يعد الألمنيوم وهو معدن متعدد الاستخدامات وخفيف الوزن، أحد أكثر العناصر وفرة على وجه الأرض ، حيث يشكل حوالي 8٪ من القشرة الأرضية. يستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات بسبب خصائصه الممتازة ، بما في ذلك القوة العالية، ومقاومة التآكل ، والتوصيل الكهربائي الجيد. في الصناعة الكيميائية غير العضوية، يتم تصنيع الألمنيوم بشكل أساسي من خلال عملية تسمى عملية Hall-Héroult.
تصنيع الألومنيوم في الصناعة الكيميائية غير العضوية
- عملية Hall-Héroult هي طريقة التحليل الكهربائي المستخدمة لاستخراج الألمنيوم من خامه ، البوكسيت. تبدأ العملية باستخراج الألومينا (أكسيد الألومنيوم) من البوكسيت من خلال عملية باير. في هذه الخطوة ، يتم سحق البوكسيت ومعالجته بمحلول الصودا الكاوية الساخن، الذي يذيب الألومينا مع ترك الشوائب خلفه.
- تخضع الألومينا المستخرجة بعد ذلك للتحليل الكهربائي في خلية التحليل الكهربائي الكبيرة المعروفة باسم وعاء الاختزال. يتكون القدر من غلاف فولاذي مبطن بكتل كربونية تعمل ككاثود. يتم غمر أنودات الكربون ، التي تعمل كمصدر للإلكترونات ، في حمام الإلكتروليت ، الذي يتكون من الكريوليت المنصهر (Na3AlF6) الممزوج بالألومينا.
- عندما يمر تيار كهربائي عبر الحمام، تنفصل الألومينا إلى أيونات الألومنيوم وأيونات الأكسجين. تتحد أيونات الأكسجين مع أنودات الكربون ، مكونة غاز ثاني أكسيد الكربون بينما يتم تقليل أيونات الألومنيوم عند الكاثود، مما يؤدي إلى ترسيب الألومنيوم المصهور في قاع الخلية. يتم سحب الألمنيوم المصهور وجمعه بشكل دوري.
- تتطلب عملية Hall-Héroult قدرًا هائلاً من الطاقة ، حيث أن التحليل الكهربائي عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة. يستهلك إنتاج الألمنيوم جزءًا كبيرًا من إنتاج الكهرباء العالمي. ومع ذلك فقد بذلت جهود لتحسين كفاءة الطاقة وتقليل التأثير البيئي لإنتاج الألمنيوم ، مثل استخدام مصادر الطاقة المتجددة وتطوير تصميمات خلايا أكثر كفاءة.
- بمجرد تجميع الألمنيوم المصهور تتم معالجته وصبّه في أشكال مختلفة مثل السبائك أو الألواح أو البثق، اعتمادًا على التطبيق المطلوب. ثم يتم استخدام منتجات الألمنيوم هذه في العديد من الصناعات، بما في ذلك السيارات والفضاء والبناء والتعبئة والإلكترونيات.
في الختام تنتج الصناعة الكيميائية غير العضوية الألمنيوم من خلال عملية Hall-Héroult، والتي تتضمن التقليل الكهربائي للألومينا المستخرجة من البوكسيت. على الرغم من طبيعتها كثيفة الاستهلاك للطاقة، تلعب صناعة الألمنيوم دورًا حيويًا في العديد من القطاعات نظرًا لخصائصها الاستثنائية وتطبيقاتها الواسعة النطاق.
