روش استخراج آلومینیوم

روش استخراج آلومینیوم با استخراج سایر عناصر موجود در طبیعت متفاوت است. بنابراین استخراج آلومینیوم نیاز به دانش و تخصص روز دارد. شاید اصلی‌ترین تفاوت فلز آلومینیوم با بسیاری از عناصر، اینست که به صورت آزاد در طبیعت وجود ندارد.

به طور مثال رگه های طلا در طبیعت به وضوح قابل مشاهده است. شاید از نظر برخی یک نقص بزرگ محسوب شود. البته لازم به ذکر است که به عنوان سومین عنصر در پوسته زمین بعد از اکسیژن و سیلیسیم شناخته می شود.

آلومینیوم کاربرد های بسیار ساده تا پیچیده در صنایع بزرگ دارد. به طور مثال برای ساخت کنسرو تا ساخت پیستون و سیلندر موتور و بدنه هواپیما استفاده می شود.

بنابراین تقاضا در بازار برای در صنایع کوچک، بزرگ و استراتژیک در حال افزایش است.
روش استخراج آلومینیوم مانند برخی فلزات مانند آهن، با ذوب کردن امکان پذیر نیست. بلکه نیاز به روش های بسیار نوین دارد که از دستگاه‌های پیشرفته استفاده می کنند.

آشنایی با عنصر آلومینیوم (Aluminium)

در قسمت قبل بیان کردیم که به ندرت و گاهی غیر ممکن است که آلومینیوم به صورت خالص در طبیعت مشاهده شود. دانشمندان در یکی دو قرن اخیر روش های استخراج آلومینیوم را کشف کرده اند. این روشها اقتصادی، به صرفه و بسیار حساس هستند.
چگالی آلومینیوم ۲٫۷ گرم در سانتیمتر مکعب و دارای عدد اتمی ۱۳ می باشد. حدود ۰٫۸ از سنگ ها و خاک های رسی کره زمین را تشکیل می دهد.

آلومینیوم خالص به رنگ نقره ای-خاکستری مات است. این فلز بارها قابل بازیافت است و می توان مجدداً از استفاده کرد. بسیار انعطاف پذیر و چکش خوار است، همچنین در برابر خوردگی بسیار مقاوم می باشد. برای محیط زیست سمی نیست و خاصیت مغناطیسی ندارد.

روش استخراج آلومینیوم و مواد خام اولیه

مواد اولیه برای استخراج آلومینیوم در طبیعت به وفور یافت می‌شود. مهمترین منبع برای استخراج این عنصر، سنگ بوکسیت (Bauxite) نام دارد. در نفلین و آلونیت نیز مقادیر بسیار کمتری وجود دارد. سنگ بوکسیت نوعی سنگ رسوبی است که از کانی های مختلفی تشکیل می شود. برخی از این کانی ها دیاسپور، بوهمیت و گیپسیت نام دارند. معادن آن در اکثر کشورهای دنیا از جمله ایران (منطقه ایلام) یافت می شود. یک دسته بندی جامع برای انواع بوکسیت توسط وداس در سال  ۱۹۸۵ پیشنهاد شد:

• بوکسیت لاتریت یا سیلیکانی
• بوکسیت کارست یا کربنی

استخراج سنگ بوکسیت از معدن برای تولید آلومینیوم

برای آشنایی با روش استخراج آلومینیوم اولین قدم این است که سنگ بوکسیت از معدن استخراج می شود. معمولاً عنصر آلومینیوم در نزدیکی پوسته زمین قرار دارد، حتی از معدن های روز باز استخراج می کنند. حتی با حفاری هایی، آن را به سطح زمین می آورند. سپس سنگ ها را خرد کرده و برای تهیه آلومینا به کارخانه برده می شوند.

روش استخراج آلومینیوم، استخراج آلومینا از بوکسیت به روش بایر

بعد از اینکه سنگ بوکسیت استخراج و به کارخانه برده شد، اولین مرحله از روش استخراج آلومینیوم آغاز می شود. این مرحله به روش بایر شناخته می شود. در سال ۱۸۲۷ میلادی توسط کارل جوزف بایر ابداع شد که شامل هفت مرحله است:
روش استخراج آلومینیوم مرحله اول، خورد و آسیاب کردن: ابتدا سنگ بوکسیت خرد می شود، اما باید آنها را به ذرات کوچکتر از ۳۰۰ میکرون تبدیل کرد. سپس آنها را با آهک و سیلیسیم هیدروکسید ترکیب و آسیاب می کنند. در نتیجه پودری از سنگ های بسیار ریز به دست می آید.

