ساخت آلومینیوم

آلومینیوم اولین عنصر فراوان در پوسته زمین و سومین عنصر فراوان در کل کره زمین پس از اکسیژن و سیلیکون است. آلومینیوم محکم، سبک، مقاوم به گرما، مقاوم به زنگ‌زدگی و رسانای خوبی برای جریان الکتریکی است. از بسیاری جهت‌ها آلومینیوم فلز فوق‌العاده‌ای است. به همین دلیل در این مطلب به مراحل ساخت آلومینیوم می‌پردازیم. در صورت تمایل به آشنایی بیشتر با آلومینیوم، می‌توانید مقالات مرتبط دیگر بلاگ را بخوانید.

این فلز فراوان و ارزان برای اولین بار در سال ۱۸۰۹ توسط شمیمی‌دان انگلیسی Sir Humphy Davy شناسایی و نام‌‌گذاری شد. امروزه آلومینیوم پس از آهن و فولاد پرکاربردترین فلز و بخش مهمی از زندگی همه ما است. از آلومینیوم در صنایع مختلف از ساخت خودرو گرفته تا روش‌های بسته‌بندی موادغذایی استفاده می‌شود. آلومینیوم وقتی با دیگر عناصر ترکیب می‌شود، بیشترین کارایی را دارد و آلیاژ‌های آلومینیوم در طیف گسترده‌ای از صنایع کاربرد دارند.

مراحل ساخت آلومینیوم

ساخت آلومینیوم در مراحل زیر صورت می‌گیرد:

• پیداکردن سنگ‌معدن آلومینیوم
• استخراج آلومینیوم
• خالص‌کردن Bauxite
• گداختن آلومینیوم

پیداکردن سنگ‌معدن آلومینیوم

آلومینیوم در طببعت در ترکیب با عناصر دیگری وجود دارد و به ندرت به صورت خاص فلزی یافت می‌شود. ترکیبات آلومینیوم در بیشتر انواع سنگ‌های معمولی مثل رسی، نفت‌زا، تخته‌سنگ‌ها و سنگ‌های آذرین یافت می‌شوند.  مهم‌ترین سنگ‌معدن آلومینیوم بوکسایت است. این سنگ از ۵۲ درصد آلومینیوم به همراه اکسیدآهن، سیلیکا و titania (تیتانیوم دی‌اکسید) تشکیل شده است. این سنگ معمولا در محل‌هایی نزدیک به پوسته زمین یافت و در سرتاسر جهان یافت می‌شوند‌. این مناطق شامل اروپا، آسیا، استرالیا و آمریکای جنوبی هستند.

استخراج آلومینیوم

زمین‌شناسان محل بوکسایت را با نمونه‌بردای و حفاری‌های اکتشافی شناسایی می‌کنند.  پس از کشف آلومینیوم، این فلزات در گودال‌های عریض با استفاده از بیل‌های برقی و ماشین‌های خاک‌برداری استخراج می‌شوند. بیش از ۹۰ درصد از بوکسایت استخراج به alumina (اکسید آلومینیوم) و سپس آلومینیوم تبدیل می‌شود. همچنین ۱۰ درصد باقی‌ مانده تبدیل سمباده یا گل حفاری نفتی می‌شود. از هر ۴ تن بوکسایت، ۲ تن آلومینا و ۱ تن آلومینیوم ساخته می‌شود.

خالص‌کردن بوکسایت

در ساخت آلومینیوم یکی از مراحل خالص‌ کردن است که با فرآیند Bayer آغاز می‌شود. Karl Joseph Bayer در سال ۱۸۸۸ این فرایند را ابداع کرد. این فرایند دارای چهار مرحله هضم، پاکسازی، ته‌نشینی و آهکی‌شدن است.

ساخت آلومینیوم؛ هضم

بوکسایت با caustic soda (سدیم هیدروکسید) خرد و ترکیب و به درون یک مخزن پرفشار پمپ می‌شود‌. در این مخزن، مواد تحت اثر بخار داغ و فشار قرار می‌گیرند. در نتیجه این فعالیت‌ها سدیم هیدروکسید با آلومینیوم بوکسایت واکنش می‌دهد و محلولی از سدیم آلومینات تولید می‌شود. ناخالصی‌های ناخواسته در ترکیبی به نام گل قرمز باقی می‌مانند.

پاک‌سازی

در این جا محلول سدیم آلومینات وارد مخزنی می‌‌شود که فشار آن را تا فشار اتمسفر کم می‌کند. گل قرمز به وسیله عوامل پاک‌کننده و فیلتر‌های پارچه‌ای حذف می‌شوند. محلول پاک‌سازی شده در تبادل‌کننده‌های دما خنک شده و به درون سیلو‌های بلندی پمپ می‌شوند.

ته‌نشینی

دانه‌های کریستالی آلومینیوم هیدروکسید به محلول سدیم آلومینات اضافه می‌شوند و ته‌نشینی می‌شوند. در طی این فرآیند آلومینوم سخت می‌شود. این سخت‌شدن سبب تشکیل کریستال‌های بزرگ آلومینیوم می‌شود. در این مرحله باید آب و ناخالصی از آن‌ها جدا ‌شوند.

آهکی‌شدن

آهکی‌شدن یک فرآیند گرمایی است که در آن میزان هوای در دسترس کنترل می‌شود. کریستال‌های آلومینیوم هیدروکسید تحت تاثیر این فرآیند قرار می‌گیرند. Rotary Kilns (کوره‌های چرخنده) کریستال‌های تشکیل شده را تا دمای ۹۶۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند و با این کار ناخالصی‌های باقی مانده نیز حذف می‌شوند. نتیجه یک پودر سفید به نام alumina (آلومینیوم اکسید) است.

گداختن آلومینیوم

گداختن یکی از فرآیند‌های ساخت آلومینیوم است که در طی آن آلومینیوم از درون آلومینا خارج می‌شود. برای این کار به فرآیند Hall-Héroult نیاز است که در سال ۱۸۸۶ توسط Charles Martin Hall و Paul Héroult ابداع شده است.

سپس آلومینا به محیطی اضافه می‌شود که دارای الکترولیت‌های ذوب شده‌ و آند‌های کربنی است. سپس با برقراری و تخلیه جریان الکتریکی، آلومینیوم ذوب می‌شود. در نهایت آلومینیوم با غلظت ۹۸ درصد به قالب‌های شمش آلومینیوم ریخته می‌شوند. در ادامه آلومینیوم می‌تواند یا دوباره بیشتر تلخیص شود و یا با دیگر عناصر آلیاژ شود.

ساخت آلومینیوم: آلومینیوم فوق خالص

این نوع از آلومینیوم ۹۹٫۹۹ درصد خالص، نرم و دارای قدرت کشش کم است اما مقاومت ضد زنگ‌زدگی و رسانایی بالایی دارد‌. ساخت آلومینیوم با این درجه از خلوص برای تولید وسایل شیمیایی، قطعات الکتریکی و بنزین کاربرد دارد.

آلیاژ‌ها در هنگام ساخت آلومینیوم

بیشتر آلومینیوم‌ها در ترکیب با سایر عناصر ایجاد شده‌اند. با آلیاژ کردن قدرت و استحکام آن افزایش پیدا می‌کند‌. انواع معمول آلیاژ آلومینیوم از ترکیب آلومینیوم با منیزیم (لوازم آشپزخانه)، منگنز (قوطی نوشیدنی‌ها)، منیزیم و سیلیکون (ساختمان‌ها و ماشین‌ها)، مس (هواپیماها) ساخته شده‌اند.

بازیافت آلومینیوم

آلومینیوم را می‌توان به دفعات نامحدود و بدون از بین رفتن کیفیت بازیافت کرد. این موضوع آن را به یکی از فلزات دوستدار محیط زیست تبدیل می‌کند. در واقع بیشتر مقدار آلومینیومی که تا به حال تولید شده است، هنوز در حال استفاده هستند.

برای اطلاع از قیمت آلومینیوم در بازار فلزات و خرید محصولات آلومینیوم که شامل موارد زیر است مشاهده نمایید:

• شمش آلومینیوم

• تیوب گرد آلومینیوم

• لوله آلومینیوم

• میل گرد آلومینیوم

• صفحه و ورق آلومینیوم

• میل مستطیل آلومینیوم