دانلود مقاله شرکت سهامی آلومینیم ایران ( ایرالکو ) ‌

بخشی از مقاله

شركت سهامي آلومينيم ايران ( ايرالكو )‌

ايرالكو به عنوان اولين توليد كننده شمشهاي آلومينيم در ايران ، در زميني به مساحت 232 هكتار در كيلومتر 5 جاده اراك – تهران واقع گرديده است . موضوع تأ‌سيس كارخانه ايرالكو در سال 1346 به تصويب هيأت دولت رسيد . اقدامات مربوط به نصب تأسيسات و ساختمان از سال 1348 آغاز گرديد و در سال 1351 با دو خط توليد و ظرفيت 45000 تن در سال مورد بهره برداري قرار گرفت .

پس از پيروزي انقلاب اسلامي و افزودن سه خط ديگر به پروسه توليد ، ظرفيت توليدي كارخانه به 120000 تن در سال رسيد كه شامل انواع شمشها به صورت تي بار ، هزار پوندي ، آلياژها ي ريخته گري ، بيلت ، اسلب ، شمشهاي … E . C مي باشد .
حدود 11 هزار كارخانه و كارگاه با بيش از 250 هزار نفر در صنايع وابسته به آلومينيم اشتغال دارند.
كنترل آلودگي و فضاي سبز

ايرالكو به عنوان يك واحد توليدي كه نقش بسزايي در توليد فلز استرتژيك آلومينيم در كشور دارد ، همواره در راستاي حفظ محيط زيست و كنترل آلاينده ها گامهاي بزرگي را برداشته است :
1- ايجاد 120 هكتار فضاي سبز و جنگل كاري .

2- افزايش كاشت چمن در نقاط مختلف شركت به مساحت 19 هزار متر مربع كه
بخشي از آن در قالب دو زمين چمن ورزشي فوتبال مي باشد .
3- تغيير سوخت گازوئيل به گاز جهت كنترل آلودگي كارگاه ريخت .

4- نصب سيستم dust collector در كارگاه آند سازي د ر سال 1369 كه با استانداردهاي روز اروپا برابري مي كند و از پراكنده شدن ذرات گردوغبار در اندازه هاي 3/ . ميكرون تا 4/ . ميليمتر در فضا جلوگيري شده و به چرخه توليد بازگشت مي يابد .
5- نصب سيستم كنترل آلودگي dry scrubber در سال 1374 در كارگاه پخت آند قديم ،ميزان انتشار تار يا قيد به 20 ميلي گرم در هر متر مكعب كاهش يافته است .

6- نصب سيستم كنترل آلودگي الكترواستاتيك (‌E.S. P )‌در سال 1375 در كارگاه پخت آند جديد ، ميزان انتشار قيد يا تار به كمتر از 50 ميلي گرم در هر متر مكعب كاهش يافته كه با استانداردهاي روز اروپا برابري مي كند .

كارگاه احياء
در اين كارگاه با استفاده از روش (( هال هرولت )) با عبور جريان الكتريسيته از محلول آلومينا (Al 2 O 3 )‌ در كريوليت (‌ Na 3 Al F6 ) مذاب و در دماي 970 – 950 درجه سانتي گراد آلومينيم مذاب توليد مي شود . از نظر تكنولوژي سيستم موجود از نوع پيش پخت prebaked مي باشد و نحوه قرار گرفتن ديگها پهلو به پهلو side by side است كه شامل 5 خط و 700 ديگ مي باشد . با توجه به تكنولوژي موجود ، مقدار مصرفي جريان برق به ازاي هر كيلو گرم فلز توليديK Wh / Kg – Al 5/17 – 17 مي باشد كه جريان مصرفي توسط دو خط فشار قويKv 230 متناوب وارد ركيت فاير ( يكسو كننده )‌شده و جريان ( A.C ‌)‌به ( D . C ) تبديل مي

گردد . با توجه به نحوه قرار گرفتن ديگها به صورت سري ، آمپر عبوري در كليه ديگها ثابت و ولتاژ مصرفي ديگ نيز بر حسب مقاومت متفاوت است . در اين كارگاه به ازاي هر كيلو گرم فلز توليدي نياز به 2 كيلو گرم آلومينامي باشد . الكتروليت در پروسه توليد آلومينيم كريوليت ( Na 3 Al F 6 ) مي باشد كه علاوه بر نقش كمك ذوب براي آلومينا ، دماي ذوب آن را تا 960 درجه سانتي گراد پايين مي آورد و به عنوان هادي جريان تبادلات الكتريكي و تجزيه آلومينا را به عهده دارد .

كارگاه ريخت
اين كارگاه با استفاده از انواع كوره هاي نگهدارنده ، ذوب مجدد ، كوره هاي يكنواخت كننده دستگاههاي D.C تبديل مستقيم عمودي و افقي و پيك ماشين اتوماتيك و دستي نقش بسزايي در توليد انواع آلياژهاي ريختگي و كاپذير آلومينيم در استانداردهاي مختلف AA ، Lm 2 ، Lm 21 ،Lm 24 , , GB , ISO ، DIN و … راداراست .

فلز مذاب محصول كارگاه احياء توسط پاتيل هاي محل مذاب به كارگاه ريخت ( شمش ريزي ) انتقال مي يابد ، تا پس از توزين ، نمونه هايي از آن به منظور تعيين آناليز شيميائي به آزمايشگاه ارسال گردد . عمليات كيفي مذاب و آلياژسازي بنا به سفارش مشتريان با افزايش هاردندهاي ( Hardeners )‌مورد نياز و ساير افزودنيها به مذاب انجام مي پذيرد . در پايان پس از برش ، بسته بندي و حك كه شناسائي و رديابي بر روي آنها تحويل انبار محصول مي شود ظرفيت اسمي اين كارگاه 120000 تن انواع آلياژ ريختگي و كاپذير مي باشد .

كربن پلنت
در اين كارگاه آندهاي مورد نياز سلولهاي احياء توليد شده و مواد مخصوص ميكس (‌MIX )‌ جهت آستر كاري ديگهاي احياء تهيه مي گردد.
اين كارگاه به دو بخش ساخت و پخت آند تقسيم مي شود :
كارگاه ساخت آند ( Green Mill )‌
مواد اوليه ( كك ، قير H . S . P )‌جهت ساخت آند خام ( Green Mill ) بعد از كنترل ميزان ، اندازه گيري ، دانه بندي و تعيين درصد اختلاط و اتمام زمان هر ميكسر (‌Mixer ) خميره آماده و جهت پرس شدن و تبديل به بلوكهاي مكعبي شكل توسط نقاله مربوط به دستگاههاي پرس ارسال مي گردد . ميانگين تقريبي زمان اختلاط در مخلوط كننده ها 80 – 55 دقيقه و درجه حرارت مبنا بين 230 – 220 درجه سانتي گراد مي باشد .
كارگاه پخت آند

اين كارگاه شامل دو بخش پخت قديم ( روباز )‌و پخت جديد ( روبسته )‌مي باشد . عمليات پخت آند در يك دوره چند روزه صورت مي گيرد . اين عمليات شامل مراحل بارگيري ، پيش گرم ، پيش پخت ، پخت ، سود كردن و تخليه مي باشد .
كارگاه پخت آند قديم

60 سكشن در اين كارگاه وجود دارد كه هر كدام 5 ( pit )‌ مي باشد آندها در 6 رديف 12 تايي در هر ( pit )‌چيده مي شوند . اندازه گيري درجه حرارت (‌ pit )‌يا كوره توسط حرارت سنج انجام مي گيرد .
كارگاه پخت جديد

اين كارگاه شامل 46 سكشن كه هر سكشن داراي 5 (‌pit )‌و ظرفيت 140 تا 145 بلوك مي باشد.
توزيع برق
توليد آلومينيم تنها به روش تجزيه الكتريكي و با مصرف بالاي انرژي همراه مي باشد حتي در كشورهايي كه داراي تكنولوژي پيشرفته هستند نيز توليد آلومينيم نسبت به توليد ساير فلزات از مصرف انرژي بالائي برخوردار مي باشد .
پست 230 كيلو وات ايرالكو

مصرف انرژي كارخانه توليد آلومينيم ايران ( ايرالكو )‌270 مگا وات ساعت است كه برابر مصرف بخش عمده اي از انرژي مصرفي در استان مركزي مي باشد و به اين علت تأسيسات گسترده و پيشرفته اي براي تبديل ولتاژ خطوط انتقال انرژي 230 كيلو وات به انرژي مورد مصرف كارخانه نصب گرديده كه به طور كلي شامل سه بخش ( بي )‌ورودي و پنج بخش (‌بي ) خروجي ، تبديل ولتاژ 230 كيلو ولت با قدرت 625 مگا ولت آمپر را به عهده دارد .
يكسو كننده ( ركيتفاير )‌

اين قسمت داراي 20 گروه تجهيزات تبديل ولتاژ 20 كيلو ولت به ولتاژ 800 ولت مي باشد كه از به هم پيوستن هر چهار گروه در مجموع پنج خط توليد جريان مستقيم به قدرت حدود 100 كيلوآمپر و 800 ولت P . C به وجود مي آورند كه مورد استفاده سالنهاي احياء قرار مي گيرد .
كنترل مرغوبيت
واحدهاي كنترل مرغوبيت شامل بخشهاي ذيل مي باشد :
1- كنترل كيفيت ريخت .
2- كنترل كيفيت احياء‌.
3- كنترل كيفيت توزين .
4- كنترل كيفيت توزين .

