Sizden mükemmel bir malzeme tasarlamanız istenirse, bu malzemenin özellikleri sizce nasıl olurdu? Muhtemelen özelliklerinin; doğada bolca bulunan, nispetten ucuz, güçlü ve hafif, diğer malzemelerle birleşmesi kolay olan, ısıya ve korozyona dayanıklı ve elektriği ileten vs. özelliklerde olmasını isterdiniz. Kısacası Alüminyuma benzeyen bir mazeme tasarlardınız. Bu yazımda hayatımızda sıkça rastladığımız fakat farketmediğimiz ve hakkında kulaktan dolma bilgilere sahip olduğumuz Alüminyum hakkında detaylıca bilgiler vereceğim. Ayrıca alüminyum özelliklerini ve avantajlarını detaylıca inceleyerek, nasıl üretildiğini, hangi ülkeler tarafından üretildiğini ve kullanım alanlarını bilerek hayatımızın neden heryerinde kullanıldığının nedenini daha iyi anlayacaksınız. Hadi o zaman başlayalım…
Yazımızda Neler Var?
Alüminyuma Genel Bakış
Alüminyum, atom numarası 13 ve simgesi Al olan kimyasal bir elementtir. Gümüş renkte, sünek bir metaldir. Doğada genellikle boksit cevheri halinde bulunur ve oksidasyona karşı üstün direnci ile tanınır. Dünya’nın çekirdek kütlesinin %8’den fazlasını oluşturan alüminyum, aynı zamanda oksijen ve silikondan sonra gezegenizmizde en çok bulunan kimyasal elementtir. Alüminyum doğada saf halde bulunmaz, bileşiklerde bulunur. Bugün yaklaşık olarak 300 farklı alüminyum içeren bileşik ve mineral olduğunu biliyoruz.
Hafiflik, dayanıklılk ve işlevsellik bunlar, alüminyumu çağımızın en önemli mühendislik malzemelerinden biri yapan niteliklerdir. Alüminyumu yaşadığımız evden tutun da, seyahat ettiğimiz tüm ulaşım araçlarında, günlük yaşamın bir parçası haline gelen telefon ve bilgisayarlarda hatta içecek tenekelerinde bile bulunurlar. Hayatımızın heryerinde olan fakat hakkında çok az bilgi bildiğimiz bu malzemeyi yakında detaylıca inceleyelim.
Temel ve Fiziksel Özellikler
İlginizi Çekebilir! Araba Tasarımı Ve Üretim Aşamaları-Bir Araba Nasıl Yapılır?
Alüminyum Özellikleri Ve Avantajları
Alüminyumun kullanmanın avantajları, aşağıdaki özelliklerinden kaynaklıdır.
Korozyona Karşı Direnç
Alüminyum havaya ve nemli ortamlara maruz kaldığında, yüzeyini aşırı oksidasyondan korumak için bir oksit tabakası oluşturur. Bu oksit tabakası, alüminyumu bozulmaya karş gerek duyduğu direnci verir. Yüzey üzerindeki oksit tabakasının direncini arttırmak için anotlama işlemleri de uygulayabilirsiniz.
Mukavement(Dayanıklılık)
Ticari kullanım için saf alüminyum, 90MPa’lık bir gerilme mukavemetine sahiptir, bu da onu yapısal malzemeler için çok yararlı kılar. Soğuk haddeleme gibi işlemler uygulanarak daha güçlü hale getirilebilir. Alüminyumu daha da güçlü hale getirmek için ise, ölçülen düzeylerde bakır, manganez ve silikon gibi elementler ile alaşımlanır.
Yüksek Mukavemet / Ağırlık Oranı
Alüminyumun mukavemet / ağırlık oranı, yapı çeliğinden çok daha yüksektir. Bu özelliği sebebiyle uçak, gemi ve araba gibi ulaşım araçlarında güçlü ve hafif yapılar tasarlarken birçok avantaj sağlar.
Geri Dönüştürülebilirlik
Alüminyum her defasında tekrar tekrar kullanılabilir ve işlenmemiş alüminyum üretiminde kullanılan enerjinin sadece %5’i alüminyumun geri dönüşümü için kullanılır. Şu anda kullanıllan alüminyumun yaklaşık % 60’ı her defasında geri dönüştürülmüş alüminyumdur.
Toksit Özellik Göstermemesi
Alüminyumun toksik olmayan özelliği, yüzyıllar önce ilk endüstriyel kullanımında keşfedildi. Alüminyum bu özelliği ile geçmişten günümüze gıda sektöründe özellikle depolama ve paketlemede geniş bir kullanım alanı buldu.
Süneklik(Ductility)
Süneklik, bir malzemenin şekil değiştirmeye yatkınlığının bir ölçüsüdür. Alüminyum dövülebilir ve sünek bir maddedir. Ayrıca düşük bir yoğunluğa ve erime noktasına sahiptir. Erimiş formda alüminyum, levhalar, folyolar, tüpler ve çubuklar gibi istenen ürünleri üretme esnekliği nedeniyle çeşitli şekillerde döküm yapabilirsiniz.
İlginizi Çekebilir! Malzemelerin Mekanik Özellikleri Nelerdir?
Termal Ve Elektriksel İletkenlik
Alüminyum, ısıyı ve elektriği iyi ileten bir malzemedir. Alüminyumun ısıl iletkenliği bakırın yaklaşık yüzde 50 ila 60’ı kadardır, bu da onu büyük ölçekli pişirme kapları üretiminde çok uygulanabilir kılar. Termal iletkenlik, bir ortamdan diğer ortama aktarım ile ilgilidir. Bu nedenle alüminyumdan yapılan aşenjörler kimya, gıda ve uçak sektöründe sıklıkla kullanılır.
Yansıtma Özelliği
Pürüzsüz alüminyum, radyo dalgalarından ve kızılötesi ve termal aralığa gelen elektromanyetik spektrum üzerinde yüksek yansıtıcı özelliğe sahiptir. Yüzeyine çarpan ışığın %80’nini, ısının ise %90’nını yansıtır. Bu yüksek yansıtma özelliği, alüminyuma şık bir görünüm kazandırır. Çatı kaplaması ve otomotiv ısı kalkanları gibi uygulamalarda, ışık ve ısı radyasyonuna karşı kullanım için etkili olmasını sağlar.
Manyetize Edilemez
Alüminyumun manyetik özellik göstermemesinden dolayı yüksek gerilim uygulamalarında kullanılabilir. Bu özelliğinden dolayı uzun mesafeli elektrik hatlarında ve elektronikte kullanılmaktadır. Hassas elektronik cihazların korunmasında da kullanılabilir.
Alüminyumun sağladığı diğer avantajlar
- İmalat Kolaylığı
- Düşük sıcaklıklarda mukavemet
- Sızdırmazlık Ve Kokusuz
- Sesi Ve Şoku Absorbe Edebilmesi
Alüminyum Nasıl Üretilir?
Alüminyum doğada okjijen ile o kadar çabuk tepkimeye girer ki, alüminyumu doğada saf halde bulamazsınız. Bileşiklerini doğada Boksit adı verilen cevherlerin içerisinde bulunur. Boksit, alüminyum oksit ( kimyasal formül(Al2O3) ve Su( (H2O) molekülleri içerir. Dünyanın neresinde bulunduğuna bağlı olarak, boksit ayrıca demir oksit, silikon oksit ve titanyum oksit gibi bir dizi farklı bileşikler de içerir.Dünyada şu anda yaklaşık olarak 55-75 milyar ton boksit kaynağı var. Bu kaynaklar şuan ve gelecektteki taleplere yetebilecek seviyededir.
Bu Yazımızı Hala Okumadınız Mı? Nükleer Enerji Nedir? Nükleer Enerjiden Elektrik Nasıl Üretilir?
Alüminyum üretimi birincil ve ikincil üretim olarak ikiye ayrılır. Birincil alüminyum boksitten, ikincil alüminyum hurdadan geri dönüşüm ile elde edilir.
Birincil alüminyum üretimi 3 ana aşamadan oluşur;
- Boksit madeni işletmeciliği
- Boksit cevherinden Bayer metodu ile alümina üretimi
- Alüminadan elektroliz yöntemi (Hall-Herault metodu) ile metalik sıvı alüminyum üretim
Genellikle yüzeye yakın olduğu için açık işletme ile çıkarılan boksit madeni sahalarının yakınına alümina tesisleri kurulur. Bu tesislerde çoğunlukla Bayer metodu (önce sudkostik eriyiği ile alüminyum hidroksit eldesi ve sonra kalsinasyon işlemi) kullanılarak boksit cevherinden alümina (Al2O3) elde edilir.
Sonraki aşamada, alümina elektroliz işlemi (Hall-Heroult Proces) ile alüminyuma dönüşür. Bu işlemde alümina eriyik kraylit banyosunda çözünür, çelik konteyner hücrede pozitif ve negatif karbon anotlar kullanılarak elektrolize edilir. Burada amaç alüminyumu oksijenden arındırmaktır. Dipte biriken alüminyumun alınması ile işlem tamamlanır. Genel olarak, ağırlıkça 4 birim boksitten, 2 birim alümina ve 2 birim alüminadan da 1 birim alüminyum elde edebilirsiniz. Bu işlem ile elde edilen sıvı alüminyum, sektörde birincil alüminyum olarak adlandırılır.
Üretim aşamalarında en fazla enerji elektroliz işleminde kullanılır. Bu nedenle elektroliz tesisleri kurulurken yeterli, uzun süreli ve güvenilir elektrik enerjisinin sağlanabileceği yerler seçilmelidir. Sonraki aşamada sıvı alüminyum kalıplara dökülerek külçe ve çeşitli tiplerde ekstrüzyon ürünlerine dönüşür.
Boksit Cevheri Hangi Ülkelerde Bulunur?
Dünya boksit rezervi toplamı 55-75 milyar ton olup, bunun yaklaşık 30 milyar tonu işletilebilir rezerv durumundadır. Dünyanın en zengin boksit rezervine sahip ülkesi olan Gine’de 7,4 milyar ton rezerv bulunmaktadır. Gine’nin ardından
sırasıyla Avustralya (6 milyar ton), Vietnam (3,7 milyar ton), Brezilya (2,6 milyar ton) ve Jamaika (2 milyar ton) gelmektedir. Bu beş ülke toplamda dünya boksit rezervinin %73’üne (22 milyar ton) sahiptir. Yüksek miktarda rezerve sahip diğer ülkeler sıralamasında Endonezya ve Çin (1 milyar ton), Guyana (850 milyon ton), Hindistan (830 milyon ton) ve Rusya (500milyon ton) yer almaktadır. Şekil-1’de boksit cevher rezervlerinin ülkelere göre dağılımını grafikten inceleyebilirsiniz.
Dünya boksit rezervi dağılım grafiği
Hangi Ülkeler Alüminyum Üretiyor? Dünya Birincil Alüminyum Üretimi
Son yıllarda birincil alüminyum üretiminde lider olan Çin, 2000 yılından itibaren artan iç talebini karşılayabilmek için üretimini hızla artırarak, 2017 yılında 32 milyon ton üretim yapmış, 59 milyon ton olan dünya toplam üretiminin %54 ünü gerçekleştirir. Üretimde 2017 dünya sıralamasında Çin’in ardından, 3,6 milyon ton ile Rusya ve 3,2 milyon ton ile Kanada ve Hindistan gelir.
Şekil 4. Dünya birincil alüminyum üretim oranları grafiği
İlginizi Çekebilir! Mantar Nasıl Yetiştirilir? İstiridye Mantarı Para Kazandırır Mı?
Alüminyum Kompozit Malzemeler
Kompozit malzeme, iki veya daha fazla malzemenin kimyasal olarak birbirleri içerisinde çözünmeden ve karışmadan oluşturulan yeni bir malzemedir. Kompozit üretimindeki amaç, tek başına uygun olmayan, birbiri içerisinde çözünemeyen malzemeleri kullanım alanlarına uygun özellikleri verebilecek duruma getirmek için yeni özellikler katmaktır. (Dayanım, hafiflik, esneklik, maliyet, vb.)
Kompozit malzemeler, ana yapısı iki bileşenden oluşur. Bunlar Matris(bağlayıcı) Malzeme ve Takviye Malzeme‘dir. Alüminyum kullanılan kompozit malzemelerde, alüminyumun matris(bağlayıcı) malzeme görevi görür. Alüminyum gibi metal veya metal alaşımları içeren kompozit malzemeler Metal matrisli kompozit(Metal Matris Composite-MMC) malzemeler olarak bilinirler. Alüminyumla takviye malzemesi silikon karbür parçacıkları içeren bir kompozit malzeme daha sert, daha hafif ve daha güçlü olur. Oluşan bu malzeme uzay ve havacılık, elektrik, otomobil gibi sektörlerde geniş bir kullanım alanı bulur.
Alüminyum Hangi Sektörlede Kullanılır? Kullanım Alanları Nelerdir?
Yeryüzünde bolca bulunmasından, yüksek mukavemet / ağırlık oranına ve ilerkenliğine kadar sağladığı birçok avantaj ile alüminyum, oldukça geniş bir ticari ürün yelpazesinde kullanılmaktadır. Aynı zamanda sonsuz şekilde geri dönüştürülebilir olması birçok sektör açısından kullanımını daha da arttırıyor. Alümiyumun saf hali yumuşaktır. Bu nedenle genellikle tek başına değil, alaşım oluşturularak kullanılır.
Örneğin güçlü, hafif, dayanıklı ve yüksek sıcaklıklara dayanabilen bir araba veya uçak motoru üretmek istiyorsanız, alüminyumla bakırı karıştırmanız gerekiyor. Gıda ambalajları için aynı güçte bir şeye ihtiyacınız yoktur, ancak şekillendirmesi kolay bir malzemeye ihtiyacınız vardır. Bu nitelikleri, alüminyumu magnezyum ile alaşımlayarak elde edersiniz. Elektrik santrallerinden evlere ve fabrikalara uzun mesafelerde elektrik taşımak istediğinizi varsayalım. Elektrik sektöründe en iyi iletken (taşıyıcı) olarak bilinen bakırı kullanabilirsiniz, ama bakır ağır ve pahalı bir malzemedir. Fakat elektrik iletkenliği neredeyse bakır kadar yüksek olan alüminyumlu bakır alaşımı kullanırsanız, hem daha hafif hem de sıcak günlerde genleşmesi düşük güç kabloları elde edebiliriz.
Bu Yazımızı Kaçırmış Olabilirsiniz! Jet Motoru Nedir? Nasıl Çalışır? Ana Parçaları Nelerdir?
Şekil-3 de alüminyumun kullanım alanlarının dağılımını gösteren grafiği inceleyebilirsiniz. En çok Alüminyumu kullanan başlıca sektörler şunlardır;
- Ulaşım Araçları
- İnşaat
- Tüketici Elektroniği
- Paketleme
- Elektrik
- Makineler
Bir yazımın daha sonuna gelmiş bulunmaktayım. Bu yazımda alüminyum özellikleri ve avantajları, nasıl üretilip, nerelerde kullanıldığını, hangi ülkeler tarafından üretildiğini inceldik. Umarım size faydalı olabilmişimdir. Bir sonraki yazılarda görüşmek üzere… Sağlıklı günler.
Kaynaklar
https://www.mta.gov.tr/v3.0/sayfalar/bilgi-merkezi/maden-serisi/aluminyum.pdf
https://www.explainthatstuff.com/aluminum.html
https://tr.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BCminyum#:~:text=7%20Ad%C4%B1%20%C3%BCzerine-,%C3%96zellikleri,Al%C3%BCminyum%2C%20zehirleyici%20ve%20manyetik%20de%C4%9Fildir.
+ There are no comments
Add yours