سلنیوم و کاربرد آن در صنعت

1399/9/4 15 نظر 15 لایک

سلنیوم و کاربرد آن در صنعت:

عنصر شیمیایی سلنیوم یک عنصر ضروری برای انسانات و حیوانات است که در سال 1818 حین بررسی لجن های حاصل از تولید گوگرد توسط برزلیوس شناخته شد. اگرچه نخستین بار توسط کیمیاگر ویلانوا در سال 1300 مشاهده شد. برزلیوس ابتدا تصور کرد این ماده همان تلوریم است، اما تجزیه و تحلیل ها نشانگر عنصری جدید با خواص بیشمار بودند.

در کتاب Rosarium Philosophorum ویلانوا از این ماده به عنوان گوگرد قرمز یاد میکند که پس از قرار گرفتن در معرض حرارت مثل گوگرد تبخیر می شود.

سلنیوم به عنوان یک کالکوژن و شبه فلز در گروه 16 جدول تناوبی قرار دارد که رفتار شیمیایی آن مشابه سایر عناصر گروه 16 است. نام این شبه فلز، از واژه ی یونانی Selene اقتباس شده است. عنصر سلنیوم در صنعت، کشاورزی، پزشکی و داروسازی کاربردهای گسترده ای دارد. این عنصر، با عدد اتمی 34 و جرم اتمی 96.78 گرم بر مول، قادر است ترکیبات متنوعی تشکیل دهد. سلنیوم که با نماد شیمیایی Se نشان داده می شود قادر است چهار عدد اکسایش متفاوت داشته باشد. اعداد اکسایش 6+، 4+، 0 و 2- رایج ترین اعداد اکسایش این عنصر می باشند.

نحوه ی پیدایش:

عنصر سلنیوم به طور آزاد در طبیعت وجود دارد. اما از کانی های سولفیدی مثل مس، نقره، نیکل و سرب به صورت سلنید نیز قابل استخراج است. عنصر Se از لجن آندی مس و سرب ( به روش تصفیه ی الکترولیزی ) به راحتی و با روش های مختلفی قابل استخراج است. با این حال بیشترین میزان سلنیوم، به عنوان یک محصول جانبی از تصفیه ی کانی های مسی و تولید اسید سولفوریک به دست می آید.

تولید صنعتی Se شامل استخراج سلنیوم دی اکساید از باقیمانده ی فراورده ی خالص سازی مس است. با افزودن کلسیم کربنات به فراورده ی خالص سازی مس، اسید سلنوز ایجاد می شود که با دی اکسید گوگرد احیا می شود و Se اولیه حاصل می شود.

ویژگی های بارز سلنیوم:

Seبه طور طبیعی پودر قرمز رنگی می باشد، اما در آزمایشگاه ها به صورت سیاه وجود دارد‌. کریستال های هگزاگونال Seبه صورت خاکستری متالیک نیز دیده می شوند. رنگ ترکیبات سلنیدی به عدد اکسایش آن بستگی دارد. Se خاصیت فتوولتائیک دارد و میتواند نور را به الکتریسیته تبدیل کند. در صورتی که Se در مجاورت نور قرار بگیرد، خاصیت رسانایی آن افزایش می یابد. این عنصر شبه فلز اگر در دمایی کمتر از نقطه ی جوش خود قرار بگیرد، به یک نیمه هادی نوع P تبدیل می شود.

کاربرد Se در صنعت:

صنعت سرامیک سازی: شاید بتوان گفت اصلی ترین کاربرد Seدر صنعت سرامیک سازی و شیشه سازی است. فریت های سلنیوم لعاب رنگی خاصی به محصولات سرامیکی میدهد که این لعاب به هیچ روش دیگری ایجاد نمی‌شود. فریت های Se مورد استفاده در سرامیک سازی هیچ ماده افزودنی و ناخالصی ندارند.
صنعت شیشه سازی: بیشترین کاربرد تجاری- صنعتی Seمربوط به صنعت شیشه سازی است. تخمین زده می شود 50 درصد Seتولیدی در صنعت شیشه سازی مورد مصرف قرار می گیرد. در صنعت شیشه سازی از Se برای رنگ زدایی شیشه و ایجاد مینای قرمز رنگ استفاده می شود. استفاده از Se در تولید شیشه، رنگ سبز یا زرد شیشه را که به علت وجود ناخالصی های آهن است خنثی می‌کند. برای خنثی سازی این لکه های رنگی در شیشه سازی از نمک های سلنیت سدیم ( Na₂O₃Se ) و سلنات استفاده می شود. اما اگر هدف ایجاد مینای قرمز رنگ باشد، از کادمیم سلنید و کادمیم سولفید استفاده می شود.