1- واحد كنترل كيفيت كارگاه ريخت :
اين واحد ضمن مسئوليت كنترل ، نظارت و صحت اعمال كيفي انجام شده در كارگاه ريخت و جداسازي محصولات توليد شده نامنطبق ، نظارت دقيق مراحل توليد از قبيل مواد شارژ ، تقدم ، تأخر ، مقدار افزودنيها و كنترل دقيق آناليز مطابق با استانداردهاي معين و آناليز در خواستي مشتري را به عهده دارد .
2- كنترل كيفيت كارگاه احياء :

كنترل مواد مصرفي كارگاه احياء به ويژه آلومينا ، كريوليت و آلومينيم فلورايد و … از مراحل خريد و مصرف را به عهده دارد . كنترل فرآيند توليد كارگاه شامل وضعيت ديگها ، انرژي مصرفي ،‌اندازه گيري افت ولت آند ، كاتد و اتصالات و … را به عهده دارد .
3- كنترل كيفيت توزين :
اين واحد وظيفه توزين كليه مواد ورودي ( مواد اوليه و … )‌و مواد خروجي (‌محصولات و … )‌و بعضي مواد در گردش داخلي را به عهده دارد .
4-كنترل كيفيت آند :‌

كنترل مواد اوليه شامل پتروليوم كك ، قير H.S.P آنتراسيت ، فاندري كك و قير L . S . P بر عهده اين بخش است . كنترل كيفيت فرآيند توليد به شرح ذيل مي باشد :
ايستگاه بعد از پرس .
ايستگاه پخت .
ايستگاه تميز كننده .
ميله گذاري .
آزمايشگاه مركزي

آزمايشگاه مركزي شامل 5 بخش اصلي مي باشد :
1- بخش كوانتومتري ( Quantomter )‌
اين بخش مجهز به دو دستگاه كوانتومتري بسيار پيشرفته و مدرن در سه پايه آلومينيم آهن و مس همراه با دستگاههاي تراش و نمونه سازي مي باشد . كليه آلياژهاي آلومينيمي آهني و مسي نمونه هاي در حال توليد ، ريخته گري و نمونه هاي خارج از كارخانه را به صورت دقيق آناليز مي كند .
2-3- بخشهاي شيمي و شيمي فيزيك :

اين دو بخش مجهز به وسايل و تجهيزات آزمايشگاهي مختلف از قبيل دستگاه جذب اتمي ، دستگاه آناليز كربن – سولفور ، دستگاه اندازه گيري ويسكوزيته ، اسپكتروفتومتر تجهيزات لازم جهت آناليز كك ، قير ، آند و غيره مي باشد . آناليز نمونه هاي قسمتهاي مختلف كارخانه و خارج از آن ، آزمايشهايي از قبيل رشيو ( ratio ) ، كلسيم فلورايد ، فري آلومينا ، نقطه نرمي قير ، تعيين ناخالصيهاي قير و كك و آناليز هاردنرها را انجام مي دهد .
4- بخش X – RAY :

اين بخش مجهز به دو دستگاه (‌X rd و Xr f )‌ مي باشد كه كليه نمونه هاي مواد اوليه مصرفي در شركت و در حال فرآيند را آناليز مي كند .
5 - بخش دانه بندي :
اين بخش جهت دانه بندي نمونه هاي مختلف ، مجهز به كراشرها ، ويبداتورها و الكلهايي با مشهاي مختلف مي باشد .

تاريخچه و خواص آلومينيم

مقدمه
تقريبا 5/7 درصد كل پوسته زمين از آلو مينيم تشكيل شده است كه پس از اكسيژن (2/49 درصد ) و سيلسيم (8/25 درصد )فراوانترين عنصر است و آهن پر مصرف و قديمي فقط 4/3 درصد پوسته زمين را تشكيل ميدهد .اين عنصر با وجود فراواني هيچ وقت بصورت آزاد در طبيعت يافت نمي شود و بلكه بيشتر در تركيب با ساير عناصر و بخصوص اكسيژن وجود دارد . در واقع تا اواسط قرن هيجدهم شيميدانها حتي به وجود آن نيز پي نبرده بودند . البته صدها سال از يكي ا

ز تركيبات آن بصورت سولفات آلومينيم و به اسم آلومALUM بعنوان عامل گرفتن رنگ استفاده ميشد . در سال 1746 يك شيميدان آلماني به اسم A. Marggraf موفق به تهيه اكسيد آلومينيم از آلوم شد كه وجود اين عنصر را ثابت نمود . اولين قدم براي توليد آلومينيم فلزي از اكسيد آن در سال 1760 برداشته شد و پس از آن توسط شيميدا نهاي مختلف از جمله شيميدان معروف فرانسوي لاوازيه Lavoisier دنبال گرديد . همه اين كوششها با شكست مواجه گرديد . در حدود سال 1800 ميلادي دانشمند انگليسي Sir Humphry Davy از مخلوطي از خاكستر (Pot –ash ) اكسيد آلومينيم (آلومينا ) كه هنوز شناخنه شده نبود .

و سيم آهني در يك بوته پلاتيني جرياني الكتريكي عبور داد . نتيجه عمل توليد تركيبي از آهن و يك فلز جديد بود . Davy اين فلز را آلومينيم Aluminum (يا شايد آلومينيم Aluminium ) كه از Alum مي آيد ناميد. (كلمه Alum از كلمه لاتين Alumen كه به معني ماده اي كه داراي مزه گس است مشتق شده است )
اين عمل ثابت نمود كه آلومينا حاوي يك فلز است سپس آزمايشهاي ديگر ادامه يافت.

افتخار توليد اولين قطعات آلومينيم خالص فلزي به شيميست دانماركي بنام H.C. Oerstaed تعلق دارد. البته او نتوانست براي بار دوم آزمايش خود را با موفقيت تكرار كند. همكار جوان اوF.Woler آزمايشاي او را دنبال كرده و توانست بقدر كافي آلومينيم خالص توليد نمايد تا سبكي وزن و قابليت چكش كاري آن را به نمايش بگذاريد.

در سال 1852 قيمت آلومينيم توليدي در آزمايشگاه در حدود هر كيلو 1200 دلار بود. اين فلز با اين قيمت زياد و قابل مقايسه با قيمت طلا توانست به عنوان وسائل و تزئينات روي ميز وارد كاخ امپراتور ناپلئون سوم شود . به پيشنهاد ناپلئون افراد زيادي از شيميدا نها ي فرانسوي به تحقيق در مورد توليد عملي اين فلز بر آمدند تا ازاين فلز سبك براي تجهيزات جنگي استفاده نمايند. H.S.C.Deville يكي از شيميدانهايي بود كه به اين كار پرداخت و دريافت كه ميتوان با استفاده از بوته پلاتيني مقدار زيادي آلومينيم توليد نمود بنابراين مخلوط آلومينا – آهن را مستقيما داخل كوره قرار داد و به اين ترتيب حرارت بيشتري در اختيار مخلوط گذاشت.

به اين طريق بود كه Deville توانست در سال 1859 قيمت توليد يك كيلو آلومينيم را به حدود 5/37 دلار برساند. حتي با اين مخارج نيز آلومينيم نمي توانست موفقيت اصلي خود را بيابد. تقريبا صد سال پس از اولين پيشنهاد ناپلئون بود كه استفاده عملي و اقتصادي از آلومينيم بواقعيت پيوست .

Deville در خلال تحقيقات خود اولين روش غير شيميائي توليد آلومينيم را بدست آورد. اين روش (كه بطور همزمان بوسيله يك دانشمند آلماني به نام B.B.Fame انجام گرفته بود. )از احياء كلرور آلومينيم در يك حمام مذاب كلرور سديم تشكيل مي شد . با عبور يك جريان برق از اين مذاب آلومينيم فلزي آزاد مي شد.

