أساسيات تصنيع الألمنيوم: التكرير والصهر والسبائك والأمزجة

من البوكسيت إلى الألومينا

لم يتم العثور على الألومنيوم في شكل معدني في الطبيعة. يتم استخراجه من البوكسيت، وهو خام محمر يتم استخراجه في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية حيث تعمل التجوية اللاتريتية على تركيز هيدروكسيدات الألومنيوم بالقرب من السطح. يتم سحق الخام وهضمه في الصودا الكاوية الساخنة تحت الضغط، مما يؤدي إلى إذابة المعادن الحاملة للألمنيوم ويترك بقايا الحديد والتيتانيوم في شكل طين أحمر. بعد التصفية والتبريد والترسيب، ينتج المحلول هيدروكسيد الألومنيوم، الذي يتم تكليسه عند حوالي 1000 درجة مئوية لإنتاج مسحوق أبيض ناعم يسمى الألومينا. هناك حاجة إلى ما يقرب من طنين من الألومينا لصنع طن واحد من المعدن، وتخضع السلسلة الكاملة لمعايير التركيب والملكية مثل EN 573-3 للدرجات المطاوع.

إن تصميم المصفاة مهم لأن مرحلتي الهضم والتكليس تستهلكان معظم الطاقة الحرارية في السلسلة. تستعيد المصافي الحديثة حرارة العملية من وحدة التكليس وتعيد استخدام السائل الكاوي المستهلك في حلقات مغلقة، مما يقلل من الطلب على الوقود وحجم المخلفات التي يجب إدارتها.

الصهر والكهرباء ومسألة الكربون

يتم إنتاج الألومنيوم الأولي من خلال عملية -Heroult، حيث يتم إذابة الألومينا في الكريوليت المنصهر ويمر تيار مباشر بين أنود الكربون وبطانة الكاثود للخلية. يكسر التيار رابطة الأكسجين والألمنيوم-، ويتجمع المعدن المنصهر على أرضية الخلية. تعتبر الكهرباء هي التكلفة المهيمنة إلى حد كبير، حيث تمثل عادةً حوالي 40 بالمائة من تكلفة الإنتاج، وتحتاج العملية إلى ما يقرب من 13-15 ميجاوات في الساعة من الكهرباء لكل طن من المعدن في المصاهر الحديثة. ولهذا السبب يتم بناء المصاهر بجوار طاقة رخيصة ومستمرة: حيث توفر إمدادات الطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية الأرضية كثافة كربونية أقل بكثير للطن الواحد مقارنة بشبكات الكهرباء القائمة على الفحم.

إعادة التدوير تغير الاقتصاد تماما. تستخدم إعادة صهر الخردة المصنفة حوالي 5 بالمائة من طاقة الصهر الأولي، لذلك يعمل المعدن الثانوي على استقرار الأسعار، ويخفف من تقلبات تكلفة الكهرباء-ويعطي المصنعين في المراحل النهائية طريقًا موثوقًا به إلى منتجات منخفضة-من الكربون. تضيف ضرائب التصدير وهياكل التعريفات الجمركية في بعض البلدان المنتجة طبقة أخرى من تقلبات الأسعار التي يديرها المشترون من خلال عقود التوريد طويلة الأجل-.

الاختيار بين 3003 و5052 ألومنيوم

كلا السبيكتين شائعتان في منتجات الصفائح والملفات، لكنهما غير قابلتين للتبديل. 3003 عبارة عن سبيكة منجنيز - من الألومنيوم ذات قوة متوسطة وقابلية تشكيل رائعة ومقاومة جيدة للتآكل بشكل عام، مما يجعلها العمود الفقري للألواح ومجاري الهواء وأدوات الطهي وزعانف المبادل الحراري وألواح الأسقف. 5052 عبارة عن سبيكة من الألومنيوم- تحتوي على حوالي 2.5 بالمائة من المغنيسيوم؛ إنه أقوى بشكل ملحوظ، ويتمتع بأفضل مقاومة للتآكل من الدرجات الشائعة غير القابلة للمعالجة بالحرارة-، ويعمل بشكل جيد في الخدمة البحرية وخزان الوقود-وخزان الضغط-، على حساب كونه أقل قابلية للتشكيل في الانحناءات الضيقة.

يجب أن تتبع ممارسة الطلب دائمًا معيار المنتج ذي الصلة وحالة السبيكة والمزاج والأبعاد والتفاوتات معًا، لأن اثنين من الموردين الذين يقتبسون نفس السبيكة الاسمية يمكن أن يقدموا خواص ميكانيكية مختلفة جدًا إذا تُرك المزاج مفتوحًا.

كيف تتم طباعة علب الألمنيوم

تم تزيين علبتين من المشروبات-بخطوط دوارة-عالية السرعة. بعد التشكيل، يتم غسل جسم العلبة ومعالجته كيميائيًا وتجفيفه حتى يتمكن الحبر والورنيش من الوصول إلى المعدن. تقوم عملية الأوفست - الجافة بنقل الصورة من لوحة الطباعة المنحنية إلى بطانية ثم إلى العلبة الدوارة، مما يؤدي إلى وضع الطبقة الأساسية وما يصل إلى ثمانية ألوان في تمريرة واحدة. يتم تزيين كل علبة في أقل من 0.3 ثانية بسرعة الخط. يمر الجسم المطبوع بعد ذلك عبر فرن معالجة حيث يتم تحميص الحبر عند درجة حرارة 150 درجة مئوية تقريبًا، ويتم وضع طبقة شفافة فوق-الورنيش لحماية التصميم من الاحتكاك أثناء التعبئة والتحزيم على منصات النقل.

