آلومینیوم یا آلومینیوم یک عنصر فلزی خالص با عدد اتمی 13 است. این عنصر به دلیل استحکام و خواص سبک وزن آن شناخته شده است و آن را به یک ماده بسیار مورد توجه در دوران مدرن تبدیل کرده است.
در این پست به موارد زیر می پردازیم:
کاربردهای کلیدی آلومینیوم چیست؟
آلومینیوم طیف وسیعی از مصارف دارد، از جمله:
- ساخت و ساز: آلومینیوم به دلیل استحکام و دوام معمولاً در صنعت ساختمان سازی استفاده می شود.
- برق: آلومینیوم به دلیل رسانایی بالا در کابل ها و سیم های برق استفاده می شود.
- ظروف و ظروف آشپزخانه: آلومینیوم به دلیل مقاومت در برابر خوردگی معمولاً در تولید ظروف، ظروف و قوطی های آشپزخانه استفاده می شود.
- تولید باتری و فندک: آلومینیوم به دلیل ویژگی های سبک وزن، جزء کلیدی در تولید باتری و فندک است.
چقدر آلومینیوم تولید می شود؟
آلومینیوم ماده ای با تولید بالا است که سالانه میلیون ها تن توسط شرکت های سراسر جهان تولید می شود.
آلومینیوم به چه شکلی می آید؟
آلومینیوم در اشکال مختلفی از جمله ورق، صفحه، میله و لوله وجود دارد. همچنین می توان آن را در اشکال خاصی مانند اکستروژن و فورجینگ یافت.
آلومینیوم چه نقشی در محیط زیست دارد؟
آلومینیوم در مقایسه با سایر فلزات تأثیر کمتری بر محیط زیست دارد، زیرا قابل بازیافت و استفاده مجدد است. این باعث می شود که آن را به یک ماده رایج در محدوده محصولات جدید تبدیل کند که هدف آن کاهش ضایعات و ارتقای پایداری است.
داشتن بدنی با آلومینیوم
- آلومینیوم یک فلز نقره ای مایل به آبی است که به دلیل ساختار اتمی خود بسیار پایدار است.
- عدد اتمی آن 13 است و یکی از عناصر اصلی موجود در زمین است.
- پیکربندی اتمی آلومینیوم 2، 8، 3 است، یعنی دارای دو الکترون در اولین سطح انرژی، هشت الکترون در سطح دوم و سه الکترون در بیرونی ترین سطح انرژی است.
- بیرونی ترین الکترون های آلومینیوم بین اتم ها به اشتراک گذاشته شده است که به پیوند فلزی آن کمک می کند و آن را بسیار رسانا می کند.
- آلومینیوم دارای ساختار کریستالی مکعبی و شعاع تقریباً 143 pm است.
- نقطه ذوب 660.32 درجه سانتیگراد و نقطه جوش 2519 درجه سانتیگراد است که توانایی تحمل دمای بالا را دارد.
- چگالی آلومینیوم کم است، بسته به آلیاژ خاص، از 2.63 تا 2.80 گرم بر سانتی‌متر مربع متغیر است.
- آلومینیوم تقریباً به اندازه طلا شکل پذیر است و بعد از نقره دومین فلز چکش خوار است.
- همچنین بسیار انعطاف پذیر است، به این معنی که می توان آن را بدون شکستن به سیم های نازک کشید.
- در مقایسه با سایر فلزات، آلومینیوم وزن نسبتاً کمی دارد و بسته به ایزوتوپ، محدوده وزنی تقریباً 26.98 تا 28.08 گرم در مول دارد.
خصوصیات فیزیکی
- آلومینیوم عنصر رایجی است که در پوسته زمین یافت می شود، جایی که معمولاً به شکل بوکسیت وجود دارد.
- از ترکیب بوکسیت با هیدروکسید سدیم و سپس الکترولیز مخلوط حاصل تولید می شود.
- آلومینیوم خالص فلزی به رنگ سفید مایل به آبی است که به شدت صیقلی بوده و براقیت کمی دارد.
- آلومینیوم در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و برای کاربردهای مختلفی که در معرض عناصر قرار می گیرد مناسب است.
- رسانایی حرارتی بالایی دارد، به این معنی که می تواند گرما را سریع و کارآمد منتقل کند.
- آلومینیوم همچنین غیر سمی، غیر مغناطیسی و بدون جرقه است که آن را به یک ماده بسیار متنوع تبدیل می کند.
- بسته به آلیاژ، آلومینیوم می تواند از نرم و چکش خوار تا سخت و قوی متغیر باشد.
- آلومینیوم برای ریخته‌گری، ماشین‌کاری و شکل‌دهی بسیار مناسب است و آن را به انتخابی محبوب برای طیف وسیعی از کاربردها تبدیل می‌کند.
- در طول سال ها، آلومینیوم به دلیل خواص فیزیکی و سهولت تولید و پالایش آن به یک ماده مهم تبدیل شده است.
- طبق جدول تناوبی، آلومینیوم یک عنصر با اندازه متوسط است و به دلیل پیکربندی الکترونی و خواص پیوند آن بسیار پایدار است.
- انرژی یونیزاسیون آلومینیوم نسبتاً زیاد است، به این معنی که برای حذف یک الکترون از اتم یا یون آلومینیوم به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز دارد.
- آلومینیوم قادر به تشکیل طیف گسترده ای از ایزوتوپ ها از 21Al تا 43Al، با انرژی های 0.05 MeV تا 9.6 MeV است.
- خواص فیزیکی آلومینیوم آن را به یک ماده بسیار متنوع تبدیل می کند که برای طیف وسیعی از کاربردها، از ساخت و ساز و حمل و نقل گرفته تا الکترونیک و بسته بندی مناسب است.
آلومینیوم: شیمی پشت فلز
- آلومینیوم در سال 1825 توسط شیمیدان دانمارکی هانس کریستین اورستد کشف شد.
- این فلز پس از گذار با نماد Al و عدد اتمی 13 است.
- آلومینیوم در دمای اتاق جامد است و ظرفیت آن سه است.
- دارای شعاع اتمی کوچک و بسیار الکترونگاتیو است که باعث می شود به شدت با عناصر دیگر ترکیب شود و ترکیباتی را تشکیل دهد.
- از خواص آلومینیوم می توان به رسانایی خوب الکتریسیته و گرما، داشتن چگالی کم و مقاوم در برابر خوردگی اشاره کرد.
- برای زندگی مدرن ضروری است و کاربردهای گسترده ای در ساختمان، حمل و نقل و بسته بندی دارد.
تولید و پالایش آلومینیوم
- آلومینیوم توسط فرآیند Hall-Héroult تولید می شود که شامل الکترولیز آلومینا (Al2O3) در کرایولیت مذاب (Na3AlF6) است.
- این فرآیند انرژی بر و گران است، اما آلومینیوم به طور گسترده ای در دسترس است و استفاده از آن راحت است.
- توانایی تولید آلومینیوم در مقادیر زیاد و با هزینه نسبتا کم، آن را به یک فلز رایج در جامعه مدرن تبدیل کرده است.
- فرآیند پالایش شامل افزودن فلزات دیگر مانند منیزیم برای تولید آلیاژهایی با خواص خاص است.
آلومینیوم در طبیعت و شیمی آبی آن
- آلومینیوم فراوان ترین فلز در پوسته زمین است، اما به شکل خالص آن یافت نمی شود.
- معمولاً در مواد معدنی مانند بوکسیت و خاک رس یافت می شود.
- هیدروکسید آلومینیوم (Al(OH)3) یک ترکیب رایج است که هنگام واکنش آلومینیوم با محلول های آبی مانند هیدروکسید پتاسیم (KOH) تشکیل می شود.
- در حضور آب، آلومینیوم لایه نازکی از اکسید را روی سطح خود تشکیل می دهد که از آن در برابر خوردگی بیشتر محافظت می کند.
کاربرد و کاربردهای آلومینیوم
- آلومینیوم به دلیل خواصی که دارد، از جمله سبک بودن، استحکام و کارکرد آسان با آن، کاربردهای وسیعی دارد.
- معمولاً در ساختمان و ساخت و ساز، حمل و نقل، بسته بندی و الکترونیک استفاده می شود.
- آلومینیوم برای ساخت قطعات نازک مانند فویل و قطعات بزرگ مانند قاب ساختمان مناسب است.
- توانایی اختلاط آلومینیوم با فلزات دیگر امکان تولید آلیاژهایی با خواص خاص مانند استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می کند.
- میله های آلومینیومی به دلیل رسانایی خوب معمولا در سیم کشی برق استفاده می شوند.
خاستگاه آلومینیوم: چگونه به طور طبیعی به وجود می آید
- آلومینیوم سومین عنصر فراوان در پوسته زمین است که حدود 8 درصد وزن آن را تشکیل می دهد.
- این عنصر با عدد اتمی نسبتا کم است، با نماد Al و عدد اتمی 13.
- آلومینیوم به شکل خالص در طبیعت یافت نمی شود، بلکه در ترکیب با عناصر و ترکیبات دیگر یافت می شود.
- در طیف گسترده ای از مواد معدنی، از جمله سیلیکات ها و اکسیدها، و همچنین به شکل بوکسیت، مخلوطی از اکسیدهای آلومینیوم هیدراته، وجود دارد.
- بوکسیت منبع اولیه آلومینیوم است و به مقدار زیاد در برخی کشورها از جمله استرالیا، گینه و برزیل یافت می شود.
- آلومینیوم همچنین در سنگ های آذرین به صورت آلومینوسیلیکات در فلدسپات ها، فلدسپاتوئیدها و میکاها و در خاک به دست آمده از آنها به صورت رس وجود دارد.
- پس از هوازدگی بیشتر، به صورت بوکسیت و لاتریت غنی از آهن ظاهر می شود.
علم پشت تشکیل آلومینیوم
- آلومینیوم از طریق واکنش های همجوشی در هسته ستارگان ایجاد می شود و زمانی که این ستاره ها به صورت ابرنواختر منفجر می شوند به فضا پرتاب می شود.
- همچنین می تواند در مقادیر کم از طریق سوزاندن برخی مواد مانند منیزیم در حضور اکسیژن تولید شود.
- آلومینیوم عنصری پایدار است و به راحتی در اثر واکنش های شیمیایی شکسته یا از بین نمی رود.
- این بسیار قوی و سبک است و آن را به یک ماده با ارزش برای طیف گسترده ای از کاربردها تبدیل می کند.
اشکال مختلف آلومینیوم در طبیعت
- آلومینیوم بسته به شرایطی که در آن یافت می شود می تواند به اشکال مختلف وجود داشته باشد.
- آلومینیوم در شکل فلزی خود، ماده ای محکم، انعطاف پذیر و چکش خوار است که معمولاً در تولید طیف وسیعی از محصولات استفاده می شود.
- همچنین می تواند به شکل ترکیباتی مانند اکسید آلومینیوم (Al2O3) وجود داشته باشد که معمولاً به عنوان کوراندوم یا یاقوت شناخته می شود.
- آلومینیوم بومی، که در آن عنصر به شکل خالص آن یافت می شود، بسیار نادر است و تنها در مکان های معدودی در سراسر جهان، از جمله آمریکای جنوبی و گرینلند یافت می شود.
- آلومینیوم همچنین می تواند با عناصر دیگر مانند هیدروژن و اکسیژن پیوند بخورد تا ترکیباتی مانند هیدروکسید آلومینیوم (Al(OH)3) و اکسید آلومینیوم (Al2O3) را تشکیل دهد.
از معدن تا تولید: سفر تولید آلومینیوم
- بوکسیت ماده اولیه مورد استفاده در تولید آلومینیوم است
- در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری، به ویژه در آمریکای جنوبی، آفریقا و استرالیا به وفور یافت می شود
- بوکسیت یک سنگ رسوبی است که از مخلوطی از مواد معدنی شامل هیدروکسید آلومینیوم، اکسید آهن و سیلیس تشکیل شده است.
- برای استخراج بوکسیت، کارشناسان از روشی به نام انفجار استفاده می کنند که شامل استفاده از مواد منفجره برای حذف خاک سطحی و خاک برای دسترسی به ذخایر غنی واقع در زیر آن است.
- سپس بوکسیت استخراج شده ذخیره شده و به تاسیسات پالایشی منتقل می شود
پالایش بوکسیت برای بدست آوردن آلومینا
- فرآیند تصفیه با تمیز کردن بوکسیت برای حذف هرگونه ناخالصی مانند خاک رس و آثار آهن و سایر فلزات سنگین شروع می شود.
- سپس بوکسیت تمیز شده را به قطعات کوچک خرد می کنند و خشک می کنند تا به صورت پودر خشک در آید
- این پودر در یک مخزن بزرگ قرار می گیرد و در آنجا با نوع خاصی از سود سوزآور مخلوط شده و تحت فشار حرارت داده می شود.
- در واکنش شیمیایی حاصل، ماده ای به نام آلومینا تولید می شود که یک ماده سفید و پودری است
- سپس آلومینا ذخیره شده و برای پردازش بیشتر به کارخانه ذوب منتقل می شود
ذوب آلومینا برای تولید آلومینیوم
- فرآیند ذوب شامل تبدیل آلومینا به فلز آلومینیوم است
- روش فعلی مورد استفاده در اکثر کشورها شامل فرآیند هال-هروولت است که شامل دو مرحله اصلی است: کاهش آلومینا به اکسید آلومینیوم و الکترولیز اکسید آلومینیوم برای تولید فلز آلومینیوم.
- کاهش آلومینا به اکسید آلومینیوم شامل حرارت دادن آلومینا با یک عامل کاهنده مانند کربن برای حذف اکسیژن و تولید اکسید آلومینیوم است.
- سپس اکسید آلومینیوم در یک الکترولیت مذاب حل می شود و تحت جریان الکتریکی قرار می گیرد تا فلز آلومینیوم تولید شود.
- فرآیند ذوب به مقدار قابل توجهی نیرو نیاز دارد و معمولاً در نزدیکی منابع برق ارزان قیمت مانند نیروگاه های برق آبی قرار دارد.
- نتیجه فرآیند ذوب، محصولات آلومینیومی با کیفیت بالا است که در طیف وسیعی از صنایع از جمله ساخت و ساز، حمل و نقل و بسته بندی استفاده می شود.
آلومینیوم: فلز همه کاره برای طیف وسیعی از کاربردها
آلومینیوم فلزی پرمصرف است که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارد. این یک ماده سبک وزن، قوی و بادوام است که کار با آن آسان است و آن را به یک انتخاب محبوب برای بسیاری از کاربردها تبدیل می کند. در این بخش، کاربردهای مختلف آلومینیوم و ویژگی هایی که آن را به یک ماده همه کاره تبدیل می کند، بررسی خواهیم کرد.
کاربردها در ساختمان و ساخت و ساز
آلومینیوم به دلیل خواص سبک وزن و مقاوم در برابر خوردگی، انتخاب محبوبی برای ساختمان و ساخت و ساز است. برخی از کاربردهای اصلی آلومینیوم در ساختمان و ساختمان عبارتند از:
- سقف، روکش و نما
- پنجره ها، درها و ویترین مغازه ها
- سخت افزار و نرده های معماری
- سیستم های ناودانی و زهکشی
- کفپوش تردپلیت و صنعتی
آلومینیوم همچنین به دلیل سبک بودن و خواص بادوام آن معمولاً در ساخت اماکن ورزشی مانند استادیوم ها و ورزشگاه ها استفاده می شود.
