کاربرد فلز قلع در صنعت

فلز قلع (stannum) یکی از فلزهای پر مصرف است که از آن در صنعت استفاده زیادی می‌شود. از این فلز از دیرباز تا کنون برای ساخت بسیاری از لوازم استفاده می‌شده است. دلیل آن هم به خاطر چکش خوار بودن و انعطاف پذیری بالای قلع است. در حال حاضر از فلز stannum در صنعت غذایی، برق، شیشه و نساجی استفاده زیادی می‌شود که در ادامه به طور کامل به کاربرد فلز قلع در صنعت اشاره خواهیم داشت.

آشنایی با فلز قلع ویژگی‌های آن

فلز قلع، عنصر شماره 50 از جدول عناصری بوده و با نام اختصاری Sn نمایش داده می‌شود. این عنصر که در دسته فلزها قرار دارد، از نظر ظاهری به رنگ نقره‌ای – خاکستری است. به دلیل خواص و ویژگی‌هایی که این فلز دارد، از آن استفاده زیادی در صنعت می‌شود. از جمله ویژگی‌های بارز فلز قلع می‌توان به چکش خوار بودن، انعطاف بالا، اکسید نشدن، مقاومت بالا و بلورین بودن اشاره کرد. در واقع فلز stannum در دماهای معمولی انعطاف پذیر است اما زمانی که گرما ببیند، شکننده خواهد شد. این فلز در برابر آب‌های لوله کشی مقاومت خوبی دارد و برای همین است که در ساخت برخی لوله‌ها از آن استفاده می‌شود. اما در جایی که اسیدهای قوی و مواد قلیایی وجود داشته باشند، فلز قلع مقاومتی نداشته و خیلی زود دچار آسیب خواهد شد.

ویژگی های فیزیکی فلز قلع

فلز قلع برخلاف دیگر فلزها بسیار نرم و انعطاف پذیر است و به راحتی می توان به آن شکل دارد به همین خاطر از این فلز برای قوطی های مواد غذایی و کنسروها بسیار استفاده می شود زیرا هم به راحتی می توان به آن شکل داد و هم بسیار سبک است.

فلز قلع به رنگ نقره ای یا سفید نمایان می شود و نقطه ذوب پایینی دارد یعنی در پایین ترین دما ذوب می شود، فلز قلع از لحاظ نقطه ذوب کمترین مقدار در گروه 14 را دارد.

در حالت کلی فلز قلع سفید رنگ مقاومت بالاترین نسبت به قلع نقره ای و خاکستری دارد به همین خاطر بیشتر در صنعت از این نوع قلع استفاده می شود و کمتر افراد به سمت استفاده و بهره مندی از فلز قلع خاکستری می روند؛ اگر نگاهی به قوطی کنسروها بیندازید متوجه استفاده زیاد و بی اندازه از این فلز کاربردی می شوید.

ویژگی های شیمیایی فلز قلع

فلز قلع از لحاظ مقاومت در برابر خوردگی در رده میانی قرار دارد و در مقابل خوردگی در برابر آب بسیار مقاوم است همچنین این نوع فلز در برابر اسیدها و بازهای ضعیف نیز بسیار مقاوم است و بر روی آن تاثیری نمی گذارند.

درسته که این فلز در برابر آب و دیگر مواد اسیدی ضعیف مقاومت می کند اما اگر در مقابل اسیدهای قوی قرار گیرد دیگر نمی تواند مقاومتی از خود نشان دهد و تسلیم می شود.

با جلا دادن به فلز قلع می توان از آن استفاده های بهینه تری کرد به عنوان مثال با جلا دادن فلز قلع می توان از آن برای محافظت از سایر فلزات در برابر خوردگی استفاده کرد.

فلز قلع با اکسیژن و کلر خیلی زود ترکیب می شود و باعث ایجاد واکنش هایی می گردد به عنوان مثال می تواند جایگزین هیدروژن اسیدهای رقیق شود.

اثرات قلع بر سلامتی

فلز قلع از فلزاتی است که برای سلامتی انسان و محیط زیست خطراتی دارد. با وجود اینکه بسیاری از افراد از اثرات فلز قلع بر روی سلامتی انسان اطلاع دارند، باز از آن در بسیاری از صنایع استفاده می‌نمایند. بسته به نوع ماده قلع آلی، اثر آن بر روی سلامتی انسان متفاوت خواهد بود. تری سلیتین از خطرناکترین مواد آلی قلع بوده که در مواجه با آن باید نکات زیادی را رعایت کرد. از آنجایی که قلع از طریق غذا، پوست و تنفس وارد بدن انسان می‌شود، باید در هنگام کار با آن نکات ایمنی زیادی را در نظر گرفت. برای مثال می‌توان محیط را با یک دستگاه تهویه هوای مناسب مجهز کرده و از ماسک‌های مناسب برای کار استفاده کرد. همچنین پیش از مصرف مواد غذایی باید دست‌ها را به خوبی شستشو داد تا مانع از ورود ماده قلع به بدن شد. به طور کلی اثرات حاد و مزمنی که ممکن است قلع بر روی انسان داشته باشد، شامل موارد زیر خواهد بود:

• سوزش چشم
• کسالت
• سرگیجه
• درد در ناحیه شکم و معده
• تعرق زیاد
• تنگی نفس
• مشکلات ادراری
• افسردگی
• آسیب‌های کبدی
• تضعیف سیستم ایمنی بدن
• آسیب کروموزومی
• اختلالات خواب
• فراموشی

اثرات قلع بر محیط زیست

علاوه بر اینکه فلز قلع بر روی سلامت انسان تاثیر دارد، بر روی سلامت محیط زیست نیز نقش دارد. این فلز در حالت تک مولکولی سمی نیست؛ اما در حالت آلی به سمی‌ترین شکل خود می‌رسد. برای همین نوع آلی قلع با ماندگاری طولانی مدت در طبیعت، باعث اثرات مخربی بر روی محیط زیست خواهد شد. ترکیب آلی قلع غیر قابل تجزیه بوده و مقاومت بسیار زیادی دارد. برای همین زمانی که قلع آلی با ذرات رسوب ترکیب می‌شود، قادر به گسترش از طریق آب خواهد بود. در نتیجه‌ی این امر، آسیب زیادی به اکوسیستم آبزیان وارد شده و سلامت حیوانات آبزی، خزه‌ها، قارچ‌ها و گیاهان شناور به خطر خواهد افتاد.

کاربردهای فلز قلع

• کاربرد فلز قلع در صنعت

یکی از بیشترین کاربردهای شمش قلع، استفاده از آن در صنعت است. از فلز قلع در صنعت بیشتر برای عایق کردن و کاور کردن فلزات دیگر استفاده می‌شود. یعنی فلز قلع را همچون یک کاور و پوشش در نظر گرفته و از آن برای روکش فلزاتی چون روی، فولاد و سرب استفاده می‌شود. علاوه بر این فلز قلع را با فلزهای دیگر ترکیب کرده و یک آلیاژ جدید به وجود می‌آورند. برای مثال از ترکیب مس و قلع، آلیاژ برنز تشکیل شده که این آلیاژ در برابر اکسیدشدگی مقاومت بسیار بالایی دارد. آلیاژهای بابیت، برنز فسفردار، لحیم، پیوتر و… از دیگر آلیاژهای فلز قلع هستند که هر کدام دارای خصوصیت و ویژگی خاصی می‌باشند.

• کاربرد فلز قلع در صنعت غذایی

همانطور که می‌توان حدس زد از فلز قلع برای درست کردن ظروف فلزی و ظروف نگهدارنده موادغذایی استفاده زیادی می‌شود. برای مثال استفاده از قلع برای کنسروسازی یکی از پرمصرفترین موارد استفاده از فلز قلع است.

• کاربرد قلع در صنعت برق

یکی از کاربردهای زیاد فلز قلع، استفاده از آن در صنعت برق و الکترونیک است. افرادی که در این حوزه مشغول به فعالیتند و با فرایند لحیم کاری آشنایی دارند، حتما از اهمیت قلع در لحیم کاری اطلاع زیادی دارند. در واقع فلز قلع از مهمترین مواد در فرایند لحیم کاری بوده و بدون آن این عمل ممکن نخواهد بود.

• کاربرد قلع در صنعت نساجی

در صنعت چاپ روی پارچه، از نمک قلع یعنی کلرید قلع استفاده می‌شود. در بسیاری از کارخانه‌های تولید رنگ چاپی، از فلز قلع هم استفاده می‌شود تا از عامل خورنده و کاهنده آن بهره زیادی برده شود.

• کاربرد قلع در صنعت شیشه سازی

شاید برایتان جالب باشد که بدانید از قلع در صنعت شیشه سازی نیز استفاده می‌شود. در واقع برای اینکه شیشه با سطح تختی ساخته شود، از شیشه شناور برای آن استفاده می‌شود. در صنعت شیشه سازی بر روی قلع مذاب شده، شیشه مذاب شناور می‌شود.

• کاربرد قلع در صنعت پلاستیک سازی

برای تثبیت پلاستیک‌های پی وی سی در صنعت پلاستیک سازی، از ترکیبات آلی قلع استفاده می‌شود. در واقع اگر این امر صورت نگیرد، پلاستیک PVC با قرار گرفتن در معرض اکسیژن و نور خورشید دچار تخریب و فاسدشدگی خواهد شد.

• کاربرد قلع در ساخت آهنرباهای ابررسانا

در ساخت آهنرباهای ابر رسانا، معمولا از آلیاژ قلع نیوبیوم استفاده می‌شود. دلیل آن هم این است که این آلیاژ دارای میدان مغناطیسی بحرانی 25 و دمای بحرانی 18 است.

کاربردها و موارد استفاده ورق قلع

قلع جزو آلیاژهای بسیار قدیمی بوده و گفته می‌شود هزاران سال است که از آن در مصارف مختلفی استفاده می‌شود. در زمان قدیم بیشتر از آن برای تولید برنز که یک آلیاژ از ترکیب قلع و مس است، استفاده می‌شده است. امروزه نیز از این آلیاژ استفاده زیادی می‌شود و بسیاری از مردم آن را با قوطی‌های حلبی که در قفسه‌های فروشگاهی به چشم می‌خورد، می‌شناسند. علاوه بر این از ورقه‌های قلع برای درست کردن لوازم تزئینی برای منازل، روی میزها و همچنین جواهرات استفاده می‌شود. قلع جزو فلزات نرم و نقره‌ای رنگ است و بسیار سبک می‌باشد. همچنین این فلز خیلی سریع و راحت ذوب می‌شود. از آنجایی که قلع جزو فلزات نرم است، به ندرت از آن به عنوان فلز خالص استفاده می‌شود. برای همین با دیگر فلزات ترکیب می‌شود تا آلیاژهایی از آن پدید آید که از خواص متعدد و مفید قلع برخوردار باشد. از دیگر ویژگی‌های قلع میتوان به چکش خوار بودن و انعطاف‌پذیری بالای آن اشاره کرد. چکش خوار بودن قلع باعث شده تا به راحتی فشار داده شده و بدون شکستگی شکل بگیرد. همچنین انعطاف پذیری آن سبب شده تا از قابلیت کششی بدون آسیب و شکنندگی برخوردار باشد.

صنایعی که از ورق‌های قلع استفاده می‌کنند

ورق‌های قلع از فلز قلع و ترکیب با سایر فلزات آلیاژی مانند سرب، مس، نیکل و روی ساخته می‌شوند. بسته به اینکه این آلیاژ با چه موادی ترکیب شود، از خواص متفاوتی برخوردار شده و در مصارف گوناگونی استفاده می‌شود. از آنجایی که قلع در برابر خوردگی مقاوم است، در بسیاری از صنایع از آن استفاده می‌کنند. صنایعی چون هوافضا، ساخت و ساز و دکوراسیون منزل، الکترونیک، ساخت جواهرات و مخابرات از جمله صنایعی هستند که در آنها از قلع استفاده زیادی می‌شود. ورقات قلع در چندین رنگ و روکش موجود هستند و در مقایسه با فلزاتی چون طلا، نقره، مس و پلاتین بسیار به صرفه هستند. همچنین این فلزات به راحتی برش داده می‌شوند و خیلی راحت شکل می‌گیرند.

دلیل استفاده از قلع در صنعت جواهرسازی

قلع اغلب در تولید جواهرات برای ساخت زیورآلات و آویزهای سفارشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. دلیل آن هم این است که ورق‌های کوچک قلع، به راحتی به اشکال مختلفی چون دایره، ستاره و الماس بریده می‌شوند. از این اشکال و آویزهای بریده شده میتوان برای ساخت گردنبند، پایه‌های گوشواره، حلقه‌ها و دستبندها استفاده کرد.

مصارف تاریخی و قدیمی قلع

قدمت استفاده از آلیاژ قلع، به قرن‌ها قبل باز می‌گردد. زمانی که از مصنوعات برنزی (ترکیب مس و قلع) برای ساخت لوازمی چون داس، آینه و کلنگ استفاده می‌شده است. این لوازم در مکان‌هایی چون مصر کنونی تا چین کشف شده‌اند که نشانگر مصرف زیاد قلع در آن زمان می‌باشد. علاوه بر این در گذشته از ترکیب قلع با سرب برای تولید کتری، دیگ، فنجان و بشقاب استفاده می‌شده است. اما از آنجایی که سرب اثرات منفی و زیان‌باری بر روی سلامتی انسان و محیط زیست داشته است، آلیاژهای دیگری به مرور جایگزین آن شدند. در کنار این موارد، از قلع برای ساخت بسیاری از اسباب بازی‌ها و لوازم کودکان استفاده می‌شده است.

