Alüminyum endüstrisi. Yüksek saflıkta alüminyum nasıl elde edilir?

Bu metal 2000 yılı aşkın bir süredir bilinmektedir ve geniş bir teknik uygulama ile karakterizedir. Peki ne için kullanabiliriz? Alüminyum, endüstride esas olarak kullanılabilir özelliklerini geliştiren alaşımlar şeklinde kullanılır. Böyle bir formda, çok yönlü bir uygulama ile evrensel bir yapı malzemesi haline gelir. Alüminyum alaşımları arasında döküm alaşımları ve plastik şekillendirmede kullanılan alaşımlar ayırt edilebilir. Alüminyumun yanı sıra bakır, magnezyum, silikon ve manganez gibi elementler de bileşimlerine dahil edilir. Alüminyum alaşımları diğerlerinin yanı sıra havacılıkta, kimya endüstrisinde, otomotiv endüstrisinde ve hatta gemi yapımında kullanılmaktadır. Alüminyum saf haliyle de endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu formda, aynalar, içecek ve yiyecek kutuları, mutfak eşyaları veya yaygın olarak bilinen alüminyum folyo gibi günlük kullanımdaki çeşitli nesnelerin üretimi için kullanılır. Ayrıca kimyasal ekipman, elektrik telleri ve hatta patlayıcıların üretimi için de kullanılır. Bu elementi boksit cevherinden izole etmek için iki adımın gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Bunlardan ilki, mineralden alüminyum oksit elde edilmesini sağlayan Bayer işlemidir. Bileşik daha sonra elektrolize tabi tutulur ve bu da yüksek saflıkta alüminyum üretimiyle sonuçlanır.

Alüminyum neyden yapılmıştır?

Saf alüminyum pasifleşme özelliğinden dolayı doğada doğal olarak bulunmaz. Bu fenomen, havanın varlığında metalin oksidasyonunu içerir ve yüzeyinde pasif bir koruyucu tabaka oluşturur. Alüminyum söz konusu olduğunda, önce birkaç nm kalınlığında bir alüminyum oksit (Al ₂ O ₃ ) tabakası ile kaplanır. Daha sonra nemin etkisi altında dış tabaka kısmi hidrolize uğrar, bu da ilave olarak hidroksit, yani Al(OH) ₃ oluşturur. Alüminyum, doğada cevher şeklinde bulunan çeşitli mineral kayaçların bir parçasıdır. Saf alüminyum üretmek için çoğunlukla killi boksit cevherleri kullanılır. En sık olarak, sıcak bir iklimde alüminosilikat kayaların ayrışma yerlerinde ortaya çıkarlar ve ayrıca demir bileşikleri içerirler. Silikat ve karbonat olmak üzere iki çeşitte oluşan karakteristik kırmızı veya kahverengi renkli kayalardır.

Yüksek saflıkta alüminyum üretimi

Ardışık iki işlem sonucunda endüstriyel olarak yüksek saflıkta alüminyum (%99’un üzerinde) elde edilir. İlkinde alüminyum oksit elde edilir (Bayer prosesi) ve bir sonraki aşamada elektrolitik indirgeme prosesi (Hall-Héroult prosesi) yapılır, bu sayede saf alüminyum elde edilir. Boksit cevherinin taşınmasıyla ilgili maliyetlerin azalması nedeniyle, çoğu işleme tesisi madenlerin yakınında inşa edilmiştir.

Bayer süreci

Cevherin çıkarılmasından sonraki ilk aşama su ile yıkanmasıdır. Bu şekilde suda çözünen safsızlıkların çoğu giderilir. Daha sonra bu tür hazırlanmış ham maddeye CaO veya kalsiyum oksit eklenir. Daha sonra, taneler çok küçük bir çapa, yani 300 μm’nin altına düşene kadar özel boru değirmenleri kullanılarak ezilir. Yeterince geniş bir tanecik yüzey alanı sağladığı için, ham maddenin ince öğütülmesi son derece önemlidir, bu da daha verimli bir ekstraksiyon işlemine dönüşür. Alüminyum oksit üretimindeki bir sonraki aşama, tanelerin sulu bir kostik soda çözeltisi ile çözülmesidir. PCC Grubunda, sodyum hidroksit membran elektrolizi ile üretilir. Bu şekilde elde edilen ürün, Avrupa Farmakopesi’nin en son baskısının gerekliliklerini karşılarken, alışılmadık derecede yüksek kalite ve saflık ile karakterize edilir. Öğütülmüş tahıllar ve sodyum hidroksit içeren karışım, otoklav adı verilen özel reaktörlerde birkaç saat saklanır. Çökeltme işlemi sırasında, reaktörlerde yüksek basınç ve yüksek sıcaklık korunur. Bu şekilde, çeşitli filtreler kullanılarak saflaştırılan sodyum alüminat elde edilir. Bir sonraki adımda, saflaştırılmış sodyum alüminat çözeltisi ayrışır. Sonuç olarak, soda lye (sulu bir kostik soda çözeltisidir) ve yüksek derecede saflığa sahip alüminyum hidroksit kristalleri elde edilir. Kristalleştirme ile elde edilen çökelti daha sonra süzülür ve su ile yıkanır. Buna karşılık, kalan soda külü ısıtılır ve işlemde yeniden kullanım için geri dönüştürülür. Alüminyum oksit üretiminin son aşaması kalsinasyondur. 1000 ^o C’nin üzerindeki bir sıcaklıkta alüminyum hidroksitin ısıtılmasından oluşur, bu da saf beyaz bir toz şeklinde elde edilen Al ₂ O _3’e ayrışmasıyla sonuçlanır. Bu şekilde hazırlanan alüminyum oksit, elektrolitik indirgeme işleminde metalik alüminyum elde etmek için fırınlara taşınır.

Alüminyum oksitin elektrolizi

Saf alüminyum elde etmenin bir sonraki adımı, Hall-Héroult yöntemini kullanarak elektroliz işlemini gerçekleştirmektir. İlk olarak Bayer prosesinde elde edilen Al ₂ O ₃ kriyolit ile eritilir ve daha sonra 900°C’yi aşmayan bir sıcaklıkta elektrolize tabi tutulur. Bu şekilde elde edilen sıvı alüminyum, elektrolitten ayrılarak vakum sifonları vasıtasıyla elektrolitik banyolardan uzaklaştırılır. Hammadde daha sonra bir dökümhane cihazına gönderilir ve burada rafinaj işleminin gerçekleştiği ısıtılmış fırınlara verilir. Maksimum saflığını elde etmek için arındırıcı alüminyumdan oluşur. Alüminyum endüstriyel olarak iki yöntemle saflaştırılabilir. Birincisi, alüminyumun eritilmesi ve içinden klor geçirilmesinden oluşur, bu sayede safsızlıklar klorür şeklinde bağlanır ve işlemden çıkarılır. İkinci yöntem, alüminyum – bakır alaşımının elektrolitik indirgenmesini içerir. Bu şekilde elde edilen son ürün, çok yüksek saflık ile karakterize edilir.

Alüminyum – geleceğin malzemesi

Bayer prosesi ve Hall-Héroult elektrolizi kullanılarak boksitten saf alüminyum üretimi için bir yöntemin geliştirilmesi, bu elementin uygulamasını genişletmiştir. Ayrıca, alüminyumun yüksek mukavemet ve hafifliğinin birleşimi nedeniyle, bazı uygulamalarda daha pahalı çeliğin yerini alabilir. Ayrıca pencere ve kapı profillerinin üretiminde hava koşullarına karşı dayanıklılığı nedeniyle alüminyum kullanılmaktadır. Diğer bir avantaj ise, tekrar tekrar geri dönüştürülebilme olasılığıdır, bu da onu nispeten çevre dostu bir malzeme yapar. Özetle alüminyum, gıda, enerji, kimya, ulaşım, inşaat, otomotiv ve havacılık endüstrilerinde yaygın olarak kullanılan son derece çok yönlü bir malzemedir. Sayısız avantajları nedeniyle, kullanım alanı muhtemelen henüz tükenmemiştir ve alüminyum yakın gelecekte popülerlik kazanmaya devam edecektir.