Alüminyum

ALÜMİNYUM NEDİR.
Atom numarası 13, atom ağırlığı 26,98 olan, 660 °C'de eriyen, gümüş parlaklığında, beyaz, hafif bir element ( simgesi Al ):

Periyodik sistemin 3A grubunda bulunan metalik bir element. Atom numarası 13, atom ağırlığı 27, yoğunluğu 25°C’de, 2,698 g/cm3, erime noktası 659,7°C, kaynama noktası 2057°C’dir. Bütün bileşiklerinde +3 değerlidir. Sanayide demirden sonra ikinci derecede önemli bir element olup dünya ve ayın yüzeyinde bol miktarda bulunur. Tabiatta elementel halde bulunmayıp, bileşikler halinde bulunur. Bileşikleri yerkabuğunun % 8’ini teşkil eder ve bolluk sırasında üçüncü gelir. Hemen hemen bütün kayalar özellikle volkanik kayalar % 60 alüminyum ihtiva eden alümino silikat mineralleridir. 1825 yılında Hans Oersted, metalik alüminyumu; alüminyum klorürü, potasyum amalgaması (potasyum civa karışımı) ile ısıtmak ve sonra da civayı destillemek (buharlaştırmak) suretiyle, metalik parlaklık gösteren bir toz halinde elde etmiştir:

AlCl3 + 3K(Hg) fi 3KCl + Al (Hg)

Özellikleri: Saf alüminyum gümüş gibi beyaz - parlak, ( hava ile temasta hemen oksidlenerek matlaşır ) yumuşak ve dayanıksızdır. Buna karşılık diğer elementlerin az miktarları ile yaptığı alaşımları sert ve dayanıklıdır. Alüminyum alaşımları işlenebilir, dövülebilir, kaynakla eklenebilir, üzerine cila ve boya yapılabilir. Yüzeyinde meydana gelen oksit tabakası koruyucu görevi yapar. Bu oksidin kalınlığı 2,5.10-5 milimetreden daha az olduğu halde çok kuvvetli koruyucudur. Bu oksid tabakası, eritildiği zaman daha da kalınlaşır ve erimiş haldeki alüminyum metalini dahi korur. Yani metalin daha ileri oksidasyonuna ( yanmasına ) mani olur. Bu sebepten ince alüminyum varakı, hidrojen alevinde bile yakmak mümkün değildir. Alüminyum oksijen hamlacı ile de bu koruyucu oksid sebebiyle kesilemez.

Alüminyum mağnetik değildir, elektrik ve ısı iletme özelliğine sahiptir. Çoğu kimyasal maddelere ve bazı asitlere karşı dayanıklı olmasına rağmen hidroklorik aside ve alkalilere karşı çok aktiftir. Yüzeyindeki alüminyum oksit halindeki film tabakası alkali ortamda çözünmektedir. Alüminyumun oksijenle birleşmesi esnasında yüksek miktarda ısı açığa çıkar. İnce toz alüminyum kafi miktarda oksijen ile karıştırılırsa patlayıcı bir karışım elde edilir.

Tabiatta bulunuşu: Alüminyum, alüminyum silikat halinde korkayaçlarda, feldisplatlarda, feldispatotitlerde ve mikalarda, tunçların parçalanmasıyla teşekkül eden killi topraklarda, boksitte ve demirce zengin lateritte bulunur. En mühim alüminyum cevheri olan boksitte % 52 nispetinde alüminyum oksit bulunur. Boksit kayaçları fiziksel görünüm açısından bileşime bağlı olarak büyük farklılıklar gösterir. Sarımsı beyazdan griye veya pempeden koyu kırmızıya kadar değişen renklerde ve kilden kayaca kadar değişen biçimlerde olabilir. Hemen hemen her kıtada boksit minerali blunmuştur. ABD, Avustralya, Hindistan, Endonezya, Malezya, Çin, Sovyetler Birliği, Gana, Yunanistan, Yugoslavya, Macaristan, İtalya ve Fransa’da büyük boksit mineralleri mevcuttur. Metalik alüminyum elde edilmesi için ancak % 45 veya daha büyük oranda alüminyum oksit ihtiva eden toprağımsı boksit cevherleri elverişlidir. Yüzde 40-60 nispetinde alumina ihtiva eden gibsit ve böhmit adlı iki mineral, günümüzde ekonomik açıdan işlenmeye değer görülmektedir.

Boksit dışında başka alumina kaynakları da mevcuttur. Bunların başlıcaları alumina killeri, davsonit, alunit, alüminyum ihtiva eden kiltaşları, korkayaçlar ve saprolit ile sillimanit mineralleridir. Doğu Avrupa ülkeleri boksit dışındaki cevherlerden faydalanma yoluna gitmişlerdir.

