معرفی آلومینیوم

[ghasem motamedi]

آلومینیوم(Aluminum)

آلومینیوم فراوان ترین فلز و سومین عنصر ِفلزّی است که به مقدار زیاد ، در پوسته ی زمین یافت می شود . آلومینیوم در طبیعت به صورت «آلومینیوم سیلیکات» پایدارAl(SiO3)3 و آلمینیوم هیدرواکسید Al(OH)3 وجود دارد . در دوران باستان یونانی ها زاج که یکی از فراوان ترین کانی های آلومینیوم است را می شناختند و از آن به عنوان داروی قابض در پزشکی و به عنوان ثابت کننده ی رنگ در رنگرزی استفاده می کردند . با این همه از شناخت آلومینیوم ، یکصد و هفتاد سال (1827)نمی گذرد .
آلومینیوم هیدرواکسید (Bauxite) یک نوع خاک اوره است که در آن عنصر های آلومینیوم بسیار غنی ای وجود دارد . (حدود 50درصد این فلز تشکیل شده است .) البته در این خاک ناخالصی هایی مانند : سیلیس (SiO2) ، اکسید های آهن و اکسید تیتانیوم(TiO2) وجود دارد .
آلومینیوم کشف شده «آلومین» نامیده می شود . آلومین یک ماده ی سخت ، شامل آلومینیوم و اکسیژن است . چون دمای ذوب آلومین زیاد است ، (در حدود 2050 درجه سلسیوس) الکترولیز آن در حالت مذاب بسیار دشوار است ؛ به این دلیل آن را در کریولیت (Na3AlF6) نمکِ مذاب حل می کنند و به این ترتیب مخلوطی به دست می آید که دمای ذوب (بین 960 تا 980 ) پایین تری دارد . سپس آن را از یک جریان الکتریکی قوی عبور می دهند تا اکسیژن آن کاملاً جدا شود . البته لازم به ذکر است که کریولیت در الکترولیز شرکت نمی کند و فقط دمای ذوب را پایین می آورد .
همچنین در این مرحله انرژی زیادی صرف می شود .
برای تولید Kg1 آلومینیوم ، Kg6 بوکسیت (Bauxite) ، Kg 4 محصولات شیمیایی و KW 14 برق نیاز است . در حالی که برای بازیافت آن 5% انرژی لازم است و فقط 5% دی اکسید کربن تولید می کند . جالب است اگر بدانید که مقدار انرژی که از بازیافت یک قوطی کنسرو ذخیره سازی می شود ، می تواند یک تلویزیون را به مدت سه ساعت روشن نگه دارد .
محصولات اپتدایی آلومینیوم در دنیا سالانه برا بر با 24000000 تن می باشد . کشوری که در جهان بیشترین مقدار آلومینیوم را تولید می کند ، استرالیا است . البته کشور هایی مانند : جامایکا ، برزیل ، گینه ، چین و قسمت هایی از اروپا در تولید این محصول نقش مهمی را ایفا می کنند .
شرکت های بازیافتی اغلب آلومینیوم را از شرکت های صنعتی ، مسقیم خریداری می کنند . بسیاری از کارخانه ها این فلزّات را ذوب می کنند و نا خالصی های آن را جدا کرده و در قالب های مختلف ریخته گری می کنند .
حجم بیشتری از این قطعات ریخته گری شده توسط کارخانه های خودرو سازی و هواپیما سازی مصرف می شود وبرای ساخت سر سیلند و مواردی از این قبیل کاربرد دارد .
در ایالات متحده ی آمریکا بازیافت آلومینیوم از قطعات خریداری شده در مقایسه سال 2001 با2000 تا 14% کاهش پیدا کرده است . 98/2 تن از فلزات بازیافتی را ، 60% از قطعات کارخانه ای و 40% از محصولات آلومینیومی کم ارزش تشکیل می دهد . این موضوع نشان دهنده این است که در سال های اخیر به بازیافت زباله های خانگی توجه بیشتری شده است .
بسیاری دیگر از شرکت ها ، بازیافت قوطی ها را انجام می دهند . بسیاری از این قوطی ها به صورت ورقه های آلومینیومی بازیافت می شوند و دوباره به صورت قوطی های نوشابه در می آیند . گزارشات نشان می دهد که آمریکا حدود 55600000 تن ، قوطی آلومینیومی را بازیابی کرده است و این مقدار باعث صرفه جویی های بسیاری در هزینه ها شده است .
آلومینیوم دارای خواصّی است که موجب شده ، بیش از اندازه مورد توجه قرار گیرد . این خواصّ عبارت اند از:
1- کاهندگی آلومینیوم
2- چگالی کم
3- رسانش گرمایی بالا و مقاومت حرارتی بالا
4- سازش پذیری با مواد غذایی




فرآیند بایر به وسیله کارل جوزف در اتریش در سال 1888 توسعه یافت و ثبت گردید.در این فرآیند باکسیت خرد شده در محلول قوی هیدروکسید سدیم در دماهای تا Ċ240 حل می گردد.بیشتر آلومینا طی این فرآیند حل شده و رسوب قرمز رنگی که عمدتاً از اکسیدهای آهن و سیلیس تشکیل شده است باقی می ماند که به وسیله ***** کردن جدا می شود.
غلظت هیدروکسید سدیم مورد استفاده و همچنین دما و فشار عملیات بر حسب طبیعت کانه باکست،مخصوصاً درصد شکلهای مختلف آلومینای (α،β،γ) موجود در کانه بهینه می شود.
AL2O3XH2O+2NaOH→NaAlO2+(x+1)H2O
متعاقباً در مرحله دوم به مرحله تجزیه موسوم است شرایط به گونه ای تنظیم می گردد که واکنش در جهت عکس به پیش برود.
2NaALO2+2H2O→2NaOH+Al2O3.3H2O
واکنش مزبور به وسیله سرد کردن و رقیق نمودن محلول و تلقیح با کریستالهای آبدار Al2O3.3H2O حاصل خواهد شد.که طی آن رسوب پودری شکل این ترکیب به جای شکل ژلاتینی آن به دست می اید.
واکنش تجزیه معمولاً در دمای حدودĊ50 در مخازنی که به آهستگی هم زده می شود انجام می گیرد و کامل شدن واکنش تا حدود 30 ساعت ممکن است به طول بکشد. اکسید آلومینیم حاصل از واکنش تجزیه را جدا کرده و شستشو می دهند در حالی که هیدروکسید سدیم حاصله بازیافت شده و به راکتور انحلال(مرحله اول) برگردانده خواهد شد.سپس اکسید آلومینیم آبدار در کوره های تونلی و یا اخیراً در بسترهای روان مورد عمل تکلیس قرار گرفته و آلومینا به دست خواهد آمد.عمل تکلیس در دو مرحله اتفاق افتد که طی آن اکثر آب تبلور اکسید آلومینیم ، در محدوده دمایی Ċ600-400 حذف می شود. آلومینای به دست آمده در این مرحله به شکل فعال می باشد که با حرارت دادن بیشتر در دمای Ċ1200 به آلومینای نسبتاً خنثی تبدیل می شود.شکل های مختلف آلومینا دارای مشخصات فیزیکی متفاوت می باشند که در واحدهای آلومینیم سازی کنترل و مشخص می گردد.


آلومینا آلومینا دارای دمای گداز بالا(Ċ2040) و هدایت الکتریکی ضعیفی می باشد.روش موفق تولید آلومینیم مبتنی بر حل کردن اکسید آلومینیم در کریولیت مذاب می باشد که نمونه ای ازاین الکترولیت شامل(90-80) درصد کریولیت و (8-2) درصد آلومینا بوده و افزودنی های دیگری از قبیل ALF3 و CAF2 به آن اضافه می شوند. کریولیت ابتدا از منابع نسبتاً کمیاب در گرینلند به دست می آمد و لیکن در حال حاضر به صورت مصنوعی تهیه می شود.یک سلول الکترولیز الومینیم از آندهای کربنی پخته شده مصرف شونده ،الکترولیت مذاب کریولیت – آلومینا،حمامی از آلومینیم مذاب،محفظه ای با آستر کربن برای نگهداری فلز مذاب و الکترولیت و یک سیستم جمع آوری گازها تولید شده ، تشکیل شده است.تغذیه آلومینا به داخل سلول به صورت متناوب و خودکار انجام می گیرد.یک نمونه سلول جدید در دمای حدودĊ950 و جریان 250 کیلوآمپر با چگالی جریان حدود7/0 آمپر بر سانتی متر مربع کار می کند.فاصله بین آند و کاتد 5 – 4 سانتی متر بوده و اختلاف پتانسیل در هر سلول 5/4 ولت می باشد. سلول الکترولیز به گونه ای عمل می کند که آستر کربن اطراف سلول با لایه ای از کریولیت جامد شده محافظت می شودو سطح بالایی حمام با قشری از آلومینا پوشیده می شود.روزانه حدود 1800 کیلوگرم آلومینیم در هر سلول تولید می شود که آلومینیم مذاب بطور منظم تخلیه شده و به صورت شمش ریخته گری می گردد.آلومینا بر حسب نیاز به داخل سلول شارژ می شود.



آلومینا دارای دمای گداز بالا(Ċ2040) و هدایت الکتریکی ضعیفی می باشد.روش موفق تولید آلومینیم مبتنی بر حل کردن اکسید آلومینیم در کریولیت مذاب می باشد که نمونه ای ازاین الکترولیت شامل(90-80) درصد کریولیت و (8-2) درصد آلومینا بوده و افزودنی های دیگری از قبیل ALF3 و CAF2 به آن اضافه می شوند. کریولیت ابتدا از منابع نسبتاً کمیاب در گرینلند به دست می آمد و لیکن در حال حاضر به صورت مصنوعی تهیه می شود.یک سلول الکترولیز الومینیم از آندهای کربنی پخته شده مصرف شونده ،الکترولیت مذاب کریولیت – آلومینا،حمامی از آلومینیم مذاب،محفظه ای با آستر کربن برای نگهداری فلز مذاب و الکترولیت و یک سیستم جمع آوری گازها تولید شده ، تشکیل شده است.تغذیه آلومینا به داخل سلول به صورت متناوب و خودکار انجام می گیرد.یک نمونه سلول جدید در دمای حدودĊ950 و جریان 250 کیلوآمپر با چگالی جریان حدود7/0 آمپر بر سانتی متر مربع کار می کند.فاصله بین آند و کاتد 5 – 4 سانتی متر بوده و اختلاف پتانسیل در هر سلول 5/4 ولت می باشد. سلول الکترولیز به گونه ای عمل می کند که آستر کربن اطراف سلول با لایه ای از کریولیت جامد شده محافظت می شودو سطح بالایی حمام با قشری از آلومینا پوشیده می شود.روزانه حدود 1800 کیلوگرم آلومینیم در هر سلول تولید می شود که آلومینیم مذاب بطور منظم تخلیه شده و به صورت شمش ریخته گری می گردد.آلومینا بر حسب نیاز به داخل سلول شارژ می شود. مکانیزم دقیق واکنش الکترولیت در سلول مشخص نبوده ولیکن محتمل است که یونهای Na‡ ،AlF4‡ و ALF6‡ و یونهای کمپلکسی مانند ALOF3² در سیستم جریان داشته و در کاتد آنیون ها و فلوئور و آلومینات از طریق انتقال بار به سطح کاتد جهت تولید فلز آلومینیم و یونهای ֿf تخلیه گردند در حالیکه در آند یونهای اکسی فلوئور و آلومینات تجزیه شده و اکسیژن آزاد نموده و CO2 تشکیل شود روی هم رفته واکنش انجام شده را می توان مطابق زیر نوشت. 2AL2O3+3C→4AL+3CO2 معمولاً 5/3 الی 4 تن باکسیت جهت استخراج 2 تن آلومینا مورد نیاز است که 2 تن آلومینا یک تن آلومینیم را به دست خواهد داد.مقادیر قابل ملاحظه ای از سایر مواد از قبیل حدود4/0 تن کربن نیز مصرف می گردد به هر حال حساس ترین عامل تولید،مصرف برق است که علیرغم بهینه سازی فرآیند از این نظر،هنوز مقدار 13000 تا 15000 کیلو وات ساعت برق جهت تولید یک تن آلومینیم از آلومینا مورد نیاز می باشد. این مقادیر با میزان 28000 کیلو وات ساعت مصرف انرژی بر تن آلومینیم در اوایل قرن بیستم و مقدار انرژی تئوریک لازم که تقریباً 6500 کیلو وات ساعت بر تن می باشد،قابل مقایسه است.از کل اختلاف پتانسل 5/4 ولت در درون یک سلول جدید،فقط 2/1 ولت آن مربوط به پتانسیل تجزیه و یا انرژی آزاد واکنش تشکیل آلومینیم مذاب در کاتد می باشد.قسمت اعظم افت ولتاژ مربوط به مقاومت الکترولیت در فضای بین الکترودها می باشد که بالغ بر حدود 7/1 ولت است و 40 – 30 درصد کل افت پتانسیل را تشکیل می دهد.راندمان را می توان با کاهش فاصلۀ بین آند و کاتد افزایش داد و این جنبه در طراحی سلولهای جدید مدنظر قرار گرفته است.یکی دیگر از اصلاحاتی که امیدوار کننده بوده ،پوشش دادن کاتد با دی براید تیتانیوم می باشد که باعث بهتر شدن خاصیت تر شوندگی سطح به وسیله آلومینیم مذاب می گردد. این امر باعث تشکیل یک فیلم نازک تر و پایدارتر آلومینیم شده که به راحتی با استفاده از کاتد شیبدار به داخل مخزن اصلی هدایت خواهد شد. کاهش فاصلۀ بین آند و کاتد از حد متداول 6 – 4 سانتی متر به 2 – 1 سانتی متر،کاهش افت ولتاژی حدود 5/1 – 1 ولت در سلول را به همراه خواهد داشت.پیش بینی کلی در مورد افزایش کارآئی سلول الکترولیز تا سال2000 حاکی از این است که مصرف الکتریسیته به طور متوسط تا 12500 کیلو وات ساعت به ازای تولید یک تن آلومینیم کاهش خواهد یافت .در مجموع کل انرژی لازم برای تولید یک تن آلومینیم از باکسیت موجود در زمین بین 70000 تا 75000 کیلو وات ساعت حرارتی برآورد می شود که یک کیلو وات ساعت الکتریکی معادل 3 کیلووات ساعت حرارتی می باشد.بر اساس این تبدیل ، مجموعاً 30000 کیلو وات ساعت حرارتی به ازای واحد حجم آلومینیم (M³) مورد نیاز است که در مقایسه با انرژی لازم برای تولید یک تن فولاد از کانه آهن موجود در زمین که 13000 الی 16000 کیلو وات ساعت حرارتی برآورد می شود بسیار بیشتر است.
خصوصیات آلومینیم خصوصیات آلومینیم: آلومینیم دارای هدایت قابلیت هدایت حرارتی بالایی می باشد که بعد از نقره و مس بهترین هادی حرارتی شناخته می شود و دارای دانسیته ای در حدود2.7 سانتی متر مکعب است . که به همین دلیل جزو آلیاژ های سبک محسوب می شود . این آلیاژ دارای مقاومت به خوردگی زیاد است که به علت ایجاد لایه پایدار اکسیدی متخلخل می باشد . دارای نقطه ذوب پایین در حدود 670 درجه سانتیگراد است و قابلیت انجام عملیات حرارتی دارد اما عملیات حرارتی آن اج هاردینگ یا پیر سازی می باشد و دارای قابلیت انجام کار مکانیکی و تغییر فرم سرد و گرم می باشد . و این الیاژ را می توان در قالب های دائمی و یا فورج نیز استفاده کرد . کاربرد آلومینیم : این آلیاژ به علت ویژگی های خاصی که دارد در بیشتر صنایع از جمله اتومبیل سازی غذاسازی ساختمان سازی بلوکه های سیلندر خودرو اسکلت سازی صنایع پتروشیمی و صنابع هوایی به کار می رود . آلیاژ های آلومینیم : به طور کلی آلیاژ های آلومینیم به دو دسته کلی تقسیم می شود : 1- آلیاژ های نوردی 2- آلیاژ های ریخته گی نکته : آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوری اش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد . 1- آلیاژ های نوردی : در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته شده سپس با توجه به شرایط تولید هر یک از فرآیند های کار سرد شامل : نورد ، فورج ، سوراخ کاری برش و .... روی قطعه انجام می شود . روش های تولید شمش های نوردی : معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود : 1-روش مداوم (countinus) 2- روش نیمه مداوم و یا تکباری ( non countinus) 1- روش مداوم : این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است که به این صورت می باشد که ذوب ریزی به صورت مداوم ادامه پیدا می کند . به این صورت که محفظه ای از فولاد گرم که در زیر پاتیل مذاب قرار دارد مذاب را به صورت دائم دریافت می نماید ، مذاب پس از رها شدن از پاتیل وارد محفظه شده و در مرحله اول آب گرد هایی که در قسمت بالای محفظه قرار دارند مذاب را به مرحله خمیری می رساند در مرحله بعد مذاب به مرحله آب فشان رسیده و به طور کامل منجمد می شود و در پایان تیغه ای که در انتهای محفظه قرار دارد فلز را برش زده و بر روی صفحه نقاله می اندازد . 2- روش تکباری : این روش که در کارخانه ها و به وسیله قالب های ماسه ای انجام می شود به این صورت است که ابتدا کوره را به مقدار معینی شارژ کرده سپس شارژ آماده شده را در قالب های مورد نظر می ریزند . 2- تهیه آلیاژ های ریخته گی ( فرآیند شکل ریزی) هدف تولید : تولید شکل نهایی قطعه به صورت مذاب ریزی مستقیم انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم 1- شمش اولیه : این شمش معمولا در کارخانه های ریخته گری تولید می شود و از درصد خلوص بالایی درحدود 99.9% برخوردار است که معمولا به صورت پوکه های مستطیل شکل با وزن 15 الی 20 کیلو گرم تهیه می شوند . که جهت آلیاژ سازی آن ها از شمش های منیزیم ، روی ، سیلیسیم استفاده می شود که معمولا از شمش های منیزیم و سیلیسیم درمواقعی استفاده می شود که بخواهیم درصد کمی منیزیم و سیلیسیم به مذاب اضافه کنیم در غیر این صورت از آلیاژ ساز ها یا هاردنر ها (hardner) استفاده می کنیم 2- شمش های ثانویه: این شمش ها معمولا از ذوب مجدد قراضه های و برگشتی ها تولیدمی شود و با توجه به اینکه عملیات تصفیه و تمیز کاری روی این شمش ها انجام می شود از لحاظ قیمت گرانتر از شمش های اولیه می باشد اما دارای درصد خلوص و کیفیت بالاتری نسبت به شمش های اولیه می باشد . 3-قراضه ها : که قیمت مناسبی داشته ولی قبل از استفاده باید عملیات تمیز کاری بر روی آن ها انجام شود . 4- برگشتی ها : این شمش ها انواع قطعات معیوب سیستم راهگاهی را شامل می شود که به جهت شارژ مجدد در ریخته گری استفاده می شود . 5-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود . نكته به آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین)گفته مي شود نکته : آمیژن در اين بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند . انواع روش های تولید هاردنر ها : روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم . مثال : اگر بخواهیم آلیاژی از آلومینیم بسازیم که دارای ترکیب 5% سیلیسیم 0.4 % منیزیم 1/2 % مس و بقیه نیز آلومینیم باشد . و مواد مورد استفاده نیز شامل شمش اولیه با خلوص 99/99 درصد 1- آمیژن سیلومین با 13 درصد سیلیسیم 2- آمیژن منیزیم با 10 درصد منیزیم 3- آمیژن مس با 50 درصد مس جهت تهیه 100 کیلوگرم از مذاب چه مقادیری از این مواد باید مصرف شود . تلفات استاندارد : سیلیسم 1% منیزیم 3% مس 1% آلومینیم 1% جواب سوال انواع کوره های ذوب آلومینیم : 1- کوره های زمینی 2- کوره های شعله ای و یا روربر 3- کوره الکتریکی که این کوره ها خود به دو دسته کوره های مقاومتی وکوره های القایی تقسیم می شوند مزیت های کوره های مقاومتی این کوره های از نظر اقتصادی هزینه سرمایه گذاری کمتری نسبت به کوره القایی می خواهد و باعث ایجاد مذابی یکنواخت می گردد 1- کوره های زمینی : در کوره های زمینی بوته به شکل ثابت و یا متحرک استفاده می شود و معمولا جنس بوته در این کوره ها از گرافیت و یا کاربید سیلیسیم می باشد 2- کوره های شعله ای : در این کوره ها شعله به صورت مستقیم با مواد شارژ برخورد می نماید این کوره ها معمولا به شکل اتاقک های مکعب مستطیل می باشد و معمولا در این کوره ها از سوخت های گازوئیل ، مازوت و یا گاز استفاده می شود . راندمان این کوره ها پایین بوده و ذوب فلز به صورت تششع شعله انجام می شود تناژ این کوره ها بسیار بالا می باشد و معمولا ظرفیت شارژ این کوره ها حداکثر تا 20 تن می باشد این کوره ها معمولا به دو صورت دیده می شود الف: نوع اول آن که بدون پیش گرم بوده و مواد شارژ به صورت مستقیم و سرد وارد کوره می شود . ب: نوع دوم آن کوره هایی با پیش گرم شارژ بوده که در این روش مواد شارژ در قسمت بالای کوره قرار می گیرند و تحت تاثیر دمای کوره پیش گرم می شوند در این کوره های معمولا راندمان بیشتر بوده و تلفات حرارتی کمتر می باشد 3- کوره های الکتریکی : این کوره ها معمولا در دو نوع مقاومتی و القایی می باشد الف : کوره های مقاومتی : این کوره ها از المنت های فنری تشکیل شده است که در جداره کوره قرار دارند و که برای گرم کردن جداره کوره استفاده می شود که حداکثر دمای این المنت ها 1200 درجه می باشد که با توجه به دمای ذوب آلومینیم که حداکثر 820 درجه سانتیگراد است لذا عملا نیازی به درجه حرارت های بالا و زیاد در ذوب نیست ب: کوره های القایی : معمولا این کوره ها از نظر کیفیت ذوب به علت تماس نداشتن مذاب با عوامل احتراق مناسب می باشند و برای آلیاژ سازی مناسب هستند . در این کوره ها ترکیب شیمیایی مذاب یکنواخت تر بوده و سطح سرباره خوبی در ذوب ریزی ندارند . کنترل درجه حرارت ، کنترل ترکیب شیمیایی مذاب ، یکنواختی ترکیب شیمیایی و انحلال گاز کمتر همگی باعث افزایش کفیت مذاب در این کوره ها شده است .
آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن،بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید.نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای 1000 درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند. وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد . به هر حال آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد. منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد .در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت 180 درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید 6/0 % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد.گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند .
کلر معایبی هم دارد که عبارتست از :
1- سمی بودن کلر 2- تلفات آلومینیم
عملیات با کلرید ها قدیمی ترین روش گاز زدایی می باشد و بر اساس واکنش کلر با فلز است . در این روش تر کیبات کلرید تجزیه شده و در انتخاب کلرید بایستی دقت شود تا ناخالصی وارد مذاب نشود.آلیاژ های Mg-Al که تا 2%Mg خالص به مذاب AL تولید می شود. بدیهی است که تلفات این عنصر زیاد می باشد و از این رو اغلب از آمیژن این عنصر با 10 % Mg استفاده می شود.سیالیت آلیاژهای Mg کم بوده و از این سیستم های راهگاهی معمولا از اندازه عادی بزرگتر انتخاب می گردد.
آلیاژهای Si-Al-Mg
دو عنصر آلیاژی Si و Mg قادر به ترکیب بوده و ترکیب بین فلزی را بوجود می آورند این عناصر به عنوان یک سیستم آلیاژی شبه دو تایی عمل می کند.این سیسیتم سه تایی سیستمی است که می توان آن را تحت عملیات حرارتی محلولی و پیر سختی قرار داد . آلیاژهای سه تایی دارای مزیت سیستم شبه دو تایی و همچنین اثرات مفید Si محلول درصد کم Mg تا حدود 3/0 % و درصد های بالای Si یعنی 6-8 %می باشد.افزایش بیشتر Si باعث بهبود خواص ریخته گری این آلیاژ ها می شود . در بعضی از آلیاژها ترکیب سیلیسیم و منیزیم مضر هستند که در نتیجه به عنوان نا خالصی محسوب می شوند . به خاطر این که تمامی آلیاژ Al دارای Si می باشد افزایش سختی در اثر تشکیل می باشد و با افزایش این سختی آلیاژ ترد و شکننده می شود.از خواص قطعات ریخته گری Al می تواند به قابلیت ماشین کاری ، قابلیت پرداخت کاری ، جوش کاری، لحیم کاری و قابلیت عملیات سختی سطحی اشاره کرد . این آلیاژ دارای خواص دیگری مانند استحکام برشی ، استحکام فشاری و مقاومت به خوردگی نیز می باشد.
وزن مخصوص كم:
یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.
پوشش سخت دادن Hard Coating
یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد.
پوشش آلومینیومی دادن Alcladding
بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.
ریخته گری در قالبهای مختلف
ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود 12% استحکام کششی افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود 6% از دیادطول کاهش می یابد.در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود 22% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد .افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای 13 تا 23 % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی 580 درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.
روش های مختلف قالبگیری آلیاژهای آلومینیم :
آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند. ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند.
نرمی آلومینیم در حالت سرد
اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلیبا رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود داردنیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی داردوضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگریدر اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار استماده مستحکم تر و سخت تر می شوددر قطعه تنش تولید میشوداگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سردمممکن است باعث ترک خوردن آن شودراحت ترین ماده آلومینیمی از نظرتغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« استآلومینیم خالص وآلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حالکار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده استآلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدارکمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است .

[ghasem motamedi]

تاریخچه کشف آلومینیوم

"فردریک وهلر" بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت .(لاتین :alum alumen). اما این فلز دو سال پیشتر بوسیله "هانس کریستین ارستد" شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را بعنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز بعنوان بند آورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم بعنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده است. در سال 1761 ، "گویتون دموروو" پیشنهاد کرد تا alum را آلومین (alumin) بنامند.

پیدایش و منابع

اگر چه Al ، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(18%) ، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B7%D9%84%D8%A7) به حساب می‌آمد. بنابراین ، بعنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از 100 سال است که مورد استفاده است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز از نظر تهیه به شمار می‌آمد.

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/b/bb/180px_Aluminum_Metal.jpg
آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش‌تر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال 1889 ، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه 60 این یک کار کم منفعتی بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافـت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارتند از: اتومبیلها ، پنجره ها ، درها ، لوازم منزل ، کانتینرها و سایر محصولات ... .

معرفی

آلومینیوم ، عنصر شیمیایی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B9%D9%86%D8%B5%D8%B1+%D8%B4%DB% 8C%D9%85%DB%8C%D8%A7%DB%8C%DB%8C) است که در جدول تناوبی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AC%D8%AF%D9%88%D9%84+%D8%AA%D9% 86%D8%A7%D9%88%D8%A8%DB%8C) دارای علامت Al و عدد اتمی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B9%D8%AF%D8%AF+%D8%A7%D8%AA%D9% 85%DB%8C) 13 می‌باشد. آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن ، قابل توجه است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار می‌رود و در جهان اقتصاد ، عنصر بسیار مهمی است.

اجزای سازه‌هایی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.

ویژگی‌های قابل توجه

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری مات و لایه نازک اکسیداسیون (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%DA%A9%D8%B3%DB%8C%D8%AF%D8%A 7%D8%B3%DB%8C%D9%88%D9%86-%D8%A7%D8%AD%DB%8C%D8%A7) که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF) یا مس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%B3) است.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.

کاربردها

چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش ، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%87%D9%86) است و تقریبأ در تمامی بخشهای صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص ، نرم و ضعیف است، اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس ، منیزیوم ، منگنز ، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را می‌سازند.

وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهای نقره (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D9%82%D8%B1%D9%87) خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است.

برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارتند از:




حمل و نقل ( اتومبیل‌ها ، هواپیماها ، کامیون‌ها ، کشتی‌ها ، ناوگانهای دریایی ، راه آهن و ... )
بسته‌بندی ( قوطی‌ها ، فویل و... )
ساختمان ( درب ، پنجره ، دیوار پوشها و ... )
کالاهای با دوام مصرف کننده ( وسایل برقی خانگی ، وسایل آشپزخانه ، ... )
خطوط انتقال الکتریکی ( به‌علت وزن سبک اگرچه هدایت الکترِکی آن تنها 60% هدایت الکتریکی مس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%B3) می‌باشد )
ماشین آلات
اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم ، سنگ سمباده (emery) ، یاقوت (ruby) و یاقوت کبود (sapphire) یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می‌شود.

استخراج آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی‌تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al2O ) بوسیله کاهش با کربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق الکترولیز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) است. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا می‌شود.) لذا جهت این کار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (2000 درجه سانتی‌گراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار می‌دادند و نقطه ذوب آن تا 900درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه‌ها هستند.

الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار می‌روند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت می‌کنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است:




Al3+ + 3e ----> Al

در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه می‌شوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می‌رود و خارج می‌شود.

آند مثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده می‌کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دی‌اکسید کربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AF%DB%8C%E2%80%8C%D8%A7%DA%A9%D 8%B3%DB%8C%D8%AF+%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) نماید.

این کاتد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود. بر خلاف هزینه الکترولیز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) ، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می‌توان از خاکه معدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست.
سایت:رشد

[ghasem motamedi]

پیوند در ترکیبهای آلومینیوم

مهمترین کانی آلومینیوم ، بوکسیت است که اکسید آلومینیوم آبپوشیده می‌باشد و برای تهیه فلز از این کانی استفاده می‌شود. چگالی بار (نسبت بار به شعاع) برای یون Al+3 ، بعلت داشتن بار زیاد و کوچک بودن شعاع آن ، زیاد است. می‌دانیم که ‌الکترونها (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%86) اعم از از اینکه پیوندی باشند یا به صورت زوج تنها ، پیوسته در فضایی که در اختیار دارند، در حرکت‌ هستند و اغلب ، الکترونها را به صورت ابری با بار منفی مجسم می‌کنیم.

این ابر بار می‌تواند بوسیله یک میدان الکتریکی که در مجاورت آن قرار دارد، از حالت کروی خارج شده، به سمت یک بار مثبت کشیده یا بوسیله یک بار منفی رانده شود. درجه سهولت واپیچش ابر الکترونی یک ذره را قطبش‌پذیری آن می‌نامند. قطبش‌پذیری اتمها (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%AA%D9%85) یا یونهای کوچکتر کمتر از اتمها یا یونهای برزگتر است، زیرا در اتمها یا یونهای کوچکتر ، الکترونها به هسته (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%87%D8%B3%D8%AA%D9%87) نزدیکترند و اتصال آنها با هسته محکمتر است.

آلومینیوم در ترکیبهای خود با از دست دادن هر سه ‌الکترون ظرفیت ، عدد اکسایش (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B9%D8%AF%D8%AF+%D8%A7%DA%A9%D8% B3%D8%A7%DB%8C%D8%B4) 3+ بدست می‌آورد. اما یون Al+3 با توجه به ‌اندازه کوچک و بار زیادی که دارد، می‌تواند براحتی باعث قطبش ابر بار هر آنیونی که با آن در تماس است، شود و آن آنیون (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%DB%8C%D9%88%D9%86+%D9% 88+%DA%A9%D8%A7%D8%AA%DB%8C%D9%88%D9%86) را به سمت خود بکشد و در فضای بین یون آلومیینوم و آنیون ، ابر الکترونی قابل ملاحظه‌ای پدید می‌آید که نشانه‌ای از پیدایش خصلت کووالانسی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%BE%DB%8C%D9%88%D9%86%D8%AF+%DA% A9%D9%88%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A7%D9%86%D8%B3%DB%8C ) در پیوند است.

به ‌این ترتیب ، پیوند آلومینیوم با آنیونهایی نظیر -Br و -I که قطبش‌پذیری آنها بیشتر است، به صورت کووالانسی توصیف می‌شود. اثر قطبش یون Al+3 را روی هالیدها می‌توان با مقایسه خواص هالیدهای آلومینیوم دریافت.

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/1/10/aluminiumentsafter.jpg

اکسید آلومینیوم (Al2O3)

اکسید آلومینیوم را معمولا یک ترکیب یونی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%BE%DB%8C%D9%88%D9%86%D8%AF+%DB% 8C%D9%88%D9%86%DB%8C) در نظر می‌گیریم، اما بعلت قطبش‌پذیری یونهای اکسید بوسیله یونهای Al+3 پیوند آلومینیوم و اکسیژن تا حدودی خصلت کووالانسی دارد. برهمکنش الکتروستاتیک بین یونهای کوچک آلومینیوم و اکسیژن از یک طرف و پیدایش خصلت کووالانسی از طرف دیگر ، سبب شده که پیوند بین این یونها در اکسید آلومینیوم بسیار قوی باشد. این اکسید در دمای 205 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود و در آب نامحلول است.

اکسید آلومینیوم در طبیعت به دو صورت آبپوشیده و بی‌آب یافت می‌شود. شکل آبپوشیده آن ، بوکسیت نام دارد. سنگ سنباده و کوراندوم ، شکل بی‌آب آن است. کوراندوم جسمی ‌سخت و متبلور است و با جایگزین شدن مقدار کمی ‌از یونهای فلزهای واسطه به جای یونهای آلومینیوم در این بلور (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A8%D9%84%D9%88%D8%B1) ، سنگهای قیمتی مانند یاقوت قرمز یا یاقوت کبود (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DB%8C%D8%A7%D9%82%D9%88%D8%AA) بدست می‌آید. یاقوت قرمز که در لیزر (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%84%DB%8C%D8%B2%D8%B1) هم از آن استفاده می‌شود، شامل مقدار جزئی Cr+3 و یاقوت کبود شامل Fe+3 و (Ti(IV است.

رنگ این سنگها ناشی از وجود این یونهای فلزات واسطه ‌است. از اکسید آلومینیوم به خاطر داشتن ساختاری پایدار و فوق‌العاده سخت ، در تهیه سیمان ، آجرهای دیرگداز کوره‌ها و سطح بی‌اثر کاتالیزور در کراکنیگ برشهای نفتی استفاده می‌شود.

استخراج آلومینیوم

آلومینیوم در صنعت بوسیله‌ الکترولیز اکسید آلومینیوم مذاب تهیه می‌شود. اکسید آلومینیوم از بوکسیت که ‌اکسید آلومینیوم آبپوشیده و ناخالص است، بدست می‌آید. ناخالصیهای بوکسیت بطور عمده ، هماتیت و سیلیس است. برای جداسازی آلومینیوم با توجه به خصلت بازی اکسید آهن (III) ، خصلت اسیدی اکسید سیلسیم (سیلیس) و خصلت آمفوتری اکسید آلومینیوم ، از سود سوزآور (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%D9%88%D8%AF+%D9%88+%D9%BE%D8 %AA%D8%A7%D8%B3) استفاده می‌کنند.

اکسید آلومینیوم و سیلیس در محلول غلیظ سود حل می‌شوند. اکسید آهن (III) را بوسیله صافی جدا می‌کنند، سپس دی‌اکسید کربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AF%DB%8C%E2%80%8C%D8%A7%DA%A9%D 8%B3%DB%8C%D8%AF+%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) را از محلول عبور می‌دهند. دی‌اکسید کربن با آب ، اسید ضعیف اسید کربنیک را تشکیل می‌دهد. بدین ترتیب ، اکسید آلومینیوم رسوب می‌کند و یون سیلیکات در محلول باقی می‌ماند. اکسید آلومینیوم را در کریولیت مذاب (Na3AlF6) که دمای ذوب آن از اکسید آلومینیوم کمتر است، حل می‌کنند. دمای الکترولیت مذاب حدود 850 درجه سانتی‌گراد است.

یون Al+3 در کاتد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) سلول الکترولیز که ‌از جنس گرافیت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C%D8%A A) است، کاهش یافته ، بصورت آلومینیوم مذاب در ته سلول جمع می‌شود. در آند نیز اکسیژن آزاد می‌شود. آند نیز از جنس گرافیت است. اکسیژن در دمای زیاد با کربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) ترکیب شده ، اکسیدهای کربن تشکیل می‌دهد. از این رو ، آند می‌سوزد و هرچند مدت یک بار آن را تعویض می‌کنند.

موارد استفاده آلومینیوم

آلومینیوم یکی از فلزهای ساختمانی است و آن را با فلزهای مختلف به صورت آلیاژ در می‌آورند و در صنایع هواپیما سازی ، موتور اتومبیل و ساخت در و پنجره بکار می‌برند. همچنین ، آلومینیوم برای ساخت قوطی‌های نوشابه مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین آلومینیوم برای تولید فویلهای آلومینیومی ‌مورد استفاده قرار می‌گیرد.

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/8/83/aluminium_can1.jpg

هزینه تولید آلومینیوم و مشکلات زیست محیطی

منابع آلومینیوم در طبیعت از منابع تجدیدناپذیر به شمار می‌آیند. به ‌این معنا که طبیعت راهی برای تولید مجدد این منبع ندارد. از طرف دیگر ، تولید آلومینیوم به مصرف الکتریکی بسیار زیادی نیاز دارد. با توجه به ‌اینکه آلومینیوم مصرفی ، سرانجام بصورت زباله به طبیعت راه پیدا می‌کند، مساله بازگردانی آلومینیوم از نظر حفظ محیط زیست حائز اهمیت و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه ‌است. مثلا هزینه لازم برای جمع‌آوری قوطی‌های نوشابه ، انرژی الکتریکی مصرفی برای ذوب این قوطی‌ها و ساخت مجدد آنها حدود 5 درصد هزینه ‌استخراج آلومینیوم از بوکسیت است. انجام این کار




به حفظ طولانی‌تر منابع بوکسیت


به حفظ منابع سوختهای فسیلی که باید برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز کارخانه‌های تولید آلومینیوم بکار رود


به کاهش مواد آلاینده‌ای که در نتیجه ‌احتراق سوختهای فسیلی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%88%D8%A7%D8%AF+%D9%82%D8% A7%D8%A8%D9%84+%D8%A7%D8%AD%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%8 2) در فضا پراکنده می‌شوند


و در نهایت به حفظ محیط زیست


کمک می‌کند.
بازگردانی آلومینیوم امروزه در بسیاری از کشورهای صنعتی که مصرف آلومینیوم در آنها بخصوص به‌صورت قوطی‌های نوشابه زیاد است، انجام می‌گیرد.

[ghasem motamedi]

نامگذاری

در ایالات متحده آمریکا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%DB%8C%D8%A7%D9%84%D8%A7%D8%AA_%D9%85%D8%AA% D8%AD%D8%AF%D9%87_%D8%A2%D9%85%D8%B1%DB%8C%DA%A9%D 8%A7) و کانادا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%A7%D9%86%D8%A7%D8%AF%D8%A7) برخلاف سایر کشورها به "آلومینیُم (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A2%D9%84%D9%88%D9%85%DB%8C%D9% 86%DB%8C%D9%8F%D9%85&action=edit&redlink=1)"، "آلومینُم" می‌گویند. هر دو تلفظ از واژه لاتین Lumen به معنی "نور (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%86%D9%88%D8%B1)" گرفته شده است. پیش از جداسازی فلز آلومینیم،اکسید (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%DA%A9%D8%B3%DB%8C%D8%AF) آن آلومین (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A2%D9%84%D9%88%D9%85%DB%8C%D9% 86&action=edit&redlink=1) نامید می‌شد. هامفری دیوی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%87%D8%A7%D9%85%D9%81%D8%B1%DB%8C_%D8%AF%DB%8C% D9%88%DB%8C) که موفق نشده بود از آلومین (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A2%D9%84%D9%88%D9%85%DB%8C%D9% 86&action=edit&redlink=1)، آلومینیم تهیه کند، گفت که می‌خواهد نام این فلز (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D8%B2) را "آلومیم" بگذارد. ولی بعدا آن را به "آلومینم" تغییر داد تا با آلومین مطابقت داشته باشد. با این حال واژهٔ آلومینیم کاربرد عمومی پیدا کرد، زیرا نام بسیاری از عنصرهای فلزی به "یُم" ختم می‌شود.
تاریخچه کشف آلومینیوم

فردریک وهلر" بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت .(لاتین :alum alumen). اما این فلز دو سال پیشتر به‌وسیله "هانس کریستین ارستد" شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را به‌عنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز به‌عنوان بند آورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم به‌عنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده است. در سال 1761 ، "گویتون دموروو" پیشنهاد کرد تا alum را آلومین (alumin) بنامند.
پیدایش و منابع

اگر چه Al ، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(18%) ، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B7%D9%84%D8%A7) به حساب می‌آمد. بنابراین ، به‌عنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از 100 سال است که مورد استفاده است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز از نظر تهیه به شمار می‌آمد.
آلومینیوم برای مدتی از طلا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B7%D9%84%D8%A7) با ارزش‌تر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال 1889 ، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه‌ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه 60 این یک کار کم منفعتی بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافـت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارت‌اند از: اتومبیلها ، پنجره‌ها ، درها ، لوازم منزل ، کانتینرها و سایر محصولات ... .
معرفی

آلومینیوم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B9%D8%AF%D8%AF_%D8%A7%D8%AA%D9%85%DB%8C) 13 می‌باشد. آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن ، قابل توجه است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار می‌رود و در جهان اقتصاد ، عنصر بسیار مهمی است.
اجزای سازه‌هایی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.
ویژگی‌های قابل توجه

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF) یا مس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%B3) است.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.
کاربردها

چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش ، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86) است و تقریبأ در تمامی بخش‌های صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص ، نرم و ضعیف است، اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%B3) ، منیزیوم (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%86%DB%8C%D8%B2%DB%8C%D9%88%D9%85) ، منگنز (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%86%DA%AF%D9%86%D8%B2) ، سیلیکون (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%DB%8C%D9%84%DB%8C%DA%A9%D9%88%D9%86) و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%87%D9%88%D8%A7%D9%BE%DB%8C%D9%85%D8%A7) و راکتها را می‌سازند.
وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است.
فهرست کاربردها

برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارت‌اند از: حمل و نقل ( اتومبیل‌ها ، هواپیماها ، کامیون‌ها ، کشتی‌ها ، ناوگانهای دریایی ، راه آهن و ... ) بسته‌بندی ( قوطی‌ها ، فویل و... ) ساختمان ( درب ، پنجره ، دیوار پوشها و ... ) کالاهای با دوام مصرف کننده ( وسایل برقی خانگی ، وسایل آشپزخانه ، ... ) خطوط انتقال الکتریکی ( به‌علت وزن سبک اگرچه هدایت الکترِکی آن تنها 60% هدایت الکتریکی مس می‌باشد ) ماشین آلات اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم ، سنگ سمباده (emery) ، یاقوت (ruby) و یاقوت کبود (sapphire) یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می‌شود.
استخراج آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی‌تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al2O ) به‌وسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق الکترولیز (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9% 88%D9%84%DB%8C%D8%B2&action=edit&redlink=1) است. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا می‌شود.) لذا جهت این کار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A8%D9%88%DA%A9%D8%B3%DB%8C%D8% AA&action=edit&redlink=1) دارای نقطه ذوب بالایی است (2000 درجه سانتی‌گراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار می‌دادند و نقطه ذوب آن تا 900درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه‌ها هستند.
الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار می‌روند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت می‌کنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است:
در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه می‌شوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می‌رود و خارج می‌شود.
آند مثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده می‌کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دی‌اکسید کربن نماید.
این کاتد باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود. بر خلاف هزینه الکترولیز ، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می‌توان از خاکه معدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست.
سایت :ویکی پدیا

[ghasem motamedi]

فرآیندهای استخراج مقدار زیادی انرژی مصرف می كنند كه اغلب از احتراق سوخت های فسیلی تامین می گردد. این سوخت ها تجدید ناپذیر بوده و محدودیت های تولید و مصرف آن در فرآیندهای مورد نظر ، ضرورت های حیاتی و گریز ناپذیر ، بهینه كردن مصرف آن را ایجاد می كند. ازسوی دیگر مشكلات ناشی از آلوده سازی محیط ، رعایت مسائل زیست محیطی و شرایط و تعهدات بین المللی لازم می باشد. مصرف بی رویه سوخت های فسیلی و عدم رعایت استانداردهای جهانی می تواند عرصه زندگی را برای انسان این عصر هرچه بیشتر تنگ نماید. به همین منظور در این مقاله ابتدا فرآیند استخراج آلومینیوم به اختصار بیان شده و بعد الودگی و مسائل زیست محیطی مرتبط با این فرآیند مورد بحث قرار می گیرد.


آلومینیوم یكی از فلزات پر مصرف و استراتژیك می باشد. این فلز پس از آهن با تولیدی در حدود 17 ملیون تن در سال بالاترین تولید جهانی فلزات را دارد. روش های تولید آلومینیوم را می توان در پنج روش مختلف گنجاند و بررسی كرد. ولی در حال حاضر آلومینیوم از الكترولیز ملح مذاب اكسید آن ( آلومین ) بدست می آید. با وجود آنكه آلومینیوم سومین عنصر فراوان پوسته زمین ( پس از اكسیژن و سیلیسیوم) است و مقدار آن در پوسته زمین 8.8% است. ولی تنها منبع اقتصادی برای تولید اكسید آلومینیوم (Al2O3) ، سنگ معدنی به نام بوكسیت می باشد. بوكسیت یك كانی نبوده و مینرال های آن بوهمیت و ژیپست است. بوكسیت از نظر عیار 50 تا 60 درصد آلومینا(Al2O3) داردو مهمترین ناخالصی های آن Fe2O3, SiO2, Tio2 می باشند.


مراحل تولید آلومینیوم در روش الكتریكی عبارت اند از:



اثرات زیست محیطی استخراج آلومینیوم


فرآیندهای استخراج مقدار زیادی انرژی مصرف می كنند كه اغلب از احتراق سوخت های فسیلی تامین می گردد. این سوخت ها تجدید ناپذیر بوده و محدودیت های تولید و مصرف آن در فرآیندهای مورد نظر ، ضرورت های حیاتی و گریز ناپذیر ، بهینه كردن مصرف آن را ایجاد می كند. ازسوی دیگر مشكلات ناشی از آلوده سازی محیط ، رعایت مسائل زیست محیطی و شرایط و تعهدات بین المللی لازم می باشد. مصرف بی رویه سوخت های فسیلی و عدم رعایت استانداردهای جهانی می تواند عرصه زندگی را برای انسان این عصر هرچه بیشتر تنگ نماید. به همین منظور در این مقاله ابتدا فرآیند استخراج آلومینیوم به اختصار بیان شده و بعد الودگی و مسائل زیست محیطی مرتبط با این فرآیند مورد بحث قرار می گیرد.


آلومینیوم یكی از فلزات پر مصرف و استراتژیك می باشد. این فلز پس از آهن با تولیدی در حدود 17 ملیون تن در سال بالاترین تولید جهانی فلزات را دارد. روش های تولید آلومینیوم را می توان در پنج روش مختلف گنجاند و بررسی كرد. ولی در حال حاضر آلومینیوم از الكترولیز ملح مذاب اكسید آن ( آلومین ) بدست می آید. با وجود آنكه آلومینیوم سومین عنصر فراوان پوسته زمین ( پس از اكسیژن و سیلیسیوم) است و مقدار آن در پوسته زمین 8.8% است. ولی تنها منبع اقتصادی برای تولید اكسید آلومینیوم (Al2O3) ، سنگ معدنی به نام بوكسیت می باشد. بوكسیت یك كانی نبوده و مینرال های آن بوهمیت و ژیپست است. بوكسیت از نظر عیار 50 تا 60 درصد آلومینا(Al2O3) داردو مهمترین ناخالصی های آن Fe2O3, SiO2, Tio2 می باشند.


مراحل تولید آلومینیوم در روش الكتریكی عبارت اند از:


1- استخراج و آماده سازی بوكسیت :


این مرحله مثل سایر فلزات ، شامل خرد كردن ، آسیاب كردن و... است.


2- تولید Al2O3 خالص:


كه شامل مراحل زیر است: لیچینگ گرم ، جدا كردن رسوب ها از محلول ، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تكلیس Al(OH)3 و تولید پودر Al2O3


لیچینگ گرم: بوكسیت نرم شده وارد سود غلیظ می شود و در دمای بین 180 تا 220 و فشار بین 4 تا 25 اتمسفر آلومینات سدیم تولید می شود( NaAlO2 )


جدا كردن رسوب ها از محلول : به روش Settling( ته نشین شدن به علت آرام بودن سیال) عمده رسوب های ته نشین شده ، جدا می گردند . سپس محلول با آب داغ شسته شده ، با افزودن نشاسته به آن فیلتر می شود. به رسوبات باقیمانده گل سرخ Red Mud گفته می شود.


رسوب دادن Al(OH)3 از محلول: كه شامل سرد كردن محلول باقیمانده تا دمای 35، افزودن آب به محلول ، اضافه كردن پودر Al2O3 به عنوان جوانه زا، دادن زمان كافی


تكلیس Al(OH)3 و تولید پودر (Al2O3) : خلوص پودر نهایی 99 تا 99.5 درصد است.


3- استخراج الكتریكی آلومینیوم:


برای این منظور از روش الكترولیز موسوم به Hall- Heroult استفاده می شود. شكل زیر اجزای این دستگاه الكترولیز را نشان می دهد:






الكترولیت نمك مذاب شامل AlF3, NaF,Al2O3است. اگر آلومینیوم تولیدی ته نشین نمی شد. مقاومت الكترولیت را بالا می برد و مهمتر اینكه دوباره اكسید می شد و تلفات افزایش می یافت. سیستم طوری تنظیم می گرددكه به طور مداوم Al2O3 وارد محلول شود و درصد آن در محلول ثابت بماند. آند گرافیتی در اثر واكنش با اكسیژن اطرافش و Al2O3 موجود در محلول ، مصرف می گردد و باید جایگزین شود. فرآیند الكترولیز مداوم است و در نتیجه شارژ مواد اولیه نیز باید مداوم باشد. به طوری كه همیشه یك لایه Al2O3 روی الكترولیت موجود باشد. خروج آلومینیوم بوسیله پمپ خلا صورت می گیرد.


اثرات زیست محیطی:


1- استخراج و آماده سازی بوكسیت :


مرحله اول عملیات اكتشاف است كه ارتباط نزدیكی بین حوزه های آب زیر زمینی ، ذخایر خاكی با مراحل مختلف معدن كاری وجود دارد. عملیات اكتشاف شامل بررسی های هیدرولیكی و عملیات اكتشافی است. كه به اختصار آلودگی های زیستمحیطی در این مرحله عبارت اند از:


- تست های ردیاب : از خطرات این روش وارد شدن مواد ردیاب و رادیواكتیو در منطقه است
- تست های پمپاژ بلند مدت: در این روش پایین بودن سطح آب های زیرزمینی در مجاورت یك چاه باعث خسارت موقتی به چاه كناری می شود.


– تست های تزریق: تغییر موقتی رژیم آب های زیرزمینی و مشكل همساز بودن آب تزریقی با محیط زیست منطقه از تأثیرات این روش است.


– چاه های عمودی و تو نل ها : این روش باعث زهكشی و رسوخ آب به لایه های داخلی می شود .


– عملیات تخلیه: از تأثیرات این روش می توان به مشكلات ناشی از پسماند فلاشینگ و ذخیره سازی مواد حفاری در چال های آزمایشی و تونل ها، فرسایش مواد توسط باد، رسوب و نشست مواد به داخل منابع آب كه باعث آلودگی آب می شود، اشاره كرد .


- حفاری : از تأثیرات این روش می توان به مشكلات صوتی ناشی از حفاری به صورت اختلال در زندگی انسانی و حیوانی ، ایجاد آلودگی در آب های زیرزمینی در صورت حفر چاه نزدیك محل حفاری، بالا آمدن سطح نمك در خاك ، كاهش كیفیت منابع بكر،


- كاواك های آزمایشی: از تأثیرات این روش می توان اثرات ناشی از برداشت خاك و آسیب به پوشش گیاهی منطقه را ذكر كرد.


مرحله بعد استخراج سنگ معدن است كه تاثیرات محیطی زیادی دارد . اما در كل ، ضربه اصلی در از بین بردن پوشش های گیاهی وارد می شود. روبرداری بی رویه یا مدریت غلط منجر به كم شدن زیستگاه های حیوانات و گیاهان می گرددو توسعه جنگل ها و زراعت و .. را مشكل می سازد. همچنین استخراج معدن روی آب های محلی و هوا تاثیر می گذارد. به طور مثال ، با برداشتن لایه های روی زمین ، آب های سطحی می توانند آلوده ، اسیدی و گل آلود شوند. فرسایش در ناحیه معدن به سرعت صورت می گیرد. اگر خاك پوشش و محافظ نداشته باشد فرسایش خاك زیاد شده ، شرایط آب و هوایی تغییر كرده ، گرد و غبار در هوا زیاد شده و نیاز به تصویه آب بوجود می آید. معدن روباز مناظر بدی از لحاظ بصری ایجاد میكنند. همچنین می توان سر و صدای ماشین ها و صدای انفجار كه موجب آلودگی شدید صوتی می شود را به مجموعه عوامل فوق اضافه كرد.


2- تولید Al2O3 خالص:


در تهیه و پالایش سنگ معدن مقدار آلودگی ایجاد شده بستگی به روش بكار برده شده ، میزان خلوص و كیفیت سنگ معدن دارد. خطر اصلی در این مرحله باقی مانده بوكسیت ، یعنی گل سرخ است، كه دارای خاصیت قلیایی بوده و از كارخانه آلومینیوم سازی خارج می شود. این ماده روی زمین رها شده و یا در دریا ریخته می شود و یا در جاهای خاصی پلمپ می شود. این گلاب و خروجی دارای تاثیرات زیر است:


- نشت قلیا به درون آب های زیرزمینی كه ممكن است این آب وارد چرخه صنعت ،خانگی و یا كشاورزی شود.


- كاهش زمین های مناسب برای كشاورزی


- آلودگی مناطق خشك و ایجاد مناظر زشت


نوع دیگری از آلودگی ها كه در حین خرد كردن ، تكلیس و انبار داری بوجود می آید ، آلودگی هوا ( غبار و گازهای سمی) است. این آلودگی ها شامل بوكسیت ، آهك ، ذرات آلومینیوم ، SO2 ، NO2 ، ذرات بوكسیت كم عیار و ذرات معلق پنتا اكسید وانادیم است. مقدار SO2بستگی به نوع سوخت مصرف شده و همچنین نوع دستگاه های مصرف كننده و سرویس بودن آنها دارد. گازهای تولید شده جمع آوری نمی شوند و موجب تاثیرات محیطی ، اثر گلخانه ای و بوجود آمدن باران اسیدی خواهند شد. در فرآیندهای هیدرومتالوژی به طور حتم مایعات دور ریز و مواد جامد ناخواسته داریم كه قبل از هر اقدامی باید این مواد تحت پروسه های بازیابی و تصفیه قرار گیرند. محلول های آبی دور ریز ممكن است شامل فلزات سنگین باشند هرچند ممكن است قیمت این اجزا در محلول های دور ریز كم بوده باشد اما این عناصر می توانند در زنجیره غذایی حیوانات وارد شده و با مصرف اغذیه آلوده ؛ به سلامت اندام های بدن آسیب رسانند.


محیط كاری نیز می تواند برای كارگران بشدت خطرناك باشد. زمانی كه كارگران با مواد خورنده چون اسید و سود سروكار دارندو دوروبر آنها آلودگی شدید صوتی به همراه ذرات غبار و مواد سمی وجود دارد.


3- استخراج الكتریكی آلومینیوم:


مهمترین مشكل زیست محیطی در این بخش نشر و پخش فلورید است. كه تاثیرات مخربی روی سلامتی افرادی كه مشغول به كار هستند دارد( منجر به مسمومیت فلوریدی و اختلالات استخوانی می شود) بخارات و ذرات فلورین از مذاب كریولیت نشت می كنند این بخارات در گاز خروجی از آند هم یافت می شوند. همچنین بخارات SO2 ( اگر اند شامل تركیبات گوگرد باشد) و بخارات قطران نیز از آند متصاعد می شود. این بخارات در حین پخت آند نیز ظاهر می گردد. خارج شدن ذرات غبار و دی اكسید نیتروژن را نیز می توان به قسمت های قبل اضافه كرد.


مشكلات دیگر این قسمت عبارت اند از : آلودگی آب ، زباله ها ، سر وصدا ، گرما


آلودگی آب زمانی است كه سیستم تمیزكاری آبی( پاشش آب) برای تمیز كردن بخارات سلول ها بكار رود. این آب شامل فلورید و ذرات معلق جامد مثل آلومینا و كربن است كه نیاز به تصفیه قبل از تخلیه دارد . مشكل دیگر زباله های جامد است كه شامل محفظه های از بین رفته می باشد( سلول ها هر 4-5 سال نیاز به تعویض دارند.) كه قبل از قرار دهی آنها در هوای آزاد و یا انبار باید از مواد سمی و فلوئور دار تصفیه گردند. همچنین داخل كوره ذوب پسماندهایی تولید می شود كه می تواند تولید ذرات ناپایدار یا گازهایی مثل آمونیاك كند. سروصدا و گرما در قسمت كوره شرایط سختی را بوجود می آورد كه روی سلامتی كارگران تاثیر می گذارد.


آلودگی غیر مستقیم دیگر مصرف بسیار بالای الكتریسیته است . كه باید كارخانه در نزدیكی نیروگاه تاسیس شود. كه تاسیس نیروگاه های سوخت فسیلی نیز آلودگی های مختص به خود را دارد.


منابع:


- كتاب مواد، انتشارات اركان اصفهان، چاپ سوم زمستان 81


- فناوری میكروبی در متالورژی . نویسندگان : دكتر رامز وقار، دكتر منوچهر اولیا زاده و دكتر محمد رضا وقار. ناشر دانشگاه صنایع و معادن ایران


- http://www.chemguide.co.uk

[ghasem motamedi]

آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی‌تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al2O ) به‌وسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق الکترولیز است. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا می‌شود.) لذا جهت این کار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (2000 درجه سانتی‌گراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار می‌دادند و نقطه ذوب آن تا 900درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه‌ها هستند.
الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار می‌روند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت می‌کنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است:
در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه می‌شوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می‌رود و خارج می‌شود.
آند مثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده می‌کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دی‌اکسید کربن نماید.
این کاتد باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود. بر خلاف هزینه الکترولیز ، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می‌توان از خاکه معدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست.
برگرفته ازسایت:
http://fa.wikipedia.org/wiki/آلومینیوم

[ghasem motamedi]

آلومینیوم و آلیاژهای آن
آلومینیوم با وزن مخصوص پایین، g.cm-37/2، مدول پلاستیکی MN.m-2 7، انعطاف پذیری خوب، مقاومت به خوردگی بالا و قابلیت هدایت الکتریکی و حرارتی بالا یکی از فلزاتی است که اهمیت صنعتی فراوانی دارد. این فلز با استحکام ویژه (نسبت استحکام به وزن) عالی خود و همچنین با توجه به قابلیت آن برای پذیرش مکانیزمهای استحکام بخشی، جدول 1 و شکل پذیری گرم وسرد خوب، در صنایع هواپیماسازی و وسایل حمل و نقل اهمیت زیادی یافته است. همچنین با شکل پذیری بالایی که دارد می توان از ان، انواع پروفیلها یا شکلهای توپر و توخالی و پیچیده، ورق تا ضخامتهای بسیار پایین (زورقها یا فویلها)را تولید کرد. با توجه به خواص مکانیکی و فیزیکی ویژه از آن در ساخت مخازن، قطعات و تجهیزات صنایع شیمیایی، مصالح ساختمانیف صنایع بسته بندی مواد غذایی و در صنایع الکتریکی 0به صورت سیمها، کابلها و اتصالات برای انتقال الکتریسیته)، استفاده می شود. با داشتن سطح خارجی براق در کاسه چراغها و نوافکنها به کار می رود.
تقسیم بندی آلیاژهای آلومینیوم
آلیاژهای آلومینیوم به طور کلی به دو گروه تقسیم بندی می شود: آلیاژهای تغییر شکل داده و آلیاژهای ریخته گری شده، که به روش تولید آنها بستگی دارد. آلیاژهای تغییر شکل داده شده از طریق تغییر شکل پلاستیکی (کار گر و سرد) تولید می شوند و ترکیب شیمیایی و ریزساختاری کاملاً متفاوتی از آلیاژهای ریخته گری شده خواهند داشت. هریک از این دو گروه می تواند به دو زیرگروه: آلیاژهای عملیاتی حرارتی پذیر و غیر عملیات حرارتی پذیر تقسیم شوند.
آلیاژهای آلومینیوم با سیستم عددی مشخص شده اند، جدول 2. اولین عدد، تعیین کنندۀ عناصر آلیاژی اصلی است و بقیه اعداد، ترکیب شیمیایی آلیاژ را مشخص می کنند. این سیستم علامت گذاری بین المللی (IADS) توسط کشورهای متعددی پذیرفته شده است.
درجۀ استحکام بخشی با تخصیص حروف T یا H، به نوع عملیات حرارتی و یا عملیات کارسختی و یا سختی کرنشی انجام گرفته روی آن بستگی دارد، جدول 3. حرف O برای موقعی که آلیاژ آنیل شده باشد، W برای عملیات حرارتی حل سازی حالت جامد و F برای شرایط تولید استفاده می شود. اعدادی که به دنبال حروف T یا H می آیند، مقدار سختی کرنشی،نوع دقیق عملیات حرارتی و یا نکات ویژه دیگری از فرآیند آلیاژ را مشخص می کنند. جدول 4 انواعی از آلیاژها ی آلومینیوم و خواص آنرا نشان می دهد.

آلیاژهای تغییرشکل یافته: آلیاژهای xxx 1، xxx 3، xxx 5 و اغلب xxx 4 قابل پیرسختی شدن نیستند. آلیاژهای xxx 1و xxx 3،به استثنای حضورمقادیرکمی ناخاصی یا ترکیبات بین فلزی تک فازی هستند. خواص آنها با کنترل میزان سختی کرنشی، استحکام بخشی حل سازی حالت جامد و اندازۀ دانه ها کنترل می شود. به هر حال، به دلیل کم بودن حلالیت عناصر آلیاژی در آلومینیوم در دمای معمولی محیط، میزان استحکام بخشی به صورت حل سازی در حالت جامد محدود خواهد بود.
آلیاژهای xxx 5 در دمای معمولی محیط شامل دو فاز ) به صورت محلول جامدی از منیزیم در آلومینیوم) و فاز دوم (ترکیب بین فلزی Mg2Al3 فاز سخت و ترد هستند، شکل 1، جدول 2. استحکام آلیاژهای Al-Mg می تواند با توزیع ذرات ریز Mg2Al3، سختی کرنشی، استحکام بخشی حل سازی حالت جامد و اندازۀ دانه ها کنترل شود. اما از آنجا که فاز Mg2Al3 کوهرنت نیست، عملیات حرارتی پیر سختی بر روی آن امکان پذیر نیست.

آلیاژهای سری xxx 4 نیز شامل دو فاز و سیلیسیم تقریباً خالص است شکل 1.
آلیاژهایی که شامل دو عنصر سیلیسیم و منیزیم هستند می تواند با تشکیل رسوب بین فلزی Mg2Si پیرسختی شوند. تشکیل این رسوب باعث افزایش استحکام می شود.
آلیاژهای با درصد منیزیم بالا (تا حدود 7%) برای قطعاتی که تنشهای متوسط و بالا در محیطی خورنده به آنها اعمال می شود، مناسب اند. افزودن مقدار حدود Cr 3/0 %، و Ti 3/0 % باعث افزایش مقاومت به خوردگی خواهد شد. این آلیاژها به صورت ورق در ساخت اتوبوسها،واگنهای حمل و نقل، کشتیها و در صنایع شیمیایی و غذایی به کار می روند. آلیاژهای تغییر شکل یافته غیر قابل سختی پذیر، دارای مقاومت به خوردگی خوبی در آب دریا در مقابل خوردگی هستند. استحکام این آلیاژها نمی تواند از طریق سختی رسوبی افزایش یابد، بلکه بیشتر با اعمال کار سرد روی آنها و مقداری هم از طریق حل کردن عناصر آلیاژی افزایش می یابد.
آلیاژهای گروه xxx 1، xxx 6 و xxx 7 قابل پیرسختی هستند. اگرچه این آلیاژها استحکام عالی دارند، اما مقدار رسوبی که در آنها می تواند شکل بگیرد محدود خواهد بود، از این رو نمی توانند در دماهای بالاتر از حدود 175 درجه سانتیگراد در شرایط پیرسختی به کار روند.
آلیاژهای ریخته گری شده: تعداد زایدی از آلیاژهای ریخته گری شدۀ متداول آلومینیوم، که مشخصات آنها در جدول 4 ارائه شده، شامل سیلیسیم کافی برای واکنش یوتکتیک با نقطۀ ذوب پایین، سیالیت و قابلیت ریخته گری خوب هستند.
خواص آلیاژهای ریخته گری شدۀ آلومینیوم- سیلیسیم می تواند از طریق استحکام بخشی حلالیت جامد ، استحکام بخشی با توزیع فاز در و انجمادی که در آن اندازۀ دانه اولیه، شکل دانه ها و ریز ساختار یوتکتیک کنترل می شود، به دست آید. تعداد زیادی از آلیاژهای آلومینیوم شامل مس، منیزیم یا روی بوده و قابل پیرسختی هستند.
آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری شده دارای استحکام، شکل پذیری و مقاومت در مقابل خوردگی هستند. سیلیسیم به مقدار بین حدود 5 تا 12% مهمترین عنصر آلیاژی را در این نوع آلیاژ تشیکیل می دهند. این عنصر در حالی که سیالیت کذاب را بالا می برد، سبب افزایش استحکام نیز می شود. موقعی که انجماد (در قالبهای ماسه ای) به آهستگی انجام گیرد و مقدار سیلیسیم بالا (در حدود 13% ) باشد سیلیسیم رسوب یافتۀ اولیه به صورت دانه های کریستالی بزرگ، گوشه دار، صفحه ای یا سوزنی شکل خواهد بود که سبب ترد شدن آلیاژ و غیر قابل استفاده آن برای کاربردهای خاصی می شود. این قبیل دانه های نامناسب سیلیسیم رامی توان در سطح شکست به خوبی مشاهده کرد. برای جلوگیری از رسوب سیلیسیم به شکلهای نامناسب و ظاهر گشتن رفتار ترد در این آلیاژها می توان از عنصر سدیم در حدود 001/0 تا 1/0 % استفاده کرد. بدین صورت که عنصر سدیم به صورت سدیم فلزی یا نمک سدیم) در دمای حدود 720 تا 780 درجه سانتیگراد به مذاب اضافه می شود.. سدیم سبب می شود که سیلیسیم به صورت دانه های فوق العاده ریز در آلومینیوم پراکنده شود و بدین ترتیب استحکام و تغییر طول نسبی آن افزایش یابد. آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیم مانع نقوذ مایعات و گازها به داخل قطعه هستند.
مهمترین کاربرد آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیم با درصد بالایی از سیلیسیم (تا حدود 26 %) در ساخت پوسته موتور و پیستونهای موتور ماشینهای احتراقی است. این گونه آلیاژها باید علاوه بر داشتن مقاومت حرارتی و مقاومت سایشی بالا دارای ضریب هدایت حرارتی تا حد ممکن بالا نیز باشند تا اینکه حرارت ایجاد شده در نتیجۀ احتراق را هرچه سریعتر انتقال دهند. درجۀ حرارت کف پیستون در حین کار می تواند به حدود 200 تا Cو در شرایط نامناسب کاری حتی بیشتر برسد. از طرفی ضریب انبساط این آلیاژها باید تا حد ممکن پایین باشد، تا بدین ترتیب تغییر دقت ابعادی (تلرانس) بین پیستون و سیلندر در نتیجه تغییرات درجه حرارت در حین کار به مقدار حداقل ممکن برسد. آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم با حدود Mg3 % و Ti3/0 % دارای پایداری خوب در آب دریاست. آلیاژهای آلومینیوم از نوع AlMgSi با 4/0 تا Mg5/0 % و تا Si 6/0% به عنوان آلیاژهای هادی الکتریسیته با استحکام بالا و مقاومت خوب در مقابل خوردگی به کار می رود
آلیاژهای ریخته گری شده آلومینیوم از نوع AlZnCu با 10 تا Zn12% و 2 تا Cu 4% موقعی که مقدار روی به حداکثر و مس به حداقل مقدار و بر عکس برسد، از سیالیت خوبی برخورداند. این آلیاژ در نتیجه حد تسلیم بالا در ساخت اجزاء و قطعات بزرگی که تحت تأثیر نیروهای متناوب و نیروهای ضربه ای قرار می گیرد (مانند پوسته موتور) به کار می رود. چنانچه مقدار آهن در آن از 1% تجاوز کند خطر ایجاد ترک وجود خواهد داشت.














آلیاژهای آلومینیوم- منگنز تا حدود Mn 5/1 % دارد. منگنز استحکام و مقاومت در مقابل خوردگی را بهبود می بخشد و درجۀ حرارت تبلور مجدد را افزایش می دهد. آلیاژهایی با 1 تا Mn 5/1 % و مابقی آلومینیوم بیشتر به عنوان آلومینیوم خالص، در مواردی که استحکام بالا و همچنین مقاومت در مقبل خوردگی مورد نظر باشد، به کار می رود. هنگامی که آهن (بیش از 5/0 %) در آلیاژ آلومینیوم موجود باشد، منگنز مانع ایجاد فاز سوزنی شکل ترد Al3Fe در ریز ساختار می شود. بدین صورت که آهن توسط کریستالهای Al6Mn با فرم مناسب گرفته می شود. اما آهن می تواند به آلیاژهای آلومینیوم که حاوی مس و نیکل است برای افزایش قابلیت فورجینگ گرم تا حداکثر 3/1 % افزوده شود. به منظور افزایش مقاومت در مقابل خوردگی در محیط آب دریا به آلیاژهای آلومینیوم از نوعAlMgMn با 2 تا Mg 3% و 6/0 تا Mn 1/0 % تا حدود Sb 2/0 % اضافه می شود.
آنتیموان اضافه شده لایه ای را بر روی این نوع آلیاژ عاری از مس ایجاد می کند که از ادامۀ فعل و انفعال خوردگی جلوگیری می کند. شکلهای 1 و 2.تعدادی از نمونه های تعادلی مورد نیاز برای آلیاژهای آلومینیوم را نشان می دهد.












شکل 1: نمودارهای تعادلی آلیاژهای (الف) آلومینیوم- منیزیم، (ب) آلومینیوم- مس،(ج) آلومینیوم- لیتیم









شکل 2: قسمتی از نمودارهای تعادلی، (الف) آلومینیوم- آهن، (ب) آلومینیوم سیلیسیم، (ج) آلومینیوم- منگنز، (د) آلومینیوم- روی


آلیاژهای آلومینیوم پیشرفته
آلیاژهایی که از آلومینیوم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا- فضا یافته اند. چگالی لیتیم 534/0 است، نتیجتاً چگالی آلیاژهای Al-Li می تواند حدود 10% کمتر از دیگران آلیاژهای متداول آلومینیوم باشد. این وزن کم می تواند باعث استحکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربردهای هوا- فضایی باشد. آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی (تافنس) خوب این آلیاژها در دماهای پایین می شود. آلیاژهای Al-Li در ساخت کف، بدنه و اسکلت هواپیماهای نظامی و تجاری به کار می روند.
استحکام بالای آلیاژهای Al-Li ناشی از قابلیت آنها برای پیر سختی، شکل 1. آلیاژهایی که تا Li 5/2 % دارند می توانند تحت عملیات حرارتی متداول قرا رگیرند. افزودن Li (تا حدود 4%) با استفاده از فرآیند انجماد سریع می تواند به دستیابی به آلیاژی از آلومینیوم با وزن سبک و استحکام بالا کمک کند.
روشهای تولید مدرن به بهبود استحکام آلیاژهای آلومینیوم به ویژه در دماهای بالا، کمک می کند. فرآیند انجماد سریع، که در آن آلیاژ مایع به ذرات یا قطره های ریزی شکسته شده و سریع منجمد می شوند با ترکیبی از متالوژی پودر در تولید آلیاژهای جدید به کار گرفته می شود.
گروهی از آلیاژهای آلومینیوم شامل عناصر واسطه مانند آهن، کُرُم و ترکیبات بین فلزی مانند Al6F (به صورت ذرات ریز توزیع شده در فاز زمینه) هستند. اگرچه خواص این آلیاژهای پیشرفته در دمای معمولی محیط شبیه به آلیاژهای متداول است، اما حضور ذرات پایدار و توزیع شده در زمینه باعث ایجاد خواص خوب در دماهای بالا می شود، موقعیتی که می تواند به تبلور مجدد یا پیری بیش از حد منجر شود.
مثال 1) یک کابل فولادی به قطر mm5/12= d و استحکام MN.m-2 310 و چگالی 87/7 با توجه به جدول 9 تعیین کنید:
الف) حداکثر باری که کابل که کابل فولادی می تواند تحمل کند؟
ب) قطر آلیاژی از آلومینیوم- منیزیم (3004-H18) مورد نیاز که بتواند همان بار را تحمل کند.
ج) وزن هر متر کابل فولادی به کابل از آلیاژ آلومینیوم
حل:
الف) KN 38= 310= A.y = F بار
ب) MN.m-2 250 = استحکام تسلیم آلیاژ آلومینیوم
بنابراین :

Mm9/13 = 0139/0 = d و m2 4-10×52/1 =
ج) kg 966/0 = (87/7) 2(0125/0) = = وزن هر متر کابل فولادی
Kg410/0 = (70/2) (1) 2(0139/0) = = وزن هر متر کابل آلیاژ آلومینیومی
مثال 2) ماده مناسبی را برای مخزن هیدروژن مایع به عنوان سوخت هواپیماهای هوا- فضا مشخص کنید.
حل: از آنجایی که هیدروژن مایع در« 253- » درجه سانتی گراد ذخیره می شود، بنابراین مخزن مورد نظر باید خواص خوبی در دماهای پایین داشته باشد. مخزن تحت تنشهای بالایی قرار می گیرد، به ویژه موقعی که هواپیما داخل جو زمین می شود. از این رو باید تافنس شکست خوبی داشته باشد تا بتواند از احتمال وقوع تخریب بحرانی بکاهد، از طرف دیگر باید از لحاظ وزن نیز سبک داشته باشد تا به سوخت کمتری نیاز داشته باشد.
بنابراین آلیاژهایی از آلومینیوم که دارای وزن کم، انعطاف پذیری و تافنس شکست خوبی هستند برای این منظور مناسب اند. یکی از آلیاژهای آلومینیوم که دارای این خصوصیات در دماهای پایین است آلیاژ 5083-0 می باشد. همچنین آلیاژهای آلومینیوم- لیتیم برای کاربردهای دماهای پایین، مانند 2090-T4 برای این منظور مناسب خواهد بود.

[ghasem motamedi]

معروفترین مشخصۀ آلومینیوم سبکی آن است، چگالی آلومینیوم 3/1 فولاد و آلیاژهای مس است. نسبت استحکام به وزن بعضی از آلیاژهای آلومینیوم از فولادهای پر استحکام بالاتر است. آلومینیوم چکش خواری و شکل پذیری خوب، مقاومت زیاد در برابر خوردگی و رسانندگی الکتریکی و گرمایی خوبی دارد. آلومینیوم بسیار خالص در عکاسی به عنوان بازتابنده به کار می رود؛ مزیت آن بازتابندگی زیاد و مات نشدن است.
آلومینیوم غیر سمی، غیر مغناطیسی و جرقه نزن است. غیر مغناطیسی بودن آلومینیوم را برای ساخت محافظهای الکتریکی همانند پوستۀ فیوزهای قدرت یا محفظۀ دیگر ادوات الکتریکی مناسب جلوه می دهد.
هرچند که رسانندگی آلومینیوم (EC) در حدود 62% مس است، اما به سبب سبکی وزنی، به عنوان رسانای الکتریکی در بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب تر است.
استحکام کشی آلومینیوم خالص در حدود kg/mm2 9 (psi 13000) است. اما با سردکاری و آلیاژ کردن می توان استحکام آنرا افزایش داد. بعضی آلیاژهای آلومینیوم با عملیات گرمایی مناسب استحکامی در حدود kg/mm2 70 (psi 100000) پیدا می کنند.
یکی از مهمترین خواص آلومینیوم، کار پذیری و ماشینکاری آن است. این فلز را می توان به همۀ روشهای شناخته شده ریخته گری داد، تا هر ضخامت مطلوب نورد کرد و آن را به هر شکل دلخواه پرس کرد، کشید، مورد چرخانش قرار داد، چکش کاری، آهنگری یا خروجکاری کرد.
آلومینیوم خالص تجارتی، آلیاژ 1100 (بیش از 99 % آلومینیوم) مناسب کاربردهایی هست که به شکل پذیری خوب یا مقاومت خیلی خوب در برابر خوردگی (یا هر دو) نیاز دارند ولی به استحکام زیاد نیاز ندارند. آلومینیوم به طور گسترده ای در ساخت ظروف آشپزخانه، قطعات مختلف ساختمانی، لوازم حمل و نگهداری مواد غذایی و مجموعه های جوشکاری شده مصرف می شود.


سیستم شناسایی آلیاژ
سیستم شناسایی آلومینیوم آلیاژهای آلومینیوم کار پذیر توسط اتحادیۀ آلومینیوم در سال 1954 استاندارد شده است. این استاندارد از یک سیستم شماره گذاری چهار رقمی تشکیل می شود. اولین رقم آلیاژ را نشان می دهد(جدول 5). دومین رقم اصلاحات انجام شده بر روی آلیاژ اولیه و یا حد ناخالصیها را نشان می دهد، صفر برای آلیاژ اصلی و یک تا 9 نشان دهندۀ اصلاحات انجام شده بر روی آلیاژ است. درگروه xxx 1 حداقل خلوص آلومینیوم 99% و بیشتر است، دو رقم آخر همان دو رقمی است که بعد از ممیز برای تعیین حداقل آلومینیوم قرار می گیرد. بنابرانی آلیاژ 1060 حداقل 60/99 % آلومینیوم دارد و بقیۀ ناخالصیهای آن کنترل نشده است.
در آلیاژ های xxx2 و xxx8، دو رقم آخر تنها مشخص کنندۀ آلیاژهای متاوت آن گروه است.
تعیین حالت
حرف تعیین حالت بعد از یک خط تیره به دنبال شمارۀ شناسایی آلیاژ می آید. سیستم نامگذاری حالت اتحادیه آلومینیوم که در سال 1948 انتخاب شده، برای آلومینیوم کار پذیر و ریختگی و آلیاژ های آن به کار می رود. اساس این سیستم برعملیات انجام شده بر فلز یا آلیاژ استوار است.
سیستم استاندارد تعیین حالت شامل یک حرف است. به جز حالت تابکاری شده و یا حالت بعد از تولید و بدون عملیات بعدی، در بقیۀ حالتها یک یاچند رقم نیز و جود دارد. چهار حالت اصلی عبارتند از F برای حالت بعد از تولید، O تابکاری شده، H کرنش سختی شده، T عملیات گرمایی شده.
F: بعد از تولید قطعه بعد از تولید در این حالت است. در این شرایط هیچ تضمینی برای خواص مکانیکی وجود ندارد.
O: تابکاری شده، تبلور مجدد یافته؛ این نرم ترین حالت آلیاژهای کار شده است.
H: کرنش سخت شده این حالت قطعاتی است که خواص مکانیکی آنها تنها از طریق کار سختی افزایش می یابد . اغلب H با دو یاچند رقم همراه است. اولین رقم نشان دهندۀ ترکیب خاصی از عملیات اصلی به شرح زیر است:
H1 تنها کرنش سخت شده. دومین رقم نشان دهنده مقدار کار سرد انجام شده است. عدد 8 به معنای کاملاً سخت است. بنابراین حالت نیم سخت با H14، یک چهارم سخت 12 H و غیره نشان داده می شود. حالت فوق العاده سخت با عدد 9 نشان داده می شود. اغلب عدد سوم برای نشان دادن درجه کنترل حالت یا مشخص کردن گروه خاصی از خواص مکانیکی به کار می رود.
2H: کرنش سخت و سپس تابکاری ناقص شده. در مورد محصولاتی که ابتدا با سردکاری بیش از حد لازم سخت شده و سپس با تابکاری استحکام آنها تا حد مطلوبی کاهش یافته است به کار می رود. مقدارسرد کاری باقیمانده با همان روش 1H مشخص می شود.
3H: کرنش سخت و سپس پایدار شده. این عمل فقط بر آلیاژهای حاوی منیزیم اعمال می شود که تا دمای پایینی گرم می شوند و خواص آنان پایدار می شود. میزان کرنش سختی باقیمانده بعد ازپایدار کردن، معمولاً با یک یا چند رقم بیان می شود.
W: عملیات گرمایی محلولی شده حالتی ناپایدار است که فقط برای آلیاژهایی که بعد از عمیات محلولی، خود به خود در دمای محیط پیر می شوند به کار می روند. به سبب پیر شدن طبیعی، این حالت تنها وقتی مشخص می شود که دورۀ پیر شدن معلوم شده باشد؛ مثلاً (5/0 ساعت) W- 2024.
T: عملیات گرمایی شده این حرف برای قطعات کرنش سخت شده یا نشده ای که برای رسیدن به حالتی پایدار عملیات گرمایی شده اند به کار می رود. حرف T می تواند اعداد 2 تا 10 را که نشان دهندۀ عملیات اصلی انجام شده است به دنبال داشته باشد. ایجاد تغییرات عمومی در شرایط سبب بروز تفاوت مهمی در خواص قطعات می شود که با افزودن یک یا چند رقم به حرف حالت اصلی مشخص می شود.
T2: تابکاری شده (تنها فراورده های ریختگی).
T3: عملیات گرمایی محلولی و سپس سردکاری شده.
T4: عملیات گرمایی محلولی و به طور طبیعی پیرشده تا رسیدن به وضعیت پایدار.
T5: فقط به طور مصنوعی پیر شده. در مورد محصولاتی به کار می رود که پس از قرار گرفتن در دمای زیاد و سپس سرد شدن سریع در جریان فرایند تولید، به طور مصنوعی پیر شده اند. مثل فراورده های ریختگی یا خروجکاری شده.
T6: عمیات گرمایی محلولی و سپس به طریقه مصنوعی پیر شده.
7T: عملیات گرمایی محلولی و سپس پایدار شده. در مورد قطعاتی به کار می رود که شرایط دما و زمان برای پایدار کردن آنها چنان است که با کنترل رشد و یا تنشهای پسماند سختی، قطعه تا ورای نقطۀ حداکثر سختی می رسد.
8T: عملیات گرمایی محلولی، سرد کاری و سپس به طور مصنوعی پیر شده.
9T: عملیات گرمایی محلولی، به طور مصنوعی پیر شده و سپس سرد کاری شده.
10T: به طور مصنوعی پیر شده، سپس سرد کاری شده، همانند 5T اما همراه با سرد کاری برای افزایش استحکام.

آلیاژهای آلومینیوم- مس (سری xxx2)
بخش غنی از آلومینیوم نمودار تعادلی آلومینیوم – مس در شکل 3 نشان داده شده است. حداکثر حلالیت مس در آلومینیوم 65/5 % در 547 درجه سانتیگراد (1018 درجه فارنهایت) که در 300 درجه (5720 درجه فارنهایت) به 45/0 % کاهش می یابد. بنابراین آلیاژهای حاوی 5-5/2 % مس پیرسختی پذیرند. فاز تتا ، فاز آلیاژی میانی است که ترکیب شیمیایی نزدیک به CuAl2 دارد. عملیات محلولی با گرم کردن تا منطقه فاز کاپا و سپس سرد کردن سریع انجام می شود. پیر کردن بعدی، خواه مصنوعی و خواه سبیعی، اجازه می دهد که فاز رسوب کند و استحکام آلیاژ افزایش یابد. این آلیاژها ممکن است حاوی قادیر کمی سیلیسیم، آهن، منیزیم، منگنز، کروم و روی باشند.
شکل 4 نشان دهنده ساخنار آلیاژ 4T– 2014 است که بعد از آهنگری در قالب بسته، تحت عملیات گرمایی محلولی و سپس آبدادن در آب گرم قرار گرفته است. این ساختار عمدتاً شامل ذرات سیاه نامحلول از ترکیبات پیچیده Fe، Mn، Si و Al در زمینه محلول جامد غنی از آلومینیوم است. تنها معدودی ذره CuAl2 (در زمینه سفید) دیده می شود وبیشتر این ذره ها در نتیجه عملیات گرمایی حل شده اند.
سه نوع پر مصرف آلیاژهای کارپذیر آلومینیوم – مس عبارتند از 2014، 2017 و 2024.
قدیمیترین نوع آلیاژ آلومینیوم عمیات گرمایی پذیر، دورالومین (2017) با 4 درصد مس است. این آلیاژ به طور گسترده ای در برجهای هواپیما مصرف می شود. به سبب پیر شدن طبیعی، این آلیاژ را بعد از عملیات محلولی برای جلوگیری از پیر شدن در محیطی خنک نگهداری می کنند. درحالت محلولی همچون آلیاژی تک فاز بسیار داکتیل است؛ به گونه ای که گل پرچ به آسانی شکل می گیرد. برگشت بعدی به دمای محیط سبب رسوب فاز به صورت ذرات میکروسکوپی می شود و سختی و استحکام افزایش می یابد.








مقدار مس و منگنز در آلیاژ 2014 و 2017 بیشتر است و این آلیاژ برای پیر کردن مصنوعی مناسب است. آلیاژ 2014 در حالت پیر شدۀ مصنوعی استحکام کششی بیشتر، استحکام تسلیم خیلی بالاتر و طویل شدگی کمتری از 2017 دارد. این آلیاژ در قطعات آهنگری سنگین، اتصالات هواپیما و شاسی کامیونها به کار می رود. در شکل 5 رابطه بین رسانندگی الکتریکی، استحکام، و تبدیل گرمایی نمونه وار آلیاژ 2014 نشان داده شده است. آلیاژ 2024 حاوی5/4 % مس و 5/1 % منیزیم و دارای بالاتری استحکام در بین آلیاژهای آلومینیوم- مس پیر شو طبیعی است. بیشتر بودن مقدار منیزمی در مقایسه با آلیاژ 2017 سببب بروزمشکلات بیشتر در تولید آن می شود. کرنش سختی همراه با پیر کردن باعث نیل به حداکثر استحکام تسلیم قابل حصول در ورق های آلیاژی مستحکم می شود. آلیاژ 2024 در ساخت هواپیما، پرچ، یراق آلات، رینگ کامیون و محصولات ماشین خودکار پیچ تراش مصرف می شود. آلیاژ آلومینیوم- مس با 2% نیکل (2218) برای ساخت سر سیلندر و پیستونهای آهنگری شده ای که در دمای بالا کار می کنند مناسب است.
تنها آلیاژ ریختگی دوتایی آلومینیوم- مس، آلیاژ 195 است که 4% مس دارد. با عملیات گرمایی مناسب می توان به ترکیبی از استحکام و داکتیل بودن عالی دست یافت. آلیاژ 195 ریخته شده در ماسه برای ساخت چرخ لنگر، پوسته دیفرانسیل، رینگ اتوبوس،رینگ هواپیما، و محفظۀ میل لنگ (کارتر) مصرف می شود.
چندین آلیاژ ریختگی با تقریباً 8% مس تولید می شود. این آلیاژها که مقدار کنترل شده سیلیسیم، آهن و روی دارند عبارتند از: 112، 113و 212. وجود سیلیسیم سیالیت را افزایش می دهد، به طوری که استفاده از آلیاژهای 212 و 113 برای ریخته گری پوسته های نازک، درپوشها و پیستونها ترمز هیدرولیک ترجیح داده می شود.
آلیاژهای ریختگی 85، 108، 319 و 380 در گروه آلیاژهای آلومینیوم- مس – سیلیسیم قرار دارند و حاوی کمتر از 5% مس و 8-3 % سیلیسیم اند. در شکل 6 ساختار آلیاژ 380 ریخته شده تحت فشارنشان داده شده است که خواص مطلوبی دارد. افزودن مس سبب افزایش استحکام و ماشینکاری پذیری آن در مقایسه با آلیاژهای ساده آلومینیوم- سیلیسیم می شود، درحالی که افزودن سیلیسیم باعث افزایش قابلیت ریخته گری و نشت ناپذیری تحت فشاری نسبت به آلیاژهای آلومینیوم- مس می شود. کاربرد نمونه وار این آلیاژ در ساخت سگدستها، بدنه ماشین تحریر، چند راهه ها، بدنه شیر، کارتر و مخزنهای روغن و بنزین است.




آلیاژ 5 آلومینیوم – منگنز (سری xxx3)
بخش غنی از آلومینیوم سیستم آلیاژی آلومینیوم- منگنزدر شکل 7 نشان داده شده است.
حداکثر حلالیت منگنز در محلول جامد در دمای اوتکتیک یعنی CF0 (1216)، 82/1% است. هرچند با کاهش دما حلالیت نیز کاهش می یابد، ولی آلیاژهای این گروه عموماً پیر سختی پذیرنیستند و به سبب حلالیت محدود، منگنز را در هیچ آلیاژ ریختگی به عنوان عنصر آلیاژی اصلی مصرف نمی کنند، مگر حالتی که در برخی آلیاژهای کار پذیر. یگی از این آلیاژ ها 3003 است که شکل پذیری خوب، مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی، و جوش پذیری خوب دارد. کاربرد های نمونه وار آن عبارتند از لوازم آشپزخانه، ظروف حملو نگهداری مواد غذایی و شیمیایی، مخزنهای روغن و بنزین، مخزنهای تحت فشار و لوله ها.

[ghasem motamedi]

آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیم (سری xxx4)
بخش غنی از آلومینیوم سیلیسیم آلیاژی آلومینیوم- سیلیسیم در شکل 8 نشان داده شده است. حداکثر حلالیت سیلیسیم در محلول جامد 65/1 % دردمای اوتکتیک یعنی C 5770 (F 10710) است. هرچند خط حد حلالیت در دماهای پایین، حلالیت کمتری رانشان می دهد، اما این آلیاژ عموماً عملیات گرمایی پذیر نیست. آلیاژ کار پذیر 4032 حاوی 5/12 % سیلیسیم است که قابلیت آهنگری خوب، و ضریب انبساط گرمایی کوچکی دارد. این آلیاژ در ساخت پیستونهای آهنگری شده اتومبیل مصرف می شود.
آلیاژهای ریختگی آلومینیوم- سیلیسیم قابلیت ریخته گری عالی دارند و در برابر خوردگی مقاوم اند. آلیاژ 13 (12% سیلیسیم ) و آلیاژ 43 (5% سیلیسیم) برای تولید قطعات ریختگی با شکلهای پیچیده، وسایل حمل غذا و اتصالات دریایی به کار می روند.
آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم (سری xxx5)
بخش غنی از آلومینیوم سیلیسیم آلومینیوم- منیزیم در شکل 9 نشان داده شده است. هر چند خط حلالیت حاکی از افت قابل ملاحظۀ حلالیت منیزیم در آلومینیوم در نتیجۀ کاهش دماست، اما بیشتر آلیاژهای کار پذیر تجارتی این گروه که حداکثر 5 % منیزیم و کمی سیلیسیم دارند، عملیات گرمایی پذیر نیستند.





این آلیاژهای کار شده، جوش پذیری خوب، مقاومت در برابر خوردگی خوب و استحکام متوسطی دارند. آلیاژ 5005 (8/0 % منیزیم) برای پروفیلهای خروجکاری شده مورد مصرف در معماری، آلیاژ 5050 (2/1 % منیزیم) برای لوله سازی و لوله های روغن و بنزین اتومبیلها؛ آلیاژ 5052 (5/2 % منیزیم) برای لوله های بنزین و روغن هواپیماها؛ آلیاژ 5083 (5/4 % منیزیم) در کاربردهای دریایی و ساختارهای جوشکاری شده و آلیاژ 5056 (2/5 %منیزیم) در توری پنجره ها، غلاف کابل، پرچهای مورد استفاده برای آلیاژهای منیزیم به کار می روند.
آلیاژهای ریختگی آلومینیوم- منیزمی شامل 214 (8/3 % منیزیم)، 218 (8% منیزیم) و 220 (10% منیزیم) است. دو آلیاژ نخست برای ساخت وسایل حمل مواد غذایی و لبنیات، اتصالات برای مصارف شیمیایی و فاضلاب، اتصالات دریایی و کفشک ترمز هواپیما مصرف می شوند. تنها آلیاژ 220 قابل پیر سختی است و درنتیجه بالاترین خواص مکانیکی در بین آلیاژهای ریختگی آلومینیوم را داراست. خواص ریختگی آلیاژهای این گروه ضعیف است و باید درحین ریختن آنها دقت به خرج داد.
آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیم- منیزیم (سری xxx6)
ترکیب سیلیسیم و منزیم تشکیل منیزیم تشکیل منیزیم سیلیسید( (Mg2Si می دهد، که با آلومینیوم اوتکتیک ساده ای می سازد. بخش غنی از آلومینیوم سیستم Al-Mg2Si درشکل 10 نشان داده شده است. بعد از پیر کردن مصنوعی -Mg2Si رسوب می کند (حالت 6T) ، درنتیجه آلیاژ به استحکام کامل می رسد. آلیاژهای کار پذیر عبارت اند از 6053، 6061 و 6063. منیزیم و سیلیسیم معمولاً به نسبت موجود در ترکیب منیزیم سیلیسید افزوده می شوند. ساختار ورق از جنس آلیاژ 6061 گرم نوردیده، حاوی ذره های Fe3SiAl12 (لکه های خاکستری) و Mg2Si (سیاه) در زمینه ای از محلول جامد غنی از آلومینیوم، در شکل 11 نشان داده شده است. مشخصه این آلیاژ ها مقاومت عالی در برابرخوردگی و قابلیت کار پذیری بیشتر از دیگر آلیاژهای قابل عملیات گرمایی است. کاربردهای نمونه وار این آلیاژها در ارائه فرود هواپیما، قایق، مبلمان، لوله های حارو برقی، نرده کشی پل و مصارف ساختمانی است.





آلیاژهای ریختگی آلومینیوم- سیلیسیم – منیزیم یعنی 355، 356 و 360 ترکیب مطلوبی از قابلیت ریخته گری، نشت ناپذیری تحت فشار، استحکام و مقاومت در برابرخوردگی دارند. پس از انجام عملایت گرمایی، خواص مکانیکی آنها به خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیوم- مس می رسد. این آلیاژها به طورگسترده ای در ساخت هواپیما، اجزای ماشین ابزار، و قطعات ریختگی عمومی مصرف می شوند.
آلیاژهای آلومینیوم- روی (سری xxx7)
بخش غنی از آلومینیوم سیستم آلیاژی آلومینیوم- روی در شکل 12 نشان داده شده است. حلالیت روی در دمای C 2750 (F 5270) 6/31 % است که در دمایC 1250(F 2570) به 6/5 % کاهش می یابد. آلیاژهای تجارتی کار پذیر حاوی روی، منیزیم، مس و کمی منگنز و کروم اند. آلیاژ 7075 (5/5 % روی، 5/2 % منیزیم، 5/1 % مس)، آلیاژ 7079 (3/4 % روی، 3/3 % منیزیم، 6/0 لیاژهآلیا
% مس) و آلیاژ 7178 (8/6 % روی، 7/2 % منیزیم ، 2% مس) بیشترین استحکام کششی به صورت ورق تابکاری شده نشان داده شده است. این ساختار شامل ذره های ریز و درشت Mg2Si (سیاه) و تعداد محدودی ذره های نامحلول FeAl3 (خاکستری روشن با خطی در دور آن) در زمینه محلول جامد (غنی از آلومینیوم) است.
با عملیات گرمایی مناسب و افزودن کروم، تمایل به خوردگی تنشی به حداقل می رسد. از این آلیاژها در قطعاتی همچون سازۀ هواپیما که نیاز به استحکام زیاد و مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارند استفاده می شود.
آلیاژ ریختگی آلومینیوم- روی E40 نام دارد. حاوی 5/5 % روی، 6/0 % منیزیم، 5/0 % کروم و 2/0 % تیتانیم است و بدون عملات محلولی، خواص مکانیکی بالایی دارد. این آلیاژ دارای قابلیت ریخته گری متوسط، مقاومت در برابرخوردگی خوب و ماشینکاری پذیری بسیار خوب است و اتصالات هواپیما، پوستۀ ابزارگیرها و تجهیزات رادیو مصرف می شود.






مقاومت آلومینیوم و آلیاژهای آن در برابر خوردگی
مقاومت زیاد آلومینیوم در برابر خوردگی به سبب ایجاد لایه نازک، پایدار و غیر قابل رویت اکسیدی است که بلافاصله پس از قرار گرفتن سطح درجو، تشکیل می شود. این لایه فلزی را از خوردگی بیشتر محافظت می کند. در صورت برداشته شدن این لایه اکسید، در اغلب محیط ها، بلافاصله لایه جدیدی تشکیل می شود و فلز کاملاً محافظت شده باقی می ماند.
در برخی محلولهای اسیدی یا قلیایی قوی یا در تماس با مواد مرطوب و خورنده که از تماس اکسیژن با سطح فلز جلوگیری می کنند، لایه محافظ نمی تواند به سادگی تشکیل شود. بنابراین باید آلومینیوم را به طریق دیگری محافظت کرد و یا از کاربرد آن در آن محیط چشم پوشید.
با قرار دادن فلز در داخل محلول آبی حاوی 25-15 % سولفوریک اسید می توان لایه های نسبتاً ضخیم اکسید بر آلومینیوم و آلیاژهای آن ایجاد کرد. این فرایند که آندی کردن نام دارد پوششی است شفاف و روشن حاو ی حفره های زیرمیکروسکوپی ایجاد می کند که معمولاً برای جلوگیری از جذب و کدر شدن آن را درز بندی می کنند. دربندی را می توان با گرم کردن فلز در آب داغ انجام داد.







مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای آلومینیوم- مس و آلومینیوم- روی در بیشتر کاربردها رضایت بخش، اما عموماً پایینتر از دیگر آلیاژهای آلومینیوم است. این آلیاژها تحت شرایط خورندۀ خاصی، دچار خوردگی بین دانه ای می شوند. بنابرانی ورقهای آنها را با فلزی همچون آلومینیوم تجارتی (1100)، یا آلیاژ منیزیم- سیلیسیم سری 6000 روکش می کنند. روکش به شکل ورق، به شیوۀ مکانیکی به شمش مغزی چسبانده شده و با نورد گرم، تکمیل می شود.ضخامت روکش معمولاً 5/2- 5/1% ضخامت فلز پایه است. در شکل 14 مقطع کامل ورق 2024 روکش کاری شده با آلومینیوم نشان داده شده است. لایۀ سفید و روشن روکش را می توان در لبه های ورق دید. آلیاژهای روکش شده با آلومینیوم به سبب دارا بودن استحکام زیاد و مقاومت در برابر خوردگی خوب، به طور گسترده ای در صنعت هواپیماسازی مصرف می شوند.
ترکیب شیمیایی اسمی و خواص مکانیکی نمونه وار چند آلیاژ کار پذیر و ریختگی آلومینیوم در جدول های 5 و 6 داده شده است. جدول 7 نیز نشان دهندۀ رابطه بین رسانندگی الکتریکی و سختی چند نمونه آلیاژ آلومینیوم است.

[ghasem motamedi]

http://irancasting.com/fa/data/phoo/2009_08_08/farayand-fa_clip_image002.jpg

[ghasem motamedi]

واکنش در چنین سلولی:
Al2O3(diss) = 2 Al(l) + 3/2 O2(g)

در طی 40 سال اخیر تلاش های زیادی صورت گرفته است.


سطح الکترواکتیو یک آند خنثی باید اکسیدی با خواص نیمه هادی باشد
همه ی اکسیدها در محلول خورنده الکترولیت فلوراید انحلال محدودی دارند
لذا یک آند صد درصد خنثی وجود نخواهد داشت
سرعت خوردگی حدود 10میلیمتر در سال نیز مطلوب است



خواص مورد انتظار یک آند خنثی:

انحلال ناچیز در الکترولیت
مقاوم به اکسیژن تولید شده در آند
پایداری حرارتی و همچنین شوک پذیری حرارتی کافی
هدایت الکترونی بالا، هدایت یونی ناچیز
مقاومت به تجزیه الکترولیتی ماده اکسیدی
استحکام مکانیکی مناسب
اتصال الکتریکی آسان
عدم ایجاد آلودگی در ساخت، استفاده و دفع
آلودگی قابل پذیرش در آلومینیم تولیدی
جاذبه اقتصادی


تحقیقات روی سه نوع ماده متمرکز گردید

سرامیک ها
مواد سرامیک فلزی
فلزات



آندهای سرامیکی:

اولین تحقیقات روی سرامیک های اکسیدی به دلیل پایداری ذاتی آنها به اکسیژن
ابتدا آند SnO2 دپ شده با Sb2O3 و CuO بررسی شد

عدم موفقیت به دلیل

سرعت خوردگی بالای این ترکیب در الکترولیت به دلیل حضور قلع و مقاومت به شوک حرارتی کم


ماده دیگر، NiFe2O4
انحلال ناچیز در الکترولیت اما مقاومت ویژه بالا


آندهای سرامیک-فلز

سرامیک – فلز یک ماده کامپوزیتی از فاز سرامیکی و فاز فلزی
فاز فلزی هدایت الکتریکی و مقاومت به شوک حرارتی مطلوب را فراهم می کند
اما فلز تمایل به اکسیداسیون داشته و اکسید هم تمایل به انحلال در الکترولیت
سرمتال های نیکل فریتی، NiFe2O4 را به عنوان فاز اصلی دارند
فاز اصلی می تواند، Fe، Ni، Cu و یا آلیاژهایی از همین مواد باشد
فلزات دیگری مثل Ag نیز ممکن است حضور داشته باشند



آندهای فلزی

اکثر فلزات در دماهای بالا در حضور اکسیژن ناپایدار هستند به خصوص در حضور فلوراید
لذا باید سطح الکترود با لایه ای اکسید پوشیده شده باشد
این لایه با اکسیداسیون سطح فلز ایجاد می گردد که باید دنس و چسبیده به سطح باشد و هدایت الکتریکی بالا داشته باشد
سرعت تشکیل با سرعت انحلال در الکترولیت باید برابر باشد
مواد فلزی که عموما برای تولید این آندها استفاده می گردند
می توانند آلیاژهای Fe-Ni-Cu ، Cu-Al یا فولاد ضد زنگ باشد
آندهای فلزی به راحتی با ریخته گری یا زینترینگ در اشکال بزرگ نیز قابل تولید می باشند

از خواص آنها

ترد نیستند، خواص هدایت الکتریکی مطلوب و مقاومت به شوک حرارتی بالا



مزایای آند های خنثی:

1.کارایی انرژی تا 25 درصد افزایش می یابد(آند، پایدار و کاتد، خیس شونده)

2.کاهش هزینه ها تا 10 درصد

3.کاهش گازهای گلخانه ای

4.افزایش تولید بیشتر از 5 درصد

[ghasem motamedi]

آلومینیوم یکی از فلزات پر مصرف و استراتژیک می باشد. این فلز پس از آهن با تولیدی در حدود 17 ملیون تن در سال بالاترین

تولید جهانی فلزات را دارد. روش های تولید آلومینیوم را می توان در پنج روش مختلف گنجاند و بررسی کرد. ولی در حال حاضر آلومینیوم از الکترولیز ملح مذاب اکسید آن ( آلومین ) بدست می آید. با وجود آنکه آلومینیوم سومین

عنصر فراوان پوسته زمین ( پس از اکسیژن و سیلیسیوم) است و مقدار آن در پوسته زمین 8.8% است. ولی تنها منبع اقتصادی برای تولید اکسید آلومینیوم (Al2O3) ، سنگ معدنی به نام بوکسیت می باشد. بوکسیت یک کانی ن

بوده و مینرال های آن بوهمیت و ژیپست است. بوکسیت از نظر عیار 50 تا 60 درصد آلومینا(Al2O3) داردو مهمترین ناخالصی های آن Fe2O3, SiO2, Tio2 می باشند.


مراحل تولید آلومینیوم در روش الکتریکی عبارت اند از:

1- استخراج و آماده سازی بوکسیت :

این مرحله مثل سایر فلزات ، شامل خرد کردن ، آسیاب کردن و... است.

2- تولید Al2O3 خالص:

که شامل مراحل زیر است: لیچینگ گرم ، جدا کردن رسوب ها از محلول ، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تکلیس Al(OH)3 و تولید پودر Al2O3

لیچینگ گرم: بوکسیت نرم شده وارد سود غلیظ می شود و در دمای بین 180 تا 220 و فشار بین 4 تا 25 اتمسفر آلومینات سدیم تولید می شود( NaAlO2 )

جدا کردن رسوب ها از محلول : به روش Settling( ته نشین شدن به علت آرام بودن سیال) عمده رسوب های ته نشین شده ، جدا می گردند. به رسوبات باقیمانده گل سرخ Red Mud گفته می شود.

رسوب دادن Al(OH)3 از محلول: که شامل سرد کردن محلول باقیمانده تا دمای 35، افزودن آب به محلول ، اضافه کردن پودر Al2O3 به عنوان جوانه زا، دادن زمان کافی

تکلیس Al(OH)3 و تولید پودر (Al2O3) : خلوص پودر نهایی 99 تا 99.5 درصد است.



3- استخراج الکتریکی آلومینیوم:

برای این منظور از روش الکترولیز موسوم به Hall- Heroult استفاده می شود. شکل زیر اجزای این دستگاه الکترولیز را نشان می دهد:


http://redhue.negar-int.ir/images/40084029186657995231_thumb.gif (http://redhue.negar-int.ir/viewer.php?file=40084029186657995231.gif)


http://redhue.negar-int.ir/images/61397626452799741468_thumb.jpg (http://redhue.negar-int.ir/viewer.php?file=61397626452799741468.jpg)



الکترولیت نمک مذاب شامل AlF3, NaF,Al2O3است. اگر آلومینیوم تولیدی ته نشین نمی شد. مقاومت الکترولیت را بالا می برد و مهمتر اینکه دوباره اکسید می شد و تلفات افزایش می یافت. سیستم طوری تنظیم می گرددکه به

طور مداوم Al2O3 وارد محلول شود و درصد آن در محلول ثابت بماند. آند گرافیتی در اثر واکنش با اکسیژن اطرافش و Al2O3 موجود در محلول ، مصرف می گردد و باید جایگزین شود. فرآیند الکترولیز مداوم است و در نتیجه

شارژ مواد اولیه نیز باید مداوم باشد. به طوری که همیشه یک لایه Al2O3 روی الکترولیت موجود باشد. خروج آلومینیوم بوسیله پمپ خلا صورت می گیرد.




اثرات زیست محیطی:

1- استخراج و آماده سازی بوکسیت :

مرحله اول عملیات اکتشاف است که ارتباط نزدیکی بین حوزه های آب زیر زمینی ، ذخایر خاکی با مراحل مختلف معدن کاری وجود دارد. عملیات اکتشاف شامل بررسی های هیدرولیکی و عملیات اکتشافی است. که به اختصار

آلودگی های زیستمحیطی در این مرحله عبارت اند از:

- تست های ردیاب : از خطرات این روش وارد شدن مواد ردیاب و رادیواکتیو در منطقه است

- تست های پمپاژ بلند مدت: در این روش پایین بودن سطح آب های زیرزمینی در مجاورت یک چاه باعث خسارت موقتی به چاه کناری می شود.

– تست های تزریق: تغییر موقتی رژیم آب های زیرزمینی و مشکل همساز بودن آب تزریقی با محیط زیست منطقه از تأثیرات این روش است.

– چاه های عمودی و تو نل ها : این روش باعث زهکشی و رسوخ آب به لایه های داخلی می شود .

– عملیات تخلیه: از تأثیرات این روش می توان به مشکلات ناشی از پسماند فلاشینگ و ذخیره سازی مواد حفاری در چال های آزمایشی و تونل ها، فرسایش مواد توسط باد، رسوب و نشست مواد به داخل منابع آب که باعث آلودگی آب

می شود، اشاره کرد .

- حفاری : از تأثیرات این روش می توان به مشکلات صوتی ناشی از حفاری به صورت اختلال در زندگی انسانی و حیوانی ، ایجاد آلودگی در آب های زیرزمینی در صورت حفر چاه نزدیک محل حفاری، بالا آمدن سطح نمک در

خاک ، کاهش کیفیت منابع بکر،

- کاواک های آزمایشی: از تأثیرات این روش می توان اثرات ناشی از برداشت خاک و آسیب به پوشش گیاهی منطقه را ذکر کرد.

مرحله بعد استخراج سنگ معدن است که تاثیرات محیطی زیادی دارد . اما در کل ، ضربه اصلی در از بین بردن پوشش های گیاهی وارد می شود. روبرداری بی رویه یا مدریت غلط منجر به کم شدن زیستگاه های حیوانات و گیاهان

می گرددو توسعه جنگل ها و زراعت و .. را مشکل می سازد. همچنین استخراج معدن روی آب های محلی و هوا تاثیر می گذارد. به طور مثال ، با برداشتن لایه های روی زمین ، آب های سطحی می توانند آلوده ، اسیدی و گل آلود

شوند. فرسایش در ناحیه معدن به سرعت صورت می گیرد. اگر خاک پوشش و محافظ نداشته باشد فرسایش خاک زیاد شده ، شرایط آب و هوایی تغییر کرده ، گرد و غبار در هوا زیاد شده و نیاز به تصویه آب بوجود می آید. معدن

روباز مناظر بدی از لحاظ بصری ایجاد میکنند. همچنین می توان سر و صدای ماشین ها و صدای انفجار که موجب آلودگی شدید صوتی می شود را به مجموعه عوامل فوق اضافه کرد.


2- تولید Al2O3 خالص:

در تهیه و پالایش سنگ معدن مقدار آلودگی ایجاد شده بستگی به روش بکار برده شده ، میزان خلوص و کیفیت سنگ معدن دارد. خطر اصلی در این مرحله باقی مانده بوکسیت ، یعنی گل سرخ است، که دارای خاصیت قلیایی بوده و از

کارخانه آلومینیوم سازی خارج می شود. این ماده روی زمین رها شده و یا در دریا ریخته می شود و یا در جاهای خاصی پلمپ می شود. این گلاب و خروجی دارای تاثیرات زیر است:

- نشت قلیا به درون آب های زیرزمینی که ممکن است این آب وارد چرخه صنعت ،خانگی و یا کشاورزی شود.

- کاهش زمین های مناسب برای کشاورزی

- آلودگی مناطق خشک و ایجاد مناظر زشت

نوع دیگری از آلودگی ها که در حین خرد کردن ، تکلیس و انبار داری بوجود می آید ، آلودگی هوا ( غبار و گازهای سمی) است. این آلودگی ها شامل بوکسیت ، آهک ، ذرات آلومینیوم ، SO2 ، NO2 ، ذرات بوکسیت کم عیار و

ذرات معلق پنتا اکسید وانادیم است. مقدار SO2بستگی به نوع سوخت مصرف شده و همچنین نوع دستگاه های مصرف کننده و سرویس بودن آنها دارد. گازهای تولید شده جمع آوری نمی شوند و موجب تاثیرات محیطی ، اثر گلخانه

ای و بوجود آمدن باران اسیدی خواهند شد. در فرآیندهای هیدرومتالوژی به طور حتم مایعات دور ریز و مواد جامد ناخواسته داریم که قبل از هر اقدامی باید این مواد تحت پروسه های بازیابی و تصفیه قرار گیرند. محلول های آبی دور

ریز ممکن است شامل فلزات سنگین باشند هرچند ممکن است قیمت این اجزا در محلول های دور ریز کم بوده باشد اما این عناصر می توانند در زنجیره غذایی حیوانات وارد شده و با مصرف اغذیه آلوده ؛ به سلامت اندام های بدن آسیب

رسانند.

محیط کاری نیز می تواند برای کارگران بشدت خطرناک باشد. زمانی که کارگران با مواد خورنده چون اسید و سود سروکار دارندو دوروبر آنها آلودگی شدید صوتی به همراه ذرات غبار و مواد سمی وجود دارد.

[ghasem motamedi]

3- استخراج الکتریکی آلومینیوم:

مهمترین مشکل زیست محیطی در این بخش نشر و پخش فلورید است. که تاثیرات مخربی روی سلامتی افرادی که مشغول به کار هستند دارد( منجر به مسمومیت فلوریدی و اختلالات استخوانی می شود) بخارات و ذرات فلورین از

مذاب کریولیت نشت می کنند این بخارات در گاز خروجی از آند هم یافت می شوند. همچنین بخارات SO2 ( اگر اند شامل ترکیبات گوگرد باشد) و بخارات قطران نیز از آند متصاعد می شود. این بخارات در حین پخت آند نیز ظاهر

می گردد. خارج شدن ذرات غبار و دی اکسید نیتروژن را نیز می توان به قسمت های قبل اضافه کرد.


مشکلات دیگر این قسمت عبارت اند از : آلودگی آب ، زباله ها ، سر وصدا ، گرما


آلودگی آب زمانی است که سیستم تمیزکاری آبی( پاشش آب) برای تمیز کردن بخارات سلول ها بکار رود. این آب شامل فلورید و ذرات معلق جامد مثل آلومینا و کربن است که نیاز به تصفیه قبل از تخلیه دارد . مشکل دیگر زباله

های جامد است که شامل محفظه های از بین رفته می باشد( سلول ها هر 4-5 سال نیاز به تعویض دارند.) که قبل از قرار دهی آنها در هوای آزاد و یا انبار باید از مواد سمی و فلوئور دار تصفیه گردند. همچنین داخل کوره ذوب

پسماندهایی تولید می شود که می تواند تولید ذرات ناپایدار یا گازهایی مثل آمونیاک کند. سروصدا و گرما در قسمت کوره شرایط سختی را بوجود می آورد که روی سلامتی کارگران تاثیر می گذارد.


آلودگی غیر مستقیم دیگر مصرف بسیار بالای الکتریسیته است . که باید کارخانه در نزدیکی نیروگاه تاسیس شود. که تاسیس نیروگاه های سوخت فسیلی نیز آلودگی های مختص به خود را دارد.



آلومینا در دمای حدود 950 درجه سانتیگراد در الکترولیت NaF-AlF3 حل می شود و به کمک الکترولیز با آند های فداشونده مانند کربن در فرآیند Hall، فلزآلومینیم تولید می گردد.


Al2O3(diss) + 3/2 C(s) = 2 Al(l) + 3/2 CO2(g)



در این روش مصرف انرژی بالا

حدودkg 400 کربن به ازای تولید یک تن آلومینیم مصرف می شود.

نشر گازهای گلخانه ای افزون بر CO2، CF4 و C2F6 که اثر گلخانه ای مخرب تری دارند

[ghasem motamedi]

آلومینیم و آلیاژهای آن

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری٬ مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است . چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.





خواص فیزیکی
حالت ماده
جامد
نقطه ذوب
933.47 K (1220.58 °F)
نقطه جوش
2792 K (4566 °F)
گرمای تبخیر
293.4 kJ/mol
گرمای هم جوشی
10.79 kJ/mol
فشار بخار
2.42 E-06 Pa at __ K
سرعت صوت
5100 m/s at 933 K


خواص اتمی
وزن اتمی
26.981538 amu
شعاع اتمی (calc.)
125 (118) pm
شعاع کووالانسی
118 pm
شعاع وندروالس
اطلاعات موجود نیست
ساختار الکترونی
Ne]3 s2 3p1]
-e بازای هر سطح انرژی
2, 8, 3
درجه اکسیداسیون اکسید
3 (آمفوتریک)
ساختار کریستالی
مکعبی face centered



آلومینیوم از جمله جدیدترین مصالح ساختمانی است که در آغاز قرن 20 یک فلز نسبتا کمیاب بود و این روزها از متداولترین فلزات است که به صورت آلیاژی و غیر آلیاژی به کار می رود .

ویژگی های عمومی خوردگی :

آلومینیوم یک فلز پست ( فعال ) است که با محیط اطراف میل ترکیبی شدیدی دارد . یعنی سطح آلومینیوم در معرض هوا به سرعت از یک لایه نازک اکسید آلومینیوم حدود 0.01 میکرومتر پوشیده می شود که فلز را از حمله بعدی خوردگی محافظت می کند . معادله زیر به معادله لگاریتمی معکوس معروف است که در مورد خوردگی و اکسید شدن فلزاتی نظیر آلومینیوم به کار می رود :
1/y = 1/y0 – k9( Ln[a(t-t0)+1])

y0 : ضخامت قشر اکسید در بدو آزمایش
t0 : زمان آزمایش در بدو شروع
k9 : ثابت

این معادله در مورد اکسید شدن آلومینیوم د ردرجه حرارت معمولی و اکسیژن خشک صادق است . هم چنین د راین فلز و در فلز زیرکونیوم رشد فیلم به روش اکسید شدن آنودیک از این معادله پیروی می کند . وقتی آلومینیوم د رمجاورت اکسیژن خالص و خشک قرار می گیرد بین اکسیژن وآلومینیوم یک نوع پیل الکتریکی موضعی تشکیل می شود که سبب رشد فیلم می شود .

خوردگی یکنواخت :

خوردگی یکنواخت فلز آلومینیوم در فضای باز معمولا قابل اغماض است . محلول های دارای PH خارج از دامنه اثر ناپذیری در نمودار پتانسیل PH سبب خوردگی مواد ساخته شده از آلومینیوم می شوند. ملاط تازه تهیه شده هم قلیایی است ولذا خورنده آلومینیوم است از این رو برای اجتناب از گسترش مناطق حک شده در سطح فلز باید مراقبت شود که از پخش شدن ملاط جلوگیری شود . سطوح آلومینیومی که در تماس با بتون تازه هستند حتما در آغاز زدوده می شوند ولی به زودی با تشکیل اندود آلومینات کلسیم برروی آن ها از خوردگی بعدی جلوگیری می شود.







تشکیل حفره :

در اتمسفرهای باز آلوده ٬ حفره های کوچکی تشکیل می شوند که با چشم قابل رویت نیستند . روی این حفره ها جرم های کوچک محصولات خوردگی معمولا اکسید آلومینیوم و هیدروکسید آلومینیوم هستند ٬ تشکیل می شوند . حفره های کم عمق معمولا اثر چندانی بر استحکام مکانیکی ساختمان ها ندارند ٬ با این وجود جلای درخشنده فلز به تدریج از بین می رود و به جای آن اندود خاکستری – زنگاری محصولات خوردگی ظاهر می شود. اگر اتمسفر حاوی دوده فراوان باشد دوده توسط محصولات خوردگی جذب و رنگ زنگاری تیره ایجاد می شود .
اگر آلومینیوم به طور دائم در معرض آب قرار گیرد حفره دار شدن آن خیلی جدی خواهد بود . به خصوص اگر آب راکد باشد حضور اکسیژن وکلرید و یا یون های دیگر هالید ها تعیین کننده وجود حمله و شدت حمله خواهد بود . اگر یون های HCO3 و Cu2+وجود داشته باشند خطر حفره دار بودن بیشتر خواهد بود البته مشروط بر این که پتانسیل تشکیل حفره بالا رود . بیرون حفره واکنش کاتدی انجام می گیرد که کنترل کننده سرعت تشکیل حفره است .
خوردگی دو فلزی :

چون آلومینیوم یک فلز پست است خطر خوردگی دو فلزی در تماس مستقیم آن با یک فلز نجیب تر مثل فولاد وجود دارد . ولی شرط وقوع حمله ٬ حضور یک الکترولیت در نقطه تماس است . لذا خوردگی دو فلزی در فضای بسته خشک به وجود نمی آید و خطر حمله خوردگی دو فلزی در اتمسفر باز وجود دارد . البته این نوع خوردگی روی سطحی که با دوده آلوده شده باشد هم پیش می آید .

خوردگی شکافی:

نوعی خوردگی شکافی در آلومینیوم در حضور آب پیش می آید نتیجه این خوردگی شکافی می تواند تشکیل اکسید آلومینیوم باشد که به صورت لکه های آب سبب بی رنگ شدن سطح می شود . زدودن لکه هاب آب دشوارو احتمالا غیر ممکن است .

خوردگی لایه ای :

خوردگی لایه ای که به خوردگی پوسته شدن هم معروف است بیشتر به موادی که غلتک می خورند یا روزن ران می شوند ازنوع AlCuMg و AlZnMg محدود می شود . مکان حمله د رلایه های موازی نازک در جهت حرکت به جلو بوده است و سبب می شود که رویه های فلزی که مورد حمله قرار گرفته اند از هم جدا شده و یا تاول هایی بر سطح فلز ایجاد شود . خوردگی لایه ای با قرار گرفتن فلز در آب راکد و یا اتمسفر در یایی هم به وجود می آید و مقاومت در برابر خوردگی لایه ای هم از روی عملیات پیر سازی تعیین می شود .
یکی دیگر از خواص مشخصه آلیاژهای آلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی که در هوا قرار گیرد بلافاصله با یک لایه چسبنده اکسید آلومینیومی پوشیده می‌شود، این لایه پوششی، مانع خوردگی می‌گردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه کنده شود بلافاصله دوباره تشکیل می‌گردد. ضخامت این لایه نازک طبیعی در حدود 025/0 میکرون (یک میکرون = یک هزارم میلی‌متر) است، با این وجود بقدری محکم است که مانع موثری در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب می‌گردد.
البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت به دیگران مقاومتر است. برای مثال گروه آلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دریا مقاوم است. از طرف دیگر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگی ضعیف‌تر و از نظر استحکام مکانیکی قویتر می‌باشد.

روش های زیر در جلوگیری از خوردگی به کار می رود :

حفاظت کاتد ی:

مصالح آلومینیوم غوطه ور در آب را می توان به روش حفاظت کاتدی در مقابل تشکیل حفره حفظ کرد. برای این کار پتانسیل الکترودی را تا مقدار زیر پتانسیل تشکیل حفره جسم در محیط مورد نظر پایین می آورند٬ با وجود این گاز هیدروژن می تواند در کاتد تشکیل شود که نتیجه آن بالا رفتن مقدار PH است . هرگاه PH بسیار بالا رود آلومینیوم احتمالا مورد حمله قرار می گیرد لذا از حفاظت اضافی آن باید اجتناب کرد .

آندی کردن:

لایه اکسید تشکیل شده در سطح آلومینیوم در معرض هوا از خصلت حفاظتی خوبی برخوردار است اما این لایه اکسید را می توان با برقکافت ضخیم تر کرد . این کار را آندی کردن می گویند و اکسیدی که به این ترتیب تشکیل می شود اندود اکسید آندی نامیده می شود . با آندی کردن فلز مقاومت در برابر خوردگی افزایش می یابد ضمن اینکه سطح با قرار گرفتن در فضای باز ظاهر جدیدی پیدا خواهد کرد . در موقع آندی کردن آلومینیوم شی فلزی اند پیل الکترولیتی را تشکیل می دهد . اندود اکسید آندی که طی برقکافت ایجاد می شود شامل یک لایه فشرده به صورت سد در نزدیک سطح فلز و لایه دیگری با منافذ ریز بر روی آن است .

رنگ کاری :

مصالح آلومینیومی را برای فضای باز مثل ساختمان ها نیاز به رنگ مقاوم به خوردگی ندارند . خوردگی اتمسفری ان قدر شدید نیست که بر مقاومت ساختمان اثر گذارد . در هر حال رنگ کردن آلومینیوم بیشتر به منظور زیبا سازی انجام می شود.
اگر مقاومت طبیعی آلومینیوم برای بعضی از محیط‌ها کافی نباشد در آن صورت روش هایی وجود دارد که بتوان مقاومت آن را افزایش داد. برخی از این روشها عبارتند از: پوشش دادن با آلومینیم ٬ آندایزه کردن یا آبکاری ٬ پوشش سخت دادن ومحافظت کاتدی .

پوشش آلومینیومی دادن Alcladding:

بطور کلی آلیاژهای آلومینیوم با استحکام زیاد از نظر خوردگی کم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یکی از روش های افزایش مقاومت خوردگی به یک آلیاژ با استحکام زیاد است. در این فرآیند یک لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه در مجموعه خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.

آندایزه کردن (آبکاری) Anodizing:

در این روش از مقاومت زیاد در مقابل خوردگی لایه پوششی که بلافاصله بر روی سطح آلومینیوم تازه بریده شده تشکیل می‌گردد استفاده می‌شود. همانگونه که قبلاً ذکر گردید این لایه عامل مقاومت به خوردگی طبیعی این فلز است. آندایزه کردن در واقع یک نوع ضخیم کردن لایه اکسیدی به ضخامت تا چندین هزار برابر ضخامت لایه اکسید طبیعی است. نتیجه عمل، لایه‌ای است سخت با ضخامت حدود 5/25 میکرون بر تمام سطح آلومینیوم که علاوه بر مقاومت به خوردگی در مقابل سایش نیز استحکام کافی دارد. آندایزه کردن یک روش الکتریکی است که انواع مختلف آن اساساً از نظر محلولی که فلز در آن مورد عمل قرار می‌گیرد و ضخامت لایه اکسیدی حاصل، فرق می‌نماید. از این طریق پوشش دادن علاوه بر حفاظت سطحی گاهی به منظور تزئینی نیز استفاده می‌گردد اگر فلز آندایزه شده را با انواع رنگهای مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقریباً بصورت قسمتی از اکسید سطحی بدست می‌آید.


تاول زدن سطح قطعات آلومینیمی در هنگام عملیات حرارتی :

عواقب نفوذ هیدروژن بداخل مذاب از طریق واکنش سطحی مذاب با بخار آب در ریخته گری کاملا مشخص است. یک چنین واکنشی ممکن است در خلال عملیات حرارتی انحلال نیز با آلومینیوم جامد انجام گیرد که منجر به جذب اتم های هیدروژن شود. این اتم ها می توانند در حفره های داخلی با هم ترکیب شده و تشکیل مجموعه های گاز ملکولی دهند. در اثر حرارت دادن ماده فشار گازی موضعی ایجاد می شود و با توجه به اینکه در این دماهای بالا فلز دارای پلاستیسیته نسبتا زیادی است این امر منجر به تشکیل تاولهای غیر قابل جبران سطحی می گردد.
تاولهای ایجاد شده بر سطح قطعات آلیاژ آلومینیومی عملیات حرارتی شده در محیط مرطوب حفره های داخلی که این تاولها در آنجا ایجاد می شوند از تخلخل های اولیه شمش که از بین نرفته اند ترکیبات بین فلزی که در خلال تغییر شکل ترک خورده اند و احتمالا خوشه های مکانهای خالی اتمی در شبکه که ممکن است در اثر حل شدن رسوبات یا ترکیبات حاصل شده باشند ناشی می شوند. در این گونه موارد وجود تاولی که باعث خرابی ظاهر سطحی قطعه می گردد ممکن است تاثیر برروی خواص مکانیکی قطعات بگذارد. در هر حال بیش از حد گرم کردن قطعه منجر به تاول زدن می گردد زیرا هیدروژن به آسانی می تواند توسط مناطق ذوب شده جذب گردد که در این صورت مساله جدی تر می شود و باعث مردود شدن قطعه کار می گردد.
از آنجائی که حذف کامل حفره های داخلی در محصولات کار شده مشکل است ٬ لازم است مقدار بخار آب موجود در محیط کوره را به حداقل رسانید.اگر این امر امکان پذیر نباشد در آن صورت ورود یک نمک فلورایدی بداخل کوره در خلال عملیات حرارتی قطعات حساس می تواند از طریق کاهش واکنش سطحی قطعه با بخار آب مفید واقع شود.

[ghasem motamedi]

آلومينيم و آلیاژهای آن‌ پس‌ از فولاد پرمصرف‎ترين‌ فلز جهان است و نقش‌ تعيين كننده‌اي در صنعت‌ معاصر دارند. حجم‌ توليد این فلز‌ بيشتر از همۀ فلزات ‌غيرآهني‌ بوده و مجموعۀ‌ خصوصیات آن، بسيار نادر و غيرقابل ‌جايگزيني‌ است‌. آلومينيم‌ با 7.3 درصد پس از اکسیژن با 49.2 درصد و سیلیسیم با 25.8 درصد، سومین عنصر متداول و رایج‎ترین فلز در پوستۀ زمین است که در اغلب‌ سنگ‎ها، گياهان‌ و حيوانات‌ وجود دارد.

آلومينيم‌ فلز جواني‌ است‌ و‌ در زمان کوتاهی، جایگاه مهمی در صنعت و فناوری پيدا كرده است. آلومینیم در سال 1845 میلادی به روش الکترولیز کلرید سدیم/کلرید آلومینیم مذاب، اولین بار توسط دویل (Devielle) در فرانسه و بونزن (Bunsen) در آلمان به صورت مستقل از یکدیگر، تولید شد. اما به علت‌ مشكلات‌ استخراج‌ اين‌ فلز از اكسيد آن، آلومينيم تنها از حدود صد سال‌ پیش به صورت تجاری در دسترس‌ قرار گرفت.

روش توليد آلومينيم‌ در حال‌ حاضر بر اساس فرايند الكتروليز مذاب است که دو دانشمند جوان به نام‏های هال در ایالات متحدۀ آمريكا و هرولت در فرانسه،‌ به صورت‌ جداگانه‌ و بدون‌ آگاهي‌ از كار يكديگر در سال‌ 1886 میلادی‌ اختراع‌ كردند و به فرايند هال/ هرولت (Hall-Heroult) معروف شد. در این روش با عبور جريان‌ الكتريكي‌ از داخل محلول الکترولیت حاوی اکسیدهای آلومینیم (آلومینا) و کریولیت، آلومینا به فلز مذاب‌ احیا و در کف سلول الکترولیز جمع می‎شود.




http://www.aluminiumville.co.uk/images/lightbox/hall_heroult.jpg


آلومينيم‌ مانند اغلب‌ فلزات‌ به‌ صورت‌ فلز آزاد در طبيعت‌ وجود ندارد‌ و تنها به‌ صورت‌ تركيبي‌ (كانسنگ‌ معدن‌) يافت می‎شود. آلومينيم با علامت شیمیایی Al و چگالی 2.7 گرم به ازای هر سانتیمتر مکعب، عنصري‌ سبك ،‌محكم‌، چكش‌خوار و هادي گرما و الكتريسيته است.

مهمترین کانۀ آلومينيم، بوکسيت، مخلوطي از Al2O3.H2O، Al2O3.3H2O، Fe2O3، SiO2 و TiO2 و مقداري CaO، MnO2، Cr2O3 و P2O3 است. بوکسیت باید حداقل 50 درصد Al2O3 داشته تا استخراج آن مقرون به صرفه باشد. مهم‏ترین کانه‎های آلومینیم و ترکیب شیمیایی برخی از بوکسیت‎ها، در جدول‎های زیر آمده است. سایر ناخالصی‎های همراه بوکسیت عبارت از 0.3 تا 1.5 درصد آهک، 0.1 تا 1 درصد فسفات‎ها و 0.01 تا 0.1 درصد اکسید وانادیم است.




http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 945x625 and weights 116KB.http://g.imagehost.org/0824/r4fdv59dsivhf7nj1b1d.jpg

[ghasem motamedi]

ذخایر بوکسیت در ایران و جهان

با وجود مطالعاتی که دربارۀ معادن بوکسیت ایران انجام شده، هنوز بهره‎برداری مناسبی از این معادن صورت نگرفته است. نتیجۀ مطالعات انجام شده حاکی از وجود معادن بوکسیت غنی از نوع بوهیمیت و دیاسپور با عیار 85 درصد آلومینا در کشور است. معادن کانسنگ بوکسیت در ایران، نوع کانی، عیار آلومینا و ذخیرۀ آن در جدول اول آورده شده است. گرچه تولید آلومینا در معدن جاجرم با ظرفیت کمی در حال انجام است، اما قسمت عمدۀ آلومینای مورد نیاز دو کارخانۀ تولید آلومینیم اولیه در ایران، یعنی آلومینیم ایران در اراک (ایرالکو) و آلومینیم المهدی در بندرعباس، از خارج وارد شده و ارز قابل توجهی نیز به همین سبب از کشور خارج می‎شود. معدن بوکسیت جاجرم بزرگترین معدن بوکسیت ایران از نوع دیاسپور و کائولینیت بوده و ذخیرۀ آن حدود 20 میلیون تن است. آنالیز شیمیایی یک نوع بوکسیت معدن جاجرم، در جدول دوم نشان داده شده است.

ذخایر بوکسیت جهان 55 تا 75 میلیارد تن برآورد می‎شود که از میان 33 درصد در آفریقا، 24 درصد در اقیانوسیه، 22 درصد در آمریکای جنوبی و دریای کاراییب، 15 درصد در آسیا و 6 درصد در سایر نقاط جهان قرار دارند. عمده‎ترین کشورهای صاحب ذخایر و تولید کنندۀ کانسنگ بوکسیت در جدول سوم آورده شده‎اند.





http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 889x593 and weights 133KB.http://g.imagehost.org/0363/utu3ujfkjyyhd93k8h.jpg


http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 800x677 and weights 150KB.http://img2.pict.com/74/3d/98/2986284/0/800/vq5uh2gybxzi0xwsfdn.jpg

[ghasem motamedi]

تولید، عرضه و تقاضای آلومینا در ایران و جهان

کارخانۀ تولید آلومینای جاجرم در شمال غربی استان خراسان واقع و در حال حاضر تنها کارخانۀ تولید آلومینا در کشور است. این کارخانه پس از انجام مطالعات مقدماتی، در سال 1370 شمسی وارد مرحلۀ اجرایی شد. در این کارخانه با توجه به نوع بوکسیت استخراج شده در ایران، از روش بایر برای تولید آلومینا استفاده می‏شود. این کارخانه در سال 1370 شمسی با ظرفیت 280 هزار تن آلومینا، احداث و در سال 1380 شمسی با یک سوم ظرفیت، تولید خود را آغاز کرد. عملکرد کارخانۀ تولید آلومینای جاجرم و مقدار واردات آلومینا به ایران، در فاصلۀ سال‎های 1381 تا 1387 شمسی در جدول زیر آمده است. برای تولید هر تن شمش آلومینیم اولیه به طور تقریبی 2 تن آلومینا مورد نیاز است. بنابراین با توجه به تولید داخلی آلومینا و ظرفیت تولید شمش آلومینیم در کشور، می‎توان کمیت واردات آلومینا را تخمین زد.




http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 1068x184 and weights 59KB.http://g.imagehost.org/0168/bqkinh6ddn9zeiyh2w6.jpg


عمده‎ترین کشورهای صادر کنندۀ آلومینا به ایران، استرالیا و برزیل هستند. قیمت هر تن آلومینای وارداتی در سال 1387 به همراه هزینۀ حمل و نقل آن به 500 دلار به ازای هر تن رسید. این در حالی است که هزینۀ تمام شده برای هر تن آلومینای تولید داخل، 450 تا 470 دلار است. بنابراین افزایش تولید آلومینا، علاوه بر کاهش وابستگی صنایع آلومینیم ایران به خارج، مزایای اقتصادی قابل توجهی نیز در پی دارد. عمده‎ترین کشورهای تولید کنندۀ آلومینا در جدول زیر آمده است.




http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 1060x414 and weights 99KB.http://g.imagehost.org/0663/rcpg4fz1ie19ndjpw4.jpg

[ghasem motamedi]

تولید، عرضه و تقاضای آلومینیم در ایران و جهان

صنعت تولید آلومينيم‌ در ايران‌ در سال‌ 1351 شمسی، با راه‌اندازي‌ اولين‌ واحد ذوب‌ آلومينيم‌ در اراك‌ با ظرفيت‌ اسمي‌ 45 هزار تن‌، فعاليت‌ خود را آغاز کرد. در حال حاضر مهم‎ترین کارخانه‌های تولید آلومینیم در ایران، شرکت آلومینیم ایران (ایرالکو) و مجتمع آلومینیم المهدی (عج) هستند. تولید، واردات و صادرات آلومینیم در ایران در فاصلۀ سال‎هاي ‌1381 تا 1387 شمسی در جدول‌ زیر آمده است




http://g.imagehost.org/0013/6uud81bj9o88njk1p4r.jpg


آلومينيم‌ در بيش‌ از 40 كشور دنيا توليد مي‌شود. بیش از 50 درصد توليد جهاني‌ آلومینیم متعلق به كشورهاي ‌چین، ایالات متحدۀ آمريكا، استرالیا، كانادا و کشورهای تازه استقلال یافته به همراه روسیه‌ است. عمده‎ترین کشورهای تولید کنندۀ آلومینیم در جدول زیر آمده است




http://g.imagehost.org/0559/g2qbh9csj3902lisfl0.jpg

[ghasem motamedi]

فرایندهای تولید آلومینیم

فلز آلومینیم به روش‎های آلومینیم اولیه و آلومینیم ثانویه تولید می‎شود. در صنایع تولید آلومینیم اولیه، کانسنگ بوکسیت پس از فراوری به آلومینا تبدیل، سپس آلومینا، الکترولیز و در مرحلۀ پایانی آلومینیم مذاب ریخته‎گری می‎شود. در روش آلومینیم ثانویه، قراضه‎های آلومینیم مانند قوطی‎های کنسرو، قطعات و بدنۀ اتومبیل، ضایعات آلومینیم‎دار، پس از آماده‎سازی و تمیزکاری، ذوب، پالایش و پس از ریخته‎گری به شمش آلومینیم تبدیل می‎شوند.

تولید آلومینیم ثانویه طی دهۀ 1980 میلادی به نسبت ثابت بود. رشد تقاضای صنعت اتومبیل سازی در جهان برای مصرف آلومینیم در پایان دهۀ 80 میلادی، که ناشی از افزایش میانگین مصرف قطعات آلومینیمی به 78.5 کیلوگرم در هر اتومبیل بود، سبب افزایش تولید آلومینیم ثانویه به بیش از 2 برابر شد. در فاصلۀ سال‎های 1986 تا 1989 میلادی، بازیابی آلومینیم از قوطی‎های کنسرو، با افزایش 26 درصدی به 1.3 تا 1.4 میلیون تن رسید. در سال 1989 میلادی، سهم آلومینیم ثانویه از تولید شمش آلومینیم در جهان بیش از 27.5 درصد بود و این مقدار در سال 2005 میلادی به بیش از 50 درصد رسید.


فرایند تولید آلومینیم اولیه

آلومينيم‌ اوليه‌ طی يك‌ فرايند دو مرحله‌اي‌ تولید می‎شود. در مرحلۀ اول آلومينا از كاني‌ بوكسيت‌ به روش باير استخراج‌ مي‌شود. فرایند بایر در سال 1888 میلادی توسط یک دانشمند آلمانی کشف شد و از آن زمان تا کنون متداول‎ترین روش تولید اکسید آلومینیم (Al2O3) محسوب می‎شود. فرایند بایر با انحلال بوکسیت در هیدروکسید سدیم آغاز می‏شود. محصول این فرایند آلومینات سدیم و سپس هیدروکسید آلومینیم است. در پایان با کلسینه سازی هیدروکسید آلومینیم، اکسید آلومینیم به دست می‎آید. مراحل فرایند تولید آلومینا از بوکسیت به روش بایر، در شکل زیر نشان داده شده است.




http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 771x808 and weights 61KB.http://urfile.net/files/zagns7ufablmnbxae1lz.jpg


در مرحله‌ دوم‌، اكسيد آلومينيم‌ (آلومینا) به روش هال/ هرولت به آلومینیم خالص مذاب احیا می‎شود. مواد اوليۀ مصرفي در روش ‌هال/ هرولت برای تولید آلومینیم به روش الکترولیز، آلومينا و کريوليت (Na3AlF6)، هستند. کریولیت دمای ذوب آلومینا را کاهش می‌دهد. دمای ذوب آلومینا، 2046 درجۀ سانتیگراد و دمای ذوب کریولیت، 1000 درجۀ سانتیگراد و دمای ذوب مخلوط این دو، 960 تا 970 درجۀ سانتیگراد است. آند و کاتد مصرفی در سلول الکترولیز از جنس گرافیت‎اند، که از مخلوط کک نفتی و قیر، ساخته می‏شوند. در این فرایند، آلومينيم در کاتد رسوب کرده و به علت آزاد شدن اکسیژن در آند، کربن الکترودها مي‌سوزد.

روش الکترولیز هال/ هرولت برای تولید آلومینیم مذاب، بر اساس نوع آند مصرفی و نوع تغذیۀ آلومینا به چهار دسته تقسیم می‎شود. سهم بهره‎برداری از این چهار روش در جدول زیر آورده شده است.




http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 875x249 and weights 60KB.http://urfile.net/files/er270bsdhmrg3wrtf5ep.jpg


فناوری الکترولیز با آندهای سودربرگ (افقی و عمودی) بر اساس آندهای پیوسته بوده که در آن خمیر آند پس از انتقال به سلول الکترولیز، بر اثر عبور جریان الکتریکی، گرم و پخت می‎شود. در فناوری الکترولیز با آندهای پیش پخت (تغذیۀ مرکزی و جانبی)، ابتدا آندها در کارگاه آندسازی تولید و پس از میله‎گذاری به کارگاه احیا و سلول الکترولیز منتقل می‎شوند. استفاده از آندهای پیش پخت نسبت به آندهای سودربرگ اقتصادی‎تر بوده، و در 10 سال گذشته تنها یک کارخانه با فناوری سودربرگ ساخته شده و بقیه بر اساس روش پیش پخت توسعه یافته‎اند. طرح کلی یک سلول الکترولیز با آندهای پیش پخت در شکل زیر نشان داده شده است.




http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 686x486 and weights 79KB.http://urfile.net/files/yy0nqv8hobaukrzozoki.jpg

[ghasem motamedi]

فرایند تولید آلومينيم‌ ثانويه

‌فرایند تولید آلومینیم ثانویه در مجموع شامل آماده‎ سازی قراضه، ذوب و پالایش است. آماده سازی شامل دسته‎بندی، شست و شو و تمیزکاری قراضه‎ها است. فرایند ذوب و پالایش نیز شامل ذوب، آلیاژسازی و خالص سازی آلومینیم بازیابی شده است. در توليد آلومينيم ‌ثانويه، قراضه‎ها‌ اغلب در داخل‌ كوره‌ هاي‌ ارتعاشي ‌ گازسوز يا روغن‌سوز با ظرفيت ‌30 تا 100 هزار پوند ذوب‌ مي‌شوند‌


آماده‎سازی قراضه آلومینیم

منابع تامین قراضه ‎های آلومینیم بسیار متنوع‎ اند. قراضه‎ها به دو دسته تقسیم می‎شود:

1) قراضه‎های نو مانند براده‎های ماشین کاری، دریل کاری و سوراخ کاری شمش‎های آلومینیمی که توسط کارخانه‎های سازنده و شکل دهندۀ قطعات آلومینیمی تولید شده، ضایعات حامل آلومینیم مانند لجن، پسماند و سربارۀ مذاب و ضایعات تولید شمش در کارگاه‎های ذوب و ریخته‎گری؛

2) قراضه‎های کهنه شامل محصولات مستهلک شده یا اسقاطی مانند بدنه و اجزای موتور اتومبیل و هواپیما، فویل‎های آلومینیمی، قوطی کنسرو. مرحلۀ آماده‎سازی قراضه‎های آلومینیمی شامل دسته‎بندی و شست و شوی قراضه‎ها برای حذف آلودگی‎هایی مانند روغن، پلاستیک و رنگ و آماده‎سازی مواد برای مرحله ذوب و پالایش است. مراحل آماده‎سازی قراضه‎های آلومینیمی در شکل زیر نشان داده شده است.




http://www.noandishaan.com/forums/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 812x807 and weights 76KB.http://urfile.net/files/axa8p0l9jjs08p2astiw.jpg


فرایند تمیزکاری قراضه به شکل مکانیکی، پیرومتالورژیکی و هیدرومتالورژیکی انجام می‎شود. در تمیزکاری مکانیکی ابتدا با استفاده از سنگ شکن‎ های چکشی، گلوله‎ ای و میله‎ ای، یا سایر عملیات‎ های مکانیکی خرد کردن، قراضه‎ های حامل آلومینیم به قطعات ریز تبدیل و سپس سرند می‎شوند تا محصولی با 60 تا 70 درصد آلومینیم به دست آید. از سنگ شکن‎ ها به ویژه برای کاهش اندازه اکسیدها و ذرات غیرفلزی به ذرات ریز و پودری شکل استفاده می ‎کنند تا در حین غربال به راحتی جدا شوند. در این مرحله برای افزایش بازده جداسازی، از جداکننده‎ های مغناطیسی برای تفکیک قطعات آهنی استفاده می‎شود

در روش تمیزکاری پیرو متالورژیکی که در صنعت به روش خشک موسوم است، از حرارت برای جداسازی آلومینیم از مواد همراه و سایر فلزات استفاده می‎شود. روش پیرومتالورژیکی شامل دو مرحلۀ تشویه و تعریق است. در مرحلۀ تشویه، قراضه آلومینیم در کورۀ خشک کن تا دمایی کمتر از دمای ذوب آلومینیم، (660 درجۀ سانتیگراد) حرارت داده شده تا ترکیبات آلی آن تبخیر شوند. فرایند تعریق نیز شامل گرمایش قراضۀ محتوی فلزات همراه در کورۀ Sweat تا بالاتر از دمای ذوب آلومینیم و زیر دمای ذوب فلزات همراه آن نظیر آهن است. چنین شرایطی سبب می‎شود تا آلومینیم و سایر عناصر همراه آن که دمای ذوب پایین دارند ذوب شده و به داخل بوته سرازیر شوند. مذاب به دست آمده Sweated Pig نامیده می‎ شود. از طرفی مواد دیگر مانند آهن و برنج که نقطه ذوب بیشتری دارند، پس از جداسازی به طور مرتب از کوره تخلیه می‎ شوند. برای افزایش بهره‎وری در پالایش آلومینیم، تفاله و پسماندهای هر دو فرایند تشویه و تعریق، دوباره بازیابی می‎ شوند.

در روش تمیزکاری هیدرومتالورژیکی از آب برای تمیز کردن قراضه آلومینیم استفاده می‎شود. مراحل روش هیدرومتالورژی شامل شست و شو و جداسازی فلزات سنگین است. در ابتدا قراضۀ آلومینیم وارد یک آسیای استوانه‎ای شکل شده تا آلودگی‏ های آن با آب شسته و حذف شود. سپس قراضۀ آلومینیم را غربال کرده تا مواد ریز و نمک‎های حل نشده در آب از آن حذف شوند. سپس مواد غربال شده را خشک کرده و مواد آهنی همراه آن توسط یک جدا کنندۀ مغناطیسی حذف می‎ شوند. در مرحلۀ بعد، فلزات سنگین همراه قراضه مانند مس و آهن که چگالی بیشتر از آلومینیم دارند، از آن جدا می ‎شوند.

[8956610022]

اثرات آلومینیوم روی آللودگی آبوخاک توضیح داده نشده بود