เกี่ยวกับอลูมิเนียม

พื้นฐาน

อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีสีเงิน น้ำหนักเบาแต่มีความแข็งแรง นอกจากนี้ยังมีความยืนหยุ่นทำให้สามารถนำไปรีดเป็นแผ่นบางๆได้ อลูมิเนียมเป็นธาตุที่มีปริมาณมากเป็นอันดับที่ 3 ที่อยู่ในเปลือกโลก โดยมีประมาณ 8 % โดยน้ำหนัก ส่วน 2 อันดับแรกคือ ซิลิกอน และ ออกซิเจน อลูมิเนียมถูกนำไปใช้ได้มากมาย ทั้งในครัวเรือนและในอุตสาหกรรม และเป็นโลหะที่ใกล้ชิดกับผู้คนทั่วไป

ชื่อ

อลูมิเนียมเป็นโลหะที่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นได้ดี ดังนั้นเราจึงไม่พบอลูมิเนียมในรูปของโลหะบริสุทธิ์ในธรรมชาติ ในอดีตไม่เคยมีใครรู้จักอลูมิเนียมในรูปโลหะบริสุทธิ์ แม้ว่าจะมีนักวิทยาศาสตร์หลายคนเคยทำนายว่ามีโลหะอลูมิเนียมอยู่ในโลกนี้ จากการที่ได้ศึกษาสารประกอบของอลูมิเนียม จนกระทั่งในช่วงกลางของทศวรรษ คศ.1820 จึงมีการผลิตอลูมิเนียมในรูปโลหะบริสุทธิ์โดยนักเคมีและฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ที่ชื่อว่า ฮานส์ คริสเตียน ออร์สเตด (Hans Christian Oersted) และนักเคมีชาวเยอรมันที่ชื่อว่า เฟอเดอริค โวเลอร์ (Frederich Wohler) โดยทั้ง 2 ท่านนี้ต่างคนต่างผลิตได้ในช่วงเดียวกันพอดี
ชื่ออลูมิเนียม (aluminium) มาจากคำว่า อลูเมน (alumen) ซึ่งเป็นภาษาลาตินของคำว่า อลัม (alum) ซึ่งเป็นชื่อของแร่อลูมิเนียมซัลเฟต (aluminium sulfate) ในประเทศอเมริกาจะนิยมเรียกว่า อลูมินัม (aluminum) ในขณะที่ส่วนอื่นๆของโลกจะเรียกอลูมิเนียม (aluminium)

อลูมิเนียมและบอกไซต์ (Bauxite)

เราจะไม่มีทางพบอลูมิเนียมในรูปโลหะบริสุทธิ์ในธรรมชาติ เนื่องจากว่าอลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับน้ำและอากาศกลายเป็นสารประกอบออกไซด์ และไฮดรอกไซด์ที่เป็นผง แร่ต่างๆโดยทั่วไป เช่น เฟลสปาร์ (Feldspars) ถึงแม้ว่าจะมีอลูมิเนียมรวมอยู่ด้วย แต่การสกัดเอาอลูมิเนียมออกจากแร่เหล่านี้ จะสิ้นเปลืองพลังงานอย่างมาก ดังนั้นจึงแพงมาก
แร่ที่มีอลูมิเนียมจำนวนมากคือ บอกไซต์ ซึ่งประกอบด้วยแร่ที่คล้ายๆกัน ที่มีอลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำรวมอยู่ (Hydrated aluminium oxide) ได้แก่ จิบบ์ไซต์ (gibbsite) (Al(OH) 3), เดียสปอร์ (diaspore) (AlO(OH)), และ โบฮ์ไมต์ (boehmite) (AlO(OH)) จากการที่บอกไซต์เป็นส่วนผสมของแร่ธาตุต่างๆ ดังนั้นในความเป็นจริงแล้วบอกไซต์ ก็คือ หินชนิดหนึ่งไม่ใช่แร่ธาตุ บอกไซต์มีสีน้ำตาลแดง , ขาว , น้ำตาลและเหลืองน้ำตาล มีลักษณะด้านๆคล้ายดินเหนียว บอกไซต์เกิดจากการที่ซิลิกาในหินที่มีอลูมิเนียมอยู่มาก ( หินที่มีปริมาณเฟลสปาร์อยู่สูง) ถูกชะล้างออกไป
กระบวนการทางภูมิอากาศนี้จะเกิดขึ้นในแถบเส้นศูนย์สูตร (tropical) และกึ่งเส้นศูนย์สูตร (subtropical) ทางเลือกอื่นในวันข้างหน้าคือ ดินเหนียวคาโอลิน (kaolin clay) , หินน้ำมัน (oil shales) หรือแม้กระทั่งกากถ่านหิน แต่ตราบใดที่ปริมาณบอกไซต์ยังมีเพียงพอ และต้นทุนการผลิตอลูมิเนียมยังต่ำอยู่การนำทางเลือกอื่นเหล่านี้มาใช้จะยังเป็นแค่การทดลองเท่านั้น

แหล่งที่มาของอลูมิเนียม

ออสเตรเลียมีการทำเหมืองบอกไซต์มากกว่า 40 % ของทั้งโลก รองลงไปก็มี บราซิล , กินี และจาไมกาที่เป็นผู้ผลิตที่สำคัญ นอกจากนี้ยังมีประเทศที่ผลิตไม่มากนักอีกประมาณ 20 ประเทศ ในขณะที่อเมริกาเองเคยเป็นผู้ผลิตที่สำคัญเมื่อ 100 ปีที่แล้วแต่ปัจจุบันไม่มีแล้ว
หลังจากได้บอกไซต์มาแล้ว จะมีการนำมาผ่านกระบวนการจนได้เป็น อลูมินา (alumina) หรือ อลูมิเนียมออกไซด์ ลักษณะเป็นเม็ดกลมสีขาว บางครั้งโรงงานผลิตอลูมินาก็อยู่ใกล้กับเหมืองบอกไซต์ บางครั้งก็อยู่ห่างกัน อลูมินาเบากว่าบอกไซต์เพราะว่าน้ำจะถูกแยกออกมา ผู้ผลิตอลูมินาที่ใหญ่ที่สุดคือ ออสเตรเลีย , อเมริกา และจีน ในอเมริกาบอกไซต์จะถูกนำเข้าจากประเทศอื่นทั้งหมด
หลังจากได้อลูมินามาแล้ว จะนำมาสกัดเป็นโลหะอลูมิเนียมซึ่งโดยปกติแล้วจะทำกันในประเทศอุตสาหกรรม ที่มีกระแสไฟฟ้าจากพลังน้ำที่มากพอและไม่แพง กระบวนการที่ใช้กันเรียกว่า กระบวนการ Hall-Heroult ซึ่งได้มาจากชื่อของผู้คิดค้นกระบวนการนี้ 2 ท่าน ซึ่งและท่านต่างคิดค้นกันเองได้พร้อมกัน ในปี คศ. 1866 ท่านหนึ่งเป็นชาวอเมริกาชื่อ Charles Hall อีกท่านหนึ่งเป็นชาวฝรั่งเศษชื่อ Paul L.T. Heroult ในกระบวนนี้อลูมินาจะถูกละลายในคริโอไลท์หลอมเหลว ( คริโอไลท์ คือ อลูมิเนียมฟลูออไรด์ อย่างหนึ่ง, Na 3AlF 6) จากนั้นอลูมิเนียมที่เป็นโลหะจะถูกแยกออกมาจากอลูมินาด้วยวิธีการทางไฟฟ้า (electrolysis) กระบวนการแบบนี้ยังคงเป็นวิธีการเดียวที่ใช้ในการสกัดเอาอลูมิเนียมในรูปโลหะออกจาก อลูมินาที่ใช้ในเชิงพาณิชย์
แม้ว่าจะมีความพยายามที่จะหาวิธีการอื่นมาทดแทนก็ตาม ผู้ผลิตโลหะอลูมิเนียมจากอลูมินาที่ใหญ่ที่สุดคือ รัสเซีย , จีน , อเมริกา และ แคนาดา ประเทศเหล่านี้มีกระแสไฟฟ้าจากพลังน้ำมากมาย รองลงไปก็มีอีกกว่า 40 ประเทศ รวมทั้ง นอร์เวย์ , ไอซ์แลนด์ , สวิตเซอร์แลนด์ , ทาจิกิสถาน และนิวซีแลนด์ ซึ่งประเทศเหล่านี้ถึงแม้จะมีขนาดเล็กแต่ประกอบไปด้วยภูเขาและมีแม่น้ำหลายสาย ทำให้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังน้ำได้ นอกจากนี้ก็มีพื้นที่ส่วนอื่นในโลกนี้ที่มีกระแสไฟฟ้าที่ถูกและมากพอ เช่น แถบตะวันออกกลางก็กำลังขยายกำลังการผลิตเช่นเดียวกัน
นอกจากการผลิตโลหะอลูมิเนียมจากอลูมินาแล้ว ก็ยังมีอีกแหล่งหนึ่งที่สำคัญในประเทศพัฒนาแล้วนั่นก็คือ การรีไซเคิล (recycle) จากผลิตภัณฑ์ที่ทำจากอลูมิเนียม เช่น กระป๋องอลูมิเนียม

การนำไปใช้

ประมาณ 85 % ของบอกไซต์ที่ขุดมาทั้งโลกจะถูกนำไปผลิตอลูมินาสำหรับการสกัดเป็นโลหะอลูมิเนียม อีก 10 % จะนำไปผลิตอลูมินาสำหรับใช้ในผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวกับเคมี , การขัด และอิฐทนไฟ ที่เหลืออีก 5% จะนำไปทำวัสดุที่ใช้ในการขัด , วัสดุทนไฟ และสารประกอบอลูมิเนียม สำหรับโลหะอลูมิเนียมจะถูกนำไปใช้ในวงการ การขนส่ง , บรรจุภัณฑ์ เช่น กระป๋องเครื่องดื่ม , การก่อสร้างอาคาร , เครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น คุณสมบัติที่เป็นข้อดีของโลหะอลูมิเนียมก็คือ มีน้ำหนักเบา , มีความแข็งแรง , มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี และไม่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์