قلع یکی از قدیمی ترین فلزهای کشف شده به وسیله دست انسان است، که به عنوان ترکیبی بسیار مهم در آلیاژهای پرکاربردی همچون برنز مورد استفاده قرار می گیرد. تجهیزاتی که از فولاد، سرب و یا روی ساخته می شوند برای این که دچار خوردگی نشوند آن ها را قلع اندود می کنند. قلع، با نماد شیمیایی Sn که بر گرفته از Stannum هست، در جدول تناوبی با عدد اتمی 50 نمایش داده می شود. این فلز، از نظر فراوانی 49 امین عنصر بر روی پوسته زمین به حساب می آید که از نوعی سنگ معدن می توان آن را به دست آورد. در این مقاله قصد داریم که ابتدا به شرحی از تاریخچه و خواص شیمیایی قلع بپردازیم و سپس در ادامه اطلاعات مفیدی از خرید این عنصر را به شما ارائه بدهیم.
مهمترین کاربردهای فلز قلع در صنعت
حال که بیشتر با فلز قلع آشنا شدیم در این بخش از مقاله می خواهیم به کاربردهای این فلز بپردازیم این که کاربرد قلع در صنعت چیست؟ و برای چه مواردی می توان از آن استفاده کرد؟. این عنصر دارای ویژگی های مثبت بی شماری از جمله انعطاف پذیری، وزن سبک و مقاومت بالا است که این امر موجب شده در صنعت به طور گسترده ای مورد استفاده قرار بگیرد؛ به عنوان نمونه برای ساخت انواع آلیاژ، لحیم کاری، قلع اندود کردن ظروف و … کاربرد دارد. شاید برایتان جالب باشد که در گذشته کشورهایی همانند آمریکا و کانادا از قلع برای ساخت سکه استفاده می کردند طوری که حدود 5 درصد سکه ها از این فلز تشکیل شده بود. بر همین اساس در قسمت زیر می خواهیم به مهمترین کاربردهای این فلز بپردازیم که عبارت اند از:
1- جلوگیری از خوردگی
این فلز به دلیل قابلیت انعطاف پذیری بالا، سبک، مقاوم و همچنین به راحتی اکسیده نشدن به عنوان پوششی برای جلوگیری از خوردگی در فولاد، سرب و یا روی مورد استفاده قرار می گیرد. آبکاری یا قلع اندود کردن یکی دیگر از کاربردهای فلز قلع به حساب می آید این امر موجب می شود تا فلزات به راحتی در برابر عوامل مختلف دچار خوردگی نشوند. Tinplateکه در واقع محصول نهایی ورق قلع اندود شده است به عنوان یک پوشش محافظتی به کار گرفته می شود. استفاده از ورق قلع اندود شده برای اولین در سال 1812 در کشور انگلستان تولید گردید. فلزاتی همانند آهن و یا فولاد را قلع اندود می کنند تا بتوانند از آن به عنوان ظروف نگهداری مواد غذایی استفاده کنند. امروزه بیش از 90 درصد ظروف نگهداری مواد غذایی قلع اندود شده هستند. علاوه بر ظروف از ورق های قلع اندود به منظور ساخت باتری، اسباب بازی، واشر و ظروف دارویی، آرایشی بهداشتی، ظروف پخت غذا (مانند ظروف مسی) سوخت و دخانیات نیز استفاده می شود.
2-متصل نمودن یا همان لحیم کاری
از دیگر کاربردهای رایج عنصر قلع، مناسب بودن آن برای لحیم کاری است از این رو به طور گسترده ای برای اتصال لوله ها و مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. در سال 2011، بیش از 50 درصد از عنصر قلع به منظور لحیم کاری مورد مصرف قرار گرفته بود و این کاربردی بودن فلز قلع برای لحیم کاری و اتصال را نشان می دهد. لحیم در واقع یک آلیاژ فلزی می باشد که از آن برای متصل نمودن انواع لوله، مدار برقی به کار گرفته می شود. حدود 50 تا 70 درصد وزن این نوع از آلیاژها را قلع تشکیل می دهد که هر چه این درصد بیشتر شود، مقاومت کششی و برشی به تبع آن بیشتر خواهد شد.
3- استفاده به عنوان پوششهای حمام داغ (Hot Dip Coating)
ترکیب فولاد با آلیاژهای قلع ماده ای تحت عنوان ترن پلیت یا به اصطاح tern plate ایجاد می کند. از ویژگی این ماده این است که به راحتی لحیم می گردد از این رو از آن به عنوان عایق کاری پشت بام، ساخت مخازن بنزین اتومبیل، مخازن هدر رادیاتور، براکت، شاسی و روکش برای تجهیزات الکترونیکی و غلاف از کابل و لوله به کار گرفته می شود.
