صنعت آلومینیوم سازی یکی از صنایع اصلی بسیاری از کشورها است. حجم قابل توجهی از آلومینیوم، آلیاژ آلومینیوم و ترکیبات مشابه به شکل های اسلب، شمش، پودر و … در کارخانه های آلومینیوم سازی تولید شده و روانه بازار می شوند. بازار صادرات و واردات این مواد در سطح بین المللی نیز از رتبه بسیار بالایی برخوردار است؛ ارزش خرید و فروش آلومینیوم و آلیاژهای مرتبط با آن به اندازه ای است که در دسته فلزات غیر آهنی گران بها ثبت می شود.
بسیاری از شرکت ها و کارخانه های آلومینیوم سازی، محصولات خود را وارد بورس کرده اند و سهام آن را به معامله گذاشته اند. در این صنعت، روش ها و مواد شیمیایی متنوعی به کار می رود تا آلومینیوم از سنگ معدن خالص به دست آید. در ادامه این مطلب درباره روش تولید آلیاژهای آلومینیوم و خالص سازی آن بیشتر صحبت می کنیم.
فرآوری سنگ معدن بوکسیت و تولید آلومینیوم
به طور متداول، آلومینیوم در طبیعت با مقادیر مختلفی به شکل های آلومینوسیلیکات (شامل آلومینیوم، سیلیکون و اکسیژن) در انواع مختلف خاک رس یافت می شود. با خشک شدن مواد معدنی، این ترکیبات به تدریج در اشکال ساختاری مختلف نظیر اکسید آلومینیوم هیدراته به فرمول شیمیایی Al2O3.xH2O ، معروف به بوکسیت، شکسته می شوند. بوکسیت، سنگ معدنی خام است که آلیاژهای آلومینیوم در نهایت از آن به دست می آیند.
“بوکسیت” توسط فرآیند Bayer (بایر) تصفیه می شود. ابتدا سنگ معدن با یک محلول غلیظ از سود پرک (هیدروکسید سدیم یا کاستیک سودا) مخلوط می شود. NaOH با خاصیت قلیایی شدید خود می تواند اکسیدهای آلومینیوم و سیلیکون را حل کند اما ناخالصی های دیگری مانند اکسیدهای آهن در این محلول قلیایی، غیرقابل حل است. مواد نامحلول باقی مانده که در فرآیند، نامطلوب هستند، با روش های تصفیه (فیلتراسیون)، حذف می شوند.
سپس، محلول موجود در اکسیدهای آلومینیوم و سیلیکون، با استفاده از گاز دی اکسید کربن از طریق محلول، درمان (treatment) می شود. دی اکسید کربن یک محلول اسید کربنیک ضعیف تشکیل می دهد که هیدروکسید سدیم را که در مراحل اولیه درمان اضافه شده است، خنثی کند. این خنثی سازی موجب می شود اکسید آلومینیوم به طور انتخابی، رسوب کند، اما سیلیکات ها را در حالت محلول نگه می دارد. مجدداً از روش فیلتراسیون برای جداسازی ترکیبات نامطلوب محیط استفاده می شود. پس از این مرحله، اکسید آلومینیوم، خالص شده حرارت داده می شود تا آب موجود در آن تبخیر شود.
تولید آلومینیوم فلزی جامد با استفاده از روش های سنتی شیمیایی شامل استفاده از کربن یا مونواکسید کربن به عنوان ترکیبات کاهنده یون های آلومینیوم به فلز آلومینیوم، بسیار دشوار است. یکی از اولین و پرهزینه ترین روش ها در سال 1850، کاهش کلرید آلومینیوم با فلز سدیم برای بدست آوردن فلز آلومینیوم و کلرید سدیم بود. (بدست آوردن فلز سدیم نیز چندان آسان نیست). به همین دلیل، از برخی از اولین تولیدات فلز آلومینیوم در ساخت جواهرات استفاده می شد.
فرآیند هال-هروول (Hall-Heroult) برای تولید آلومینیوم
در سال 1886، “چارلز هال”، یک آمریکایی 23 ساله و “پل هرولت”، فرانسوی، همزمان و به طور مستقل روند تولید آلومینیوم را ارائه دادند که هنوز هم به صورت صنعتی برای ساخت فلز آلومینیوم استفاده می شود. در فرآیند هال – هروول، اکسید آلومینیوم خالص با کریولیت، مخلوطی از فلوئورید سدیم و فلوئورید آلومینیوم مخلوط می شود و در دمایی حدود 980 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود تا مخلوط جامد، ذوب گردد. این مخلوط در دمای بسیار پایین تر از دمای ذوب اکسید آلومینیوم به خودی خود، ذوب می شود.
مخلوط مذاب داغ در ولتاژ پایین، در 4.4 ولت و در شدت جریان بالا، حدود 5000-150000 آمپر، الکترولیز می شود. یون های آلومینیوم در کاتد (اطراف و پایین سل الکترولیز) به فلز آلومینیوم کاهش می یابند. در آند، اکسیژن از یون های اکسید، تولید می شود. آند در این سل الکتروشیمیایی، شامل گرافیت کربن است؛ همچنان که اکسیده می شود، باید مجدداً آن را به صورت کامل جایگزین نمود.
منبع برق مورد استفاده برای تولید آلومینیوم، نسبتاً زیاد است. تولید یک پوند آلومینیوم به 6-8 کیلووات ساعت، انرژی الکتریکی نیاز دارد.
نقش هیدروکسید سدیم در خالص سازی آلومینیوم
یکی از مهم ترین ترکیبات شیمیایی برای تولید آلیاژهای آلومینیوم، محلول هیدروکسید سدیم است. از آنجایی که برای آلومینیوم سازی باید آن را از سنگ معدن ناخالص، استخراج کرد، نیاز به ماده ای می باشد که بتواند ناخالصی ها را حذف کرده و تولید آلومینیوم را ساده تر سازد.
نقش هیدروکسید سدیم در حقیقت در کارخانه آلومینیوم سازی به عنوان محلول مناسب در خالص سازی بوکسیت است. این محلول در دمای بالا می تواند با بوکسیت وارد واکنش شود. در این واکنشها، ناخالصی ها هضم می شود و در نهایت، آلومینیوم در مخزن های بزرگ، جمع آوری می شود. پودر آلومینیوم که از ستون های بلند در کارخانه به دست می آید، ماده اولیه برای تولید پودر خالص آلومینیوم است.
جهت خرید سود پرک با بهترین قیمت می تواند با کارشناسان فروش صدرا شیمی تماس حاصل بفرمایید.
منابع: