آشنایی با فلز آلومینیوم

در این مقاله قصد داریم در ابتدا به توضیح فلز آلومینیوم پرداخته و بعد از آن سراغ کف کاذب آلومینیوم رفته و این کف کاذب را مورد بررسی قرار دهیم. امیدواریم که این مقاله برای شما مفید باشد و بتوانید از این مطالب استفاده نمایید.

تاریخچه

وجود این فلز در سال 1825 توسط فیزیکدانی به نام هانس کریستین اریستد اعلام شد، اما بعد از کریستین فردی به نام فردریش وهلر، که یک شمیدان آلمانی بود به چگونگی این فلز پرداخت و آن را مورد بررسی قرار داد. شاید جالب باشد بدانید که این فلز در یونان باستان در حیطه ی پزشکی مورد استفاده قرار می گرفته و به عنوان جلوگیری از خونریزی در زخم ها به کار می رفته، حتی هم اکنون نیز برای عدم خونریزی از این فلز استفاده می کنند؛ در زمان های گذشته این عنصر در رنگرزی نیزکاربرد داشته است. همچنین در زمان ناپلئون سوم اولین رئیس جمهور از جمهوری دوم فرانسه که در سال 1848 دوره ی خود را  آغاز نمود، با افتخار از مهمترین مهمانان خود با استفاده از کارد و چنگال هایی از جنس آلومینیوم پذیرایی کرد. این فلز در آن دوران بسیار با ارزش و نایاب بود و همین امر موجب ارزش بیشتر این عنصر می شد. طبق مقاله ای که در سال 1911 در مجله Good Housekeeping Magazine منتشر شد، ناپلئون سوم همچنین یک جغجغه آلومینیومی برای پسرش ساخته بود.

آلومینیوم,آلومینیوم چیست؟,فلز آلومینیوم

سرانجام ، طبق گفته انجمن شیمی آمریکا، در سال 1886، یک مهندس فرانسوی به نام پل هرولت و یک فارغ التحصیل شیمی اوبرلین به نام چارلز هال به طور مستقل فرایندی را اختراع کردند که در آن اکسید آلومینیوم در کریولیت (ذرات آلومینیوم سدیم) ذوب شده و تحت جریان الکتریکی قرار می گرفت.

امروزه از فرآیند هال- هرولت و همچنین فرآیند بایر که آلومینیوم را از سنگ بوکسیت استخراج می کند، طبق ACS، برای تولید آلومینیوم استفاده می شود.

آلومینیوم چیست؟

آلومینیوم (به انگایسی:(Aluminum عنصری شیمیایی است و جزء دسته فلزات نرم به حساب می آید. آلومینیوم بعد از سیلیسم و اکسیژن جزء فراوان ترین عناصر قرار می گیرد.

آلومینیوم در پوسته کره زمین نیز وجود دارد. حجم زیادی از آلومینیوم که حدود 8 در صد می باشد طبق گفته دانشگاه ویسکانسین در پوسته زمین وجود دارد. آلومینیوم از وزن سبکی برخوردار است و طبق نظرسنجی سازمان زمین شناسی ایالات متحده، وزن این فلز یک سوم فولاد یا مس می باشد. قالب گیری، جمع آوری و بازیافت این فلز آسان و در برابر خوردگی نیز مقاوم است.

این فلز در واقع همان نوع واکنشی را که باعث زنگ زدگی می شود، اکسید کرده یا الکترون خود را از دست می دهد. با این حال برخلاف اکسید آهن شله، محصول این واکنش اکسید آلومینیوم به فلز اصلی چسبیده و از آن در برابر پوسیدگی بیشتر محافظت می کند.

اگر به دنبال آلومینیوم خالص باشید باید بدانید که این نوع آلومینیوم به ندرت پیدا می شود. این عنصر واکنش پذیری بالایی دارد. آلومینیوم به صورت ناخالص در سنگ های معدنی یافت می شود، همانند سنگ بوکسیت که نوعی سنگ رسوبی بوده و دارای مقادیر زیادی آلومینیوم می باشد.

