Alüminyum hakkında her şey: fiziksel ve kimyasal özellikleri, doğadaki bulunuşu, üretim süreçleri ve endüstriyel kullanımları. Alüminyumun tarihçesi, alaşımları, geri dönüşümü ve çevresel etkileri ile ilgili detaylı bilgiler.
Alüminyum (Al), periyodik tablonun III A grubunda yer alan, doğada tek bir izotopu (27Al) bulunan bir elementtir. Yerkabuğunda oksijen ve silisyumdan sonra en bol bulunan element olup, yerkabuğunun %8.8’ini oluşturur. Alüminyumun sembolü Al, atom numarası 13, ve atom ağırlığı 26.9815386’dır. Metal serisinde yer alan bu element, katı halde bulunur ve gümüşü, metalik bir görünüme sahiptir. İlkçağda bilinen bir alüminyum bileşiği olan şap, tıpta ve kumaş boyacılığında mordan olarak yaygın biçimde kullanılmıştır. Alüminyum elementel olarak ilk kez 1825’te Oersted ve 1827’de Wöhler tarafından saf olmayan bir toz biçiminde elde edilmiştir.
Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Alüminyum, iyi bir biçimde çekilebilir ve dövülebilir. Saf alüminyum çok yumuşaktır. Özgül ısısı 0.211 cal/gr, erime ısısı 93 cal/gr, elektrik direnci 0,54-1,57 ohm/cm3, çekme direnci 4-8 kg/mm2, akma direnci 1-3 kg/mm2, sertlik (hb 2,5) 12-20 kg/mm2, elastiklik modülü 7,2×1022 kg/cm2, kayma modülü 2,7×10 kg/mm, çentik darbe tokluğu 10 kgm/cm2, kopma uzaması %30-38, dövülme sıcaklığı 300-500°C, yeniden kristalleşme sıcaklığı 250-300°C, ısı kapasitesi (25°C’de) 5,82 cal/mol °C, ısı genleşme katsayısı 22,5×106 cm/cm, ısı iletkenliği 0,5 cal/5 cm°C, gizli buharlaşma ısısı 2000 cal/gr, özgül ısı (100°C’de) 0,124 cal/gr, elektrik direnci (20°C’de) 2,65 mikroom/cm, yüzey gerilimi (700°C’de) 900 dyn/cm, kristal yapısı kübik yüzey merkezlidir.
Alüminyumun yükseltgenme basamağı +1 ve +3’tür. Seyreltik klorür, sülfat ve nitrat asitlerinde hidrojen çıkartarak çözünürken, derişik nitrat asidinde pasiflik kazanarak çözünmez. Bu özelliği nedeniyle değişik nitrat asidi üreten fabrikalardaki araç ve gereçler alüminyumdan yapılır. Seyreltik beyaz çözeltilerinde (örneğin sodyum ve potasyum hidroksit) hidrojen çıkışıyla birlikte alüminat oluşturarak çözünür. Nemli havada yüzeyi bir oksit filmiyle kaplanarak rengi donuklaşır. Bu oksit katmanı metale sıkı yapıştığından koruyucu etki yapar. Metal ve alaşımları genellikle atmosfer etkilerine karşı büyük direnç gösterirler. Oksit katmanı ince ve renksiz olup uzun süre havayla temas durumunda bozularak gri bir renk alır.
Bu koruyucu katmanın yapısı metalde bulunan safsızlıklar ya da alaşım oluşturan metallerin etkisiyle değişir. Bu nedenle alüminyumun dış etkilere karşı dayanıklılığı bileşimiyle değişir. Oksit katmanı anotlaştırma olarak adlandırılan elektrolitik bir yöntemle kalınlaştırılarak daha yüksek koruma sağlanır. Alüminyum eşya, kromik asit ya da sülfat asidi içeren bir elektroliz banyosuna anot olarak asılır. Akım geçtiğinde oluşan oksijen, alüminyumun yüzeyini oksitler. Bu yolla elde edilen oksit katmanı boyanabilir ve dekoratif amaçlara uygun eşyalar yapılabilir. Alüminyum yüksek sıcaklıklarda bile buharlaşmamakla birlikte ince dağılmış tozu havada kolaylıkla tutuşur ve patlamalara neden olur.