ينطبق منطق طلاء الملف- نفسه على الألواح المعمارية وألواح الأجهزة، حيث يتم تطبيق طبقة طلاء أو طبقة رقيقة على ملف مسطح قبل التشكيل بحيث تكون النهاية موحدة ويتجنب العميل تشغيل خط طلاء.

فهم تسميات المزاج: O وH وT

يخبر المزاج المشتري بما حدث للمعدن بعد الدرفلة، وبالتالي يتنبأ بالقوة والصلابة وقابلية التشكيل. يتم تعريف رموز الحروف من قبل هيئات التسجيل ويتم وصفها في معايير مثل EN 515، وتنقسم إلى ثلاث عائلات.

يا مزاجملدن بالكامل، وهو الحالة الأكثر ليونة والأكثر ليونة، ويستخدم عند الحاجة إلى تشكيل شديد.

سلسلة حيغطي السبائك-الصلبة وغير-القابلة للمعالجة بالحرارة-. يوضح الرقم الأول نوع التقسية والثاني الدرجة، لذا فإن H32 يعني تصلب الانفعال ثم تثبيته إلى ربع-حالة صلابة، ويشير H14 أو H16 إلى درجات تصلب تدريجية تبلغ 3003 أو 5052 أو 5754 ورقة.

سلسلة Tيغطي السبائك المقواة بالمعالجة الحرارية بالمحلول، حيث تصف الأرقام التالية العمل البارد اللاحق والتقادم. يشير T6 إلى المحلول الذي تم معالجته وتعتيقه بشكل مصطنع إلى ذروة القوة، وهو نموذجي لـ 6061 عملية سحب، في حين أن T4 يتقادم بشكل طبيعي وT651 يتم تخفيف الضغط -عن طريق التمدد.

إن مطابقة المزاج مع العملية هو ما يتجنب المفاجآت على أرضية المتجر. يحتاج الجزء الذي يجب ثنيه إلى نصف قطر ضيق إلى درجة حرارة O أو درجة H الناعمة، بينما يحتاج الدعامة الهيكلية إلى درجة حرارة T6 أو درجة H الصلبة ونصف قطر انحناء أكبر بكثير.

الأسئلة المتداولة

س: كيف يتم استخراج الألمنيوم من الصخور؟
يتم استخراج البوكسيت، وهضمه في الصودا الكاوية الساخنة وتكليسه إلى مسحوق الألومينا الأبيض، والذي يتم بعد ذلك إذابته في الكريوليت المنصهر وتقسيمه عن طريق التحليل الكهربائي في خلية هول -لتحرير الألومنيوم المنصهر.

س: ما هو الفرق بين 3003 و 5052 الألومنيوم؟
3003 عبارة عن درجة من الألومنيوم-المنجنيز ذات قابلية تشكيل ممتازة وقوة متوسطة، في حين أن 5052 عبارة عن درجة أقوى من الألومنيوم-المغنيسيوم مع مقاومة فائقة للتآكل تناسب تطبيقات التلامس البحرية وتطبيقات الوقود-.

س: لماذا تكلفة الألومنيوم أكثر من الفولاذ؟
إن الكهرباء، وليس الخام، هي التي تحرك الأسعار: إذ يستهلك الصهر ما يقرب من 13 إلى 15 ميجاوات في الساعة للطن الواحد، وتمثل الطاقة حوالي 40% من تكلفة الإنتاج، وبالتالي فإن أسواق الطاقة وضرائب التصدير تعمل على تحريك أسعار الألومنيوم بقوة.

س: ماذا يعني المزاج في الألومنيوم؟
يصف المزاج المعالجة الميكانيكية بعد التدحرج. O ملدن تمامًا وأنعم، وتغطي رموز H السبائك المعالجة بالحرارة-والصلبة غير-الحرارة-مثل H32، وتغطي رموز T السبائك المعالجة بالحرارة-مثل T6.

س: كيف يتم تزيين علب الألمنيوم بهذه السرعة؟
تمر أجسام العلب المغسولة والمعالجة عبر طابعة دوارة أوفست جافة- تضع الطبقة الأساسية وما يصل إلى ثمانية ألوان في دورة واحدة، وتستغرق أقل من 0.3 ثانية لكل علبة، قبل تسخين الحبر عند درجة حرارة 150 درجة مئوية تقريبًا.

س: هل إعادة التدوير تقلل بالفعل من تكلفة الألومنيوم؟
نعم. تتطلب إعادة صهر الخردة حوالي 5 بالمائة من الطاقة المستخدمة في الصهر الأولي، مما يقلل التكلفة لكل طن، ويثبت الأسعار في مواجهة تقلبات سوق الطاقة- ويقلل كثافة الكربون.