نحوه تولید آلومینیوم خام

نحوه تولید آلومینیوم خام یک فرآیند پیچیده و چندمرحله‌ای است که از استخراج مواد معدنی اولیه شروع می‌شود و در نهایت به تولید مقاطع ساده و پیچیده ختم می‌شود. آلومینیوم یکی از فراوان‌ترین عناصر در پوسته زمین است و بیش از ۸ درصد پوسته زمین را آلومینیوم تشکیل می‌دهد. این فلز سبک در برابر خوردگی مقاوم است و یک رسانای حرارتی و الکتریکی عالی به شمار می‌رود. به همین دلیل از مقاطع آلومینیومی در صنایع مختلفی استفاده می‌کنند. تولید آلومینیوم خام انرژی زیادی نیاز دارد و نه تنها به منابع طبیعی وابسته است بلکه نیازه به تجهیزات پیشرفته برای جداسازی و خالص‌سازی دارد.

آلومینیوم قابلیت بازیافت صد در صدی دارد، به این معنی که شما می‌توانید بارها و بارها این فلز را بازیافت کنید بدون اینکه خواص فیزیکی و مکانیکی آن تحت تاثیر قرار بگیرد. در ادامه این مقاله همراه ما باشید تا ببینیم آلومینیوم خام چطور تولید می‌شود و ساخت آلومینیوم به چه تجهیزاتی نیاز دارد.

آلوم ارس یکی از بهترین و معتبرترین تامین کنندگان مقاطع آلومینیومی در بازار آلومینیوم فتح تهران است. در آلوم ارس می توانید انواع مقاطع آلومینیومی مثل ورق آلومینیوم، لوله آلومینیوم، گرد و تسمه آلومینیومی را در آلیاژهای مختلف با کیفیت بالا و قیمتی استثنایی خریداری کنید. برای استعلام قیمت روز آلومینیوم و سفارش عمده همین حالا تماس بگیرید.  ۰۹۱۲۵۲۸۶۴۵۹ – ۰۲۱۶۶۸۰۶۷۷۸ – ۰۲۱۶۶۳۹۱۵۲۳

 

فرایند تولید آلومینیوم خام

نحوه تولید آلومینیوم خام برای تولید محصولاتی چون ورق آلومینیوم شامل دو مرحله اصلی می‌شود، اول استخراج آلومینا از سنگ بوکسیت و بعد الکترولیز آلومینا برای تولید آلومینیوم فلزی. این فرآیند انرژی زیادی لازم دارد و اغلب در نزدیکی منابع انرژی ارزان مثل نیروگاه‌های هیدروالکتریک انجام می‌شود. در ادامه تمامی مراحل مختلف نحوه تولید آلومینیوم خام را بررسی می‌کنیم:

نحوه تولید آلومینیوم خام، استخراج بوکسیت

آلومینیوم در طبیعت به صورت خالص وجود ندارد و باید حتما از سنگ بوکسیت استخراج شود. بوکسیت یک صنگ معدنی رسوبی است که داخل آن رگه‌هایی از آلومینیوم وجود دارد. بوکسیت را به عنوان منبع آلومینیوم در جهان می‌شناسند. ترکیبات دیگری مثل گیبسیت، بوهمیت و دیاسپور نیز در سنگ بوکسیت یافت می‌شود. نحوه تولید آلومینیوم خام با استخراج بوکسیت آغاز می‌شود. برای این کار اول باید بستر زمین را برای استخراج آماده کنند و درختان و پوشش گیاهی را بردارند. خاکی که از سطح برداشته می‌شود را کنار می‌گذارند تا بعد از استخراج سنگ بوکسیت برای بازسازی محیط از آن استفاده کنند. از آنجا که معادن بوکسیت معمولا در جنگل‌های بارانی قرار دارند فرآیند استخراج آن باید با دقت بسیار بالا انجام شود تا آسیبی به طبیعت نرسد.

در ادامه با استفاده از تجهیزات حفاری پیشرفته مثل بولدوزرها، اسکریپرها و بیل‌های هیدرولیکی زمین را حفاری می‌کنند و سنگ بوکسیت را بیرون می‌آورند. سنگ‌هایی که از سایت حفاری خارج شده‌اند باید به کارخانه‌های فرآوری منتقل شوند. بوکسیت استخراج‌شده را معمولا می‌شویند و خشک می‌کنند تا برای مراحل بعد آماده شود. برای تولید یک تن آلومینیوم حدود 3 تا 5 تن سنگ بوکسیت نیاز است.

 

آسیاب بوکسیت

سنگ بوکسیتی که در مرحله اول نحوه تولید آلومینیوم خام استخراج کردند به همان شکل استفاده نمی‌شود. باید این سنگ را آسیاب کنند و به ذرات یکنواخت برسند تا برای فرآیندهای شیمیایی آماده شود. الو بوکسیت خام را در سنگ‌شکن‌های بزرگ می‌ریزند تا به قطعات کوچک‌تر تقسیم شود. بعد این قطعات را در آسیاب‌های توپی یا میله‌ای می‌ریزند تا به پودرهای ریزتر تبدیل شود. بوکسیت باید کاملا پودر و یکنواخت شود تا سطح تماس آن با محلول‌های شیمیایی بیشتر شود. این مرحله کمک می‌کند استخراج آلومینا راحت‌تر شود. بعد از اینکه بوکسیت را آسیاب کردند برای ادامه فرآیند تولید آلومینیوم خام آن را با آب شستشو می‌دهند تا گل و لای و ناخالصی‌های اولیه جدا شود. گاهی در مخازن بزرگ شستشو را انجام می‌دهند و گاهی برای جداسازی ناخالصی‌ها از مواد شیمیایی استفاده می‌کنند.

از آنجا که ناخالصی‌ها می‌توانند در ادامه فرآیند تولید واکنش‌های شیمیایی را مختل کنند جدا کردن آنها از سنگ بوکسیت اهمیت زیادی دارد. فرآیند آسیاب بوکسیت را معمولا در نزدیک معادن انجام می‌دهند تا هزینه‌های حمل و نقل کمتر شود.

تولید آلومینات سدیم

این مرحله از نحوه تولید آلومینیوم خام شامل حل کردن بوکسیت در سود سوزآور یا همان سدیم کلرید است که در نهایت منجر به تولید آلومینات سدیم می‌شود. این بخش شامل مراحل زیر می‌شود:

• بوکسیت آسیاب‌شده در مخازن تحت فشار با محلول سود سوز آور مخلوط می‌کنند.
• این مخلوط را در دمای 140 تا 240 درجه سانتیگراد گرم می‌کنند تا ترکیبات آلومینیوم حل شده و در نهایت ناخالصی‌ها جدا شده آلومینات سدیم باقی می‌ماند. در این مرحله از پودر سنگ بوکسیت آهن، سیلیس و تیتانیوم به صورت گل قرمز باقی می‌ماند.
• بعد مخلوط را از فیلتر عبور می‌دهند تا گل قرمز و تمام ناخالصی‌ها جدا شوند. گل قرمز را در حوضچه‌های مخصوص ذخیره می‌کنند تا آسیبی به طبیعت وارد نشود. بعد از فیلتر چیزی که باقی می‌ماند آلومینات سدیم است.

 

نحوه تولید آلومینیوم خام، رسوب گذاری

• محلول آلومینات سدیم که در مرحله قبلی به دست آمد به مخازن رسوب‌گذاری منتقل شده و خنک می‌شود.
• به محلول کریستال‌های ریز آلومینیوم هیدروکسید اضافه می‌کنند تا رشد کریستال‌های الومینیوم تحریک شود.
• کریستال‌های درشتی که رسوب کرده و کف مخزن جمع شده‌اند جدا می‌شوند.
• این کریستال‌ها را با آب می‌شوسند تا باقی مانده سود سوزآور از روی آنها پاک شود.

کلسینه کردن

در این مرحله از نحوه تولید آلومینیوم خام کریستال‌های آلومینیوم هیدروکسید را حرارت می‌دهند تا آلومینا تولید شود. برای این کار اول کریستال‌ها را خشک می‌کنند و بعد در کوره‌های دوار می‌ریزند و تا بیش از 960 درجه سانتیگراد حرارت می‌دهند. به دلیل این حرارت آب اضافی حذف شده و آلومینای سفید رنگ که همان اکسید آلومینیوم است باقی می‌ماند. پودر آلومینا شبیه به شکر است و برای ذخیره‌سازی باید حتما دور از رطوبت باشد.

 

ذوب کردن در فرآیند تولید آلومینیوم خام

جایی که آلومینا یا آلومینیوم خام به آلومینیوم فلزی تبدیل می‌شود اینجاست. برای این کار آلومینا را کریولیت مذاب با 950 درجه سانتیگراد حل می‌شود و به آن 400 کیلوآمپر جریان الکتریکی وارد می‌کنند. آلومینیوم در کاتد جمع می‌شود و اکسیژن در آند آزاد می‌شود. این فرآیند نیاز به انرژی زیادی دارد و معمولا برای تامین انرژی آن از منابع تجدید پذیر استفاده می‌شود. در نهایت خلوص آلومینیومی که از این فرآیند باقی می‌ماند حدود 99.8 درصد است

فرآیند پردازش آلومینیوم خام

بعد از تولید آلومینیوم خام باید آن را برای تبدیل به مقاطع آلومینیومی مختلف پردازش کنند. فرآیند پردازش آلومینیوم خام شامل مراحل زیر می‌شود:

ریخته‌گری و تبدیل به شمش

یکی از مهم‌ترین مراحل در نحوه تولید آلومینیوم خام، تبدیل آلومینیوم مذاب به مقاطع جامد و استاندارد مانند شمش است. به این فرآیند ریخته‌گری گفته می‌شود. آلومینیوم مذاب را داخل قالب‌های مخصوص مستطیلی کوچک یا بزرگ می‌ریزند. اینکه کدام قالب انتخاب شود بستگی به کاربرد نهایی آلومینیوم دارد. برای مثال قالب‌های کوچک برای ذوب شدن در کارگاه‌های کوچک مناسب هستند. بعد قالب‌ها را به کمک آب سرد یا هوا خنک می‌کنند. در ادامه این شمش‌ها انبار می‌شوند و برای فرآیندهایی مثل اکستروژن یا نورد سرد و گرم به کار می‌روند.

 

تصفیه اضافی در نحوه تولید آلومینیوم خام

در ادامه نحوه تولید آلومینیوم خام برای اطمینان از کیفیت بالا و آماده کردن آن برای کاربردهای خاص یک سری فرآیندها برای تصفیه اضافی انجام می‌دهند.

• حذف گاز: در این مرحله ناخالصی‌های ریز و گازهای محلول حذف می‌شوند و خواص فلز آلومینیوم بهبود پیدا می‌کند. برای حذف گازها از روش‌هایی مثل تزریق گازهای خنثی مثل آرگون یا نیتروژن به داخل مواد مذاب استفاده می‌کنند.
• فیلتر ناخالصی‌ها: گاهی ذرات غیرفلزی مثل اکسیدها یا سایر ناخالصی‌ها در آلومینیوم مذاب باقی می‌ماند برای جدا کردن این ناخالصی‌ها از فیلترهای سرامیکی استفاده می‌کنند. ذرات جامد آلومینیوم مذاب در این فیلترها گیر می‌کند در نتیجه آلومینیوم خالص‌تر می‌شود.
• اضافه کردن آلیاژ: معمولا برای بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی آلومینیوم از عناصر دیگر مثل سیلیسیم، منیزیم یا مس استفاده می‌کنند. مثلا منیزیم مقاومت آلومینیوم در برابر خوردگی را بیشتر می‌کند و مس استحکام بیشتری به آن می‌دهد.
• حرارت‌دهی مجدد: گاهی بعد از اضافه کردن عناصر آلیاژی به الومینیوم باید برای یکنواخت کردن ساختار فلز و حذف تنش‌های داخلی دوباره به آن حرارت بدهند. به این مرحله آنیلینگ یا همگن‌سازی گفته می‌شود. این فرآیند به بهبود خواص مکانیکی، شکل‌پذیری و استحکام بیشتر الومینیوم کمک می‌کند و جلوی ایجاد ترک در فرآیند اکستروژن و نورد را می‌گیرد.

 

آماده‌سازی نهایی در فرآیند تولید آلومینیوم خام

در نهایت شمش یا اسلبی که در مراحل قبل تولید شده به کارخانه‌ها منتقل می‌شود. این شمش‌ها گاهی به همین شکل به مشتری فروخته می‌شوند و گاهی اول به مقاطع مختلف آلومینیومی مثل ورق، پروفیل، فویل یا قطعات دیگر تبدیل می‌شوند. در این مرحله باید کیفیت نهایی شمش آلومینیومی بررسی شود. ترکیب آلیاژ را با آزمایش‌های شیمیایی مشخص می‌کنند و برای بررسی ساختار کریستالی و یکنواخی فلز از آزمایش‌های شیمیایی بهره می‌برند.

پس از ریخته‌گری و تصفیه، آلومینیوم خام به شکل شمش یا اسلب آماده انتقال به کارخانه‌های تولیدی است. این شمش‌ها ممکن است مستقیماً به مشتریان فروخته شوند یا برای تبدیل به مقاطع مختلف آلومینیومی مانند

 

تبدیل آلومینیوم خام به مقاطع مختلف آلومینیومی

در ادامه بعد از فرآیند تولید آلومینیوم خام باید آن را به شکل‌های مختلف و قابل مصرف در صنایع متفاوت تبدیل کنند. سه روش اصلی برای تبدیل آلومینیوم خام به مقاطع مختلف آلومینیومی وجود دارد: روش اکستروژن، نورد و ریخته‌گری. هر یک از این روش‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند که در ادامه توضیح می‌دهیم:

اکستروژن: روش اکستروژن یکی از بهترین روش‌های برای تولید مقاطع آلومینیومی از آلومینیوم خام است. در این روش شمش آلومینیم را تا 500 درجه گرم می‌کنند تا نرم شود و بعد به کمک پرس‌های هیدرولیکی از بین قالب‌هایی با شکل‌های مختلف رد می‌کنند. بعد از اینکه آلومینیوم از قالب خارج شد آن را خنک می‌کنند و برای رفع تنش‌های داخلی تحت عملیات کششی قرار می‌دهند. این روش برای تولید لوله، پروفیل و قطعات آلومینیومی دقیق مناسب است.

روش نورد: در روش نورد شمش‌های آلومینیومی را به ورقه‌های نازک یا صفحات ضخیم تبدیل می‌کنند. برای این کار اول شمش را گرم می‌کنند و بعد از بین غلتک‌های سنگین عبور می‌دهد تا ضخامت آنها کم شود. معمولا برای تولید ورق‌های آلومینیومی که در قوطی نوشابه یا فویل‌های بسته‌بندی و پنل‌های بدنه خودرو استفاده می‌شود این روش را به کار می‌برند. برای تولید ورق‌های ضخیم از روش نورد سرد و برای تولید ورق‌های نازک از روش نورد گرم استفاده می‌کنند.

ریخته‌گری: در روش ریخته‌گری آلومینیوم مذاب را در قالب‌های مخصوص می‌ریزند، این روش برای تولید قطعات پیچیده مثل قطعات موتور، بدنه‌های الکترونیکی یا اجزای هواپیما مناسب است. ریخته‌گری را به دو روش ریخته‌گری تحت فشار و ریخته‌گری ماسه‌ای انجام می‌دهند. برای این روش‌ آلومینیوم سری 4000 و 5000 به دلیل مقاومت بالا در برابر ساییدگی مناسب هستند. قطعات را بعد از سرد شدن از قالب جدا می‌کنند و برای ماشین‌کاری می‌برند.

 

نحوه تولید آلومینیوم خام، آلیاژهای مختلف

در فرآیند تولید آلومینیوم خام باید با افزودن عناصر دیگر خواص فیزیکی و شیمیایی آن را تقویت کنند. برای مثال ورق آلومینیوم 6061 یکی از مستحکم‌ترین انواع ورق آلومینیوم است که با اضافه شدن منیزیم و سیلیسیم تولید می‌شود. در ادامه می‌توانید جدول کاملی از آلیاژ‌های مختلف آلومینیوم را ببینید:

سری	عناصر اصلی آلیاژی	درصد تقریبی عناصر آلیاژی	ویژگی‌ها	کاربردها
1xxx	خالص (آلومینیوم)	حداقل 99% Al	رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، مقاومت عالی در برابر خوردگی، شکل‌پذیری خوب، استحکام پایین	سیم‌کشی الکتریکی، فویل‌های بسته‌بندی، مبدل‌های حرارتی، ظروف شیمیایی
2xxx	مس (Cu)	2-6% Cu	استحکام بالا، مقاومت در برابر خستگی، قابلیت ماشین‌کاری خوب، حساسیت به خوردگی	قطعات هواپیما، اجزای ساختاری خودرو، سازه‌های هوافضا
3xxx	منگنز (Mn)	0.5-1.5% Mn	شکل‌پذیری عالی، مقاومت متوسط، مقاومت خوب در برابر خوردگی، قابلیت جوشکاری	قوطی‌های نوشابه، ورق‌های سقف، مبدل‌های حرارتی، تجهیزات آشپزخانه
4xxx	سیلیسیم (Si)	5-12% Si	قابلیت جوشکاری عالی، مقاومت در برابر سایش، نقطه ذوب پایین‌تر	مواد جوشکاری، ریخته‌گری، قطعات موتور، پیستون‌ها
5xxx	منیزیم (Mg)	0.5-5% Mg	مقاومت بالا در برابر خوردگی (به‌ویژه در محیط‌های دریایی)، استحکام خوب، قابلیت جوشکاری	کشتی‌سازی، بدنه خودرو، مخازن تحت فشار، سازه‌های دریایی
6xxx	منیزیم و سیلیسیم (Mg+Si)	0.4-1.5% Mg, 0.2-1.8% Si	استحکام متوسط، شکل‌پذیری خوب، مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت اکستروژن بالا	پروفیل‌های ساختمانی، قاب‌های پنجره، قطعات خودرو، مبلمان
7xxx	روی (Zn)	1-8% Zn	استحکام بسیار بالا، مقاومت در برابر تنش، مناسب برای کاربردهای سنگین	قطعات هوافضا، تجهیزات ورزشی، سازه‌های با بار بالا
8xxx	سایر عناصر (مانند لیتیوم، آهن)	0.5-3% Li یا سایر	خواص خاص مانند وزن سبک یا مقاومت حرارتی، کاربردهای تخصصی	باتری‌ها، هوافضا، کاربردهای خاص صنعتی

برای خرید انواع مقاطع آلومینیومی در آلیاژ‌های مختلف مثل ورق آلومینیوم 7075، لوله آلومینیوم، تسمه آلومینیوم 6061 می‌توانید به سایت آلوم ارس مراجعه کنید.  ۰۹۱۲۵۲۸۶۴۵۹ – ۰۲۱۶۶۸۰۶۷۷۸ – ۰۲۱۶۶۳۹۱۵۲۳

 

جمع‌بندی درباره نحوه تولید آلومینیوم خام

نحوه تولید آلومینیوم خام یک فرآیند پیچیده و انرژی‌بر است. این فرآیند با استخراج بوکسیت شروع شده و در نهایت تحت یکی از روش‌های اکستروژن یا نورد به مقطع آلومینیومی قابل استفاده در صنایع مختلف ختم می‌شود. آلومینیوم به دلیل ویژگی‌هایی مثل وزن بسیار پایین، مقاومت بالا در برابر خوردگی و قابلیت بازیافت صد در صدی یکی از محبوب‌ترین مقاطع فلزی در صنعت مدرن به شمار می‌رود. برای خرید انواع مقاطع آلومینیومی مثل میلگرد آلومینیوم 7000، تسمه آلومینیوم 7075 و ورق آلومینیوم 3105 با آلوم ارس در ارتباط باشید.  ۰۹۱۲۵۲۸۶۴۵۹ – ۰۲۱۶۶۸۰۶۷۷۸ – ۰۲۱۶۶۳۹۱۵۲۳

سوالات متداول

آلومینیوم چگونه تولید می‌شود؟

برای تولید آلومینیوم اول باید سنگ بوکسیت را استخراج کرده و تحت فرآیندهای مختلف از آن پودر آلومینا بگیرند و در نهایت تبدیل به شمش آلومینیوم می‌شود.

بوکسیت چیست و چه نقشی در تولید آلومینیوم دارد؟

بوکسیت سنگ معدنی رسوبی حاوی ترکیبات آلومینیوم است که منبع اصلی برای تولید آلومینا و در نهایت آلومینیوم خام محسوب می‌شود.

چه روش‌هایی برای تبدیل آلومینیوم خام به مقاطع مختلف استفاده می‌شود؟

معمولا از سه روش اصلی برای تولید مقاطع آلومینیومی استفاده می‌کنند: اکستروژن، نورد و ریخته‌گری.

برای خرید مقاطع آلومینیومی با کیفیت به کجا مراجعه کنم؟

برای خرید مقاطع مختلف آلومینیومی در اندازه‌ها و حجم‌های مختلف کافیست به آلوم ارس مراجعه کنید.