4- الکتروآبکاری (Electroplating)
الکتروآبکاری یا به اصطلاح الکتروپلیتینگ از دیگر کاربردهای مهم این فلز در صنعت به حساب می آید. مواد شیمیایی قلع به منظور فرموله کردن الکترولیت ها بسیار کاربرد دارد. آبکاری الکترولیتی که در پوشش انواع محصولات مختلف به کار برده می شود می تواند در دو محلول اسیدی و بازی نیز استفاده شود. استئانات سدیم و پتاسیم، نمونه ای از آبکاری قلیایی قلع هستند که در صنعت بسیار مورد استفاده قرار می گیرند چرا که موجب تولید رسوب با کیفیت می شوند.
5- کاربرد در مواد شیمیایی
یکی دیگر از کاربردهای اساسی فلز قلع، استفاده از مواد شیمیایی بر پایه قلع هستند. در سال 2011 حدود 15 درصد از فلز قلع بدین منظور مورد استفاده قرار گرفته بود. از این مواد شیمیایی مبتنی بر قلع میتوان به عنوان تثبیت کنندهPVC ، کاتالیزورهای پلیمری و … به کار برد. به عنوان نمونه، نمک قلعII کلرید به عنوان ماده کاهش دهنده و به عنوان ماده نگهدارنده در فرآیند چاپ کلریک کاربرد دارد. با استفاده نمودن از نمک های قلع بر روی شیشه باعث ایجاد پوشش رسانای الکتریکی می گردد که از این خاصیت می توان برای روشنایی تابلو و همچنین تولید شیشه های ضد یخ بهره برد. از دیگر کاربرد ترکیبات شیمیایی مبتنی بر قلع، ایجاد ترکیبات ارگانوتین است که جایگزینی مناسب برای هیدروکربن ها می باشد. این ترکیبات به عنوان تثبیت کننده پلی ونیل کلرید ایفای نقش می کنند که با از بین بردن گروههای آلیلیک و همچنین جذب هیدروژن کلراید، از تخریب جلوگیری می کنند.
ساخت آلیاژهای مبتنی بر قلع
از دیگر ویژگی قلع ساخت آلیاژ های همچون Pewter، آلیاژ قلع-نیوبیوم، آلیاژی برای لولههای ارگان، آلیاژ یاتاقان، آلیاژهای شبکه باتری، آلیاژ مس، آلیاژهای دندان و آلیاژهای دندان می باشد. که هر کدام از این آلیاژ ها کاربرد مخصوص به خود را دارند و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان نمونه آلیاژ دندان که حاوی نقره، قلع، جیوه، مس و روی است برای ساخت آمالگام استفاده می شود. که در ادامه بیشتر با این آلیاژها آشنا می شویم:
آلیاژ Pewter
این آلیاژ ترکیبی از فلز سفید قلع، آنتیموان و مس می باشد. گرچه قبلا Pewter ترکیبی از دو فلز قلع و سرب بود اما به دلیل این که سرب فلزی سمی است امروزه، در Pewter سرب به کار نمی رود و آن را به خاطر سمی بودن حذف کرده اند. Pewter دارای 1 تا 8٪ آنتیموان و 0.25 تا 3/0 درصد مس می باشد.
آلیاژ قلع-نیوبیوم
از آلیاژ ترکیبی قلع-نیوبیوم Nb3Sn به دلیل برخورداری از یکسری ویژگی همچون دمای بحرانی و میدان مغناطیسی بحرانی بالا در وسایلی از جمله کویل آهنرباهای ابر رسانا به کار گرفته می شود. شاید برایتان جالب توجه باشد که یک آهنربای ابر رسانا با وزنی کوچک قادر است که یک میدان مغناطیسی معادل با هزاران کیلوگرم آهنربای الکتریکی معمولی به وجود بیاورد.
آلیاژ سرب-قلع
از دیگر کاربردهای قلع تولید لوله های ارگان است که از آلیاژ سرب قلع به دست می آید. غلظت قلع در این نوع آلیاژ با توجه به نوع کاربرد و همچنین نیاز می تواند بین 20 تا 90 درصد متغیر باشد.
آلیاژ یاتاقان
یکی از ویژگی های فیزیکی فلز قلع، پایین بودن ضریب اصطکاک می باشد از این رو گزینه ای ایده آل برای این است که بتوان از آن به عنوان ماده ای برای یاتاقان استفاده کرد. در کل قلع ساختاری ضعیف دارد و اگر بخواهند آن را به عنوان فلزی با کاربردهای باربری استفاده کنند با مس و آنتیموان ترکیب می کنند تا از سختی، کشش و مقاومت بالایی برخوردار گردد. میزان سرب در این نوع از آلیاژها را اجازه نمی دهند بیشتر از 35/5 تا 5/0 درصد برسد که این امر موجب می شود از تشکیل eutectic قلع سرب جلوگیری به عمل آید.
آلیاژهای یاتاقان باید هم نرم و هم از قدرت کافی برخوردار باشند که آلیاژهای قلع آلومینیوم این ویژگی ها را دارند. این نوع از آلیاژها با میل لنگ های فولادی سخت یا چدنی به کار برده می شوند و در مقایسه با آلیاژهای بلبرینگ قلع یا سرب بارگیری بالاتری دارند.
از آلیاژهای آلومینیومی با میزان قلع کم (حدود 5 تا 7٪ ) غالبا به منظور اتصال بین میله ها و همچنین یاتاقانهای رانشی در موتورهای پرتوان به کار گرفته می شود. آلیاژهایی که میزان بیشتری از قلع را دارند (حدود 20 تا 40 درصد)، آلومینیوم باقیمانده، مقاومت مناسبی را در برابر خوردگی ناشی از تجزیه روغن و همچنین قابلیت جاسازی مناسب، از خود بروز می دهند. هر چه که درصد قلع در آلیاژ بیشتر شود، استحکام و خواص سطحی آن نیز بهتر می شود از این رو برای یاتاقانهای جانبی در موتورهای دیزلی با قدرت بالا گزینه ای مناسب شمرده می شود.
آلیاژهای شبکه باتری
آلیاژهای سرب کلسیم قلع انتخابی مناسب برای شبکه ذخیره سازی باتری در مقایسه با آلیاژهای سرب آنتیموان می باشند. استفاده از این نوع آلیاژها میزان گازسوزی را به طور چشمگیری کاهش می دهد. باتریهایی که شبکه آنها از سه پایه آلیاژهای سرب کلسیم قلع ساخته شده است معمولا در طول عمر کاری خود به آب اضافی دورهای نیازی ندارند.
آلیاژ مس
آلیاژ مس و قلع از اولین آلیاژ هایی بوده که توسط دست انسان ساخته شده است. از این نوع آلیاژ ها بیشتر برای اهداف ساختاری و تزیینی به کار گرفته می شود.
برنزهای کواترنر که حاوی 5٪ قلع، 5٪ روی، 5٪ سرب و مابقی مس هستند به منظور ریخته گریهای عمومی یعنی برای بخش های که نیاز به استحکام و همچنین صدای مناسب دارند از جمله چرخ دندهها، پمپها و اتصالات خودرو به کار گرفته می شود.
آلیاژهای دندان
آلیاژ دندان یکی دیگر از کاربردهای اساسی و مهم فلز قلع می باشد. برای ساخت آمالگام از آلیاژهایی همچون نقره، قلع و یا مس استفاده می شود. مس وظیفه سختی و استحکام بخشیدن را بر عهده دارد و روی آلیاژی است که به عنوان یک محافظ به کار می رود و قادر است که در برابر اکسیده شدن محافظت نماید. اکثر آلیاژهای دندانی که ساخته می شوند دارای حدود 25 تا 27 درصد قلع هستند.
آلیاژ تیتانیوم
قلع از طریق تشکیل محلول های جامد، موجب تقویت آلیاژ تیتانیوم می شود. تیتانیوم می تواند هم در مرحله بتا و هم در مرحله آلفا وجود داشته باشد. مرحله آلفا مربوط به دمای پایین و مرحله بتا نیز مربوط به دمای بالا است. در این آلیاژ مقدار نسبی آلفا و بتا بر روی خواص کار بسیار تاثیر گذار است. افزودن فلزی همچون آلومینیوم گرچه دمای تحمل آلیاژ تیتانیوم را بالا می برند و موجب تثبیت فاز آلفا می گردد اما با این حال میزان شکنندگی آن بیشتر از 7 درصد است. این در حالی است که اضافه کردن قلع به تیتانیوم آلفا تثبیت شده با آلومینیوم بدون شکستگی می تواند مقاومت بیشتری را ایجاد نماید. علاوه بر این با افزودن قلع آلیاژ تیتانیوم از قابلیت جوش دادن برخوردار خواهد بود.
استفاده از قلع خالص
کاربرد قلع بیشتر ترکیب شدن با فلزات دیگر است و کمتر به صورت خالص کاربرد دارد. قلع خالص از آنجایی که نسبت به آب خالص تاثیر ندارد و باعث آلودگی نمی گردد به طور گسترده ای در واحدهای تقطیر استفاده می شود.
ورقههای قلع
از ورقههای قلع در صنایع مختلفی همچون هوا فضا، ساخت و ساز و دکوراسیون منازل، الکترونیک، ساخت جواهرات و ارتباطات از راه دور به کار گرفته می شود. از ورقههای قلع برای ترکیب با سایر فلزات آلیاژی همچون سرب، مس، نیکل و روی مورد استفاده قرار می گیرد. به جرات می توان گفت که قلع به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، برش و شکل گرفتن آسان و همچنین مقرون به صرفه بودن در مقایسه با طلا، نقره، مس و یا پلاتین در اکثر صنایع کار برد دارد.