از آلومینیوم می توان به عنوان خواص میکانیکی بهره برد اما باید برای این کار عناصری را به آن اضافه نمود از جمله مس و روی. مهم ترین آلیاژهای آلومینیوم شامل: آلیاژ آلومینیوم با منیزیم، مس و سیلیسیم است. همانطور که میدانید هر عنصری دارای عدد اتمی می باشد، عدد اتمی آلومینیوم نیز 13 و علامت شیمیایی آن AL  است. نقطه ذوب این فلز 660 و نقطه جوش آن 2750 درجه سانتی گراد می باشد.

به طور کلی می توان مشخصات آلومینیوم را به ترتیب زیر یاد کرد.

  • عدد اتمی (تعداد پروتون های هسته): 13
  • نماد اتمی (در جدول تناوبی عناصر): Al
  • وزن اتمی (جرم متوسط اتم): 26.9815386
  • تراکم: 2.70 گرم در سانتی متر مکعب
  • فاز در دمای اتاق: جامد است
  • نقطه ذوب: 1،220.58 درجه فارنهایت (660.32 درجه سانتیگراد)
  • نقطه جوش: 4566 درجه فارنهایت (2519 درجه سانتیگراد)
  • تعداد ایزوتوپ ها (اتم های همان عنصر با تعداد متفاوت نوترون): 22
  • رایج ترین ایزوتوپ ها: Al-27 (پایدار) و Al-26 (رادیواکتیو ؛ نیمه عمر 730،000 سال)

کاربردهای آلومینیوم,آلومینیوم,آلومینیوم چیست؟

علت از دست دادن ارزش آلومینیوم با گذشت زمان

آلومینویم همچنان با گذشت زمان ارزشمند بوده و در زمینه ی تجارت نیز بیش از 100 سال است که از این فلز استفاده می کنند، اخیرا در عرصه ی صنعت نیز از این فلز استفاده می شود؛ به عنوان مثال هم اکنون سازه های آلومینیوم در صنعت هوانوردی بکار برده می شود. البته این فلز در ابتدا از طلا با ارزش تر به شمار می آمد اما با گذشت زمان به دلیل ابداع شدن روش هایی ساده تر برای استخراج آلومینیوم قیمت آن نسبت به طلا کاهش و ارزش آن پایین تر آمد.

آلومینیوم فلزی سازگار با طبیعت

یکی از مزیت های خوب این فلز این است که به طبیعت آسیبی وارد نکرده و قابل بازیافت می باشد. منابع بازیافت این فلز شامل پنجره، اتوموبیل، کانتینرها، لوازم منزل و غیره خواهد بود. طبق EPA، بازیافت آلومینیوم فقط 5 درصد از انرژی مورد نیاز برای استخراج آلومینیوم جدید از سنگ معدن را می گیرد. از سال 2012، حدود 55 درصد قوطی های آلومینیومی به سطل بازیافت تبدیل شده اند. همچنین بالای بنای یادبود واشنگتن با یک هرم آلومینیوم 8.9 اینچی (22.6 سانتی متر) پوشانده شده است. طبق انجمن آلومینیوم، یک قوطی بعد از بازیافت به 60 روز زمان نیاز خواهد داشت تا به یک قوطی جدید تبدیل شود. براساس این انجمن به لطف بازیافت، تقریباً 75 درصد از کل آلومینیوم ساخته شده هنوز مورد استفاده قرار می گیرد.

این مطلب را از دست ندهید .
ویژگی های کف کاذب آنتی استاتیک

کاربردهای آلومینیوم

آلومینیوم بعد از آهن از لحاظ کیفی بالاتر و جایگاه ارزشمندتری دارد. در صورت خالص بودن آلومینیوم این فلز به شکلی نرم و ضعیف خواهد بود، اما همانطور که در عناوین قبلی اشاره شد Al با ترکیب مس، منگنز، سیلیکون و غیره مقاومت پیدا کرده و در صنایعی همچون هوانوردی مورد استفاده قرار می گیرد. به گفته یونتین ژو، استاد مواد و علوم مهندسی در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، صدها آلیاژ آلومینیوم یا مخلوط با فلزات دیگر در بازار وجود دارند. آلومینیوم به تنهایی سبک اما ضعیف است، به همین علت فلزات دیگری به آن اضافه می شود تا عضله بیشتری به آلومینیوم بدهد. در مقاله ای که در ژورنال Nature Communications در سال 2010 منتشر شد، گزارش دادند که ژو و همکارانش در این ایده بسیار افراط کرده و آلومینیوم را به اندازه فولاد، قوی ساختند.

