آلومینیوم (Al) فلزی سبک، سفید نقرهای و پس از اکسیژن و سیلیکون، سومین عنصر فراوان در پوسته زمین است. با این حال، به دلیل واکنشپذیری شیمیایی بالای آن، هرگز به شکل فلزی خالص خود به طور طبیعی وجود ندارد. در عوض، در ترکیبات، عمدتاً در سنگ معدن بوکسیت، مخلوطی از اکسیدهای آلومینیوم هیدراته شامل گیبسیت (Al(OH)₃)، بوهمیت (AlO(OH)) و دیاسپور یافت میشود.
فرآیند پالایش در دو مرحله
سفر از بوکسیت خام بهآلومینیوم با خلوص بالا شاملدو فرآیند صنعتی مجزا.
مرحله اول فرآیند بایر است که در سال ۱۸۸۸ توسعه یافت. بوکسیت خرد شده با محلول داغ هیدروکسید سدیم تحت فشار مخلوط میشود و مواد معدنی حاوی آلومینیوم را در خود حل میکند و ناخالصیهایی مانند اکسیدهای آهن و سیلیس را باقی میگذارد. محلول آلومینات سدیم حاصل سپس فیلتر میشود تا باقیمانده گل قرمز حذف شود، با کریستالهای هیدروکسید آلومینیوم پر میشود و در دمای تقریبی ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد کلسینه میشود تا آلومینای سفید خالص یا اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) تولید شود. اکنون بیش از ۹۰٪ آلومینای جهان از طریق این روش تولید میشود.
مرحله دوم، فرآیند هال هرولت است. آلومینا نقطه ذوبی بالاتر از ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد دارد که الکترولیز مستقیم را غیرعملی میکند. راه حل، حل کردن Al₂O₃ در کریولیت مذاب (Na₃AlF₆) است که دمای عملیاتی را به حدود ۹۵۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کاهش میدهد. سپس یک جریان الکتریکی از مخلوط عبور داده میشود. آلومینیوم مذاب در پایین (کاتد) جمع میشود، در حالی که اکسیژن با آندهای کربنی ترکیب میشود و CO₂ تشکیل میدهد. این روش الکترولیتی تنها فرآیند صنعتی برای تولید آلومینیوم اولیه است که فلزی با خلوص ۹۹.۵ تا ۹۹.۸ درصد تولید میکند.
آلومینیوم شامل چه عناصری است؟
آلومینیوم خالص خود منحصراً از عنصر Al با عدد اتمی ۱۳ و وزن اتمی تقریباً ۲۶.۹۸ گرم بر مول تشکیل شده است. آلومینیوم با خلوص تجاری (۹۸.۸-۹۹.۷٪ Al) حاوی مقادیر کمی آهن و سیلیکون به عنوان ناخالصیهای طبیعی است. با این حال، بیشترکاربردها به آلیاژهای آلومینیوم متکی هستندکه در آن عناصر خاصی عمداً برای تنظیم خواص مکانیکی اضافه میشوند.
برای کاربردهای سازهای، سری ۶۰۰۰ (مثلاً ۶۰۶۱) از منیزیم و سیلیکون به عنوان عناصر آلیاژی اصلی خود استفاده میکند، که معمولاً ۰.۸ تا ۱.۲٪ منیزیم و ۰.۴۰۰ تا ۰.۸٪ سیلیسیم است. این آلیاژ تعادل بسیار خوبی از استحکام متوسط، جوشپذیری خوب و قابلیت ماشینکاری عالی ارائه میدهد.
برای نیازهای استحکام بالا، سری 7000 (مثلاً 7075) روی و مس را به عنوان عناصر آلیاژی اصلی در خود جای داده است، با تقریباً 5.16 تا 0.1٪ روی و 1.2 تا 2.0٪ مس. آلیاژ 7075 با تمپر T6 تقریباً دو برابر استحکام کششی 6061-T6 را ارائه میدهد و آن را به ماده انتخابی برای هوافضا و اجزای سازهای با کارایی بالا تبدیل میکند.
مقادیر ناچیزی از کروم، منگنز و تیتانیوم نیز معمولاً در آلیاژهای تجاری وجود دارند که هر کدام در ریزدانه شدن و مقاومت در برابر خوردگی نقش دارند. درک ترکیب دقیق عنصری هر آلیاژ برای انتخاب ماده مناسب برای ماشینکاری یا الزامات ساخت خاص ضروری است.
زمان ارسال: ۱۳ مه ۲۰۲۶