Ինչպե՞ս է ալյումինը մաքրվում և ի՞նչ տարրեր է այն պարունակում։

Ալյումինը (Al) թեթև, արծաթափայլ սպիտակ մետաղ է, որը Երկրի կեղևում երրորդ ամենատարածված տարրն է՝ թթվածնից և սիլիցիումից հետո։ Սակայն, իր բարձր քիմիական ռեակտիվության պատճառով, այն երբեք բնականորեն չի հանդիպում իր մաքուր մետաղական տեսքով։ Դրա փոխարեն այն հանդիպում է միացություններում, հիմնականում բոքսիտի հանքաքարի մեջ, որը հիդրատացված ալյումինի օքսիդների խառնուրդ է, ներառյալ գիբսիտը (Al(OH)₃), բոեմիտը (AlO(OH))) և դիասպորը։

Զտման գործընթացը երկու փուլով

Ճանապարհորդությունը հում բոքսիտից դեպիբարձր մաքրության ալյումինը ներառում էերկու տարբեր արդյունաբերական գործընթացներ։

Առաջին փուլը Բայերի գործընթացն է, որը մշակվել է 1888 թվականին: Մանրացված բոքսիտը խառնվում է տաք նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթի հետ ճնշման տակ, լուծարելով ալյումին պարունակող հանքանյութերը՝ թողնելով այնպիսի խառնուրդներ, ինչպիսիք են երկաթի օքսիդները և սիլիցիումը: Արդյունքում ստացված նատրիումի ալյումինատի լուծույթը այնուհետև զտվում է՝ կարմիր ցեխի մնացորդը հեռացնելու համար, ցանվում է ալյումինի հիդրօքսիդի բյուրեղներով և կալցինացվում է մոտավորապես 1100°C ջերմաստիճանում՝ մաքուր սպիտակ ալյումինա կամ ալյումինի օքսիդ (Al₂O₃) ստանալու համար: Աշխարհի ալյումինի ավելի քան 90%-ն այժմ արտադրվում է այս մեթոդով:

Երկրորդ փուլը Հոլ Էրուլի պրոցեսն է: Ալյումինի հալման ջերմաստիճանը 2000°C-ից բարձր է, ինչը ուղղակի էլեկտրոլիզը դարձնում է անիրագործելի: Լուծումը Al₂O₃-ը հալված կրիոլիտի (Na₃AlF₆) մեջ լուծելն է, որը աշխատանքային ջերմաստիճանը իջեցնում է մինչև մոտ 950~1000°C: Այնուհետև խառնուրդի միջով էլեկտրական հոսանք է անցնում: Հալված ալյումինը հավաքվում է ներքևում (կաթոդում), մինչդեռ թթվածինը միանում է ածխածնային անոդների հետ՝ առաջացնելով CO₂: Այս էլեկտրոլիտիկ մեթոդը մնում է առաջնային ալյումին ստանալու միակ արդյունաբերական գործընթացը, որը տալիս է 99.5~99.8% մաքրության մետաղ:

Ի՞նչ տարրեր է պարունակում ալյումինը։

Մաքուր ալյումինը բաղկացած է միայն Al տարրից՝ 13 ատոմային թվով և մոտավորապես 26.98 գ/մոլ ատոմային զանգվածով։ Առևտրային մաքրության ալյումինը (98.8–99.7% Al) պարունակում է երկաթի և սիլիցիումի աննշան հետքեր՝ որպես բնական խառնուրդներ։ Սակայն, մեծ մասըկիրառությունները հիմնված են ալյումինե համաձուլվածքների վրա, որտեղ որոշակի տարրեր միտումնավոր ավելացվում են մեխանիկական հատկությունները հարմարեցնելու համար։

Կառուցվածքային կիրառությունների համար 6000 շարքը (օրինակ՝ 6061) որպես հիմնական համաձուլվածքային տարրեր օգտագործում է մագնեզիում և սիլիցիում, սովորաբար 0.8~1.2% Mg և 0.400~0.8% Si: Այս համաձուլվածքն առաջարկում է միջին ամրության, լավ եռակցման ունակության և գերազանց մեքենայացման ունակության գերազանց հավասարակշռություն:

Բարձր ամրության պահանջների համար 7000 շարքը (օրինակ՝ 7075) ներառում է ցինկը և պղինձը որպես հիմնական համաձուլվածքային տարրեր՝ մոտավորապես 5.16~0.1% Zn և 1.2~2.0% Cu: 7075-ի T6 ջերմությունը ապահովում է 6061-T6-ի համեմատ գրեթե կրկնակի ավելի մեծ ձգման ամրություն, ինչը այն դարձնում է ավիատիեզերական և բարձր արդյունավետության կառուցվածքային բաղադրիչների համար նախընտրելի նյութ:

Առևտրային համաձուլվածքներում սովորաբար առկա են նաև քրոմի, մանգանի և տիտանի հետքեր, որոնցից յուրաքանչյուրը դեր է խաղում հատիկների մաքրման և կոռոզիոն դիմադրության մեջ: Յուրաքանչյուր համաձուլվածքի ճշգրիտ տարրական կազմը հասկանալը կարևոր է մեքենայական մշակման կամ արտադրության որոշակի պահանջների համար ճիշտ նյութ ընտրելու համար: