التأثيرات البيئية للألمنيوم وخصائصه
يمكن أن يكون الألمنيوم أكثر تواجدًا في حياتك اليومية مما تعتقد
الصورة: برنارد هيرمانت في Unsplash
يعد الألمنيوم من أكثر المعادن وفرة وأهمية وحالية في المجتمع الحديث. إذا نظرت حولك ، سيكون من الصعب العثور على شيء لا يحتوي على الأقل على جزء واحد مصنوع من الألومنيوم. لكن بعد كل شيء ، ما هو الألمنيوم؟ تعرف على التأثيرات البيئية للألمنيوم ، وأسباب استخدامه ، وتعلم كيفية إعادة تدويره وما هي خصائصه.
الألومنيوم
العنصر الكيميائي الوالألمنيوم ، عندما يكون نقيًا ، يكون على شكل معدن فضي وخفيف وعديم الرائحة. يعتبر الألمنيوم ثالث أكثر العناصر الكيميائية وفرة في القشرة الأرضية والأكثر وفرة بين العناصر المعدنية. ومع ذلك ، فإنه لا يوجد في شكل معدني كما نعرفه ، ولكن في مختلف المعادن والطين.
عملية استخلاص الألمنيوم
المادة الخام الرئيسية للألمنيوم المعدني هي الألومينا. يتم استخراج الألومينا من فئة من الصخور تسمى البوكسيت من خلال عملية باير. يقدر إجمالي الاحتياطيات العالمية من البوكسيت بنحو 34 مليار طن - البرازيل لديها 10٪ من هذا الإجمالي (حوالي 3.6 مليار طن).
بعد الحصول على الألومينا ، وهو أكسيد الألومنيوم (Al2O3) ، من الضروري الحصول على الألومنيوم المعدني النقي. يحدث هذا من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي ، حيث يمر تيار كهربائي عبر الألومينا ، مما يؤدي إلى تحولها إلى الألومنيوم المعدني ، وهو الألمنيوم الأساسي.
شاهد الفيديو الذي يشرح بطريقة مبسطة إنتاج الألمنيوم ، من استخلاص البوكسيت.
خصائص الألمنيوم
عندما يتم تقديم الألومنيوم في شكل معدني نقي ، فإن له بعض الخصائص التي تسمح بتطبيقه في عدة مجالات. من بين خصائصه:
- قوة ونقطة انصهار عالية (660 درجة مئوية) ؛
- كثافة منخفضة (أخف أربع مرات من النحاس المعدني) ؛
- مقاومة عالية للتآكل.
- الموصلية الكهربائية الجيدة (حوالي 60٪ من موصلية النحاس ، مناسبة للتركيبات الثابتة ذات الحجم الأكبر ، مثل تركيبات النقل الكهربائي ، لأنها أخف وأرخص سعرًا) ؛
- لديها القدرة على عكس الضوء.
- سهلة المعالجة والتشكيل ؛
- مقاوم للماء وعديم الرائحة وغير قابل للاشتعال (باستثناء مسحوق الألمنيوم) ؛
- إمكانية إضافة عناصر أخرى إلى المادة ، وبالتالي تكوين سبائك ذات خصائص متنوعة ؛
- وفيرة للغاية في البيئة ؛
- 100٪ قابلة لإعادة التدوير.
يستخدم الألمنيوم ، ليس فقط في شكله المعدني ، بشكل كبير في العديد من المجالات ، مثل الإنشاءات ، والمواد ، والسيراميك ، والعمليات الصناعية ، والأغذية ، والأدوية ، ومستحضرات التجميل ، ومعالجة المياه ، والتعبئة ، والمركبات ، والأواني المنزلية والطائرات ، من بين أمور أخرى.
الألمنيوم مهم جدًا أيضًا لسوق الأحجار الكريمة. ياقوت ، ياقوت أزرق ، عقيق (العقيق) ، اليشم والتوباز تحتوي على الألومنيوم في تركيباتها.
كان الألمنيوم ولا يزال مهمًا جدًا لتطوير المجتمع الحديث. على الرغم من اعتباره موردًا طبيعيًا لا ينضب عمليًا ، إلا أن استغلاله المستمر والمتزايد يؤثر على البيئة ، بالإضافة إلى تعريضه لمخاطر على صحة الإنسان.
لمحة عن صناعة الألمنيوم البرازيلية
في الوقت الحالي ، تحتل البرازيل المرتبة الرابعة عشرة في ترتيب الدول التي تنتج أكثر أنواع الألمنيوم الأولية وهي في المرتبة الرابعة بين أكبر منتجي الألومينا في العالم. بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك صناعة الألمنيوم البرازيلية حصة كبيرة من الناتج المحلي الإجمالي للبلاد ، تمثل حوالي 4.9٪ من الناتج المحلي الإجمالي الصناعي.
التأثيرات البيئية للألمنيوم
استهلاك الطاقة
نظرًا لحقيقة أن الألمنيوم معدن مستقر للغاية ، فإن الطاقة المطلوبة لإنتاجه عالية للغاية ، حيث تصل إلى 16.5 كيلو وات ساعة لكل كيلو من الألومنيوم المنتج. ترجمة هذه البيانات: كيلوغرام من الألمنيوم ينتج عن طريق الألومينا يستهلك طاقة ، في المتوسط ، لتشغيل الكمبيوتر لمدة 8 ساعات ، كل يوم ، لمدة شهر.
لكل طن من الألومنيوم يتم إنتاجه في البرازيل ، تستهلك الصناعة 14.9 ميجاوات / ساعة (MWh) من الكهرباء سنويًا. تمثل هذه الكمية من الطاقة 6٪ من إجمالي الكهرباء المولدة في الدولة. الطاقة المستخدمة لتحويل البوكسيت والألومينا إلى ألومينيوم تجعل هذا الفرع من الصناعة يتصدر تصنيف أكبر المستهلكين الصناعيين للكهرباء في البلاد.
بفضل هذا الاستهلاك المفرط للطاقة ، يجب أن يكون للمصنع الصناعي الذي سيحول الألومينا إلى ألومنيوم محطات توليد طاقة حصرية لإنتاجه. اعتمادًا على نوع تحويل الطاقة ، يمكن أن يكون لذلك المزيد من التأثيرات على البيئة. غالبًا ما تكون محطات الطاقة هذه كهرومائية ، والتي ، على عكس ما يعتقده كثير من الناس ، لا تعتبر مصدر طاقة "نظيفًا" تمامًا.
- ما هي الطاقة الكهرومائية؟
انبعاث الغازات الملوثة
ينتج عن إنتاج الألمنيوم ، من استخلاص البوكسيت إلى تحويل الألومينا إلى الألومنيوم ، بعض الغازات الملوثة ، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) ومركبات الكربون المشبعة بالفلور (PFCs). يساهم الانبعاث المتكرر لهذه الغازات في الغلاف الجوي في ظاهرة الاحتباس الحراري وتكثيف عملية الاحتباس الحراري. الأهم من ذلك ، أن غازات البيروفلوروكربون أقوى من 6500 إلى 9200 مرة من ثاني أكسيد الكربون (CO2) في إحداث تأثير الاحتباس الحراري.
- مكافئ الكربون: ما هو؟
الطين الأحمر
الطين الأحمر هو الاسم الشائع للنفايات غير القابلة للذوبان الناتجة عن إنتاج الألومينا أثناء خطوة التنقية لعملية باير. يختلف تكوين الطين الأحمر حسب تكوين البوكسيت المستخدم في العملية. العناصر الأكثر شيوعًا الموجودة في الطين الأحمر هي الحديد والتيتانيوم والسيليكا والألمنيوم والتي لا يمكن استخلاصها بنجاح.
يتكون الطين الأحمر من جزيئات دقيقة جدًا وهو شديد القلوية (درجة الحموضة 10 ~ 13). نظرًا لارتفاع درجة الحموضة ، يمكن أن يتسبب هذا الطين في حروق عند ملامسته للجلد. تظهر بيانات الأدبيات أن تباينًا بين 0.3 و 2.5 طن من الطين الأحمر يتم إنشاؤه لكل طن من الألومينا المنتجة. كل عام ، يتم إنتاج حوالي 90 مليون طن من هذه النفايات في العالم. يجب أن يتم التخلص منه في أماكن مناسبة ، بشكل عام أحواض التخلص ، المبنية بتقنيات عالية التكلفة ، مما يجعل من المستحيل ترشيح مكوناته وما يترتب على ذلك من تلوث للمسطحات المائية السطحية والمياه الجوفية.
ال وكالة حماية البيئة (EPA)، وكالة حماية البيئة الأمريكية ، لا تعتبر الطين الأحمر نفايات سامة. ومع ذلك ، نظرًا لأنه بقايا غنية للغاية في المعادن وله قلوية عالية جدًا ، يمكن أن يكون للطين تأثير قوي جدًا على البيئة ، مما يؤدي إلى تغيير خصائصه واستقراره.
كما في حالة سدود مخلفات خام الحديد ، يمكن أن تتسبب مخلفات إنتاج الألمنيوم أيضًا في وقوع حوادث خطيرة. في عام 2010 ، تسبب انسكاب طين أحمر في مقتل تسعة أشخاص ومشهد دمار في قرية في المجر. تحقق من نتيجة هذا الحادث في الفيديو.
الجسيمات الموجودة في الطين الأحمر دقيقة جدًا ، مما يجعلها ذات مساحة سطحية شاسعة ، وهي خاصية مثيرة جدًا للتطبيقات التكنولوجية. يتم إجراء العديد من الأبحاث للبحث عن الاستخدامات المحتملة للطين الأحمر ، مثل صناعة السيراميك ، والبناء المدني ، ومعالجة الأسطح ومعالجة النفايات السائلة ، من بين أمور أخرى.
إعادة تدوير الألمنيوم
يعتبر الألمنيوم مادة قابلة لإعادة التدوير بنسبة 100٪ ، حيث أنه لا يتحلل في عملية إعادة التدوير. إذا تم إعادة تدوير كيلوغرام من الألومنيوم ، فسيتم استرداد كيلو جرام نظريًا. بالإضافة إلى ذلك ، لإعادة تدوير طن من الألومنيوم ، فإن الأمر يتطلب 5٪ فقط من الطاقة اللازمة لإنتاج نفس الكمية من الألمنيوم الأساسي ، أي أن إعادة تدوير الألمنيوم يوفر 95٪ من الكهرباء. وبالتالي ، تحتل البرازيل مكانة بارزة في قائمة الدول التي تعيد تدوير علب الألمنيوم.
من بين مزايا إعادة تدوير الألمنيوم:
- القدرة على إعادة التدوير مرات لا نهائية دون أن تفقد خصائصها ؛
- إعادة تدوير كيلو من الألمنيوم يستهلك 5٪ فقط من الطاقة اللازمة لإنتاج كيلو من الألمنيوم من الصفر.
- كل طن من الألمنيوم المعاد تدويره يوفر تسعة أطنان من ثاني أكسيد الكربون (كل طن من ثاني أكسيد الكربون يعادل القيادة حوالي 4800 كم) ؛
- كل طن من الألمنيوم المعاد تدويره يحفظ خمسة أطنان من البوكسيت.
- يمكن لكل الألومنيوم المعاد تدويره توفير طاقة كافية لترك التلفزيون قيد التشغيل لمدة 3 ساعات.
تتكون عملية إعادة تدوير الألمنيوم أساسًا من التسخين حتى يذوب تمامًا ، عندما يتحول الألمنيوم إلى سائل. ثم يتم وضعها في قوالب لتوليد السبيكة ثم تبريدها حتى تصلب. لإعادة تدوير العلب ، يلزم إجراء فحص أولاً لإزالة الورق والبلاستيك وأي مواد أخرى غير الألمنيوم. بعد الفحص ، يتم سحق العلب لتأخذ مساحة أقل و "تذوب" بسرعة.
هناك بعض الأساطير حول إعادة تدوير الألمنيوم. واحد منهم يتعلق بتكوين الحلبة. وفقًا للقصة ، إذا ملأت زجاجة PET بسعة لتر واحد أو اثنين من الحلقات من العلب ، فستكون قيمتها أكثر من 100 ريال ، حيث ستحتوي الخاتم على معادن ثمينة ، مثل الذهب أو الفضة. هذه معلومات خاطئة. في الواقع ، قيمة الخاتم أقل من قيمة العلبة نفسها ، لأن تركيبتها منخفضة من الألمنيوم. هذا هو السبب في أن بعض المؤسسات تتلقى كميات كبيرة من الخواتم وتبيع المواد كمجموعة ، باستخدام المال لشراء الكراسي المتحركة. هذه قصة أخرى من القصص التي يتم تداولها وتثير الشكوك ، لكنها ليست أسطورة. في الواقع هناك مشاريع تعمل في هذا النوع من التبرعات.
- تعرف على المزيد في المقالة: "يمكن إحكام إغلاقها: إزالة أو عدم إزالتها من علبة الألومنيوم".
الألمنيوم في حياتك اليومية
الألمنيوم موجود بشكل كبير في الحياة اليومية للمجتمع. في الوقت الحالي ، سيكون من المستحيل الحفاظ على وتيرة التنمية الصناعية بدون هذا العنصر. تشكل جزءًا كبيرًا من الأشياء التي نستخدمها ونستهلكها: علب الصودا ومضادات التعرق والزجاج المضاد للرصاص وآليات تنقية المياه وأجنحة الطائرات وكذلك أدوات المطبخ مثل أدوات المائدة والمقالي. من المؤكد أن المعدات الإلكترونية التي تستخدمها لقراءة هذا النص تحتوي على الألومنيوم في بعض أجزائها.
في حالة الطعام ، يتفاعل الألمنيوم مع الهواء ويشكل طبقة واقية بالأكسجين ، مما يمنع انتقال الألمنيوم إلى الطعام. يُذكر أنه لا ينصح بصنفرة أو غسل الجزء الداخلي من أحواض الألمنيوم بالجزء الخشن من الإسفنج ، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى كسر هذه الحماية وترك الألومنيوم مكشوفًا. إذا حدث ذلك ، قم بغلي الماء لبضع دقائق ، قم بإزالة الماء ، ودون تجفيف المقلاة ، قم بتسخينه حتى يجف تمامًا.
تسمم
الألمنيوم هو العنصر الوحيد المتوفر في الطبيعة الذي ليس له وظيفة حيوية لأي نظام بيولوجي للكائن الحي ، وهو أمر غريب من وجهة نظر تطورية ، لأن الطبيعة بشكل عام تختار العناصر الأكثر وفرة باعتبارها حيوية للأنظمة البيولوجية. يعلق كريستوفر إكسلي ، أستاذ الكيمياء الحيوية العضوية والخبير في علم السموم البيئية للألمنيوم ، من جامعة كيلي في المملكة المتحدة: "ليس لدينا أي دليل على أن أي كائن حي يستخدم الألمنيوم بشكل فعال لأي غرض مفيد".
إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) والجمعية البرازيلية للألمنيوم (ABAL) والجمعية الأوروبية للألمنيوم (الألمنيوم الأوروبي) يدعي أن الألمنيوم ليس له سمية بالنسبة للأشخاص الأصحاء ، حيث أن المعدن له امتصاص معوي منخفض - الجزء الصغير الذي يتم امتصاصه يدخل في الدورة الدموية ، ويتم التخلص منه لاحقًا بواسطة الجهاز الكلوي.
ومع ذلك ، يمكن للأشخاص الذين يعانون من ضعف وظائف الكلى أو الفشل الكلوي المزمن والأطفال المبتسرين تراكم الألومنيوم في أجسامهم. في أنسجة العظام ، "تتبادل" المعادن مع الكالسيوم ، مما يسبب الحثل العظمي ، وفي أنسجة المخ يمكن أن يسبب اعتلال الدماغ. تصنف إدارة الغذاء والدواء أملاح الألمنيوم في الأطعمة واللقاحات على أنها "معترف بها عمومًا على أنها آمنة (GRAS)". في بعض اللقاحات ، تعتبر إدارة الغذاء والدواء أملاح الألومنيوم إضافات تعزز التأثيرات المرغوبة.
لا يتفق بعض العلماء والعلماء مع هذه العبارات ويحاولون إثبات الصلة المباشرة بين الألمنيوم والتفاعلات والأمراض المختلفة. على الرغم من عدم وجود دليل مباشر حتى الآن ، إلا أن هناك الكثير من الأدلة التي تربط الألمنيوم بمختلف أنواع الحساسية وسرطان الثدي وحتى مرض الزهايمر. تشير الدراسات إلى أن وجود الألمنيوم أكبر بكثير من المعتاد في هذه الحالات (الشيء الطبيعي هو عدم وجود الألمنيوم) ، ولكن لم تثبت أي دراسة أن الألمنيوم مرتبط بشكل مباشر بظهور هذه الأمراض ، أو إذا كانت المستويات العالية من الألمنيوم في هؤلاء المرضى هم نتيجة المرض.
