فرآیند تهیه و تولید آلومینیوم

تولید آلومینیوم فرآیندی پیچیده‌ی است که طی چند مرحله انجام می‌شود. این فرآیند از استخراج سنگ معدن بوکسیت آغاز و به تولید شمش های آلومینیومی ختم می‌شود.. با توجه به ویژگی‌های خاص آلومینیوم مانند سبک‌وزنی، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت بازیافت، این فلز در صنایع مختلف نقش مهمی ایفا می‌کند بدین جهت  توسعه روش‌های بهینه‌سازی استخراج و تولید آن از اهمیت زیادی برخوردار می‌باشد. این صنعت همواره تلاش کرده است که با استفاده از فناورهای پیشرفته و مدرن، کنترل دقیقی بر فرآیند و شرایط عملیاتی استخراج داشته باشد. در این مقاله از نورد پارس به نحوه استخراج و تولید آلومینیوم می‌پردازیم.

استخراج بوکسیت  

بوکسیت سنگ معدنی سرشار از آلومینا (آکسید آلومینوم) است که به عنوان منبع اصلی استخراج آلومینیوم شناخته می‌شود. این سنگ معدن عمدتاً شامل اکسیدهای آلومینیوم است. استخراج بوکسیت عمدتاً به روش‌های سطحی (روباز) انجام می‌شود و در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری و عمدتا در کشور‌های برزیل، استرالیا، چین و …یافت می‌شود.

 (Bayer Process) فرآیند بایر

بوکسیت استخراج شده به وسیله دستگاه‌های خردکن و آسیاب به قطعات کوچک‌تری تبدیل می‌شود تا برای مراحل بعدی آماده شود. بعد از استخراج سنگ بوکسیت از معادن، مرحله بعدی تبدیل آن به آلومینا است. این فرآیند طی چندین مرحله انجام می‌شود که به آن فرآیند بایر گفته می‌شود.

سنگ بوکسیت در کارخانه‌‌های فرآوری به ذرات ریز تبدیل می‌شود تا سطح تماس آن با محلول‌های شیمیای افزایش یافته و فرآیند به سرعت انجام شود. بوکسیت خرد شده با محلول سدیم هیدروکسید در دما و فشار بالا ترکیب می‌شود. در این مرحله آلومینا به صورت محلول سدیم آلومینا در می‌آید. محلول به دست آمده در مرحله قبل، از یک سری فیلترها عبور داده می‌شود تا باقیمانده‌های جامد جدا شوند و به آرامی سرد شوند. آلومینای موجود در محلول به صورت کریستال جدا می‌شود.

 (Electrolysis) الکترولیز

آلومینای به دست آمده در مرحله قبل به کارخانه‌های ذوب آلومینیوم انتقال داده می‌شوند تا طی، فرآیند الکترولیز تبدیل به آلومینوم خالص شوند. این فرآیند که در سال 1886 توسط چارلز هال و پل هرولت به طور مستقل ابداع شد، همچنان اصلی‌ترین روش تولید آلومینیوم در جهان است. این مرحله آلومینا در محلول کریولیت مذاب حل می‌شود و در دمای حدودا 950 درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شود.

مرحله بعد انتقال جریان الکتریکی از میان این محلول عبور می‌باشد. این جریان الکتریکی، موجب تجزیه شدن آلومینا به آلومینیوم فلزی و اکسیژن می‌شود. آلومینیوم مذاب به دلیل وزن بیشتر به سمت کاتد (پایین سلول) می‌رود و در آنجا جمع می‌شود. در نهایت، آلومینیوم مذاب استخراج و برای مراحل بعدی آماده می‌شود..

تصفیه و قالب گیری

آلومینیوم مذاب به دست آمده از مرحله الکترولیز، نیاز به تصفیه دارد تا ناخالصی‌های موجود درآن حذف شود. این فرآیند شامل فلیتر کردن و عبور از طریق گاز کلر است که باعث جدا سازی ناخالصی‌های آن می‌شود. بسته به نیاز مشتری و کاربرد آن، ممکن است عناصر دیگری مانند مس، منیزیم و … به آلومینیوم مذاب اضافه تا آلیاژ های آلومینیومی با خواص مکانیکی و فیزیکی متفاوت تولید شود.

