فلز تلوریوم: ویژگی ها و کاربردها
تلوریوم، یکی از عناصر کمیاب و ناشناخته در جدول تناوبی، به عنوان یک فلز واسطه با خواص منحصر به فرد شناخته می شود. این عنصر که در دسته ی شبه فلزات قرار می گیرد، هم ویژگی های فلزی و هم غیرفلزی را داراست. تلوریوم به دلیل کاربردهای گسترده در صنایع مختلف، از جمله تولید آلیاژهای فولادی، سلول های خورشیدی و فناوری های الکترونیکی، اهمیت ویژه ای دارد. در این مقاله، به بررسی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی تلوریوم، تاریخچه کشف آن، روش های تولید و کاربردهای صنعتی این عنصر می پردازیم.
ویژگی های تلوریوم
تلوریوم با نماد شیمیایی Te و عدد اتمی ۵۲، در دسته ی شبه فلزات قرار می گیرد. این عنصر دارای ویژگی های منحصر به فردی است که آن را از دیگر عناصر متمایز می کند. در ادامه به برخی از مهم ترین ویژگی های فیزیکی و شیمیایی تلوریوم اشاره می شود:
- نماد اتمی: Te
- عدد اتمی: ۵۲
- دسته بندی عنصر: شبه فلز
- چگالی: ۶٫۲۴ گرم بر سانتی متر مکعب
- نقطه ذوب: ۴۴۹٫۵۱ درجه سانتی گراد (۸۴۱٫۱۲ درجه فارنهایت)
- نقطه جوش: ۹۸۸ درجه سانتی گراد (۱۸۱۰ درجه فارنهایت)
- سختی موس: ۲٫۲۵
تلوریوم به صورت خالص به رنگ نقره ای و شکننده است. این عنصر یک نیمه هادی است که در مواجهه با نور، رسانایی بیشتری از خود نشان می دهد. همچنین، تلوریوم به طور طبیعی در پوسته زمین بسیار کمیاب تر از طلا یافت می شود و استخراج آن عمدتاً به عنوان محصول جانبی از سنگ های معدنی مس انجام می گیرد. با وجود کمیابی، قیمت تلوریوم به دلیل محدودیت کاربردهای آن، بسیار پایین تر از فلزات گران بها مانند طلا و پلاتین است.
تاریخچه کشف و کاربردهای اولیه
تلوریوم برای اولین بار در سال ۱۷۸۲ توسط فرانتس-یوزف مولر فون رایشنشتاین، دانشمند اتریشی، در حین مطالعه نمونه های طلای منطقه ترانسیلوانیا کشف شد. او در ابتدا تصور می کرد که این عنصر، آنتیموان است. دو دهه بعد، در سال ۱۸۰۲، شیمیدان آلمانی مارتین هاینریش کلاپروت موفق به جداسازی تلوریوم شد و آن را تلوس نامید که در زبان لاتین به معنای "زمین" است.
یکی از ویژگی های جالب تلوریوم، توانایی آن در تشکیل ترکیبات با طلا است. این خاصیت منحصر به فرد، نقش مهمی در تب طلای قرن نوزدهم در غرب استرالیا ایفا کرد. ترکیب تلوریوم و طلا به نام کالاوریت، در ابتدا به اشتباه به عنوان "طلای احمق ها" شناخته می شد و بی ارزش تلقی می گشت. حتی از این ترکیب برای پر کردن چاله های خیابان ها استفاده می شد. اما زمانی که مشخص شد طلا به راحتی از این ترکیب قابل استخراج است، جویندگان طلا شروع به کندن خیابان های شهر کالگورلی برای یافتن کالاوریت کردند.
در سال ۱۸۸۷، شهر کلمبیا در ایالت کلرادو، پس از کشف طلا در معادن منطقه، نام خود را به تلوراید تغییر داد. جالب اینجاست که سنگ های طلای کشف شده در این منطقه، حاوی ترکیبات تلوریوم نبودند.
با این حال، کاربردهای تجاری تلوریوم تا قرن بیستم توسعه نیافت. در دهه ۱۹۶۰، ترکیب تلوریوم-بیسموت به عنوان یک ماده نیمه هادی و ترموالکتریک در سیستم های خنک کننده مورد استفاده قرار گرفت. همزمان، تلوریوم به عنوان یک افزودنی متالورژیکی در فولاد و آلیاژهای فلزی نیز استفاده شد. تحقیقات روی سلول های فتوولتائیک کادمیوم-تلوریوم (CdTe) که از دهه ۱۹۵۰ آغاز شده بود، در دهه ۱۹۹۰ به پیشرفت های تجاری قابل توجهی دست یافت. افزایش تقاضا برای این عنصر، به ویژه پس از سال ۲۰۰۰ و با توجه به سرمایه گذاری در فناوری های انرژی جایگزین، نگرانی هایی را در مورد محدودیت منابع تلوریوم ایجاد کرده است.
روش های تولید تلوریوم
تلوریوم عمدتاً به عنوان یک محصول جانبی در فرآیندهای استخراج و پالایش فلزات دیگر، به ویژه مس، تولید می شود. در ادامه به مراحل اصلی تولید تلوریوم اشاره می شود:
منابع اصلی تلوریوم
تلوریوم عمدتاً از لجن آند که در طی فرآیند پالایش الکترولیتی مس جمع آوری می شود، استخراج می گردد. این لجن ها حاوی ترکیباتی از سلنیدها و تلوریدها هستند که معمولاً بیش از ۵٪ تلوریوم دارند. سایر منابع تلوریوم شامل گرد و غبار و گازهای تولید شده در طی ذوب سرب، بیسموت، طلا، نیکل و پلاتین است.
فرآیند تولید
- برشته کردن: لجن آند با سدیم کربنات در دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد (۹۳۲ درجه فارنهایت) برشته می شود تا تلوریدها به سدیم تلوریت تبدیل شوند.
- شست وشو: تلوریت ها با استفاده از آب از مواد باقی مانده شسته می شوند و به دی اکسید تلوریوم (TeO2) تبدیل می گردند.
- کاهش: دی اکسید تلوریوم با استفاده از دی اکسید گوگرد در اسید سولفوریک به فلز تلوریوم کاهش می یابد.
- تصفیه: فلز تلوریوم به دست آمده با استفاده از فرآیند الکترولیز تصفیه می شود تا خلوص آن افزایش یابد.
تولید جهانی
آمار دقیقی از تولید جهانی تلوریوم در دسترس نیست، اما تخمین زده می شود که تولید سالانه آن در حدود ۶۰۰ تن باشد. کشورهای اصلی تولیدکننده تلوریوم شامل ایالات متحده آمریکا، ژاپن و روسیه هستند. پرو نیز تا قبل از تعطیلی معدن و تأسیسات متالورژیکی لا اورویا در سال ۲۰۰۹، یکی از تولیدکنندگان بزرگ تلوریوم بود.
شرکت های اصلی تصفیه کننده
- آسارکو (ایالات متحده آمریکا)
- اورالکترومد (روسیه)
- اومیکور (بلژیک)
- 5N Plus (کانادا)
با توجه به استفاده گسترده از تلوریوم در کاربردهای غیرمتمرکز (مانند سلول های خورشیدی)، بازیافت این عنصر هنوز بسیار محدود است و چالش های اقتصادی و فنی زیادی در این زمینه وجود دارد.
کاربردهای صنعتی و الکترونیکی
تلوریوم به دلیل خواص منحصر به فرد خود، کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف، از جمله متالورژی، الکترونیک و انرژی های تجدیدپذیر دارد. در ادامه به برخی از مهم ترین کاربردهای این عنصر اشاره می شود:
کاربردهای متالورژیکی
- افزایش قابلیت ماشین کاری: حدود نیمی از تلوریوم تولیدی سالانه در آلیاژهای فولاد و آهن استفاده می شود تا قابلیت ماشین کاری این مواد را بهبود بخشد.
- آلیاژهای مس و سرب: تلوریوم به مس افزوده می شود تا بدون کاهش رسانایی الکتریکی، قابلیت ماشین کاری آن را افزایش دهد. همچنین، افزودن تلوریوم به سرب باعث بهبود مقاومت آن در برابر خستگی می شود.
کاربردهای شیمیایی
- تولید لاستیک: تلوریوم به عنوان یک عامل ولکانیزه کننده و شتاب دهنده در تولید لاستیک استفاده می شود.
- تولید الیاف مصنوعی و پالایش نفت: این عنصر به عنوان کاتالیزور در تولید الیاف مصنوعی و فرآیندهای پالایش نفت به کار می رود.
کاربردهای الکترونیکی و انرژی های تجدیدپذیر
- سلول های خورشیدی: ترکیب کادمیوم-تلوریوم (CdTe) در ساخت سلول های فتوولتائیک استفاده می شود که یکی از کارآمدترین فناوری های انرژی خورشیدی محسوب می شوند.
- تصویربرداری حرارتی: ترکیب جیوه-کادمیوم-تلوریوم در ساخت حسگرهای تصویربرداری حرارتی به کار می رود.
- تراشه های حافظه تغییر فاز: تلوریوم در ساخت تراشه های حافظه ای که از تغییر فاز مواد برای ذخیره سازی داده ها استفاده می کنند، به کار می رود.
- سنسورهای مادون قرمز: این عنصر در ساخت سنسورهای مادون قرمز که در کاربردهای امنیتی و نظامی استفاده می شوند، نقش دارد.
- دستگاه های خنک کننده ترموالکتریک: ترکیبات تلوریوم در ساخت دستگاه های خنک کننده ترموالکتریک که بدون نیاز به قطعات متحرک کار می کنند، استفاده می شوند.
- موشک های هدایت شونده حرارتی: تلوریوم در ساخت موشک هایی که به دنبال منبع حرارتی هدف حرکت می کنند، به کار می رود.
سایر کاربردها
- فیتیله های انفجاری: تلوریوم در ساخت فیتیله های انفجاری استفاده می شود.
- رنگ های شیشه و سرامیک: این عنصر به عنوان رنگ دانه در تولید شیشه و سرامیک ها برای ایجاد سایه های آبی و قهوه ای به کار می رود.
- دی وی دی ها و دیسک های بلو-ری قابل بازنویسی: تلوریوم ساب اکسید در ساخت دی وی دی ها و دیسک های بلو-ری قابل بازنویسی استفاده می شود.
با توجه به کاربردهای متنوع و ارزشمند تلوریوم، این عنصر نقش مهمی در پیشرفت فناوری های مدرن ایفا می کند. با این حال، محدودیت منابع و چالش های بازیافت آن، نیاز به مدیریت دقیق و توسعه روش های جدید استخراج و بازیافت را بیش از پیش ضروری ساخته است.
تولیدکنندگان اصلی تلوریوم در جهان
تلوریوم به عنوان یک محصول جانبی از فرآیندهای استخراج و پالایش فلزات دیگر، عمدتاً توسط کشورها و شرکت هایی تولید می شود که در صنایع مس و فلزات پایه فعالیت می کنند. در ادامه به برخی از تولیدکنندگان اصلی تلوریوم در جهان اشاره می شود:
کشورهای پیشرو در تولید تلوریوم
- ایالات متحده آمریکا: یکی از بزرگ ترین تولیدکنندگان تلوریوم در جهان است که بخش عمده ای از تولید خود را از معادن مس تأمین می کند.
- ژاپن: این کشور نیز با استفاده از فناوری های پیشرفته، بخش قابل توجهی از تلوریوم جهان را تولید می کند.
- روسیه: روسیه با دارا بودن منابع غنی معدنی، یکی از تولیدکنندگان اصلی تلوریوم در جهان است.
شرکت های اصلی تصفیه کننده تلوریوم
- آسارکو (Asarco): این شرکت آمریکایی یکی از بزرگ ترین تولیدکنندگان و تصفیه کنندگان تلوریوم در جهان است.
- اورالکترومد (Uralectromed): این شرکت روسی نیز از تولیدکنندگان عمده تلوریوم است که بخشی از نیازهای جهانی را تأمین می کند.
- اومیکور (Umicore): این شرکت بلژیکی در زمینه تولید و تصفیه فلزات کمیاب، از جمله تلوریوم، فعالیت می کند.
- 5N Plus: این شرکت کانادایی نیز یکی از تولیدکنندگان مهم تلوریوم با تمرکز بر مواد با خلوص بالا برای کاربردهای الکترونیکی است.
تولید تلوریوم در پرو
پرو تا قبل از تعطیلی معدن و تأسیسات متالورژیکی لا اورویا در سال ۲۰۰۹، یکی از تولیدکنندگان بزرگ تلوریوم بود. با این حال، پس از تعطیلی این معدن، تولید تلوریوم در پرو به میزان قابل توجهی کاهش یافت.
چالش های تولید و بازیافت
با توجه به اینکه تلوریوم عمدتاً به عنوان محصول جانبی تولید می شود، افزایش تولید آن مستقیماً به افزایش استخراج فلزات پایه مانند مس وابسته است. همچنین، بازیافت تلوریوم به دلیل استفاده گسترده آن در کاربردهای غیرمتمرکز (مانند سلول های خورشیدی) با چالش های فنی و اقتصادی مواجه است. این موضوع باعث شده تا مدیریت منابع و توسعه روش های جدید بازیافت، به یکی از اولویت های اصلی صنایع مرتبط تبدیل شود.
- شیمی
- علم
