كيفية صهر الألمنيوم

الألمنيوم
الألمنيومهو أحد العناصر الكيميائية وهو معدن أبيض فضي مع درجة انصهار 660 درجة مئوية وكثافة تبلغ 2.7 جرام لكل سم مكعب، وعنصر الألمنيوم من العناصر الأكثر وفرة؛ إذ يُشكل 8.1 في المئة من قشرة الأرض، وفي الطبيعة يحدث كيميائيًا مع الأكسجين وعناصر أخرى أما في حالته النقية يكون ناعمًا وطويلًا، ويمكن خلط الألمنيوم بالعديد من العناصر الأخرى لزيادة القوة وتوفير عدد من الخصائص المفيدة، وتعتمد العديد من تطبيقات الألمنيوم وسبائكه على الموصلية الكهربائية والحرارية العالية ومقاومة التآكل، وهذا المقال سيتحدث عن كيفية صهر الألمنيوم.[١]
صهر الألمنيوم
عملية صهر الألمنيوم هي عملية استخراج الألمنيوم من أكسيدها وهو الألومينا، ويتم استخراج الألومينا من خام البوكسيت عن طريق عملية معينة في مصفاة الألومينا، وهي عبارة عن عملية إلكترونية ولذلك يستخدم مصهر الألمنيوم كميات هائلة من الكهرباء، ولذلك المصفاة يجب أن تكون قريبة جدًا من محطات الطاقة الكبيرة وغالبًا ما تكون محطات الطاقة الكهرومائية، كما يتم استخدام كمية كبيرة من الكربون في هذه العملية مما يؤدي إلى انبعاث كميات كبيرة من الغازات الدفيئة، وتعد عملية التحليل الكهربائي هي الطريق الرئيس لكيفية صهر الألمنيوم وإنتاج الألمنيوم الأولي، حيث تتكون خلية التحليل الكهربائي من غلاف فولاذي مع سلسلة من بطانات المواد العازلة، ويتكون مصهر الألمنيوم من عدد كبير من الخلايا التي يحدث فيها التحليل الكهربائي.[٢]
كيفية صهر الألمنيوم
يمثل تحويل الألومينا إلى الألمنيوم معلمًا رئيسًا في الثورة الصناعية، وإلى هذا اليوم يتم تطوير تقنيات الصهر الحديثة، حيث أنه في السابق اعتمدت معظم العمليات المبكرة على إزاحة الألمنيوم بمعادن أكثر تفاعلية، ولكن تغير كل ذلك في عام 1886 وهو العام الذي طور فيه الكيميائيون والصناعيون عملية الصهر وأصبحت تعتمد على عملية التحليل الكهربائي، وتتمثل خطوات كيفية صهر الألمنيوم فيما يأتي:[٣]
يذوب الألومينا في الكريوليت المنصهر عند 1000 درجة مئوية أي ما يعادل 1832 درجة فهرنهايت، وقد تبدو درجة حرارة كهذه عالية جدًا حتى تدرك أن نقطة انصهار الألومينا النقية هي 2054 درجة مئوية أي ما يعادل 3729 درجة فهرنهايت أي أن إضافة الكريوليت يتيح حدوث التحليل الكهربائي عند درحة حرارة أقل بكثير.
يتم وضع المنحل بالكهرباء في حاوية حديدية مبطنة بالجرافيت.
تُغمر أنودات الكربون في المنحل بالكهرباء.
يتم تمرير التيار الكهربائي من خلال المواد المنصهرة.
في الكاثود يعمل التحليل الكهربائي على تقليل أيونات الألمنيوم إلى معدن الألمنيوم، أما في الأنود يتأكسد الكربون لتكوين غاز ثاني أكسيد الكربون وتُمثل العملية في المعادلة التالية: 2Al2O3 + 3C —> 4Al + 3CO2
يغرق معدن الألمنيوم المصهور في قاع الوعاء ويتم صرفه بشكل دوري.
استخدامات الألمنيوم
بعد معرفة كيفية صهر الألمنيوم يمكن معرفة استخداماته في الحياة اليومية، حيث أن الألمنيوم عنصر مهم جدًا في كثير من التطبيقات ولا يمكن الاستغناء عنه، ومن أهم استخدامات الألمنيوم في الحياة اليومية ما يأتي:[٤]
تُستخدم سبائك الألمنيوم على نطاق واسع لتطبيقات الطيران ويعود سبب ذلك إلى قوتها العالية لنسبة الوزن.
يتم استخدام الألمنيوم في السيارات لتقليل وزن السيارة مما يقلل من استهلاك الوقود.
يُستخدم في صناعة الأواني المنزلية.
يُستخدم في صناعة النوافذ والأبواب والسقوف.
يُستخدم في صنع المعدات الرياضية.
يُستخدم في تصنيع الموصلات الكهربائية.
يُستخدم في تصنيع خزانات التخزين وعلب المشروبات وأوعية الضغط ومجموعة من المسبوكات.