کاربردها در تولید و صنعت
آلومینیوم به دلیل خواص مکانیکی و شیمیایی به طور گسترده ای در بخش های تولیدی و صنعتی استفاده می شود. برخی از کاربردهای اصلی آلومینیوم در تولید و صنعت عبارتند از:
- خطوط انتقال برق و قطعات
- ساخت قوطی برای نوشیدنی و غذا
- ظروف و تجهیزات پخت و پز
- قطعات برای صنعت حمل و نقل، از جمله راه آهن و خودرو
- آلیاژها برای کاربردهای مختلف صنعتی، از جمله کاتالیزورها و مواد مقاوم در برابر خوردگی
آلومینیوم همچنین به دلیل قابلیت تبدیل گرما و مقاومت در برابر آب و خشک شدن معمولاً به عنوان فویل برای بسته بندی و عایق استفاده می شود.
آلیاژهای آلومینیوم و کاربردهای آنها
آلیاژهای آلومینیوم توسط عوامل آلیاژی مانند مس، روی و سیلیکون برای بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی فلز تولید می شوند. برخی از رایج ترین آلیاژهای آلومینیوم و کاربردهای آنها عبارتند از:
- آلیاژهای فرفورژه - به دلیل استحکام بالا و شکل پذیری خوب در ساخت قطعات مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.
- آلیاژهای ریخته گری - به دلیل توانایی آنها در ریخته گری به اشکال پیچیده در ساخت اجزای پیچیده استفاده می شود.
- Kynal خانواده ای از آلیاژها است که توسط صنایع شیمیایی امپراتوری بریتانیا ساخته شده است که به طور گسترده در ساخت خطوط و قطعات انتقال الکتریکی استفاده می شود.
بازار جهانی آلومینیوم
آلومینیوم یکی از پرمصرف ترین فلزات در جهان است که کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف دارد. بازار جهانی آلومینیوم قابل توجه است و اکثریت تولید آلومینیوم از چین و پس از آن روسیه و کانادا می باشد. انتظار می رود با افزایش نیاز به مواد سبک وزن و بادوام، تقاضا برای آلومینیوم، به ویژه در صنایع خودروسازی و ساختمانی به رشد خود ادامه دهد.
کار با آلومینیوم: تکنیک ها و نکات
وقتی صحبت از کار با آلومینیوم به میان می آید، چند تکنیک و نکته وجود دارد که می تواند فرآیند را آسان تر و کارآمدتر کند:
- برش: آلومینیوم را می توان با استفاده از ابزارهای مختلفی از جمله اره، قیچی و حتی یک جعبه برش ساده برش داد. با این حال، مهم است که از ابزار مناسب برای کار استفاده کنید و مراقب باشید که در این فرآیند به مواد آسیبی وارد نشود.
- خمش: آلومینیوم فلزی نسبتاً نرم است که خم شدن و شکل دادن آن را به اشکال مختلف آسان می کند. با این حال، استفاده از تکنیک مناسب برای جلوگیری از ایجاد آسیب یا باقی ماندن علائم ناخوشایند مهم است.
- اتصال: آلومینیوم را می توان با استفاده از روش های مختلفی از جمله جوش، لحیم کاری و لحیم کاری به یکدیگر متصل کرد. هر روش بسته به کاربرد خاص خود مزایا و معایب خاص خود را دارد.
- تکمیل: آلومینیوم را می توان به روش های مختلفی از جمله پرداخت، آنودایز و رنگ آمیزی پرداخت کرد. هر روش مزایای منحصر به فرد خود را دارد و می توان از آن برای ایجاد انواع ظاهر و پوشش های مختلف استفاده کرد.
اپلیکیشن‌ها
آلومینیوم به طور گسترده در کاربردهای مختلفی استفاده می شود، از جمله:
- ساخت و ساز: آلومینیوم به دلیل استحکام، دوام و ویژگی های سبک وزن، انتخاب محبوبی برای مصالح ساختمانی است.
- پخت و پز: آلومینیوم به دلیل توانایی آن در انتقال سریع و یکنواخت گرما اغلب در ظروف پخت و پز استفاده می شود.
- اتصالات و بلوک های مدار: آلومینیوم به دلیل توانایی هدایت الکتریسیته معمولاً در تولید اتصالات و بلوک های مدار استفاده می شود.
- بسته بندی: آلومینیوم برای تولید انواع مواد بسته بندی مختلف از جمله قوطی، فویل و حتی کارتن تخم مرغ استفاده می شود.
اثرات زیست محیطی
در حالی که آلومینیوم یک ماده بسیار همه کاره و مفید است، مهم است که تاثیرات زیست محیطی آن را در نظر بگیرید. تولید آلومینیوم به قدرت زیادی نیاز دارد و در صورت عدم مسئولیت پذیری می تواند آسیب قابل توجهی به محیط زیست وارد کند. با این حال، تکنیک ها و فرآیندهای مختلفی وجود دارد که می توان از آنها برای کاهش اثرات زیست محیطی تولید و استفاده آلومینیوم استفاده کرد.
تاثیر زیست محیطی تولید آلومینیوم
آلومینیوم یک ماده شیمیایی سمی است که می تواند اثرات مضری بر اکوسیستم های آبی داشته باشد. هنگامی که در آب منتشر می شود، می تواند باعث از بین رفتن یون های پلاسما و همولنف در ماهی ها و بی مهرگان شود که منجر به نارسایی تنظیم اسمز می شود. این امر می تواند منجر به از بین رفتن گونه های گیاهی و جانوری شود و منجر به کاهش تنوع زیستی شود. علاوه بر این، انتشار سولفوریک در طول تولید آلومینیوم می تواند منجر به باران اسیدی شود که بیشتر به اکوسیستم های آبی آسیب می رساند.
اکوسیستم های زمینی
تولید آلومینیوم همچنین تأثیر قابل توجهی بر اکوسیستم های زمینی دارد. جنگل زدایی اغلب برای ایجاد فضا برای کارخانه های تولید آلومینیوم ضروری است که منجر به از بین رفتن زیستگاه برای بسیاری از گونه های گیاهی و جانوری می شود. انتشار آلاینده ها در هوا همچنین می تواند به سلامت جوامع اطراف و حیات وحش آسیب برساند. آلودگی خاک یکی دیگر از مسائل است، زیرا مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیند تولید می توانند به داخل زمین نفوذ کنند و به زندگی گیاهان آسیب برسانند.
نتیجه
بنابراین، در مورد موارد استفاده زیاد از آلومینیوم و اینکه چرا این ماده بسیار مفید است، باید بدانید. این یک فلز سبک وزن با استحکام زیاد است که آن را برای ساخت، حمل و نقل و بسته بندی عالی می کند. به علاوه، غیر سمی و غیر مغناطیسی است، بنابراین استفاده از آن بی خطر است. پس از استفاده از آن نترسید! وقتی کارتان تمام شد، همیشه می‌توانید آن را بازیافت کنید.
من Joost Nusselder، بنیانگذار Tools Doctor، بازاریاب محتوا، و پدر هستم. من عاشق امتحان کردن تجهیزات جدید هستم و به همراه تیمم از سال 2016 مقالات وبلاگ عمیقی ایجاد کرده‌ام تا به خوانندگان وفادار با ابزار و نکات کاردستی کمک کنم.