بهر حال يك كشف ديگر نيز مورد نياز بود تا اين فلز به مقادير زياد قابل تهيه مي شد. روش Deville نياز به تبديل گران قيمت آلومينا به كلرور آلومينيم قبل از عمل الكتروليبز داشت . در سال 1886 در يك رشته عمليات تحقيقاتي دو دانشمند جوان به طور همزمان ولي مستقل از هم توانستند اين مرحله گران قيمت تبديل را حذف نمايند. اين دو دانشمند هر دو متولد 1863 (اولي در تاريخ 6 دسامبر و دومي در تاريخ 10 آوريل )

C.M.Hall در امريكا و P.L.Heroult در فرانسه بودند . هر دو در يك زمان (تقريبا اواخر فوريه 1886 )دريافتند كه به جاي كلرور آلومينيم مي توان خود آلومينا را در كريوليت مذاب كه يك كاني طبيعي فلوئور سديم – آلومينيم است حل نمود. (وقتي كه يك جريان مستقيم از مخلوط مذاب آلومينا كريوليت در يك بوته كربني عبور داده شود آلومينا به آلومينيم فلزي و اكسيژن تجزيه مي گردد . آلومينيم در ته بوته رسوب كرده در حاليكه اكسيژن با كربن تركيب شده و تشكيل منو اكسيد كربن و دي اكسيد كربن ميدهد. )

جالبترين مطلب در مورد اين دو دانشمندآن بود كه گر چه هر يك مستقل و بلافاصله هزارها كيلو متر دور از هم در كشور خود به تحقيق مشغول بودند ولي به فاصله دو ماه تقاضاي ثبت كار خود را از كشورهاي خود نمودند. تاريخ تقاضاي Heroult در 23 آوريل 1886 و از Hall در 9 ژوئيه همان سال بود . البته اين كشف ابتدا به اسم Hall ثبت گرديد . ظاهرا او قبل از Heroult موفق به اثبات فرآيند احياء و توليد آلومينيم گرديد و Heroult بيشتر به يافتن روشي براي توليد آلياژهاي آلومينيم تمايل نشان ميداد . موضوع ديگر آنكه تاريخ فوت دو دانشمند كه هر دو در سال 1914 Hall در تاريخ 27 دسامبر و Heroult در تاريخ 9 مه اتفاق افتاد نيز طول عمري مساوي را براي آنها بر جاي گذاشت.

مهمترين عمل تكميلي بر روي فرآيند Hall – Heroult در حدود دو سال بعد از معرفي آن بود.
شيميست آلماني K.Bayer روش جديدي براي تهيه آلومينا از سنگ معدن بوكسيت كم سيليس بوجود آورد كه در سال 1888 به اسم او ثبت گرديد و با اين فرآيند پايه صنعت آلومينيم ريخته شد.

فرايند Bayer در فصل مربوطه به تفصيل توضيح داده خواهد شد ولي بايد ذكر گردد كه Hall و Heroult و
Bayer مسئول توليدعملي آلومينيم تجارتي محسوب مي گردند. در طول مدت فقط 40 سال يعني تا سال 1900 قيمت يك كيلو آلومينيم خالص توليدي از 1200 دلار به حدود 1 دلار رسيد و سپس بتدريج از اين مقدار نيز كمتر شده و تا سال 1973 با فقط يك استثناء ( در خلال جنگ جهاني اول ) اين قيمت به تا 63/.دلار رسيد. (مقايسه قيمت جهاني )

با توجه به مطالب فوق مي توان گفت كه آلومينيم و آلياژهاي آن داراي قدمت نسبتا كوتاهي بعنوان يك ماده صنعتي مي باشند. با اينحال بعلت انواع خواص مورد نياز صنعت مدرن كه در آلومينيم يافت مي شود مصرف و توليد آن هر سال در حال افزايش است و آينده وسيع و پيشرفته اي براي آن پيش بيني مي گردد.

تا قبل از جنگ جهاني دوم آلومينيم بيشتر به عنوان وسائل و ظروف آشپز خانه معرفي شده و مصرف آن در كابلهاي انتقال الكتريسيته با ولتاژ زياد نيز توسع يافته بود ولي در خلال جنگ نياز به طرحهاي جديد هواپيما و آلياژهاي پر استحكام توسعه و مصارف جديد آلومينيم را سرعت بخشيد. پس از جنگ نيز مصارف شهري – صنعتي آلومينيم گسترده گشت و امروزه اين فلز به عنوان يك ماده اوليه مهم محسوب شده و در بازار جهان مانند فولاد و در واقع پس از فولاد مهمترين و پر مصرفترين ماده مصرفي مي باشد.

خواص جادوئي آلومينيم
خواص جادوئي و عالي آلومينيم در اين نكته نهفته است كه اغلب خواص مورد استفاده آن از ساير فلزات پيشي مي گيرد. يكي از دلائل آن اين است كه محصول اين صنعت نه فقط آلومينيم بلكه آلومينيم ها يعني گروه كامل آنهاست. در حال حاضر تعداد بيش از دويست آلياژ تجارتي علاوه بر تعدادي به عنوان آلياژهاي آزمايشي موجود مي باشد. هر يك از اين آلياژها به منظور خاصي طراحي شده و هر كدام داراي خواص مشخصه خود ميباشد ولي كليه آنها داراي يك رشته

خواص مشترك مي باشند مثلا سبكي وزن در كليه آنها ديده مي شود . ساير خواص مثل نسبت استحكام به وزن بالا در بعضي آلياژهاي خاص ديده مي شود. در اين فصل خواص آلومينيم دمورد برسي قرار خواد گرفت و نشان داده خواهد شد كه چگونه اين فلز در بين مواد صنعتي جاي خاصي را اشغال نموده است.

آلومينيم داراي تعداد زيادي خواص مهم است كه باعث مورد توجه قرار گرفتن آن توسط سازندگان و مصرف كنندگان آن گرديده است . در واقع مي توان گفت كه هيچ فلز يا خانوادهاي از فلزات يك چنين تركيبي از خواص مورد نظر را چون آلومينيم ندارند.برخي از آلياژهاي آلومينيم از نظر كيفيت هاي مختلف ز تمام فلزات پيشي گرفته اند . سعي خواهد شد هر يك از خواص مهم آلومينيم به تفصيل شرح داده شود.

1- وزن مخصوص كم
يك متر مكعب آلومينيم خالص 8/2827 كيلو گرم وزن دارد و يك متر مكعب از سنگينترين آلياژهاي آلومينيم (يعني آلياژهاي حاوي مس و روي ) داراي وزني در حدود 2953 كيلو گرم است. حتي اين سنگينترين آلباژهاي آلومينيم نيز حداقل 1678 كيلو گرم در هر متر مكعب سبكتر از وزن هم حجم ساير فلزات ساختماني (بجز منيزيم )است.

1- حمل و نقل ارزانتر : چه در مورد حمل و نقل كالاهاي آلومينيمي و چه در مورد وسيله نقليه ساخته شده از آلومينيم .
2- ظرفيت بيشتر : امكان صرفه جوئي در وزن ساختمانهاي آبومينيمي به خوبي در پايه ها و تاسيسات حفاري چاههاي نفت ديده مي شود. لوله هاي حفاري كه شافت مته حفاري نيز محسوب مي گردد امروزه از آلومينيم ساخته مي شود . وزن كم اين لوله ها خود مي تواند ظرفيت دكل حفاري كه بايد تمام وزن سيم مته را تحمل نمايد دو برابر كند.

3- صرفه جوئي در كار : به علت سبكي كه به معني نصب سريعتر و اقتصادي تر ساختمانها تعداد كمتر كارگر مورد نياز و خستگي كمتر استفاده از وسائل آلومينيمي خانگي است .

4- ممان اينرسي كمتر : در نتيجه دانسيته كمتر آلومينيم ممان اينرسي قطعات آلومينيمي كمتر مي گردد . اين كلمه نام علمي براي تمايل يك قطعه براي متوقف و يا در حالت يكنواخت ماندن مگر اينكه يك نيروي خارجي اعمال گردد مي باشد. هر چه قطعه سنگينتر باشد ممان اينرسي آن بيشتر و كار بيشتري براي حركت دادن و يا متوقف كردن آن مورد نياز است . ماشينكارهاي سريع مدرن امروزي نياز به موادي با ممان اينرسي كم دارد طوري كه به توان به سرعت و با بازدهي خوب دستگاه را بكار انداخت و يا از كارباز داشت. اين مطلب مخصوصا براي دستگاهاي بسته بندي و ماشينهاي چاپ با قطعات داراي حركت متناوب صادق است .

5- تعداد قطعات بيشتر به ازاي هر كيلو وزن : وزن كمتر به معني تعداد قطعات بيشتر به ازاي هر كيلو وزن است . ميخ و پيچ و مهره و واشر آلومينيمي را مي توان به ازاي واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادي ساخت.
2- مقاومت زياد در مقابل خوردگي

يكي ديگراز خواص مشخصه آلياژها آلومينيم مقاومت در مقابل خوردگي است .
آلومينيم خالص وقتي كه در هوا قرار گيرد بلافاصله با يك لايه چسبيده اكسيد آلومينيمي پوشيده مي شود اين لايه پوششي مانع خوردگي مي گردد . اگر در اثر سا ئيدگي اين لايه كنده شود بلافاصله دوباره تشكيل مي گردد . ضخامت اين لايه نازك طبيعي در حدود 025/0 ميكرون ( يك ميكرون = يك هزارم ميلي متر )است با اين وجود بقدري محكم است كه مانع مؤثري در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب مي گردد. (شكل 1-1 )

استن

بنزن
برم
دي سولفور كربن فلز آلومينيم
تتراكلروكربن
بنزين
لايه اكسيد لبنيات آلومينيم
روغنهاي خوراكي
كلرورآمونيم نمكهاي سرب نمكهاي جيوه
شكل 1-1 مقاومت آلومينيم در مقابل انواع مواد

آلومينيم زنگ نمي زند : آلومينيم نمي تواند زنگ بزند . بنا به تعريف واژه زنگ زدن فقط براي آهن و آلياژهاي آن بكار ميرود. ساير فلزات خورده مي شوند و البته كليه مواد در شرايط مناسب خورده مي گردند . در هر حال آلومينيم مقاوم خوردگي است. اين فلز در مقابل بسياري از مواد شيميائي صنعتي و مواد شيميائي موجود در اتمسفر مقاوم است . البته برخي از آلياژهاي خاص آلومينيم نسبت به ديگران مقاومتراست . براي مثال گروه آلياژهاي Al -Mg مخصوصا در مقابل هوا و آب دريا مقاوم است . از طرف ديگر آلياژهاي آلومينيم حاوي مس يا روي از نظر مقاومت خوردگي ضعيف تر و از نظر استحكام مكانيكي قويتر مي باشند.

از نقطه نظر تكنيكي آلومينيم Amphoteric يعني داراي خواص متضاد است . اين بدان معني كه آلومينيم ممكن است بوسيله محلولهاي قوي اسيدي يا قليائي مورد حمله قرار گيرد . در هر حال دو دشمن اصلي آلومينيم فلزات سرب و جيوه مي باشند. نمكهاي اين عناصر مثلا استات سرب يا كلرور جيوه به شدت بر روي آلومينيم تاثير بد مي گذارد . برخي از مواد شيميائي خاص نيز باعث خورده شدن آلومينيم مي گردد كه دو نمونه آن كلرور آمونيم و هيدرواكسيد باريم است و مقاومت به خوردگي آلومينيم مصارف متعددي را براي آن حاصل نموده است كه مهمترين مورد آن در صنايع غذائي و شيميائي است. صدها ماده شيميائي

مختلف را مي توان به سهولت و بدون خطر در دستگاهها و تجهيزات آلومينيمي مورد استفاده قرار داد . اين مطلب به خوبي در مورد توليد مواد خوراكي نيز صادق است . موادي چون كره و ساير لبنيات روغن محلولهاي شكر دار و آب مقطر تاثيري بر روي آلومينيم در درجات حرارت عمل ندارند . ماياتي چون آب سيب آب ليمو و غيره تا 38 درجه سانتيگراد هيچ اثري بر روي آلومينيم نمي گذارند.
برخي از مواد شيميائي ديگر از جمله استن خالص بنزن گاز برم گازهاي نفتي چون بوتان و پروپان دي سولفور كربن و تترا كلرور كربن بنزين و نفت خام نيز هيچگونه اثري بر روي آلومينيم ندارند .

البته در اين كتاب امكان مشخص كردن كليه شرايطي كه آلومينيم در آن شرايط تحت تاثير مواد خورنده قرار مي گيرد وجود ندارد . بنابراين دانستن تاثير اين شرايط قبل از توصيه يك آلياژ خاص براي يك مورد مصرف غير عادي الزامي است .
اگر مقاومت طبيعي آلومينيم براي بعضي از محيطها كافي نباشد در آنصورت روشهائي وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزايش داد و برخي از اين روشها عبارتند از پوشش دادن با آلومينيم Alcladding آندايزه كردن (آبكاري ) Andoizing پوشش سخت دادن Hard Coating و محافظت كاتدي Cathodic protection . در زير هر يك از اين روشها بطور مختصر شرح داده مي شود .

پوشش آلومينيمي دادن Alcladding : بطور كلي آلياژهاي آلومينيم با استحكام زياد از نظر خوردگي كم مقاومت ترين آنها محسوب مي گردند. اين مطلب بخصوص در مورد آلياژهاي حاوي در صدهاي زياد مس يا روي صادق است . از طرف ديگر مقاومت به خوردگي آلومينيم بسيار زياد است . پوشش آلومينيمي دادن يكي از روشهاي افزايش مقاومت خوردگي به يك آلياژ با استحكام زياد است . در اين فرآيند يك لايه آلومينيم خالص به سطح آلياژ مورد نظر متصل شده و در نتيجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل مي شود . اين روش مخصوصا در محصولات ورقه اي مناسب است .

آندايز كردن (آبكاري ) Anodizing : در اين روش از مقاومت زياد در مقابل خوردگي لايه پوششي كه بلافاصله بر روي سطح آلومينيم تازه بريده شده تشكيل مي گردد استفاده مي شود . همانگونه كه قبلا ذكر گرديد اين لايه عامل مقاومت به خوردگي طبيعي اين فلز است . آندايزه كردن در واقع يك نوع ضخيم كردن لايه اكسيدي به ضخامت تا چندين هزار برابر ضخامت لايه اكسيد طبيعي است . نتيجه عمل لايه اي است سخت با ضخامت حدود 5/25 ميكرون بر تمام سطح

آلومينيم كه علاوه بر مقاومت به خوردگي در مقابل سايش نيز استحكام كافي دارد . آندايزه كردن يك روش الكتريكي است كه انواع مختلف آن اساسا از نظر محلولي كه فلز در آن مورد عمل قرار مي گيرد و ضخامت لايه اكسيدي حاصل فرق مي نمايد از اين طريق پوشش دادن علاوه بر حفاظت سطحي گاهي به منظور تز ئيني نيز استفاده مي گردد. اگر فلز آندايز شده را با انواع رنگهاي مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقريبا به صورت قسمتي از اكسيد سطحي بدست مي آيد .

پوشش سخت دادن Hard Coating : يكي از فرآيندهاي آندايز كردن است كه به تدريج اهميت پيدا مي كند و آنرا آندايز كردن سخت يا پوشش سخت دادن مي نامند . اين فر آيند گر چه در اساس مشابه آندايز كردن معمولي است ولي از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد.

در پوشش سخت محلول مورد استفاده اسيد سولفوريك و درجه حرارت عمل پائين تر است . فرآيند به قدري ادامه مي يابد كه لايه اكسيدي به ضخامتي تا حدود 5 برابر ضخامت آندايز كردن معمولي برسد . لايه حاصل ممكن است به ضخامتي تا حدود 127 ميكرون برسد كه پوسته اي بسيار سخت است – موارد استفاده يك چنين پوشش سخت و مقاوم سائيدگي بسيار وسيع است . عمر مفيد قطعاتي چون چرخ دنده ها و پيستون هواپيما – لوله تفنگ = چرخ دنده هاي كامپوتر – لبه هاي پره هاي هلي كوپتر و افشانكهاي پيستوله هاي پاشش فلزات به اين طريق افزايش داد.

حفاظت كاتدي Cathodic Protection : برخي از موارد مصرف دريائي آلومينيم نياز به يك نوع حفاظت متفاوت با حفاظتهاي فوق الذكر دارد . در اينگونه موارد فلز در آب دريا غوطه ور مي گردد . مانند بدنه پائين كشتي ها كه به مقاومت خوردگي بيشتري نيازمند هستند . اين روش حفاظت در مقابل خوردگي در لوله هاي آلومينيمي زير زميني مخصوصا وقتي كه فلزات ديگري نيز در خاك وجود داشته باشد مورد استفاده قرار مي گيرد.

