Alüminyum Tarihçesi
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. Tüm bileşiklerinde 3 değerlidir. Sanayide demirden sonrasında ikinci derecede mühim bir element olup dünya ve ayın yüzeyinde bolca oranda bulunur.
Tabiatta elementel halde bulunmayıp, bileşikler halinde bulunur. Bileşikleri yerkabuğunun % 8’ini teşkil eder ve bolluk esnasında üçüncü gelir. Nerede ise tüm kayalar bilhassa volkanik kayalar % 60 alüminyum ihtiva eden alümino silikat mineralleridir. 1825 senesinde Hans Oersted, metalik alüminyumu; alüminyum klorürü, potasyum amalgaması (potasyum civa karışımı) ile ısıtmak ve sonrasında da civayı destillemek (buharlaştırmak) suretiyle, metalik parlaklık gösteren bir toz halinde elde etmiştir.
AlCl3 3K(Hg) ® 3KCl Al (Hg)
Özellikleri: Saf alüminyum gümüş benzer biçimde beyaz-parlak, (hava ile temasta derhal oksidlenerek matlaşır) yumuşak ve dayanıksızdır. Buna karşılık öteki elementlerin azca miktarları ile yapmış olduğu alaşımları sert ve dayanıklıdır. Alüminyum alaşımları işlenebilir, dövülebilir, kaynakla eklenebilir, üstüne cila ve boya yapılabilir. Yüzeyinde meydana gelen oksit tabakası koruyucu görevi yapar.
Bu oksidin kalınlığı 2,5.10-5 milimetreden daha azca olması durumunda fazlaca güçlü koruyucudur. Bu oksid tabakası, eritildiği süre daha da kalınlaşır ve erimiş haldeki alüminyum metalini dahi korur. Doğrusu metalin daha ileri oksidasyonuna (yanmasına) engel 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 haizdir. Bir çok kimyasal maddelere ve bazı asitlere karşı dayanıklı olmasına karşın hidroklorik aside ve alkalilere karşı oldukca aktiftir. Yüzeyindeki alüminyum oksit halindeki film tabakası alkali ortamda çözünmektedir. Alüminyumun oksijenle birleşmesi esnasında yüksek oranda ısı açığa çıkar. İnce toz alüminyum kafi oranda 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 varlıklı lateritte bulunur. En önemli alüminyum cevheri olan boksitte % 52 nispetinde alüminyum oksit bulunur. Boksit kayaçları fizyolojik görünüm açısından bileşime bağlı olarak büyük farklılıklar gösterir. Sarımsı beyazdan griye yada pempeden koyu kırmızıya kadar değişen renklerde ve kilden kayaca kadar değişen biçimlerde olabilir. Neredeyse 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 sadece % 45 yada 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 kıymet görülmektedir.
Boksit haricinde 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 yaralanma yoluna gitmişlerdir.
Madencilikte kullanılan boksit bugüne dek büyük seviyede yüzeyde yada yüzeye yakın katmanlarda bulunmuştur. Dolayısıyla, cevheri saran ince toprak ve kayaç katmanlarının kaldırılması haricinde bir işlem gerektirmeyen açık kuyulardan çıkartılır.
Alüminyumu bileşikleri halinde ihtiva eden ve endüstriyel öneme haiz Turkuaz, Al2(OH)3 PO4.H2O, kriyolit (buztaşı), Na3AlF6, zımpara taşı, Al2O3 (saf olmayan), korendon, Al2O3, kaolin, Al2O3.2SiO2.2H2O mühim minerallerindendir.
Elde edilişi: Alüminyumun fazlaca çeşitli mineralleri olmasına karşılık, dünya alüminyum üretiminin nerede ise tamamı boksit minerallerinden sağlanır.
Saf alüminyumun eldesi için iki kademeli işlem yapılmaktadır. Birinci işlem boksit filizinin içindeki demir ve silisin Bayer metoduna bakılırsa arıtılmasıdır. Bunun için alüminyumun amfoter özelliğinden faydalanılır. Ham boksit sıcak NaOH çözeltisi ile işlem edilir. Alüminyum oksit alüminat iyonu Al(OH)4, ek olarak 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 gore 1000 °C sıcaklıkta ergimiş kriyolit (sodyum alüminyum florür) banyosunda çözülerek bir doğru akım tesirinde bırakılmasıdır. Bu işlemde 750 kilo alüminyum elde etmek için (100.000 amperlik akım uygulanır) 750 kilo grafit elektrot harcanır.
Bileşikleri: Düzgüsel şartlarda alüminyum, bileşiklerinde 3 değerliklidir. Sadece yüksek sıcaklıklarda alüminyumun 1 yada 2 değerlikli olduğu gaz bileşikler de elde edilmiştir.
Alüminyum bileşiklerinin birçoğu sanayide mühim kullanım alanlarına haizdir. Alüminyum üretiminin yanısıra yalıtkanların, bujilerin ve daha pekçok ürünün yapımında da kullanılan alumina, ısıtıldığında su buharını yüze tutmasını elde eden 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 vazife yapar.
Mühim öteki bir alüminyum bileşiği alüminyum sülfattır. Bu bileşik sülfürik asitin hidratlı alüminyum oksite tesir ettirilmesiyle elde edilmiş renksiz bir tuzdur. Kağıt yapımında, boya tutkalı ve yüzey astarı olarak yaygın şekilde kullanılır; tek değerlikli metallerin sülfatlarıyla birleşir ve şap olarak malum hidratlı çift sülfatları meydana getirir. En önemli olanı, potasyum şapı yada özetlemek gerekirse potas şapı olarak malum potasyum alüminyum sülfattır KAl(SO4) 12H2O. Bu çift tuzlar başta ilaç, takstil ve boya üretimi olmak suretiyle geniş bir kullanım alanına sahiptirler.
Eritilmiş alüminyumun gaz halindeki klorla tepkimesi sonucunda meydana gelen alüminyum klorür (AlCl3), Friedel-Craft tepkimelerinde katalizör olarak kullanılarak pekçok kıymetli organik bileşiğin sentezinde yer alır. Yaygın adı alüminyum hidroklorür olan AlCl3H2O bileşiğinden, derideki gözenekleri sıkıştırma özelliğinden dolayı lokal ter önleyici yada deodorant olarak faydalanılır. Alüminyum hidroksit, Al(OH)3, su geçirmez kumaş yapımında alüminatlarla beraber çeşitli alüminyum bileşiklerinin elde edilmesinde kullanılır. Alüminyumun hidrojenle meydana getirmiş olduğu alüminyum hidrür, AlH3, mühim bir indirgen olarak tetrahidro alüminatların elde edilmesinde faydalanılan polimerize bir katıdır. Lityum alüminyum hidrür, LiAlH4, bileşiği ile organik kimyada önemli bir kullanım alanına haizdir. Örneğin aldehit ve ketonların alkollere indirgenmesinde bu bileşikten faydalanılır.
Alaşımları ve kullanıldığı bölgeler: Dur alüminyum, alüminyumun mühim 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. Vapur ve makina yapımında kullanılır.
Alüminyum-mağnezyum alaşımı % 5 mağnezyum ihtiva eden bir alaşımdır.
Alüminyumun kaolen, feldispat şeklinde mineralleri seramik, porselen, çimento sanayiinin temel maddeleridir.
Elmastan sonrasında gelen en sert mineral korendon (Al2O3)dur. Korendonun içinde krom bulunursa yakut, kobalt bulunursa safir ve Akvamarin meydana gelir. Bu taşların kıymeti berraklıkları ve renklerinin yoğunluğu ile artarak elmas değerine ulaşır.
Tren rayları, ağır makina manivelaları şeklinde ağır iş gören kısımların çatlak ve kırıkları alüminyum deposu ile onarım edilir. Alüminyum deposu toz halindeki alüminyum ve demir oksidin karıştırılarak yüksek sıcaklığa maruz bırakılmasıyla elde edilir.
Alüminyum ençok taşımacılık ve mimaride kullanılmaktadır. Tayyare kanatları ve gövdesi, vagon, otomobil karoseri ve minik deniz araçları yapımında yaygın olarak kullanılır.
Alüminyum ek olarak 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 azca miktarlarda başka metalleri de ihtiva eden bakır esaslı alaşım. Korrozyona karşı dayanıklı olan alüminyum tuncu pek fazlaca makina parçasının ve aletin yapımında kullanılır. Altını çağrıştıran görünümü ve kararmaya karşı direnci sebebiyle kuyumculuk ve mimaride de kullanım alanına haizdir. 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 hususi eritcilerle lehimlenmeye müsaittir.
Alüminyum tuncunun, alüminyum muhteviyatı yüzde 8’e kadar olanları, soğuk çekmeyle, kimya tesislerinde ve yağ arıtımevlerinde kullanılan tazyik kazanlarının ve ısı değiştiricilerin yapımında faydalanılmak suretiyle boru yada levha biçiminde çekilebilir. Yüzde 8’den fazla alüminyum ihtiva eden alaşımlarda demir ve mangan da bulunabilir. Soğuk çekme işlemine yatkınlığı azca olan bu alaşımlar, sıcak çekme, kalıptan geçirme ve dövmeye elverişlidir. Bu alaşımların nikelli olanları sağlamlık ve korrozyona dayanıklıklıkları şeklinde özellikleri dolayısıyla gaz türbinlerinin kompresör paletlerinde kullanılır. Yüzde 10 civarında alüminyum ihtiva eden alaşımlar vapur pervaneleri şeklinde birçok sağlam malzemenin üretiminde kullanılır.