آلومینیوم مذاب در قالب‌های مخصوص ریخته می‌شود تا به شکل‌های مختلف مانند شمش، بیلت یا ورق تبدیل شود. در این مرحله فرآیند ریخته‌گری به دقت کنترل می‌شود تا محصولاتی با کیفیت بالا و خواص مکانیکی مطلوب به دست آید. این محصولات اولیه سپس به کارخانه‌های مختلف منتقل می‌شوند تا تحت فرآیندهای شکل‌دهی مانند نورد، اکستروژن، یا آهنگری قرار گیرند و به محصولات نهایی تبدیل شوند. آلومینیوم به محصولات نهایی مانند ورق‌ ها‌ وگرده‌ های آلومینیومی، پروفیل‌ها، قطعات مصرفی در صنعت … تبدیل می‌شوند.

بازیافت آلومینیوم

همانطور که قبلا اشاره شد، تولید آلومینیوم به شدت انرژی بر و فرآیند پر هزینه‌ی می‌باشد. یکی از ویژگی‌های مهم آلومینیوم که آن را تبدیل به یکی از فلزات پرکاربرد و محبوب در صنعت کرده است، قابلیت بازیافت بسیار بالای آن می‌باشد. تولید آلومینیوم از مواد خام (بوکسیت) نیاز به انرژی بسیار بالایی دارد، در حالی که بازیافت آلومینیوم تنها حدود 5 درصد از انرژی مورد نیاز برای تولید آلومینیوم اولیه را مصرف می‌کند.

تولید آلومینیوم همچنین با هزینه‌های زیست‌محیطی و زیرساختی همراه است. فرآیندهای تولیدی منجر به تولید گازهای گلخانه‌ای و دیگر آلودگی‌ها می‌شود که نیازمند مدیریت و کنترل هستند. به همین دلیل بازیافت آلومینیوم نه تنها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، بلکه باعث کاهش مصرف انرژی و کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای می‌شود. در سال‌های اخیر پیشرفت‌های تکنولوژی نقش بسیار مهمی در بهبود فرآیند بازیافت آلومینیوم داشته. استفاده از فناوری‌های جدید مانند شناسایی و تفکیک اتوماتیک، پلاسمای حرارتی برای ذوب ضایعات و فناوری‌های پیشرفته تصفیه می‌تواند به بهبود کیفیت آلومینیوم بازیافتی و کاهش هزینه‌های عملیاتی کمک کند.

نتیجه گیری

تولید آلومینیوم یک فرآیند پیچیده و انرژی‌بر است که از استخراج بوکسیت تا تولید آلومینیوم خالص و محصولات نهایی را شامل می‌شود. این فرآیندها، علی‌رغم هزینه‌های بالای انرژی و زیرساخت‌ها، به دلیل ویژگی‌های برجسته آلومینیوم مانند وزن سبک، مقاومت در برابر خوردگی، و قابلیت بازیافت بی‌پایان، از اهمیت بالایی برخوردارند.

استفاده گسترده از آلومینیوم در صنایع مختلف، از خودروسازی تا هوافضا، نشان‌دهنده ارزش این فلز در دنیای مدرن است. بازیافت آلومینیوم با کاهش مصرف انرژی و حفظ منابع طبیعی، به‌طور چشمگیری به بهره‌وری اقتصادی و پایداری زیست‌محیطی کمک می‌کند. با ادامه پیشرفت‌های فناوری، می‌توان انتظار داشت که هزینه‌های تولید کاهش یافته و تولید آلومینیوم از نظر زیست‌محیطی و اقتصادی بهینه‌تر شود. به همین دلیل، آلومینیوم همچنان نقش مهمی در توسعه صنعتی و فناوری‌های آینده خواهد داشت.

به قلم: صحبا موسوی