حفاظت كاتدي يك نوع كنترل خوردگي است كه در آن يك ميله يا صفحه آلومينيمي (آند ) براي حفظ و جلوگيري از بين رفتن ساختمان آلومينيمي مورد نظر (كاتد ) خود از بين مي رود . ميله يا صفحه از بين رونده از طريق يك مقاومت الكتريكي به ساختمان مورد حفاظت متصل مي گردد. از اين طريق عمل الكترو شيميائي يك ولتاژ مستقيم جريان توليد مي گردد كه به جاي خوردگي ساختمان مورد نظر باعث خورده شدن آند مي شود . پس از تمام شدن قطعات آند قطعات جديدي جايگزين مي گردد و اين عمل معمولا هر دو تا ده يال بر حسب شدت خوردگي انجام مي گيرد.
3- نسبت استحكام به وزن زياد
مخصوص كم و مقاومت به خوردگي زياد از جمله خواص مهم شناخته شده آلومينيم است . فاكتوري كه واقعا مهم است ولي معمولا مورد توجه قرار نمي گيرد نسبت استحكام به وزن زياد آلومينيم است . ( مقطع دو تير H شكل را كه يكي از فولاد و ديگري از آلومينيم ساخته شده است درنظر بگيريد . تير فولادي داراي عرض 101 ميلي متر (14 اينچ ) و عمق 105 ميلي متر (125/4 اينچ )و ابعاد تير ديگر به ترتيب 127 و 153 ميلي متر (5و6 اينچ ) . اين دو تير داراي صلبيت و

استحكام معادل هستند با اين وجود وزن تير آلومينيمي كمتر از نصف وزن تير فولادي (به ازاي هر واحد طول )است و نسبت استحكام به وزن در خمش اين تير آلومينيمي در حدود دو برابر تير فولادي است . مثال ديگر ورقهاي فلزي است . يك ورق فولادي به ضخامت 9/8 ميلي متر و وزن حدود 17/7 گرم بر سانتي متر مربع را مي توان با يك ورق آلومينيمي به ضخامت 5/12 ميلي متر تعويض نمود طوري كه تحت همان بار به همان مقدار فولاد خم شود و با اين حال وزن آن فقط 5/3 گرم بر سانتي متر مربع باشد . در اين حال نيز آلومينيم داراي نبت استحكام به وزني حدود دو برابر فولاد است . البته عوامل مكانيكي ديگري نيز وجود دارد كه در طراحي هاي قطعات آلومينيمي مورد توجه قرار مي گيرد كه به تدريج در مباحث بعدي به آنها پرداخته خواهد شد .
4- هدايت الكتريكي زياد

استاندارد هدايت الكتريكي بر اساس هدايت سيمي از مس آنيل شده تعيين مي گردد.
استاندارد مس آنيل شده بين المللي (IACS ) بنابر قرارداد هدايت الكتريكي 100 مي باشد ساير مواد هادي نسبت به اين عدد سنجيده مي شوند .
البته مس در بين مواد هادي داراي بالاترين هدايت الكتريكي نيست . نقره بالاترين هدايت الكتريكي را دارا بوده طلا در مرتبه سوم قرار دارد و آلومينيم بعد از طلا مرتبه چهارم را حائز شده است . در واقع فقط دو فلز مس و آلومينيم هستند كه در ساختن سيمهاي هادي الكتريسيته مورد توجه قرار مي گيرند . آلومينيم پر عيار داراي هدايت الكتريكي معادل 6/64 درصد ( بر اساس واحد حجم ) IACS است . اين مقدار در آلياژ آلومينيم كه براي مصارف الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرد يعني آلياژ EC به كمي پائين تر از 62 درصد در حالت آنيل شده و 61 درصد در حالت كمي سخت تر افت مي كند . از نقطه نظر علمي اين به چه معني است ؟
ابتدا چنين به نظر مي رسد كه مس براي هاديهاي الكتريكي بر آلومينيم ترجيح داده مي شود.اين مقايسه بر اساس مبناي حجمي است ولي بايد در نظر داشت كه فلزات را بر اساس وزن به فروش مي رسانند . اكنون اگر قيمت واحد وزن را در نظر بگيريم كداميك از فلزات مس و آلو مينيم ترجيح داده خواهد شد. ؟
آلومينيم داراي وزني كمتر از يك سوم وزن مس است (در واحد حجم ) بنابراين براي هاديهايي با وزن معادل هدايت الكتريكي آلياژ EC بيش از دو برابر هدايت الكتريكي مس آنيل شده استاندارد است . بر عكس براي هدايت الكتريكي معادل هادي آلومينيمي از نظر وزن نصف وزن هادي مسي را داشته و بنابراين از نظر اقتصادي به صرفه تر است .

براي مثال دكلهاي حمال كابلهاي فشار قوي را وقتي كه كابلها از آلومينيم ساخته شده باشد مي توان از قطعات ساختماني سبكتر ساخت يا مي توان در فواصل دورتر از هم نصب نمود زيرا اين فواصل بستگي به وزن كابل دارد . در ضمن به علت سبكتر بودن كابل مخارج نصب نيز كمتر است .
اگر استحكامي بيشتر از استحكام كابل آلومينيمي مورد نياز باشد معمولا از يك كابل آلومينيمي تركيبي با مغزي فولادي استفاده مي شود . اين كابل كه كابل آلومينيمي تقويت شده با فولاد(ACSR ) ناميده مي شود داراي استحكام فولاد پوشش شده با روي و هدايت زياد آلومينيم مي باشد . اين نوع كابلها به اشكا مختلف استاندارد يافت مي شود . بديهي است در محاسبات فوق فقط به مسئله قيمت و نصب توجه شده است و راندمان الكتريكي تلفات آن و احتمال گرم شدن سيم مورد مقايسه قرار نگرفته است .

5-هدايت حرارتي زياد
هدايت حرارتي چهار فلز از هادي ترين فلزات به همان ترتيب هدايت الكتريكي آنها كاهش مي يابد نقره داراي بالاترين هدايت حرارتي مي باشد كه سپس مس و طلا و در آخر آلومينيم قرار مي گيرد. در اينجا نيز فقط دو فلز مس و آلومينيم داراي اهميت تجارتي هستند .
ساخت ظروف آشپزخانه آلومينيمي مهمترين مورد استفاده هدايت حرارتي بالا است . در اين ظروف لازم است كه حرارت تا حد امكان سريع و يكنواخت از پائين به بالا و كناره هاي ظروف هدايت گردد

مناطق داغ موضعي مي تواند باعث سوختن و چسبيدن غذا شود . همچنين هدايت حرارتي كه باعث كاهش بازده حرارتي مي گردد . وقتي كه هدايت سريع حرارتي در يك فلز مورد نظر باشد آلومينيم اهميت دارد . پوسته رادياتور اتومبيل مثال خوبي است . در اين مورد پوسته فلزي سريعا حرارت را از مايع سرد كننده در حال گردش (آب در بيشتر موارد ) جذب كرده و در نتيجه مايع سرد شده به سرعت به موتور بر ميگردد . مبدلهاي حرارتي ديگر نيز وقتي كه از آلومينيم ساخته شود بازدهي بيشتري دارد . حرارت از قسمتهاي داخلي سيلندرهاي هواي فشرده (كمپرسور )به سرعت به وسيله ديواره ها جذب شده و به شدت به پره هاي خارجي منتقل مي گردد كه سپس به طريق تشعشعي به هواي مجاور منعكس مي گردد .

در صنايع توليدي اغلب تبادل حرارتي بين مايع و مايع انجام مي گيرد تا بين مايع و هوا فقط وقتي مي توان عمر مفيد را افزايش داد كه سيلان كامل مايع ادامه يابد . لوله آلومينيمي علاوه بر تبادل حرارتي سريع داراي سطوح داخلي صاف بوده كه پوسته نيز بر روي آن تشكيل نمي شود يعني از ابتدا مي توان از لوله هاي با قطر كوچكتر استفاده نمود زيرا در نظر گرفتن اضافه قطر براي تشكيل پوسته در حين كار در مورد لوله هاي آلومينيمي لزومي ندارد .

گرچه نرخ ضريب انتقال حرارت آلومينيم نسبتا زياد است ولي برخي از آلياژهاي آن داراي نرخ انتقال حرارتي بيشتري نسبت به ديگران مي باشند . نرخ انتقال حرارتي فلز آلياژ نشده 50/0 است . اين نرخبراي انواع آلياژهاي مختلف از 50/0 تا 26/0 متغير است و ممكن است به حالت و سختي آلياژ در يك آلياژ خاص نيز تغيير نمايد .

6- قابليت انعكاس
قابليت انعكاس نوراز سطح يك فلز بيشتر به شرائط سطحي بستگي دارد تا به خود فلز . البته به طور كلي اين مطلب درست است گرچه سطح برخي از فلزات را مي توان بهتر از ساير فلزات صيقل داد . آلياژهاي سخت تر آلومينيم را مي توان با درجه بالائي پرداخت نمود طوري كه تا 90 درصد نور تابشي را منعكس نمايد. البته انعكاس نور از يك چنين سطح پرداخت شده اي را انعكاس آئينه اي مي نامند كه نوع انعكاسي است كه در آئينه هاي معمولي يا آئينه يك تلسكوپ نجومي مي توان ديد. از طرف ديگر انعكاس از يك سطح مات يعني سطحي خراش خورده بوسيله مواد ساينده انعكاس پراكنده ناميده مي شود . عموما در يك

انعكاس پراكنده هيچگونه تصوير انعكاسي ديده نمي شود آلومينيم برس زده شده اين نوع انعكاس را توليد مي نمايد و بنابراين اين قطعات داراي سطح براقي نيستند . از اين نوع سطوح در معماري استفاده مي شود در واقع اغلب سطوح آلومينيمي مخلوطي از انعكاس پراكنده و انعكاس آئينه اي را توليد مي نمايند .
بر خلاف انعكاس نور انعكاس حرارت در فلزات يك خاصيت ذاتي فلز بوده و اصولا به شرائط سطحي بستگي ندارد . براي مثال ورقهاي شيرواني آلومينيمي مستقل از وضعيت و شرائط سطحي خود منعكس كننده عالي حرارت تشعشعي است . در نتيجه اين انعكاس حرارت تشعشعي ورق آلومينيمي عايق حرارتي خوبي محسوب مي گردد در هواي سرد نيز حرارت داخلي ساختمان توسط سطح زير ورق شيرواني به داخل منعكس مي گرد و در هواي گرم حرارت خارجي توسط سطح بالائي شيرواني انعكاس مي يابد . بنا براين درجه حرارت داخل ساختمان تقريبا ثابت باقي مي ماند .

در استفاده از ورق آلومينيمي در شيرواني براي مزارع و مرغداري ها از اين خاصيت آلومينيم استفاده مي شود . آزمايشات نشان داده است كه دامهاي محافظت شده از حرارت زياد تابستان توليد بيشتري مي دهند . وقتي كه درجه حرارت مرغداري يا دامداري به زير 24 درجه سانتي گراد نگهداشته شود توليد تخم و شير افزايش مي يابد و حيوانات به ازاي هر وزن معين غذاي اضافي اضافه وزن بيشتري مي يابند.

بايد توجه شود كه آلومينيم علاوه بر اينكه داراي هدايت حرارتي بالائي است (حرارت به سرعت در قطعه آلومينيمي منتقل مي شود . ) انعكاس حرارتي زياد نيز دارد (قطعه آلومينيمي قسمت بيشتر حرارت تشعشعي به سطح خود را منعكس مينمايد . ) يك خاصيت حرارتي ديگر آلومينيم قابليت انتشار حرارت Heat Emissivity است . قابليت انتشار حرارتي به صورت اختلاف بين درصد قابليت انعكاس و عدد صد بيان مي شود . براي مثال ورق آلومينيمي با قابليت انعكاسي 83 درصد داراي قابليت انتشار تئوري 17 درصد است .

در انتقال يك مايع داغ يا يك گاز داغ بدون اينكه انرژي حرارتي زيادي تلف گردد از قابليت انتشار حرارتي كم آلومينيم استفاده مي شود . روشن ترين مثال در اين مورد كانالهاي حرارتي ساخته شده از ورق فلزي است . در اينجا منظور انتقال هواي داغ با حداقل ممكن تلفات حرارتي است . آزمايشات نشان داده است وقتي كه كانالها از آلومينيم ساخته شده باشد تلفات حرارتي كمتر از حالتي است كه در كانالهاي آهني گالوانيزه ايزوله شده اتفاق مي افتد مسلما در اين مورد مسئله اقتصاد اهميت دارد.

در لوله هاي برخي از كارخانجات توليدي به خصوص شيميائي مايعات داغ بين مراحل مختلف عمليات بايد كيلومترها در لوله ها منتقل گردد . استفاده از لوله هاي آلومينيمي اغلب منجر به مخارج ايزولاسيون كمتري مي گردد . حتي در مورد مخازن ذخيره نيز شايد قابليت انتشار حرارتي كم آلومينيم اهميت بيشتري دارد زيرا سطوح وسيع فلزي واقع در آتمسفر به سرعت حرارت را خارج مي نمايد. اتلاف حرارتي از آلومينيم در اينگونه موارد مصرف به مقدار قابل توجهي كمتر از اتلاف حرارتي مثلا فولاد زنگ نزن است .
7- خاصيت جرقه نزدن و غير مغناطيسي بودن

در صنايع توليدي اغلب نياز به فلزات جرقه نزن براي آتمسفر هاي قابل احتراق است بر خي از موارد مصرف الكتريكي و الكترونيكي نيز نياز به فلزات غير مغناطيسي دارد به طور كلي آلومينيم مي تواند هر دو اين خواص را داشته باشد براي مثال وسائل نقليه و ابزار مورد استفاده در معادن چون ريل هاي انتقال و دستگاههاي توليد نور را اغلب از آلومينيم مي سازند . صنعت نفت از نقطه نظر شرائط احتراق و انفجار در كار شديدا به آلومينيم متكي است با وجود اينكه

Alnico يعني آلياژي كه از آن قويترين مغناطيس دائمي ساخته مي شود حاوي در حدود 8 درصد آلومينيم است ولي آلومينيم غير مغناطيسي است اين مطلب در الكترونيك كه اجزاء مختلف بايد در مقابل حوزه هاي الكترو مغناطيسي كه كارشان را مختل مي كند محافظت گردد اهميت قابل توجهي دارد همچنين قطعات متحرك ممكن است تحت تاثير جريانهاي مغناطيسي قرار گيرند با استفاده از آلومينيم براي ساختن اين قطعات خطر فوق الذكر نيز از بين مي رود اطاق كنترل زير دريائي ها نبايد داراي محيط و ديواره هاي فولادي كه بر روي عقربه جهت نما تاثير مي گذارد باشد بنابراين اغلب قطعات فلزي مورد استفاده در اطاق كنترل زير دريا ئي ها بايد غير آهني باشد و آلومينيم اولين انتخاب است .

8- شكل پذيري با روشهاي مختلف
قبلا گفته شد كه در حدود 200 آلياژ تجارتي آلومينيم اكنون در دسترس مي باشد. تحقيقات براي توليد آلياژهاي جديد و براي مصارف خاص نيز دائما در حال انجام است . اغلب خواص مهم ساير فلزات را مي توان حداقل در يكي از اين آلياژها يافت . علاوه بر وجود انواع آلياژها هر آلياژ نيز در اشكال مختلف تهيه مي گردد.

از انواع مختلف محصولات آلومينيمي برخي از انواع خاص آن را آلياژهاي كار پذير Wrought مي نامند كه حاصل كار مكانيكي بر روي آنهاست . به طور كلي اين گونه محصولات شامل محصولاتي است كه نورد شده كشش يافته يا اكسترود شده باشند . اين نوع محصولات در فصول بعدي مورد بررسي بيشتر قرار خواهند گرفت . محصولات نورد شده شامل زرورق- ورق – صفحه و برخي شكلهاي ساختماني ميله گرد وميله چهار گوش مي باشد . محصولات كشش يافته به صورت

سيم و لوله است . اشكال اكسترود شده ممكن است به صورت توپر تو خالي و به صورت ميله گرد يا چهار گوش ساختماني و لوله باشد . البته بايد ذكر گردد كه كليه اشكال مختلف همه آلياژها ساخته نمي شود بسياري از آلياژها به اشكال مختلف مي سازند ولي برخي ديگر از نظر شكل محصول محدود هستند براي برخي از موارد استفاده خاص نيز مي تواند اشكالي غير از اشكال معين براي يك آلياژ خاص بر اساس سفارش تهيه گردد در مورد محصولات نورد شده آلومينيمي علاوه بر انواع متنوع اشكال مختلف از هر آلياژ انواع مختلف حالات و سختي هاي لازم نيز وجود دارد كه هر كدام به جاي خود بايد مورد بحث قرار گيرد كليه انواع مختلف عمليات تمام كاري تزئيني سطحي از جمله برس زدن پرداخت كردن رنگ زدن و غيره را مي توان بر روي محصولات نورد شده آلومينيمي انجام داد.
براي كاهش دادن ضايعات مشتريان توليد كننده بعضي از محصولات آلومينيمي با اشكال خاصي چون گرده نيز توليد مي شود . به اين مجموعه قابليت ريخته گري بسياري از آلياژهاي آلومينيم را نيز در اشكال مختلف بايد اضافه كرد در واقع انواع تقريبا نا محدود نوع حالت نوع آلياژ شكل و فرم موجود براي آلومينيم باعث مي شود كه آلومينيم فلزي با ارزش با خواصي چون سبكي مقاومت خوردگي هدايت حرارتي زياد و ساير خواص خوب معرفي گردد .
9-استحكام بالا در درجه حرارت هاي كم

بسياري از فلزاتي كه در درجه حرارت محيط و بالاتر داراي استحكام زيادي هستند در درجه حرارت پائين شكننده مي گردند كه اين پديده در مطالعات درجات حرارت پائين (Cryogenic ) بسيار مؤثر است . در واقع اين مطلب در مورد بسياري از غير فلزات نيز صادق است براي مثال لاستيك در درجات حرارت هواي مايع (190 - درجه سانتي گراد ) چون شيشه شكننده است در حالي كه استحكام آلومينيم با سرد تر شدن آن افزايش مي يابد .

قبل از بررسي بيشتر اين مطلب بهتر است به يك مقدمه پرداخته شود . Cryogenics عبارتست از مطالعه گازها در درجات حرارت پائين تر از 150- فارنهايت (101 درجه سانتي گراد )بتدريج اين كلمه به معني علم مربوط به مواد ساختماني سوختها و ساير مواد در شرائط غير عادي سرد به كار رفته است . پيشرفتهاي قرن فضا اهميت اين علم را به شدت افزايش داده است . دربين كليه موارد استفاده آلومينيم شايد هيچ موردي يافت نشود كه از خواص جادوئي و غير عادي اين فلز استفاده نكرده باشد استحكام بالا – وزن كم – سهولت تغيير شكل – قيمت كم – مقاومت خوردگي و جرقه نزدن از جمله خواص مهم اين فلز است كه در مراحل

توليدي – حمل و نقل و نگهداري گازهاي مايع شده مورد استفاده قرار مي گيرد . كليه آلياژهاي آلومينيم با كاهش درجه حرارت مصرفي از 24 درجه سانتي گراد به حدود 30- سانتي گراد افزايش كمي در استحكام كشتي از خود نشان مي دهند . و سپس تا حدود 80- درجه سانتي گراد افزايش بيشتري در استحكام مشاهده مي شود .

در هر حال افزايش قابل ملاحظه اي در خلال سرد شدن به 196- درجه سانتي گراد اتفاق مي افتد. در اين مثال از يك گروه خاص آلياژي (گروه 5000 ) استفاده شده است زيرا اين آلياژها مخصوصا براي موارد مصرف درجه حرارت پائين انتخاب مي شوند .

آلياژهاي ريختگي نيز در درجه حرارت 196- درجه سانتي گراد يك افزايش استحكام كششي از خود نشان مي دهند ولي داراي انعطاف پذيري ضعيفي مي باشند در واقع در درجات حرارت 196- درجه سانتي گراد تا 268- درجه سانتي گراد آلومينيم ارزانترين ماده مصرفي به شمار مي آيد چون استحكام آن در درجات حرارت پائين افزايش مي يابد بنابر اين نسبت استحكام به وزن آن در مقايسه درزجه حرارت محيط بهتر نيز مي گردد .
10-قيمت زياد ضايعات و قراضه

چون آلومينيم داراي مقاومت خوردگي زيادي است و بنابراين داراي عمر مفيد مصرفي طولاني مي باشد بدين جهت مقدار ضايعات آن در مقايسه با فولاد نسبتا پائين است البته در هر حال مقدار قابل توجهي ضايعات به صورت بريده هاي كناري و ساير ضايعات عملياتي در كارخانجات توليدي به وجود مي آيد بر حسب شكل و نوع آلياژ ضايعات و قراضه آلومينيم داراي قيمتي در حدود نصف قيمت اوليه آن است در حالي كه قراضه فولادي تقريبا يك هشتم قيمت اوليه آن را دارا است در اقتصاد امروزي قيمت قراضه و ضايعات محصولات آلومينيمي چون قوطي ها – ظروف و غيره جاي پر اهميتي دارد .
11- سمي نبودن
يكي از دلائل استفاده از آلومينيم براي پوشش و بسته بندي مواد غذائي سمي نبودن آن است . قسمت اعظم اين نوع استفاده به صورت زرورق است ولي البته اشكال ديگري از آن نيز مورد استفاده قرار مي گيرد سالهاست كه ظروف پخت و پز آلومينيمي مورد استفاده قرار دارد .

وسائل و تجهيزات آلومينيمي توليد مواد غذائي در صنعت مورد استفاده كامل دارد درتمام اينگونه مصارف نه مواد غذائي بر روي آلومينيم تاثير دارد و نه آلومينيم بر روي مواد غذائي در واقع ارزش آلومينيم خيلي بالاتر از سمي نبودن آن است آلومينيم مي تواند در تماس بسيار نزديك و فشرده با مواد غذائي قرار گيرد بدون اينكه بر روي طعم – رنگ و بوي آن تاثير بگذارد حتي زرورق نازك آلومينيمي به خوبي غذا را بسته بندي نموده و آن را از نور محافظت كرده و مانع نفوذ يا خروج

بخار گرديده و بنابراين مي تواند مواد غذائي را از دو عنصر خطر ناك يعني نور و هوا محافظت نمايد . تحقيقات وسيع نشان داده است كه چيزي به نام مسموم كردن آلومينيم وجود ندارد در واقع علائمي از وجود آلومينيم در بسياري از مواد غذائي از جمله لوبيا – هويج – پياز – شير و جگر ديده مي شود علاوه بر موارد استفاده فوق الذكر از آلومينيم به اشكال مختلف در طبابت و جراحي استفاده ميشود.

زرورق آلومينيم به آساني قابل استرليزه شدن توسط بخار بوده و براي پوشش مناطق بزرگ بدن كه پوست آن توسط زخم از بين رفته است به كار مي رود . از پودر آلومينيم با موفقيت براي خون بندي زخمهاي باز و شفا بخشيدن سريع آن استفاده مي شود چون پودر آلومينيم بر روي خون تاثير شيميائي نمي گذارد بنابراين مي توان آن را مستقيما بر روي زخم پاشيد . يك پوسته شدن آلومينيم است كه باعث زخم بندي مي گردد و مانع تبخير مايع حيات و ورود باكتري هاي موجود در هوا به داخل آن ميشود . يكي ديگر از موارد مصرف اين فلز در پزشكي در معالجه تنگي نفس (Silicosis ) است در اينجا پودر آلومينيم تحت نظارت دقيق پزشك استنشاق مي شود و عمل آن ظاهرا به اين صورت است كه ذرات سيليس موجود در ريه را پوشش داده آنها را بدون خطر مي سازد عمل دقيق در اين مورد باعث مي شود كه تنگي نفس بيمار بلافاصله از بين برود .

12-اتصال آسان
يكي ديگر از خواص بسيار مهم آلومينيم وقتي ظاهر مي شود كه طرق مختلف اتصال قطعات آلومينيمي مورد بررسي قرار مي گيرد در واقع فقط تعداد بسيار محدودي روش اتصال است كه نمي توان در مورد آلومينيم به كار برد براي سهولت در امر بررسي اتصال آلومينيم مي توان آن را به دو گروه تقسيم نمود مكانيكي و حرارتي البته اين تقسيم بندي كاملا فرضي است زيرا برخي از روشهاي مكانيكي – حرارت را نيز به پيش مي كشد كه در آنها حرارت نقش دوم با كم اهميت تري دارد . در اتصال حرارتي حرارت نقش اصلي را بازي مي كند . فرآيندهاي اتصال مكانيكي شامل پيچ و مهره كردن – پرچ كردن و اتصال چسبي است . روشهاي حرارتي شامل لحيم كردن – لحيم كاري سخت و جوشكاري مي گردد .

استخراج آلومينيم
مقدمه
همانگونه كه قبلا گفته شد آلومينيم از نقطه نظر كميت سومين عنصر روي زمين پس از اكسيژن و سيليسيم است. آلومينيم در بسياري از كانيهاي سيليكاتي چون فلدسپار و ميكا وجود دارد .

چون براي توليد آلومينيم از طريق فرآيند Hall نياز به آلومينا (اكسيد آلومينيم ) خالص است بنابراين برخي از كانيهاي داده شده براي توليد آلومينيم مناسب نيست زيرا استخراج آلومينيم خالص از اين نوع كانيها از طريق فرآيند Bayer – Hall بسيار گران تمام مي شود.
در هر حال فرآيندهاي شيميائي جديدي وجود دارد كه آلومينيم خالص تجارتي را از سنگ معدن ناخالص با درصد خلوص كم توليد مي نمايد. (جدول 1-2 درصد مقدار فلزات و عناصر موجود در پوسته زمين )

بوكسيت (Bauxite )معروفترين و متداولترين اكسيد معدني است كه براي توليد آلومينيم بكار مي رود . بوكسيت مخلوطي از هيدراتهاي مابين دياسپور با يك مل آب و ژيپس كه داراي سه مل آب است مي باشد . مقدار اكسيد آلومينيم در بوكسيت معمولا بين 50 تا 60 درصد است . مواد اصلي ديگر در بوكسيت از اكسيدهاي سيليسيم – آهن – تيتانيم و آب تشكيل شده است .

