Gezegenimizde alüminyum en yaygın metal olmasına rağmen, saf alüminyum doğal olarak bulunmamaktadır. Alüminyum atomlar, bileşikleri oluşturan diğer metallerle kolayca bağlanır. Aynı zamanda, örneğin demirle olduğu gibi, fırında bileşikleri eriterek alüminyumun izole edilmesi olanaksızdır. Alüminyum üretim süreci çok daha karmaşıktır ve büyük miktarda elektrik gerektirir. Bu nedenle, alüminyum ergitme makineleri her zaman, çevreyi kirletmeyen hidroelektrik santralleri olmak üzere enerji kaynakları çevresinde inşa edilmiştir. Ama biz yine de baştan başlayalım.
Alüminyum üretim süreci üç aşamaya ayrılabilir; ilk olarak alüminyum içeren boksitler yerden çıkarılır. İkincisi, boksitler alümin ya da alüminyum oksit haline getirilmekte ve son olarak evre üçte saf alüminyum, elektrolitik indirgeme kullanılarak üretilmektedir. Bu işlemde, alüminyum oksit elektrik akımı kullanılarak parçalarına ayrılmaktadır. Yaklaşık 4- ton boksit, 1 ton civarında alüminyum yapılabilecek 2 ton alümin halinde işlenir.
BOKSİT
Dünyada alüminyumun elde edilebileceği çeşitli mineraller bulunur, ancak en yaygın hammadde boksittir. Boksit, diğer bazı minerallerle karıştırılmış öncelikle alüminyum oksitten oluşan bir mineraldir. Boksit,% 50’den fazla alüminyum oksit içeriyorsa, yüksek kalitede kabul edilir.
Boksitler arasında çok fazla varyasyon vardır ve yapısal olarak sağlam ve sıkı veya kırıntılı olabilirler. Her zamanki renk tuğla kırmızısıdır, demir oksit nedeniyle kırmızı veya kahverengidir. Eğer demir içeriği düşükse, boksit gri veya beyaz olabilir. Ancak mavimsi, mor, kırmızı ve siyah türevleri olan sarı, koyu yeşil ve hatta çok renkli boksitler de oluşur.
Global boksit stoklarının yaklaşık% 90’ı tropikal ve subtropikal bölgelerde bulunurken,% 73’ü sadece beş ülkede bulunur: Gine, Brezilya, Jamaika, Avustralya ve Hindistan. Gine, en büyük boksit arzı olan 5,3 milyar ton (küresel arzın% 28,4’ü) ve boksitleri çok az miktarda katkı içeren çok yüksek kaliteye sahiptir. Aynı zamanda yüzeyin çok yakınında bulunurlar ve madenciliği çok kolaylaştıran etmenlere sahiptirler.
Boksitler için en sık kullanılan yol, açık maden ocaklarını kullanmaktır. Yüzeye çıkarılan bir tabakayı kesmek için özel ekipman kullanılır, daha sonra bu kayaçlar kırma ve öğütme gibi tane küçültme sağlayan alanlara götürülmek üzere maden ocakları yakınlarındaki fabrikalara nakledilir. Bununla birlikte, alüminyum cevherinin derin yeraltı yerlerinden çıkarıldığı yeraltı madenleri yapılmasını gerektiren yerlerde vardır. En derin madenlerden biri Rusya’daki Urals’teki Cheremkhovskaya-Deep madenidir, havalandırma kuyuları 1550 metre derinliğe kadar uzanır.
BAYER PROSESİ
Üretim zincirinin bir sonraki aşaması, boksitin alümina veya alüminyum oksit – Al2O3, – beyaz bir toz haline getirilmesi işlemidir. Boksitten alümina üretmek için en yaygın süreç, 100 yıl önce keşfedilen, ancak bugün hala yaygın olarak kullanılan Bayer prosesisidir. Dünyadaki alümina rafinelerinin yaklaşık % 90’ı Bayer prosesini kullanmaktadır. Çok verimlidir, sadece yüksek oranda boksit, özellikle de silisyumun katkılı düşük oranlarında kullanılabilir.
Bayer prosesinin prensibi şöyledir: boksit içerisinde bulunan kristalize alüminyum hidrat, yüksek sıcaklıklarda konsantre kostik soda (NaOH) içinde kolaylıkla çözünür ve sıcaklık düşürüldüğünde çözeltinin konsantrasyonu tekrar yükselir, alüminyum hidrat kristalleşir ancak boksitin içerdiği diğer elementler alüminyum hidrat kristalleşmeden önce çözülmemeli veya yeniden kristalleşmemeli ve altına iyice oturmalıdır.Bu, alüminyum hidrat kostik sodada eritildikten sonra çamurumsu yapı kolayca izole edilebilir ve çıkarılabilir demektir. Bu çamur, kırmızı çamur olarak bilinir.
Kırmızı Çamur
Kırmızı çamur, silisyum, demir, titanyum ve diğer bileşiklerden oluşan koyu kırmızı-kahverengi bir bileşimdir. Çamur bertaraf alanları olarak adlandırılan özel izole alanlarda imha edilir. Çamur bertaraf etme alanları, çamur içinde bulunan alkali sızıntısını yeraltı sularına engellemek için tasarlanmıştır. Çamur bertaraf alanı doldurulduktan sonra, toprak kum, kül veya kir içine gömülüp oradaki bazı ağaç ve bitki türlerini dikerek geri kazanılabilir. Tam ıslah yıllar sürebilir, sonunda toprak orijinal haline geri dönecektir.
Birçok uzman, kırmızı bir çamuru hammadde olarak kullanabileceği için atık olarak görmez. Örneğin, skandiyum bundan yapılabilir ve daha sonra alüminyum skandiyum alaşımlarında kullanılabilir. Skandiyum, alüminyum alaşımlarını çok güçlü kılar ve bu tür alaşımlar, motorlu taşıtlarda, roketlerde, spor ekipmanlarında ve elektrik tellerinin üretiminde kullanılabilir. Kırmızı çamur, dökme demir, beton ve nadir toprak metallerinin üretiminde de kullanılabilir.
Büyük alüminyum hidrat partikülleri nispeten kolaylıkla çözeltiden filtrelenebilir. Daha sonra su ile yıkanır, kurutulur ve kireç haline getirilir: yani suyun alınması için ısıtılır. Bu işlemin çıktısı alüminadır.
Alümina sınırsız raf ömrüne sahiptir, ancak ilk fırsatta nemi emeceği için doğru koşullar altında depolanması gerekir, bu nedenle alüminyum üreticileri mümkün olan en kısa sürede ergitme tesislerine göndermeyi tercih etmektedir. İlk alümina, 30.000 tona kadar olan yığınlara istiflenir. Sonunda 10-12 metre yüksekliğinde bir çeşit katmanlı pasta gibi inşa edilir. Daha sonra kazıklar kesilir ve demircilere sevkiyat için 60-75 ton (araba türüne bağlı olarak) olacak şekilde demiryolu araçlarına yüklenir.
Alüminayı üretmek için çok daha az yaygın bir yöntem var. Buna sinterleme denir. Fikir yüksek sıcaklıktaki tozlardan katı maddeler yapmaktır. Boksitler soda ve kireç ile sinterlenir. Son iki element, silisin daha sonra alüminadan ayrılabilecek çözünmeyen silikatlara bağlanmasını sağlar. Sinterleme işlemi Bayer işleminden daha fazla enerji gerektirir ancak yüksek oranda toksik silika katkı maddeleri içeren boksitlerden alümina yapmak için kullanılabilir.
Kriyolit
Alümina, alüminyum üretim sürecinde doğrudan alüminyum kaynağıdır, ancak elektroliz için doğru ortamı oluşturmak için başka bir bileşen gereklidir ve bu bileşen kriyolittir. Nadir bulunan doğal bir florür mineralidir ve doğal formdaki kıtlığından dolayı yapay olarak üretilmiştir. Modern metal üretiminde, kriyolit hidroflorik asit ile alüminyum hidroksit ve soda karışımı ile yapılır.
Dünyadaki kriyolitin az sayıdaki doğal çökellerinden biri, Grönland’daki Ivituuit kasabasında, 1799 yılında keşfedildi. Kryolit madenciliği, 1987 yılında yapay kriyolit yapma süreci ile sona erdi. Daha sonra kryolit, Güney Urals (Miass) ve Colorado, ABD’deki Ilmen dağlarında bulunmuştur.
Nefelin
Boksitler, alümina üretmek için en yaygın hammaddedir ancak sadece bunlarla sınırlı değildir. Alümina nefel hattından yapılabilir. Nefelin, apatit-nefelin kaya şeklinde oluşur (apatit bir kalsiyum fosfor oksittir). Nephelin’den alümina üretmek üretim süreci ile birlikte ayrıca soda, potas (inşaatta kullanılan bir madde, bazı kimyasalların üretimi, gıda endüstrisi vb.) ve nadir metal galyum üretilmiş olur. Üretim atığı, beyaz çamur, yüksek kaliteli çimento yapmak için kullanılabilir. 1 ton alümina oluşturmak için 4 ton nepelin ve 7.5 ton kalker kullanılır.