ترکیبات شبه فلزات و به طور شاخص آلیاژ آنتیموان را میتوان قهرمان ناشناس جنگ دانست که نیروهای بیشماری را در طی جنگ دوم جهانی نجات داد، مادهای که اثر آن در باتری نادیده گرفته میشد ولی نقش اساسی در ذخیرهسازی برق برای بیش از ۱۰۰ سال را در اختیار داشت.
همچنین به عنوان یکی از اجزاء اصلی ذخیرهسازی انرژیها در مقیاس آیندهنگرانه، این فلز بود. شبهفلزی که بسیاری از افراد اطلاعات چندانی درباره آنها ندارند.
باوجود اینکه هنوز در بسیاری از فرهنگنامههای لغات این فلز حضور ندارد، اما از ۵ هزار سال پیش به عنوان مادهای با شکل فلز اما با خواص متفاوت مورد استفاده قرار میگیرد.
سازمان زمین شناسی ایالات متحده در گزارشی که طی سال 2018 در مورد کانیهای تهیه کرده بود، نوشت: «برای مثال، مصریان باستان و هندوهای اولیه از استیبنیت، که کانی اصلی برای آنتیموان است، برای تولید آرایش سیاه چشم در حدود 3100 سال قبل از میلاد استفاده میکردند».
در حالی که کاربری آرایشی آنتیموان طی پنج هزار سال گذشته کاهش یافته است، توانایی نیمه فلزها در مقاومت در برابر گرما و خوردگی، ساخت آلیاژهای سرب قویتر، تولید شیشه شفافتر برای دستگاههای با فناوری پیشرفته و ذخیره انرژیهای تجدیدپذیر، کاربردهای جدیدی برای این فلز باستانی شده است.
طیف گستردهای از صنایع آمریکا، از جمله بخشهای دفاعی و انرژی از خواص منحصر به فرد آلیاژ آنتیموان استفاده میشود.
طبق گزارش سازمان زمینشناسی آمریکا «USGS» امروزه آلیاژ آنتیموان در باتریهای ذخیرهسازی سرب-اسید برای تامین انرژی و حملونقل در مواد شیمیایی، سرامیک و شیشه،در مواد مقاوم در برابر شعله و به عنوان تثبیتکنندههای حرارتی و پلاستیک استفاده میشود.
علیرغم داشتن ذخایر قابل توجه کانیهایی همچون استیبن، ایالات متحده به بیش از 80 درصد از کانیهای معدنی محتاج است و اقدام به واردات آنها «به خصوص از چین» میکند. اما تعادل عرضه و تقاضا در آمریکا با استافده از بازیافت و کنسانترههای پالایشی وارد شده از ایتالیا، چین، هند و مکزیک حاصل میشود.
در این گزارش یاد شده که چین همچنان در سال 2020 بزرگترین تولیدکننده جهانی آنتیموان بود و بیش از 52 درصد از تولید جهانی معادن را به خود اختصاص داد بود.
با توجه به وابستگی شدید آمریکا به واردات، همراه با کاربردهای سنتی و نوظهور آلیاژ آنتیموان سازمان زمینشناسی آمریکا اخیراً کانی آلیاژی استیبین را در جدول مهمترین مادههای معدنی ایالات متحده در زمینه ریسک تامین در رتبه 10 قرار گرفته است.
در گذشته دو معدن آیداهو و آلاسکا برای تامین نیازهای استراتژیک آنتیموان آمریکا گامهایی برداشتهاند و میزبان ذخایر غنی از این فلز مقاوم در برابر حرارت بودند که میتواند به رفع نیازهای حیاتی فعلی و آینده کمک کند.
قهرمانان جنگی
ویژگیهای مقاومت در برابر حرارت و شعلهپذیری باعث شد این شبه فلز تبدیل به قهرمانی طی جنگ جهانی دوم شود.
به خاطر این شرایط جان تعداد بیشماری از سربازان که در طی جنگ روی چادرها و پوششهای وسایل نقلیه خود از این فلز استفاده میکردند، حفظ شد.
هنگامی که تری اکسید آنتیموان با هالوژن – فلوئور، کلر، برم یا ید ترکیب میشود و آلیاژ خاصی را درست میکند؛ گسترش شعلهها را مهار میکند.
ژنرال بازنشسته جیمز مارکس در ستونی در سال 2020 که در واشنگتن تایمز منتشر شد، نوشت: «آنتیموان همچنین برای کارآمدی ارتش ما حیاتی بود و از زمانی که در جنگ جهانی دوم به نقش حیاتی آن در تلاشهای جنگی شناخته شد، شرایط تامین این ماده تا حدی تغییر کرد.
در طول هشت دهه پس از پایان جنگ جهانی دوم، آلیاژ آنتیموان با استفاده از ویژگیهای مقاوم در برابر شعله خود به تشکها، اسباببازیها، دستگاههای الکترونیکی، هواپیما و صندلی خودرو باعث شد جان افراد بیشماری نجات پیدا کند؛ افرادی که دیگر کمتر سربازان را شامل میشدن و از مزرعهدار گرفته تا نوزادان داخل مهد کودک بودند.
آنتیموان علاوه بر کاربردهای گسترده مقاومت در برابر حرارت، سختی و استحکام مکانیکی بیشتری را به آلیاژی به نام سرب آنتیموان اضافه میکند.
از گلوله و توپ گرفته تا بلبرینگ، روکش کابل برق، ماشینهای چاپ، لحیم کاری و اسپند از جمله محصولاتی هستند که برای ساخت آنها از آلیاژی حاوی مقداری از آلیاژ آنتیموان استفاده میشود.
با این حال، رایجترین کاربرد سرب آنتیمونیال، بهبود استحکام صفحات و خواص شارژ در باتریهای سرب اسیدی است؛ باتریهایی که برای بیش از یک قرن است که برای راهاندازی «استارت» بیشتر خودروهای احتراق داخلی استفاده میشوند.
آنتیموان همچنین برای ساخت شیشه های باکیفیت مورد استفاده غیرنظامیان میشود. به عنوان مثال مقدار کمی از اکسید آنتیموان توانایی حذف حبابها و ساخت شیشههای فوق شفاف را دارد که برای ساخت لنز دوربینهای دوچشمی و تجهیزات نوری مشابه و همچنین صفحه نمایش شیشهای گوشیهای هوشمند و سایر وسایل الکترونیکی استفاده میشود.
بخش عمدهای از آنتیموان مصرفی در این وسایل پس از مصرف بازیافت میشود، که باعث میشود بخشی که به آمریکا وارد نمیشود را پوشش دهد.
باتری مولتن آلیاژ آنتیموان
در حالی که انتظار میرود با روی کار آمدن خودروهای برقی به جای درونسوزها مصرف باتریهای قدیمی سرب اسیدی کاهش یابد، اما آلیاژ آنتیموان در حال یافتن راه خود برای کاربردهای جدید در باتریهای نسل بعدی است که میتوانند به طور موثر برق را در مقیاس شبکههای بین شهری ذخیره کنند.
این شکل نسبتاً جدید ذخیره انرژی که با نام باتریهای فلزی مایع شناخته میشود، در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در کمبریج توسعه یافته است.
شرکت امبری « Ambri » به عنوان یکی از شرکتهای تحقیق و توسعه باتری که از تحقیقات MIT برای ساخت باتریهای فلز مایع با آلیاژ آنتیموان استفاده میکند، در حال توسعه این باتریها در ابعاد بزرگ و در مقیاس شبکه برای استفاده تجاری است.
در دمای اتاق سلولهای باتری شرکت آمبری به صورت نارسانا و جامد هستند. هنگامی که تا 500 درجه سانتیگراد (932 درجه فارنهایت) گرم میشود، مواد معدنی و فلزات ذوب شده و تازه فعال میشوند. عبور یونها از الکترولیت در هنگام شارژ و تخلیه باتری، فلزات را مذاب نگه میدارد و نیاز به گرمایش یا سرمایش جانبی را از بین میبرد.
از لحاظ تاریخی در سال 1915 سنگ معدن آلیاژ آنتیموان در چهار منطقه در ناحیه فیربنکس در اسکرافورد، در حوضه تریزور کریک، استیبنایت، در حوضه ایوا کریک، گیلمر، در حوزه والوت کریک و در معدن چاتام استخراج میشد. همه عملیاتهای این معادن در مقیاس کوچک و عمدتا شامل برشهای باز بودند. مجموع محمولههای کانی استیبنیت از این مناطق در طی سال 1915 برابر با685 تن بود که احتمالاً به طور متوسط 58٪ آن را آلیاژ آنتیموان تشکیل میدهد.
اگر باتریهای نمک مذاب برای ذخیرهسازی انرژی تجدیدپذیر در مقیاس کاربردی مورد توجه قرار گیرند، احتمالا محققان بیشتری به پتانسیلهای تولید آلیاژ آنتیموان که اغلب همراه با فلز گرانبها است، پیخواهند برد.