صنایع شیمیایی و کارخانه ها: همچنین از Se به عنوان کاتالیزور در بسیاری از واکنش های شیمیایی استفاده می شود. البته در حال حاضر با توجه به سمی بودن Se، استفاده از آن در صنعت به عنوان کاتالیزور کمی محدود شده است.
سلول های خورشیدی: نخستین سلول خورشیدی از سلنیوم ساخته شده بود. با این حال هنوز هم در سلول های خورشیدی و سلول های نوری از Se استفاده می شود. فناوری CIGS نوعی فناوری نوین در ساخت سلول های خورشیدی است که از لایه ی نازک مس، ایندیم، گالیم و سلنیوم و گوگرد استفاده میکند.
الکترولیز منگنز: در طی فرایند الکترووینینگ منگنز افزودن اکسید سلنیوم موجب کاهش قدرت لازم برای عملکرد سلول های الکترولیزی می شود. کشور چین بزرگترین مصرف کننده ی Se به شمار می رود و به طور میانگین برای هر تن منگنز، از 2 کیلوگرم Se استفاده می‌کند.
تولید آلیاژها: از Se به همراه بیسموت در ترکیبات برنجی، و همچنین به عنوان یک ماده افزودنی برای ساخت فولاد ضد زنگ استفاده می شود. همچنین Se در آلیاژهای مس موجب بهبود ماشینکاری می شود.
باتری سازی: باتری های لیتیوم- سلنیوم یکی از بهترین باتری ها در میان خانواده ی باتری های لیتیومی به شمار می رود. این نوع باتری با توجه به هدایت الکتریکی بالا، جایگزین مناسبی برای باتری های لیتیوم- سولفید است.
لاستیک سازی: از ترکیبات ارگانو سلنیوم در صنعت لاستیک سازی نیز استفاده می شود.
دستگاه های فتوکپی: با توجه به خاصیت فوتو ولتایی و رسانایی نوری Se، از آن به عنوان یک رسانا در دستگاه های فتوکپی استفاده می شود. البته با توجه به تغییر دستگاه های کپی ساده با دستگاه های نوری آلی، استفاده از Se در دستگاه های کپی رو به کاهش است و یکسوسازهای سیلیکون جایگزین Se شده اند. اما در حفاظت از برق ولتاژ DC سلنیوم همچنان برتری خود را نسبت به سایر مواد حفظ کرده است.
رادیوگرافی: در رادیوگرافی صنعتی ازSe ، به عنوان منبع پرتو گاما استفاده می شود.

سایر کاربردهای Se :

