منو
 صفحه های تصادفی
مکانیک خاک
اینجا
آغاز دور تازه جنگ های ایران و عثمانی
لایه اوزون
atherosclerosis
عقبه بن سمعان
دوقرن سکوت
قضیه پاسکال
درس اصول تغذیه
هدایت مردم
 کاربر Online
1154 کاربر online

تولید صنعتی آلومینیوم

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > شیمی > شیمی کاربردی (صنعتی)
(cached)



تصویر

آلومینیوم ، فلزی پرمصرف است که عنصر دوم از گروه سوم جدول تناوبی می‌باشد. آلومینیوم (Al) ، دومین عضو از گروه سوم جدول تناوبی ، فلزی است که در کشور ما تولید می‌شود و در میان عنصرهای فلزی هم گروه خود بیشترین اهمیت را دارد. آلومینیوم به حالت آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود، اما ترکیبهای آن فراوان است. آلومینیوم بعد از اکسیژن و سیلیسیم ، فراوان‌ترین عنصر در پوسته زمین است.

پیوند در ترکیبهای آلومینیوم

مهمترین کانی آلومینیوم ، بوکسیت است که اکسید آلومینیوم آبپوشیده می‌باشد و برای تهیه فلز از این کانی استفاده می‌شود. چگالی بار (نسبت بار به شعاع) برای یون Al+3 ، بعلت داشتن بار زیاد و کوچک بودن شعاع آن ، زیاد است. می‌دانیم که ‌الکترونها اعم از از اینکه پیوندی باشند یا به صورت زوج تنها ، پیوسته در فضایی که در اختیار دارند، در حرکت‌ هستند و اغلب ، الکترونها را به صورت ابری با بار منفی مجسم می‌کنیم.

این ابر بار می‌تواند بوسیله یک میدان الکتریکی که در مجاورت آن قرار دارد، از حالت کروی خارج شده، به سمت یک بار مثبت کشیده یا بوسیله یک بار منفی رانده شود. درجه سهولت واپیچش ابر الکترونی یک ذره را قطبش‌پذیری آن می‌نامند. قطبش‌پذیری اتمها یا یونهای کوچکتر کمتر از اتمها یا یونهای برزگتر است، زیرا در اتمها یا یونهای کوچکتر ، الکترونها به هسته نزدیکترند و اتصال آنها با هسته محکمتر است.

آلومینیوم در ترکیبهای خود با از دست دادن هر سه ‌الکترون ظرفیت ، عدد اکسایش 3+ بدست می‌آورد. اما یون Al+3 با توجه به ‌اندازه کوچک و بار زیادی که دارد، می‌تواند براحتی باعث قطبش ابر بار هر آنیونی که با آن در تماس است، شود و آن آنیون را به سمت خود بکشد و در فضای بین یون آلومیینوم و آنیون ، ابر الکترونی قابل ملاحظه‌ای پدید می‌آید که نشانه‌ای از پیدایش خصلت کووالانسی در پیوند است.

به ‌این ترتیب ، پیوند آلومینیوم با آنیونهایی نظیر -Br و -I که قطبش‌پذیری آنها بیشتر است، به صورت کووالانسی توصیف می‌شود. اثر قطبش یون Al+3 را روی هالیدها می‌توان با مقایسه خواص هالیدهای آلومینیوم دریافت.

تصویر

اکسید آلومینیوم (Al2O3)

اکسید آلومینیوم را معمولا یک ترکیب یونی در نظر می‌گیریم، اما بعلت قطبش‌پذیری یونهای اکسید بوسیله یونهای Al+3 پیوند آلومینیوم و اکسیژن تا حدودی خصلت کووالانسی دارد. برهمکنش الکتروستاتیک بین یونهای کوچک آلومینیوم و اکسیژن از یک طرف و پیدایش خصلت کووالانسی از طرف دیگر ، سبب شده که پیوند بین این یونها در اکسید آلومینیوم بسیار قوی باشد. این اکسید در دمای 205 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود و در آب نامحلول است.

اکسید آلومینیوم در طبیعت به دو صورت آبپوشیده و بی‌آب یافت می‌شود. شکل آبپوشیده آن ، بوکسیت نام دارد. سنگ سنباده و کوراندوم ، شکل بی‌آب آن است. کوراندوم جسمی ‌سخت و متبلور است و با جایگزین شدن مقدار کمی ‌از یونهای فلزهای واسطه به جای یونهای آلومینیوم در این بلور ، سنگهای قیمتی مانند یاقوت قرمز یا یاقوت کبود بدست می‌آید. یاقوت قرمز که در لیزر هم از آن استفاده می‌شود، شامل مقدار جزئی Cr+3 و یاقوت کبود شامل Fe+3 و (Ti(IV است.

رنگ این سنگها ناشی از وجود این یونهای فلزات واسطه ‌است. از اکسید آلومینیوم به خاطر داشتن ساختاری پایدار و فوق‌العاده سخت ، در تهیه سیمان ، آجرهای دیرگداز کوره‌ها و سطح بی‌اثر کاتالیزور در کراکنیگ برشهای نفتی استفاده می‌شود.

استخراج آلومینیوم

آلومینیوم در صنعت بوسیله‌ الکترولیز اکسید آلومینیوم مذاب تهیه می‌شود. اکسید آلومینیوم از بوکسیت که ‌اکسید آلومینیوم آبپوشیده و ناخالص است، بدست می‌آید. ناخالصیهای بوکسیت بطور عمده ، هماتیت و سیلیس است. برای جداسازی آلومینیوم با توجه به خصلت بازی اکسید آهن (III) ، خصلت اسیدی اکسید سیلسیم (سیلیس) و خصلت آمفوتری اکسید آلومینیوم ، از سود سوزآور استفاده می‌کنند.

اکسید آلومینیوم و سیلیس در محلول غلیظ سود حل می‌شوند. اکسید آهن (III) را بوسیله صافی جدا می‌کنند، سپس دی‌اکسید کربن را از محلول عبور می‌دهند. دی‌اکسید کربن با آب ، اسید ضعیف اسید کربنیک را تشکیل می‌دهد. بدین ترتیب ، اکسید آلومینیوم رسوب می‌کند و یون سیلیکات در محلول باقی می‌ماند. اکسید آلومینیوم را در کریولیت مذاب (Na3AlF6) که دمای ذوب آن از اکسید آلومینیوم کمتر است، حل می‌کنند. دمای الکترولیت مذاب حدود 850 درجه سانتی‌گراد است.

یون Al+3 در کاتد سلول الکترولیز که ‌از جنس گرافیت است، کاهش یافته ، بصورت آلومینیوم مذاب در ته سلول جمع می‌شود. در آند نیز اکسیژن آزاد می‌شود. آند نیز از جنس گرافیت است. اکسیژن در دمای زیاد با کربن ترکیب شده ، اکسیدهای کربن تشکیل می‌دهد. از این رو ، آند می‌سوزد و هرچند مدت یک بار آن را تعویض می‌کنند.

موارد استفاده آلومینیوم

آلومینیوم یکی از فلزهای ساختمانی است و آن را با فلزهای مختلف به صورت آلیاژ در می‌آورند و در صنایع هواپیما سازی ، موتور اتومبیل و ساخت در و پنجره بکار می‌برند. همچنین ، آلومینیوم برای ساخت قوطی‌های نوشابه مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین آلومینیوم برای تولید فویلهای آلومینیومی ‌مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تصویر

هزینه تولید آلومینیوم و مشکلات زیست محیطی

منابع آلومینیوم در طبیعت از منابع تجدیدناپذیر به شمار می‌آیند. به ‌این معنا که طبیعت راهی برای تولید مجدد این منبع ندارد. از طرف دیگر ، تولید آلومینیوم به مصرف الکتریکی بسیار زیادی نیاز دارد. با توجه به ‌اینکه آلومینیوم مصرفی ، سرانجام بصورت زباله به طبیعت راه پیدا می‌کند، مساله بازگردانی آلومینیوم از نظر حفظ محیط زیست حائز اهمیت و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه ‌است. مثلا هزینه لازم برای جمع‌آوری قوطی‌های نوشابه ، انرژی الکتریکی مصرفی برای ذوب این قوطی‌ها و ساخت مجدد آنها حدود 5 درصد هزینه ‌استخراج آلومینیوم از بوکسیت است. انجام این کار


  • به حفظ طولانی‌تر منابع بوکسیت

  • به حفظ منابع سوختهای فسیلی که باید برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز کارخانه‌های تولید آلومینیوم بکار رود

  • به کاهش مواد آلاینده‌ای که در نتیجه ‌احتراق سوختهای فسیلی در فضا پراکنده می‌شوند

  • و در نهایت به حفظ محیط زیست

کمک می‌کند.
بازگردانی آلومینیوم امروزه در بسیاری از کشورهای صنعتی که مصرف آلومینیوم در آنها بخصوص به‌صورت قوطی‌های نوشابه زیاد است، انجام می‌گیرد.

مباحث مرتبط با عنوان


تعداد بازدید ها: 21756


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..