کریولیت یک جامد کریستالی بی رنگ تا سفید و در واقع همان ترکیب فلوراید آلومینیوم سدیم می باشد. این کانی در گرینلند و همچنین مقادیر کمی نیز در اسپانیا، کلرادو، ایالات متحده و جاهای دیگر یافت می شود.
از این ماده به عنوان حلال بوکسیت در تولید الکترولیت آلومینیوم استفاده می شود و کاربردهای متالورژی مختلف دیگری نیز دارد و در صنایع شیشه و مینا، در مواد ساینده به عنوان پرکننده و در ساخت حشره کش ها نیز مصرف می گردد.
مقدار زیادی کریولیت مصنوعی از فلوریت ساخته شده است. گرد و غبار این ماده چشم و پوست را تحریک می کند و استنشاق آن موجب آسیب به بینی، دهان و ریه ها می شود.
این ماده با ترکیب فلوراید سدیم و فلوراید آلومینیوم به عنوان یک الکترولیت در احیاء آلومینا به فلز آلومینیوم سنتز می شود و در طبیعت به صورت کریولیت معدنی وجود دارد. از سوسپانسیون های آبی پودر فلوراید آلومینیوم سدیم به عنوان حشره کش استفاده می شود.
خواص و مشخصات شناسایی
| خواص | مشخصات |
| شکل فیزیکی جامد کریستالی بی رنگ تا سفید | فرمول شیمیایی Na۳AlF۶ |
| دانسیته (g/cm۳)۲/۹۵ | وزن مولکولی (g/mol)209/94 |
| نقطه ذوب (۰C) 1012 | شماره (CAS No) ۱۵۰۹۶-۵۲-۳ |
| حلالیت در آب (در ۲۵ درجه سانتیگراد) بسیار کم، (g/100ml) ۰/۰۴۲ | ساختار کریستالی مونوکلینیک |
تاریخچه کریولیت
این ماده برای اولین بار در سال ۱۷۹۸ توسط دامپزشک دانمارکی توصیف شد و تولید آن در Ivigtut و در نزدیکی Arsuk Fjord، جنوب غربی گرینلند انجام شد.نام آن از کلمات زبان یونانی κρύος (cryos) = یخبندان و λίθος (lithos) = سنگ گرفته شده است.
شرکت تولید نمک پنسیلوانیا از مقادیر زیادی کریولیت برای تولید سود سوزآور در کارهای Natrona، پنسیلوانیا و در ارتفاعات Cornwells Heights در طول قرن ۱۹ و ۲۰ میلادی استفاده کرد.
این ماده از نظر تاریخی به عنوان سنگ معدن آلومینیوم و بعداً در پردازش الکترولیتی بوکسیت سنگ معدن اکسید غنی از آلومینیوم (خود ترکیبی از مواد معدنی اکسید آلومینیوم مانند گیبسایت، بوهمیت و دیاسپور) استفاده می شد.
دشواری جداسازی آلومینیوم از اکسیژن در سنگ معدن اکسید با استفاده از کریولیت به عنوان شار برای حل شدن کانی اکسید (ها) برطرف شد. خود کریولیت خالص در دمای ۱۰۱۲ درجه سانتی گراد (۱۲۸۵ کیلوگرم) ذوب می شود و می تواند اکسیدهای آلومینیوم را به اندازه کافی حل کرده تا استخراج آسان آلومینیوم با الکترولیز امکان پذیر باشد.
هنوز انرژی قابل توجهی برای گرم کردن مواد و الکترولیز مورد نیاز است، اما از نظر ذوب خود اکسیدها بسیار کم مصرف می باشد. از آنجایی که کریولیت طبیعی در حال حاضر بسیار نادر است و نمی توان از آن برای این منظور استفاده کرد، فلوراید آلومینیوم سدیم مصنوعی از فلوریت معدنی معمولی تولید می شود.
ساختار کریستالی و طیف های FTIR و رامان کریولیت
کاربردها
کریولیت مذاب به عنوان حلال اکسید آلومینیوم (Al۲O۳) در فرآیند هال هر ولت استفاده می شود که در تصفیه آلومینیوم به کار می رود. این نقطه ذوب اکسید آلومینیوم مذاب (حالت مایع) را از ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد تا ۹۰۰-۱۰۰۰ درجه سانتی گراد کاهش می دهد و رسانایی آن را افزایش می دهد، بنابراین استخراج آلومینیوم را اقتصادی تر می کند.
کریولیت به عنوان حشره کش و آفت کش استفاده می شود و همچنین برای ایجاد رنگ زرد آتش بازی به کار می رود. این ماده دارای کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف است.
صنعت آلومینیوم
ترکیبات فلورین معدنی نقش برجسته ای در صنعت آلومینیوم ایفا می کنند، آنها اغلب نه تنها در تولید، بلکه در پردازش و تکمیل آلومینیوم نیز روبرو می شوند. تولید آلومینیوم در مقیاس تجاری اولین بار با معرفی کریولیت در پایان قرن نوزدهم امکان پذیر شد. کرایولیت به عنوان جزء ضروری الکترولیت (۸۵ – ۹۰) دمای الکترولیز شار ذوب را کاهش می دهد.
سایر افزودنی های مهم به الکترولیت ها در مصارف تجاری فعلی، فلوراید آلومینیوم، فلوراید کلسیم و فلوراید لیتیوم هستند. این فلورایدها رسانایی الکترولیت را افزایش داده و کارایی انرژی مصرفی را بهبود می بخشد.
آلومینیوم تولید شده دارای خلوص بین ۹۹.۵ تا ۹۹.۹ است. تصفیه، یعنی تمیز کردن کامل و بهبود آلومینیوم، به عنوان مثال با فرایند الکترولیز نمک ذوب شده سه لایه انجام می شود. این روش تنها فرایند تجاری مناسب برای تولید آلومینیوم خالص را نشان می دهد.
کاربرد کریولیت فناوری ریخته گری
در صنعت آلومینیوم از روکش نمک به عنوان کمکی در ریخته گری استفاده می شود. روکش نمک مخلوطی از مواد است که آلیاژهای مذاب آلومینیوم را از اکسید شدن محافظت می کند. مخلوط نمک مذاب همچنین از ورود گازها به حمام جلوگیری می کند، تلفات حرارتی را از سطح فلز مذاب کاهش می دهد و ناخالصی هایی را که به سطح مذاب افزایش می یابد جذب می کند.
پوشش نمک مناسب شارهایی است که حاوی کرایولیت یا فلوروسیلیکات سدیم هستند. نقاط ذوب این شارها با افزودن، به عنوان مثال کلرید سدیم یا کلرید پتاسیم تا حدی کاهش می یابد که در دمای کار غالب مایع می شوند.
اسید هیدروفلوریک و آمونیوم بی فلوراید اجزای حمام برای تصفیه سطحی آلومینیوم خالص هستند. سطح بازتابنده روشن بر روی آلومینیوم با پرداخت شیمیایی بدست می آید. فلورایدهای معدنی نیز در لحیم کاری شار آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم از اهمیت بسزایی برخوردار هستند و باعث حذف لایه اکسید می شوند.
صنایع ساینده
در دهه های اخیر کیفیت مواد ساینده افزایش مداوم داشته است، این امر به ویژه در مورد ساینده های الاستیک و ثابت چسبیده صادق است و به دلیل استفاده از مواد پرکننده ساینده فعال مانند Solvay-Cryolite می باشد.
امروزه تقریباً در تمام ساینده های با کارایی بالا که در آسیاب فلزات استفاده می شوند، پرکننده های ساینده فعال وجود دارد. ساینده های چسبان ثابت، بدنه های ساینده ای هستند که در انواع مختلف تولید می شوند.
نمونه هایی از مواد ساینده که روی بسترها نگهداری می شوند شامل کاغذهای ساینده عموماً بدون مواد پرکننده ساینده فعال، تسمه های ساینده و الیاف ساینده هستند. اکسید آلومینیوم و کاربید سیلیکون، تولید شده توسط فرایندهای همجوشی در کوره های برقی، دانه های اصلی ساینده مورد استفاده هستند.
صنعت شیشه
شرکت Solvay به عنوان تولید کننده خاکستر سودا، یک شریک شناخته شده در صنعت شیشه است و به گفته این کمپانی کمتر مشاهده شده است که طیف وسیعی از ترکیبات فلورین معدنی هم در ساخت شیشه و هم در فرآوری آن نقش مهمی ایفا کند.
در تولید شیشه مات که به شیر یا شیشه ابری نیز معروف است، با افزودن فلورایدهای معدنی، کدر شدن حاصل می شود. اینها به عنوان “مات کننده سفید” به مذاب شیشه اضافه می شوند.
در مقادیر کم، فلورایدها به عنوان شار عمل می کنند و فقط افزودن مقادیر بیشتر باعث ایجاد اثر کدر می شود. این اثر کدر شدن عمدتا در اثر رسوب بلورهای کوچک کلسیم و فلوراید سدیم ایجاد می شود. یک شیشه معمولی فلوئور مات دارای مقدار فلوراید تقریباً ۴ – ۳/۵ درصد خواهد بود.
هیدروفلوریک اسید محصول اولیه صنعت فلوروشیمیایی است و بیشترین تولید را در بین تمام ترکیبات فلورو غیر آلی دارد، همچنین از تصفیه سطحی فلزات برخوردار است.
صنعت خودرو
الزامات سیستم های ترمز نوآورانه که می توانند در سراسر جهان استفاده شوند بسیار زیاد است. موارد مهم در روند ترمز آنها، کیفیت، ثبات عملکرد، دوام، طول عمر، خواص راحتی، بهره وری، و انتشار صدا می باشند.
جنبه های مربوط به محیط زیست کاربرد کریولیت در این صنعت در آینده اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد. در عین حال، رعایت مشخصات فزاینده صنعت خودرو و سایر بخش ها با توجه به استانداردسازی و به حداقل رساندن هزینه ضروری خواهد بود.
فلوراید کلسیم مصنوعی محصول Solvay این الزامات را برآورده می کند و ثابت شده است که در ترمزهای با کارایی فوق العاده خوب عمل می کند.