به نظر مي رسد كه بوكسيت در اثر فساد فلدسپار و ميكا حاصل شده باشد . تئوري عمل باين قرار است كه پتاسيم و قسمتي از اكسيدهاي سيلسيم بوسيله آب شسته شده و بدين ترتيب باعث افزايش مقدار اكسيد آلومينيم هيدراته شده مي گردد.
با وجود بررسيهائي كه درباره تعداد زيادي از معادن بوكسيت ايران انجام گرفته است متاسفانه هنوز استفاده از مواد اين معادن جهت بكارگيري در صنعت آلومينيم ايران آغاز نگرديده و كماكان آلوميناي مصرفي تنها كارخانه توليد آلومينيم ايران (ايرالكو ) كه بالغ بر 91 هزار تن (با ظرفيت كامل )در سال است از استراليا وارد مي شود و ارز قابل توجهي جهت اين كار از كشور خارج مي گردد . آغاز مطالعات در رابطه با معادن بوكسيت در ايران به سال 1337 باز مي گردد .

در اين سال اولين مطالعه درباره معادن بوكسيت دياسپوري منطقه بلبلوكرمان بود كه ذخيره اي در حدود 7 ميليون تن بوكسيت با عيار Al2O3 45 درصد برآورد شده بود . اين مطالعات در سالهاي بعدي در اين منطقه و مناطق ديگر از طريق سازمان زمين شناسي كشور و سپس شركت آلوميران پي گيري شد.
نتيجه مطالعات وجود معادن غني بوكسيت در مناطق مختلف كشور بود كه از نقطه نظر نوع بوكسيت بطور كلي به دو نوع اصلي بوهميت و دياسپوري تقسيم مي گردد.

بوكسيت به مقادير زياد در قسمتهاي مختلف زمين يافت مي شود .

فرآيند بايرBayer براي توليد اكسيد آلومينيم خالص
فرآيند باير كه در سال 1888 در آلمان توسط Korl Joseph Bayer بنا نهاده شده بود متداولترين روش توليد آلومينيم محسوب مي گردد . فرآيند حل كردن سنگ معدن بوكسيت (هيدرات ناخالص آلومينيم ) در هيدروكسيد سديم كه در آن اكسيدهاي آهن – سيلسيم – و تيتانيم حل نمي شوند تشكيل گرديده است. سپس آلومينات سديم تشكيل شده به هيدرواكسيد آلومينيم تبديل مي گردد كه پس از تكليس آن اكسيد آلومينيم حاصل مي شود .
مرحله 1- سنگ معدن در محل معدن ابتدا خشك و تكليس شده تا مواد آلي آن حذف شده و در وزن مواد مورد حمل و نقل صرفه جوئي گردد. وجود مواد آلي باعث حل شدن مقداري آهن در جريان عمليات با هيدرواكسيد سديم مي گردد .

مرحله 2- بوكسيت خشك شده در يك آسياب گلوله اي به اندازه تا حدود 100 مش (Mesh )خرد مي شود .
مرحله 3- بوكسيت ريز خرد شده به خوبي با هيدرواكسيد سديم در يك مخزن فولادي كه با بخار گرم مي شود مخلوط مي گردد . براي كاهش اتلاف آلومينا و محلول هيدرواكسيد سديم از طريق تشكيل سيليكات (سديم – آلومينيم ) به آن آهك اضافه مي شود (واكنش 1 )وقتي كه آهك اضافه شود سيليكات كلسيم به جاي سيليكات فوق الذكر تشكيل شده و بنابراين وجود سيليس از انجام واكنش (1 ) جلوگيري مي نمايد.
1-2NaAlO2 + 3SiO2 + 9 H2O Al2O3 .Na2o.3SiO2 .9H2O

2- CaO + SiO2 CaSiO3 مشاهده مي شود كه سيليس (SiO2 )ناخالصي بسيار ناخواسته اي در بوكسيت است . وجود آن باعث افزايش مقدار آهك و هيدرو اكسيد سديم لازم براي فرآيند باير مي گردد.

مخزن فولادي يا اتوكلاو بمدت 8-2 ساعت در درجات حرارت 160-150 درجه سانتي گراد (320-300 درجه فارنهايت ) و تحت فشار Psi 170-50 حرارت داده مي شود . تمام هيدرات آلومينيم موجود در محلول هيدرو اكسيد سديم طبق واكنش زير حل مي گردد :

( لجن قرمز رنگ ) ناخالصي باقي مانده + Al2O3 . 3H2O +2NaOH 2NaAlO2 + 4H2O
براي تقويت و استفاده بعدي محلول سود مصرفي خاكستر (پودر ) سودا (Na2CO3 )به آن اضافه مي شود . كربنات سديم با آهك تركيب شده و كربنات كلسيم جامد تشكيل مي شود و بنابراين وارد محلول سود نمي گردد . (واكنش زير )

(جامد ) Na2CO3 +CaO +H2O 2NaOH + CaCO3
مرحله 4- محلول حاوي آلومينات سديم ابتدا از طريق ته نشيني و فيلتر كردن ازباقي مانده غير قابل حل جدا مي شود – اين باقي مانده غير قابل حل (كه لجن قرمز ناميده مي شود ) اساسا از اكسيدهاي آهن – سيليسيم – تيتانيم و مقداري آلومينيم تشكيل گرديده است .

مرحله 5- سپس محلول داغ حاوي آلومينات سديم به برج خنك كننده منتقل مي شود . اين محلول كه 35-24 درجه سانتي گراد (95-75 درجه فارنهايت ) سرد شده است توسط بلورهاي بسيار ريزتر هيدرات آلومينيم خالص (Al2O3 . 3H2O )تلقيح شده و هسته بندي انجام مي گيرد

اكنون كه محلول فوق اشباع شده است توسط حبابهاي هوا مرتبا هم زده مي شود بطوري كه ذرات جامد رسوب نشوند . از اين طريق تري هيدرات آلومينيم بتدريج از محلول خارج مي شود . بلورهاي بزرگ براي تكليس شدن و بلورهاي ريز به محلول براي هسته بندي بيشتر فرستاده مي شود . محلول آلومينات سديم مصرفي براي حل كردن بوكسيت بيشتر به ابتداي فر آيند فرستاده مي شود . واكنش رسوب گيري آلومينات سديم به شرح زير است :

NaAlO2 + 2H2O Al ( OH3 ) + NaOH

مرحله 6- Al (OH 3 ) درشت حاصل با آب شسته مي شود تا سودا جدا گردد و سپس به دستگاه تكليس فرستاده مي شود .
مرحله 7- هيدرو اكسيد آلومينيم در 1093 درجه سانتي گراد ((2000 درجه فارنهايت ) تكليس مي شود تا آب خود را از دست بدهد و اكسيد آلومينيم خالص (Al2O3 ) توليد مي گردد . اين واكنش به صورت زير است :
2Al (OH ) 3 Al2O3 + 3H2O

ماده اوليه اصلي مورد نياز براي توليد آلومينينم – آلومينا است . در خلال فرآيند باير براي توليد آلوميناي خالص دقت زيادي بايد انجام گيرد زيرا هر گونه ناخالصي موجود در آلومينا منجر به حضور ناخالصي در آلومينيم حاصل خواهد شد . همچنين هر چه نا خالصي مثلا سيليسيم و آهن موجود در بوكسيت كمتر باشد توليد آلوميناي خالص آسانتر و ارزانتر خواهد بود .
احياء آلومينا (الكتروليز اكسيد آلومينيم )
مرحله بعدي در توليد آلومينيم شامل تبديل آلومينا به آلومينيم فلزي از طريق احياء الكتروليتي است. فرآيند تجارتي اصلي امروزه از حل كردن آلومينا در كريوليت مذاب و الكتروليز محلول حاصل تشكيل مي گردد .
آلومينا در كريوليت مذاب يونيزه مي شود :
= +++
Al2O3 2Al + 3O
در كاتد ( الكترود منفي ) آلومينيم تشكيل مي گردد
+ + +
6e + 2Al 2Al
در آند ( قطب مثبت )اكسيژن توليد مي شود
=
3O 1 1/2O2 + 6e

اكسيژن متصاعد شده در فرآيند با آندهاي كربني تركيب شده و تشكيل مخلوطي از منواكسيد كربن و دي اكسيد كربن مي دهد .