آلومینیوم ؛ از معدن تا مصرف
شمش آلومینیوم شرکت پارس آلومینیوم باقرزاده (آلومپ کویر)
آلومینیوم از سنگ معدنی بوکسیت تهیه می‌شود که معمولاً حاوی 40 تا 60 درصد آلومینای هیدراته و ناخالصی‌هایی مانند اکسید آهن، سیلیس، و تیتانیم است. بوکسیت در اثر هوازدگی سطحی صخره‌های حاوی آلومینیوم، مانند گرانیت و بازالت، در مناطق گرمسیری تشکیل می‌شود.
تولید آلومینیوم از بوکسیت شامل دو فرآیند مجزا است که معمولاً در دو مکان متفاوت انجام می‌شوند.
در مرحله اول از فرآیند بایر استفاده می‌شود که طی آن بوکسیت خرد شده در دمای 240 درجه سانتی‌گراد با محلول سود غلیظ حل شده و آلومینای خالص به دست می‌آید.
بیشتر آلومینا از این روش استخراج می‌شود و باقی‌مانده به صورت لجن قرمز که عمدتاً شامل اکسید و سیلیکا است، از طریق فیلتر کردن جدا می‌شود. سپس، با افزودن بلورهای آلومینیوم تری‌هیدرات به محلول سرد شده، واکنش شیمیایی معکوس انجام شده و محلول سود بازیابی و مجدداً استفاده می‌شود.
تری‌هیدرات آلومینا به دست آمده در یک کوره گردان در دمای 1200 درجه سانتی‌گراد تکلیس می‌شود تا آب تبلور آن گرفته شده و پودر نرم آلومینا حاصل شود. آلومینا دارای نقطه ذوب بالای 2040 درجه سانتی‌گراد و هدایت الکتریکی ضعیفی است. کلید موفقیت در تولید آلومینیوم، حل کردن آلومینا در کریولیت مذاب است. نمونه‌ای از الکترولیت شامل 80 تا 90 درصد کریولیت و 2 تا 8 درصد آلومینا به همراه مواد افزودنی مانند فلورایدهای آلومینیوم و کلسیم است. کریولیت که ابتدا از منابع طبیعی تهیه می‌شد، امروزه به صورت مصنوعی تولید می‌شود.
پوسته خارجی سلول الکترولیز از جعبه‌ای فولادی ساخته شده که با آجر آستر شده و دارای قطعات کربنی یا گرافیتی پخته شده است. این قطعات به عنوان کاتد و جمع‌آوری‌کننده آلومینیوم مذاب عمل می‌کنند. آند از قطعات کربنی پیش‌ساخته تشکیل شده که در الکترولیت غوطه‌ور می‌شود و در طی واکنش، به‌تدریج مصرف می‌گردد. در روش دیگر، از الکترودهای تکی بزرگ استفاده می‌شود که توسط حرارت هدر رفته از سلول پخته می‌شوند. این حمام در دمای حدود 95 درجه سانتی‌گراد عمل می‌کند و سلول‌ها به صورت ردیفی، که به آن خط ظرف می‌گویند، قرار می‌گیرند. امروزه جریان برق برقرار شده در این سیستم تا 285000 آمپر با افت ولتاژی حدود 5 ولت در هر سلول می‌رسد. آلومینیوم تولیدی در فواصل زمانی مشخص از طریق سرریز کردن یا سیفون کردن خارج شده و آلومینای مورد نیاز مجدداً اضافه می‌شود.
مصرف برق یکی از عوامل مهم در تولید آلومینیوم است که حتی با وجود تغییرات و تصحیحات انجام شده در فرآیند، برای تولید یک تن آلومینیوم از آلومینا هنوز به حدود 13000 تا 14000 کیلووات‌ساعت برق نیاز است.
نقطه ذوب آلومینیوم 660 و نقطه جوش آن 2057 درجه سلسیوس است. یکی از دلایل عمده گسترش و کاربردهای روزافزون آلومینیوم در صنعت، نقطه ذوب پایین آن نسبت به مس (1083 درجه سلسیوس) و آهن (1539 درجه سلسیوس) و همچنین مقایسه وزن مخصوص و سایر خواص فیزیکی و مکانیکی این فلزات و آلیاژهای آنها است. برای ریخته‌گری و ذوب آلومینیوم تقریباً امکان استفاده از تمام کوره‌های صنعتی ذوب معمولی با قدرت حرارتی کم وجود دارد. آلومینیوم بعد از منیزیم سبک‌ترین فلز صنعتی است و چگالی آن 2.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. سبکی آلومینیوم یکی دیگر از عوامل مهم در کاربردهای صنعتی آن است. به عنوان مثال، چگالی آلومینیوم در مقایسه با مس (8.9) و آهن (7.8) کمتر است، بنابراین برای ساخت قطعات با شکل مشابه، استفاده از آلومینیوم باعث کاهش وزن نسبت به مس و آهن می‌شود.
