تاریخچه تهیه آلومینیوم

آلومینیوم هیدرواکسید (Bauxite) یک نوع خاک اوره است که در آن عنصر های آلومینیوم بسیار غنی ای وجود دارد . (حدود ۵۰درصد این فلز تشکیل شده است .) البته در این خاک ناخالصی هایی مانند : سیلیس (SiO2) ، اکسید های آهن و اکسید تیتانیوم(TiO2) وجود دارد .

آلومینیوم کشف شده «آلومین» نامیده می شود . آلومین یک ماده ی سخت ، شامل آلومینیوم و اکسیژن است . چون دمای ذوب آلومین زیاد است ، (در حدود ۲۰۵۰ درجه سلسیوس) الکترولیز آن در حالت مذاب بسیار دشوار است ؛ به این دلیل آن را در کریولیت (Na3AlF6) نمکِ مذاب حل می کنند و به این ترتیب مخلوطی به دست می آید که دمای ذوب (بین ۹۶۰ تا ۹۸۰ ) پایین تری دارد . سپس آن را از یک جریان الکتریکی قوی عبور می دهند تا اکسیژن آن کاملاً جدا شود .

فرآیند تولید آلومینیوم

امروزه در جهان تولید فلز آلومینیوم به دو صورت انجام می گیرد :

۱- تولید آلومینیوم اولیه با استفاده از اکسید آلومینیوم یا آلومینا AL2O3

۲- تولید آلومینیوم ثانویه با استفاده از آلومینیوم بازیافتی .

فلز آلومینیوم اولیه نیز طی سه مرحله به شرح ذیل تولید می شود :

۱) مراحل عملیاتی سنگ معدن بوکسیت

۲) مراحل استحصال آلومینا از بوکسیت

۳) فرآیند احیاء

سنگ بوکسیت طی فرآیندی با استفاده از روش شیمیایی در کارخانجات تولید آلومینا به اکسید آلومینیوم یا آلومینا تبدیل می گردد. آلومینیوم مذاب در کارگاههای احیاء با استفاده از کوره های احیاء و روش هال- هرولت‌ و وجود قطبهای مثبت و منفی (آند-کاتد) جهت عبور جریان الکتریسیته از محلول آلومینا AL2o3 در کریولیت Na3Alf6 مذاب و ایجاد حرارت ۹۷۰-۹۵۰ درجه سانتیگراد تولید شده و به طور کلی ، از فرآیند چهارتن بوکسیت ، دو تن پودر آلومینا بدست آمده و ازاین مقدار یک تن فلز آلومینیوم استحصال میگردد .

از نظر تکنولوژی سیستم موجود در کارگاه احیاء ایرالکو از نوع پیش پخت و نحوه قرار گرفتن دیگها پهلو به پهلو بوده که شامل ۵ خط و به استعداد ۷۰۰ دیگ می باشد.

استاندارد برق مصرفی دراین تکنولوژی به ازای هر کیلوگرم فلز مذاب تولیدی درون دیگ حدود ۵/۱۷-۱۷ کیلووات ساعت است. مراحل تولید فلز آلومینیوم به شرح ذیل صورت می پذیرد :

جریان مصرفی توسط دو خط فشار قوی 230kv متناوب وارد رکتیفایر (یکسوکننده) شده و جریان (A.C) به (D.C) تبدیل می گردد. باتوجه به نحوه قرارگرفتن دیگها به صورت سری ، آمپر عبوری در کلیه دیگها ثابت و ولتاژ مصرفی دیگ نیز برحسب مقاومت متفاوت است. الکترولیت در پروسه تولید آلومینیوم عمدتاً کریولیت Na3AlF6 میباشد که علاوه بر نقش کمکی جهت ذوب آلومینا ، دمای ذوب آن را تا ۹۶۰ درجه سانتیگراد پایین می آورد و به عنوان هادی جریان ، تبادلات الکتریکی و تجزیه آلومینا را به عهده دارد.

میزان ولتاژ هر دیگ بسته به مقاومت آن بین (۴/۸-۵/۴) ولت و میزان آمپر مصرفی در هر خط نیز بین  (۶۷-۶۸) کیلوآمپر بوده و تعداد آندهای موجود در هر سلول ۲۸ عدد و تعداد کاتدها ۱۴ عدد می باشد.

برای تولید ۱ کیلوگرم آلومینیوم ، ۱ کیلوگرم بوکسیت (Bauxite) ، ۴ کیلوگرم محصولات شیمیایی و KW 14 برق نیاز است . در حالی که برای بازیافت آن ۵% انرژی لازم است و فقط ۵% دی اکسید کربن تولید می کند . جالب است اگر بدانید که مقدار انرژی که از بازیافت یک قوطی کنسرو ذخیره سازی می شود ، می تواند یک تلویزیون را به مدت سه ساعت روشن نگه دارد .

کارگاه تولید آند :

 آند به عنوان قطب مثبت در پروسه تولید آلومینیوم و ایجاد حرارت و افزایش دما به ۹۵۰-۹۶۰ درجه سانتیگراد در کوره های احیاء نقش بسزایی ایفا می کند به طوریکه حدود ۲۵ درصد هزینه تولید را شامل می شود. آندهای مورد نیاز کوره های احیاء و مواد مخصوص میکس جهت آسترکاری کوره های احیاء در کارگاه آند تهیه می گردد. این کارگاه به دو بخش عمده ساخت و پخت آند تقسیم می شود. مواد اولیه  مورد نیاز هر آند که تقریباٌ به وزن۱۳۰ کیلوگرم و به ابعاد ۴۷۴۰۵۲ سانتیمتر میباشد ۸۵% کک نفتی  و ۱۵%  قیرصنعتی را  شامل میگردد که ممکن است درصدی ازاین مواد ازآندهای اسکراپ ( آندهائی که جزء ضایعات تولید کارگاه آندسازی میباشد ) و باتس ( باقیمانده آندهایی که پس از مصرف در کارگاه احیاء مجدداً به کارگاه آندسازی برگردانده می شوند) تشکیل دهند. مواد اولیه ذکر شده جهت ساخت آند خام بعد از کنترل وزن ، اندازه گیری ، دانه بندی و تعیین درصد اختلاط به دستگاههای مخلوط کن هدایت و پس از تحمل درجه حرارت بین ۲۴۰-۲۲۰ درجه سانتیگراد به مدت ۸۰-۵۵ دقیقه بصورت خمیر ی خروجی به دستگاههای پرس هدایت می شوند. آندهای ساخته شده به کارگاه پخت منتقل و عملیات پخت بر روی آنها در یک دوره چند روزه صورت می گیرد. این عملیات شامل مراحل بارگیری، پیش گرم، پیش پخت، سرد کردن و تخلیه می باشد.

کارگاه ریخت و برش و بسته بندی :

فعالیتهای زنجیره ای سه کارگاه آند ، میله گذاری و احیاء در کارگاه ریخت منجر به تولید محصول نهایی (انواع شمش آلومینیوم ) میگردد. دراین کارگاه با استفاده از انواع کوره های نگهدارنده   ، یکنواخت کننده و دستگاههای D.C عمودی و افقی و پیک ماشین آلومینیوم مذاب دریافتی از کارگاه احیاء به انواع آلیاژهای ریختگی و کار پذیر آلومینیوم در استانداردهای مختلف تبدیل میگردد. در کارگاه ریخت دو نوع محصول تولید می شود :

:: ریخت محصولات کارپذیر در اشکال بیلت و اسلب با روش تبرید مستقیم D.C .

:: محصولات ریختگی در اشکال تی بار، پیک ۱۰۰۰ پوندی و شمش ۵۰ پوندی .

با توجه به نوع آلیاژ و درخواست مشتری ، پس از  کنترل نهایـــی و برش و بسته بندی جهت توزیع و ارسال به مشتریان تحویل انبار محصول می گردد .

بد نیست بدانید ، حجم بیشتری از این قطعات ریخته گری شده توسط کارخانه های خودرو سازی و هواپیما سازی مصرف می شود و برای ساخت سر سیلندر و مواردی از این قبیل کاربرد دارد .

در ایالات متحده ی آمریکا بازیافت آلومینیوم از قطعات خریداری شده در مقایسه سال ۲۰۰۱ با۲۰۰۰ تا ۱۴% کاهش پیدا کرده است . ۹۸/۲ تن از فلزات بازیافتی را ، ۶۰% از قطعات کارخانه ای و ۴۰% از محصولات آلومینیومی کم ارزش تشکیل می دهد . این موضوع نشان دهنده این است که در سال های اخیر به بازیافت زباله های خانگی توجه بیشتری شده است .

بسیاری دیگر از شرکت ها ، بازیافت قوطی ها را انجام می دهند . بسیاری از این قوطی ها به صورت ورقه های آلومینیومی بازیافت می شوند و دوباره به صورت قوطی های نوشابه در می آیند . گزارشات نشان می دهد که آمریکا حدود ۵۵۶۰۰۰۰۰ تن ، قوطی آلومینیومی را بازیابی کرده است و این مقدار باعث صرفه جویی های بسیاری در هزینه ها شده است .

آلومینیوم دارای خواصی است که موجب شده ، بیش از اندازه مورد توجه قرار گیرد . این خواص عبارت اند از:

۱- کاهندگی آلومینیوم

۲- چگالی کم

۳- رسانش گرمایی بالا و مقاومت حرارتی بالا

۴- سازش پذیری با مواد غذایی

منبع : ایران صنعت