عملية إنتاج الألمنيوم

عملية إنتاج الألمنيوم

  • البوكسيت

    icon

    البوكسيت هو مادة طينية ذات لون أحمر تُعرف بتربة اللاتيريت، وتنتشر بشكل شائع في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية.

    يتكون البوكسيت من أكسيد الألمنيوم (الألومينا)، والسيليكا، وأكاسيد الحديد، وثاني أكسيد التيتانيوم. يتم تكرير نحو 70٪ من إنتاج البوكسيت العالمي باستخدام عملية باير الكيميائية لإنتاج الألومينا، والتي تُعالج لاحقًا لتحويلها إلى معدن الألمنيوم النقي باستخدام عملية الاختزال الكهربائي هول–هيرولت.

    تُعد أستراليا، والصين، والبرازيل، والهند، وغينيا من الدول الرائدة في إنتاج البوكسيت. أما في دول مجلس التعاون الخليجي، فالمملكة العربية السعودية هي الدولة الوحيدة التي تمتلك مناجم بوكسيت. وتستورد الإمارات العربية المتحدة البوكسيت من الخارج لمصنع الألومينا في الطويلة.

  • الألومينا

    icon

    الألومينا، أو أكسيد الألمنيوم، هو مركب كيميائي يتكون من الألمنيوم والأكسجين (Al₂O₃). عند استخلاصها من البوكسيت، تظهر عادة على شكل مسحوق أبيض يشبه ملح الطعام.

    يتم إنتاج الألومينا من البوكسيت عبر عملية باير، حيث يُسحق البوكسيت ويُغسل ويُجفف، ثم يُذاب في الصودا الكاوية عند درجات حرارة عالية. يُنقى الخليط لإزالة الشوائب المعروفة باسم "الحمأة الحمراء"، ويُنقل المحلول المتبقي إلى خزانات تُضاف إليها بذور هيدروكسيد الألمنيوم لتسهيل ترسيب البلورات الصلبة. بعد ترسيب البلورات، يُغسل هيدروكسيد الألمنيوم ويُسخن لإزالة الماء الزائد، ليصبح مسحوق الألومينا الأبيض النهائي. لإنتاج طن واحد من الألومينا، يحتاج الأمر إلى نحو طنَين من البوكسيت.
    يُعد أكسيد الألمنيوم المادة الخام الرئيسية في إنتاج الألمنيوم الأولي، ويستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية، مثل حشو البلاستيك، والكاشطات كبديل اقتصادي للألماس الصناعي، وإضفاء تأثيرات عاكسة في طلاء السيارات.

  • إنتاج الألمنيوم الأولي

    icon

    في إنتاج الألمنيوم الأولي، يتم صهر الألومينا لإنتاج الألمنيوم النقي باستخدام عملية هول–هيرولت.

    في هذه العملية، تُذاب الألومينا في حمام من الكريوليت المصهور داخل وعاء فولاذي مبطن بالكربون، وتُوضع الأنودات الكربونية في الأعلى. يمر تيار كهربائي عبر الأنودات والحمام، فتنفصل ذرات الأكسجين عن الألومينا وتتحد مع الأنود الكربوني، بينما يتجمع الألمنيوم المصهور في قاع الوعاء. بعد ذلك، يُسحب الألمنيوم المصهور ويُنقل إلى فرن تخزين قبل أن يُصبّ في قوالب لتشكيل سبائك.
    يعتبر إنتاج الألمنيوم عملية كثيفة استهلاك الطاقة، ولا توجد بدائل فعالة حاليًا لعملية هول–هيرولت.

  • البثق

    icon

    يمكن بثق الألمنيوم لإنتاج أشكال ومقاطع متنوعة. تتضمن هذه العملية تسخين الألمنيوم إلى نحو 500 درجة مئوية، ثم دفعه عبر قالب خاص تحت ضغط عالٍ لتشكيله بالشكل المطلوب.

    بعد البثق، تخضع المواد عادة لعمليات تصنيع وتشطيب إضافية لتصبح مكونات جاهزة للاستخدام في المباني التجارية والسكنية، مثل إطارات النوافذ والأبواب، والهياكل الجاهزة، والأسقف، والتكسية الخارجية، والواجهات الزجاجية، والمحلات التجارية. كما تُعد مقاطع الألمنيوم البثقية أساسية في قطاع النقل، حيث تُستخدم في هياكل الطائرات، والمركبات البرية والقطارات، وكذلك في التطبيقات البحرية.

  • الدرفلة

    icon

    يمكن تحويل الألمنيوم إلى صفائح أو أوراق أو رقائق رقيقة جدًا تصل سماكتها إلى شعرة الإنسان عن طريق عملية الدرفلة.

    تساعد هذه العملية في تعديل خصائص المعدن، بحيث يصبح أقل هشاشة وأكثر مرونة وقابلية للتشكيل.
    تُستخدم منتجات الألمنيوم المدرفلة في العديد من المجالات، مثل الأجهزة المنزلية، والتغليف، ووسائل النقل، والبناء، وغيرها من التطبيقات الصناعية.

  • القضبان والأسلاك

    icon

    يتم إنتاج قضبان وأسلاك الألمنيوم عبر عمليات متعددة مثل البثق، والدرفلة، واللف، والسحب من الألمنيوم المصهور. تعمل هذه العمليات على تمديد المعدن وتحويله إلى قطع دائرية أو قضبان يمكن تشكيلها ميكانيكيًا لتلبية احتياجات مختلفة. تُستخدم قضبان الألمنيوم في صناعة العديد من أجزاء الآلات مثل المسامير والبراغي

    يتم إنتاج قضبان وأسلاك الألمنيوم عبر عمليات متعددة مثل البثق، والدرفلة، واللف، والسحب من الألمنيوم المصهور. تعمل هذه العمليات على تمديد المعدن وتحويله إلى قطع دائرية أو قضبان يمكن تشكيلها ميكانيكيًا لتلبية احتياجات مختلفة. تُستخدم قضبان الألمنيوم في صناعة العديد من أجزاء الآلات مثل المسامير والبراغي والصواميل، كما يُستخدم سلك الألمنيوم على نطاق واسع في نقل الكهرباء نظرًا لقدرته العالية على التوصيل ومقاومته للتآكل.

    تبدأ عملية الإنتاج بتسخين قالب طويل من الألمنيوم، ثم يُقلل مقطعه تدريجيًا عن طريق مروره عبر سلسلة من الدرفلات. بعد ذلك يُلف المعدن الناتج، وإذا كان الهدف إنتاج الأسلاك، يتم سحبه عبر قوالب أصغر تدريجيًا. ولصناعة الموصلات الكهربائية، تُجمع عدة أسلاك معًا لتكوين موصل واحد متين وموحد.

  • التشكيل بالطرق

    icon

    التشكيل بالطرق هو عملية تصنيع يُشكل فيها المعدن عن طريق تطبيق ضغط شديد بواسطة الكبس أو الطرق أو العصر.

    وتنقسم عمليات التشكيل بالمطرق إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
    الطرق بالقالب المفتوح: يستخدم عادة لتصنيع مكونات الألمنيوم الكبيرة.
    الطرق بالقالب المغلق: يُناسب التصاميم المعقدة والأبعاد الدقيقة.
    الطرق الحلقي (درفلة الحلقات): يُستخدم لإنتاج منتجات حلقية عالية القوة والمتانة.

  • السبك

    icon

    السبك هو الطريقة التقليدية والأكثر استخدامًا لتشكيل الألمنيوم إلى منتجات مختلفة.

    في هذه العملية، يُسكب الألمنيوم المصهور داخل قالب لتشكيل الشكل المطلوب. وتشمل الطرق الرئيسية للسبك: الصب بالقوالب (Die Casting)، والقوالب الدائمة، والسبك بالرمل.
    تُعتبر صناعة السيارات أكبر سوق لمنتجات الألمنيوم بطريقة السبك، حيث تمثل هذه المنتجات أكثر من نصف كمية الألمنيوم المستخدمة في السيارات.

  • مسحوق الألمنيوم

    icon

    يمكن إنتاج مسحوق الألمنيوم وأشكاله على شكل رقائق أو معجون عن طريق نفخ الغاز تحت ضغط في الألمنيوم المصهور.

    مما يؤدي إلى تكوّن قطرات بأحجام مختلفة. تُستخدم هذه المنتجات في العديد من التطبيقات، بما في ذلك المتفجرات، ووقود الصواريخ، والصناعات المعدنية، والمواد الكيميائية، والروابط، والخلايا الشمسية.

الاستخدامات

  • النقل

    تُستخدم سبائك الألمنيوم على نطاق واسع في الطائرات التجارية والعسكرية لما توفره من مزيج مثالي بين القوة العالية، الوزن الخفيف، ومرونة التصميم. في صناعة السيارات، يُعتبر الألمنيوم الخيار الأمثل لتقليل الوزن وتحسين أداء المركبات بشكل فعّال وآمن وصديق للبيئة، حيث يساهم في زيادة كفاءة الوقود، وتمديد مدى البطاريات، وتقليل الانبعاثات. وبفضل هذه الخصائص، أصبح الألمنيوم المادة المفضلة بشكل متزايد لتصنيع السيارات الكهربائية.

