تاریخچه آلومینیوم در ایران و جهان | کشف و استخراج فلز آلومینیوم در روش قدیمی و جدید

تاریخچه آلومینیوم از آن موضوعاتی است که ابهامات زیادی در آن وجود دارد و در ما بررسی هایی که کردیم متوجه شدیم هیچ کدوم از سایت های داخلی و حتی بعضاً خارجی مطالبی را که مرتبط با تاریخچه فلز آلومینیوم بیان نموده‌اند، اطلاعات صحیح و دقیقی نیست.

به همین علت سعی کردیم مطلبی جامع در عین حال خلاصه رو بنویسیم که هر ابهام یا سوالی که دارید را برطرف کند درکنار آن با متنی روان و داستان طور، تاریخچه آلومینیوم رو به ساده‌ترین شکل ممکن بیان خواهیم کرد.

به سوالات و ابهامات زیر در تاریخچه‌ی آلومینیوم پاسخ داده می‌شود:

• آلومینیوم واقعاً در مقطعی از طلا هم گران‌تر بوده؟
• فلز آلومینیوم برای اولین بار در کجا و در چه کشوری کشف شد؟

آلومینیوم به چه فلزی گفته میشه؟

در ابتدا باید از این موضوع شروع کنیم که ساختار فلز آلومینیوم چه فرقی با فلزات و مواد دیگر داره که باعث شده این ماده به اسم فلز آلومینیوم شناخته شود. در ادامه به بررسی ویژگی های فلز آلومینیوم می‌پردازیم که این فلز را از دیگر فلزات متمایز نموده است.

ساختار مولکولی فلز آلومینیوم

مولکول آلومینیوم ساختاری مکعبی ( مرکز وجهی ) دارد که داخل این ساختار اتم‌ها در گوشه‌های این مکعب قرار دارند. این ساختار و فشردگی اتم‌ها در کنار یک‌دیگر اصلی ترین تفاوت‌ها رو رقم می‌زند و ساختاری را برای فلز آلومینیوم ایجاد می‌نمایید که در هیچ فلز دیگری دیده نمی‌شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی خاص فلز آلومینیوم

• چگالی پایین (2.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب): این چگالی پایین آلومینیوم باعث شده این فلز برای صنایع مختلفی مثل هوافضا و خودروسازی بسیا ارزشمند و حیاتی باشد.
• نقطه ذوب پایین ( 660 درجه سانتی‌گراد)
• مقاومت در برابر خوردگی
• هدایت الکتریکی و حرارتی بالا: این رسانایی بالا و توانایی جابه‌جایی الکترسیته دلیل اصلی استفاده خیلی از صنایع کلیدی از فلز آلومینیوم می باشد.
• قابلیت بازیافت آسان: بازیافت فلز آلومینیوم بر خلاف دیگر فلزات به انرژی و منابع کمتری نیاز دارد.

تفاوت فلز آلومینیوم با دیگر فلزات شناخته شده تا به امروز

• وزن به شدت پایین تر
• مقاومت بسیار بالا در برابر زنگ زدگی
• نقظه ذوب بسیار پایین
• رسانایی به نسبت بالاتر از بقییه فلزات

شروع تاریخچه آلومینیوم از کشف تا زمان اولین استفاده در مصارف مختلف

همانطور که در قسمت‌های قبلی بررسی شد، فلز آلومینیوم ماده ای بسیار ارزشمند است که در صنایع مختلف از بدنه هواپیما گرفته تا ظرف آلومینیومی یکبار مصرف مورد استفاده واقع می شود. در این بخش می‌خواهیم به قرن 18 میلادی سفر کنیم و ببینم چه شد که فلز آلومینیوم کشف شد و مورد استفاده قرار گرفت با ما همراه باشید.

تاریخچه آلومینیوم در دوران باستان

فلز آلومینیوم به دلیل واکنش‌پذیری بالا و همچنین به علا استخراج بسیار سخت در زمان قدیم به هیچ عنوان به شکل امروزی که آن را می شناسیم وجود نداشته است.

در قدیم و در دوران باستان به دلیل اینکه فلز و ماده‌ای به نام آلومینیوم شناخته نشده بود، سوابق تاریخی مشخصی از این فلز در درست نیست. اما با توجه به تاریخ و بررسی دوران باستان می‌توان شواهدی را در رابطه با استفاده از موادی دارای ترکیبات آلومینیوم پیدا کرد. این استفاده بیشتر به دوران قرون وسطی و رنسانس برمیگردد که در ادامه به بررسی آن خواهیم پرداخت.

آلومینیوم در قرون وسطی و دوران رنسانس

در زمان رنسانس و قرون وسطی ماده‌ای به نام آلومینیوم را نمی‌شناختند ولی یکی از ترکیبات آن یعتی آلوم رو به خوبی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌دادند. به آلوم در زمان قدیم زاج سفید هم گفته می‌شد و در صنایع زیر بسیار هم پرکاربرد بود:

• دباغی چرم: برای جلوگیری از پوسیده شدن چرم در بلند مدت.
• داروسازی: در بعضی از دارو ها از این ترکیب نیز استفاده می‌شد.
• رنگرزی پارچه: برای جلوگیری از تغییر رنگ پارچه در بلندمدت.

کاشف آلومینیوم چه شخصی است؟ ( اولین برگ از تاریخچه آلومینیوم )

در پاسخ به این سوال که کشف کننده فلز آلومینیوم چه کسی است در منابع مختلف اختلاف نظر است اما به نظر می‌رسد با احتمال خیلی زیادی آقای هانس کریستین اورستد کاشف آلومینیوم این فلز ارزشمند و خاص باشد.

در برخی دیگر از منابع می‌گویند فردریش وهلر، شیمیدان آلمانی پس از اورستد آزمایشات زیادی را روی تحقیقات او به انجام رساند و باید بخش زیادی از پیشرفت امروزی را به نام آن در نظر گرفت.

خلاصه زندگی‌نامه فیزیک‌دان و شیمی‌دان برجسته هانس کریستین اورستد( Hans Christian Ørsted):

آلومینیوم در چه زمانی و چه جوری کشف شد؟ (در بعضی منابع گفته شده تولید شد)

در منابع معتبری همچون ویکیپدیا در رابطه با نحوه کشف آلومینیوم این گونه بیان کردند که دانشمندان دیگری قبل از اروستد نیز در تلاش بودند تا به فلزی با قابلیت‌های آلومینیوم دست یابند. این موضوع نشان می‌دهد دانشمندان در آن زمان کاملا از قابلیت‌هایی که این ماده می‌توانست داشته باشد آگاه بودند.

در همین راستا دانشمندانی قبل از اورستد ترکیبی از آلومینیوم و آهن را ایجاد کرده بودند ولی این آن ماده ای نبود که همگی انتظارش را می‌کشیدند اما این اورستد بود که ترکیب نهایی آلومینیوم رو در نهایت کشف کرد. او فرمول ساخت فلز آلومینیوم رو از آلومینیوم کلرید استخراج کرد ولی این فرمول، با فرمولی که که فلز آلومینیوم امروزی دارد تفاوت داشت و در ادامه خواهیم گفت چه شد و چه شخصی فرمول نهایی رو تولید نمود.

فرمول نهایی و امروزی فلز آلومینیوم (فرمول بهینه‌تر از فرمول اورستد)

فریدریش وهلر شیمیدانی آلمانی بود که بر روی تحقیقات اورستد بررسی‌هایی زیادی رو انجام داد و پس از همین بررسی‌ها بود که توانست فرمول فلز آلومینیوم ابتدایی را بهینه‌سازی کند و همچنین برای استفاده بهتر از این فلز ارزشمند نیز روش‌های نوینی را ابداع نماید.

فرمول فلز آلومینیوم به شکل علمی چگونه است؟

آلومینیوم یک اکسید پایدار با فرمول شیمیایی Al2O3

استخراج آلومینیوم و استفاده انبوه در طول تاریخچه آلومینیوم از گذشته تا به امروز

در بخش‌های قبلی گفتیم ماده‌ای به نام آلومینیوم چه جوری کشف شد و چه کسی آن را کشف کرد و همچنین فرمول ماده آلومینیوم رو هم در بخش قبل مورد بررسی قرار دادیم. حال در این قسمت می‌خواهیم به سراغ استخراج و تولید انبوه آن در صنایع و مصارف مختلف برویم.

استخراج آلومینیوم در گذشته

در رابطه با تاریخچه استخراج ماده آلومینیوم در این قسمت توضیحاتی رو خواهیم داد و در بخش بعدی به روش‌های امروزی تولید فلز آلومینیوم میپردازیم.

بخش اول: روش دویل (Deville)

در سال 1856 این فلز توسط شیمیدان فرانسوی هنری اتین سنت کلر دویل به تولید انبوه رسید این شیمیدان پروسه استخراج را در کشورش فرانسه ثبت کرد که او با حرارت دادن بوکسیت در کربنات سدیم Na به فلز آلومینیوم می رسید و آن را به عبارتی استخراج می‌نمود. شاید سوال برایتان پیش بیاد که منظور از حرارت چه دمایی هست؟ دمای 1200 درجه که در این دما آلومینات سدیم تشکیل میشود،با آب شسته شده سپس هیدروکسید آلومینیوم توسط دی اکسید کربن رسوب میکند و در آخر هم فیلتر و خشک میشود که این روش دویل (Deville) معروف است.

بخش دوم: روش هال–هرولت (Hall-Héroult) و روش سیانیداسیون

در سال 1886 فرآیند آلومینیوم الکترولیتی هال–هرولت (Hall-Héroult) و سال بعدش یعنی سال 1887 فرآیند سیانیداسیون اختراع شد ولی این اختراع های بسیار سخت و پرهزینه برای استخراج آلومینیوم بود.

بخش سوم: روش کارل یوزف بایر

کارل یوزف بایر برای به ثبت رساندن اختراعش سختی‌های بسیاری رو متحمل شد از سنگ‌اندازی رقبا در زمان ثبت اختراع تا کار در کارخانه نساجی برای کشف و شناسایی بهتر آلومینا ( چون در آن زمان از مواد اولیه پرکاربرد برای رنگ رزی پنبه بوده است) . با همه این اوصاف فرآیند بایر در سال 1888 که توسط آقای کارل یوزف بایر به ثبت رسید و به نظر همگان رسید.

بخش چهارم: گام میانی در تولید آلومینیوم ( روش چکسلواکی )

این فرایند بسیار عالی بود ولی یک مشکل بزرگی که داشت اونم پرهزینه بودش بود پس اقای چکسلواکی اهل کشور آلمان در سال 1967 یک مهندسی کرد که هزینه را کاهش دهد این کار این بود که حرارت را بازیابی بکند و از یک اتوکلاوهای بزرگ و مخازن بارش استفاده کرد و برای بیشتر موثر بودنش از مبدل های حرارتی و تانک های فلاش استفاده کرد و میدانست که راکتور های بزرگتر میزان گرمای از دست رفته را کاهش میدهند و راندمان با اتوکلاوها افزایش داد.
این فرآیند انقدر مهم و تاثیر گذار بود که امروز هم ازش به عنوان گام میانی در تولید آلومینیوم استفاده میشود.

استخراج آلومینیوم به روش امروزی

شاید متن بالا خیلی مفهوم نبود و اجازه دهید به شکل ساده‌تری این پروسه استخراج امروزی را برای شما توضیح دهیم. تولید آلومینیوم اولیه (در رابطه با آلومینویم ثانویه در قسمت بازیافت آلومینیوم به شکل مفصلی توضیح خواهیم داد) 4 بخش دارد که در ادامه به بررسی آن ها می‌پردازیم. این 4 بخش عبارت‌اند از:

• استخراج سنگ معدن
• پالایش
• اضافه کردن کریولیت
• احیاء

1- استخراج سنگ معدن

در این بخش ابتدا سنگی به نام { بوسکیت } رو استخراج می‌کنند. حالا چرا این سنگ؟ چون در بین مواد تشکیل دهنده این سنگ موادی مثل هیدروکسید و اکسید آلومینیوم وجود دارد.

این سنگ از برخورد مستقیم موادی مانند گرانیت و بازالت با اکسیژن ایجاد می‌شود و به نظر می‌رسد روند استخراج بوکسیت نیز به شدت برای محیط زیست آسیب می‌زند و یکی از دلایلی که مکررا گفته می‌شود بهتر است از مواد آلومینیومی دوست‌دار طبیعت و بازیافتی استفاده کرد.

با افتخار باید این مورد رو هم اعلام نماییم که تمامی ظروف آلومینیومی تولید شرکت ثمین صنعت دنا ( دناگروپ ) با استفاده از مواد اولیه دوست‌دار محیط زیست و با رعایت استاندارد‌های بین المللی تولید می‌گردند که همین مورد است دناگروپ را از دیگر رقبا متمایز نموده و مسیر اعتماد به این برند را برای مصرف‌کنده بسیار راحت و هموار نموده است.

2-پالایش

بوسکیت که از استخراج بالا به دست آمده است لازم است جذاسازی شود. به همین منظور آن را به پالایشگاه‌های مخصوص برده و اکسید آلومینویم که یکی از موارد موجود در این سنگ است را را جداسازی می‌نمایند.

3-خالص سازی و هضم

در این مرحله سود‌سوزآور رو حرارت می‌دهند و زمانی که به دمایی بسیار بالایی رسید پودر بوکسیت رو به داخل آن می‌ریزند تا واکنش دهد. به این فراند در زبان انگلیسی digestion نیز می‌گویند و در اثر این واکنش محلولی سبزرنگ که حاوی آلومینا است و دارای ضایعاتی نیز می‌باشد به وجود می‌آید.

پس از اتفاق افتادن واکنش این محلول به دست آمده را به مخرن‌های بزرگی برای خنک‌سازی منتقل می‌کنند (تا حدود 800 درجه سانتی‌گراد خنک‌سازی اتفاق می‌افتد). حال اجازه می‌دهند مواد موجود در این محلول ته‌شین بشوند( موادی مثل سودسوزآور و گل قرمز و….) و تنها آلومینویم هست که بر روی آب می‌ماند و بقییه مواد ته‌نشین می‌شوند.

در این قسمت پودر آلومینیوم ( آلومینا) را از روی سطح آب جمع آوری کرده و سپس با حرارت دادن خشک می‌نمایند و در این مرحله پودر خشک شده آلومینیوم که ماده اولیه تولید فلز آلومینیوم می باشد تولید می‌گردد.

و این پودر را نیز با مقداری کریولیت ترکیب می‌کنند تا نقطه ذوب این پودر پایین‌تر بیاید.

4-احیا

در این بخش که باید در کارخانه‌های بزرگتری و در کنار دریا تشکیل گردد مراحل الکترولیز رو به انجام می‌رسانند. دلیل کنار دریا بودن این کارخانه دسترسی سریع‌تر به مواد اولیه و همچنین دسترسی راحت تر به انرژی‌های مختلف از جمله سوخت و … می‌باشد.

در این کارخانه سلول‌های الکتورلیز تشکیل می‌شودو نحوه کار آن به این شکل است که جریان الکتریکی از یک طرف وارد این بخش‌ها می‌شوندو از طریق آند و کاتد با محلولی که حاوی پودر آلومینیوم و کریولیت واکنش نشان می‌دهد و از این طریق در آند اکسیژن و در کاتد یون احیا و به وجود می آید.

در اثر این جریان الکتریکی این محلول رو به مذاب شدن می‌رود و می‌توان آن را در قالب‌های مورد نظر ریخت و فلز آلومینیوم مورد نظر را تولید نمود.

