كيف تتم عملية تكرير الألومنيوم وما هي العناصر التي يحتوي عليها؟

الألومنيوم (Al) معدن خفيف الوزن ذو لون أبيض فضي، ويحتل المرتبة الثالثة من حيث الوفرة في قشرة الأرض، بعد الأكسجين والسيليكون. ومع ذلك، ونظرًا لتفاعليته الكيميائية العالية، فإنه لا يوجد في الطبيعة بشكله المعدني النقي. بل يوجد في مركبات، وخاصة في خام البوكسيت، وهو خليط من أكاسيد الألومنيوم المائية، بما في ذلك الجبسيت (Al(OH)₃) والبوهميت (AlO(OH)) والدياسبور.

عملية التكرير على مرحلتين

رحلة من البوكسيت الخام إلىالألومنيوم عالي النقاء يتضمنعمليتان صناعيتان متميزتان.

المرحلة الأولى هي عملية باير، التي طُوّرت عام ١٨٨٨. يُخلط البوكسيت المسحوق مع محلول هيدروكسيد الصوديوم الساخن تحت ضغط، مما يُذيب المعادن الحاملة للألومنيوم ويترك الشوائب مثل أكاسيد الحديد والسيليكا. يُرشّح محلول ألومينات الصوديوم الناتج لإزالة رواسب الطين الأحمر، ثم يُضاف إليه بلورات هيدروكسيد الألومنيوم، ويُكلس عند حوالي ١١٠٠ درجة مئوية لإنتاج الألومينا البيضاء النقية، أو أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃). يُنتج حاليًا أكثر من ٩٠٪ من الألومينا في العالم بهذه الطريقة.

المرحلة الثانية هي عملية هول هيرولت. يتميز الألومينا بنقطة انصهار تتجاوز 2000 درجة مئوية، مما يجعل التحليل الكهربائي المباشر غير عملي. يكمن الحل في إذابة أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) في الكريوليت المنصهر (Na₃AlF₆)، مما يخفض درجة حرارة التشغيل إلى حوالي 950-1000 درجة مئوية. ثم يُمرر تيار كهربائي عبر الخليط. يتجمع الألومنيوم المنصهر في الأسفل (الكاثود)، بينما يتحد الأكسجين مع أنودات الكربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون (CO₂). لا تزال هذه الطريقة التحليلية الكهربائية هي العملية الصناعية الوحيدة لإنتاج الألومنيوم الأولي، حيث تُنتج معدنًا بنقاوة تتراوح بين 99.5% و99.8%.

ما هي العناصر التي يحتويها الألومنيوم؟

يتكون الألومنيوم النقي من عنصر الألومنيوم (Al) فقط، وله عدد ذري ​​13 ووزن ذري يبلغ حوالي 26.98 غ/مول. يحتوي الألومنيوم التجاري (98.8-99.7% Al) على آثار ضئيلة من الحديد والسيليكون كشوائب طبيعية. ومع ذلك، فإن معظم الألومنيوم النقي تجاريًا (98.8-99.7% Al) يحتوي على آثار ضئيلة من الحديد والسيليكون كشوائب طبيعية.تعتمد التطبيقات على سبائك الألومنيوم، حيث تتم إضافة عناصر محددة عمداً لتخصيص الخصائص الميكانيكية.

بالنسبة للتطبيقات الإنشائية، تستخدم سلسلة 6000 (مثل 6061) المغنيسيوم والسيليكون كعناصر أساسية في تركيبها، بنسبة تتراوح عادةً بين 0.8 و1.2% من المغنيسيوم و0.4 و0.8% من السيليكون. توفر هذه السبيكة توازناً ممتازاً بين القوة المعتدلة، وقابلية اللحام الجيدة، وسهولة التشغيل الفائقة.

لتلبية متطلبات القوة العالية، تتضمن سلسلة 7000 (مثل 7075) الزنك والنحاس كعناصر أساسية في عملية السبائك، بنسبة تقريبية تتراوح بين 5.16% و0.1% زنك، وبين 1.2% و2.0% نحاس. وتوفر معالجة T6 لسبائك 7075 قوة شد تقارب ضعف قوة سبائك 6061-T6، مما يجعلها الخيار الأمثل لصناعة الطيران والفضاء والمكونات الهيكلية عالية الأداء.

توجد كميات ضئيلة من الكروم والمنغنيز والتيتانيوم عادةً في السبائك التجارية، حيث يلعب كل منها دورًا في تحسين بنية الحبيبات ومقاومة التآكل. يُعدّ فهم التركيب العنصري الدقيق لكل سبيكة أمرًا ضروريًا لاختيار المادة المناسبة لمتطلبات التشغيل أو التصنيع المحددة.