Alüminyum, yüzlerce ürünün hammaddesi olan çok kullanışlı bir element. En çok kullanılan üçüncü metal olan alüminyum, onlarca bileşik ve alaşımla endüstrinin vazgeçmeyeceği metaller arasında yer alıyor. Dünyanın birçok bölgesinde tonlarca rezervi bulunan alüminyum, kimyasal ve fiziksel özellikleri ile uzay teknolojisinden, ambalaj sektörüne kadar kullanılıyor. Hayatımızın her alanında rastladığımız alüminyumu tanımaya ne dersiniz?
Tarihçesi
Alüminyum, 200 yıldan daha uzun bir geçmişe sahip. Antik çağda alüminyum oksit killeri kumaşlarda ve ilk yardım uygulamalarında kullanılmış. 19. yüzyılda nadir bulunduğu için altın ve gümüşten daha değerli kabul edilmiş. Alüminyum tuzu olan şap, Sümerler, Eski Mısır ve Hititlerde tekstil boyaları ve dericilikte kullanılmış. Alüminyum mineralleri binlerce yıldır farklı amaçlarla kullanıldı. Ancak yaklaşık 150 yıldır metal formu biliniyor. Alüminyum mineralleri ısıtılınca metale dönüşmediği için keşfedilmesi kolay olmadı.
İngiliz kimyager Humpry Davy tarafından 1808 yılında şap kelimesinin İngilizce karşılığı olan “alum” kelimesinden türetilerek bu elemente “alüminyum” adı verilmiştir. Saf alüminyum ilk olarak Danimarkalı kimyager ve fizikçi Prof. Dr. Hans Christian Ørsted tarafından 1825 yılında elde edildi. Ørsted, alüminyum klorid ve potasyum amalgamından elde ettiği alüminyum amalgamını ısıtarak indirgenmiş basınç altında alüminyum metalini elde eden ilk bilim adamı oldu.
Alüminyumla ilgili bazı tarihi gelişmeleri sıralayalım:
- 1855 yılında Fransa imparatoru III. Napolyon, sanayi sergisinde gördüğü alüminyumdan etkilenerek saraya alüminyumdan çatal-bıçak takımı yaptırdı ve devlet konuklarına sunulan yemekli toplantılarda kullanıldı.
- 1887 yılında Avusturyalı mühendis Karl Josef Bayer’in alüminyum cevheri boksitten ürettiği kimyasal bileşik, tüm dünyada alüminyum üretiminde kullanılmaya başlandı.
- 1889 yılında alüminyum üretmek için ekonomik teknikler geliştirilmeye başlandı.
- 1893 yılında İngiltere Picadilli Meydanı’na dikilen Anteros heykeli, ilk alüminyum heykel oldu.
- 1900’lü yılların başlarında Amerikalı sanayiciler alüminyumun üstün özelliklerinin farkına vardı ve alüminyum, enerji nakil ve tren hatlarında kullanılmaya başlandı.
- 1903 yılında Wright kardeşler tarafından motorlarda kullanılmaya başlandı.
- İlk alüminyum folyo 1910 yılında üretildi.
- 1911 yılında alüminyum endüstriyel alanlarda daha da geliştirildi.
- 1935 yılında ilk Alüminyum Birliği, Amerika Birleşik Devletleri’nin (ABD) New York kentinde kuruldu.
- İkinci Dünya Savaşı’nda önemli bir stratejik metal haline geldi. Uçak gövdeleri, gemiler, radarlar gibi birçok savaş ürününde kullanıldı.
- 1950’li yılların başında beyaz eşyalarda kullanılmaya başlandı.
- Türkiye’de alüminyum araştırmaları 1956 yılında başladı.
- 1959 yılında Coors Brewing, alüminyum içecek kutularını geliştirdi ve bu tarihten sonra içeceklerin vazgeçilmez kutusu haline geldi.
- 1969 yılında Armstrong’un aya ilk ayak bastığı Apollo Uzay Programı’nda kullanılan astronot kıyafeti, uzay aracının gövdesi alüminyum alaşımlı malzemelerden üretildi. Bu tarihten sonra alüminyum, uzay ve havacılık sektöründe önemli bir metal haline geldi.
- 1970’li yıllarda Apple’in kurucusu Steve Jopbs, bilgisayarda ve elektronik ürünlerde alüminyumun hafif ve estetik özelliğini keşfetti.
Yüzde yüz geri dönüştürülebilen alüminyum, 1980’li yıllardan sonra günümüze kadar paketleme, otomotiv, enerji, kaplama, inşaat, savunma, ulaşım, nanoteknoloji ve uzay sektörlerinde milyonlarca ton kullanıldı.
Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri
Alüminyum, dünyada en yaygın olarak bulunan metaller arasındadır. Yerkabuğunun yaklaşık yüzde 8’ini alüminyum oluşturur. Oksijen ve silisyumdan sonra en çok bulunan üçüncü kimyasal elementtir. Kimyasal sembolü “Al”dir. Atom numarası 13, atom ağırlığı 26,97’dir. Periyodik tablonun 3-A grubunda yer alır. Gümüş beyazı, gri renkte ve parlaktır. Erime noktası 650 derece, kaynama noktası 1800 derecedir. Yüzey merkezli ve kübik bir kristal yapısı vardır.
Diğer metallerle 300’den fazla bileşik ve alaşım kolayca oluşturabilir. Tabiatta en fazla bileşiği bulunan metaldir. Demire oranla yaklaşık 3 kat daha hafiftir, neredeyse çelik kadar dayanıklıdır. Saf hali çok daha yumuşaktır. Manyetik değildir, elektrik ve ısı iletkenliği yüksektir. Sıcak ve soğuk olarak kolaylıkla işlenebilir. İyi biçimde çekilebilir, dövülebilir. Toksik değildir, alev almaz, boya ihtiyacı olmadan kullanılabilir. Hava şartlarına, yiyeceklere, çeşitli kimyasal sıvı ve gazlara karşı dirençlidir. Hidroklorik asit ve alkalilerle çok daha aktiftir. Toz alüminyum oksijenle birleşirse yüksek ısı açığa çıkar ve patlayıcı özellik kazanır.
Oksit Tabakası ve Eloksal Kaplama
Alüminyum, nemli havada yüzeyinde oksit tabakası ile kaplanır ve rengi donuklaşır. Bu tabaka metale çok sıkı yapışır ve koruyucu bir katman oluşturur. Bu sebeple atmosfer etkilerine karşı büyük direnç gösterir. Bu tabaka sayesinde çok ince alüminyum formları bile hidrojen alevinde dahi yanmaz. Havayla uzun süre teması halinde bozulur ve metal gri bir renk alır.
“Anotlaştırma” adı verilen bir elektroliz yöntemiyle kalınlaştırılabilen tabakayla daha yüksek koruma sağlanabilir. Bu kaplama işlemine “eloksal” adı verilir. Eloksal tabakanın kalınlığını anot olarak kullanılan alüminyuma verilen akım miktarı belirler. Tabakanın kalınlığı, alüminyumun kullanılacağı ortam ve ürüne göre belirlenebilir. Eloksal kaplama, “daldırma” ve “elektrolitik” adı verilen yöntemlerle renklendirilebilir. Bu sayede alüminyum malzemeye istenen estetik ve dekoratif görünüm kazandırılabilir. Oksit tabakası alkali ortamda çözünür.
(Boksit minerali...)
Boksit ve Alüminyum Mineralleri
Alüminyuma doğada serbest veya elementel olarak rastlanmaz. Boksit, ticari anlamda alüminyum içeren en önemli filizdir. Dünya alüminyum üretiminin hemen hemen tamamı boksit cevherinden sağlanır. Alüminyumun elde edildiği cevher olan zengin içerikli bir boksit, yüzde 30-50 oranında alüminyum içerir. Metalik alüminyum elde etmek için boksit cevherinin yaklaşık yüzde 45 oranında alüminyum oksit içermesi gerekir. Boksit, kayaçların dış etkilerle aşınması sonucu oluşmuş artık bir topraktır. Bu topraktaki bazı bileşenler yüzey sularının etkisi ile aşınmış, kalan alüminyum ve demir oksit boksit filizlerini oluşturmuştur. Yerkabuğu yüzeyinde veya yüzeye yakın katmanlarda boksit cevherlerine rastlanır. Volkanik kayalar da yüzde 50-60 oranında alümina silikat içerir.
Alüminyum metali başlıca gibsitik ve böhmitik boksit cevherlerinden üretilir. Alüminyum üretilebilen mineral grubu, alüminyum oksitli ve hidroksitli minerallerdir. İşlenmeye değer en ekonomik alüminyum mineralleri olan gibsit ve böhmit, yüzde 50-60 oranında alümin ihtiva eder. Diğer alüminyum içeren mineraller şunlardır; alümina killeri, davsonit, alunit, kiltaşları, korkayaçlar, saprolit, siliminat. Alüminyum bileşikleri ihtiva eden mineraller ise şunlardır; turkuaz, kriyolit (buztaşı), zımpara taşı, korendon, kaolin…
Korendon minerali; elmastan sonra en sert maddedir. Korendonun krom bileşiği yakut; kobalt, demir veya titan oksit bileşikleri safir ve akvamarin gibi değerli taşları oluşturur. Bu taşlar, renklerinin tonu ve berraklıklarına göre değer kazanır. Zımpara taşı da korendondan oluşur.
Nerelerde Kullanılır?
Alüminyum metali, bileşikleri ve alaşımlarının kullanım alanları sayılamayacak kadar fazla. Pencerelerden mutfaklara, uçaklardan otomobil egzozlarına, korkuluklardan süs eşyalarına kadar geniş bir kullanım yelpazesi var. Özelliklerinde esneklik, yumuşaklık ve dayanıklılık bir arada olunca haliyle birçok ürün için “bulunmaz Hint kumaşı” mesabesinde bir metal haline gelmiş durumda.
Endüstride direkt boksit cevherinden ve geri dönüşüm uygulamalarından elde edilen alüminyum kullanılıyor. Hurdaları yüzde yüz geri dönüştürülebiliyor. Alüminyumdan çok ince levha ve teller üretilebilir. İnsan saçından 3 kat daha ince alüminyum folyo üretilebilmektedir. Benzer metallere göre çok daha düşük maliyetlidir. Elektrolizle üretildiği için maliyetinin yüzde 20-40’ını elektrik oluşturur. Demirden sonra en çok kullanılan metaldir.
En çok kullanıldığı bazı ürün ve alanları şöyle sayabiliriz: Jantlar, motor gövdeleri, şaseler, cep telefonları, tabletler, bilgisayarlar, elektronik ürünler (TV, müzik ürünleri gibi), beyaz eşyalar, gıda ambalaj ürünleri, raflar, kablolar, yelkenler, gemiler, pencere, iç ve dış bina kaplamaları, ayna, elektrik direkleri, roketler, füzeler, bozuk para…
Alüminyum Rezervleri Hangi Ülkelerde Bulunur?
Dünyadaki boksit kaynaklarının toplam 70 milyar ton civarında; boksit rezervlerinin ise 30 milyar ton civarında olduğu tahmin ediliyor.
Dünyada üretilen boksit miktarı 150 milyon ton, alüminyum miktarı ise 50-60 milyon ton civarında. Boksit üretiminin yüzde 90’ı alümina ve alüminyum grubunda gerçekleşiyor. Üretimin yaklaşık yüzde 50’si Çin tarafından gerçekleştiriliyor. En fazla boksit cevheri rezervi Gine, Avustralya, Jamaika, Brezilya’da bulunuyor.
Boksit rezervine rastlanan ülkelerden bazıları şunlar; Fransa, ABD, Hindistan, Endonezya, Çin, Rusya, Yunanistan, İtalya…
Türkiye’de 200 civarında boksit yatağı bulunuyor. 10 ayrı bölgedeki bu yatakların oluşumları şu şekilde;
- Böhmitik oluşumlar; Seydişehir-Akseki, Silifke Taşucu ve Zonguldak
- Diasporitik oluşumlar; Muğla-Milas, Alanya-Bolkardağı ve Tufanbeyli-Saimbeyli
- Demirli boksit oluşumları; İslâhiye-Payas ve Yalvaç-Şarkikaraağaç
Türkiye’deki toplam böhmitik boksit rezervi 53 milyon ton, diasporitik boksit rezervi 104 milyon ton, demirli boksit rezervi ise 100 milyon ton civarındadır. Alüminyum hammaddesi kaynaklarının en önemlileri Seydişehir-Akseki bölgesindeki 8 farklı alanda bulunuyor. Bu bölgedeki toplam boksit rezervinin 36 milyon ton civarında olduğu öngörülüyor.
Türkiye’de boksitten birincil alüminyum üretme hakkı Eti Alüminyum A.Ş.’ye bağlı Mortaş Boksit İşletmesi’ne ait. En büyük alüminyum tesisi Seydişehir Alüminyum Tesisleri’dir. Bu işletmenin yıllın üretim kapasitesi 400 bin ton civarındadır.