دکور داخلی مسکونی و تجاری
علاوه بر بحث دوام، مقاومت در برابر خوردگی و مقرون به صرفه بودن، قلع به دلیل ارزش زیبایی شناسی که دارد به عنوان فلزی برای دکورسیون داخلی و بیرونی ساختمان به کار برده می شود.
سقف و دیوارهای سفارشی
همان طور که اشاره کردیم امروزه از جنبه زیبایی شناختی قلع در دکوراسیون منازل به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال در خانه های لوکس از ورقه های قلع به عنوان کاشی استفاده می کنند و یا سقف و دیوارها را با این ورق به اشکال زیبا و جذاب می پوشانند که موجب ایجاد ظاهری منحصر به فرد به دکور خانه می گردد. وجود رنگ های متنوع قلع همچون خاکستری یا نقرهای، قرمز یا مسی یا حتی طلایی توانسته جلوه ای زیبا به دکوراسیون ببخشد.
سقف هایی که قلعی هستند در واقع فولاد نورد شده است که با قلع پوشیده شده است. معمولا قلع را طی فرایندهایی با فولاد پیوند می دهند، که طی آن فولاد و قلع که به مرحله مذاب رسیده اند با هم ترکیب می شوند. ترکیب شدن فولاد و قلع و استفاده از آن در سقف موجب ایجاد سقفی با دوام و مقاوم در برابر ترک خوردگی می شود. به گفته بسیاری از کارشناسان اگر سقفی که با قلع پوشش دهی شده به درستی نصب و نگهداری شود حتی می تواند تا 40 سال عمر کند.
پیشخوانهای سفارشی
از ورقه های قلع به دلیل مقاومت بالایی که در برابر خوردگی دارد امروزه به وفور برای مواردی همچون میزهای سفارشی در آشپزخانههای مسکونی، میز ناهار خوری، حمام و یا در محیطهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
ساخت جواهرات
ساخت انواع جواهر آلات در طرح و شکل های گوناگون از دیگر کاربردهای قلع به حساب می آید. از آنجایی که این فلز به راحتی در اشکالی همچون دایره، ستاره و یا الماس برش داده می شود از آن در ساخت جواهر و انواع آویز مورد استفاده قرار می گیرد.
اثرات قلع بر روی محیط زیست
فلز قلع معمولا اگر به صورت اتم منفرد یا مولکولی باشد برای هیچ موجود زنده ای اثر سویی ندارد. و فاقد حالت سمیت می باشد. اجزای قلع آلی که بسیار پایدار هستند و تخریب پذیر تیستند، قادر اند که برای مدتی طولانی در محیط بمانند. غلظت قلع آلی در جهان روز به روز در حال افزایش است چرا که میکروارگانیزم ها به راحتی نمی توانند این ترکیبات را بشکنند و از آن استفاده نمایند.
قوطی های قلع می توانند بیشترین تخریب را به اکوسیستم آبی جهان ایجاد نمایند چرا که برای موجداتی همانند قارچ ها، جلبک ها و همچنین فیتوپلانکتونها حالتی سمیت دارند. با این وجود، مقدار کم قلع موجود در مواد غذایی کنسرو برای انسان چندان خطرناک نیست. امروزه از ترکیبات آلی سمی قلع همچون تراریگانوتین به عنوان یک قارچ باکتری کش صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
راهنمای ایمنی برای کار با قلع
به هنگام استفاده از قلع بایستی نکات ایمنی را رعایت نمود، سعی کنید به هنگام کار کردن از دستکش و سایر تجهیزات ایمنی بهره ببرید و در صورت تماس مستقیم این فلز با پوست، فورا نواحی مربوطه را با آب و صابون بشویید. اگر احساس هر گونه خارش و یا قرمزی پوست داشتید بهتر است که به پزشک مراجعه کنید. از تماس چشم با قلع خودداری نمایید. اگر فردی این فلز را استشاق کرد بایستی سریعا به هوای آزاد منتقل شود و از تنفس مصنوعی و اکسیژن استفاده گردد. اگر آتش سوزی با قلع ایجاد شد به هیچ وجه از آب برای خاموش کردن استفاده نکنید. که برای این امر بهترین روش اطفاء حریق، به کار بردن پودر شیمیایی می باشد. بهترین روش برای نگهداری قلع، قرار دادن آن در مخزنی با درب محکم و پوشیده میباشد. همچنین محیط نگهداری بایستی خنک، خشک و به دور از آتش و گرما باشد.