فلز

فلز ماده‌ای است که می‌توان آن را صیقل داده و براق کرد( بجز جيوه كه در دمای اتاق بشكل مايع است) یا به طرح‌های گوناگون در آورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی و نرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده و یا خیلی محکم و مقاوم باشند.

 

مقاومت مکانیکی فلز

مقصود آن مقدار باری است که فلز می‌تواند تحمل کرده، نشکند. بسیاری از فلزات، وقتی گرم هستند، اگر تحت فشار قرار گیرند، شکل خود را زیادتر از موقعی که سرد هستند، تغییر می‌دهند. بسیاری از فلزات در زیر فشار متغییر مانند نوسانات، آسانتر از موقعی که سنگین باری را تحمل می‌کنند، می‌شکنند.

 

علت درخشش فلزات

دلیل اول آن است که با طرح ریزی و براق کردن صحیح می‌توان فلزات را به شکل خیلی صاف تهیه کرد. گر چه آنها نیز تصاویر را خوب منعکس می‌کنند، ولی ظاهر سفید و درخشان بیشتر قطعات فلزی صیقلی شده را ندارند. بطور کلی جلا و درخشندگی فلز بستگی دارد به گروه الکترون‌های آن دارد.

الکترون‌ها می‌توانند هر نوع انرژی را که به روی فلزات می‌افتد جذب کنند؛ زیرا در حرکت آزاد هستند. بیشتر انرژی الکترون‌ها از تابش نوری است که به آنها می‌افتد، خواه نور آفتاب باشد یا نور برق. اکثر فلزات همه انرژی جذب شده را پس می‌دهند، به همین دلیل، نه تنها درخشان بلکه سفید به نظر می‌آیند.

علت تغییر شکل فلزات

بسیاری از فلزات در حرارت ویژه‌ای، آرایش یون‌های خود را تغییر می‌دهند. با تغییر ترتیب آرایش یون‌های بسیاری از خصوصیات دیگر فلز نیز دگرگون می‌شود و ممکن است فلز کم و بیش شکننده، قردار، بادوام و قابل انحنا شود یا اینکه انجام کار با آن آسان گردد. بسیاری از فلزات در هنگام سرد بودن، به سختی تغییر شکل می‌پذیرند. بیشتر فلزات جامد را به زحمت می‌توان در اثر کوبیدن به صورت ورقه و مفتو‌ل‌های سیم در آورده، ولی اگر فلز گرم شود، انجام هر دو آسان است.

 

 

 

 

 

نگاهي بر انواع فلزات

 

آلومینیوم (Aluminum)

 

آلومینیوم فراوان ترین فلز و سومین عنصر ِفلزّی است که به مقدار زیاد ، در پوسته ی زمین یافت می شود . آلومینیوم در طبیعت به صورت «آلومینیوم سیلیکات» پایدارAl(SiO3)3 و آلمینیوم هیدرواکسید Al(OH)3 وجود دارد . در دوران باستان یونانی ها زاج که یکی از فراوان ترین کانی های آلومینیوم است را می شناختند و از آن به عنوان داروی قابض در پزشکی و به عنوان ثابت کننده ی رنگ در رنگرزی استفاده می کردند . با این همه از شناخت آلومینیوم ، یکصد و هفتاد سال (1827)نمی گذرد .

آلومینیوم هیدرواکسید (Bauxite) یک نوع خاک اوره است که در آن عنصر های آلومینیوم بسیار غنی ای وجود دارد . (حدود 50درصد این فلز تشکیل شده است .) البته در این خاک ناخالصی هایی مانند : سیلیس (SiO2) ، اکسید های آهن و اکسید تیتانیوم(TiO2) وجود دارد .

آلومینیوم کشف شده «آلومین» نامیده می شود . آلومین یک ماده ی سخت ، شامل آلومینیوم و اکسیژن است . چون دمای ذوب آلومین زیاد است ، (در حدود 2050 درجه سلسیوس) الکترولیز آن در حالت مذاب بسیار دشوار است ؛ به این دلیل آن را در کریولیت (Na3AlF6) نمکِ مذاب حل می کنند و به این ترتیب مخلوطی به دست می آید که دمای ذوب (بین 960 تا 980 ) پایین تری دارد . سپس آن را از یک جریان الکتریکی قوی عبور می دهند تا اکسیژن آن کاملاً جدا شود . البته لازم به ذکر است که کریولیت در الکترولیز شرکت نمی کند و فقط دمای ذوب را پایین می آورد .

همچنین در این مرحله انرژی زیادی صرف می شود .

برای تولید Kg1 آلومینیوم ، Kg6 بوکسیت (Bauxite) ، Kg 4 محصولات شیمیایی و KW 14 برق نیاز است . در حالی که برای بازیافت آن 5% انرژی لازم است و فقط 5% دی اکسید کربن تولید می کند . جالب است اگر بدانید که مقدار انرژی که از بازیافت یک قوطی کنسرو ذخیره سازی می شود ، می تواند یک تلویزیون را به مدت سه ساعت روشن نگه دارد .

محصولات اپتدایی آلومینیوم در دنیا سالانه برا بر با 24000000 تن می باشد . کشوری که در جهان بیشترین مقدار آلومینیوم را تولید می کند ، استرالیا است . البته کشور هایی مانند : جامایکا ، برزیل ، گینه ، چین و قسمت هایی از اروپا در تولید این محصول نقش مهمی را ایفا می کنند .

شرکت های بازیافتی اغلب آلومینیوم را از شرکت های صنعتی ، مسقیم خریداری می کنند . بسیاری از کارخانه ها این فلزّات را ذوب می کنند و نا خالصی های آن را جدا کرده و در قالب های مختلف ریخته گری می کنند .

حجم بیشتری از این قطعات ریخته گری شده توسط کارخانه های خودرو سازی و هواپیما سازی مصرف می شود وبرای ساخت سر سیلند و مواردی از این قبیل کاربرد دارد .

در ایالات متحده ی آمریکا بازیافت آلومینیوم از قطعات خریداری شده در مقایسه سال 2001 با2000 تا 14% کاهش پیدا کرده است . 98/2 تن از فلزات بازیافتی را ، 60% از قطعات کارخانه ای و 40% از محصولات آلومینیومی کم ارزش تشکیل می دهد . این موضوع نشان دهنده این است که در سال های اخیر به بازیافت زباله های خانگی توجه بیشتری شده است .

بسیاری دیگر از شرکت ها ، بازیافت قوطی ها را انجام می دهند . بسیاری از این قوطی ها به صورت ورقه های آلومینیومی بازیافت می شوند و دوباره به صورت قوطی های نوشابه در می آیند . گزارشات نشان می دهد که آمریکا حدود 55600000 تن ، قوطی آلومینیومی را بازیابی کرده است و این مقدار باعث صرفه جویی های بسیاری در هزینه ها شده است .

آلومینیوم دارای خواصّی است که موجب شده ، بیش از اندازه مورد توجه قرار گیرد . این خواصّ عبارت اند از:

1- کاهندگی آلومینیوم

2- چگالی کم

3- رسانش گرمایی بالا و مقاومت حرارتی بالا

4- سازش پذیری با مواد غذایی

 

 

برلیوم (Beryllium)

 

برلیوم در مواد بسیاری به کار می رود و خصوصیت های آن مانند :وزن کم و سختی زیاد باعث شده که مورد توجه قرار گیرد . در سال 2001 آمریکا یکی از سه کشور دارنده کانی های برلیم بود . این فلز در صنایع نظامی و دفاعی ، هوافضا و مدارهای الکتریکی متراکم کاربرد بسیاری دارد . هزینه های زیاد این فلز منجر به این شد تا فقط برای کار های دقیق مورد استفاده قرار گیرد .

ترکیباتی مانند : گرافیت (سرب سیاه) ، برنز ( آلیاژ قلع و مس ) ، فسفر ، فولاد و تیتانیوم می توانند جانشینی برای برلیوم باشند ؛ اما فقدان اساسی در عملکرد آن ها وجود دارد .

در سال 2001 مصرف آشکار برلیم در ایالات متحده حدود 230 تن بوده است .

کاربرد فراوان این فلز بود که موجب شد بازیافت آن مورد توجه بسیاری از کشور ها قرار گیرد . البته استفاده پراکنده این فلز باعث شده است تا مقدار زیادی از آن به هدر رود .

(بسیاری از فلزات از جمله برلیوم به دلیل اینکه در کشور ما به طور محدود به کار می روند ، همچنین مقدار آن کم است و منابع چشمگیری از این فلز در ایران وجود ندارد بازیافت نمی شوند و به همین دلیل اطلاعات محدودی از بازیافت این فلزات برای ما دانش آموزان وجود دارد .)

 

 

کادمیوم (Cadmium)

 

تخمین میزان کادمیوم بازیابی شده یا ثانویه برای دلایل متعددی کار دشواری است امّا میزان کلی کادمیوم بازیابی شده در سال 2001 تخمین زده شده است در حدود 10% تولید اولیّه دنیا بوده است . بازیافت کادمیوم ، صنعت جوان و در حال رشدی است که از هدر رفتن کادمیوم موجود جلوگیری می کند ؛ چراکه حدود 25% کادمیوم موجود در باطری های نیکل- کادمیوم به کار رفته است و این باطری ها به سهولت قابل بازیافت هستند . در نتیجه بیشتر کادمیوم های ثانویه در اثر مصرف این باطری ها وبازیافت آن به دست می آید . شکل دیگری از کادمیوم که به سهولت قابل بازیافت است ، خاکِ دودکش به وجود آمده در طول گالوانیزه کردن ( روی اندود کردن) قطعات فولاد در کوره های چرخان الکتریکی است . سایر کاربرد های کادمیوم در موادی است که محتوای کادمیوم آن هابسیار کم است ؛ در نتیجه مقداری از کادمیوم موجود از بین می رود .

در سال 2001 میزان تولید کادمیوم ثانویه در ایالات متحده حدود 200 تن بوده است .

شرکت به ثبت رسیده احیاء فلزّات بین المللی در شهر اِل وُود ، پنسیلوا نیا ، تنها شرکت بازیافت کادمیوم در ایالات متحده بوده است . هر چند کارخانه در سال 1978 راه اندازی شد اما تا سال 1996 شروع به کار نکرد .

برای بازیافت کادمیوم ، باطری های بزرگ معمولی با وزن بیش از Kg 2 که شامل 15% کادمیوم می شود ، را خالی می کنند و کادمیوم آنها را که به شکل صفحاتی و به طور مستقل هستند را به کوره ها می برند و طی فرآیند "HTMR" بادرجه حرارت بالا ذوب می کنند . باطری های مهر شده ی کوچکتر را با حرارت کمتر و فرآیند "HTMR" ذوب کرده و در قالب هایی می ریزند و به این صورت بازیافت می شود . در نتیجه کادمیوم ثانویه دارای خلوص 96/99% می باشد که به کارخانه ی باطری سازی باز گردانده می شود .

 

 

کروم (Chromium)

 

عمده ترین استفاده کروم در فولاد ضد زنگ است . برای تولید کروم ؛ کانی فلزی کرومیت را درون کوره های ذوب فلزّات قرارمی دهند تا فروکروم ساخته شود . آلیاژ آهن- کروم را که از حذف اکسیژن کرومیت به دست می آورند ، آلیاژ آهن ضد زنگ است . قطعه ای از فولاد ضد زنگ می تواند به عنوان منبعی از کروم ، جایگزین فرو کروم شود . فولاد ضد زنگ مرکّب از دو طبقه بندی بزرگ است : آستِنیتِک و فریتِک . اسامی مذکور مربوط به ساختار مولکولی فولاد است است و مشخص می کند که کدام – در چه مقدار – نیازمند نیکل است (آستنیتک) و کدام به نیکل نیازی ندارد (فریتک) . فولاد ضد زنگ مهمترین منبع بازیافت کروم است و کارخانه بازیافت از این نوع فولاد به عنوان منبعی از کروم و نیکل استفاده می کند . بنا براین واحد های کروم زمانی که فولاد ضد زنگ دوباره استفاده می شود ، بازیابی می شوند . مطالعه ی فولاد ضد زنگ نشان می دهد که 17% از محتوای آن را کروم تشکیل می دهد .

 

 

 

کبالت (Cobalt)

 

کبالت کهنه در طول ساخته شدن و یا در اثر کاربرد های زیر به دست می آید:

1- وقتی که به عنوان کاتالیزگر در صنایع شیمیایی یا تولید نفت کاربرد دارد .

2- وقتی که به عنوان کربیدهای سیمان پوشیده در برش استفاده می شود یا به عنوان ضد سایش به کار می رود .

3- وقتی که به عنوان آلیاژ مغناطیسی و ضد سایش کاربرد دارد .

4- وقتی که به عنوان ابزار های فولادی استفاده می کنند .

منابعی که کبالت از آن بازیافت می شود عبارت است از : آلیاژ ها ، کبالتخالص ، پودر فلزی کبالت و مواد شیمیایی . در سال 2001 در ایالات متحده ، در حدود 2740 تن کبالت مصرف شده و مقدار قابل توجهی از آن بازیافت شده

 

 

مس (Cooper)

 

مس از اولین فلزاتی است که مورد استفاده بشر قرار گرفته است و هنوز هم از پر مصرف ترین فلزات درون کشور ماست . تحقیقات نشان می دهد که ایران بر روی کمربند مس جهانی قرار دارد که از جنوب شرقی ایران آغاز شده وتا شمال غربی و نواحی آذربایجان ادامه می یابد . همین امر موجب شده است تا استخراج این فلز نسبت به بازیافت آن بیشتر مورد توجه قرار گیرد .

گروه مطالعه مس بین المللی در سال 2002 برآورد کرد که میزان تولید جهانی مس تصفیه شده ی ثانویه 15% کاهش داشته است . طبق مطالعات وتحقیقات 07/3 میلیون تن مس مستقیمأ از دوباره ذوب کردن قطعات مس بازیابی می شود .

 

 

گالیوم (Gallium)

 

به دلیل بازده کم در مراحل تولید گالیم به وسایل الکترونیکی مطلوب ، قطعه جدید در طول تولید به وجود می آید . این قطعات با محتوی و ناخالصی متفاوت ، دارای مقداری گالیوم هستند . گالیوم- آرسنید به شکل قطعه ی پایه ،حجمی را از فلزّات بازیافتی تشکیل می دهد .در طول تولید گالیوم ضایعاتی طبق مراحل مختلف خلق می شود . در هنگام تبدیل گالیوم به شمش ، اگر ساختار بلوری خود را از دست دهد یا از حد استاندارد های تعین شده کمتر باشد ، آن ها را دوباره ذوب می کنند تا شمش مورد نظر ، به دست آید . پس از تولید این شمش ها آن ها را بریده و به صورت صفحاتی ( ویفر ) در می آورند . جنس این ویفر ها نیز گالوم- آرسنید است وجون این ماده بسیار شکننده است ؛ ممکن است که این ویفر ها در هنگام جابه جایی وحمل بشکنند . این قطعات شکسته نیز دوباره یازیافت می شود . محتوای گالیوم این ویفر ها ممکن است از 1 تا 99 درصد متغیر باشد ، زیرا در آن ناخالصی هایی مانند : سلیکن ، روغن ها ، موم ها ، پلاستیک و شیشه در آن وجود داشته باشد .

 

در هنگام تولید قطعات گالیوم- آرسنید ممکن است بر اثر تراشکاری یا پرداخت کردن ، مقداری از این مواد خُرد شود یا به صورت پودر در آید . برای بازیافت این مقدار ماده تلف شده ، آن ها را در اسید حل می کنند . سپس با اضافه کردن محلول سوز آور آن را خنثی می کنند تا رسوب شیمیایی گالیوم را به عنوان هیدرواکسید گالیوم صاف کنند . بعد از این مرحله دوباره آن را به صورت محلول در می آورند و الکترولیز می کنند تا بتوا نند 99/99% را بازیافت کنند .

در سال 2001 یک شرکت ژاپنی به نام فُرورُوکاوای اعلام کرد که تکنولوژی بازیابی گالیوم- آرسنید را به نیم رسانای گالیوم- آرسنید پیشرفت داده . یکی از کاربردهای نیم رسانای گالیوم- آرسنید در دیود های پرتو افشان است .

 

 

طلا (Gold)

 

قطعات محتوی طلا پس از استفاده به صورت شمش هایی در می آیند وعمومأ حدود 13 تا 25 درصد از طلایِ ایالات متحده را تشکیل می دهد . در بسیاری از نواحی دنیا ، به ویژه در مناطقی که مردم را به رسومی مانند داشتن طلا تشویق می کنند ؛ مقدار قابل توجهی طلای ثانویه از جواهرات و زیورآلات به دست می آید .

در ایالات متحده ، در حدود 35% از طلای ثانویه از عملکرد کارخانه ها به دست می آید و باقیمانده آن از قطعات کهنه ای مانند جواهرات ، مواد دندان پزشکی ، استفاده در محلول های کارخانه ای و تجهیزات الکترونیکی ، به صورت خرده فلز به دست می آید .

 

 

ایندیم (Indium)

 

بازیافت ایندیم از سال 1996 به مدت 5 سال کاهش یافت . علت این کاهش را ، بالارفتن قیمت غیر معمول ایندیم بازیافتی بیان کرده اند . در سال 2001 بازیافت جهانی ایندیم تا 202 تن نسبت به 182 تن در سال 2000 افزایش داشت . حدود 75 % ایندیم در جهان توسط ژاپن بازیافت می شود که حدود 45% آن از زباله های خانگی بازیابی شد .