تعرف على الألومنيوم ، العنصر الأكثر وفرة في الكوكب

خصائص وخصائص وتاريخ وتطبيقات الألومنيوم

الألومنيوم (المعروف أيضا باسم الألمنيوم) هو العنصر الأكثر وفرة المعادن في القشرة الأرضية. وهذا أمر جيد أيضًا لأننا نستخدم الكثير منه. يتم تصهر حوالي 41 مليون طن سنوياً ويتم توظيفها في ترتيبات واسعة للتطبيقات. من أجسام السيارات إلى علب البيرة ، ومن الكابلات الكهربائية إلى جلود الطائرات ، يعتبر الألومنيوم جزءًا كبيرًا جدًا من حياتنا اليومية .

الخصائص

• الرمز الذري: Al
• العدد الذري: 13

• فئة العنصر: المعادن مرحلة ما بعد النقل
• الكثافة: 2.70 جم / سم ³
• نقطة الانصهار: 1220.58 درجة فهرنهايت (660.32 درجة مئوية)
• نقطة الغليان: 4566 درجة فهرنهايت (2519 درجة مئوية)
• صلابة محمد: 2.75

مميزات

الألمنيوم هو معدن خفيف الوزن وموصل بدرجة عالية ، عاكس وغير سام يمكن تشكيله بسهولة. إن متانة المعدن وخصائصه العديدة المفيدة تجعله مادة مثالية للعديد من التطبيقات الصناعية.

التاريخ

تم استخدام مركبات الألومنيوم من قبل المصريين القدماء كأصباغ ومستحضرات تجميل وأدوية ، ولكن لم يكتشف الإنسان إلا بعد مرور 5000 عام كيفية تفتيت الألمنيوم المعدني النقي. ليس من المستغرب ، أن تطوير طرق لإنتاج معدن الألمنيوم تزامن مع ظهور الكهرباء في القرن التاسع عشر ، حيث يتطلب صهر الألمنيوم كميات كبيرة من الكهرباء.

حدث اختراق كبير في إنتاج الألمنيوم في عام 1886 عندما اكتشف تشارلز مارتن هول أنه يمكن إنتاج الألمنيوم باستخدام الخفض الإلكتروليتي.

حتى ذلك الوقت ، كان الألمنيوم أكثر ندرة وأكثر تكلفة من الذهب. ومع ذلك ، في غضون عامين من اكتشاف هول ، تم تأسيس شركات الألمنيوم في أوروبا وأمريكا.

خلال القرن العشرين ، ازداد الطلب على الألمنيوم بشكل كبير ، خاصة في صناعات النقل والتغليف.

على الرغم من أن تقنيات الإنتاج لم تتغير بشكل كبير ، إلا أنها أصبحت أكثر كفاءة بشكل ملحوظ. على مدى المائة عام الماضية ، انخفضت كمية الطاقة المستهلكة لإنتاج وحدة واحدة من الألومنيوم بنسبة 70٪.

إنتاج

يعتمد إنتاج الألومنيوم من الركاز على أكسيد الألومنيوم (Al2O3) ، الذي يتم استخراجه من خام البوكسيت. يحتوي البوكسيت عادة على 30-60 ٪ من أكسيد الألومنيوم (يشار إليه عادة باسم الألومينا) ويتم العثور عليه بانتظام بالقرب من سطح الأرض. يمكن فصل هذه العملية إلى قسمين ؛ (1) استخراج الألومينا من البوكسيت ، و (2) ، صهر معدن الألمنيوم من الألومينا.

فصل الألومينا عادة باستخدام ما يعرف باسم عملية باير. هذا ينطوي على سحق البوكسيت في مسحوق ، ويمزج مع الماء لجعل الطين ، والتدفئة ، وإضافة الصودا الكاوية (NaOH). تزيل الصودا الكاوية الألومينا ، التي تسمح لها بالمرور من خلال المرشحات ، تاركة الشوائب خلفها.

ثم يتم تجفيف محلول الألومينات إلى خزانات المرسب حيث تضاف جسيمات هيدروكسيد الألومنيوم كـ "بذرة". ينتج الإنفعال والتبريد في هيدروكسيد الألومنيوم تترسب على مادة البذور ، والتي يتم تسخينها وتجفيفها لإنتاج الألومينا.