از فیلم های باریک و نازک آمورف Se، در آشکارسازهای اشعه ی ایکس صفحه تخت به عنوان رسانه های نوری استفاده می شود. از این فیلم های نازک برای تبدیل مستقیم فوتون ها به بار الکتریکی استفاده می شود.
Se در تونینگ چاپ عکس نیز مورد استفاده قرار می گیرد و توسط تولیدکنندگان به عنوان تونرهای عکاسی به فروش میرسد. استفاده از این عنصر دامنه تونال تصاویر را افزایش داده و موجب دوام و ماندگاری بالای عکس ها می شود.
در لیزرهای اشعه ی ایکس از Seیونیزه شده به عنوان واسطه ی فعال استفاده می شود.
این عنصر، در کریستالوگرافی اشعه ی ایکس، موجب پراکندگی های ناهنجار با طول موج چندگانه و پراکندگی های ناهنجار با طول موج منفرد می شود
سلنیوم سولفید، یکی از ترکیبات اصلی شامپوهای ضد شوره است.
کشاورزی: Se در دوزهای پایین تر موجب افزایش مقاومت گیاهان در برابر محیطی نظیر شوری خاک، خشکسالی و تغییرات دمایی می شود. البته دوزهای بیشتر از حد مجاز ممکن است باعث آسیب دیدن گیاهان شود. همچنین محققان دریافتند استفاده از کود Se در کاهو منجر به کاهش تجمع سرب و کادمیم می شود. همچنین میوه هایی که آغشته به محلول Se با غلظت بالا بودند، طول عمر بیشتری داشتند و مدت زمان بیشتری پس از برداشت سفت و سالم باقی ماندند.
پزشکی: ترکیبات این عنصر علی رغم سمی بودن، یکی از عناصر کمیاب معدنی است که برای بدن انسان ضروری است. بدون حضور Se آنزیم گلوتاتیون پراکسیداز توانایی محافظت از سلول در برابر آسیب های اکسیداتیو را نخواهد داشت. Se جزء سازنده ی اسیدهای آمینه ی غیر طبیعی نظیر سلنوسیستئین و سلنو متیونین است. اما سلنیوم های غیر طبیعی در رژیم غذایی امکان ابتلا به سرطان را افزایش میدهند. سطوح غیر طبیعی ترکیبات Se در بدن، منجر به مسمومیت با سلنیوم می شود.

خرید و فروش Se :

در سال 2011 حدود 2000 تنSe در سراسر جهان به فروش رفت که بخش اعظم آن یعنی حدود 650 تن مربوط به آلمان بود. بعد از آلمان بیشترین فروش مربوط به ژاپن، بلژیک و روسیه بود. البته این آمار با فاکتور گرفتن از دو تولید کننده ی اصلی یعنی آمریکا و چین است. در سال 2011 همچنین قیمت سلنیوم ناگهان افزایش یافت.

ترکیبات رایج سلنیوم و کاربرد آنها:

آلومینیوم سلنید:( Al₂Se₃ ) برای آماده سازی هیدروژن سلنید در تحقیقات نیمه هادی ها

آمونیوم سلنیت :((NH₄)₂ SeO₃ ) به عنوان معرف آلکالوئیدها و تولید شیشه ی قرمز

آرسنیک همی سلنید (As₂Se):در تولید شیشه

کادمیم سلنید(CdSe): در رساناهای نوری، نیمه هادی ها و سلول های فتوالکتریک

کلسیم سلنید( CaSe ) : به عنوان ساطع کننده های الکترون

سلنات مس (CuSeO₄): در رنگ کردن آلیاژهای سیاه مس

سلنید مس (CuSe) : به عنوان کاتالیزور صنعتی

سلنیوم دی سولفید (SeS₂): به عنوان داروهایی برای درمان اگزما و قارچ در حیوانات و یکی از ترکیبات ضروری در شامپوهای ضد شوره

پتاسیم سلنات (K₂SeO₄): معرف

سلنیوم هگزا فلوراید (SeF₆): عایق گازی الکتریکی

سلنیوم مونو سولفید(SeS) : آنتی اگزما و درمان بیماری های پوستی در حیوانات کوچک

سلنیوم اکساید (SeO₂): برای تولید سایر ترکیبات سلنیومی و معرف آلکالوئیدها

با توجه به مطالب گفته شده، سلنیوم در صنعت عنصری بسیار ارزشمند است که صنایع زیادی مثل صنعت شیشه سازی، سرامیک سازی، لاستیک سازی، آلیاژ سازی، باتری سازی و کارخانجات تولید کننده مواد شیمیایی به آن نیاز دارد. به همین دلیل میزان تقاضا برای آن روز به روز در حال افزایش است. خواص این عنصر کاربردی تنها به صنعت ختم نمی شود. در کشاورزی، ساخت سلول های خورشیدی و بسیاری از موارد دیگر سلنیوم بسیار کارآمد است. درست است که سلنیوم عنصری است که در مقادیر بالا برای انسان سمی و بسیار خطرناک است اما حتی بدن ما نیز به مقادیر بسیار کمی از این عنصر نیاز دارد.

منابع: