خواص شیمیایی فیزیکی آلومینیوم و پودر آلومینیوم
آلومینیوم سومین عنصر فراوان در پوسته زمین است که 8.13 درصد وزنی را به خود اختصاص می دهد. در طبیعت به شکل عنصر آلومینیوم سومین عنصر فراوان در پوسته زمین است آزاد وجود ندارد، اما به صورت ترکیبی مانند اکسیدها یا سیلیکات ها یافت می شود. در بسیاری از مواد معدنی از جمله بوکسیت، کرایولیت، فلدسپات و گرانیت وجود دارد. آلیاژهای آلومینیوم کاربرد بی شماری دارند. به طور گسترده در خطوط انتقال برق، آینه های روکش دار، ظروف، بسته ها، اسباب بازی ها و در ساخت هواپیما و موشک استفاده می شود.
روش های تولید پودر آلومینیوم
بیشتر آلومینیوم از سنگ معدن آن، بوکسیت، که حاوی 40 تا 60 درصد آلومینا به صورت تری هیدرات، گیبسیت، یا به صورت مونوهیدرات، بوهمیت و دیاسپور است، تولید می شود. بوکسیت ابتدا برای حذف سیلیس و سایر ناخالصی ها تصفیه می شود. توسط فرآیند بایر انجام می شود. بوکسیت آسیاب شده با محلول NaOH تحت فشار هضم می شود که آلومینا و سیلیس را حل می کند و سدیم آلومینات و سدیم آلومینیوم سیلیکات را تشکیل می دهد. بقایای نامحلول حاوی بیشتر ناخالصی ها فیلتر می شوند. سپس به مشروب شفاف اجازه داده می شود تا ته نشین شود و نشاسته به آن اضافه می شود تا رسوب کند.
باقی مانده، به اصطلاح “گل قرمز”، فیلتر می شود. پس از این “سیلیس زدایی”، محلول شفاف رقیق و خنک می شود. سپس با تری هیدرات آلومینا مخلوط می شود که هیدرولیز آلومینات سدیم را برای تولید کریستال های تری هیدرات تقویت می کند. کریستال ها فیلتر می شوند، شسته می شوند و در دمای بالای 1100 درجه سانتی گراد کلسینه می شوند تا آلومینا بی آب تولید شود. با این حال، فرآیند بایر برای استخراج بوکسیت که محتوای سیلیس بالایی دارد (بیش از 10٪) مناسب نیست. در فرآیند Alcoa، که برای بوکسیت بسیار سیلیسی مناسب است، “گل قرمز” با سنگ آهک و خاکستر سودا مخلوط شده و در دمای 1300 درجه سانتیگراد کلسینه می شود. این باعث تولید “آهک-سودا” می شود که با آب سرد و تصفیه می شود. این ماده سدیم محلول در آب را شسته و سیلیکات کلسیم و سایر ناخالصی ها را به جا می گذارد.
آلومینا ممکن است از مواد معدنی دیگر، مانند نفلین، سدیم پتاسیم سیلیکات آلومینیوم، با فرآیند پخت مشابه سودآهک به دست آید. آلومینیوم فلزی از آلومینا خالص در الکترولیز 950 تا 1000 درجه سانتیگراد (فرایند هال-هروولت) به دست می آید. اگرچه فرآیند اصلی از زمان کشف آن تغییر نکرده است، تغییرات زیادی صورت گرفته است. آلومینیوم همچنین از الکترولیز AlCl3 بی آب تولید می شود.
همچنین، فلز را می توان با فرآیندهای احیای غیر الکترولیتی به دست آورد. در فرآیند کربوترمیک، آلومینا با کربن در کوره در دمای 2000 تا 2500 درجه سانتیگراد گرم می شود. به طور مشابه، در فرآیند “Subhalide”، یک آلیاژ Al به نام Al-Fe-Si- (که از احیای کربوترمی بوکسیت به دست می آید) در دمای 1250 درجه سانتی گراد با بخار AlCl گرم می شود. این ساب کلرید (AlCl) را تشکیل می دهد که بخار آن با سرد شدن تا 800 درجه سانتی گراد تجزیه می شود.
تاریخچه پودر آلومینیوم
اگرچه آلومینیوم یکی از آخرین فلزاتی بود که تجاری شد، اما قرن هاست که شناخته شده است. آلومینیوم ابتدا توسط رومیان به عنوان یک ماده قابض شناخته شد و آنها آن را “زاج” نامیدند. در قرون وسطی به عنوان “سنگ آلوم”، یک سولفات آلومینا و پتاس ساخته می شد. در سال 1825، هانس سی. آلومینیوم در اواخر قرن نوزدهم در صنعت تجاری شد.
خواص شیمیایی پودر آلومینیوم
پودر فلزی آلومینیوم، پودری بی‌بو، به رنگ سفید نقره‌ای تا خاکستری است. پودر فلز آلومینیوم واکنش پذیر و قابل اشتعال است. آلومینیوم معمولاً با لایه ای از اکسید آلومینیوم پوشانده می شود مگر اینکه ذرات تازه تشکیل شده باشند. دو نوع اصلی پودر آلومینیوم وجود دارد: نوع “flake” فلیک ساخته شده با خرد کردن فلز سرد و نوع “گرانول” ساخته شده از آلومینیوم مذاب.
پودر Pyro یک نوع خاص از پودر فلیک”flake” است. پودرهای آلومینیوم در رنگ‌ها، رنگدانه‌ها، پوشش‌های محافظ، جوهر چاپ، سوخت موشک، مواد منفجره، ساینده‌ها و سرامیک‌ها استفاده می‌شوند. تولید مواد شیمیایی معدنی و آلی آلومینیوم؛ و به عنوان کاتالیزور پودر Pyro با کربن مخلوط میشود. پودر درشت در آلومینوترمیک استفاده می شود.
مشخصات فیزیکی پودر آلومینیوم
آلومینیوم فلزی خالص در طبیعت یافت نمی شود. این به عنوان بخشی از ترکیبات، به ویژه با اکسیژن ترکیب شده در اکسید آلومینیوم (Al2O3) یافت می شود. در شکل خالص آن، آلومینیوم فلزی به رنگ آبی مایل به سفید است که دارای ویژگی های عالی چکش خواری و شکل پذیری است.