نقش قلع در صنعت لحیم کاری

همانطور که اشاره کردیم یکی از کاربردهای زیاد فلز قلع، استفاده از آن در صنعت برق و لحیم کاری است. در واقع لحیمی که بین دو یا چند قطعه فلزی شکل می‌گیرد، توسط ترکیب دو آلیاژ اصلی قلع و سرب انجام می‌شود. قلع به صورت سیم، پودر و یا شمش در صنعت لحیم کاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. بهترین نسبت سیم‌های قلع لحیم کاری، 63 به 37 است که این نشانگر وجود 63 درصد قلع و 37 درصد سرب در سیم لحیم است. البته امروزه به جای فلز سرب از آلیاژهای جایگزین دیگری مانند نقره استفاده شده تا از مضرات سرب کاسته شود.

• شمش قلع در لحیم کاری

از شمش قلع بیشتر در اموری چون لحیم کاری لوله‌ها، لحیم کاری رساناهای الکتریکی، پوشش ظروف استیل و… استفاده می‌شود. در واقع زمانی که نیاز به تولیدات انبوه باشد، می‌توان به جای استفاده از سیم قلع از شمش قلع استفاده کرد. شمش‌های قلع در ساخت یاتاقان، ساخت آمالگام‌های دندانی، ساخت قطعات خودرو، ساخت فلزات هوافضا با آلومینیوم و تیتانیوم کاربرد زیادی دارند. این مواد نیز به صورت سرب‌دار و بدون سرب در بازار موجودند و افراد می‌توانند بر اساس نیاز خود یکی از انواع آن را خریداری نمایند.

چرا از قلع برای آبکاری استفاده می‌شود

بیشتر قوطی‌های فولادی که در اطراف ما وجود دارند، از یک ورق فولاد ساخته شده و با یک لایه نازک قلع پوشیده می‌شوند. دلیل اینکه قلع برای آبکاری فولاد، روی و سرب مناسب است این است که قلع فلزی مقرون به صرفه بوده و به راحتی در دسترس است. برای همین نسبت به فلزات گرانبها مانند طلا، پلاتین و پالادیوم گزینه بهتری برای آبکاری می‌باشد. علاوه بر این فلز قلع در برابر خوردگی مقاومت زیادی دارد و از فلز پایه به خوبی محافظت می‌نماید. در حال حاضر سه نوع آبکاری قلع وجود دارد که عبارتند از آبکاری بشکه‌ای، آبکاری ثابت و آبکاری لرزشی.

آبکاری بشکه‌ای یا بارل، برای قطعات کوچک مورد استفاده قرار گرفته و اشیا درون یک ظرف که به آن بشکه می‌گویند قرار می‌گیرند. در این نوع آبکاری با چرخش بشکه، عمل آبکاری قلع صورت خواهد گرفت. از آبکاری ثابت برای آبکاری قطعات بزرگتر و ظریفتر استفاده می‌شود. معمولا در این روش اشیا را روی یک تسمه مسی آویزان کرده و در محلول الکترولیت آبکاری قلع غوطه‌ور می‌کنند. و در نهایت آبکاری ارتعاشی یا لرزشی، برای قطعات ریز و درشت مناسب بوده و با لرزش‌های صورت گرفته موجب انجام عمل آبکاری می‌شوند. این نوع آبکاری گرانترین آبکاری قلع بوده و حساسیت‌های خاص خود را دارد. افراد می‌توانند با توجه به نوع قطعات و پروسه مورد نظر خود، از یکی از روش‌های آبکاری قلع استفاده نمایند.

جمع بندی

همانطور که در این مطلب به طور کامل اشاره کردیم، فلز قلع (tin ingot) از فلزهای پر مصرفی بوده که در صنایع گوناگونی از آن استفاده می‌شود. این فلز که به طور وفور در طبیعت یافت می‌شود، دارای خواص و ویژگی‌های زیادی است. از جمله خواص مهم فلز قلع می‌توان به خاصیت چکش خواری، مقاومت بالا، عدم اکسید، انعطاف پذیری و ساختار بلورین اشاره کرد. به دلیل خواص خاصی که قلع دارد، از آن در صنایع گوناگونی چون عایق کاری، آبکاری، کاتالیزور، کنسروسازی، صنایع غذایی، صنایع نساجی، پلاستیک سازی، شیشه سازی، لحیم کاری و ساخت آهنربای ابررسانا استفاده زیادی می‌شود.