Madencilikte kullanılan boksit bugüne kadar büyük ölçüde yüzeyde veya yüzeye yakın katmanlarda bulunmuştur. Dolayısıyla, cevheri saran ince toprak ve kayaç katmanlarının kaldırılması dışında bir işlem gerektirmeyen açık kuyulardan çıkartılır.

Alüminyumu bileşikleri halinde ihtiva eden ve endüstriyel öneme sahip Turkuaz, Al2(OH)3 PO4.H2O, kriyolit (buztaşı), Na33AlF6, zımpara taşı, Al2O3 (saf olmayan), korendon, Al2O3, kaolin, Al2O3.2SiO2.2H2O önemli minerallerindendir.

Elde edilişi: Alüminyumun çok çeşitli mineralleri olmasına karşılık, dünya alüminyum üretiminin hemen hemen tamamı boksit minerallerinden sağlanır.

Saf alüminyumun eldesi için iki kademeli işlem yapılmaktadır. Birinci işlem boksit filizinin içindeki demir ve silisin Bayer metoduna göre arıtılmasıdır. Bunun için alüminyumun amfoter özelliğinden faydalanılır. Ham boksit sıcak NaOH çözeltisi ile muamele edilir. Alüminyum oksit alüminat iyonu Al(OH)4, ayrıca silisyum oksid de silikat iyonu vererek çözeltiye geçer. Çözeltideki alüminat ilave edilen alüminyum hidroksit kristali ile aşılanarak alüminyum hidroksit halinde çöktürülür.

Buradan alınan çökelti yıkanır ve 1093 °C’de ısıtılarak suyu alınır. Beyaz alüminyum oksit tozu ( alümin ) elde edilir.

İkinci işlem saflaştırılmış olan alüminyum oksidin (alümin) Hall Heroult metoduna göre 1000 °C sıcaklıkta ergimiş kriyolit ( sodyum alüminyum florür ) banyosunda çözülerek bir doğru akım etkisinde bırakılmasıdır. Bu işlemde 750 kg alüminyum elde etmek için ( 100.000 amperlik akım uygulanır) 750 kg grafit elektrot harcanır.

Bileşikleri: Normal şartlarda alüminyum, bileşiklerinde +3 değerliklidir. Ancak yüksek sıcaklıklarda alüminyumun +1 veya +2 değerlikli olduğu gaz bileşikler de elde edilmiştir.

Alüminyum bileşiklerinin birçoğu sanayide önemli kullanım alanlarına sahiptir. Alüminyum üretiminin yanısıra yalıtkanların, bujilerin ve daha pekçok ürünün yapımında da kullanılan alumina, ısıtıldığında su buharını yüze tutmasını sağlayan gözenekli bir yapı kazanır. Alüminyum oksitin, ticari adı aktifleştirilmiş alumina olan bu türü, gazların ve kimi sıvıların suyunun alınmasında kulanılır; birçok kimyasal proseste katalizör taşıyıcısı olarak görev yapar.

Önemli diğer bir alüminyum bileşiği alüminyum sülfattır. Bu bileşik sülfürik asitin hidratlı alüminyum oksite etki ettirilmesiyle elde edilen renksiz bir tuzdur. Kağıt yapımında, boya tutkalı ve yüzey astarı olarak yaygın biçimde kullanılır; tek değerlikli metallerin sülfatlarıyla birleşir ve şap olarak bilinen hidratlı çift sülfatları meydana getirir. En mühim olanı, potasyum şapı veya kısaca potas şapı olarak bilinen potasyum alüminyum sülfattır KAl(SO4) 12H2O. Bu çift tuzlar başta ilaç, takstil ve boya üretimi olmak üzere geniş bir kullanım alanına sahiptirler.

Eritilmiş alüminyumun gaz halindeki klorla tepkimesi sonucunda meydana gelen alüminyum klorür (AlCl3), Friedel-Craft tepkimelerinde katalizör olarak kullanılarak pekçok değerli organik bileşiğin sentezinde yer alır. Yaygın adı alüminyum hidroklorür olan AlCl3H2O bileşiğinden, derideki gözenekleri sıkıştırma özelliğinden dolayı lokal ter önleyici veya deodorant olarak faydalanılır. Alüminyum hidroksit, Al(OH)3, su geçirmez kumaş yapımında alüminatlarla birlikte çeşitli alüminyum bileşiklerinin elde edilmesinde kullanılır. Alüminyumun hidrojenle meydana getirdiği alüminyum hidrür, AlH3, önemli bir indirgen olarak tetrahidro alüminatların elde edilmesinde faydalanılan polimerize bir katıdır. Lityum alüminyum hidrür, LiAlH4, bileşiği ile organik kimyada mühim bir kullanım alanına sahiptir. Mesela aldehit ve ketonların alkollere indirgenmesinde bu bileşikten faydalanılır.

Alaşımları ve kullanıldığı yerler: Dur alüminyum, alüminyumun önemli alaşımlarındandır. % 4,5 bakır, % 1,5 mağnezyum, % 0,6 mangan ihtiva eder. Makina parçaları yapımında kullanılır.

Alüminyum çeliği: % 5 alüminyum bulunan bir çelik türüdür. Dinamo ve transformatör yapımında kullanılır.

Alüminyum bronzu : % 10 alüminyum, % 90 bakır ihtiva eder. Gemi ve makina yapımında kullanılır.

Alüminyum-mağnezyum alaşımı % 5 mağnezyum ihtiva eden bir alaşımdır.

Alüminyumun kaolen, feldispat gibi mineralleri seramik, porselen, çimento sanayiinin temel maddeleridir.

Elmastan sonra gelen en sert mineral korendon (Al2O3)dur. Korendonun içinde krom bulunursa yakut, kobalt bulunursa safir ve akvamarin meydana gelir. Bu taşların değeri berraklıkları ve renklerinin yoğunluğu ile artarak elmas değerine ulaşır.

Tren rayları, ağır makina manivelaları gibi ağır iş gören kısımların çatlak ve kırıkları alüminyum kaynağı ile tamir edilir. Alüminyum kaynağı toz halindeki alüminyum ve demir oksidin karıştırılarak yüksek sıcaklığa maruz bırakılmasıyla elde edilir.

Alüminyum ençok taşımacılık ve mimaride kullanılmaktadır. Uçak kanatları ve gövdesi, vagon, otomobil karoseri ve küçük deniz araçları yapımında yaygın olarak kullanılır.

Alüminyum ayrıca alaşım dökümleri, silindir başları, yağ tavaları ve çeşitli motorlarda kullanılır.

Günümüzde Fransızların, boksidi, bir ark fırınında karbon etkisiyle işleyerek elde ettikleri alüminyum daha ucuza mal olmaktadır.

Dünya alüminyum üretiminde ABD % 45 ile başta gelmektedir. Onu Sovyetler Birliği % 10, Japonya % 9, Almanya % 7, Fransa % 4.5 ile takip etmektedir.

Alüminyum tuncu: Yüzde 4 ila 5 arasındaki bir nispette ve daha az miktarlarda başka metalleri de ihtiva eden bakır esaslı alaşım. Korrozyona karşı dayanıklı olan alüminyum tuncu pek çok makina parçasının ve aletin yapımında kullanılır. Altını andıran görünümü ve kararmaya karşı direnci sebebiyle kuyumculuk ve mimaride de kullanım alanına sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda yükseltgenmeye ve bilhassa seyreltik asitlerce korrozyona mukavim olması sebebiyle, asitle temizleme donanımlarında ve seyreltik asitle teması gerektiren işlerde de emniyetle kullanılır. Yumuşak çelikle karıştırılabilecek dayanıklılıkta olması sebebiyle, kağıt yapım makinaları, bağlantı vidaları, ağır hizmet dişli çarkları, metal biçimlendirme kalıpları, makina yatakları vb. teçhizatta kullanılır. Metalik ark işlemiyle kaynaklanmaya ve özel eritcilerle lehimlenmeye müsaittir.

Alüminyum tuncunun, alüminyum muhteviyatı yüzde 8’e kadar olanları, soğuk çekmeyle, kimya tesislerinde ve yağ arıtımevlerinde kullanılan basınç kazanlarının ve ısı değiştiricilerin yapımında faydalanılmak üzere boru veya levha biçiminde çekilebilir. Yüzde 8’den fazla alüminyum ihtiva eden alaşımlarda demir ve mangan da bulunabilir. Soğuk çekme işlemine yatkınlığı az olan bu alaşımlar, sıcak çekme, kalıptan geçirme ve dövmeye elverişlidir. Bu alaşımların nikelli olanları sağlamlık ve korrozyona dayanıklıklıkları gibi özellikleri dolayısıyla gaz türbinlerinin kompresör paletlerinde kullanılır. Yüzde 10 civarında alüminyum ihtiva eden alaşımlar gemi pervaneleri gibi birçok sağlam malzemenin üretiminde kullanılır.