تستخدم الخلايا الالكتروليتية لصهر الألومنيوم من الألومينا في العملية التي اكتشفها تشارلز مارتن هول.

يتم إذابة الألومينا التي تغذيها الخلايا في حمام مفلور من الكرايوليت المنصهر عند درجة حرارة 1742 فهرنهايت (950 درجة مئوية).

يتم إرسال تيار مباشر من أي مكان يتراوح من 10،000 إلى 300،000 ألف من أنود الكربون في الخلية من خلال الخليط إلى قشرة الكاثود. هذا التيار الكهربائي يكسر الألومينا إلى الألومنيوم والأكسجين. يتفاعل الأكسجين مع الكربون لإنتاج ثاني أكسيد الكربون ، بينما ينجذب الألمنيوم إلى بطانة الخلايا الكاثودية.

يمكن بعد ذلك تجميع الألمنيوم ونقله إلى أفران يمكن إضافة مادة الألومنيوم القابلة لإعادة التدوير إليها. حوالي ثلث الألمنيوم المنتج اليوم يأتي من المواد المعاد تدويرها. وفقا لدراسة الجيولوجيا الأمريكية ، فإن أكبر الدول المنتجة للألومنيوم في عام 2010 كانت الصين وروسيا وكندا.

تطبيقات

تطبيقات الألمنيوم عديدة للغاية ولا يمكن إدراجها ، وبسبب الخصائص الخاصة للمعادن ، يجد الباحثون تطبيقات جديدة بشكل منتظم.

بشكل عام ، يتم استخدام الألمنيوم وسبائكه المتعددة في ثلاث صناعات رئيسية. النقل والتغليف والبناء.

الألومنيوم ، في مجموعة متنوعة من الأشكال والسبائك ، أمر بالغ الأهمية للمكونات الهيكلية (الإطارات والهيئات) من الطائرات والسيارات والقطارات والقوارب. ما يقرب من 70 ٪ من بعض الطائرات التجارية تتكون من سبائك الألومنيوم (تقاس بالوزن). سواء كان الجزء يتطلب ضغط أو مقاومة للتآكل ، أو التسامح مع درجات الحرارة المرتفعة ، فإن نوع السبائك المستخدمة يعتمد على متطلبات كل جزء مكون.

حوالي 20 ٪ من جميع الألمنيوم المنتج يستخدم في مواد التعبئة والتغليف. رقائق الألومنيوم هي مواد تعبئة مناسبة للمواد الغذائية لأنها غير سامة ، في حين أنها أيضاً مانعة للتسرب للمنتجات الكيميائية بسبب انخفاض تفاعلها وغير منفذة للضوء والماء والأكسجين. في الولايات المتحدة وحدها ، يتم شحن حوالي 100 مليار علبة من الألومنيوم كل عام. أكثر من نصف هذه يتم إعادة تدويرها في نهاية المطاف.

بسبب متانتها ومقاومتها للتآكل ، يتم استخدام حوالي 15 ٪ من الألمنيوم المنتج في كل عام في تطبيقات البناء. ويشمل ذلك النوافذ وإطارات الأبواب ، والسقوف ، والانحياز ، والتأطير الهيكلي ، بالإضافة إلى المزاريب والستائر وأبواب المرآب.

كما تسمح الموصلية الكهربائية للألمنيوم باستخدامها في خطوط الموصل لمسافات طويلة. وحيث أن سبائك الألومنيوم المقواة بالفولاذ ، فإنها أكثر فعالية من حيث التكلفة من النحاس وتقليل الترهل بسبب وزنها الخفيف.

وتشمل التطبيقات الأخرى للألمنيوم قذائف وأحواض حرارية للإلكترونيات الاستهلاكية ، وأعمدة إضاءة الشوارع ، وهياكل أعلى منصات الحفر ، والنوافذ المطلية بالألمنيوم ، وأواني الطبخ ، وخفافيش البيسبول ، وأجهزة الأمان العاكسة.

_مصادر:

_{شارع ، آرثر. & Alexander، WO 1944. Metals in the Service of Man . الطبعة ال 11 (1998).
USGS. خلاصات السلع المعدنية: الألومنيوم (2011). http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/aluminum/}