مرحله دوم، مرحله هضم: پودری که به دست می‌آید به دستگاه هاضم (دایجستر) که شبیه زودپز است منتقل می شود. سپس در دمای ۲۳۰ الی ۲۵۰ درجه فارنهایت و تحت فشار حرارت داده می شود. در این مرحله می توان سدیم اکسید بیشتری اضافه کرد. همچنین زمان حرارت دادن تا چندین ساعت متغیر است.

روش استخراج آلومینیوم مرحله سوم: در این مرحله پودر یا گِل حرارت دیده که سدیم آلومینات دارد برای پالایش و شستشو از مخزن خارج می کنند. البته از مخزن فلزی عبور داده می شود تا از حرارت آن کم شود.

مرحله چهارم: محلول سدیم آلومینات به مخزن ته نشینی انتقال می یابد تا ناخالصی های آن ته نشین شده و رسوب شوند. ماده ته نشین شده گِل قرمز نام دارد. البته آلومینا حلال شده و ته نشین نمی شود.

مرحله پنجم: رسوب ها خارج می شوند، محلول باقی مانده از فیلترهای پارچه ای عبور داده می شوند. تمام ناخالصی های باقیمانده با این فیلتر از محلول آبکی قهوه ای مانند، حذف می شوند.

مرحله ششم: سپس نوبت به محلول سدیم آلومینا می رسد که به مخازن بارش ۶ طبقه انتقال و از آن عبور داده می شود. اما همزمان پودر کریستال هیدرات آلومینا به آن افزوده می شود. همزمان با ته نشین شدن، آلومینا به آن جذب، متصل شده و ته نشین می شوند.

روش استخراج آلومینیوم، مرحله آخر بایر: کریستال‌های ته نشین شده در ته مخزن برای حرارت دهی به کوره برده می‌شوند. کوره ای استوانه ای و مورب که حرارت آن تا ۱۲۰۰ درجه فارنهایت است. در اثر حرارت تبخیر شده و کریستال آلومینا سفید رنگ باقی می ماند، در نهایت خنک می شوند.

شرکت آلیاژ ساز اسپادانا تولید کننده انواع شمش آلومینیوم آلیاژی ، تولید کننده نیم کره آلومینیوم ، و تولید کننده بریکت اکسیژن زدا در ایران  و افخار همکاری با خودرو سازان کشور و تولید کننده گان قطعات خودرو و شرکت های بزرگ دیگر

روش استخراج آلومینیوم، ساخت آلومینیوم از آلومینا به روش هال-هارولت

در ادامه آشنایی با روش استخراج آلومینیوم نوبت به تولید آلومینیوم می‌رسد. تولید آلومینیوم از آلومینا به نام هال- هارولت شناخته می شود. این روش در سال ۱۸۸۶ میلادی کشف و ثبت شد. البته دو شخص با نام های هال، اهل آمریکا و هارولت اهل فرانسه همزمان آن را کشف کردند. این روش با نام مشترک آنها نامگذاری و ثبت شده است.

در این روش ابتدا باید آلومینا یا اکسید آلومینیوم ذوب شود. به این منظور آلومینا به دیگ کاهش، که از جنس فولاد است منتقل می‌شود. کف دیگ کاهش، با کربن پوشانده می‌شود.

کریستال آلومینا در ماده ای به نام کریولیت ذوب می شود. در دمای تقریبی حداکثر ۱۷۰۰ تا ۱۸۰۰ درجه فارنهایت حرارت و حل می شود. یک محلول الکترولیتی به دست می آید.

سپس جریان الکتریکی مستقیم ۱۰۰ تا ۲۳۰ آمپر از این محلول عبور می کند. میله های کربنی در بالای دیگ قرار داشته و کفش نیز کربن است.
بر اثر عبور جریان، پیوند بین اتم اکسیژن در مولکول آلومینا و آلومینیوم شکسته می شود. میله کربن، اکسیژن را جذب می کند و کربن دی اکسید تولید می کند.

در نهایت اتم های آلومینیوم به صورت مذاب کف دیگ ته نشین خواهد شد. آلومینیوم های مذاب جمع شده کف دیگ، توسط دستگاه مکش سیفون مانند، خارج و به طرف کوره نگهدارنده حرکت می کند. از آنها نیز به قالب ها منتقل می شوند. در نهایت آلومینیوم تولید خواهد شد. برای افزایش سرعت خنک کاری، دیواره قالب ها آب پاشی می‌شود. این عمل در هر ساعت از شبانه روز بارها تکرار می شود.