Alüminyum Nedir? Üretimi, Özellikleri ve Kullanım Alanları

Muhammed Enes İLGAZİKasım 23, 2021Son güncelleme: Kasım 17, 2022

0 1.080 3 dakika okuma süresi

Alüminyum denildiğinde hepimizin aklına ilk olarak arta kalan yemeklerimizin etrafına sarıp bozulmalarını önlediğimiz alüminyum folyolar gelmektedir. Bu element silikondan sonra yerkabuğunda en bol bulunan ikinci metalik elementtir. Gazoz kutularında, ambalajlarda, uçaklarda, otomobillerde ve hatta hepimizin telefonlarında bile kullanılan bu elementin hayatımızın vazgeçilmez bir malzemesi olduğunu söylemek çok yanlış olmasa gerek.

Alüminyum Nedir?

Alüminyum, yumuşak, hafif gümüş renginde bir metaldir. Sembolü Al olan bu elementin atom numarası 13’tür. Oldukça reaktif bir metal olduğu için doğada saf hâlde bulunamaz.

Alüminyumun Tarihi

Tarihsel olarak, aluminyum bir zamanlar altın kadar değerli bir metal olarak kabul ediliyordu. Öyle ki Napolyon’un önemli konuklarına ziyafet verdiğinde yemekleri aluminyum kaplarda verdiği rivayet edilmektedir.

Fiedrich Wöhler’in, 1827 yılında aluminyum klorürü potasyum ile karıştırarak ayrıştırmıştır. Daha sonrasında Henri Saint-Claire Deville, 1846 yılında potasyumun pahalı olması sebebiyle alüminyum klorürü sodyum ile karıştırarak ayırmayı başarmıştır.

Charles M. Hall 1886 yılında, alüminyumun elektrolitik bir işlemle elde edilişine ilişkin patent başvurusunda bulunmuş, aynı zamanlarda Paul Héroult aynı tekniği geliştirmiştir. Bu yüzden iki bilim adamınında adı verilmiş, işleme Hall-Heroult prosesi denilmiştir.

19. Yüzyılda alüminyum gümüş kadar pahalıdır. 1884’de yapılan Washington Anıtı o zamanların en büyük tek parça alüminyum dökümü sayılmıştır.

Adolf Hitler yönetime geldikten sonraki yıllarda Almanya, alüminyum üretiminde başı çeken ülke olmuştur.

Alüminyumun Özellikleri

Alüminyum normal şartlarda gümüş grisi rengindedir. Zehirli bir element değildir. Alüminyumun saf hâldeki çekme dayanımı 50 megapascal (MPa)‘dır. Mükemmel bir alaşım elementi olan alüminyum, alaşımlandırıldığında çekme dayanımı 720 MPa değere kadar çıkmaktadır. Kristal yapısı (YMK) yüzey merkezli kübik yapıdadır. Ergime noktası 660 °C derecedir. Kaynama noktası ise 2519 °C derecedir. Oda sıcaklığında katı halde bulunur. En yaygın izotopları Al-27 (kararlı) ve Al-26 (radyoaktif; yarı ömür 730.000 yıl)

Alüminyum çelikten 3 kat daha hafif, neredeyse çelik kadar dayanıklı, oldukça sünek, oluşan ince bir alüminyum oksit tabakası nedeniyle korozyona dayanıklıdır. Hem sıcak hem soğuk şekillendirmeye müsaittir.

Alüminyumun Elde Edilmesi

Alüminyum, erimiş kriyolit içinde çözünmüş alüminanın elektrolizi ile hazırlanır.

Bu nedenle, bu işlem için gerekli olan malzemeler şunlardır.

Alümina
Kriyolit

Alümina

Alümina [(Al, Fe)2O3.2H20] boksitten veya (Al2O3.2SiO2) killerden hazırlanır.

Boksit, kil benzeri bir maddedir. Silika içeriği yoğunsa beyazımsı veya demir oksit oranı fazlaysa kırmızımsıdır. Beyaz boksitler en çok alüminyum sülfatın üretimi için kullanılmaktadır. Kırmızı boksitler, alüminanın ve bu sayede alüminyumun hazırlanması için hammadeyi oluşturur. Elektrikli ark fırında eritilmiş ara veya refrakter boksitler yapay alümina oksidi verir.

Boksit ya Deville methodu yada Bayer prosesiyle elde edilir. Üçüncü bir yöntem ise alüminyum nitrür üretimine bağlıdır. Boksitin elektrik ark fırını ile 1800-1900 °C derece ısıtılmasıyla elde edilir.

Killer, alüminyumun elektrolizle hazırlandığı alüminanın elde edildiği Cowles-Kayser methodu yada Moldentrauer prosesi ile elde edilir.

Kriyolit

Yüksek eriyebilirliği nedeniyle bu isimle adlandırılan Kriyolit, bir çift alüminyum florür ve sodyumdan oluşur. Formülü Al2F6.6NaF’tır. Bir metre kadar derinlikte olan yataklarda meydana geldiği Batı Grönland’dan elde edilir, ancak önemli miktarlarda bulunan kalsiyum florür kullanılarak sentetik kriyolitin üretimi bu malzemenin yüksek maliyetli olmasına neden olmuştur.

Alüminyumun Kullanım Alanları

Eğer bir arabada bakır telin tamamı alüminyum tel ile değiştirilseydi aracın ağırlığı yaklaşık 12 kg daha hafiflerdi. Alüminyum diğer kimyasal elementlerde çok kolay bir şekilde bileşik oluşturabildiği için çok sayıda Alüminyum alaşımı geliştirilmiştir. Çok az miktarda katkısıyla alaşımın özelliklerini büyük bir ölçüde değiştirerek yeni alanlarda kullanılabilmesini mümkün kılmıştır.

Örneğin alüminyum alaşımlı jantlar, motorlar, şasilerde ve modern otomobillerin bazı parçalarında silikon ve magnezyum ile karıştırılmış olarak bulabilirsiniz. Alüminyum çinko alaşımına gelince, cep telefonları, tablet ve bilgisayarların üretiminde yaygın olarak kullanıldığı için şu anda bu yazıyı okurken elinizde tutuyor olabilirsiniz. Malzeme bilimcileri her malzeme çeşidinde olduğu gibi alüminyum alaşımlarını geliştirmeye devam etmektedirler.

Modern inşaat, otomotiv, havacılık, enerji, gıda ve diğer endüstriler alüminyum olmasaydı belki de varlığını iyi bir şekilde sürdüremeyebilirlerdi.

Yukarıda sıralanan nitelikler ve uygulama alanları düşünüldüğünde alüminyumu endüstride kullanabilmek için yeteri kadar sebebimiz var. Bunlara ek olarak hem alüminyum hem de alüminyum alaşımları tekrar tekrar kullanılabilir. Üstelik mekanik özelliklerine herhangi bir zarar vermeden eritilebilir ve yeniden servis edilebilir. 1 kg geri dönüştürülmüş alüminyum kutuların 8 kg boksit, 4 kg florür çeşitleri ve 15 kWh elektrik tasarrufu sağlayabileceği tahmin edilmektedir.

İlginizi Çekebilir: Porozite Nedir? Nasıl Hesaplanır?

Alaşım Elementlerinin Etkileri

Bor

Tane küçültücü etkisi vardır. Ek olarak çekme mukavemetini arttırır.

Kurşun

Alaşımın işlenmesini kolaylaştırır. Alüminyuma göre daha katodik olduğundan oksidasyon ve korozyon direncini düşürür.

Krom

Taneleri küçültür. Gerilim kusurlarını azaltır. Yüksek sıcaklıklarda korozyon ve oksidasyon direncini arttırır. Ergime noktasını yükseltici etkisi vardır.