دانشچی پورتال جامع تحقیق و مقاله، مطالب علمی و هنری ، وبگردی و…
فلز آلومینیوم در طبیعت چگونه یافت میشود؟
فلز آلومینیوم یکی از مهم‌ترین پایه‌های تمدّن جامعۀ بشر است. بدون این عنصر بسیاری از سازه‌ها اوج نمی‌گرفتند و جهانِ ما این گونه که هست، نبود. با این حال مانند بسیاری از عناصر دیگر، کشف این فلز یک‌باره صورت نگرفت، بلکه به دلیل عدم وجود آلومینیوم خالص در طبیعت، پس از گذشت قرن‌ها و طی دوره‌های متوالی، استخراج آن ممکن شد.
برای شناخت بهتر این عنصر باید ابتدا دانست که فلز آلومینیوم در طبیعت به چه صورت است و چگونه و از چه موادی استخراج میشود. در این مقاله به بررسی چگونگی وجود این فلز در طبیعت و مراحل تکامل استخراج کامل آن خواهیم پرداخت، امّا در ابتدا باید از خود پرسید که اصلاً آلومینیوم چیست؟
آلومینیوم چیست؟
آلومینیوم فلزی نقره‌ای و سفید رنگ است که به عنوان سیزدهمین عنصر در جدول تناوبی شناخته میشود. فلز آلومینیوم در طبیعت در ساختار سنگ‌ها و خاک‌های زمین یافت میشود. آلومینیوم به طور مستقیم و غیر مستقیم در بسیاری از فرآیندهای زمین‌شناسی و اکولوژیکی نقش دارد.
نکتۀ جالبِ توجه راجع به این فلز شگفت‌انگیز پراکندگی آن بر روی تمام سطح کرۀ زمین است. به عبارتی می‌توان گفت آلومینیوم بیش از ۸٪ از جمعیت هسته‌ای زمین را تشکیل می‌دهد. همچنین، سومین عنصر شیمیایی متداول بر روی سیاره ما پس از اکسیژن و سیلیسیوم است.
آلومینیوم در طبیعت
به طور کلی، به دلیل واکنش سریع و آسان اتم‌های این فلز با عناصر دیگر، فلز آلومینیوم در طبیعت به صورت خالص وجود ندارد. این ماده را بیش‌تر از سولفات آلومینیوم و بوکسیت استخراج می‌کنند.
سولفات آلومینیوم
در گذشته سولفات آلومینیوم کاربردهای بسیاری داشت. از این همه می‌توان به پاک‌سازی و تصفیۀ آب، صنایع پزشکی، نقاشی و مجسمه سازی و صنایع شیمیایی اشاره کرد. نکتۀ جالب دیگر وجه تسمیۀ این فلز است. از آن جایی که در زبان لاتین به سولفات‌های آلومینیوم، “آلومن” می‌گفتند، مادۀ مستخرج از آن آلومینیوم نام گرفت.
بوکسیت
نوع دیگر از معادن فلز آلومینیوم در طبیعت به صورت بوکسیت است. سنگ‌آهن بوکسیت حاوی سطوح بسیاری از اکسیدهای آلومینیوم و میزان مناسبی از اکسید آهن (Fe2O3) و سیلیس (SiO2) است که به طور اقتصادی قابل استخراج است. منابع اصلی اقتصادی بزرگ بوکسیت در جهان در کشورهای گینه، استرالیا، برزیل، ویتنام و جامائیکا واقع شده‌اند.
خاک آلومینیوم
جالب است بدانید که فلز آلومینیوم در طبیعت به صورت خاک هم وجود دارد. خاک آلومینیوم را می‌توان نوعی خاک رس دانست. در این خاک فلز آلومینیوم در مقادیر بسیار بالا وجود دارد. از این خاک می‌توان به آسانی فلز آلومینیوم را استخراج کرد و در صنایع به کار برد.
اکسید آلومینیوم (آلومینیا)
یکی دیگر از استخراج‌گاه‌های فلز آلومینیوم در طبیعت، اکسید آلومینیوم است. این ماده را آلومینیا نیز می‌نامند. شکل این مادّه به صورت کریستال است و از عناصر آلومینیوم و اکسیژن با فرمول شیمیایی Al2O3 ساخته شده.
تاریخچۀ آلومینیوم
کشف و استخراج آلومینیوم یک‌باره صورت نگرفت.
نخستین مشاهده
در سال ۱۷۸۷، دانشمندان به وجود فلزی ناشناخته در سولفات آلومینیوم شک کردند، اما روشی برای استخراج آن نداشتند؛ تا سال ۱۸۲۵، هانس کریستیان ارستد، شیمیدان دانمارکی، اولین مقادیر از آلومینیوم را استخراج و تولید کرد. مقدار مادۀ استخراج‌شدۀ او بسیار اندک بود. از آن جایی که فلز آلومینیوم در طبیعت عمدتاً با سولفات ترکیب میشود و استخراج از این ترکیب دشوار است، شیوۀ ارستد نمی‌توانست مقادیر بالایی از این فلز استخراج کند.
دو سال بعد از او، فریدریش ولر، شیمیدان آلمانی، روشی متفاوت را برای به دست آوردن آلومینیوم توسعه داد. در سال ۱۸۴۵، او موفق شد نمونه‌هایی به اندازۀ کافی بزرگ را به دست آورد تا با بررسی آن‌ها برخی از خواص اساسی آلومینیوم را تعیین کند. روش ولر توسط هنری اتیان سنت کلر دوویل، شیمیدان فرانسوی، در سال ۱۸۵۴ بهبود یافت. این فرایند، تولید تجاری آلومینیوم را ممکن کرد. به همین دلیل، قیمت آلومینیوم از حدود ۱۲۰۰ دلار در هر کیلوگرم در سال ۱۸۵۲ به حدود ۴۰ دلار در هر کیلوگرم در سال ۱۸۵۹ کاهش یافت. متأسفانه، آلومینیوم همچنان به اندازه کافی ارزان نبود تا به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.
مرحلۀ دوم: استخراجی اقتصادی
عدم خلوص فلز آلومینیوم در طبیعت، استفادۀ گسترده از آن را دشوار می‌کرد. دو توسعه مهم در دهه ۱۸۸۰ باعث افزایش دسترسی به آلومینیوم شدند. اولینِ آن، اختراع روشی جدید برای به دست آوردن آلومینیوم از اکسید آلومینیوم بود. چارلز مارتین هال، شیمیدان آمریکایی و پل ای. تی. هروئولت، شیمیدان فرانسوی، هرکدام به طور مستقل این روش را در سال ۱۸۸۶ اختراع کردند. دومین توسعه، اختراع روشی جدید برای به دست آوردن اکسید آلومینیوم از بوکسیت بود. بوکسیت، ماده‌ای‌ست معدنی که حاوی مقدار زیادی هیدروکسید آلومینیوم است، به همراه ترکیبات دیگر. کارل یوزف بایر، شیمیدان اتریشی، این روش را در سال ۱۸۸۸ توسعه داد. فرآیندهای هال-هروئولت و بایر امروزه همچنان برای تولید تقریباً تمام آلومینیوم جهان استفاده می‌شوند.
با کشف روشی نوین و ساده برای استخراج آلومینیوم از اکسید آلومینیوم و همچنین شیوه‌ای آسان برای استخراج مقادیر زیادی از اکسید آلومینیوم از بوکسیت، تولیدِ آلومینیوم ارزان آغاز شد. در سال ۱۸۸۸، هال شرکت Pittsburgh Reduction Company را تأسیس کرد، که اکنون به نام شرکت آلومینیوم آمریکا یا آلکوآ شناخته میشود. هنگامی که او این شرکت را تأسیس کرد، توانایی تولید حدود ۲۵ کیلوگرم آلومینیوم در روز داشت. تا سال ۱۹۰۹، این شرکت حدود ۴۱٬۰۰۰ کیلوگرم آلومینیوم در روز تولید می‌کرد. به علت این افزایش چشمگیر عرضه، قیمت آلومینیوم به سرعت به حدود ۰.۶۰ دلار در هر کیلوگرم کاهش یافت.
کاربرد آلومینیوم در روزگار ما
تنها دست انسان قادر بود که فلز آلومینیوم در طبیعت را خارج و به یکی از مهم‌ترین عناصر تمدّن‌ساز تبدیل کند. امروزه، آلومینیوم و آلیاژهای آن به مقاطع مختلف همچون میلگرد آلومینیوم، لوله، نبشی، تسمه، ناودانی و ورق آلومینیوم در محصولات متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند: قوطی‌ها، فویل و وسایل آشپزخانه و همچنین قطعات هواپیماها، موشک‌ها و سایر مواردی که به مواد سبک و مقاوم نیاز دارند. با اینکه آلومینیوم همانطور که مس، الکتریسیته را هدایت نمی‌کند، اما به دلیل وزن سبک خود در خطوط انتقال برق استفاده میشود. می‌توان آن را بر روی سطح شیشه‌ها رسوب داد تا آینه‌ها ساخته شود، جایی که لایه نازکی از اکسید آلومینیوم به سرعت تشکیل میشود که به عنوان پوشش محافظ عمل می‌کند. اکسید آلومینیوم همچنین برای تولید یاقوت و زمرد مصنوعی برای لیزرها استفاده میشود. همچنین از این فلز به شکل
جمع‌بندی
استفاده از آلومینیوم در صنایع مختلف به افزایش بهره‌وری و پیشرفت فناوری کمک می‌کند، امّا متأسّفانه فلز آلومینیوم در طبیعت به صورت خالص یافت نمی‌شود. با این حال در طی دو قرن گذشته دانشمندان توانسته‌اند از ترکیبات پایدارِ این عنصر شامل سولفات آلومینیوم و بوکسیت، آلومینیوم خالص استخراج کنند و به حدی در این کار موفق بوده‌اند که امروزه این فلز پرکاربرد یکی از مقرون به صرفه‌ترین فلزهاست.
شرکت وستاسازه یکی از تأمین‌کنندگان آلومینیوم در سطح کشور است. این شرکت آمادگی هر گونه همکاری‌ای در خصوص تأمین آلومینیوم مورد نیاز شما را دارد. برای ارتباط با مشاورین ما می‌توانید با شماره‌های زیر تماس بگیرید:
۰۲۱-۲۸۴۲۶۲۶۲
۰۹۳۹۱۱۱۱۸۸۶