آلومینیوم,آلومینیوم چیست؟,فلز آلومینیوم

محققان دریافتند که آلومینیوم مخلوط شده با کمی منیزیم و فلز روی تحت فشار شدیدی قرار خواهد گرفت. آن ها دانه های آلومینیوم را به اندازه نانو خرد کردند و همین امر باعث شد تا دانه های کوچکتر در آلیاژ به حرکت دربیایند. زو به Live Science گفت: “ساختار نانو حرکت را برای جابجایی بسیار دشوار می کند، اما در عین حال، وقتی نیرویی را اعمال می کنید که به اندازه کافی بالا باشد، به شما امکان حرکت می دهد.” در حال حاضر، محققان فقط می توانند مقادیر کمی از این آلیاژ آلومینیوم فوق العاده را همزمان تهیه کنند، به همین علت هنوز کاربردهای تجاری این فلز به طور گسترده ای امکان پذیر نبوده است.

چگونگی به وجود آمدن لایه ی اکسید آلومینیوم

زمانی که در خلاء، آلومینیوم تبخیر شود پوششی را به وجود می آورد که این پوشش شامل نور مرئی خواهد بود و گرمای تابشی ای را از خود منعکس می کند. همین پوشش ها لایه ی محافظی با نام اکسید آلومینیوم را به وجود می آورند، این پوشش همانند پوشش نقره بوده و خاصیت خود را از دست نخواهد داد. جالب است بدانید که لایه ی آینه تلسکوپ های نجومی از این نوع پوشش درست شده است. کاربردهای این فلز بسیار زیاد است و همانطور که در قبل اشاره ای شد در صنایع، ساخت و سازها، لوازم منزل و غیره این فلز مورد استفاده قرار می گیرد، در زیر به چندین نمونه از موارد استفاده این فلز پرداخته ایم از جمله:

  • حمل و نقل همانند: هواپیماها، ناوگان های دریایی، راه آهن و غیره
  • ساختمان ها همانند: پنجره ها، کف های کاذب، دیوار پوش ها
  • بسته بندی ها از جمله فویل ها و قوطی ها
  • خطوط منتقل کننده الکترونیکی
  • کالاهای مورد مصرفی همچون: وسایل آشپزخانه و وسایل برقی
  • و دیگر موارد

آلومینیوم,آلومینیوم چیست؟,فلز آلومینیوم

نحوه استخراج آلومینیوم

استخراج آلومینیوم در زمان های گذشته کار بسیار سختی بود، اما اکنون این فلز به راحتی و با شیوه ی خاص خود استخراج می شود که در این قسمت مقاله به چگونگی استخراج این عنصر خواهیم پرداخت.

همانطور که اشاره شد بین 20 تا 30 درصد سنگ رسوبی بوکسیت از آلومینیوم به وجود آمده است. این فلز به علت واکنشگر بودن امکان جداسازی از طریق کاهش کربن را ندارد، به همین علت در زمان های قدیم از روشی به نام برق کافت به استخراج این عنصر پرداخته می شد، در همین راستا این فلز را در محلولی می خواباندند که این محلول باعث جداسازی فلز به شکلی خالص می شد. برای انجام چنین کاری سنگ معدن را در مایعی قرار می دادند، اما چون بوکسیت از نقطه ی ذوب بالایی برخوردار بود، این کار هرگز از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبود. در طی گذشت سال ها سنگ بوکسیت را در آلومینیوم و فلورید سدیم قرار داده و نقطه ذوب را تا 900 درجه سانتی گراد کاهش می دادند. اما امروزه برای این کار از مخلوط مصنوعی مانندی، همچون سدیم، فلوئورید کلسیم و آلومینیوم به جای  فلورید سدیم و آلومینیوم استفاده می شود؛ البته این فرآیند مستلزم انرژی زیادی می باشد.

الکترون های بکار رفته در سنگ بوکسیت کربن هستند و زمانی که این سنگ به حالت مذاب در می آید، یون های آن آزاد می شوند. واکنشی که در کاتد منفی رخ میدهد به این صورت است که یون های آلومینیوم کم شده و الکترون های آن اضافه می شوند که با رخ دادن چنین حالتی فلز آلومینیوم به سمت پایین به حرکت در آمده و از سنگ بوکسیت خارج می شود. البته می توان آلومینیوم را از خاک های معدنی نیز استخراج نمود اما این شیوه از لحاظ اقتصادی به صرف نمی باشد.

این مطلب را از دست ندهید .
تاریخچه و قابلیت های سقف کاذب

آلومینیوم,آلومینیوم چیست؟,فلز آلومینیوم

ایزوتوپ های آلومینیوم

آلومینیوم از 9 ایزوتوپ برخوردار است، ایزوتوپ در واقع یک عنصر شیمیایی بوده که درون هسته ی اتم خود پروتون قرار دارد و دارای الکترون های یکسان است، اما تعداد نوترون های آن متفاوت می باشد. درواقع ایزوتوپ ها عنصری هستند که فقط از نظرتعداد نوترون ها متفاوت می باشند.

به طور کلی دو نوع ایزوتوپ در آلومینیوم وجود دارد:

  1. ایزوتوپ پایدار Al-27
  2. ایزوتوپ رادیواکتیو Al-26

تنها فرم پایدار آلومینیوم Al-27 است و بیشتر ایزوتوپ ها نیمه عمر میلی ثانیه دارند، به این معنی که در کمتر از یک چشم بر هم زدن از بین می روند. اما Al-26، با دوام ترین ایزوتوپ رادیواکتیو آلومینیوم است که نیمه عمر آن حدود 730 هزار سال می باشد. بر اساس مطالعه ژانویه 2006 در ژورنال Nature، این ایزوتوپ در کهکشان و در نقطه ی تشکیل ستاره یافت می شود. در مطالعه انجام شده، محققان ناسا از انفجارهای قابل تشخیص Al-26 برای مشخص کردن ابرنواخترها یا انفجارهای ستاره ای استفاده کرده اند. دانشمندان با استفاده از این اثر انگشت های Al-26 تخمین زده اند كه ابرنواخترها هر 50 سال به طور متوسط در كهكشان راه شیری به وجود آمده و هر ساله هفت ستاره جدید متولد می شوند.

ایزوتوپ های رادیو اکتیو که در مطالعات نجومی بکار می روند، در واقع اجزاء شهاب سنگ ها بعد از جدا شدن از پیکره ی اصلی خود در فضا هستند که به علت برخورد با بمباران های اشعه کیهانی باعث به وجود آمدن آلومینیوم 27 یا همان ایزوتوپ پایدار می شوند. طبق تحقیقات انجام شده مشخص شده است در زمان ساختار سیاره زمین مقادیر زیادی از Al-26  (ایزوتوپ رادیواکتیو) در این سیاره وجود داشته است. در ادامه باید گفت طبق Chemicool، یک وب سایت شیمی ایجاد شده توسط David D. Hsu از انستیتوی فناوری ماساچوست، آلومینیوم در یک واکنش همجوشی که در آن منیزیم یک پروتون اضافی را انتخاب می کند، در ستارگان شکل می گیرد. با این حال، این ماده به صورت خالص در طبیعت یافت نمی شود. در پوسته زمین نیز، آلومینیوم اغلب به عنوان ترکیبی به نام آلوم (سولفات آلومینیوم پتاسیم) وجود دارد. نکته ی جالب دیگر این است که، ژول ورن، نویسنده داستان های علمی تخیلی، در رمان “سفر به ماه” در مورد موشک فضایی آلومینیوم نوشته است که می توانید در وب سایت انجمن آلومینیوم اطلاعات واقعی و بیشتری در این باره پیدا کنید.

عوارض آلومینیوم برای انسان

آلومینیوم ممکن است در برخی از افراد موجب حساسیت شود. اگر فردی به این فلز حساس باشد و در مجاورت با آن قرار بگیرد ممکن است دچار التهابات پوستی شده و همچنین اگر از این فلز برای جلوگیری از خونریزی در فرد حساس استفاده کنند، احتمال ایجاد جوش های خارش آور و سوء هاضمه در بیمار وجود خواهد داشت. استفاده از قابلمه هایی از جنس آلومینیوم نیز ممکن است باعث مسمومیت و تهوع در افراد حساس شوند. ساختار داروهای ضد اسیدی و موادی که ضد عرق هستند از آلومینیوم بوده و به همین علت مصرف بیش از حد این داورها احتمال مسمویت را در افراد بالا خواهد برد، همچنین مصرف زیاد این عنصر منجر به کم خونی در افراد می شود. البته فرضیه ای وجود دارد که آلومینیوم می تواند یکی از دلایل بیماری آلزایمر نیز باشد که از نظر علمی این فرضیه هنوز به اثبات نرسیده است.

انواع قالبگیری آلیاژهای آلومینیوم

روش های قالبگیری آلیاژهای آلومینیوم متفاوت هستند که در این قسمت به چند نوع آن اشاره می نماییم.

  1. قالبگیری موقت ماسه ای
  2. گچی پوسته ای
  3. سرامیکی
  4. فلزی
  5. تحت فشار ریخته گری

فراوانی آلومینیوم

طبق آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) در سال 2012، 1.9میلیون تن آلومینیوم فقط برای ظروف و مصارف بسته بندی تولید شده است. 1.7 میلیون تن دیگر برای لوازم خانگی، قطعات خودرو و سایر کالاهای بادوام اختصاص یافته است. به گفته Chemicool، یک فروند بوئینگ 747 حاوی 147000 پوند (بیش از 66000 کیلوگرم) آلومینیوم است.

این کار را در خانه امتحان نکنید (مگر اینکه هود بخور داشته باشید) پودر آلومینیوم به همراه ید و چند قطره آب می تواند منجر به ایجاد یک نمایش شود، ابرهای بخار ید بنفش سمی و بعد از آن شعله های ناگهانی. این واکنش در واقع نمایشی از میزان واکنش پذیری آلومینیوم است. امیدواریم اطلاعات آورده شده در این مقاله برای شما مفید بوده باشد.

در مقالات آینده در مورد کف های کاذبی که از جنس آلومینیوم هستند، و شرکت فنی و مهندسی کارنو یکی از تولید کنندگان این محصول می باشد، مطالب مهمی را در اختیارتان قرار می دهیم تا با این نوع کف آشنا شده و در صورت نیاز بتوانید با آگاهی لازم از آن استفاده نمایید.

8 نظر

  • صادقی

    سلام
    وقت عالی بخیر
    بفرمایید که فلز آلومینیوم اگر بازیافت بشه در صورت استفاده مجدد باز هم مثل روز اول کیفیتش خوبه یا از کیفیت فلز کم میشه؟

    • واحد تحقیق و توسعه کارنو

      سلام وقت شما هم بخیر. خیر یکی از دلایلی که فلز آلومینیوم دارای ارزش است و هرگز ارزش خودش رو از دست نمیده همینه که حتی در صورت بازیافت باز هم از کیفیتش کم نمیشه.

    • واحد تحقیق و توسعه کارنو

      سلام خیر این فلز در صورت بازیافت بازهم کیفیت خودش رو حفظ میکنه و ارزشش رو ازدست نمیده دوست عزیز

  • milad abdolahi

    سلام میشه لطفا در مورد رگلاژ کف کاذب هم مختصر توضیحی بدید و بفرمایید که ارتفاع تنظیم رگلاژ باید چجوری باشه؟

    • واحد تحقیق و توسعه کارنو

      سلام البته وارد این لینک بشید مقاله ای در همین مورد هست که می تونید بخونید.

    • واحد تحقیق و توسعه کارنو

      سلام البته روی کلمه ی لینک کلیک کنید، مقاله ای در این مورد به صورت کامل است که میتونید بخونید.

  • رها مرادی

    ممنونم از پشتبانی سایتتون خیلی خوب راهنمایی می کنند.

    • واحد تحقیق و توسعه کارنو

      خواهش می کنم.

  • نوشتن نظر

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *