قلع چیست؟ + خصوصیات، تولید و کاربردهای این فلز نرم و سبک

قلع یکی از فلزات نرم و سبک است که دارای ویژگی های متنوع و کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف می باشد. با ظاهر نقره ای و خاصیت ذوب آسان، قلع به عنوان یک فلز خالص به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد و بیشتر به صورت آلیاژ با سایر فلزات به کار می رود. این آلیاژها به دلیل خصوصیات مطلوب قلع، مانند مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی و سمی نبودن، محبوبیت بسیاری دارند. در این مقاله، به بررسی ویژگی ها، روش های تولید و کاربردهای مختلف قلع در گذشته و حال پرداخته خواهد شد.

خصوصیات قلع

قلع، با نماد اتمی Sn و شماره اتمی 50، به عنوان یکی از فلزات پس از انتقال شناخته می شود. این فلز دارای چگالی 7.365 گرم بر سانتی متر مکعب و دماهای ذوب و جوش به ترتیب 231.9 درجه سانتی گراد و 2602 درجه سانتی گراد است. قلع به دلیل نرمی و چکش خواری خود، قابلیت شکل پذیری عالی دارد و به راحتی می توان آن را به شکل های مختلف تبدیل کرد بدون اینکه بشکند. این فلز همچنین خاصیت قابل کشش بودن را دارد، که اجازه می دهد تا بدون پارگی به طول بیشتر کشیده شود.

ویژگی های کلیدی قلع به شرح زیر است:

• نماد اتمی: Sn
• شماره اتمی: 50
• دسته بندی عنصر: فلز پس از انتقال
• چگالی: 7.365 گرم بر سانتی متر مکعب
• دمای ذوب: 231.9 درجه سانتی گراد (449.5 درجه فارنهایت)
• دمای جوش: 2602 درجه سانتی گراد (4716 درجه فارنهایت)
• سختی مور: 1.5

بخاطر این خواص و ویژگی ها، قلع نقش مهمی در تولید انواع آلیاژها و کاربردهای صنعتی ایفا می کند.

روش های تولید قلع

قلع عمدتاً از کانی کاسیتریت تولید می شود که حدود 80 درصد آن از قلع تشکیل شده است. این کانی معمولاً در رسوبات آبرفتی، بسترهای رودخانه و بسترهای سابق وجود دارد که به دلیل فرسایش منابع معدنی حاوی قلع بوجود آمده اند. چین و اندونزی به عنوان بزرگ ترین تولیدکنندگان قلع در جهان شناخته می شوند.

فرآیند تولید قلع معمولاً شامل مراحل زیر است:

1. کوره کاری: قلع در دماهای بالا (تا 1370 درجه سانتی گراد یا 2500 درجه فارنهایت) با استفاده از کربن ذوب می شود. این مرحله منجر به تولید قلع با خلوص پایین و گاز دی اکسید کربن می گردد.
2. تصفیه: پس از کوره کاری، قلع تولید شده باید تصفیه شود تا خلوص آن به بیش از 99 درصد برسد. این کار می تواند از طریق روش های مختلفی انجام شود، از جمله جوشاندن، مایع سازی یا روش های الکتروپلیتینگ.

نتیجه نهایی این فرآیندها قلع با خلوص بالا است که در صنایع مختلف از جمله ساخت آلیاژها و قطعات الکترونیکی استفاده می شود. تولید قلع نه تنها به نیازهای صنعتی پاسخ می دهد، بلکه به محافظت از منابع طبیعی نیز کمک می کند، زیرا بازیافت قلع از محصولات مختلف نیز در حال افزایش است.

استفاده های تاریخی قلع

استفاده از آلیاژهای قلع به قرن ها قبل بازمی گردد و آثار تاریخی نشان می دهد که این فلز در ساخت انواع مصنوعات مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از مشهورترین کاربردهای قلع در ایجاد آلیاژ برنز است که ترکیبی از مس و قلع می باشد. این آلیاژ در ساخت ابزارها و اشیای متفاوتی مانند تبرها، آینه ها و داس ها در مکان های مختلفی از جمله مصر باستان و چین یافت شده است.

در طول تاریخ، قلع همچنین با سرب آلیاژ شده تا محصولات مختلفی مانند کتری ها، ظروف، فنجان ها و بشقاب ها تولید شود. این ترکیب به دلیل عملکرد مناسب آن در مدت های طولانی مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، با توجه به اثرات منفی سلامتی ناشی از سرب، امروزه ترکیب قلع با آنتیموان و کبالت برای تولید قلع هایی به کار می رود که خطر کمتری برای سلامتی دارند.

در قرن نوزدهم تا نیمه قرن بیستم، اسباب بازی های قلع کاری شده محبوبیت بالایی داشتند و به عنوان کالایی با کیفیت شناخته می شدند. این دسته از اسباب بازی ها به خصوص در دوران خود به شدت مورد توجه کودکان و والدین قرار گرفتند. با این حال، با پیشرفت فناوری و ظهور اسباب بازی های پلاستیکی، استفاده از قلع در این صنعت کاهش یافت.

به طور کلی، قلع در طول تاریخ نقش مهمی در توسعه فرهنگی و صنعتی داشته و همچنان به عنوان یک ماده اصلی در تولید و ساخت اقلام مختلف مورد توجه قرار می گیرد.

استفاده های مدرن قلع

در دنیای امروز، قلع به عنوان یکی از عناصر کلیدی در صنایع مختلف شناسایی می شود. یکی از مهم ترین کاربردهای قلع در صنعت الکترونیک است، جایی که به عنوان ماده ای برای لحیم کاری استفاده می شود. لحیم های قلع که معمولاً با درصدهای مختلف و آلیاژهایی مانند سرب یا ایندیم ترکیب می شوند، به دلیل نقطه ذوب پایینشان برای اتصال مواد مختلف در دستگاه های الکترونیکی بسیار مناسب هستند.

علاوه بر صنعت الکترونیک، آلیاژهای قلع در انواع دیگر صنایع نیز کاربرد دارند. به عنوان مثال، از قلع در تولید بلبرینگ های بابییت استفاده می شود که اغلب با مس، سرب یا آنتیموان آلیاژ می شوند. همچنین، قطعات خودرو نیز معمولاً از آلیاژهای قلع و آهن ساخته می شوند که از استحکام و دوام بالایی برخوردارند.

در دندانپزشکی، آمالگام های دندانی که شامل قلع و نقره هستند، به عنوان مواد پرکننده استفاده می شوند و ویژگی های مطلوبی مانند طول عمر بالا و مقاومت در برابر فشارهای مکانیکی را ارائه می دهند.

در صنایع هوافضا نیز، قلع در تولید آلیاژهای مناسب با آلومینیوم و تیتانیوم به کار می رود که به ساخت سازه های مقاوم و سبک کمک می کند. همچنین آلیاژهای زیرکونیومی که به عنوان زیرکالوی ها شناخته می شوند و در رآکتورهای هسته ای استفاده می شوند، معمولاً حاوی مقدار کمی قلع هستند.

با توجه به این کاربردها، قلع به عنوان یک عنصر حیاتی در مدرن سازی صنایع مختلف، همچنان جایگاه مهمی را حفظ کرده است و انتظار می رود که در آینده نیز به خاطر ویژگی های منحصر به فردش محبوبیت بیشتری پیدا کند.

قلع در قوطی ها و فویل ها

بسیاری از اقلام روزمره ای که با قلع مرتبط می دانیم، از جمله "قوطی های قلع" و "فویل قلع"، در واقع نام های نادرستی هستند. قوطی های قلع در حقیقت از ماده ای به نام ورق قلع (tinplate) ساخته می شوند، که فولاد برش خورده است که با لایه ای نازک از قلع پوشش داده شده است. این پوشش قلع به قوطی ها خاصیتی مقاوم در برابر زنگ زدگی، درخشندگی و ایمنی در برابر سمی بودن می بخشد.

تقریباً 90 درصد ورق قلع در تولید قوطی هایی برای نگهداری مواد غذایی و نوشیدنی، لوازم آرایشی، سوخت، روغن ها، رنگ ها و سایر مواد شیمیایی استفاده می شود. این پوشش محدود به لایه نازک قلع است، اما به طور کلی قوطی های قلع به عنوان یکی از بزرگ ترین مصرف کنندگان قلع در جهان شناخته می شوند.

به عبارتی دیگر، فویل قلع که در گذشته به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گرفت، در حال حاضر عمدتاً از آلومینیوم تهیه می شود. اگرچه فویل قلع برای مدت کوتاهی در قرن بیستم از قلع ساخته می شد، اما امروزه به خاطر خواص بهتر و هزینه پایین تر آلومینیوم، استفاده از آن دیگر رایج نیست.

با توجه به فوایدی که قلع به قوطی ها و بسته بندی ها می دهد، نقش آن در صنعت غذایی و بسته بندی های ایمن و مقرون به صرفه قابل انکار است. این ویژگی ها باعث می شود که قلع هنوز هم به عنوان یک ماده مهم در تولید قوطی ها و بسته بندی های مختلف باقی بماند.