industri aluminium. Bagaimanakah aluminium ketulenan tinggi diperolehi?

Logam ini telah dikenali selama lebih 2000 tahun dan dicirikan oleh aplikasi teknikal yang luas. Jadi untuk apa kita boleh menggunakannya? Aluminium digunakan dalam industri terutamanya dalam bentuk aloi, yang meningkatkan sifat boleh gunanya. Dalam bentuk sedemikian ia menjadi bahan binaan sejagat dengan aplikasi yang sangat serba boleh. Antara aloi aluminium, aloi tuangan dan aloi yang digunakan untuk membentuk plastik boleh dibezakan. Sebagai tambahan kepada aluminium, unsur-unsur seperti tembaga, magnesium, silikon dan mangan termasuk dalam komposisi mereka. Aloi aluminium digunakan, antara lain, dalam penerbangan, industri kimia, industri automotif dan juga dalam pembinaan kapal. Aluminium digunakan secara meluas dalam industri juga dalam bentuk tulennya. Dalam bentuk sedemikian, ia digunakan untuk penghasilan pelbagai objek kegunaan harian, seperti cermin, tin untuk minuman dan makanan, peralatan dapur atau aluminium foil yang biasa dikenali. Ia juga digunakan untuk pengeluaran peralatan kimia, wayar elektrik dan juga bahan letupan. Untuk mengasingkan unsur ini daripada bijih bauksit, perlu melakukan dua langkah. Yang pertama ialah proses Bayer, yang membolehkan aluminium oksida daripada mineral diperolehi. Kompaun itu kemudiannya tertakluk kepada elektrolisis, menghasilkan pengeluaran aluminium ketulenan tinggi.

Aluminium diperbuat daripada apa?

Aluminium tulen tidak secara semula jadi berlaku dalam alam semula jadi kerana keupayaannya untuk pasif. Fenomena ini melibatkan pengoksidaan logam dengan kehadiran udara, mengakibatkan lapisan pelindung pasif pada permukaannya. Dalam kes aluminium, ia pertama kali disalut dengan lapisan aluminium oksida (Al ₂ O ₃ ) dengan ketebalan beberapa nm. Kemudian di bawah pengaruh lembapan, lapisan luar mengalami hidrolisis separa, yang tambahan membentuk hidroksida, iaitu Al(OH) ₃ . Aluminium adalah sebahagian daripada pelbagai batu mineral yang terdapat di alam semula jadi dalam bentuk bijih. Untuk menghasilkan aluminium tulen, terutamanya bijih bauksit tanah liat digunakan. Mereka paling kerap muncul di tempat-tempat luluhawa batu aluminosilikat dalam iklim panas dan juga mengandungi sebatian besi. Ia adalah batu dengan ciri warna merah atau coklat, yang terdapat dalam dua jenis: silikat dan karbonat.

Pengeluaran aluminium ketulenan tinggi

Aluminium ketulenan tinggi (lebih 99%) diperoleh secara industri hasil daripada dua proses berturut-turut. Dalam yang pertama aluminium oksida diperoleh (proses Bayer), dan pada peringkat seterusnya proses pengurangan elektrolitik dijalankan (proses Hall–Héroult), berkat aluminium tulen diperolehi. Disebabkan pengurangan kos yang berkaitan dengan pengangkutan bijih bauksit, kebanyakan loji pemprosesan dibina di sekitar lombong.

Proses Bayer

Peringkat pertama selepas pengekstrakan bijih adalah membasuhnya dengan air. Dengan cara ini, kebanyakan kekotoran larut air dikeluarkan. Kemudian CaO, atau kalsium oksida, ditambah kepada bahan mentah yang disediakan sedemikian. Seterusnya dihancurkan menggunakan pengisar tiub khas sehingga bijirin mempunyai diameter yang sangat kecil iaitu di bawah 300 μm. Ia amat penting untuk mengisar bahan mentah dengan halus, kerana ia menyediakan kawasan permukaan khusus yang cukup besar bagi bijirin, yang seterusnya diterjemahkan kepada proses pengekstrakan yang lebih cekap. Peringkat seterusnya dalam penghasilan aluminium oksida ialah pembubaran bijirin dengan larutan akueus soda kaustik. Dalam Kumpulan PCC, natrium hidroksida dihasilkan oleh elektrolisis membran. Produk yang diperoleh dengan cara ini dicirikan oleh kualiti dan ketulenan yang luar biasa tinggi, sambil memenuhi keperluan edisi terkini Farmakope Eropah. Campuran yang mengandungi bijirin giling dan natrium hidroksida disimpan selama beberapa jam dalam reaktor khas yang dipanggil autoklaf. Semasa proses pemendakan, tekanan tinggi dan suhu tinggi dikekalkan di dalam reaktor. Dengan cara ini, natrium aluminat diperoleh, yang kemudiannya disucikan menggunakan pelbagai penapis. Dalam langkah seterusnya, larutan tulen natrium aluminat terurai. Hasilnya, soda lye diperolehi (ia adalah larutan akueus soda kaustik) dan kristal aluminium hidroksida dengan tahap ketulenan yang tinggi. Mendakan yang diperoleh melalui penghabluran kemudiannya ditapis dan dibasuh dengan air. Seterusnya, baki soda lye dipanaskan dan dikitar semula untuk digunakan semula dalam proses tersebut. Peringkat terakhir pengeluaran aluminium oksida ialah pengkalsinan. Ia terdiri daripada pemanasan aluminium hidroksida pada suhu melebihi 1000 ^o C, yang mengakibatkan penguraiannya kepada Al ₂ O ₃ , yang diperolehi dalam bentuk serbuk putih tulen. Aluminium oksida yang disediakan dengan cara ini diangkut ke relau untuk mendapatkan aluminium logam dalam proses pengurangan elektrolitik.

Elektrolisis aluminium oksida

Langkah seterusnya dalam mendapatkan aluminium tulen ialah menjalankan proses elektrolisis menggunakan kaedah Hall–Héroult. Pertama, Al ₂ O ₃ yang diperolehi dalam proses Bayer dicairkan dengan kriolit dan kemudian menjalani elektrolisis pada suhu tidak melebihi 900°C. Aluminium cecair yang diperolehi dengan cara ini diasingkan daripada elektrolit dan dikeluarkan daripada mandian elektrolitik dengan menggunakan sifon vakum yang dipanggil. Bahan mentah itu kemudiannya dihantar ke peranti faundri, di mana ia kemudiannya dimasukkan ke dalam relau yang dipanaskan di mana proses penapisan berlaku. Ia terdiri daripada aluminium penulen untuk mendapatkan ketulenan maksimumnya. Aluminium boleh ditulenkan secara industri menggunakan dua kaedah. Yang pertama terdiri daripada aluminium cair dan melewati klorin melaluinya, berkat kekotoran yang terikat dalam bentuk klorida dan dikeluarkan dari proses. Kaedah kedua melibatkan pengurangan elektrolitik aluminium – aloi tembaga. Produk akhir yang diperoleh dengan cara ini dicirikan oleh ketulenan yang sangat tinggi.

Aluminium – bahan masa depan

Pembangunan kaedah untuk penghasilan aluminium tulen daripada bauksit menggunakan proses Bayer dan elektrolisis Hall–Héroult telah meluaskan penggunaan unsur ini. Di samping itu, disebabkan gabungan kekuatan tinggi dan ringan aluminium, dalam beberapa aplikasi ia boleh menggantikan keluli yang lebih mahal. Lebih-lebih lagi, kerana ketahanannya terhadap keadaan cuaca, aluminium digunakan untuk pengeluaran profil tingkap dan pintu. Kelebihan lain ialah kemungkinan ia boleh dikitar semula berulang kali, menjadikannya bahan yang agak mesra alam. Ringkasnya, aluminium ialah bahan yang sangat serba boleh, digunakan secara meluas dalam industri makanan, tenaga, kimia, pengangkutan, pembinaan, automotif dan aeroangkasa. Oleh kerana banyak kelebihannya, skop penggunaannya mungkin belum habis dan aluminium akan terus mendapat populariti dalam masa terdekat.