ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของอะลูมิเนียมและคุณสมบัติของอะลูมิเนียม

อลูมิเนียม มีอยู่ในชีวิตประจำวันของคุณมากกว่าที่คุณคิด

อลูมิเนียม

ภาพ: Bernard Hermant ใน Unsplash

อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีความอุดมสมบูรณ์ มีความสำคัญและเป็นปัจจุบันมากที่สุดแห่งหนึ่งในสังคมยุคใหม่ หากคุณมองไปรอบๆ จะหาวัตถุที่ไม่มีชิ้นส่วนที่ทำจากอลูมิเนียมอย่างน้อยหนึ่งชิ้นได้ยาก แต่สุดท้ายแล้วอลูมิเนียมคืออะไร? ทำความรู้จักกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของอะลูมิเนียม เหตุผลที่ใช้อะลูมิเนียม เรียนรู้วิธีการรีไซเคิล และคุณสมบัติของอะลูมิเนียม

อลูมิเนียม

องค์ประกอบทางเคมี อัลอะลูมิเนียมเมื่อบริสุทธิ์จะมีรูปของโลหะเงิน บางเบา และไม่มีกลิ่น อลูมิเนียมถือเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีมากเป็นอันดับสามในเปลือกโลกและเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในหมู่โลหะ อย่างไรก็ตามไม่พบในรูปโลหะอย่างที่เราทราบ แต่ในแร่ธาตุและดินเหนียวต่างๆ

กระบวนการสกัดอะลูมิเนียม

วัตถุดิบหลักของอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะคืออลูมินา อลูมินาสกัดจากชั้นของหินที่เรียกว่าบอกไซต์ผ่านกระบวนการของไบเออร์ คาดว่าโลกสำรองของแร่บอกไซต์ทั้งหมดประมาณ 34 พันล้านตัน - บราซิลมี 10% ของทั้งหมดนี้ (ประมาณ 3.6 พันล้านตัน)

หลังจากได้รับอลูมินาซึ่งเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) แล้ว จำเป็นต้องได้รับอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส ซึ่งกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอลูมินา ทำให้มันกลายเป็นอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะ ซึ่งเป็นอะลูมิเนียมหลัก

ชมวิดีโอที่อธิบายการผลิตอะลูมิเนียมอย่างง่ายจากการสกัดบอกไซต์

คุณสมบัติอลูมิเนียม

เมื่ออลูมิเนียมถูกนำเสนอในรูปแบบเมทัลลิกล้วน จะมีลักษณะเฉพาะบางประการที่สามารถใช้งานได้ในหลายพื้นที่ ท่ามกลางคุณสมบัติของมันคือ:

  • ความแข็งแรงและจุดหลอมเหลวสูง (660 องศาเซลเซียส);
  • ความหนาแน่นต่ำ (เบากว่าทองแดงโลหะเกือบสี่เท่า);
  • ทนต่อการกัดกร่อนสูง
  • การนำไฟฟ้าที่ดี (ประมาณ 60% ของค่าการนำไฟฟ้าของทองแดง เหมาะสำหรับการติดตั้งแบบคงที่ที่มีปริมาตรสูง เช่น การติดตั้งระบบส่งไฟฟ้า เนื่องจากมีน้ำหนักเบาและราคาถูกกว่า)
  • มีความสามารถในการสะท้อนแสง
  • ง่ายต่อการแปรรูปและขึ้นรูป
  • กันน้ำ ไม่มีกลิ่น และไม่ติดไฟ (ยกเว้นอะลูมิเนียมที่เป็นผง)
  • ความเป็นไปได้ในการเพิ่มองค์ประกอบอื่นๆ ลงในวัสดุ ทำให้เกิดเป็นโลหะผสมที่มีคุณสมบัติหลากหลาย
  • มีมากในสิ่งแวดล้อม
  • รีไซเคิลได้ 100%

