Хөнгөн цагааны тухай ойлголт: Цогц гарын авлага
Хөнгөн цагаан нь Al тэмдэгтэй, атомын дугаар 13- тай химийн элемент юм. Энэ нь мөнгөлөг цагаан, зөөлөн, соронзон бус металл юм. Хөнгөн цагаан бол дэлхийн царцдас дахь хамгийн элбэг байдаг гурав дахь элемент (хүчилтөрөгч, цахиурын дараа), хамгийн элбэг металл юм. Энэ нь царцдасын массын 8 орчим хувийг эзэлдэг. Хэдийгээр хөнгөн цагаан нь байгальд их хэмжээгээр агуулагддаг ч байгальд чөлөөтэй байдаггүй. Харин боксит гэх мэт ашигт малтмалд хөнгөн цагааны исэл болон холбогддог.
Физик ба химийн шинж чанарууд
Хөнгөн цагаан нь өвөрмөц шинж чанараараа алдартай бөгөөд энэ нь янз бүрийн хэрэглээнд маш их ашиг тустай болгодог. Үүний зарим гол шинж чанарууд нь:
- Хөнгөн жин: Хөнгөн цагаан нь бага нягттай буюу ган эсвэл зэсийн гуравны нэгтэй тэнцэх хэмжээтэй тул тээвэрлэлт, барилгын ажилд хамгийн тохиромжтой материал болдог.
- Зэврэлтэнд тэсвэртэй: Агаарт өртөх үед хөнгөн цагаан нь ил тод исэлдүүлэгч давхарга үүсгэдэг бөгөөд энэ нь металыг цаашдын исэлдэлтээс хамгаалдаг. Энэ шинж чанар нь идэмхий орчинд өртөхтэй холбоотой хэрэглээнд онцгой ач холбогдолтой болгодог.
- Дамжуулах чадвар: Энэ нь цахилгаан, дулааныг сайн дамжуулдаг тул цахилгаан дамжуулах шугам, дулаан солилцогчдод өргөн хэрэглэгддэг.
- Уян хатан чанар: Хөнгөн цагааныг хялбархан цутгаж, өнхрүүлж, шахаж, янз бүрийн хэлбэр, хэмжээгээр үйлдвэрлэх боломжтой.
- Дахин ашиглах боломжтой: Хөнгөн цагаан нь байгалийн шинж чанараа алдалгүйгээр 100% дахин боловсруулах боломжтой. Хөнгөн цагааныг дахин боловсруулахад анхны металлыг үйлдвэрлэхэд зарцуулсан эрчим хүчний ердөө 5%-ийг л шаарддаг.
Олборлолт ба үйлдвэрлэл
Хөнгөн цагааныг ихэвчлэн хөнгөн цагаан исэл гэж нэрлэдэг 30-50% хөнгөнцагааны исэл агуулсан бокситын хүдрээс гаргаж авдаг. Бокситоос хөнгөн цагаан гаргаж авах үйл явц нь хоёр үндсэн үе шатыг агуулдаг.
- Байерын процесс: Энэ нь бокситыг идэмхий натри, шохойн халуун уусмал ашиглан хөнгөн цагаан исэл болгон цэвэршүүлэх эхний алхам юм. Химийн урвал дараах байдалтай байна: \( \textrm{Ал}_2\textrm{О}_3 + 2\textrm{NaOH} \rightarrow 2\textrm{NaAlO}_2 + \textrm{Х}_2\textrm{О} \)
- Электролитийн бууралт: Хоёр дахь алхам болох Холл-Хероултын процесст хөнгөн цагааны ислийг хайлсан криолитод уусгаж, дараа нь электролитийн аргаар цэвэр хөнгөн цагаан металл болгон бууруулна. Энэ урвалын химийн тэгшитгэлийг: \( 2\textrm{Ал}_2\textrm{О}_3 + 3\textrm{C} \rightarrow 4\textrm{Ал} + 3\textrm{CO}_2 \)
Хөнгөн цагааны хэрэглээ
Олон талт байдлаас шалтгаалан хөнгөн цагааныг янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг.