  • البناء والتشييد

    يُعتبر الألمنيوم وسبائكه مواد خفيفة الوزن، قوية، متينة، مقاومة للتآكل، وقابلة لإعادة التدوير بلا حدود. يُستخدم الألمنيوم على نطاق واسع في إنشاء منصات الطاقة المتجددة مثل الألواح الشمسية والتوربينات الهوائية. وبفضل قابليته العالية لإعادة التدوير، يُعتمد الألمنيوم بشكل كبير في مشاريع البناء المستدامة، حيث يساعد على تحسين كفاءة الطاقة في جميع المواسم والظروف الجوية، ويوفر للمعماريين مرونة واسعة في التصميم.

  • التغليف

    تُعد علب الألمنيوم قابلة لإعادة التدوير بلا حدود، مما يجعلها خيارًا مستدامًا لحاويات المشروبات. فهي خفيفة الوزن، سهلة التكديس، وفعّالة جدًا في الشحن والتخزين. أما رقائق الألمنيوم فتشكّل حاجزًا كاملًا ضد الضوء والرطوبة والبكتيريا، مما يتيح تخزين المواد القابلة للتلف بأمان لفترات طويلة. وتُستخدم الرقائق في تطبيقات متعددة، بما في ذلك تغليف الطعام، وكبسولات القهوة، وعزل المركبات الفضائية، وتغليف الكابلات، وعبوات الأدوية.

  • الإلكترونيات

    تستفيد الأجهزة المنزلية والتقنيات الاستهلاكية، بما في ذلك الغسالات، والمجففات، والثلاجات، وأجهزة الحاسوب المحمولة، من خصائص الألمنيوم مثل خفة الوزن، والقوة الهيكلية، والموصلية الحرارية، ومرونة التصميم، وسهولة الاستخدام، وقابلية إعادة التدوير. يُعد الألمنيوم أخف بحوالي ثلث وزن الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يتيح تصميم أجهزة أخف وزنًا مع الحفاظ على المتانة نفسها.

  • الكهرباء

    تتمتع أسلاك الألمنيوم بمقاومة عالية للتآكل، وتتطلب طاقة منخفضة لإعادة التدوير، مع الاحتفاظ بكافة خصائصها أثناء العملية. ونظرًا لتكلفته الأقل وخفة وزنه مقارنة بالنحاس، أصبح الألمنيوم الخيار المفضل لنقل وتوزيع الطاقة الكهربائية.

خصائص الألمنيوم

  • خفيف الوزن:

    خفيف الوزن:

    كثافته تعادل حوالي ثلث كثافة الفولاذ.

  • مقاوم للطقس والغازات والسوائل:

    مقاوم للطقس والغازات والسوائل:

    يتحمل العوامل الجوية الشائعة ومجموعة واسعة من السوائل.

  • عاكس للضوء:

    عاكس للضوء:

    يستخدم في العديد من التطبيقات الزخرفية بفضل خصائصه العاكسة.

  • سهل التشكيل والمعالجة:

    سهل التشكيل والمعالجة:

    يمكن تشكيله بفاعلية عبر العمليات الصناعية الرئيسية مثل الدرفلة والبثق.

  • قوي:

    قوي:

    يمكنه تعزيز الفولاذ بوزن يساوي ثلث وزنه عند خلطه مع سبائك أخرى.

  • مانع للتسرب:

    مانع للتسرب:

    مثالي لتغليف المواد الغذائية والمشروبات، يحمي المحتوى من الهواء والضوء والكائنات الدقيقة.

  • قابل لإعادة التدوير:

    قابل لإعادة التدوير:

    يمكن إعادة تدويره مرات عديدة باستخدام 5٪ فقط من الطاقة المطلوبة لإنتاج معدن جديد.

  • طويل الأمد:

    طويل الأمد:

    مناسب لإنشاء هياكل قوية وطويلة الأمد.

  • مرن:

    مرن:

    يتمتع بمرونة عالية، ما يجعله مفيدًا في الهياكل المعرضة للصدمات.

  • موصل للكهرباء والحرارة:

    موصل للكهرباء والحرارة:

    ينقل الكهرباء والحرارة بكفاءة تقارب النحاس.

  • غير مغناطيسي وغير قابل للاشتعال:

    غير مغناطيسي وغير قابل للاشتعال:

    قيمته عالية في الصناعات المتقدمة مثل الإلكترونيات والهياكل البحرية.

  • طبيعي:

    طبيعي:

    يتوفر الألمنيوم كعنصر ثالث الأكثر وفرة في قشرة الأرض.