مراحل مختلف تولید شمش آلومینیوم: از ابتدا تا انتها

مراحل تولید شمش آلومینیوم از ابتدا بصورت مواد معدنی یا ضایعات تا انتهای ریخته گری و آلیاژ سازی در کارخانه تولید آلومینیوم را در این مقاله بخوانید:

آلومینیوم، به عنوان یکی از فلزات پرکاربرد در صنایع مختلف، با استفاده از دو روش اصلی تولید می‌شود:

1. تولید از بوکسیت و آلومینا (روش اصلی و صنعتی).
2. تولید از ضایعات آلومینیومی (بازیافت).

در ادامه، به صورت گام‌به‌گام هر دو روش را بررسی کرده و سپس به تولید شمش‌های آلیاژی نیز می‌پردازیم.

تولید شمش آلومینیوم از بوکسیت و آلومینا

مرحله اول: استخراج بوکسیت

بوکسیت، سنگ معدنی اصلی برای تولید آلومینیوم است. این سنگ حاوی مقدار قابل توجهی از اکسید آلومینیوم (آلومینا) است. فرآیند تولید به این شکل آغاز می‌شود:

• استخراج معدن: سنگ بوکسیت از معادن استخراج و به کارخانه‌های فرآوری منتقل می‌شود.
• خردایش و آماده‌سازی: بوکسیت خرد شده و ناخالصی‌های اولیه مانند خاک و شن جدا می‌شوند.

مرحله دوم: فرآیند بایر (تبدیل بوکسیت به آلومینا)

در این مرحله، سنگ بوکسیت به آلومینا تبدیل می‌شود. این فرآیند شامل مراحل زیر است:

1. حل کردن بوکسیت در سود سوزآور: بوکسیت در یک محلول شیمیایی حاوی هیدروکسید سدیم (سود سوزآور) حل می‌شود.
2. جدا کردن ناخالصی‌ها: مواد غیرقابل حل مانند آهن و سیلیکا از محلول جدا شده و به شکل گل قرمز دفع می‌شوند.
3. تبدیل به آلومینا: محلول فیلتر شده و از طریق کریستالیزاسیون به پودر سفید آلومینا (اکسید آلومینیوم) تبدیل می‌شود.

مرحله سوم: فرآیند الکترولیز (تبدیل آلومینا به آلومینیوم)

برای تولید آلومینیوم خالص، از فرآیند الکترولیز استفاده می‌شود:

1. ذوب آلومینا: آلومینا با کمک ماده‌ای به نام کریولیت در دمای بالا ذوب می‌شود.
2. جریان برق مستقیم: جریان الکتریکی به محلول وارد می‌شود و یون‌های آلومینیوم در کاتد جمع شده و به شکل فلز مذاب جدا می‌شوند.
3. ریخته‌گری شمش‌ها: آلومینیوم مذاب به قالب‌های مخصوص ریخته شده و شمش‌های آلومینیوم خالص تولید می‌شود.

تولید شمش آلومینیوم از ضایعات (بازیافت)

تولید آلومینیوم از ضایعات یکی از روش‌های پایدار و اقتصادی است که موجب کاهش مصرف انرژی و حفظ منابع طبیعی می‌شود. مراحل این فرآیند عبارت‌اند از:

مرحله اول: جمع‌آوری و جداسازی

ضایعات آلومینیومی (مانند قوطی‌های نوشیدنی، قطعات خودرو و مصالح ساختمانی) جمع‌آوری و به کارخانه منتقل می‌شوند. در این مرحله، جداسازی بر اساس نوع و خلوص آلومینیوم انجام می‌گیرد.

مرحله دوم: خردایش و تمیزکاری

1. خردایش: ضایعات به قطعات کوچک‌تر تبدیل می‌شوند تا فرآیند ذوب تسهیل شود.
2. حذف ناخالصی‌ها: مواد غیرفلزی، مانند پلاستیک و رنگ، از قطعات جدا می‌شوند.

مرحله سوم: ذوب ضایعات

ضایعات تمیز شده در کوره‌های مخصوص ذوب می‌شوند. در این مرحله، مواد افزودنی برای بهبود خلوص و کیفیت آلومینیوم اضافه می‌شود.

مرحله چهارم: ریخته‌گری

آلومینیوم مذاب به قالب‌ها ریخته شده و به شمش‌های جدید تبدیل می‌شود. این شمش‌ها می‌توانند دوباره وارد چرخه تولید محصولات جدید شوند.

تولید شمش‌های آلیاژی آلومینیوم

آلومینیوم خالص، اگرچه سبک و مقاوم در برابر خوردگی است، اما به دلیل استحکام پایین برای بسیاری از کاربردها مناسب نیست. به همین دلیل، با افزودن فلزات دیگر، شمش‌های آلیاژی تولید می‌شوند که خواص مکانیکی بهتری دارند.

مرحله اول: انتخاب آلیاژ

برای تولید شمش‌ آلومینیوم آلیاژی، فلزات مختلفی به آلومینیوم افزوده می‌شود. رایج‌ترین آلیاژها شامل ترکیبات زیر هستند:

• مس: برای افزایش استحکام و هدایت حرارتی.
• منیزیم: برای بهبود مقاومت به خوردگی.
• سیلیکون: برای افزایش سختی و کاهش انبساط حرارتی.
• روی: برای افزایش استحکام و خواص مکانیکی.

مرحله دوم: ذوب و ترکیب

1. ذوب آلومینیوم خالص: آلومینیوم اولیه در کوره ذوب می‌شود.
2. افزودن فلزات آلیاژی: فلزات منتخب به آلومینیوم مذاب اضافه و کاملاً ترکیب می‌شوند.
3. کنترل ترکیب شیمیایی: ترکیب نهایی با دقت بررسی می‌شود تا خواص مورد نظر به دست آید.

مرحله سوم: ریخته‌گری و خنک‌سازی

آلیاژ مذاب در قالب‌های مخصوص ریخته شده و به آرامی خنک می‌شود. این فرآیند باعث تشکیل ساختار کریستالی مطلوب می‌شود.

ترکیبات شمش آلومینیوم آلیاژی

مزایای تولید آلومینیوم از ضایعات

• کاهش مصرف انرژی: تولید آلومینیوم از ضایعات، ۹۵% انرژی کمتری نسبت به فرآیند بوکسیت مصرف می‌کند.
• حفظ محیط زیست: کاهش نیاز به استخراج معدن و جلوگیری از تخریب زمین.
• کاهش هزینه‌ها: بازیافت آلومینیوم هزینه‌های تولید را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

مراحل تولید شمش آلومینیوم در یک کلام

تولید شمش آلومینیوم از دو روش اصلی (بوکسیت و آلومینا و بازیافت ضایعات) فرآیندی پیچیده اما اساسی در صنعت است. روش بوکسیت برای تولید آلومینیوم اولیه و خالص مناسب است، در حالی که بازیافت ضایعات برای کاهش هزینه‌ها و حفظ محیط زیست اهمیت دارد.

تولید شمش‌های آلیاژی نیز به دلیل کاربرد گسترده در صنایع مختلف، بهینه‌سازی و گسترش بیشتری یافته است. با توجه به رشد تقاضا برای آلومینیوم، هر دو روش تولید نقش حیاتی در تامین نیازهای صنعتی دارند.