آلومینیوم فلزی است که از نظر میزان استفاده صنعتی بعد از آهن در رتبه دوم قرار دارد .ویژگی هایی مانند : چکش‌خواری و راحتی خمش و برش آن از امتیازات انتخاب این فلز در استفاده صنعتی می باشد . جریان الکتریسیته و گرما را به خوبی هدایت می کند و هم این که در برابر خوردگی و پوسیدن مقاومت بالایی دارد . حال اگر بخواهیم خواص آلومینیم را بهبود بدهیم از روش هایی همچون تهیه آلیاژ می توان استفاده کرد .
در تولید آلومینیم از روش هال ( هال – هرولت ) استفاده می شود که البته میزان مصرف انرژی و برق در این فرایند خیلی بالاست .از آلومینیم خالص به طور عمده در صنایع الکترونیک و پردازنده های سیلیکونی استفاده می شود . هرگاه فلز آلومینیم را با فلزاتی مثل روی و مس و منیزیم آلیاژ کنیم ، حتی می تواند درجه سختی بالاتر از استیل داشته باشد .
آلومینم و آلیاژ های آن به طور عمده در صنایع حمل و نقلی کاربرد دارد . از آن جایی که سبک تر بوده و یا چگالی کمتری دارد ، این امر سبب کاهش مصرف سوخت در جریان حمل و نقل می شود . از جمله کاربرد های آلومینیم در بسته بندی کردن مواد غذایی و تولید بطری های نوشابه ها می باشد .
مراحل تولید آلومینیم با استفاده از روش هال – هرولت
- جداسازی سنگ معدن بوکسیت( \( Al_{2}O_{3}.xH_{2}O \))
- خالص سازی بوکسیت به آلومینا( آلومینیم اکسید خالص )
- ساخت و تهیه کریولیت(\( Na_{3}AlF_{6} \)) و آلومینیم فلوئورید جهت کاهش دمای ذوب آلومینا
- برق کافت و تبدیل آلومینا به آلومینم مذاب
واکنش اصلی در فرایند هال به صورت : \( 2Al_{2}O_{3}(s)+3C(s)\rightarrow 4Al(l)+3CO_{2} (g) \) که البته در این فرایند هر چند وقت یک بار باید میله های گرافیتی را تعویض کنیم چون که در اثر واکنش با یون های اکسید موجود در سیستم به کربن دی اکسید تبدیل می شوند .
باید بدانیم که در این فرایند که نمونه ای از دستگاه برق کافت می باشد ، در مدار خارجی از باتری با جریان مستقیم استفاده می کنیم که قطب منفی و آندی آن به دیواره گرافیتی جدار داخلی دستگاه متصل است و میله های گرافیتی به قطب مثبت باتری وصل خواهند بود .
نیم واکنش آندی ( اکسایش ) : \( C(s)+O_{2}(g)\longrightarrow CO_{2}(g)+4e^{-} \)
نیم واکنش کاتدی ( کاهش ) : \( Al^{3+}(l)+3e^{-}\longrightarrow Al(l) \)
که با توجه به نیم واکنش ها در می یابیم که بین قطب ها در جریان واکنش مثلا به ازای مصرف 3 مول از گرافیت ، 12 مول الکترون مبادله می شود .
آلومینیم مذاب از کریولیت \( Na_{3}AlF_{6} \) چگال تر است و در پایین سلول جمع و به حوضچه آلومینیم تبدیل می شود . به طور معمول این حوضچه ها عمقی در حدود 10 سانتی متر دارند ، البته با تخلیه روزانه آلومینیم ، این عمق را ثابت نگه می دارند . آلومینیم به صورت شمش هایی با درجه خلوص تقریبا 99 درصد تولید می شود که مقداری از ناخالصی های نظیر آهن و سیلیسیم را در خود دارد .
حالا کریولیت چیست ؟ کریولیت می تواند دمای ذوب آلومینا را کاهش دهد و از طریق واکنش های زیر می توان آن را تهیه کرد .
\( Al_{2}O_{3}(s)+2NaOH(aq)\rightarrow 2NaAlO_{2}(aq)+H_{2}O(l) \)
\( NaAlO_{2}(aq)+6HF(aq)+Na_{2}CO_{3}\overset{60^{\circ C}}{\longrightarrow} Na_{3}AlF_{6}(aq)+3H_{2}O(l)+CO_{2}{g} \)
ابتدا سدیم آلومینات را سنتز می کنند و سپس به سدیم آلومینات ، هیدروژن فلوئورید و سدیم کربنات اضافه می کنند و در ادامه در دمایی نزدیک به 60 درجه سلسیوس ، رسوب سدیم آلومینم فلوئورید ( کریولیت ) تولید می شود .
