ماشین آلات و خط تولید آلومنیوم

آلومینیوم هیدرواکسید (Bauxite) یک نوع خاک اوره است که در آن عنصر های آلومینیوم بسیار غنی ای وجود دارد . 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 ۲۰۵۰ 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 ۹۶۰ تا ۹۸۰ ) پایین تری دارد . سپس آن را از یک جریان الکتریکی قوی عبور می دهند تا اکسیژن آن کاملاً جدا شود .(ماشین آلات و خط تولید آلومنیوم)
در بسیاری از کشورهای اروپایی این فلز را مانند ایران به نام، آلومینیوم می‌خوانند ولی در آمریکا و کانادا به اسم آلومینم خوانده می‌شود که هر دو تلفظ صحیح می‌باشد. در تاریخچه نام گذاری این فلز در فرهنگ لغت ابتدا به نام آلومییوم (بر وزن عناصر جدول تناوبی) بوده که در اثر گذشت زمان به آلومنیوم تغییر کرده‌ است. به‌طور کلی دو نوع آلومنیوم وجود دارد که از دو طریق می‌توانیم تولید کنیم:
روش تولید آلومینیوم اولیه (Primary production)
روش ثانویه (secondary production)

روش اولیه تولید آلومینیوم

روش اولیه تولید آلومینیوم اولیه شامل ۴ بخش اساسی می‌باشد که در ادامه به توضیح هر قسمت پرداخته می‌شود.

استخراج سنگ معدن

استخراج از سنگی به نام بوکسیت صورت می‌گیرد. در بوکسیت اکسید آلومینیوم،هیدروکسید آلومینیوم و… بسیاری ناخالصی‌های دیگر وجود دارد که مطلوب ما برای تولید آلومینیوم نمی‌باشند. فرایند استخراج از سنگ بوکسیت، یکی از کثیف‌ترین فرایندهای استخراج می‌باشد زیرا این سنگ در مناطق خوش آب و هوا (جنگل‌ها) مانند : آمریکای جنوبی،جنگل‌های آمازون،جنوب هند و… وجود دارد. بوکسیت از هوازدگی سنگ‌هایی مانند گرانیت و بازالت که حاوی مقادیر زیادی از آلومیینیم هستند، ایجاد می‌شود.

پالایش

بعد از مرحله استخراج، بوکسیت به پالایشگاه آلومینا برده می‌شود. آلومینا، اکسید آلومینیوم است و تفاوت آلومینا با اکسید این است که آلومینا بسیار خالص تر می‌باشد. ناخالصی‌های موجود عبارتند از:
وجود ۳ الی ۲۵ درصد آهن
وجود سیلیس
وجوداکسید تیتانیوم

فرایند خالص سازی

برای خالص سازی از سود سوز آور (NaOH) استفاده می‌کنند. به این صورت که، پودر بوکسیت را در دمای بالا به داخل محلول سودِ سودآور در فشار بالا حدود ۴ اتمسفر می‌ریزند و اجازه می‌دهند واکنش اتفاق بیفتد در این فرایند تنها جزئی از بوکسیت که وارد واکنش می‌شود آلومینیوم است. به این فرایندdigestion می‌گویند. بعد از این فرایند وارد مرحله بعدی که مخزن‌های بسیار بزرگی وجود دارد می‌شود. در این مخزن‌ها دمای محلول را پایین می‌آورند و اجازه می‌دهند تمام عناصر ته‌نشین شوند و تنها آلومینیوم ترکیب شده روی سطح باقی می‌ماند. بعد از خارج کردن ناخالصی‌ها و انجام واکنش به صورت برعکس (فشار پایین + دما پایین)، اکسید آلومنیوم ایجاد می‌شود که به صورت پودرمرطوب می‌باشد. این پودر مرطوب را درون کوره‌های بلند که عموماً به صورت افقی هستند می‌ریزند و همزمان با حرارت دادن همراه با شیب ملایمی که کوره دارد، پودر خشک شده و خالص اکسید آلومینیوم از انتهای کوره خارج می‌شود. همین پودر ماده اولیه تولید آلومینیوم می‌باشد.

اضافه کردن کریولیت

در این مرحله باید مقداری کریولیت به پودر بدست آمده بیفزاییم ، کریولیت، دمای ذوب آلومنیا را پایین می‌آورد. برای تهیه کریولیت، اکسیدآلومنیوم را با ترکیباتش واکنش می‌دهند و کریولیت بدست می‌آید.

احیاء

عمل احیاء در کارخانه‌های بسیار بزرگ صورت می‌گیرد و اغلب این کارخانه‌های عظیم در نزدیکی دریا احداث می‌گردند و علت این امر دسترسی راحت به مواد اولیه که اغلب توسط کشتی حمل می‌شوند، می‌باشد. مصرف انرژی بسیار بالایی دارند این کارخانه‌ها، در این کارخانه‌های واحدهای خاصی در ایعاد ۸متر در ۴ متر در ۱ متر، تکرار می‌شوند؛ که هر کدام سلول‌های الکترولیز هستند. در این دیگ‌ها واکنش الکترولیز اتفاق می‌افتد. به این صورت که جریان الکتریکی وارد می‌شود و از طریق آند و کاتد به محلول حاوی کریولیت و اکسید آلومینیوم انرژی الکتریکی داده می‌شود و این انرژی باعث می‌شود در کاتد، یون احیاء شود و همچنین در آند، اکسیژن احیاء شود.(ماشین آلات و خط تولید آلومنیوم)

آند

با توجه به دمای بالا، قابلیت رسانایی برق و… دارای جنس گرافیت می‌باشند. مشکل اساسی این آندها این است که به دلیل وجود کربن، اکسیژن و دمای بالا، کرین با اکسیژن واکنش می‌دهد و خارج می‌شود، و پس مدتی این آندها تمام می‌شوند.
آلومینیوم فراوان ترین فلز و سومین عنصر ِفلزی 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 (۱۸۲۷)نمی گذرد .
آند به عنوان قطب مثبت در پروسه تولید آلومینیوم و ایجاد حرارت و افزایش دما به ۹۵۰ – ۹۶۰ درجه سانتیگراد در کوره های احیاء نقش بسزایی ایفا می کند به طوریکه حدود ۲۵ درصد هزینه تولید را شامل می شود. آندهای مورد نیاز کوره های احیاء و مواد مخصوص میکس جهت آسترکاری کوره های احیاء در کارگاه آند تهیه می گردد.

کارگاه تولید آند

این کارگاه به دو بخش عمده ساخت و پخت آند تقسیم می شود. مواد اولیه مورد نیاز هر آند که تقریباٌ به وزن۱۳۰ کیلوگرم و به ابعاد ۴۷۴۰۵۲ سانتیمتر میباشد ۸۵% کک نفتی و ۱۵% قیرصنعتی را شامل میگردد که ممکن است درصدی ازاین مواد ازآندهای اسکراپ ( آندهائی که جزء ضایعات تولید کارگاه آندسازی میباشد ) و باتس ( باقیمانده آندهایی که پس از مصرف در کارگاه احیاء مجدداً به کارگاه آندسازی برگردانده می شوند) تشکیل دهند.
مواد اولیه ذکر شده جهت ساخت آند خام بعد از کنترل وزن ، اندازه گیری ، دانه بندی و تعیین درصد اختلاط به دستگاههای مخلوط کن هدایت و پس از تحمل درجه حرارت بین ۲۴۰-۲۲۰ درجه سانتیگراد به مدت ۸۰-۵۵ دقیقه بصورت خمیری خروجی به دستگاههای پرس هدایت می شوند. آندهای ساخته شده به کارگاه پخت منتقل و عملیات پخت بر روی آنها در یک دوره چند روزه صورت می گیرد. این عملیات شامل مراحل بارگیری، پیش گرم، پیش پخت، سرد کردن و تخلیه می باشد.

کارگاه ریخت و برش و بسته بندی

فعالیتهای زنجیره ای سه کارگاه آند ، میله گذاری و احیاء در کارگاه ریخت منجر به تولید محصول نهایی (انواع شمش آلومینیوم ) میگردد. دراین کارگاه با استفاده از انواع کوره های نگهدارنده ، یکنواخت کننده و دستگاههای D.C عمودی و افقی و پیک ماشین آلومینیوم مذاب دریافتی از کارگاه احیاء به انواع آلیاژهای ریختگی و کار پذیر آلومینیوم در استانداردهای مختلف تبدیل میگردد. در کارگاه ریخت دو نوع محصول تولید می شود :
ریخت محصولات کارپذیر در اشکال بیلت و اسلب با روش تبرید مستقیم D.C .
محصولات ریختگی در اشکال تی بار، پیک ۱۰۰۰ پوندی و شمش ۵۰ پوندی .
با توجه به نوع آلیاژ و درخواست مشتری ، پس از کنترل نهایـــی و برش و بسته بندی جهت توزیع و ارسال به مشتریان تحویل انبار محصول می گردد .
بد نیست بدانید ، حجم بیشتری از این قطعات ریخته گری شده توسط کارخانه های خودرو سازی و هواپیما سازی مصرف می شود و برای ساخت سر سیلندر و مواردی از این قبیل کاربرد دارد .
در ایالات متحده ی آمریکا بازیافت آلومینیوم از قطعات خریداری شده در مقایسه سال ۲۰۰۱ با۲۰۰۰ تا ۱۴% کاهش پیدا کرده است . ۹۸/۲ تن از فلزات بازیافتی را ، ۶۰% از قطعات کارخانه ای و ۴۰% 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 .(ماشین آلات و خط تولید آلومنیوم)
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 ۵۵۶۰۰۰۰۰ تن ، قوطی آلومینیومی را بازیابی کرده است و این مقدار باعث صرفه جویی های بسیاری در هزینه ها شده است .
آلومینیوم دارای خواصی است که موجب شده ، بیش از اندازه مورد توجه قرار گیرد . این خواص عبارت اند از:
۱- کاهندگی آلومینیوم
۲- چگالی کم
۳- رسانش گرمایی بالا و مقاومت حرارتی بالا
۴- سازش پذیری با مواد غذایی

روش ثانویه تولید آلومینیوم

روش تولید دیگر آلومینیوم که به روش ثانویه (secondary production)، شناخته شده است. این روش منبع مهمی از تولید آلومنیوم می‌باشد. در این روش از ضایعات قطعات آلومینیوم و بازیافت این قطعات برای تولید استفاده می‌شود. تولید آلومینیوم ثانویه فقط ۵ درصد از انرژی مصرفی در روش اولیه تولید را می‌خواهد و به خاطر همین موضوع همواره مورد توجه زیاد قرار می‌گیرد، علاوه بر کاهش چشم گیر مصرف انرژی در این روش نسبت به روش اولیه تولید آلومینیوم، هر یک کیلوگرم آلومینیوم تولیدی به این روش معادل صرفه جویی ۸ کیلوگرم بوکسیت و ۴ کیلوگرم مواد شیمیایی دیگر است. این فرایند شامل ۵مرحله، ۱ – جمع‌آوری ۲ – مرتب‌سازی ۳ – بازفرآوری ۴ – نورد کردن ۵ – تبدیل، می‌باشد

کشورهای تولید کننده آلومینیوم

اهمیت و موارد استفاده بسیار زیاد آلومینیوم در صنایع مختلف، باعث شده بسیاری از کشورها درصدد تولید این فلز ارزشمند و کاربردی برآیند. در همین ارتباط در ادامه کشورهای تولید کننده آلومینیوم بر اساس میزان تولید سالیانه به ترتیب ذکر می‌گردد:
چین
روسیه
کانادا
آمریکا
استرالیا
همچنین اگر بخواهیم طبقه‌بندی میزان تولید آلومینیوم در کشورهای اطرف ایران را بررسی کنیم، به این ترتیب خواهند بود:
امارات
بحرین
قطر
عمان
ایران
روش تولید آلومینیوم الکترولیز صنعتی بوده،که همان روش هال-هرولت می باشد. در فرآیند احیاء جهت تولید مذاب آلومینیوم از الکترولیز نمک مذاب استفاده می نمایند. مواد اولیه اصلی در این فرایند شامل آلومینا و فلورایدها می باشند.جریان برق DC جهت الکترولیز مورد نیاز است که توسط رکتیفایرها تأمین می‌گردد. تحت تأثیر این جریان مستقیم برق اکسید آلومینیوم (آلومینا) به آلومینیوم خالص تبدیل می‌شود.
جهت تولید آلومینیوم از دیگ هایی بنام دیگ الکترولیز که شامل آند و کاتد می باشد و بطور مخصوصی بر روی استراکچرهای فولادی قرار می‌گیرند استفاده می شود. در این فرآیند کریولیت و آلومینا بعنوان الکترولیت و مواد کربنی بعنوان الکترود عمل می‌نمایند.

آلومینیوم مذاب در کاتد رسوب و گاز آندی که غالباً CO2 می‌باشد در آند تولید می‌گردد. در طی فرآیند گازهای هیدروژن فلوراید و غبار تولید می‌گردد که همراه گاز آندی مجموعاً بخارات احیاء را تشکیل می‌دهد. در دماهای کمتر از محدوده ۶۰۰-۴۰۰ درجه سانتیگراد ممکن است آلومینـا حاوی ۵/۰-۲/۰ درصد رطوبت باشد که این رطوبت با فلورایدهای جامد در درجه حرارت های بالا واکنش می‌دهد.
از ضروری‌ترین امور در این فرآیند جمع‌آوری هر چه بیشتر این بخارات می‌باشد تا علاوه بر حذف این گازها و بخارات مضر ، آلومینا و فلورایدها بازیابی گردند. در این فرآیند اکسید آلومینیوم مورد نیاز پس از انتقال به کارگاه احیاء به همراه فلورایدها به داخل مخازن ثابت ریخته می‌شوند. در سیستم کنترل آلودگی جهت جذب گازهای دیگ باید از آلومینای تازه استفاده گردد که این نیز به نوبه خود بعنوان آلومینای غنی شده بداخل اوربین‌های دیگ انتقال داده می شود و آلومینای داخل اوربین بصورت خودکار و اتوماتیک و مداوم بداخل حوضچه مذاب انتقال می‌یابد.
بلوک های کربن آندی نو در کارگاه میله گذاری تکمیل شده و در کارگاه احیاء با آندهای کارکرده معاوضه و آندهای مصرف شده بار دیگر به کارگاه میله گذاری انتقال می‌یابند. جریان برق DC حاصل از رکتییفایرها توسط خطوط انتقال باس‌بار جهت الکترولیز وارد کارگاه احیاء می‌شود . آلومینیوم مذاب موجود در دیگ از طریق سیستم مکش تخلیه شده و به کارگاه ریخته گری انتقال می‌یابد و در آنجا وارد کوره‌های نگهدارنده شده و در نهایت شمش های ۵۰ و ۱۰۰۰ پوندی تولید می شود .
پیش از انجام فرآیند و در حین آن آزمایش هایی شامل کنترل و آنالیز مواد خام مصرفی و تولیدی صورت می گیرد تا محصول بدست آمده بر اساس استانداردهای قابل قبول تولید گردد. در خاتمه فرآیند شمش های آلومینیوم تولید شده مورد ارزیابی و کنترل نهایی قرارگرفته ، پس از بسته‌بندی و توزین جهت توزیع به انبار فرستاده می‌شود. (ماشین آلات و خط تولید آلومنیوم)

درصورت تمایل به این مطلب امتیاز دهید: