الألومنيوم من أكثر المعادن وفرة في القشرة الأرضية.
يتميز الألمنيوم بلون أبيض فضي وخفيف الوزن وموصلية كهربائية عالية. يذوب المعدن عند درجة حرارة 660 درجة مئوية. من بين المزايا التي تمت ملاحظتها هي الكثافة المنخفضة ، والقوة العالية إلى حد ما ، والتوصيل الحراري الممتاز ، ومقاومة التآكل.
ونتيجة لذلك ، يعتبر من أهم المعادن التقنية. يتم الحصول على سبائك الألومنيوم عن طريق الصب ، والمشغولات وطرق أخرى.
تم ذكر هذا المعدن لأول مرة في عهد الإمبراطور الروماني تيبيريوس. من غير المعروف ما إذا كانت هذه أسطورة أم حقيقة ، لكن تم تقديم وعاء مصنوع من معدن خفيف جدًا يشبه الفضة بصريًا. خوفًا من أن تخفض المادة الجديدة قيمة الذهب والفضة الموجودة في الخزانة ، أعدم المخترع ودمر أعمال الألمنيوم. بدأوا يتحدثون مرة أخرى عن معدن فضي خفيف بعد ألف ونصف سنة. اكتشف الطبيب الألماني الشهير والمختبر Paracelsus von Hohenheim الألمنيوم في عملية البحث عن تراب الشبة. في ذلك الوقت كانت تسمى الألومينا.
التواجد في الطبيعة
يعد الألمنيوم أحد أكثر المعادن شيوعًا. يحتل 8.8٪ من كتلة القشرة الأرضية. مركباته هي البوكسيت ، والألومينوسيليكات ، والأكسيد. تتكون معظم قشرة الأرض من سيليكات الألمنيوم. البوكسيت هو أحد الصخور التي يستخرج منها الألمنيوم.
يوجد معظم معدن الألمنيوم في الطبيعة فقط في المركبات. في حالات نادرة ، يوجد الألمنيوم المعدني النقي بكميات قليلة جدًا. من بين الروابط الرئيسية ، تجدر الإشارة إلى ما يلي:
- البوكسيت
- نيفيلينز ؛
- الوحدون ؛
- الألومينا ؛
- اكسيد الالمونيوم
- الفلسبار ؛
- الكاولين ؛
- البريل
- الكريزوبيريل
كما يوجد في المياه الطبيعية على شكل مركبات منخفضة السمية مثل الفلورايد. يحتوي الألمنيوم النقي فقط على النظير المستقر 27 AI.
كيف يتم الحصول على الألومنيوم
من الصعب جدًا الحصول على عنصر كيميائي من الألومنيوم في شكله النقي. للحصول على الألومنيوم ، سيكون من الضروري القيام بالعديد من الخطوات لفصله عن العناصر الأخرى. كيف يتم الحصول على الألمنيوم؟
تتكون العملية نفسها من عدة مراحل: طحن خام البوكسيت واستخراج الألومينا ، والحصول على العنصر النهائي منه. وبعبارة أخرى ، يطلق عليه الألومينا البلورية ، والتي تتحلل كهربائيا في الكريوليت. نقطة الانصهار 960 – 970 درجة مئوية. يتطلب هذا الإجراء كمية كبيرة من الكهرباء ، لذلك غالبًا ما يتم إنتاج المادة بالقرب من محطات توليد الطاقة الكبيرة.
أين وكيف يتم إنتاج الألمنيوم
يتكون استخلاص الألمنيوم وإنتاجه بشكل عام من ثلاث مراحل. المرحلتان الأولى والثانية هما إنتاج البوكسيت وتكوين الألومينا منها. في الأخير ، يتم الحصول على مادة نقية من الألومينا في عملية التحليل الكهربائي. بالنسبة إلى 4-5 أطنان من الخام المحتوي على الألومنيوم ، يوجد 2 ألومينا و 1 ألمنيوم.
يمكن أن يتم تعدين الألمنيوم في العالم من خامات الألمنيوم الأخرى ، لكن البوكسيت يعتبر الأكثر شيوعًا. أساسها هو أكسيد الألومنيوم ومعادن أخرى. يتم تحديد الجودة من خلال المحتوى المعدني العالي. يبلغ إجمالي المخزون العالمي من خامات الألمنيوم أكثر من 18 مليار طن. بالنظر إلى الإنتاج الحالي للألمنيوم في العالم حسب البلد ، يجب أن يكون كافيًا لأكثر من قرن.
تم العثور على معظم البوكسيت في البلدان ذات الحزام الاستوائي. 73٪ فقط في الهند وغينيا وأستراليا. تتركز معظم البوكسيت في غينيا. لديهم جودة عالية مع الحد الأدنى من الشوائب المعدنية. وفقًا لتقديرات عام 2014 ، تُعتبر هذه الدول رائدة في إنتاج الألمنيوم: الصين وأستراليا والبرازيل وغينيا والهند وجامايكا وروسيا وكازاخستان.
كقاعدة عامة ، يتم تعدين الألمنيوم بطريقة مفتوحة. بمساعدة معدات خاصة ، تتم إزالة طبقة من قشرة الأرض ، والتي يتم نقلها إلى المرحلة التالية من المعالجة. هناك نقاط تعدين خام عميقة. للحصول عليها ، عليك أن تبني مناجم. أعمق منجم في روسيا. عمقها 1550 متر.
تحتل روسيا المرتبة السابعة في الترتيب العالمي من حيث إنتاج الألمنيوم. هناك أكثر من خمسين ودائع في هذا البلد. تعتبر Radynskoye واحدة من أقدمها ، وتقع في منطقة لينينغراد. من بين جميع مواقع تعدين الألمنيوم في روسيا ، هناك Little Red Riding Hood و Kalinskoye و Novo-Kalinskoye في Severouralsk و Cheremuzovskoye في منطقة سفيردلوفسك. تشتهر بلادنا أيضًا بمجموعة متنوعة من مصانع تصنيع المعادن. أكبر شركة في روسيا وليست روسال فقط ، التي تنتج أكثر من 3 ملايين طن من المعدن.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
الخصائص الفيزيائية الرئيسية للألمنيوم هي الموصلية الحرارية العالية ، تقريبًا ضعف تلك الموجودة في الفولاذ. بالإضافة إلى ذلك ، لها كثافة أقل بثلاث مرات من كثافة الحديد والزنك. وإلى كل هذا ، يجدر إضافة القوة العالية للمادة. يتفاعل الألمنيوم مع هذه المواد: النحاس والمغنيسيوم والسيليكون وغيرها.
الخصائص الكيميائية للألمنيوم:
- تكوين المركبات الأيونية والتساهمية
- طاقة تأين عالية ؛
- كثافة شحن عالية مع كاتيونات من مواد أخرى مماثلة
- قابلية منخفضة للتآكل ؛
- التفاعل مع الأكسجين ، والهالوجينات ، والفلور ، والكبريت ، والنيتروجين ، والكربون ، والماء.
تطبيقات المعادن
يستخدم الألمنيوم على نطاق واسع كمواد هيكلية. مزاياها الرئيسية هي الوزن الخفيف ومرونة الختم ومقاومة التآكل ومستوى عالٍ من التوصيل الحراري أو الكهربائي والمركبات غير السامة. هذه المزايا هي التي أدت إلى استخدامها على نطاق واسع في إنتاج أواني المطبخ وحاويات التعبئة والتغليف والرقائق لصناعة المواد الغذائية.
عند الحديث عن أوجه القصور ، يجب أن نلاحظ أولاً القوة المنخفضة. لذلك ، تمت إضافة نسبة صغيرة من النحاس والمغنيسيوم إلى الألومنيوم. أيضًا ، يتم استخدام المادة بنجاح في تصنيع الهندسة الكهربائية ، نظرًا لأن التوصيل الكهربائي لها على مستوى عالٍ. السلبية الوحيدة هي صعوبة اللحام بسبب طبقة الأكسيد القوية.
يستخدم المعدن الخفيف في أنواع مختلفة من النقل. في مجال الطيران ، هو المادة الهيكلية الرئيسية. أثر استخدام الألمنيوم أيضًا على صناعة بناء السفن. بمساعدة السبائك ، يتم إنتاج الهياكل والطوابق ومعدات السفن منه.
التطبيق كعامل مختزل
تم استخدام الألمنيوم كعامل اختزال بنجاح. استعادة الألمنيوم للمعادن أمر شائع جدا. يسمح لك صهر الألومنيوم باستعادة الأنواع النادرة من المعادن. كما أنها تستخدم للألعاب النارية.
أنواع السبائك
لإنتاج المواد الإنشائية ، يتطلب الأمر قوة أكبر. لا يمتلك الألمنيوم مثل هذا ، لذلك يتم دمجه مع عناصر كيميائية أخرى بكمية أقل. أكثر السبائك شيوعًا:
- ألمنيوم – مغنيسيوم. تتميز بالقوة العالية والمرونة ومقاومة التآكل ومقاومة الاهتزاز وقابلية اللحام. لا تزيد نسبة المغنيسيوم في السبائك عن 6٪.
- ألمنيوم – منجنيز. لديهم أيضًا قوة عالية ، ليونة ، مقاومة للتآكل وقابلية اللحام.
- الألمنيوم والنحاس. واحدة من أكثر التقنيات العالية. نسخة محسنة من الفولاذ منخفض الكربون. عيب كبير هو القابلية للتآكل.
مجوهرات من الألومنيوم
كان للمعادن قيمة خاصة في عهد نابليون الثالث. في ذلك الوقت ، كانت المجوهرات والأزرار والأطباق مصنوعة منه. تم تقييمها مع الذهب والفضة. لكن الطلب على مجوهرات الألمنيوم تلاشى بسرعة مع ظهور فرص تعدين جديدة.
تطبيقات أخرى
يستخدم المعدن الخفيف في صناعات مختلفة ، بما في ذلك الصناعة العسكرية. هذا ينطبق عادة على إنتاج الأسلحة. ومن المعروف أيضًا استخدامه في تكنولوجيا الصواريخ باعتباره وقودًا صلبًا ومكونات قابلة للاحتراق.
سمية المعادن
على الرغم من أن الألمنيوم شائع جدًا في العالم ، إلا أن الكائنات الحية لا تستخدمه نظرًا لسميته المنخفضة. مركباته لفترة طويلة لها تأثير ضار على البشر والحيوانات. الأسيتات وهيدروكسيد الألومنيوم لهما التأثير الأكبر. لها تأثير سلبي على الجهاز العصبي ووظيفة إفراز الجسم.
حقائق مثيرة للاهتمام حول الألومنيوم
يحتوي هذا المعدن على الميزات التالية:
- مركباته ليست موجودة فقط على كوكبنا ، ولكن أيضًا على القمر والمريخ ؛
- يحتوي جسم الإنسان على أكثر من 100 مجم من هذه المادة
- الاحتياج اليومي له هو 2.4 مجم
- يوجد معظم العناصر الكيميائية في التفاح ؛
- أول قطعة من المعدن النقي تم إنتاجها عام 1932.
