آلومینیوم

دومین عضو از گروه سوم جدول تناوبی، فلزی پرمصرف است که عنصردوم از گروه سوم جدول تناوبیمی‌باشد. آلومینیوم (Al) آلومینیوم فلزی است که در کشور ما تولید می‌شود و در میان عنصرهای فلزی هم گروه خود بیشترین اهمیت را دارد. آلومینیوم به حالت آزاد در طبیعت یافت و سیلیسیم ، فراوان‌ترین عنصر در پوسته زمین است اکسیژن نمی‌شود، اما ترکیبهای آن فراوان است.

استخراج آلومینیوم
آلومینیوم در صنعت بوسیله‌ الکترولیز اکسید آلومینیوم مذاب تهیه می‌شود. اکسید آلومینیوم از بوکسیت که ‌اکسید آلومینیوم آبپوشیده و ناخالص است، بدست می‌آید. ناخالصیهای بوکسیت بطور عمده ، هماتیت و سیلیس است. برای جداسازی آلومینیوم با توجه به خصلت بازی اکسید آهن(III) ، خصلت اسیدی اکسید سیلسیم (سیلیس) و خصلت آمفوتری اکسید آلومینیوم ، از سود سوزآوراستفاده می‌کنند.

اکسید آلومینیوم و سیلیس در محلول غلیظ سود حل می‌شوند. اکسید آهن (III) را بوسیله صافی جدا می‌کنند، سپس دی‌اکسید کربنرا از محلول عبور می‌دهند. دی‌اکسید کربن با آب ، اسید ضعیف اسید کربنیک را تشکیل می‌دهد. بدین ترتیب ، اکسید آلومینیوم رسوب می‌کند و یون سیلیکات در محلول باقی می‌ماند. اکسید آلومینیوم را در کریولیت مذاب(Na3AlF6) که دمای ذوب آن از اکسید آلومینیوم کمتر است، حل می‌کنند. دمای الکترولیت مذاب حدود 850 درجه سانتی‌گراد است.

یون Al+3 در کاتدسلول الکترولیز که ‌از جنس گرافیتاست، کاهش یافته ، بصورت آلومینیوم مذاب در ته سلول جمع می‌شود. در آند نیز اکسیژن آزاد می‌شود. آند نیز از جنس گرافیت است. اکسیژن در دمای زیاد با کربنترکیب شده ، اکسیدهای کربن تشکیل می‌دهد. از این رو ، آند می‌سوزد و هرچند مدت یک بار آن را تعویض می‌کنند.

موارد استفاده آلومینیوم
آلومینیوم یکی از فلزهای ساختمانی است و آن را با فلزهای مختلف به صورت آلیاژ در می‌آورند و در صنایع هواپیما سازی ، موتور اتومبیل و ساخت در و پنجره بکار می‌برند. همچنین ، آلومینیوم برای ساخت قوطی‌های نوشابه مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین آلومینیوم برای تولید فویلهای آلومینیومی ‌مورد استفاده قرار می‌گیرد.
 هزینه تولید آلومینیوم و مشکلات زیست محیطی
·     منابع آلومینیوم در طبیعت از منابع تجدیدناپذیر به شمار می‌آیند. به ‌این معنا که طبیعت راهی برای تولید مجدد این منبع ندارد. از طرف دیگر ، تولید آلومینیوم به مصرف الکتریکی بسیار زیادی نیاز دارد. با توجه به ‌اینکه آلومینیوم مصرفی ، سرانجام بصورت زباله به طبیعت راه پیدا می‌کند، مساله بازگردانی آلومینیوم از نظر حفظ محیط زیست حائز اهمیت و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه ‌است. مثلا هزینه لازم برای جمع‌آوری قوطی‌های نوشابه ، انرژی الکتریکی مصرفی برای ذوب این قوطی‌ها و ساخت مجدد آنها حدود 5 درصد هزینه ‌استخراج آلومینیوم از بوکسیت است. انجام این کار
·         به حفظ طولانی‌تر منابع بوکسیت
·         به حفظ منابع سوختهای فسیلی که باید برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز کارخانه‌های تولید آلومینیوم بکار رود
·         به کاهش مواد آلاینده‌ای که در نتیجه ‌احتراق سوختهای فسیلی در فضا پراکنده می‌شوند
و در نهایت به حفظ محیط زیست کمک می‌کند.
 
بازگردانی آلومینیوم امروزه در بسیاری از کشورهای صنعتی که مصرف آلومینیوم در آنها بخصوص به‌صورت قوطی‌های نوشابه زیاد است، انجام می‌گیرد.

 
در طی جنگ جهانی اول و دوم، آلومینیوم به مقدار قابل توجهی تولید و به عنوان ماده سبک و مناسب در ساخت هواپیماهی جنگی به کار گرفته شد.
صنایع آلومینیوم سازی در این زمان پیشرفت چشمگیری یافتند. بعد از جنگ جهانی کشورهایی همچون کانادا و آمریکا که اکنون صاحب صنایع عظیمی در زمینه آلومینیوم هستند و گستره عظیمی از این صنعت را در اختیار دارند متوجه اهمیت کاربرد آلومینیوم در سایر صنایع و از جمله در ساختمان سازی شدند.
آلومینیوم به دلیل خواص ویژه ای که دارد توانسته است طی 50 سال اخیر پیشرفت چشمگیری را در صنایع ساختمانی پیدا کند. چنانچه میزان مصرف آن از سال 1960 تا سال 1998 روند صعودی داشته است.
امروزه حدود 35 در صد از آلومینیوم تولیدی دنیا در صنایع ساختمانی مصرف می شود. آلومینیوم به اشکال مختلف در ساختمان به کار می رود. آلومینیوم اکسترود شده، نورد شده و ریختگی برای ساخت قالب های در و پنجره، سقف، کف کاذب، نما، یراق آلات، پرده دیواری، سیستمهای حرارتی و تهویه ای، پرده و حفاظ ، سایبان و پارتیشن ها و پانل ها، ساختمان های پیش ساخته ، خانه های سبز و داربست ها استفاده می شود. مهمترین دلیلی که باعث شده تا آلومینیوم با این وسعت و به این اندازه در صنایع ساختمانی به کار رود عبارتند از مواردی که در ذیل اشاره می شود :
سبکی و وزن کم تجهیزات آلومینیومی فاکتور بسیار مهمی در کاربردهای مهندسی ساختمان محسوب می شود ، آلومینیوم فلزی است با وزنی حدود یک سوم وزن فولاد،  ین سبک وزنی و همچنین قابلیت شکل پذیری بالا ، آلومینیوم را فلزی مناسب جهت ساخت در و پنجره تبدیل نموده است. موارد آلومینیومی مصرفی در ساختمان طول عمر بالایی داشته و به تعمیر و نگهداری نیازی ندارند. لیکن آلومینیوم موجب می شود خطرات احتمالی ناشی از زلزله به حداقل برسد. همچنین بار استاتیکی وارد بر ساختمان کم گردد و در نتیجه مصالح مورد نیاز نیز کاهش یابد و فشار کمتری به پی ساختمان وارد شود و فونداسیون ساختمان را بتوان با مواد کمتری طراحی کرد.
نسبت استحکام به وزن بالای آلومینیوم از خواصی است که در صنعت ساختمان سازی اهمیت ویژه ای را به آلومینیوم می دهد. آلومینیوم دارای چگالی حدود 2/7 گرم بر سانتی متر مکعب است، یعنی حدود یک سوم چگالی فولاد ، استحکام آلیاژهای آلومینیوم را نیز می توان با انتخاب آلیاژ مناسب و گاه با اعمال عملیات حرارتی خاص به حد استحکام فولاد رساند ، در نتیجه می توان آلومینیوم با استحکام و سختی بالا به دست آورد و در ساخت حمایل ها و فرم های پنجره ها و درها استفاده کرد. سختی و استحکام مواد آلومینیومی باعث می شود که یک نوار باریک برای قاب آلومینیومی بتواند در مقابل بارها و تنش های اعمالی پایدار بماند و این مورد در ساختمان های بلند از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، زیرا پایداری و ثبات استاتیکی از خواص ضروری برای پنجره ها، سردرها و سایبانها محسوب می شوند. سردرهای آلومینیومی به عنوان پوششی در مقابل نور و حرارت به کار می روند و کاربرد آنها در ساختمان های غیر مسکونی بیشتر می باشد. این پوشش ها باعث افزایش عمر ساختمان می شوند، خواص عایق بندی مناسب را فراهم می کنند و بازده بهره برداری از انرژی را تقویت می کنند.
نسبت استحکام به وزن بالای آلومینیوم ، باعث شده که این فلز به عنوان ماده مناسب برای کاربرد در نماسازی مطرح باشد. علاوه بر آن موجب کاهش هزینه های حمل و انتقال تجهیزات می شود. وزن کم محصولات آلومینیومی جابه جایی آن را از مکانی به مکان دیگر تسهیل می نماید. پانل های رول شده با وزن مخصوص کم، قابل جابجایی با دست می باشند و نیاز به تجهیزات عظیم و سنگین ندارند. سازه های سبک و پارتیشن های آلومینیومی به راحتی قابل اتصال و جابجایی می باشند و نصب آنها با سرعت و سهولت امکان پذیر است.
یکی دیگر از خواص آلومینیوم در صنایع ساختمانی قرار گرفتن آلومینیوم در زمره مواد غیر مشتعل می باشد زیرا که آلومینیوم نمی سوزد و قابل اشتعال نیست و در آتش سوزی در زمره مواد غیر مشتعل شونده دسته بندی می شود.
آلومینیوم در 650 درجه سانتی گراد ذوب می شود که تا رسیدن به این دما به زمان نسبتاً زیادی نیاز است. در یک آتش سوزی بزرگ این خاصیت یک مزیت مهم به شمار می رود زیرا که انرژی آتش صرف ذوب و گرم کردن آلومینیوم می شود. سقفهای صنعتی و دیوارهای خارجی ساخته شده از پانل های نازک آلومینیوم طوری طراحی می شوند که در یک آتش سوزی بزرگ ذوب شوند.
در نتیجه ساختمان باز شده، گرما و دود آزاد شده و اجازه خروج پیدا می کند و در نتیجه دمای اعمال شده به ساختار کم می شود و خاموش کردن آتش آسانتر انجام می گیرد. در نتیجه سازه اصلی ساختمان سالم باقی می ماند. خطرات ریزش نیز کمتر می شود و در ضمن نیاز به بازسازی کامل سازه ها بعد از آتش سوزی نیز از بین می رود. علاوه بر مسائل فوق نکته مهم این است که آلومینیوم در حین گرم شدن و حتی ذوب شدن هیچ نوع گاز و دود خطرناک و سمی تولید نمی کند ، در نتیجه در مقایسه با در و پنجره های چوبی و یا PVCبدلیل عدم تولید گاز یا دود خطرناک از کیفیت بالاتری برخوردار است.
آلومینیوم سخت، محکم و پایدار است و یکی از مزایای پنجره های آلومینیومی بر پنجره هایی از جنس چوبی و یا وینیلی(PVC) سختی آنها است. آلومینیوم تقریباً 2/23 برابر سخت تر از وینیل و 2/7 برابر سخت تر از چوب است.
لذا در و پنجره و سازه های آلومینیومی در برابر کج شدن و اعوجاج ناشی از تحرک ساختمان مشکلی از خود نشان نمی دهند و در برابر بارهای اعمالی تغییر شکل نداده و دفورمه نمی شوند.
بر خلاف سایر موارد مصالح ساختمانی، آلومینیوم از عمری طولانی و نامحدود برخوردار است و دوام و پایداری آن از سایر مواردی که در اطرافمان هر روز می بینیم بیشتر می باشد. در این مورد مثالهای شناخته شده زیادی وجود دارد که نشان از عمر طولانی این فلز دارند.
آلومینیوم نصب شده در گنبد کلیسای  San RomesGieacchinoدر یک قرن پیش ، اجزاء ساختمانی نصب شده در ساختمان امپراطوری نیویورک در سال 1953 ( اولین ساختمانی که از آلومینیوم آندایز شده در آن استفاده شد ) و یا مجسمه واقع در سیرک لندن که قدمت آن به صد سال پیش بر می گردد ، نمونه های جالب و تاریخی در این زمینه می باشند.
آلومینیوم رطوبت را جذب نمی کند ، متورم نمی شود ، ترک نمی خورد ، شکافته و پاره نمی شود ، منقبض نمی شود و قابل فاسد شدن نیست. آلومینیوم در مقابل اشعه ماوراء بنفش به هیچ گونه پوششی نیاز ندارد.
محصولات مصرفی آلومینیوم در ساختمان به صورت آلیاژهای آلومینیوم می باشند که به صورت ریختگی یا فولادی بوده و حاوی عناصری مثل منگنز ، منیزیم و سیلیسیم می باشند. وجود این عناصر به صورت آلیاژی باعث یجاد خواص پایداری و دوام و مقاومت در برابر اتمسفر و هوا و استحکام بالا تاحد فولاد می شود.
یکی دیگر از خواص فوق العاده آلومبنبوم مقاومت به خوردگی آن است. اکسید طبیعی که همواره در سطح آلومینیوم وجود دارد مانع و سد بزرگی در برابر انواع مواد خورنده محسوب می شود. لایه اکسید تشکیل شده ، نازک ، مستحکم و غیر متخلخل است و نقش پوشش را بازی می کند. لذا در ساخت اجزایی از ساختمان که تنها یک بار قابل چک کردن هستند و بعد از آن امکان بازدید آنها وجود ندارد، مناسب می باشد. آلومینیوم در برابر رطوبت و اتمسفر هوا مقاوم است و خورده نمی شود، لذا بهترین ماده برای ساخت در و پنجره و سایر تجهیزات ساختمانی در مناطق مرطوب و شرجی و نواحی ساحلی می باشد. علاوه بر آن مواد آلوده کننده ای مثل آمونیومNH4، منوکسید کربن و دی اکسید کربن تاثیر بسیار کمی بر آلومینیوم دارند. همچنین تاثیر کمی که کلرید سدیم بر آلومینیوم دارد باعث استفاده این فلز در سازه های دریایی و مناطق ساحلی گشته است. فویل های آلومینیومی معمولاً بری محافظت از سایر مواد ساختمانی به کار می روند.
مثلاً فویل به پانل های ساختمانی " لامینه " چسبانده می شود و همچون یک پوشش از نفوذ رطوبت به آن جلوگیری می کند.
آلومینیوم فلزی است که آندایز می شود، یعنی آلومینیوم به عنوان آند قرار گرفته با اعمال جریان الکتریکی ، یک لایه اکسید بر سطح آن ایجاد می کنند که ضخامت این لایه بیشتر از لایه اکسید طبیعی است و در ضمن به آلومینیوم قابلیت رنگ پذیری می دهد.
طی پروسه آندایزینگ می توان آلومینیوم را به رنگهای زیبایی در آورد و به آن زیبایی و استحکام بخشید ، در نتیجه طرحی زیبا و جذاب تولید می شود که سطح آن به آسانی با آب گرم قابل شتشو است و نیاز به هیچ تمیزکاری و نگهداری ندارد و به طور طبیعی مقاوم به خوردگی است.