آلومینیوم یکی از فلزات با هدایت خوب است و هدایت حرارتی آن تقریباً 55.7 درصد مس است و مقاومت الکتریکی آن برابر با 2.655 میکرواهم بر سانتی‌متر مربع (1.58 برابر ضعیف‌تر از مس) است. این ویژگی آلومینیوم را به گزینه‌ای مناسب برای مصارف الکتریکی تبدیل کرده است، زیرا با وجود چگالی کمتر، هدایت حجمی بهتری نسبت به مس دارد.
آلومینیوم فلزی نرم است که درصد ازدیاد طول نسبی کششی آن نسبتاً بالا و سختی آن کم است. قابلیت آلیاژسازی با عناصری مانند سیلیسیم، منیزیم، و مس باعث شده که خواص فیزیکی و مکانیکی آلومینیوم بهبود یابد، به‌طوری که آلیاژهای مقاومی با سختی و استحکام کششی بالا به دست آید. یکی دیگر از ویژگی‌های مهم آلومینیوم، مقاومت بالای آن در برابر اکسیداسیون و عوامل خورنده شیمیایی مانند آب دریا و برخی از مواد روغنی است. آلومینیوم به سرعت اکسید می‌شود، اما لایه‌ای فشرده و غیرمتخلخل از اکسید آلومینیوم روی سطح آن تشکیل می‌شود که از نفوذ بیشتر اکسیژن جلوگیری کرده و به عنوان حفاظ طبیعی عمل می‌کند.
آلومینیوم صنعتی در دسته‌های مختلفی قرار می‌گیرد که از آلومینیوم خالص تجاری با درجه خلوص حدود 99 درصد تا آلومینیوم ویژه خالص با درجه خلوص 99.99 درصد متفاوت است و هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند.
از مهم‌ترین زمینه‌های کاربرد آلومینیوم در صنایع مختلف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مصارف خانگی: نظیر کتری، قاشق، چنگال، قابلمه، و بخش‌هایی از یخچال.
- مصارف ساختمانی: نظیر در و پنجره‌ها، دستگیره درها و... به صورت ریختگی و نوردی.
- مصارف شهرسازی: نظیر لوله‌ها، اتصالات، و پمپ‌های آب.
- مصارف هواپیمایی: در صنایع هواپیمایی، آلومینیوم به دلیل سبکی و استحکام مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- مصارف کشتی‌سازی و زیردریایی: علاوه بر سبک بودن، مقاومت آلومینیوم در برابر خوردگی ناشی از نمک‌های دریا و آب دریا از دلایل استفاده آن در این صنایع است.
- مصارف تجاری و بسته‌بندی: نظیر بسته‌بندی چای، مواد لبنی، و پاکت شیر.
- مصارف الکتریکی: نظیر کابل‌ها و اتصالات.
استانداردهای آلیاژهای آلومینیوم
آلیاژهای آلومینیوم به دو دسته آلیاژهای ریختگی و آلیاژهای کارپذیر تقسیم می‌شوند. هر دسته نیز به دو گروه آلیاژهای عملیات حرارت‌پذیر و عملیات حرارت‌ناپذیر تفکیک می‌شود.
- آلیاژهای سری 1000: دارای حداقل 99 درصد آلومینیوم خالص، با مقاومت بالا در برابر خوردگی و هدایت حرارتی و الکتریکی خوب. این آلیاژها در صنایع الکتریکی و ساخت ظروف استفاده می‌شوند.
- آلیاژهای سری 2000: با عنصر مس به‌عنوان عنصر آلیاژی اصلی، با استحکام بالا و مقاومت کم در برابر خوردگی. این آلیاژها در ساخت بدنه هواپیماها استفاده می‌شوند.
- آلیاژهای سری 3000: با عنصر اصلی منگنز و ویژگی‌هایی چون استحکام متوسط و مقاومت در برابر خوردگی.
- آلیاژهای سری 4000: با عنصر آلیاژی سیلیسیم و مقاومت متوسط به خوردگی.
- آلیاژهای سری 5000: با عنصر اصلی منیزیم و مقاومت عالی به خوردگی، به ویژه در آب شور.
- آلیاژهای سری 6000: با عناصر اصلی منیزیم و سیلیسیم و ویژگی‌هایی چون قابلیت جوشکاری و استحکام مناسب.
- آلیاژهای سری 7000: با عنصر اصلی روی و مقاوم به سایش.
- آلیاژهای سری 8000: شامل عناصر نیکل، آهن و لیتیم، با ویژگی‌های رسانایی بالا و قابلیت عملیات حرارتی.
سوالات متداول (FAQ) :
1.آلومینیوم از چه ماده‌ای تهیه می‌شود؟
آلومینیوم از سنگ معدنی بوکسیت تهیه می‌شود که حاوی آلومینای هیدراته و ناخالصی‌هایی مانند اکسید آهن و سیلیس است.
2.فرآیند بایر چیست و چه نقشی در تولید آلومینیوم دارد؟
فرآیند بایر شامل حل کردن بوکسیت با محلول سود غلیظ در دمای بالا برای استخراج آلومینای خالص است. این مرحله یکی از مراحل اولیه تولید آلومینیوم است.
3.چگونه آلومینا به آلومینیوم تبدیل می‌شود؟
آلومینا در کوره‌ای با دمای بالا تکلیس شده و سپس در سلول‌های الکترولیز حل می‌شود تا آلومینیوم تولید شود. کریولیت مذاب به عنوان الکترولیت در این فرآیند استفاده می‌شود.
4.چرا مصرف برق در تولید آلومینیوم اهمیت دارد؟
مصرف برق در تولید آلومینیوم بسیار بالاست و برای تولید هر تن آلومینیوم به حدود 13000 تا 14000 کیلووات‌ساعت برق نیاز است. این مسئله به دلیل فرآیند الکترولیز و دمای بالا است.
5.آلومینیوم چه خواص فیزیکی و مکانیکی دارد؟
آلومینیوم فلزی سبک با چگالی 2.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. همچنین، هدایت حرارتی و الکتریکی خوبی دارد و مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون دارد.
6.چه کاربردهایی برای آلومینیوم در صنایع مختلف وجود دارد؟
آلومینیوم در مصارف خانگی، ساختمانی، شهرسازی، هواپیمایی، کشتی‌سازی، بسته‌بندی و الکتریکی استفاده می‌شود.
7.آلیاژهای آلومینیوم به چند دسته تقسیم می‌شوند؟
آلیاژهای آلومینیوم به دو دسته اصلی آلیاژهای ریختگی و کارپذیر تقسیم می‌شوند. هر دسته به دو گروه عملیات حرارت‌پذیر و عملیات حرارت‌ناپذیر تقسیم می‌شود.
8.آلیاژهای سری 1000 آلومینیوم چه ویژگی‌هایی دارند؟
آلیاژهای سری 1000 دارای حداقل 99 درصد آلومینیوم خالص هستند و ویژگی‌هایی مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و هدایت حرارتی و الکتریکی خوب دارند.
9.آلومینیوم در صنعت هواپیمایی چه نقشی دارد؟
آلومینیوم به دلیل سبکی و استحکام بالا در صنعت هواپیمایی استفاده می‌شود. این ویژگی‌ها به کاهش وزن و بهبود عملکرد هواپیماها کمک می‌کند.
10.چرا آلومینیوم در مصارف الکتریکی مناسب است؟
آلومینیوم دارای هدایت الکتریکی خوب و چگالی پایین است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که آلومینیوم گزینه مناسبی برای کابل‌ها و اتصالات الکتریکی باشد.
برای مشاهده لیست قیمت روز ورق آلومینیوم کلیک کنید
لطفا جهت دريافت قيمت ورق آنادایز براق آیینه ای ، ورق پلي كرافت آلومينيوم ، ورق ذوزنقه ، ورق سينوسي ، ورق شادولاين ، ورق آنادايز ،
ورق امباس ابری آلومينيوم ، امباس لوزی ، کویل آلومینیوم ، ورق رنگي آلومينيوم ، ورق آجدار و فویل آلومینیوم با شماره تلفن 70-02122779660 تماس بگيريد
یا از طریق راه های ارتباطی صفحه ارتباط با ما با شرکت ما در تماس باشید