כיצד מעודן אלומיניום ואילו יסודות הוא מכיל?

אלומיניום (Al) הוא מתכת קלת משקל, לבנה כסופה, המדורגת כיסוד השלישי בשכיחותו בקרום כדור הארץ, אחרי חמצן וסיליקון. עם זאת, בשל הריאקטיביות הכימית הגבוהה שלו, הוא לעולם לא מופיע באופן טבעי בצורתו המתכתית הטהורה. במקום זאת, הוא נמצא בתרכובות, בעיקר בעפרות בוקסיט, תערובת של תחמוצות אלומיניום מיובשות, כולל גיבסיט (Al(OH)₃), בוהמיט (AlO(OH)) ודיאספור.

תהליך הזיקוק בשני שלבים

המסע מבוקסיט גולמי אלאלומיניום טוהר גבוה כרוךשני תהליכים תעשייתיים נפרדים.

שלב ראשון הוא תהליך באייר, שפותח בשנת 1888. בוקסיט כתוש מעורבב עם תמיסת נתרן הידרוקסיד חמה תחת לחץ, מה שממיס את המינרלים המכילים אלומיניום תוך השארת זיהומים כמו תחמוצות ברזל וסיליקה. תמיסת נתרן האלומינט המתקבלת מסוננת לאחר מכן כדי להסיר את שאריות הבוץ האדום, מועשרת בגבישי אלומיניום הידרוקסיד, ומעובדת בכ-1,100 מעלות צלזיוס כדי לייצר אלומינה לבנה טהורה, או תחמוצת אלומיניום (Al₂O₃). למעלה מ-90% מהאלומינה בעולם מיוצרת כיום בשיטה זו.

שלב שני הוא תהליך Hall Héroult. לאלומינה נקודת התכה מעל 2,000 מעלות צלזיוס, מה שהופך את האלקטרוליזה הישירה ללא מעשית. הפתרון טמון בהמסת Al₂O₃ בקריוליט מותך (Na₃AlF₆), מה שמוריד את טמפרטורת ההפעלה לכ-950~1,000 מעלות צלזיוס. לאחר מכן מועבר זרם חשמלי דרך התערובת. אלומיניום מותך מצטבר בתחתית (הקתודה), בעוד שחמצן מתחבר עם אנודות הפחמן ליצירת CO₂. שיטה אלקטרוליטית זו נותרה התהליך התעשייתי היחיד לייצור אלומיניום ראשוני, המניב מתכת בטוהר של 99.5~99.8%.

אילו יסודות מכיל אלומיניום?

אלומיניום טהור עצמו מורכב אך ורק מהיסוד Al, עם מספר אטומי של 13 ומשקל אטומי של כ-26.98 גרם/מול. אלומיניום טהור מסחרי (98.8–99.7% Al) מכיל עקבות קלות של ברזל וסיליקון כזיהומים טבעיים. עם זאת, רוביישומים מסתמכים על סגסוגות אלומיניום, כאשר אלמנטים ספציפיים מתווספים במכוון כדי להתאים אישית תכונות מכניות.

עבור יישומים מבניים, סדרת 6000 (למשל, 6061) משתמשת במגנזיום וסיליקון כיסודות הסגסוגת העיקריים שלה, בדרך כלל 0.8~1.2% מגנזיום ו-0.400~0.8% סיליקון. סגסוגת זו מציעה איזון מצוין של חוזק בינוני, יכולת ריתוך טובה ויכולת עיבוד מעולה.

עבור דרישות חוזק גבוהות, סדרת 7000 (למשל, 7075) משלבת אבץ ונחושת כסגסוגות העיקריות, עם כ-5.16~0.1% אבץ ו-1.2~2.0% נחושת. עמידות T6 של 7075 מספקת חוזק מתיחה כמעט כפול מזה של 6061-T6, מה שהופך אותו לחומר המועדף עבור תעופה וחלל ורכיבים מבניים בעלי ביצועים גבוהים.

כמויות זעירות של כרום, מנגן וטיטניום נמצאות בדרך כלל גם בסגסוגות מסחריות, שלכל אחת מהן תפקיד בעידון גרגירים ובעמידות בפני קורוזיה. הבנת ההרכב האלמנטרי המדויק של כל סגסוגת חיונית לבחירת החומר המתאים לדרישות עיבוד שבבי או ייצור ספציפיות.