อลูมิเนียมไม่เพียงแต่ใช้ในรูปแบบโลหะเท่านั้น แต่ยังมีการใช้อย่างมากในหลายพื้นที่ เช่น ในการก่อสร้าง วัสดุ เซรามิก กระบวนการทางอุตสาหกรรม อาหาร ยา เครื่องสำอาง การบำบัดน้ำ บรรจุภัณฑ์ ยานพาหนะ เครื่องใช้ในบ้านและเครื่องบิน เป็นต้น

อลูมิเนียมก็มีความสำคัญต่อตลาดอัญมณีเช่นกัน ทับทิม ไพลิน โกเมน (โกเมน) หยกและบุษราคัมมีอะลูมิเนียมเป็นส่วนประกอบ

อลูมิเนียมมีความสำคัญอย่างมากต่อการพัฒนาสังคมยุคใหม่ แม้จะถูกมองว่าเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่แทบจะไม่มีวันหมดสิ้น แต่การแสวงประโยชน์อย่างต่อเนื่องและเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากจะก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์แล้ว

รายละเอียดของอุตสาหกรรมอลูมิเนียมของบราซิล

ปัจจุบัน บราซิลครองอันดับที่สิบสี่ในการจัดอันดับประเทศที่ผลิตอะลูมิเนียมขั้นต้นมากที่สุด และอยู่ในอันดับที่สี่ในบรรดาผู้ผลิตอลูมินารายใหญ่ที่สุดในโลก นอกจากนี้ อุตสาหกรรมอะลูมิเนียมของบราซิลยังมีส่วนแบ่งที่สำคัญของ GDP ของประเทศ โดยคิดเป็นประมาณ 4.9% ของ GDP อุตสาหกรรม

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของอะลูมิเนียม

การใช้พลังงาน

เนื่องจากอลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีความเสถียรสูง พลังงานที่จำเป็นสำหรับการผลิตจึงสูงมาก ถึง 16.5 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมงสำหรับอะลูมิเนียมที่ผลิตได้แต่ละกิโลกรัม การแปลข้อมูลนี้: อะลูมิเนียม 1 กิโลกรัมที่ผลิตโดยวิธีอลูมินาใช้พลังงานโดยเฉลี่ย เพื่อให้คอมพิวเตอร์ทำงานเป็นเวลา 8 ชั่วโมง ทุกวัน เป็นเวลาหนึ่งเดือน

สำหรับอะลูมิเนียมแต่ละตันที่ผลิตในบราซิล อุตสาหกรรมนี้ใช้ไฟฟ้าเฉลี่ย 14.9 เมกะวัตต์ต่อชั่วโมง (MWh) ต่อปี ปริมาณพลังงานนี้คิดเป็น 6% ของไฟฟ้าทั้งหมดที่ผลิตในประเทศ พลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยนบอกไซต์และอลูมินาเป็นอลูมิเนียมทำให้สาขาอุตสาหกรรมนี้เป็นผู้นำในการจัดอันดับผู้ใช้ไฟฟ้าอุตสาหกรรมรายใหญ่ที่สุดในประเทศ

ต้องขอบคุณการใช้พลังงานอย่างสุดขั้วนี้ โรงงานอุตสาหกรรมที่จะเปลี่ยนอลูมินาให้เป็นอะลูมิเนียมต้องมีสถานีผลิตไฟฟ้าเฉพาะสำหรับการผลิต ขึ้นอยู่กับประเภทของการแปลงพลังงาน ซึ่งอาจมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากยิ่งขึ้น บ่อยครั้งที่โรงไฟฟ้าเหล่านี้เป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ซึ่งตรงกันข้ามกับที่หลายคนคิด ไม่ถือว่าเป็นแหล่งพลังงานที่ "สะอาด" โดยสิ้นเชิง

  • ไฟฟ้าพลังน้ำคืออะไร?

การปล่อยก๊าซมลพิษ

การผลิตอะลูมิเนียม ตั้งแต่การสกัดบอกไซต์ไปจนถึงการเปลี่ยนอะลูมิเนียมให้เป็นอะลูมิเนียม ทำให้เกิดก๊าซมลพิษบางอย่าง เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และเปอร์ฟลูออโรคาร์บอน (PFCs) การปล่อยก๊าซเหล่านี้ออกสู่ชั้นบรรยากาศบ่อยครั้งทำให้เกิดภาวะเรือนกระจกและทำให้กระบวนการโลกร้อนรุนแรงขึ้น ที่สำคัญ ก๊าซ PFC มีศักยภาพมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 6,500 ถึง 9,200 เท่า ในการสร้างปรากฏการณ์เรือนกระจก

  • เทียบเท่าคาร์บอน: มันคืออะไร?

โคลนแดง

โคลนแดงเป็นชื่อที่นิยมสำหรับของเสียที่ไม่ละลายน้ำที่เกิดขึ้นในการผลิตอลูมินาระหว่างขั้นตอนการชี้แจงของกระบวนการไบเออร์ องค์ประกอบของโคลนสีแดงแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของบอกไซต์ที่ใช้ในกระบวนการ ธาตุที่พบบ่อยที่สุดในโคลนแดง ได้แก่ เหล็ก ไททาเนียม ซิลิกา และอะลูมิเนียม ซึ่งไม่สามารถสกัดได้สำเร็จ

โคลนสีแดงประกอบด้วยอนุภาคละเอียดมากและมีความเป็นด่างสูง (pH 10~13) เนื่องจากมีค่า pH สูง โคลนนี้อาจทำให้เกิดการไหม้เมื่อสัมผัสกับผิวหนัง ข้อมูลวรรณกรรมแสดงให้เห็นว่ามีการสร้างโคลนสีแดงระหว่าง 0.3 ถึง 2.5 ตันสำหรับอลูมินาแต่ละตันที่ผลิต ในแต่ละปี มีขยะจำนวนประมาณ 90 ล้านตันที่ผลิตขึ้นในโลก การกำจัดจะต้องดำเนินการในสถานที่ที่เหมาะสม โดยทั่วไปแล้วจะเป็นบ่อสำหรับกำจัด ซึ่งสร้างด้วยเทคนิคที่มีต้นทุนสูง ซึ่งทำให้ไม่สามารถชะล้างส่วนประกอบต่างๆ และการปนเปื้อนของแหล่งน้ำผิวดินและน้ำใต้ดินที่ตามมาได้

NS สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA)สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกาไม่ถือว่าโคลนแดงเป็นของเสียที่เป็นพิษ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเป็นสารตกค้างที่อุดมไปด้วยโลหะและมีความเป็นด่างสูงมาก สารละลายนี้จึงมีอิทธิพลอย่างมากต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้คุณสมบัติและความเสถียรของสารละลายเปลี่ยนไป

ในกรณีของเขื่อนแร่เหล็ก หางแร่จากการผลิตอะลูมิเนียมก็อาจทำให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงได้เช่นกัน ในปี 2010 โคลนสีแดงรั่วไหลทำให้มีผู้เสียชีวิต 9 รายและเกิดความหายนะในหมู่บ้านแห่งหนึ่งในฮังการี ตรวจสอบผลการเกิดอุบัติเหตุนี้ในวิดีโอ

อนุภาคที่มีอยู่ในโคลนสีแดงนั้นละเอียดมาก ซึ่งทำให้พวกมันมีพื้นที่ผิวที่กว้างใหญ่ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะที่น่าสนใจมากสำหรับการใช้งานทางเทคโนโลยี มีการดำเนินการวิจัยหลายชิ้นเพื่อค้นหาการใช้โคลนสีแดงที่เป็นไปได้ เช่น ในอุตสาหกรรมเซรามิก การก่อสร้างทางแพ่ง การรักษาพื้นผิว และการบำบัดน้ำทิ้ง เป็นต้น

การรีไซเคิลอะลูมิเนียม

อลูมิเนียมถือเป็นวัสดุรีไซเคิลได้ 100% เนื่องจากไม่ย่อยสลายในกระบวนการรีไซเคิล หากอะลูมิเนียมหนึ่งกิโลกรัมถูกรีไซเคิล ในทางทฤษฎี กิโลหนึ่งจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ นอกจากนี้ ในการรีไซเคิลอะลูมิเนียมจำนวนหนึ่งตัน จะใช้พลังงานเพียง 5% เท่านั้น ซึ่งจำเป็นสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมขั้นต้นในปริมาณที่เท่ากัน กล่าวคือ การรีไซเคิลอะลูมิเนียมช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้ 95% ดังนั้น บราซิลจึงมีตำแหน่งที่โดดเด่นในรายชื่อประเทศที่รีไซเคิลกระป๋องอะลูมิเนียมส่วนใหญ่

