【شیمی تجزیه و صنایع فلزی】 | دقیق شیمی آزما

شیمی تجزیه و صنایع فلزی

معرفی صنایع فلزی (Metal Industry)

فلزات به دلیل دارا بودن خواصی مثل استحکام، قابلیت ماشین کاری و شکل پذیری، هدایت گرمایی و الکتریکی و غیره از یک سو و از سوی دیگر به دلیل فراوانی، صرفه اقتصادی و قابلیت برگشت در چرخه بازیافت، همواره مورد توجه جوامع بشری بوده اند. خصوصیات متفاوت و گسترده فلزات باعث شده که همیشه به عنوان عضو جدایی ناپذیری از زندگی روزمره انسان مطرح باشند. سهم بالای فلزات در پیشرفت  بشر باعث اهمیت صنعت فلز است. صنعت فلزی به عنوان یک صنعت مادر، با دیگر بخش های صنعتی از جمله ساختمان سازی، صنعت ماشین، الکتریسیته و مهندسی مکانیک ارتباط نزدیک دارد.

صنایع فلزی یکی از مهم ترین بخش های زنجیره ارزش صنعتی است و فلز یک ماده اساسی برای بخش های قابل توجهی مانند خودرو و هوا فضا است که در صنایع امروزی قطب اصلی نوآوری و رشد اقتصادی است. قطعات ساخته شده فلزی از فولاد و آهن مورد استفاده در مصالح ساختمانی و قطعات خودرو، آلومینیوم مورد استفاده در بسته بندی تا تیتانیوم مورد استفاده در قطعات الکترونیکی در بخش های مختلف صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. 

کاربرد فلزات و آلیاژها به شرایط محیطی از قبیل درجه حرارت، رطوبت و فشار فضای اطراف بستگی دارد، که این عوامل سبب تغییر قدرت مکانیکی فلز می شود و استفاده از آن را محدود می کند. یکی از معضلات مهم در صنایع فلزی خوردگی است که سالیانه میلیاردها ریال خسارت ناشی از فرسودگی انواع قطعات فلزی به خصوص در صنایع ماشین سازی و قالب سازی به اقتصاد کشور تحمیل می شود.

آماده سازی سطح فلز به منظور اصلاح خواص آنها برای حفاظت در برابر خوردگی، مقاومت سایشی، بهبود چسبندگی رنگ یا پوشش نوری برای چاپ، روانکاری بهتر و اصلاح خواص الکتریکی آنها امری ضروری است. اصلاح سطح فلزات، نقشی ارزشمند در افزایش طول عمر فلزات به کار رفته در بدنه خودرو، مواد ساختمانی، ایمنی تجهیزات و کاهش مواد خام مصرفی صنعت دارد.

عملیات آماده سازی، به منظور بهبود خواص سطحی فلزات، بر روی آنها انجام می شود. این فرآیند علاوه بر بهبود عملکرد، قدرت چسبندگی و مقاومت در برابر خوردگی، انجام عملیات مکانیکی بر روی فلز را نیز آسان می سازد.

بیشتر بخوانید: شیمی تجزیه چیست؟

تاریخچه صنعت فلز

فلزات از نظر علمی تا قرن نوزدهم مورد بررسی قرار نمی گرفتند؛ا ما ریشه های علم متالورژی به بیش از 6000 سال قبل از آن برمی گردد. در عصر حجر مردم کشف کردند برخی از سنگ ها دارای قطعات طلا هستند و که می تواند به عنوان معیار ارزش و برای جواهرات و زیور آلات مورد استفاده قرار گیرد. در حدود 4300 سال قبل از میلاد، مردم ذوب کردن فلزات و تبدیل به اشکال قابل استفاده مانند سلاح را آموختند و دریافتند که با مخلوط کردن فلزات با یکدیگر مانند مخلوط کردن مس و قلع و ساخت برنز، می توانند آن ها را از نظر کیفی بهبود دهند. این فلزات مخلوط آلیاژ نامیده می شود. 

اهمیت صنایع فلزی

یکی از عوامل پیشرفت تکنولوژیکی یک کشور الگوی استفاده از فولاد و مصرف سرانه فولاد در داخل آن کشور است. فولاد و مواد غیر آهنی نیازهای صنایع پایه ای هر کشور را تامین می کنند. از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

ساخت و ساز، خودرو، مهندسی مکانیک و برق، هوا فضا، تجهیزات پزشکی

مصرف صنایع فلزی از جمله فولاد به پیشرفت در صنایع پایه ای اشاره دارد که تاثیر زیادی در همه جهات از جمله صنعت، اقتصاد و تکنولوژی های به روز در یک کشور دارد.

طبقه بندی فلزات در صنایع فلزی

تعداد زیادی فلز در طبیعت وجود دارد  که می توان آن ها را به روش های مختلف طبقه بندی کرد:

1- طبقه بندی بر اساس آهن

متداول ترین روش برای طبقه بندی فلزات در صنایع فلزی بر اساس محتوای آهن است. اگر یک فلز حاوی آهن باشد، به عنوان فلز آهنی شناخته می شود. آهن ویژگی های مغناطیسی به مواد می دهد و هم چنین آن ها را مستعد خوردگی می کند. فلزاتی که آهن ندارند، فلزات غیر آهنی نامیده می شوند. این فلزات هیچ خاصیت مغناطیسی ندارند مثل آلومینیوم، سرب، برنج، مس و روی. فلزات غیر آهنی برای صنایع تولیدی، پایداری و رشد اقتصادی کشورها حائز اهمیت هستند و در بخش های مختلفی مثل خودرو، هوا فضا و ساختمان استفاده می شوند و جایگزینی ندارند.

2-طبقه بندی بر اساس ساختار اتمی

فلزات را می توان بر اساس ساختار اتمی آن ها طبق جدول تناوبی طبقه بندی کرد. در این روش یک فلز ممکن است به عنوان قلیایی، قلیایی خاکی یا فلز انتقالی شناخته شود. فلزات متعلق به هر گروه در واکنش با عناصر دیگر رفتار مشابهی دارند؛بنابراین، دارای خواص شیمیایی مشابهی هستند.

3-فلزات مغناطیسی و غیر مغناطیسی

روش دیگر برای تقسیم بندی فلزات در صنایع فلزی بررسی نحوه تعامل آن ها با آهن ربا است.

با این روش می توان فلزات را به ۲ دسته مغناطیسی و غیر مغناطیسی تقسیم کرد. در این دسته بندی فلزات فرو مغناطیسی به شدت جذب آهن ربا شده و فلزات مغناطیسی فقط فعل و انفعالات ضعیفی را از خود نشان می دهند. در نهایت، گروهی از فلزات با نام فلزات دیا مغناطیسی شناخته می شوند که دافعه نسبتا ضعیفی نسبت به آهن ربا دارند.

4-فلزات مخلوط یا آلیاژها

تمام فلزات در برخی از خصوصیات مکانیکی مشابه یکدیگر هستند؛ اما اگر از نزدیک ارزیابی شوند، فلزات از نظر خواص نسبت به فلز دیگر کمی تفاوت دارند. می توان هنگام ایجاد آلیاژها با مخلوط کردن عناصر خالص، خصوصیات را تغییر داد. در زمان انتخاب فلز برای یک کاربرد خاص، فاکتورهای متنوع و متفاوتی وجود دارد.

برخی از فاکتورها شامل موارد زیر هستند:

نقطه ذوب، هزینه، سهولت ماشینکاری، ضریب ایمنی کافی، فضای موجود، ضریب دما، رسانایی گرمایی و الکتریکی، تراکم

با ترکیب فلزات و خواص آن ها و استخراج آلیاژ مناسب می توان به فاکتورهای مورد نیاز در ساخت محصول نهایی دست پیدا کرد.

معرفی محصولات مواد شیمیایی صنایع فلزی 

روانکارها (Lubricants)

1-مواد موردنیاز شکل دهی فلزات (مورد استفاده در فرآیند کشش عمیق، خمکاری، برشکاری، پرسکاری و غیره)

2-سیال های مربوط به فلزکاری/ برشکاری مورد استفاده در ماشینکاری (مانند سوراخ کردن، تراشکاری و غیره) و سنگ زنی

3-روغن های مهار خوردگی سطح فلزات

4-محصولات مورد نیاز برای انجام عملیات روی سطح فلزات (Surface Treatment Products)

چربی زداها / پاک کننده ها (Degreasing Agents / Cleaners): 

برای حذف هر گونه آلودگی، روغن، ذرات فلزی و گرد و غبار باقی مانده بر روی سطح فلزات.

عامل های اچ کردن/ پیکلینگ (Etching / Pickling Agent & Inhibitors) و بازدارنده ها: 

پیکلینگ یک نوع فرآیند اسیدشویی است که به کمک محلولی مناسب از اسیدهای معدنی، برای حذف پوسته های اکسیدی ایجاد شده بر روی سطح فلزات انجام می گیرد. بازدارنده ها موادی هستند که برای حفاظت سطح تمیز شده، کاهش هدر رفت اسید و جلوگیری از خوردگی حفره ای در فلزات مورد استفاده قرار می گیرند.

محصولات آماده سازی سطح فلزات (Pretreatment Products)

فسفاته کننده ها (Phosphating Products): 

با تشکیل یک لایه فسفات یکنواخت بر روی سطح فلز، چسبندگی بسیار خوب برای ایجاد پوشش های ثانویه، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و اصطکاک لغزشی را تامین می کنند.

پوشش های تبدیلی (Conversion Coatings): 

محصولات بر پایه فناوری نانو (این محصولات برای آماده سازی سطح در سیستم های چند فلزی مورد استفاده قرار می گیرند. پوشش های تبدیلی نازک ایجاد شده بر روی سطح فلزات و آلیاژهای آنها، جایگزینی مناسب برای رنگ آمیزی سطح فلزات به منظور جلوگیری از خوردگی هستند).

عوامل رویین (غیرفعال) کننده سطح (Passivation Agents)

1-محصولات مورد استفاده پس از فسفاته کردن

2-مواد پسیو (رویین) کننده موقت سطح استیل و چدن در مخازن ذخیره

3-مواد رویین کننده سطح استیل گالوانیزه، برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی طی فرآیند ذخیره و حمل و نقل

بیشتر بخوانید: روش تست جارتست و کاربردهای آن

عوامل منعقد کننده رنگ (Paint Coagulation Agents): 

محصولات قابل استفاده در انواع کارخانجات رنگ (مانند رنگ های پایه حلال و پایه آب)

پاک کننده های رنگ (Paint - Stripper): 

محصولاتی برای حذف رنگ از سطوح فلزات (مثل پاک کننده های پایه پودری، پلی استری و غیره)