- Тээвэрлэлт: Хөнгөнцагаан нь өндөр бат бэх жингийн харьцаатай тул нисэх онгоц, автомашин, унадаг дугуй, далайн хөлөг онгоцонд өргөн хэрэглэгддэг.
- Сав баглаа боодол: Хоргүй, зэврэлтэнд тэсвэртэй тул лааз, тугалган цаас, лонхны таг зэрэг сав баглаа боодлын материалд ашигладаг.
- Барилга: Хөнгөн цагааныг бат бөх, хөнгөн жинтэй тул цонх, хаалга, фасадны барилгын материалд ашигладаг.
- Цахилгаан: Маш сайн дамжуулалт нь цахилгаан дамжуулах шугамд ашиглахад тохиромжтой.
- Өргөн хэрэглээний бараа: Хөнгөн цагаан нь үйлдвэрлэхэд хялбар, өнгө үзэмж сайтай тул гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэлээс гар утас, компьютер зэрэг өргөн хүрээний бүтээгдэхүүнд байдаг.
Байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл ба дахин боловсруулалт
Бокситийн хүдрээс хөнгөн цагаан үйлдвэрлэх нь ойн хомсдол, усны бохирдол, хүлэмжийн хийн ялгарал зэрэг байгаль орчинд ихээхэн нөлөө үзүүлдэг. Гэсэн хэдий ч хөнгөн цагааныг дахин боловсруулах чадвар нь эдгээр нөлөөллийн заримыг багасгадаг. Хөнгөн цагааныг дахин боловсруулах нь түүхий бокситоос хөнгөн цагаан үйлдвэрлэхэд шаардагдах эрчим хүчний 95 орчим хувийг хэмнэдэг. Энэ үйл явц нь хөнгөн цагааны хаягдлыг цуглуулж, ангилж, дараа нь зууханд хайлуулж, шинэ хөнгөн цагаан бүтээгдэхүүн болгон хувиргадаг.
Хөнгөн цагаантай хийсэн туршилтууд
Хөнгөн цагааныг бүрэн олборлоход лабораторийн өргөн хүрээний тоног төхөөрөмж шаардлагатай байдаг ч зарим энгийн туршилтууд нь хөнгөн цагааны шинж чанарыг харуулж чадна:
- Зэврэлтээс хамгаалах чадвар: Хөнгөн цагаан тугалган цаасыг давстай усны уусмалд хийж, цаг хугацааны явцад ажигласнаар металыг цаашид зэврэлтээс хамгаалах ислийн давхарга үүсч байгааг харж болно.
- Дамжуулах чадварын туршилт: Хөнгөн цагаан тугалган цаасыг зай болон жижиг чийдэнтэй холбох нь хөнгөн цагааны цахилгаан дамжуулах чадварыг харуулж чадна.
Орчин үеийн нийгэм дэх хөнгөн цагааны ач холбогдол
Хөнгөн цагаан нь орчин үеийн нийгэмд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Түүний элбэг дэлбэг байдал, хөнгөн жинтэй, удаан эдэлгээтэй, дахин ашиглах боломжтой зэрэг өвөрмөц шинж чанаруудтай хослуулан олон салбарт чухал материал болгодог. Хөнгөн цагаан нь сансар огторгуйн хамгийн сүүлийн үеийн хэрэглээнээс эхлээд өдөр тутмын хэрэглээний бүтээгдэхүүн хүртэл бидний цаг үеийн технологийн болон тогтвортой дэвшилд ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг.
Дүгнэлт
Эцэст нь хэлэхэд хөнгөн цагаан нь гайхалтай уян хатан, өргөн хэрэглэгддэг металл гэдгээрээ ялгардаг. Бокситийн хүдэрт уяхаас эхлээд бидний өдөр тутмын амьдралын үндсэн хэсэг болох хүртэлх зам нь материаллаг шинжлэх ухаанд хүн төрөлхтний ур чадварын үлгэр жишээ юм. Дахин боловсруулахад хялбар байдлаар онцолсон тогтвортой байдлын тал нь хөнгөн цагааны үйлдвэрлэл, технологи, байгаль орчныг хамгаалах ирээдүйн хөгжилд гол үүрэг гүйцэтгэсээр байх болно.