ข้อดีของการรีไซเคิลอะลูมิเนียม ได้แก่

  • ความสามารถในการรีไซเคิลครั้งไม่สิ้นสุดโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติ
  • การรีไซเคิลอะลูมิเนียม 1 กิโลกรัมใช้พลังงานเพียง 5% ของพลังงานที่จำเป็นในการผลิตอะลูมิเนียม 1 กิโลกรัมตั้งแต่เริ่มต้น
  • อลูมิเนียมรีไซเคิลแต่ละตันช่วยประหยัด CO2 ได้เก้าตัน (คาร์บอนไดออกไซด์แต่ละตันเทียบเท่ากับการขับรถประมาณ 4800 กม.)
  • อะลูมิเนียมรีไซเคิลแต่ละตันสามารถเก็บแร่บอกไซต์ได้ห้าตัน
  • อะลูมิเนียมรีไซเคิลแต่ละชิ้นสามารถประหยัดพลังงานได้มากพอที่จะเปิดทีวีทิ้งไว้ได้ 3 ชั่วโมง

กระบวนการรีไซเคิลอะลูมิเนียมโดยทั่วไปประกอบด้วยการให้ความร้อนจนละลายหมด เมื่ออะลูมิเนียมกลายเป็นของเหลว จากนั้นนำไปใส่ในแม่พิมพ์เพื่อสร้างแท่งโลหะและเย็นจนแข็งตัว สำหรับการรีไซเคิลกระป๋อง อันดับแรก การตรวจสอบเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการนำกระดาษ พลาสติก และวัสดุอื่นๆ ที่ไม่ใช่อะลูมิเนียมออก หลังจากตรวจสอบแล้ว กระป๋องจะถูกบีบให้ใช้พื้นที่น้อยลงและ "ละลาย" อย่างรวดเร็ว

มีบางตำนานเกี่ยวกับการรีไซเคิลอลูมิเนียม หนึ่งในนั้นเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบของแหวน ตามเรื่องราว ถ้าคุณเติมขวด PET หนึ่งหรือสองลิตรด้วยแหวนจากกระป๋อง มันจะมีค่ามากกว่า 100 เรียล เนื่องจากแหวนนั้นจะมีโลหะมีค่า เช่น ทองหรือเงิน นี่เป็นข้อมูลเท็จ อันที่จริง แหวนมีค่าน้อยกว่าตัวกระป๋องเอง เนื่องจากองค์ประกอบของแหวนเป็นอะลูมิเนียมต่ำ นั่นเป็นเหตุผลที่บางสถาบันได้รับแหวนจำนวนมากและขายวัสดุเป็นชุดโดยใช้เงินเพื่อซื้อเก้าอี้ล้อเลื่อน นี่เป็นอีกเรื่องหนึ่งที่หมุนเวียนและสร้างความสงสัยแต่ก็ไม่ใช่ตำนาน อันที่จริงมีโครงการที่เกี่ยวข้องกับการบริจาคประเภทนี้

  • เรียนรู้เพิ่มเติมในบทความ: "ซีลกระป๋อง: ถอดหรือไม่ถอดออกจากกระป๋องอะลูมิเนียม"

อลูมิเนียมในชีวิตประจำวันของคุณ

อลูมิเนียมมีอยู่มากในชีวิตประจำวันของสังคม ในปัจจุบัน เป็นไปไม่ได้ที่จะรักษาความก้าวหน้าของการพัฒนาอุตสาหกรรมโดยปราศจากองค์ประกอบนี้ มันประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของวัตถุที่เราใช้และบริโภค: กระป๋องโซดา สารระงับเหงื่อ กระจกกันกระสุน กลไกการกรองน้ำ ปีกเครื่องบิน รวมถึงเครื่องใช้ในครัว เช่น ช้อนส้อมและกระทะ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่คุณใช้อ่านข้อความนี้ต้องมีอะลูมิเนียมในบางส่วน

ในกรณีของอาหาร อะลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับอากาศและสร้างชั้นป้องกันด้วยออกซิเจน ป้องกันการถ่ายเทอะลูมิเนียมไปสู่อาหาร เป็นที่น่าสังเกตว่าไม่แนะนำให้ใช้ทรายหรือล้างด้านในของกระทะอลูมิเนียมด้วยส่วนที่หยาบของฟองน้ำ เพราะอาจทำให้การป้องกันนี้เสียหาย ปล่อยให้อลูมิเนียมสัมผัส หากเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น ให้ต้มน้ำสักสองสามนาที แล้วเอาน้ำออก และไม่ต้องตั้งกระทะให้แห้ง ให้ตั้งไฟจนแห้งสนิท

ความเป็นพิษ

อลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์เพียงชนิดเดียวในธรรมชาติที่ไม่มีหน้าที่ที่สำคัญสำหรับระบบชีวภาพใดๆ ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งแปลกจากมุมมองของวิวัฒนาการ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วธรรมชาติจะเลือกองค์ประกอบที่มีความอุดมสมบูรณ์มากที่สุดว่ามีความสำคัญต่อระบบทางชีววิทยา “เราไม่มีหลักฐานว่าสิ่งมีชีวิตใดใช้อะลูมิเนียมอย่างแข็งขันเพื่อจุดประสงค์ที่เป็นประโยชน์” คริสโตเฟอร์ เอ็กซ์ลีย์ ศาสตราจารย์ด้านเคมีชีวอนินทรีย์และผู้เชี่ยวชาญด้านพิษวิทยาอะลูมิเนียมจากมหาวิทยาลัยคีล ในสหราชอาณาจักรกล่าว

สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (FDA), Brazilian Aluminium Association (ABAL) และ European Aluminium Association (อลูมิเนียมยุโรป) อ้างว่าอลูมิเนียมไม่มีความเป็นพิษต่อคนที่มีสุขภาพดีเนื่องจากโลหะมีการดูดซึมในลำไส้ต่ำ - ส่วนเล็ก ๆ ที่ดูดซึมเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตจะถูกกำจัดโดยระบบไตในภายหลัง

อย่างไรก็ตาม ผู้ที่มีภาวะไตบกพร่องหรือไตวายเรื้อรัง และทารกที่คลอดก่อนกำหนดสามารถสะสมอลูมิเนียมในร่างกายได้ ในเนื้อเยื่อกระดูก โลหะจะ "แลกเปลี่ยน" กับแคลเซียม ทำให้เกิดภาวะกระดูกพรุน และในเนื้อเยื่อสมองอาจทำให้เกิดโรคสมองอักเสบได้ องค์การอาหารและยาจัดประเภทเกลืออะลูมิเนียมในอาหารและวัคซีนเป็น "ที่ยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย (GRAS)" ในวัคซีนบางชนิด FDA ถือว่าเกลืออะลูมิเนียมเป็นสารเติมแต่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพตามที่ต้องการ

นักวิชาการและนักวิทยาศาสตร์บางคนไม่เห็นด้วยกับข้อความเหล่านี้ และพยายามพิสูจน์ความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างอะลูมิเนียมกับปฏิกิริยาและโรคต่างๆ แม้ว่าในปัจจุบันจะยังไม่มีข้อพิสูจน์โดยตรง แต่ก็มีหลักฐานมากมายที่เชื่อมโยงอลูมิเนียมกับการแพ้ต่างๆ มะเร็งเต้านม และแม้กระทั่งโรคอัลไซเมอร์ จากการศึกษาพบว่าอลูมิเนียมมีมากกว่าปกติในกรณีเหล่านี้ (ปกติจะไม่มีอลูมิเนียม) แต่ไม่มีการศึกษาใดที่พิสูจน์ได้ว่าอลูมิเนียมมีความสัมพันธ์โดยตรงกับการเริ่มมีอาการของโรคเหล่านี้ อลูมิเนียมในผู้ป่วยเหล่านี้เป็นผลมาจากโรค