Alüminyumun Doğadaki Bulunuşu ve Cevherleri
Alüminyum Doğada Serbest Olarak Bulunmaz Alüminyuma doğada serbest olarak rastlanmaz. Alüminyum birçok silikatlarda, killerde, değerli taşlarda bileşen olarak bulunur. Ticari açıdan en önemli filizi boksittir.
Boksit
Boksit (Al2O3H2O) adını büyük rezervlere sahip yatakların ilk olarak bulunduğu Güney Fransa’daki Les Baux Bölgesi’nden alır. Boksitin bileşimi yaklaşık olarak Al2O3H2O’dur. Ancak böyle bir mineralin varlığı saptanamamış olduğundan, bunun diaspor (Al2O3H2O) ve böhmit gibi monohidratlarla jipsit (Al2O33H2O) gibi trihidratların bir karışımı olduğu sonucuna varılmıştır. Boksit, farklı miktarlarda demir (III) oksit (Fe2O3), titan (rutil ya da ilmenit minerali biçiminde) ve bulunduğu bölgeye özgü çeşitli mineralleri içerir. En önemli yabancı madde silisyum dioksittir (SiO2) ve cevherin işlenmesi sırasında Al2O3 kaybına neden olduğundan fazlası boksitin değerini düşürür. Boksit, kayaçların dış etkilerle aşınması sonucunda oluşmuş, artık bir topraktır. Kolay çözünen bileşenler yüzey sularının etkisiyle yıkanmış ve geriye boksit filizini oluşturan alüminyum ve demir oksitleri kalmıştır. Dış etkenlerin neden olduğu ayrışmaya en çok sel biçimindeki yağışlar yardım ettiğinden geniş boksit yatakları tropikal ve subtropikal iklim bölgelerinde bulunur. Boksitin kimyasal bileşimi oluştuğu yere ve oluşmuş olduğu kayacın bileşimine bağlı olarak büyük değişiklikler gösterir. Genellikle %45-65 silisyum dioksit, %2-25 demir (III) oksit ve %14-36 oranında kristal suyu içerir. Boksitte genellikle %3 oranında titan dioksit bulunur ve açık işletme yöntemiyle işletilir. Yatağın üzerinde bulunabilen değersiz katmanlar kazınarak alınır. Genel olarak, boksit madeniyle işleneceği fabrika arasındaki uzaklık çok fazla olduğundan bir ön kurutma uygulanarak serbest nemi giderilir. Boksit üreten başlıca ülkeler Fransa, Macaristan, ABD ve Jamaika’dır.
Kriyolit
Kriyolit (Na3AlF6) renksiz, beyaz, sarımsı ya da kırmızımsı renklerde bulunur. Sertliği 2,5-3, özgül ağırlığı 3’tür. Başlıca Grönland’da bulunur. ABD (Kolorado) ve Rusya Federasyonu’nda (Urallar) da bulunur. Alüminyumun elektrolitik olarak elde edilmesinde önemlidir.
Korendon
Korendon (Al2O3) sertliği 9, özgül ağırlığı 4 olan, renksiz, mavi, kırmızı, sarı, yeşil, mor, gri ve başka renklerde heksagonal sistemde kristallerdir. Oluşumu magmatik kökenlidir ve dünyanın çeşitli yerlerinde bulunur. Korendondan çeşitli metal oksitleri tarafından renklendirilmesiyle değerli taşlar oluşur. Demir ya da titan oksitlerince koyu mavi renklendirilmiş olanına safir; krom oksitçe kırmızı renklendirilmiş olanına da yakut adı verilir. Bunların dışında çok çeşitli renkli olanları da vardır. Zımpara da başlıca korendondan oluşmuş değişik oranlarda silisyumdioksit, hematit ve magnetit içeren bir kayadır. Aşındırıcı olarak kullanılır. Alüminyum silikatları biçiminde ortoklas (KAlSi308), mika, kaolen, kaolinit gibi mineraller içinde de bulunur. Bu mineraller alüminyum elde edilmesi açısından önem taşımazlar.
Alüminyumun Üretimi ve Kullanımı
Alüminyumun Üretimi Alüminyum üretimi genellikle boksit cevherinden başlar. Boksit, Bayer işlemi ile alümina (Al2O3) dönüştürülür. Bayer işlemi, boksitin sodyum hidroksit çözeltisi ile işlenerek çözünür alüminyum hidroksit oluşturmasını içerir. Bu işlemden sonra, alüminyum hidroksit çökeltilir ve yüksek sıcaklıklarda ısıtılarak alümina elde edilir. Alümina daha sonra Hall-Héroult işlemi ile alüminyuma indirgenir. Hall-Héroult işlemi, alüminanın kriyolit (Na3AlF6) içinde eritilmesini ve elektroliz yoluyla alüminyum metali elde edilmesini içerir. Elektroliz sırasında, alümina eritilmiş kriyolit içine eklenir ve elektrik akımı geçirilerek alüminyum ve oksijen atomlarına ayrılır. Alüminyum katotlarda toplanırken oksijen anotlarda çıkar.
Alüminyumun Kullanımı Alüminyum, çeşitli endüstrilerde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Hafif, dayanıklı ve korozyona karşı dirençli olması nedeniyle, uçak ve otomotiv endüstrisinde, inşaat sektöründe, paketleme, elektronik ve elektrikli cihazlarda yaygın olarak kullanılır. Ayrıca, alüminyum folyo, içecek kutuları, mutfak gereçleri ve mobilya üretiminde de önemli bir rol oynar.
Alaşım ve Geri Dönüşüm Alüminyumun alaşımları, mukavemet, sertlik ve işlenebilirlik gibi özelliklerini artırır. Bakır, magnezyum, silisyum ve çinko gibi metallerle yapılan alaşımlar, farklı uygulamalarda kullanılmak üzere çeşitli mekanik ve fiziksel özelliklere sahip ürünler oluşturur. Alüminyum ayrıca geri dönüşümü kolay olan bir metaldir. Geri dönüştürülmüş alüminyum, yeni ürünlerin üretiminde kullanılarak enerji ve hammadde tasarrufu sağlar. Geri dönüşüm süreci, alüminyumun ergitilmesi ve yeniden şekillendirilmesini içerir.
Alüminyumun Çevresel ve Sağlık Üzerindeki Etkileri Alüminyumun üretim ve kullanımının çevresel ve sağlık üzerinde bazı etkileri olabilir. Alüminyum üretimi sırasında, enerji tüketimi ve sera gazı emisyonları önemli çevresel etkilerdir. Bunun yanı sıra, boksit madenciliği, toprak erozyonu, su kirliliği ve biyolojik çeşitlilik kaybına neden olabilir. Alüminyumun insan sağlığı üzerindeki etkileri hala araştırma konusudur. Bazı araştırmalar, alüminyumun yüksek seviyelerde maruz kalmanın nörotoksik etkileri olabileceğini ve Alzheimer hastalığı ile ilişkili olabileceğini öne sürmektedir. Bununla birlikte, bu konuda daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir.
Sonuç Alüminyum, periyodik tablonun III A grubunda yer alan, doğada bol bulunan ve geniş bir kullanım alanına sahip olan bir elementtir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri, üretim ve kullanım yöntemleri ile çevresel ve sağlık üzerindeki etkileri göz önüne alındığında, alüminyumun modern dünyada vazgeçilmez bir rolü olduğu söylenebilir. Geri dönüşümün teşvik edilmesi ve çevresel etkilerin azaltılması için sürdürülebilir yöntemlerin geliştirilmesi, alüminyumun gelecekteki kullanımı açısından büyük önem taşımaktadır
