کاربردهای سلنیوم و آینده ی آن در صنایع مختلف

1399/11/8 15 نظر 15 لایک

کاربردهای سلنیوم و آینده ی آن در صنایع مختلف:

سلنیوم هنگام تجزیه و بررسی ناخالصی های موجود در سولفوریک اسید کارخانه ای در سوئد کشف شد. ابتدا تصور میشد این ناخالصی در حقیقت همان تلوریم است. اما پس از بررسی های بیشتر به این نتیجه رسیدند که این ناخالصی، یک عنصر ناشناخته ی جدید است که بعدها سلنیوم نام گرفته است. در این مقاله قصد داریم کاربردهای سلنیوم و آینده ی آن در صنایع مختلف را بررسی کنیم.

سلنیوم عنصری نادر و کمیاب است که می توان گفت هیچ معدنی وجود ندارد که بتوان از آن سلنیوم را در مقادیر بالا و با سود زیاد به دست آورد. تنها راه استخراج آن، تصفیه ی ناخالصی های حاصل از معادن سایر فلزات مثل سنگ آهن، مس و سرب می باشد.

سلنیوم یک عنصر نسبتا فعال است که به راحتی با هیدروژن، فلوئور، برم، اسید سولفوریک و اسید نیترات واکنش میدهد. علاوه بر این قادر است با تعدادی از فلزات ترکیب شده و ترکیبات سلنیدی ایجاد کند. این عنصر در اکسیژن می سوزد و شعله ای آبی با بوی خاصی ایجاد میکند.

سلنیوم در طبیعت سه دگرشکل یا آلوتروپ دارد. اولین دگر شکل سلنیوم که هیچ نظمی در ساختار خود ندارد و به عبارتی آمورف است به صورت پودری قرمز رنگ یا مشکی دیده می شود‌.

دومین دگر شکل سلنیوم شبکه ی بلوری مونوکلینیک آن است که به رنگ قرمز پر رنگ ( قرمز خونی ) مشاهده می شود.

کریستال هگزاگونال سلنیوم نیز سومین آلوتروپ آن است که رنگ خاکستری متالیکی دارد. آلوتروپ آمورف قرمز رنگ رایج ترین نوع سلنیوم است.

سلنیوم در مقادیر کم غیر سمی است اما در مقادیر زیاد ممکن است سلامتی انسان را به خطر بیندازد. البته بعضی ترکیبات سلنیوم مثل سلنید هیدروژن سمی هستند و عملکرد فیزیولوژیکی شبیه آرسنیک دارند‌. از آنجایی که سلنیوم با اکسیژن و گوگرد در یگ گروه ( گروه 16 جدول تناوبی ) قرار دارد، خواصی مشابه گوگرد دارد.

عنصر سلنیوم در مواد غیر آلی نظیر CuThSe، CuAgSe و PbSe وجود دارد. ولی در حالت کلی عنصر سلنیم عنصری است کمیاب و نادر که این روزها از تصفیه ی ناخالصی های موجود در مس و معادن سولفید به دست می آید. از سوزاندن لجن های آندی حاصل از الکترولیز مس با سدیم هیدروکسید و اسید سولفوریک ی ذوب قلیایی آن با سدیم هیدروکسید و نیترات سلنیوم به دست می آید.

خواص و کاربردهای سلنیوم:

مقاومت و پایداری سلنیوم در مقابل جریان الکتریکی وابستگی مستقیمی به شدت نور دارد. هر چه نور تابانده شده درخشندگی بیشتری داشته باشد، سلنیوم جریان الکتریسیته را بهتر از خود عبور میدهد. با توجه به این خاصیت سلنیوم از آن برای ساخت تجهیزات حساس به نور نظیر فتوسل ها، چشم الکترونیک، نورسنج ها و دستگاه های کپی استفاده می شود.

علاوه بر این سلنیوم قادر است نور خورشید را مستقیما به جریان الکتریسیته تبدیل نماید. به این خاصیت، خاصیت فتوولتائیک گفته می شود. بنابراین در سلول های خورشیدی GICS مورد استفاده قرار می گیرد.

سلنیوم یک نیمه هادی به شمار می رود یعنی با افزایش نور، مقاومت الکتریکی آن کاهش می یابد. بنابراین در تجهیزاتی مثل رکتیفایرها مورد استفاده قرار می گیرد.

یکی از مهمترین کاربردهای سلنیوم در صنعت شیشه سازی است که موجب ایجاد رنگ قرمز در شیشه می شود.

با توجه به قابلیت تبدیل جریان الکتریسیته ی A.C به جریان D.C در ساخت یکسو کننده ها نیز از Se استفاده می شود.

نقش سلنیوم در سلول های خورشیدی:

یکی از کاربردهای سلنیوم که به نفع محیط زیست است، استفاده از آن در سلول های خورشیدی است. استفاده از سلنیوم در سلول های خورشیدی بر پایه ی کادمیم تلورید موجب پایین رفتن گپ انرژی ماده ی جاذب انرژی می شود. به دنبال کاهش گپ انرژی، جریان انرژی در سلول بالا می رود. در واقع سلنیوم قادر است تابناکی مواد جاذب را بیشتر کند و بدین ترتیب ایرادات لایه ی جذب کننده را رفع کند.

در حقیقت سلنیوم باعث افزایش کارایی سلول های خورشیدی در انتشار نور می شود. مکانیسم عمل سلنیوم در سلول های خورشیدی کادمیم تلورید این است که شکست ها ی کریستال های کادمیم را از بین میبرد و از این طریق موجب بالا رفتن توان جذب شده ی سلول های خورشیدی می شود.

نقش سلنیوم در رنگ کردن شیشه:

تولید شیشه با استفاده از ترکیبات سلنیوم سالهاست که در آمریکا و اروپا رواج دارد. ابتدا روش استفاده از سلنیوم برای تولید شیشه به صورت یک راز مخفی نگه داشته می شد. اما بعدها تعدادی کارخانه موفق به کشف راز تولید شیشه از طریق آزمون و خطا شدند‌.

تمامی مراحل و فرایندها در تولید شیشه باید به شدت تحت کنترل قرار بگیرند تا در پایان شیشه ی با کیفیتی تولید شود. برای رنگ کردن شیشه ها از مواد مختلفی استفاده می شود. یکی از اصلی ترین کاربردهای سلنیوم، استفاده از آن در صنعت شیشه سازی است.

معمولاً برای تولید شیشه های قرمز رنگ از سلنیوم استفاده می شود.

اگر نتوان از طریق افزودن سلنیوم به ترکیبات شیشه به رنگ قرمز مورد نظر رسید، از معرف های دیگری مثل مس یا طلا میتوان استفاده کرد.

اما استفاده از سلنیوم نسبت به مس یا طلا مزایایی دارد. استفاده از سلنیوم ارزان تر و مقرون به صرفه تر است. با دستکاری مناسب ترکیبات سلنیوم میتوان به رنگ قرمز دلخواه رسید در حالی که استفاده از ترکیبات مس موجب ایجاد رنگ های مایل به قرمز می شود. حتی ممکن است استفاده از مس موجب ایجاد لکه های رنگی در شیشه شود. همچنین استفاده از سلنیوم در ساختار شیشه شدت نور عبوری از آن را کاهش میدهد.

برای از بین بردن لکه های رنگی شیشه نیز از ترکیبات سلنیوم استفاده می شود.

نقش سلنیوم در دستگاه های فتوکپی:

ما فراموش کرده ایم که اختراع دستگاه های کپی و استفاده از آنها چه گام مهمی است. صدها سال قبل مردم برای حفظ و استفاده از مستندات خود مجبور بودند چند نسخه ی دست نویس از آن تهیه کنند. تهیه ی نسخه ی دست نویس از مستندات نه تنها کار کسل کننده ای بود، بلکه تعداد خطاهای آن نیز زیاد بود.

اما دستگاه های کپی امکان تولید چندین نسخه از یک نوشته را در مدت زمان خیلی کوتاه فراهم کردند. در واقع یکی از بهترین کاربردهای سلنیوم در دستگاه های فتوکپی است. دستگاه های فتوکپی یک تسمه ی پهن متحرک دارند که باید پودر سلنیوم به خوبی روی آن پخش شود. وجود سلنیوم برای دستگاه فتوکپی بسیار ضروری است. نور دستگاه به سلنیوم دارای بار الکتریکی برخورد میکند و موجب کپی شدن متن می شود.

نقش سلنیوم در لاستیک های ولکانیزه:

یکی از کاربردهای سلنیوم، استفاده از آن در لاستیک سازی است. برای ساخت لاستیک های ولکانیزه از مواد و روش های مختلفی استفاده میتوان نمود. اما تا چند سال پیش هیچ روشی به جز استفاده از سولفور یا سولفور کلرید برای ولکانیزه کردن لاستیک کارایی چندانی نداشت. در واقع فقط با استفاده از ترکیبات سولفوری میشد به یک لاستیک ولکانیزه ی با کیفیت رسید. اما تحقیقات و آزمایشات جدید نشان داد با گرم کردن لاستیک با استفاده از ذرات سلنیوم یا اسپری کردن CSe₂ در دمای 300 درجه فارنهایت و شرایط تحت فشار می توان به لاستیک های ولکانیزه ی با کیفیتی رسید.

کاربرد سلنیوم در آلیاژسازی:

آلیاژسازی در حقیقت ذوب دو یا چند فلز و مخلوط کردن آنها برای ساخت ترکیبی با خاصیت بینابینی دو فلز. آلیاژسازی به منظور افزایش قابلیت های ماشینکاری مثل برش دادن، خم کردن، چرخش و ... انجام می شود. با اضافه کردن سلنیوم به فلزات دیگر میتوان آلیاژهایی با قابلیت ماشینکاری بالا بدست آورد.

کاربردهای سلنیوم در سایر صنایع:

حدود یک سوم سلنیوم تولید شده در جهان به عنوان پیگمنت و رنگدانه در صنایع مختلفی نظیر پلاستیک سازی، سرامیک سازی، لعاب سازی و تولید رنگ های صنعتی به کار می رود. بسته به نوع سلنیوم و عدد اکسایش آن، رنگ حاصله طیف رنگی متغیری از نارنجی تا قرمز را خواهد داشت.

نانو ذرات سلنیوم:

علاوه بر این این روزها از نانو ذرات سلنیوم نیز بسیار استفاده می شود. نانو ذرات سلنیوم درجه ی سمیت خیلی کمتری از سلنیوم دارند. از نانو ذرات سلنیوم در داروها و همچنین صنایع آرایشی بهداشتی استفاده می شود. زیرا قابلیت پاکسازی رادیکال های آزاد را دارند.

علاوه بر این استفاده از نانوذرات در محصولا آرایشی بهداشتی، خاصیت آنتی باکتریال به آنها می‌دهد. مقادیر بسیار پایین سلنیوم در رژیم غذایی از بروز سرطان پیشگیری میکند. این نانوذرات را میتوان از طریق سنتز شیمیایی، سنتز فیزیکی و سنتز بیولوژیکی به دست آورد.

آینده ی سلنیوم در صنایع مختلف:

Se شبه فلزی نسبتا سمی است که به دلیل واکنش پذیری بالا و خاصیت فتوولتائیک و نیمه هادی بودن در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار میگیرد. کاربردهای سلنیوم بسیار گسترده است اما از جمله صنایعی که در حال حاضر به سلنیوم نیاز زیادی دارند می توان به صنایع سرامیک سازی، صنایع شیشه سازی، لاستیک سازی، آلیاژسازی، پلاستیک سازی، لعاب سازی و صنایع تولید رنگ های شیمیایی اشاره کرد.

با توجه به این که روز به روز خواص بیشتری از این عنصر کمیاب شناخته می شود پیش بینی می شود در آینده ای نه چندان دور، بسیاری از صنایع برای تولید محصولات و ارائه ی خدمات خود به Se نیاز داشته باشند. زیرا این عنصر هم خانواده ی گوگرد است و خواص بسیار مشابهی دارد. بنابراین احتمال دارد به زودی جایگزین گوگرد شود و در آینده ای بسیار نزدیک تقاضا برای عرضه ی آن افزایش یابد.