آلومینیوم چیه وکاربرد آن در صنایع چیست

آلومینیوم در اطراف شما وجود دارد – از اقلام روزمره مانند قوطی نوشابه گرفته تا هواپیما که بالای سر شما پرواز می کند. آلومینیوم یکی از مفیدترین مواد شناخته شده برای بشر است. می توان آن را تقریباً با هر فلز دیگری آلیاژ (مخلوط) کرد تا موادی با خواص مفید ایجاد کند. فلزات آلیاژ شده با آلومینیوم همگی بسیار محکم و در عین حال سبک وزن و مقاوم در برابر زنگ زدگی هستند.

پس از اکسیژن و سیلیکون، آلومینیوم سومین عنصر فراوان در پوسته زمین (8.2 درصد) و با اختلاف فراوان ترین فلز است. برخلاف فلزاتی مانند مس، طلا، سرب، آهن و روی که هزاران سال است توسط انسان استفاده می‌شده است، آلومینیوم تنها برای کمی بیش از 100 سال مورد استفاده رایج بوده است. این به این دلیل است که آلومینیوم هرگز در حالت خالص خود در طبیعت یافت نمی شود. بنابراین در حالی که انسان ها در مورد ترکیبات آلومینیوم می دانستند، تنها در اواخر دهه 1800 چگونگی استخراج فلز آلومینیوم را کشف کردند. آلومینیوم را می توان از برخی رس ها استخراج کرد، اما رایج ترین سنگ معدن آلومینیوم ماده ای به نام بوکسیت است. ابتدا باید سنگ معدن آلومینیوم استخراج شود، سپس بوکسیت به آلومینا (اکسید آلومینیوم) تصفیه می شود. مقدار زیادی برق برای ذوب آلومینا به فلز آلومینیوم استفاده می شود.

تاریخچه آلومینیوم

آلومینیوم فلزی با خواص مفید و کاربردهای عملی فراوان است، اما تاریخچه نام آن در دنیای علمی تا حدودی پیچیده است.

در حدود 5300 سال قبل از میلاد: ایرانیان گلدان های بسیار محکمی از خاک رس حاوی اکسید آلومینیوم می ساختند. حدود 2000 سال قبل از میلاد: مصریان و بابلیان باستان از سولفات آلومینیوم پتاسیم KAl(SO4)2 به عنوان دارویی برای کاهش خونریزی استفاده می کردند. منبع آن از ذخایر طبیعی یونان و ترکیه بود. رومیان باستان این ترکیب پزشکی را “زاج” می نامیدند که کلمه و نماد امروزی را از آنجا می گیریم. امروزه نیز برای جلوگیری از خونریزی استفاده می شود.

قرون وسطی: بیشتر زاج از قلمرو پاپی تولفا می آمد، اما با کشف ذخایر بزرگ آلوم شیل در یورکشایر در اوایل دهه 1600، قیمت به شدت کاهش یافت. در طول قرن‌های بعدی، زاج در دو زمینه اصلی مورد استفاده قرار می‌گرفت: به عنوان نگهدارنده کاغذ و به عنوان یک عامل ثابت کننده برای پارچه‌های مرده.

1808: سر همفری دیوی انگلیسی تلاش کرد تا آلومینیوم را از طریق الکترولیز استخراج کند. او شکست خورد اما وجود آن را ثابت کرد و نام آن را گذاشت.

1821: زمین شناس فرانسوی، پیر برتیه، ماده ای غنی از آلومینیوم را در نزدیکی روستای Les Baux در پروونس، فرانسه کشف کرد. به نام این روستا بوکسیت نامگذاری شده است.

1825: هانس کریستین اورستد در دانمارک با حرارت دادن کلرید آلومینیوم با آمالگام پتاسیم، آلومینیوم ناخالص تولید کرد.

1827: فریدریش ولر شیمیدان آلمانی با واکنش پتاسیم با کلرید آلومینیوم بی آب که فرآیند ارستد را بهبود می بخشد، آلومینیوم را به صورت پودر استخراج کرد.

1855: شیمیدان فرانسوی هنری سن کلر دویل موفق شد به جای پتاسیم گرانتر، یک نوار جامد از آلومینیوم با استفاده از سدیم به دست آورد. نوار آلومینیومی آنقدر گرانبها در نظر گرفته شد که در همان سال در کنار جواهرات تاج فرانسوی به نمایش گذاشته شد.

1886: دو دانشمند در قاره های جداگانه (چارلز هال در آمریکا و پل هرولت در فرانسه) به طور مستقل یک روش اقتصادی برای تولید آلومینیوم از طریق الکترولیز در کرایولیت مذاب (سدیم آلومینیوم فلوراید) کشف کردند. اتفاقاً هر دو در سال 1864 به دنیا آمدند و هر دو در سال 1914 فوت کردند.

1887: شیمیدان اتریشی کارل یوزف بایر که در روسیه کار می کرد روشی را برای استخراج آلومینا از بوکسیت ابداع کرد.

1888: هال شرکت کاهش پیتسبورگ (معروف به Alcoa از سال 1907) را تأسیس کرد. 1890: اکتشافات هال هرولت و بایر باعث کاهش 80 درصدی قیمت آلومینیوم شد.

در سال 1888 هر پوند آلومینیوم 4.86 دلار آمریکا قیمت داشت.

در سال 1893، هر پوند 0.78 دلار آمریکا بود و در اواخر دهه 1930 فقط 0.20 دلار برای هر پوند هزینه داشت و بیش از 2000 مورد استفاده داشت.

1900: فقط 8000 تن آلومینیوم تولید شد اما 100 سال بعد 24.5 میلیون تن تولید شد و در سال 2016 حدود 57.6 میلیون تن تولید شد. 1911: آلفرد ویلم، شیمیدان آلمانی، آلیاژهای آلومینیومی مهمی را ساخت که برای ساخت اقلامی مانند هواپیما به اندازه کافی جامد بودند.

در طول جنگ جهانی دوم و جنگ کره تقاضای زیادی برای آلومینیوم وجود داشت زیرا هواپیماها قبلاً از چوب و پارچه ساخته شده بودند.

1922: فویل آلومینیومی تولید شد.

1955: اولین کارخانه ذوب آلومینیوم در استرالیا در خلیج بل، تاسمانی افتتاح شد.

1958: برای اولین بار قوطی های آلومینیومی نوشابه تولید شد. 1961: Alcoa شرکت Alcoa استرالیا را تشکیل داد.

1963: Alcoa استرالیا اولین پالایشگاه آلومینا را در استرالیا در Kwinana در غرب استرالیا افتتاح کرد و سپس Pinjarra در سال 1972 و Wagerup در سال 1984 قرار گرفتند.

امروز: در سال 2023 حدود 57.6 میلیون تن آلومینیوم تولید شد. این بیشتر از تمام فلزات غیر آهنی دیگر است. استرالیا بوکسیت را در کوئینزلند، استرالیای غربی، قلمرو شمالی و تاسمانی استخراج می کند و بزرگترین تولید کننده بوکسیت در جهان است. استرالیا همچنین در تولید آلومینا و آلومینیوم پیشرو جهانی است. سه پالایشگاه استرالیای غربی 45 درصد از آلومینا استرالیا و 11 درصد از کل جهانی را تامین می کنند که آنها را به بزرگترین منبع تک آلومینا در جهان تبدیل می کند.

خواص آلومینیوم

آلومینیوم (Aluminium) فلزی نقره ای رنگ است که در جدول تناوبی مندلیف عنصری شیمیایی با عدد اتمی 13 می باشد و نماد آن Al است. این فلز بسیار سبک (حدود یک سوم وزن مس) و در عین حال قوی است. برخی از آلیاژها حتی از فولاد نیز قوی تر هستند. هم چکش‌خوار است (می‌توان آن را به شکل فشرده درآورد) و هم انعطاف‌پذیر (می‌توان آن را کوبید و مثل سیم کشید). آلومینیوم رسانای گرما و الکتریکی بسیار خوبی است. همچنین بسیار مقاوم در برابر زنگ زدگی است و غیر سمی است. این نوع فلز را می توان تقریباً با هر فلز دیگری ترکیب کرد و آلیاژ های متفاوتی را ساخت. الومینیوم قابل اشتعال، غیر مغناطیسی و بدون جرقه است. این ویژگی ها آن را به یک فلز مهم در دنیای مدرن تبدیل کرده است. از آنجایی که یک فلز واکنش پذیر است، ممکن است فکر کنید که به شدت زنگ می زند و بنابراین بی فایده است. با این حال، آلومینیوم خالص خیلی سریع با هوا یا آب واکنش می دهد و یک لایه نازک و تقریبا نامرئی از اکسید آلومینیوم روی سطح خود ایجاد می کند.