آلومینیوم و انواع آن

آلومینیوم فراوان‌ترین عنصر فلزی در پوسته زمین و پرکاربردترین فلز غیرآهنی است، اما همیشه در یک ترکیب یافت می‌شود تا یک سنگ معدنی که به راحتی تصفیه گردد. آلوم یکی از این ترکیبات است. دانشمندان تلاش کردند تا این فلز را از آلوم خارج کنند، اما این فرآیند بسیار پر هزینه بود، تا اینکه چارلز مارتین هال در سال 1889 یک روش ارزان قیمت برای تولید آلومینیوم اختراع کرد. پیش از اینکه چارلز مارتین یک روش ارزان برای تولید آلومینیوم کشف کند، هانس کریستین اورستد، یک شیمیدان دانمارکی، اولین کسی بود که در سال 1825 مقادیر بسیار اندکی از آلومینیوم را تولید کرد. آلومینیوم خالص در آن زمان‌ها بسیار نادر بود و به عنوان فلزی گرانبها در نظر گرفته می‌شد.

همانطور که در ابتدا هم به آن اشاره کردیم، آلومینیوم هرگز در طبیعت به شکل فلزی وجود ندارد، اما ترکیبات آن تقریبا در همه سنگ‌ها، گیاهان و جانوران به میزان کم یا زیاد وجود دارد.

حدود 5000 سال قبل از میلاد، سفالگران ایرانی، بادوام‌ترین ظروف خود را از خشت می‌ساختند که حاوی اکسید آلومینیوم بود. مصریان و بابلیان باستان، از ترکیبات آلومینیوم در رنگ کردن پارچه، مواد آرایشی و همچنین صنعت دارو، استفاده می‌کردند. اما در اوایل قرن نوزدهم بود که که آلومینیوم به عنوان یک عنصر شناخته شد و به عنوان یک فلز خالص جدا شد. مشکلات و سختی‌هایی که در استخراج آلومینیوم وجود داشت، این فلز را برای سال‌ها نایاب نگه داشت و حتی نیم قرن پس از کشف آن، هنوز هم مانند نقره نادر و ارزشمند بود.

بوکسیت و آلومینیوم

ترکیبات آلومینیوم در انواع خاک رس وجود دارد، اما سنگ معدنی که بیشترین کاربرد را برای تولید آلومینیوم خالص دارد «بوکسیت» است. بوکسیت حاوی 45-60 درصد اکسید آلومینیوم به همراه ناخالصی‌های دیگری چون ماسه آهن و دیگر فلزات است.

اگرچه برخی از کانسارهای بوکسیت سنگ سخت است، اما بیشتر آنها از خاک نسبتا نرمی تشکیل شده‌اند که به راحتی از معادن روباز استخراج می‌شود. استرالیا بیش از یک سوم کل بوکسیت جهان را تولید می‌کند.

برای تولید 1 پوند (0.5 کیلوگرم) فلز آلومینیوم حدود 4 پوند (2 کیلوگرم) بوکسیت لازم است.

از هیدروکسید سدیم، برای حل ترکیبات آلومینیوم موجود در بوکسیت و جدا کردن آنها از ناخالصی‌ها استفاده می‌شود.

بسته به ترکیب سنگ معدن بوکسیت، مقادیر نسبتا کمی از سایر مواد شیمیایی ممکن است در استخراج استفاده شود.

تولید آلومینیوم

آلومینیوم در دو مرحله تولید می‌شود:

اولین مرحله فرآیند بایر است، که سنگ معدن بوکسیت را برای به دست آوردن اکسید آلومینیوم تصفیه می‌کنند، و مرحله دوم، فرآیند هال هرولت است که، برای آزاد سازی آلومینیوم خالص، اکسید آلومینیوم بدست آمده در مرحله بایر را ذوب می‌کنند.

انواع آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد، آلیاژهای کارشده و آلیاژهای ریختگی.

آلومینوم کار شده، همانطور که از نام آن پیداست، آلومینیومی است که با کمک ابزارهای خاص روی فلز (فلزی که جامد است) کار می‌کنند و بواسطه ذوب شمش آلومینیوم خالص به همراه عناصر آلیاژی خاص دیگر، برای ساخت آلومینومی با درجه معین، تولید می‎شود. آلومینوم‌های کار شده در مقایسه با آلومینیوم‌های ریختگی دارای مقاومت کششی بهتری نیز می‌باشند. آلومینیوم‌های ریختگی، حاوی درصد بیشتری از عناصر آلیاژی هستند. آلومینیوم ریختگی آلومینیومی است که، در کوره، ذوب شده و در قالب ریخته می‌شود. از این دو فرآیند تولید، دو ماده با خواص بسیار متفاوت بدست می‌آید.