وواجهات المحلات
- الأجهزة المعمارية والدرابزين
- أنظمة المزاريب والصرف الصحي
- دواسة العتبات والأرضيات الصناعية
يستخدم الألمنيوم أيضًا بشكل شائع في بناء المنشآت الرياضية ، مثل الملاعب والساحات ، نظرًا لخفة وزنه وخصائصه المتينة.
تطبيقات في التصنيع والصناعة
يستخدم الألمنيوم على نطاق واسع في قطاعي التصنيع والصناعة بسبب خصائصه الميكانيكية والكيميائية. تشمل بعض التطبيقات الرئيسية للألمنيوم في التصنيع والصناعة ما يلي:
- خطوط ومكونات النقل الكهربائي
- تصنيع علب المشروبات والأغذية
- أواني ومعدات الطبخ
- مكونات لصناعة النقل ، بما في ذلك السكك الحديدية والسيارات
- سبائك لمختلف التطبيقات الصناعية ، بما في ذلك المواد الحفازة والمواد المقاومة للتآكل
يستخدم الألمنيوم أيضًا بشكل شائع كرقائق للتغليف والعزل نظرًا لقدرته على تحويل الحرارة ومقاومته للماء والتجفيف.
سبائك الألمنيوم وتطبيقاتها
يتم إنتاج سبائك الألومنيوم بواسطة عوامل صناعة السبائك مثل النحاس والزنك والسيليكون لتحسين الخواص الميكانيكية والكيميائية للمعادن. تتضمن بعض سبائك الألومنيوم الأكثر شيوعًا وتطبيقاتها ما يلي:
- السبائك المشغولة - تستخدم في تصنيع المكونات المختلفة بسبب قوتها العالية وقابليتها للتشكيل الجيد
- السبائك المصبوبة- تُستخدم في تصنيع المكونات المعقدة نظرًا لقدرتها على تشكيل أشكال معقدة
- Kynal - عائلة من السبائك التي طورتها شركة British Imperial Chemical Industries والتي تستخدم على نطاق واسع في تصنيع خطوط ومكونات النقل الكهربائي
السوق العالمي للألمنيوم
يعد الألمنيوم أحد أكثر المعادن استخدامًا في العالم ، مع مجموعة من التطبيقات في مختلف الصناعات. يعتبر السوق العالمي للألمنيوم هامًا ، حيث يأتي معظم إنتاج الألمنيوم من الصين ، تليها روسيا وكندا. من المتوقع أن يستمر الطلب على الألمنيوم في النمو ، لا سيما في صناعات السيارات والبناء ، حيث تزداد الحاجة إلى مواد خفيفة الوزن ومتينة.
العمل مع الألمنيوم: تقنيات ونصائح
عندما يتعلق الأمر بالعمل مع الألومنيوم ، هناك بعض التقنيات والنصائح التي يمكن أن تجعل العملية أسهل وأكثر كفاءة:
- التقطيع: يمكن قطع الألومنيوم باستخدام مجموعة متنوعة من الأدوات ، بما في ذلك المناشير والمقصات وحتى قاطع الصندوق البسيط. ومع ذلك ، من المهم استخدام الأداة المناسبة للوظيفة والحرص على عدم إتلاف المواد في العملية.
- الانحناء: الألومنيوم معدن ناعم نسبيًا ، مما يجعل من السهل الانحناء والتشكيل إلى أشكال مختلفة. ومع ذلك ، من المهم استخدام الأسلوب الصحيح لتجنب التسبب في الضرر أو ترك علامات قبيحة.
- الربط: يمكن ربط الألومنيوم باستخدام مجموعة متنوعة من الطرق ، بما في ذلك اللحام والنحاس واللحام. كل طريقة لها مزاياها وعيوبها ، اعتمادًا على التطبيق المحدد.
- التشطيب: يمكن إنهاء الألومنيوم بعدة طرق ، بما في ذلك التلميع والأنودة والطلاء. كل طريقة لها فوائدها الفريدة الخاصة بها ويمكن استخدامها لإنشاء مجموعة متنوعة من الأشكال والتشطيبات المختلفة.
التطبيقات
يستخدم الألمنيوم على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، بما في ذلك:
- البناء: يعتبر الألمنيوم خيارًا شائعًا لمواد البناء نظرًا لقوته ومتانته وخصائصه الخفيفة الوزن.
- الطبخ: غالبًا ما يستخدم الألمنيوم في أواني الطهي نظرًا لقدرته على توصيل الحرارة بسرعة وبشكل متساوٍ.
- وصلات الدائرة والكتل: يشيع استخدام الألمنيوم في إنتاج وصلات الدائرة والكتل نظرًا لقدرته على توصيل الكهرباء.
- التعبئة والتغليف: يستخدم الألمنيوم لإنتاج مجموعة متنوعة من مواد التعبئة والتغليف المختلفة ، بما في ذلك العلب والرقائق وحتى علب البيض.
تأثير بيئي
في حين أن الألومنيوم مادة متعددة الاستخدامات ومفيدة للغاية ، فمن المهم مراعاة تأثيره البيئي. يتطلب إنتاج الألمنيوم قدرًا كبيرًا من الطاقة ويمكن أن يتسبب في أضرار جسيمة بالبيئة إذا لم يتم القيام به بشكل مسؤول. ومع ذلك ، هناك مجموعة متنوعة من التقنيات والعمليات التي يمكن استخدامها لتقليل التأثير البيئي لإنتاج الألومنيوم واستخدامه.
التأثير البيئي لإنتاج الألمنيوم
الألومنيوم مادة كيميائية سامة يمكن أن يكون لها آثار ضارة على النظم البيئية المائية. عند إطلاقه في المسطحات المائية ، يمكن أن يسبب فقدان أيونات البلازما والدم في الأسماك واللافقاريات ، مما يؤدي إلى فشل التنظيم التناضحي. يمكن أن يؤدي هذا إلى فقدان الأنواع النباتية والحيوانية ، مما يؤدي إلى انخفاض التنوع البيولوجي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي إطلاق انبعاثات الكبريت أثناء تصنيع الألومنيوم إلى هطول أمطار حمضية ، مما يؤدي إلى زيادة الإضرار بالنظم الإيكولوجية المائية.
النظم البيئية الأرضية
إنتاج الألمنيوم له أيضًا تأثير كبير على النظم البيئية الأرضية. غالبًا ما تكون إزالة الغابات ضرورية لإفساح المجال لمصانع تصنيع الألمنيوم ، مما يؤدي إلى فقدان الموائل للعديد من الأنواع النباتية والحيوانية. يمكن أن يؤدي إطلاق الملوثات في الهواء أيضًا إلى الإضرار بصحة المجتمعات والحياة البرية القريبة. يعد تلوث التربة مشكلة أخرى ، حيث يمكن للمواد الكيميائية المستخدمة في عملية التصنيع أن تتسرب إلى الأرض وتضر حياة النبات.
وفي الختام
إذن فهناك ، الاستخدامات العديدة للألمنيوم ولماذا هي مادة مفيدة. إنه معدن خفيف الوزن يتمتع بقوة كبيرة ، مما يجعله مثاليًا للبناء والنقل والتعبئة والتغليف. بالإضافة إلى أنها غير سامة وغير مغناطيسية ، لذا فهي آمنة للاستخدام. لذلك لا تخف من استخدامه! يمكنك دائمًا إعادة تدويره عند الانتهاء منه.
أنا Joost Nusselder ، مؤسس Tools Doctor ، ومسوق المحتوى ، وأبي. أحب تجربة معدات جديدة ، ومع فريقي ، أقوم بإنشاء مقالات مدونة متعمقة منذ عام 2016 لمساعدة القراء المخلصين بالأدوات ونصائح الصياغة.