در جریان الکترولیز مقداری آلومینیم فلوئورید نیز به محلول اضافه می شود تا غلظت الکترولیت و مقدار فلوئورید در جریان الکترولیز تنظیم شود . جهت تولید آلومینیم فلوئورید \( AlF_{3} \)می توان از واکنش آلومینیم هیدروکسید با هگزا فلوئورسیلیسیک اسید \( H_{2}SiF_{6} \)استفاده کرد .
\( 2Al(OH)_{4}(s)+H_{2}SiF_{6}(aq)\longrightarrow 2AlF_{3}(aq)+SiO_{2}(s)+4H_{2}O(l) \)
آلومینیوم (Aluminium) یک فلز سبک، مقاوم، و غیرآهنی با ویژگی‌های منحصربه‌فرد است که در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. در ادامه اطلاعات جامعی درباره آلومینیوم ارائه می‌شود:
ویژگی‌های کلی آلومینیوم:
عدد اتمی: 13
جرم اتمی: حدود 26.98 گرم بر مول
چگالی: 2.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب (بسیار سبک‌تر از فولاد)
نقطه ذوب: حدود 660 درجه سانتی‌گراد
رنگ: نقره‌ای-سفید
مقاومت در برابر خوردگی: آلومینیوم به دلیل تشکیل لایه نازک آلومینیوم اکسید (\( Al_{2}O_{3} \)) روی سطح خود، مقاومت بالایی در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی دارد.
هدایت الکتریکی و حرارتی: آلومینیوم رسانای خوبی برای برق و حرارت است، هرچند نسبت به مس کمی ضعیف‌تر عمل می‌کند.
قابلیت بازیافت: آلومینیوم 100٪ قابل بازیافت است و بازیافت آن تنها 5٪ انرژی مورد نیاز برای تولید اولیه را مصرف می‌کند.
منابع و استخراج:
منبع اصلی: آلومینیوم از سنگ معدنی به نام بوکسیت استخراج می‌شود که حاوی آلومینیوم اکسید است.
فرآیند تولید: از روش هال-هرولت برای استخراج آلومینیوم از بوکسیت استفاده می‌شود. این فرآیند شامل الکترولیز آلومینا (آلومینیوم اکسید ) در کوره‌های مخصوص است.
منابع جهانی: بزرگ‌ترین تولیدکنندگان آلومینیوم شامل چین، روسیه، کانادا، و استرالیا هستند.
کاربردهای آلومینم :
آلومینیوم به دلیل ویژگی‌های سبک، مقاوم، و انعطاف‌پذیر بودن در صنایع مختلف استفاده می‌شود:
صنعت حمل‌ونقل: ساخت بدنه هواپیماها، خودروها، و قطارها به دلیل وزن سبک. مثال: در هواپیماهای تجاری، حدود 80٪ بدنه از آلومینیوم ساخته شده است.
بسته‌بندی: قوطی‌های نوشیدنی، فویل‌های آلومینیومی، و بسته‌بندی مواد غذایی.
ساخت‌وساز: پنجره‌ها، درها، و سازه‌های ساختمانی به دلیل مقاومت در برابر خوردگی.
صنعت برق: کابل‌های برق و هادی‌ها به دلیل رسانایی بالا و وزن کم.
صنایع دیگر: تولید قطعات الکترونیکی، لوازم خانگی، و تجهیزات ورزشی.
مزایای آلومینیم :
سبک و مقاوم . قابلیت شکل‌پذیری بالا (مناسب برای ریخته‌گری و آهنگری). غیرسمی و مناسب برای تماس با مواد غذایی. بازیافت‌پذیری بالا و سازگاری با محیط زیست.
معایب:
مقاومت مکانیکی کمتر نسبت به فولاد در برخی کاربردها. هزینه تولید اولیه نسبتاً بالا به دلیل مصرف انرژی زیاد در فرآیند استخراج.در برابر برخی اسیدها و مواد شیمیایی خاص ممکن است واکنش نشان دهد.
نکات جالبدر باره آلومینیم :
آلومینیوم سومین عنصر فراوان در پوسته زمین است (حدود 8٪ از پوسته زمین).
در قرن 19، آلومینیوم به دلیل دشواری استخراج، گران‌تر از طلا بود!
آلیاژهای آلومینیوم (مانند آلومینیوم-مس یا آلومینیوم-منیزیم) برای افزایش استحکام و کاربردهای خاص تولید می‌شوند.
در ویدیوی زیر با چگونگی تولید فویل آلومینیم آشنا می شویم
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.