Purealuminum برای ساخت و ساز یا اهداف دیگر بسیار نرم است. با این حال، افزودن 1% سیلیکون و آهن به هر یک، آلومینیوم را سخت‌تر کرده و به آن استحکام می‌بخشد.
نقطه ذوب آن 660.323 درجه سانتی گراد، نقطه جوش آن 2519 درجه سانتی گراد و چگالی آن 2.699 گرم بر سانتی متر مکعب است.
مشخصات فیزیکی پودر آلومینیوم
فویل صیقلی تمیز: 0.04 (300 K)، 0.02 (78 K)، 0.011 (2 K، λ: 14 میلی متر
آلومینیوم پرداخت شده با الکترولیتی پس از بازپخت: 0.07 (1000 K)، 0.04 (500 K)، 0.03 (300 K)
ایزوتوپ های آلومینیوم
۲۳ ایزوتوپ آلومینیوم وجود دارد که تنها یکی از آنها پایدار است. ایزوتوپ تک پایدار، Al-27، 100 درصد فراوانی این عنصر در پوسته زمین را تشکیل می دهد. تمام ایزوتوپ های دیگر رادیواکتیو هستند و نیمه عمر آنها از چند نانوثانیه تا 7.17×10+15 سال متغیر است.
نامگذاری پودر آلومینیوم
از کلمه لاتین alumen یا aluminis به معنی “زاج” که شکلی تلخ از سولفات آلومینیوم یا سولفات پتاسیم آلومینیوم است.
پیدایش آلومینیوم
آلومینیوم سومین عنصر فراوانی است که در پوسته زمین یافت می شود. غلظت 83200 ppm (قسمت در میلیون) در پوسته وجود دارد. فقط اکسیژن و سیلیکون غیر فلزات به فراوانی بیشتر یافت می شود. اکسید آلومینیوم (Al2O3) چهارمین ترکیب فراوانی است که روی زمین یافت می شود و وزن آن 69900 ppm است. یکی دیگر از ترکیبات نوع آلوم، سولفات آلومینیوم پتاسیم [KAl(SO4)2?12H2O] است. اگرچه آلومینیوم در حالت فلزی آزاد یافت نمی‌شود، اما پرکاربردترین فلز (به شکل مرکب) روی زمین است. آلومینیوم همچنین فراوان ترین عنصر موجود در ماه است.
تقریباً تمام سنگ ها حاوی مقداری آلومینیوم به شکل کانی های سیلیکات آلومینیوم هستند که در خاک رس، فلدسپات و میکا یافت می شوند. امروزه بوکسیت سنگ معدن اصلی منبع فلز آلومینیوم است. بوکسیت قرن ها پیش در اثر واکنش شیمیایی طبیعی آب تشکیل شد که سپس هیدروکسیدهای آلومینیوم را تشکیل داد. علاوه بر ایالات متحده، جامائیکا و سایر جزایر کارائیب منابع اصلی بوکسیت هستند. ذخایر بوکسیت در بسیاری از کشورها یافت می شود، اما همه آنها دارای غلظت بالایی نیستند.
مشخصات آلومینیوم
آلیاژهای آلومینیوم سبک و مستحکم هستند و به راحتی می‌توانند به اشکال مختلفی درآورند، یعنی میتوان آن را اکسترود کرد، نورد کرد، کوبید، ریخته‌گری کرد و جوش داد. رسانای خوبی برای الکتریسیته و گرما است. سیم های آلومینیومی تنها حدود 65 درصد به اندازه سیم های مسی در هدایت الکتریسیته کارآمد هستند، اما سیم های آلومینیومی به طور قابل توجهی از نظر وزن سبک تر و ارزان تر از سیم های مسی هستند. با این حال، سیم کشی آلومینیومی به دلیل مقاومت الکتریکی بالای آن در خانه ها استفاده نمی شود، که می تواند گرما ایجاد کند و ممکن است باعث آتش سوزی شود.
آلومینیوم با اسیدها و محلول های قلیایی قوی واکنش می دهد. هنگامی که آلومینیوم بریده شد، سطح تازه شروع به اکسید شدن می کند و یک پوشش خارجی نازک از اکسید آلومینیوم تشکیل می دهد که از فلز در برابر خوردگی بیشتر محافظت می کند. این یکی از دلایلی است که قوطی های آلومینیومی نباید در محیط دور ریخته شوند. قوطی های آلومینیومی قرن ها دوام می آورند (البته نه برای همیشه) زیرا گازهای اتمسفر و اسیدهای خاک و قلیاها به آرامی با آن واکنش نشان می دهند. به همین دلیل است که آلومینیوم در حالت طبیعی خود به عنوان یک فلز یافت نمی شود.
تاریخچه آلومینیوم
یونانیان و رومیان باستان از زاج در پزشکی به عنوان قابض و به عنوان ماده در رنگرزی استفاده می کردند. در سال 1761 دو مورو نام آلومین را برای پایه آلوم پیشنهاد کرد و لاووازیه در سال 1787 فکر کرد که این اکسید فلزی است که هنوز کشف نشده است. به طور کلی ووهلر به دلیل جداسازی این فلز در سال 1827 اعتبار دارد، اگرچه یک فرم ناخالص دو سال قبل توسط اورستد تهیه شده بود. در سال 1807، دیوی نام آلومینیوم را برای فلز پیشنهاد کرد که در آن زمان کشف نشده بود و بعداً موافقت کرد که آن را به آلومینیوم تغییر دهد.
اندکی پس از آن، نام آلومینیوم برای تطابق با انتهای “ium” اکثر عناصر انتخاب شد و این املا اکنون در سایر نقاط جهان استفاده می شود. آلومینیوم همچنین تا سال 1925 املای پذیرفته شده در ایالات متحده بود، در آن زمان انجمن شیمی آمریکا به طور رسمی تصمیم گرفت از نام آلومینیوم پس از آن در انتشارات خود استفاده کند. روش به دست آوردن فلز آلومینیوم از طریق الکترولیز آلومینا حل شده در کرایولیت در سال 1886 توسط هال در ایالات متحده و تقریباً در همان زمان توسط Heroult در فرانسه کشف شد. کرایولیت، سنگ معدن طبیعی موجود در گرینلند، دیگر به طور گسترده در تولید تجاری استفاده نمی شود، اما با مخلوط مصنوعی از سدیم، آلومینیوم و فلوراید کلسیم جایگزین شده است.
بوکسیت، یک سنگ معدن اکسید هیدراته ناخالص، در ذخایر بزرگ جامائیکا، استرالیا، سورینام، گویان، روسیه، آرکانزاس و جاهای دیگر یافت می شود. فرآیند بایر امروزه بیشتر برای پالایش بوکسیت مورد استفاده قرار می گیرد، بنابراین می توان آن را در فرآیند پالایش هال-هروولت که برای ساخت بیشتر آلومینیوم استفاده می شود، جای داد. اکنون می توان آلومینیوم را از خاک رس تولید کرد، اما این فرآیند در حال حاضر از نظر اقتصادی امکان پذیر نیست. آلومینیوم فراوان ترین فلزی است که در پوسته زمین یافت می شود (8.1%)، اما هرگز در طبیعت آزاد نیست.
علاوه بر کانی های ذکر شده در بالا، در فلدسپات ها، گرانیت و بسیاری از کانی های رایج دیگر یافت می شود. بیست و دو ایزوتوپ و ایزومر شناخته شده است. آلومینیوم طبیعی از یک ایزوتوپ 27Al ساخته شده است. آلومینیوم خالص، یک فلز سفید نقره ای، دارای ویژگی های مطلوب بسیاری است. سبک، غیر سمی است، ظاهر دلپذیری دارد، به راحتی می توان آن را شکل داد، ماشین کاری یا ریخته گری کرد، رسانایی حرارتی بالایی دارد و مقاومت در برابر خوردگی عالی دارد. این غیر مغناطیسی و بدون جرقه است، در مقیاس چکش خواری در بین فلزات دوم و از نظر شکل پذیری ششمین است. این به طور گسترده برای ظروف آشپزخانه، دکوراسیون بیرونی ساختمان، و در هزاران کاربرد صنعتی که در آن مواد قوی، سبک و به راحتی ساخته می شود مورد استفاده قرار می گیرد.
اگرچه رسانایی الکتریکی آن تنها حدود 60 درصد مس است، اما به دلیل وزن سبک آن در خطوط انتقال الکتریکی استفاده می شود. آلومینیوم خالص نرم و فاقد استحکام است، اما میتوان آن را با مقادیر کمی مس، منیزیم، سیلیکون، منگنز و سایر عناصر آلیاژ کرد تا خواص مفید مختلفی به آن بدهد. این آلیاژها در ساخت هواپیماها و موشک های مدرن اهمیت حیاتی دارند. آلومینیوم که در خلاء تبخیر می شود، یک پوشش بسیار بازتابنده برای نور مرئی و گرمای تابشی ایجاد می کند. این پوشش ها به زودی یک لایه نازک از اکسید محافظ را تشکیل می دهند و مانند پوشش های نقره خراب نمی شوند. آنها در پوشش آینه های تلسکوپ، در ساختن کاغذهای تزئینی، بسته بندی ها، اسباب بازی ها و بسیاری کاربردهای دیگر کاربرد پیدا کرده اند. ترکیباتی که بیشترین اهمیت را دارند عبارتند از اکسید آلومینیوم، سولفات و سولفات محلول با پتاسیم.
اکسید، آلومینا، به طور طبیعی به صورت یاقوت سرخ، یاقوت کبود، کوراندوم و سنباده وجود دارد و در شیشه سازی و مواد نسوز استفاده می شود. یاقوت مصنوعی و یاقوت کبود در ساخت لیزر The Elements 4-3 برای تولید نور منسجم کاربرد دارند. در سال 1852، قیمت آلومینیوم حدود 1200 دلار در کیلوگرم و درست قبل از کشف هال در سال 1886، حدود 25 دلار در کیلوگرم بود. قیمت به سرعت به 60 پوند کاهش یافت و تا 33 پوند در کیلوگرم کاهش یافت. قیمت در دسامبر 2001 حدود 64 پوند / پوند یا 1.40 دلار / کیلوگرم بود.
کاربردهای آلومینیوم ( مصارف آلومینیوم)
آلومینیوم فلزی بسیار پرکاربرد با کاربردهای فراوان در اقتصاد امروزی است که رایج ترین آنها در ساخت و ساز، صنایع هوانوردی-فضا و صنایع خانگی و خودروسازی است. نرمی طبیعی آن با آلیاژ کردن آن با مقادیر کمی مس یا مس از بین می رود. منیزیم که قدرت آن را به شدت افزایش می دهد. از آن برای ساخت قوطی های غذا و نوشیدنی، در صنایع آتش نشانی، برای پوشش های محافظ، برای مقاومت در برابر خوردگی، برای ساخت بلوک ها و قطعات موتور ماشین ریخته گری، برای ظروف پخت و پز خانگی و فویل، برای بمب های آتش زا و برای انواع آلیاژها با سایر آلیاژها استفاده می شود.
آلومینیوم به خوبی مس الکتریسیته را هدایت نمی کند، اما از آنجایی که از نظر وزن بسیار سبک تر است، برای خطوط انتقال استفاده می شود، البته نه در سیم کشی خانگی. یک پوشش نازک از آلومینیوم روی شیشه پخش می شود تا آینه هایی بدون خوردگی بسازند. بلورهای اکسید خالص آلومینیوم معروف به کوراندوم است که کریستالی سخت و سفید رنگ و یکی از سخت ترین مواد شناخته شده است.
کوراندوم در صنعت به عنوان ساینده کاغذ سنباده و چرخ های سنگ زنی کاربردهای زیادی پیدا می کند. این ماده همچنین در برابر گرما مقاومت می کند و برای پوشش کوره های با دمای بالا، تشکیل قسمت عایق سفید شمع ها و تشکیل یک پوشش محافظ بر روی بسیاری از وسایل الکترونیکی مانند ترانزیستور استفاده می شود. اکسید آلومینیوم برای ساخت یاقوت های مصنوعی و یاقوت کبود برای پرتوهای لیزر استفاده می شود. . کاربردهای دارویی زیادی دارد، از جمله پماد، خمیر دندان، دئودورانت ها و کرم های اصلاح.
آلومینیوم کاربردهای گسترده ای برای مصارف صنعتی و خانگی پیدا می کند. پودر ریز در مواد منفجره، در آتش بازی، به عنوان چراغ قوه در عکاسی و در رنگ های آلومینیومی استفاده می شود. معمولاً در آلیاژهای با فلزات دیگر استفاده می شود و به عنوان آلیاژ غیرخطرناک است.
به عنوان فلز یا آلیاژ خالص (مگنالیوم، آلومینیوم برنز و غیره) برای مواد ساختاری در صنایع ساختمانی، خودروسازی، برق و هواپیما. در ظروف پخت و پز، تابلوهای بزرگراه، نرده، ظروف و بسته بندی، فویل، ماشین آلات، تجهیزات شیمیایی مقاوم در برابر خوردگی، آلیاژهای دندانپزشکی. پودر درشت در آلومینوترمیک (فرایند ترمیت)؛ پودر ریز به عنوان چراغ قوه در عکاسی. در مواد منفجره، آتش بازی، رنگ؛ برای جذب گازهای مسدود شده در تولید فولاد. در تست طلا، به عنوان، جیوه. محلول های کلوئیدی منعقد کننده As یا Sb. pptg مس کاهنده برای تعیین نیترات ها و نیتریت ها؛ به جای روی برای تولید هیدروژن در آزمایش As. هیدریدهای پیچیده با لیتیوم و بور مانند LiAlH4 تشکیل می دهد که در شیمی آلی آماده سازی استفاده می شود.
تعریف آلومینیوم
آلومینیوم: نماد Al. یک عنصر فلزی نقره‌ای سفید و درخشان متعلق به گروه 3 (3B سابق) جدول تناوبی. a.n. 13; r.a.m.26.98; r.d. 2.7; m.p. 660 درجه سانتیگراد؛ b.p.2467°C. این فلز به خودی خود بسیار واکنش پذیر است، اما توسط یک لایه نازک شفاف از اکسید محافظت می شود که به سرعت در هوا تشکیل می شود. آلومینیوم و اکسید آن آمفوتریک هستند. فلزات استخراج شده از بوکسیت خالص (Al2O3) توسط الکترولیز.
فرآیند اصلی از سلول هال-هروولت استفاده می کند، اما روش های الکترولیتی دیگر توسعه نیافته هستند، از جمله تبدیل بوکسیت با کلر و الکترولیز کلرید مذاب. آلومینیوم خالص نرم و انعطاف پذیر است اما مقاومت آن را می توان با سخت کاری افزایش داد. تعداد زیادی آلیاژ تولید می شود. عناصر آلیاژی عبارتند از مس، منگنز، سیلیکون، روی و منیزیم. سبکی، استحکام (در صورت آلیاژ)، مقاومت در برابر خوردگی و رسانایی الکتریکی (62 درصد از مس) آن را برای مصارف مختلف از جمله ساخت وسایل نقلیه و هواپیما، ساختمان (قاب پنجره ها و درها) و کابل های برق سربار مناسب می کند. اگرچه سومین عنصر فراوان در پوسته زمین است (8.1٪ وزنی)، اما تا سال 1825 توسط H. C. Oersted جدا نشد.
روش های تولید آلومینیوم
تولید آلومینیوم شامل چهار مرحله اصلی است: استخراج بوکسیت، پالایش بوکسیت برای تولید آلومینا. کاهش الکترولیتی آلومینا برای تولید آلومینیوم. و ریخته گری آلومینیوم به شمش.
توضیحات کلی
فلز آلومینیوم در بالای نقطه ذوب 1220 درجه فارنهایت (660 درجه سانتیگراد) برای سهولت در جابجایی نگهداری می شود. در صورت آزاد شدن سرد و جامد می شود. تماس باعث سوختگی حرارتی می شود. پلاستیک یا لاستیک ممکن است در اثر تماس ذوب شود یا استحکام خود را از دست بدهد. تجهیزات حفاظتی که فقط برای قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی طراحی شده اند در برابر تماس مستقیم موثر نیستند. مراقب راه رفتن روی سطح ریزش باشید تا از وارد شدن به یک جیب آلومینیوم مذاب در زیر پوسته جلوگیری کنید. به دلیل خطر پاره شدن گوشت در صورت سوختگی، اقدام به درآوردن لباس های آغشته به آلومینیوم نکنید.
واکنش های آلومینیوم با آب و هوا
واکنش شدید با آب؛ تماس ممکن است باعث انفجار یا تولید گاز قابل اشتعال (هیدروژن) شود. هوای مرطوب گاز هیدروژن تولید می کند. در تماس با هوا نمی سوزد.
واکنش پذیری آلومینیوم
آلومینیوم، مذاب، یک عامل کاهنده است. پوشش واکنش شیمیایی آن را در مقایسه با مواد بدون پوشش تعدیل می کند یا تا حد زیادی تعدیل می کند. اگر با اکسیدهای فلزی مخلوط شده و حرارت داده شود (فرایند ترمیت) واکنش گرمازا می دهد. حرارت دادن مخلوطی با اکسیدهای مس باعث انفجار قوی شد [Mellor 5:217-19 1946-47]. با نمک‌های فلزی، جیوه و ترکیبات جیوه، نیترات‌ها، سولفات‌ها، هالوژن‌ها و هیدروکربن‌های هالوژنه واکنش می‌دهد و ترکیباتی را تشکیل می‌دهد که به شوک مکانیکی حساس هستند [Handling Chemicals Safely 1980. p. 135]. تعدادی از انفجارها که در آن نیترات آمونیوم و آلومینیوم پودر شده با کربن یا هیدروکربن ها، با یا بدون عوامل اکسید کننده مخلوط شده بودند، رخ داده است [Mellor 5:219 1946-47]. مخلوطی با پرسولفات آمونیوم پودری و آب ممکن است منفجر شود [NFPA 491M 1991]. حرارت دادن مخلوط با تری اکسید بیسموت منجر به واکنش شدید انفجاری می شود [Mellor 9:649 (1946-47)].
مخلوط با برومات‌های ریز تقسیم شده (همچنین کلرات‌ها و یدات‌ها) باریم، کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم یا روی می‌تواند در اثر حرارت، ضربه و اصطکاک منفجر شود. دی سولفید، دی اکسید گوگرد، دی کلرید گوگرد، اکسید نیتروژن، اکسید نیتریک، یا پراکسید نیتروژن، [Mellor 5:209-212,1946-47]. مخلوطی با تتراکلرید کربن هنگام حرارت دادن به 153 درجه سانتیگراد و همچنین در اثر ضربه منفجر شد. Eng. News 32:258 (1954)]؛ [UL Bull. Research 34 (1945], [ASESB Pot. Incid. 39 (1968)]. اختلاط با تری فلوراید کلر در حضور کربن منجر به واکنش شدید می شود [Mellor 2 Supp. 1: 1956]. در تماس نزدیک با ید مشتعل می شود. سه انفجار صنعتی شامل یک ترکیب فوتوفلش حاوی پرکلرات پتاسیم با پودر آلومینیوم و منیزیم رخ داده است [ACS 146:210 1945]، [NFPA 491M توسط 1991 متر مورد حمله قرار گرفته است.
کلرید در حضور مقادیر کمی از کلرید آلومینیوم برای ایجاد تری متیل آلومینیوم قابل اشتعال. مخلوطی قابل انفجار با اکسیژن مایع بدهید [NFPA 491M 1991]. واکنش با کلرید نقره، پس از شروع، با خشونت انفجاری ادامه می یابد [Mellor 3:402 1946-47]. در یک حادثه صنعتی، افزودن تصادفی آب به مخلوط جامد هیدروسولفیت سدیم و پودر آلومینیوم باعث تولید SO2، گرما و آب بیشتر شد. پودر آلومینیوم با آب و سایر واکنش‌دهنده‌ها واکنش نشان داد تا گرمای بیشتری تولید کند، که منجر به انفجاری شد که پنج کارگر را کشت.
خطر پودر آلومینیوم
گرد و غبار آلومینیوم و پودر ریز بسیار انفجاری هستند و می توانند به طور خود به خود در هوا شعله ور شوند. هنگامی که با اسیدها، تراشه های آلومینیوم و پودر درشت هیدروژن درمان می شوند، گرمای حاصل از واکنش شیمیایی می تواند باعث سوختن یا انفجار هیدروژن شود. فویل پور آلومینیم یا ورق فلز می تواند در هوا بسوزد که در معرض شعله به اندازه کافی داغ قرار گیرد. دودهای حاصل از جوشکاری آلومینیوم در صورت استنشاق سمی هستند.
خطر سلامت پودر آلومینیوم
قرار گرفتن در معرض پودر فلز آلومینیوم اثراتی بر سلامتی با علائمی مانند سوزش، قرمزی و درد چشم، سرفه، تنگی نفس، تحریک دستگاه تنفسی، تهوع و استفراغ در موارد شدید دارد. در دوره‌های طولانی قرار گرفتن در معرض استنشاق، مانند موقعیت‌های شغلی، پودر فلز آلومینیوم باعث ایجاد فیبروز ریوی، بی‌حسی در انگشتان و (در موارد محدود) اثرات مغزی میشود. کارگرانی که از قبل اختلالات پوستی، مشکلات چشمی یا اختلال در عملکرد تنفسی دارند، بیشتر در معرض اثرات پودر فلز آلومینیوم هستند.
خطر آتش سوزی پودر آلومینیوم
این ماده به شکل مذاب در دمای بالاتر از 705 درجه سانتیگراد (1300 درجه فارنهایت) حمل می شود. واکنش شدید با آب؛ تماس ممکن است باعث انفجار یا تولید گاز قابل اشتعال شود. مواد قابل احتراق (چوب، کاغذ، روغن، زباله و غیره) را مشتعل می کند. تماس با نیترات ها یا سایر اکسید کننده ها ممکن است باعث انفجار شود. تماس با ظروف یا سایر مواد، از جمله ابزار سرد، مرطوب یا کثیف، ممکن است باعث انفجار شود. تماس با بتن باعث پوسته پوسته شدن و ترک های کوچک می شود.
مصارف کشاورزی پودر آلومینیوم
آلومینیوم، سومین عنصر فراوان در پوسته زمین، یک فلز درخشان نقره‌ای مایل به سفید است که متعلق به گروه 13 جدول تناوبی است. این فلز بسیار واکنش پذیر است و توسط یک لایه اکسید شفاف ضخیم که به سرعت در هوا تشکیل می شود محافظت می شود. آلومینیوم و اکسیدهای آن آمفوتریک هستند.
آلومینیوم خالص که در تعداد زیادی آلیاژ وجود دارد، از بوکسیت خالص شده توسط الکترولیز استخراج می شود. سبکی، استحکام (در صورت آلیاژ)، مقاومت در برابر خوردگی و رسانایی الکتریکی، آلومینیوم را برای مصارف مختلف، از جمله در ساخت وسایل نقلیه، هواپیما، ساختمان ها و کابل های برق هوایی مناسب می کند.
آلومینیوم (Al) یکی از اجزای مهم خاک است. در pH خاک زیر 6.0 برای اکثر گیاهان سمی است.
یون آلومینیوم با مولکول های آب و یون های هیدروکسیل هماهنگی هشت وجهی ایجاد می کند. اگر خاک به شدت اسیدی نباشد، یک (یا چند) از مولکول های آب یونیزه می شود و یون هیدروژن (H+) را در محلول آزاد می کند و اسیدیته خاک را افزایش می دهد.
سطح سمی آلومینیوم محلول و قابل تعویض را می توان با بالا بردن pH خاک در محدوده 5.2 تا 5.5 و با آهک سازی بیشتر به میزان قابل توجهی کاهش داد تا آن را در محدوده 6.0 تا 6.5 قرار دهد.
در خاک های اسیدی، آلومینیوم ممکن است برای جذب با مس رقابت کند و باعث کمبود مس خاک شود. مولیبدن به شدت توسط اکسیدهای آلومینیوم و آهن جذب می شود و در نتیجه مولیبدن در دسترس گیاهان قرار نمی گیرد. افزایش آلومینیوم در محلول خاک همچنین جذب کلسیم و منیزیم توسط گیاهان را محدود می کند.
یون های آلومینیوم برای ریشه بسیاری از گیاهان مانند پنبه، گوجه فرنگی، یونجه، کرفس، جو، ذرت، سورگوم و چغندر قند سمی هستند. سمیت آلومینیوم احتمالاً مهمترین عامل محدود کننده رشد در بسیاری از خاکهای اسیدی است.
علائم سمیت آلومینیوم ناشی از آلومینیوم محلول اضافی در گیاهان زراعی به راحتی قابل تشخیص نیست. لکه های سفید مایل به زرد روی برگ ها ایجاد می شود که باعث خشک شدن و از بین رفتن آنها می شود. سمیت آلومینیوم همچنین باعث کاهش رشد هر دو شاخه و ریشه می شود.
آلومینیوم اضافی با تقسیم سلولی در ریشه گیاهان تداخل می کند، از شروع گره ها جلوگیری می کند (با تثبیت فسفر خاک به اشکالی که کمتر در دسترس ریشه گیاه هستند) و تنفس ریشه را کاهش می دهد. آلومینیوم با آنزیم های کنترل کننده رسوب پلی ساکاریدها در دیواره سلولی تداخل می کند و با ایجاد پیوند متقابل با پکتین ها، سفتی دیواره سلولی را افزایش می دهد. جذب، انتقال و استفاده از مواد مغذی و آب توسط گیاه را کاهش می دهد.
ریشه های آسیب دیده آلومینیوم به طور مشخص سفت و شکننده هستند. نوک ریشه و ریشه های جانبی ضخیم شده و قهوه ای می شوند. سیستم ریشه به طور کلی، مرجانی به نظر می رسد، با بسیاری از ریشه های جانبی ضخیم، اما بدون شاخه های ظریف.
مشکل مسمومیت آلومینیوم با روش های آهک کاری معمولی از نظر اقتصادی قابل اصلاح نیست. یک رویکرد ژنتیکی پتانسیل حل مشکل سمیت آلومینیوم در خاک های اسیدی را دارد.
مصارف صنعتی پودر آلومینیوم
آلیاژ کردن آلومینیوم با عناصر مختلف به طور قابل توجهی خواص مکانیکی، استحکام را در درجه اول، تنها با اندکی فداکاری بهبود می بخشد، بنابراین استحکام ویژه، یا نسبت قدرت به وزن را افزایش می دهد. به طور سنتی، آلیاژهای فرفورژه با پردازش حرارتی مکانیکی شمش ریخته‌گری شده در محصولات آسیاب مانند بیلت، میله، صفحه، ورق، اکستروژن و سیم تولید می‌شوند.
با این حال، برای برخی از آلیاژها، چنین محصولات آسیاب اکنون با پردازش مشابه “شمش” ترکیب شده از پودر ساخته می شوند. به این آلیاژها PM (فلز پودری) یا آلیاژهای PM گفته می شود. برای متمایز کردن نوع سنتی از اینها، اکنون گاهی اوقات به آنها به عنوان آلیاژهای شمش متالورژی (IM) آلیاژهای ریخته گری انگوت نامیده می شود. دسته دیگری از آلیاژهای PM آلیاژهایی هستند که برای ساخت قطعات PM با فشار دادن و تف جوشی پودر به شکل نزدیک به شبکه استفاده می شوند. همچنین آلیاژهای ریخته گری زیادی وجود دارد. به طور کلی، حدود 100 آلیاژ آلومینیوم تجاری وجود دارد.
نکات ایمنی استفاده از پودر آلومینیوم
اگرچه آلومینیوم به طور کلی به عنوان یک سم صنعتی در نظر گرفته نمی شود، استنشاق پودر ریز ریز گزارش شده است که باعث فیبروز ریوی می شود. این یک فلز واکنش پذیر است و بیشترین خطرات صنعتی مربوط به واکنش های شیمیایی است. مانند سایر فلزات، پودر و گرد و غبار خطرناک ترین اشکال هستند. گرد و غبار نسبتاً قابل اشتعال است و در اثر حرارت، شعله یا واکنش شیمیایی با اکسید کننده های قوی قابل انفجار است.
برای مبارزه با آتش، از مخلوط های مخصوص مواد شیمیایی خشک استفاده کنید. واکنش های خطرناک زیر: واکنش انفجاری پس از یک دوره تاخیر با KClO4 + Ba(NO3)2 + mo3 + H20، همچنین با Ba(NO3)2 + mo3 + گوگرد + چسب های گیاهی + H2O. Wxture هایی با پودر AgCl، NH4NO3 یا NH4NO3 + Ca(NO3)2 + formamide + H20 مواد منفجره قوی هستند. مورتور با پراکسودی سولفات آمونیوم + آب انفجاری است.
واکنش خشونت آمیز یا انفجاری “ترمیت” هنگامی که با اکسیدهای فلزی، اگزوسالت ها (نیترات ها، سولفات ها)، یا سولفیدها، و با اکسید مس داغ که با ابزار آهنی یا فولادی کار می شود، گرم می شود. واکنش بالقوه انفجاری با ccl4 در طول عملیات آسیاب گلوله ای. بسیاری از واکنش‌های خشونت‌آمیز یا انفجاری با هالوکربن‌های زیر در صنعت رخ داده است: برومومتان، بروموتری فلورومتان، ccl4، کلرودفلورومتان، کلروفرم، کلرومتان، کلرومتان + 2 متیل پروپان، دکلرودی فلوئورومتان، دی کلرودی فلورومتان، دی کلرودی فلورومتان، دی‌لوروپهان، 1، 1،2-دی فلوروتترافلوئورواتان، فلوروتریکلرواتان، هگزا کلرو اتان + الکل، روغن ها و گریس های پلی تری فلوئورواتیلن، تتراکلورواتیلن، تترافلورومتان، 1،1،1 تری کلرو اتان، تری کلرواتیلن، 1،1،2 تری کلروتری فلوئورو-اتان. واکنش بالقوه انفجاری با کلروفرم آمیدینیم نیترات. در تماس با بخارات AsCl3، SC4، Se2Cl2 و PCl5 مشتعل می شود.
در گرمایش با Sb یا As به شدت واکنش نشان می دهد. هنگام گرم شدن در بخار SbCl3 مشتعل می شود. در تماس با پراکسید باریم مشتعل می شود. واکنش شدید بالقوه با استیلید سدیم. مخلوط با پراکسید سدوم ممکن است مشتعل شود یا به شدت واکنش نشان دهد. به طور خود به خود در بخار CS2 منفجر می شود. هالوژن ها: مشتعل شدن در آلومینیوم پودری متحمل گاز کلر می شود، فویل به شدت با Br2 مایع واکنش می دهد، واکنش شدید با H20 + 12. واکنش شدید با اسید هیدروکلریک، اسید هیدروفلوریک، و گاز کلرید هیدروژن.
واکنش شدید با دی سولفور dbromide. واکنش شدید با غیر فلزات فسفر، گوگرد و سلنیوم. واکنش شدید یا اشتعال با اینترهالوژن ها: پنتا فلوراید برم، فلوراید کلر، کلرید ید، پنتا فلوراید ید و هپتافلوراید ید. هنگام گرم شدن در CO2 می سوزد. در تماس با O2 مشتعل می شود و مخلوط با O2 + H20 مشتعل می شود و به شدت واکنش نشان می دهد. مخلوط با اسید پیکریک + آب پس از یک دوره تاخیر مشتعل می شود. واکنش انفجاری بالای 800 درجه سانتیگراد با سولفات سدیم. واکنش شدید با گوگرد هنگام گرم شدن.
واکنش گرمازا با پودر آهن + آب باعث آزاد شدن گاز هیدروژن انفجاری می شود. پودر آلومینیوم همچنین با اکسیدان هایی مانند: Cl2 مایع و سایر هالوژن ها، N2O4، تترانیترومتان، برومات ها، یدات ها، NaClO3، KClO3 و سایر کلرات ها، NaNO3، نیترات های آبی، KClO4 و سایر نمک های پرکلری سولمون فلوئور نیتروژن، ترکیبات انفجاری حساس ایجاد می کند. پراکسید سدیم، پراکسید روی و سایر پراکسیدها، فسفر قرمز و پلی تترا فلوئورواتیلن پودری (PTFE).
پس از برهمکنش های خطرناک: واکنش گرمازا با بوتانول، متانول، 2-پروپانول، یا سایر الکل ها، هیدروکسید سدیم برای انتشار گاز هیدروژن انفجاری. واکنش با dborane محصول پیروفوریک را تشکیل می دهد. احتراق در تماس با اکسید نیوبیم + گوگرد. واکنش انفجاری با اکسیدهای فلزات مذاب، اگزوسالت ها (نیترات ها، سولفات ها)، سولفیدها و کربنات سدیم. واکنش با تری اکسید آرسنیک + آرسنات سدیم + هیدروکسید سدیم باعث تولید گاز سمی آرسین می شود. واکنش شدید با تری فلوراید کلر. واکنش رشته ای با اسید فرمیک.
تشکیل آلیاژ بالقوه خشن با پالادیوم، پلاتین در MP از Al، 600 ℃. واکنش شدید حل شدن در آلومینیوم فله ممکن است متانول + تتراکلرید کربن هیدروکسید آلومینیوم کلرید AHAOOO 45 را متحمل شود. واکنش ادغام شدید با نمک های جیوه (Ⅱ) + رطوبت. واکنش شدید با فولادهای سیلیکونی مذاب. واکنش شدید گرمازا بالای 600 درجه سانتیگراد با دیورانات سدیم.
احتمال بیماری در معرض پودر آلومینیوم
بیشترین مواجهه خطرناک با آلومینیوم در فرآیندهای ذوب و پالایش رخ می دهد. آلومینیوم بیشتر از طریق الکترولیز Al2O3 حل شده در کرایولیت مذاب (Na3AlF6) تولید می شود. آلومینیوم با مس، روی، سیلیکون، منیزیم، منگنز و نیکل آلیاژ می شود. افزودنی های ویژه ممکن است شامل کروم، سرب، بیسموت، تیتانیوم، زیرکونیوم و وانادیم باشد.
آلومینیوم و آلیاژهای آن را میتوان در کارخانه‌های نورد، سیم‌کاری، آهنگری یا ریخته‌گری اکسترود یا فرآوری کرد و در صنایع کشتی سازی، برق، ساختمان، هواپیما، خودروسازی، مهندسی سبک و جواهرسازی استفاده می شود. فویل آلومینیوم به طور گسترده ای در بسته بندی استفاده می شود. پودر آلومینیوم در صنایع رنگ و پیروتکنیک استفاده می شود. آلومینا، سنباده و کوراندوم برای ساینده ها، دیرگدازها و کاتالیزورها استفاده شده است. و در گذشته در اولین پختن چینی و سفال.
سرطان زایی پودر آلومینیوم
اکثر مطالعات حیوانی در اثبات سرطان زایی ناشی از آلومینیومی که از راه های مختلف در موش ها، خرگوش ها، موش ها و خوکچه های هندی استفاده می شود، شکست خورده اند. برخی از این مطالعات حتی برخی از فعالیت های ضد توموری را پیشنهاد کردند. با این حال، در چند مطالعه تجربی مانند سارکوم در موش‌ها در صورت کاشت زیر جلدی، مشخص شد که آلومینیوم باعث ایجاد سرطان میشود. این مشاهدات به جای ترکیب شیمیایی به ابعاد ایمپلنت ها نسبت داده شد.
افزایش قابل توجهی بروز تومورهای ناخالص در موش های صحرایی نر لانگ ایوانز و لوسمی لنفوم در موش های ماده سوئیسی که سولفات پتاسیم آلومینیوم در آب آشامیدنی به ترتیب برای 2-2.5 سال دریافت کردند، گزارش شد. رابطه دوز-پاسخ را نمی توان برای هر یک از گونه ها تعیین کرد زیرا تنها یک دوز آلومینیوم استفاده شد و نوع تومورها و اندام هایی که در آنها یافت شدند مشخص نشد.
سرنوشت زیست محیطی پودر آلومینیوم
آلومینیوم به فسفات های دیاتومیک متصل می شود و احتمالاً فسفات را تخلیه می کند که می تواند منجر به پوکی استخوان شود. مقادیر بالای آلومینیوم سرم و غلظت بالای آلومینیوم در استخوان با عملکرد ویتامین D تداخل دارد. الحاق آلومینیوم در استخوان ممکن است در رسوب کلسیم اختلال ایجاد کند. افزایش متعاقب کلسیم در خون ممکن است از ترشح هورمون های پاراتیروئید توسط غده پاراتیروئید جلوگیری کند. مکانیسم تمرکز آلومینیوم در مغز مشخص نیست. ممکن است با سد خونی مغزی تداخل داشته باشد.
ذخیره سازی و انبارش پودر آلومینیوم
پودر فلزی آلومینیوم باید در یک ظرف محکم در بسته، در یک مکان خنک، خشک و دارای تهویه، محافظت شده در برابر آسیب فیزیکی و ایزوله از منابع گرما، اشتعال، مناطق سیگاری و رطوبت نگهداری شود. پودر فلز آلومینیوم باید دور از مواد اسیدی، قلیایی، قابل احتراق و اکسید کننده و جدا از ترکیبات هالوژنه نگهداری شود.
حمل دریایی پودر آلومینیوم
پودر آلومینیوم UN1309، پوشش داده شده، کلاس خطر: 4.1; برچسب ها: 4.1-جامد قابل اشتعال. UN1383 فلزات پیروفوریک، n.o.s. یا آلیاژهای پیروفوریک، n.o.s.، کلاس خطر: 4.2; برچسب ها: 4.2-مواد خود به خود قابل احتراق، نام فنی لازم است. پودر آلومینیوم UN1396، بدون پوشش، کلاس خطر: 4.3; برچسب ها: 4.3-خطرناک در هنگام خیس شدن مواد. NA9260 (آمریکای شمالی) آلومینیوم، مذاب، کلاس خطر: 9; برچسب ها: 9-مواد خطرناک متفرقه.
ساختار آلومینیوم
شبکه فضایی Al متعلق به سیستم مکعبی است و شبکه مکعبی وجهی آن دارای ثابت شبکه a=0.404145 نانومتر (25 ℃) است.
ارزیابی مسموم بودن پودر آلومینیوم
آلومینیوم در حالت عنصری خود در محیط تجزیه نمی شود، اما می تواند تحت واکنش های مختلف بارش یا تبادل لیگاند قرار گیرد. حلالیت آلومینیوم در محیط به لیگاندهای موجود و pH بستگی دارد.
حمل و نقل پودر آلومینیوم
چرخه اصلی ویژگی آلومینیوم شامل شسته شدن آلومینیوم از سازندهای ژئوشیمیایی و ذرات خاک به محیط های آبی، جذب در خاک یا ذرات رسوب و رسوب مرطوب و خشک از هوا به خشکی و آب های سطحی است.
تجمع زیستی آلومینیوم
آلومینیوم به میزان قابل توجهی تجمع زیستی ندارد. بنابراین، گیاهان خاصی می توانند غلظت بالایی از آلومینیوم را جمع کنند. مواد گیاهی مانند برگ چای ممکن است حاوی بیش از 5000 میلی گرم در کیلوگرم آلومینیوم باشد. Lycopodium، برخی از گونه های سرخس، و اعضای جنس Symplocos یا Orites ممکن است حاوی سطوح بالایی از آلومینیوم باشند. به نظر نمی رسد به میزان قابل توجهی در شیر گاو یا بافت گوشت گاو انباشته شود و بنابراین انتظار نمی رود که در زنجیره های غذایی زمینی تحت بزرگنمایی زیستی قرار گیرد.
ناسازگاری های پودر آلومینیوم
پودر آلومینیوم یک مخلوط انفجاری با هوا تشکیل می دهد و یک عامل کاهنده قوی است که به شدت با اکسید کننده ها، پایه های قوی واکنش نشان می دهد. اسیدهای قوی؛ هیدروکربن های هالوژنه شده؛ نیترات ها، سولفات ها، اکسیدهای فلزی و بسیاری از مواد دیگر. دور از مواد قابل احتراق نگهداری شود.
دفع زباله پودر آلومینیوم
برای راهنمایی در مورد روش های قابل قبول دفع، با آژانس های نظارتی محیط زیست مشورت کنید. تولیدکنندگان زباله حاوی این آلاینده (≥100 کیلوگرم در ماه) باید با مقررات EPA حاکم بر ذخیره‌سازی، حمل و نقل، تصفیه و دفع زباله‌های اکسید آلومینیوم در محل دفن زباله بهداشتی مطابقت داشته باشند. با این حال، اختلاط ضایعات فرآیندهای صنعتی و زباله های شهری در چنین مکان هایی تشویق نمی شود. پودر آلومینیوم ممکن است بازیافت و به عنوان قراضه فروخته شود. بازیافت و بازیابی یک گزینه مناسب برای دفع فلز آلومینیوم و فلوراید آلومینیوم است.
موارد احتیاط پودر آلومینیوم
پودر خشک پایدار است اما گرد و غبار حجیم مرطوب یا مرطوب ممکن است خود به خود گرم شود و گاز هیدروژن قابل اشتعال تشکیل دهد. پودر آلومینیوم مرطوب ممکن است با تشکیل گاز هیدروژن قابل اشتعال و گرد و غبار قابل احتراق در هوا مشتعل شود. مواد پودری ممکن است مخلوط های انفجاری گرد و غبار و هوا را تشکیل دهند. تماس با آب، اسیدهای قوی، بازهای قوی یا الکل ها باعث آزاد شدن گاز هیدروژن قابل اشتعال می شود. پودر خشک می تواند به شدت یا انفجاری با بسیاری از مواد شیمیایی معدنی و آلی واکنش نشان دهد.