تاریخچه استفاده از آلومینیوم در ایران: از واردات اولیه تا تولید داخلی

شاید برای شما سوال پیش آمده باشد که برای اولین بار چه شرکتی و در چه شهری در ایران، فلز آلومینیوم رو تولید کرد و تاریخچه آلومینیوم در کشور ایران به شکل است؟

در این رابطه ادعا‌های متعددی در رسانه‌ها و منابع مختلف بیان شده است، اما با توجه به بررسی‌های متخصصین اس اس دنا مشخص شد نام شرکت تولید کننده شمش آلومینیوم در ایران برای اولین بار، ایرالکو هستش و اولین تولید کننده فویل آلومینیومی در ایران شرکت آلومینیوم پارس می‌باشد.

ورود آلومینیوم به ایران و اولین کاربردها

شرکت ایرالکو تاسیسش به سال 1353 برمی‌گردد ولی کارهای اداری این شرکت برای راه‌اندازی از سال 1348 تا سال 1353 به طول انجامید و همین سال 1353 بود که برای اولین بار تولید آلومینیوم را در ایران استارت زد. این شرکت به واسطه شهرتی که از این راه به دست آورد و همچنین به واسطه ارائه محصولات با کیفیت تا به امروز یکی از معتبرترین و بزرگترین شرکت های تولید آلومینیوم در ایران می‌باشد.

شرکت ایرالکو در شهر اراک مستقر است و زمینه تولید انواع شمش آلومینیوم و دیگر محصولات مرتبط مشغول است. این شرکت در ابتدای تاسیس به کمک شرکت‌های آمریکایی حاضر در ایران شروع به راه‌اندازی کارخانه و مهیاسازی دستگاه‌های مورد نیاز نمود و در ادامه با استفاده از این تکنولوژی ها به یکی از بزرگترین شرکت های آلومینیوم در سراسر جهان تبدیل شد و امروزه تا جایی پیشرفت نموده است که عضوی از بورس فلزات لندن و تهران می‌باشد.

نقش صنایع آلومینیوم در توسعه اقتصاد ایران

آلومینیوم همانطور که در خارج از ایران صنایع را متحول کرد در کشور ایران نیز تحولات فوق‌العاده ای را ایجاد نمود. صنایع آلومینیوم در ایران امروزه یکی از صنایع استراتژیک و پراهمیتی است که تاثیرش بر هیچ کسی پوشیده نیست. تاثیر صنایع آلومینیوم را می‌توان از اشتغال زائی در نظر گرفت تا مواردی مثل بالا بردن میزان صادرات ملی و هم چنین کاهش نیاز به واردات.

این موارد همگی در کنار هم فلز آلومینیوم و صنایع مرتبط با آن را از صنایع پراهمیت در کشور ایران و همچنین جهان بدل نموده است و همین کارایی بالای آن بوده که موجب شده در مقطعی از زمان این فلز حتی از طلا نیز گران‌تر باشد.

کاربرد آلومینیوم در صنایع مختلف

فلز آلومینویم به علت ویژگی و ساختاری که دارد برای طیف گسترده‌ای از امور مناسب است. در این بخش به بررسی صنایع پراهمیتی که از فلز آلومنیومی استفاده می کنند می‌پردازیم.

مهم ترین کاربردهای آلومینیوم در صنایع مختلف عبارت اند از:

• صنعت حمل و نقل
• صنایع مرتبط با برق
• صنایع مرتبط با الکترونیک
• صنایع مرتبط با ساخت و ساز
• صنایع مرتبط با هوافضا
• صنایع مرتبط با بسته بندی
• صنایع مرتبط با لوازم خانگی
• صنایع مرتبط با خودرو سازي
• صنایع مرتبط با کشتی سازی
• صنایع مرتبط با واگن سازی
• صنایع مرتبط با مهمات جنگی

در مطالب دیگر به کاربرد هر یک از این موارد به شکل جداگانه خواهیم پرداخت با ما در اس اس دنا مگ همراه باشید.

ویدئو تاریخچه آلومینیوم در ایران و جهان | کشف و استخراج فلز آلومینیوم در روش قدیمی و جدید