يُعدّ الألومنيوم أحد أهمّ المعادن الصّناعية، نظرًا لخصائصه مثل الخفة، والمقاومة للتآكل، والتوصيل الكهربائي والحِراريّ العاليين، وإمكانية إعادة التدوير بسهولة، مما يمنحه تطبيقات واسعة في الصناعات المختلفة. يتطلب إنتاج الألومنيوم عملية معقدة تتضمّن مواد أولية محددة، من ضمنها البوكسيت، والألومينا، والكريوليت، والكربون. فيما يلي دراسة لهذه المواد الأولية وعملية إنتاج الألومنيوم.
بوكسيت (Bauxite)
بوكسيت (Bauxite) هو الصخر المعدني الأساسي المُستخرج منه الألومنيوم. يحتوي هذا الصخر بشكلٍ رئيسي على الألومينا (Al₂O₃) بالإضافة إلى شوائب مثل أكسيد الحديد (Fe₂O₃)، والسليكا (SiO₂)، وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂). عادةً ما يُوجد البوكسيت في نوعين، هما الجيبسيت والبوهميت. تُعرف عملية استخراج الألومينا من البوكسيت باسم "عملية باير"، حيث يتمّ تكسير البوكسيت وخلطه مع هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). ثمّ، من خلال التسخين، يتم فصل الألومينا عن الشوائب، وتُحصل على مسحوق أبيض. تشمل أهمّ مناجم البوكسيت في العالم أستراليا، وغينيا، والصين، والبرازيل، والهند.
ألومينا (Alumina)
الألومينا (Al₂O₃) مادة مسحوقية بيضاء، تُعدّ مرحلةً وسيطةً في عملية إنتاج الألومنيوم. تُستخرج الألومينا من تصفية البوكسيت، ولأنّ لها نقطة انصهار عالية (نحو 2072 درجة مئوية)، فإنّ تحويلها إلى ألومنيوم مُذاب يتطلب عمليات خاصة. تُستخدم هذه المادة في صناعات متنوعة مثل صناعة السيراميك، والمواد الكاشطة، فضلاً عن إنتاج الألومنيوم النقي.
كريوليت (Cryolite)
كريوليت (Na₃AlF₆) مادةٌ تُستخدم في عملية إنتاج الألومنيوم لخفض نقطة انصهار الألومينا. لأنّ نقطة انصهار الألومينا طبيعيًا مرتفعة للغاية، يُستخدم الكريوليت كمادة مُضافة لخفض نقطة انصهار الألومينا من حوالي 2072 درجة مئوية إلى حوالي 950 درجة مئوية. علاوةً على ذلك، يساعد الكريوليت على زيادة التوصيل الكهربائي للمزيج، مما يُحسّن من فصل الألومنيوم المُذاب عن الشوائب الأخرى. وبما أنّ الكريوليت الطبيعي نادر، تُستخدم في الصناعة كريوليت اصطناعي.
كربون (أقطاب كربونية)
في عملية التحليل الكهربائي للألومينا لإنتاج الألومنيوم، تُستخدم أقطاب كربونية. تُصنع هذه الأقطاب عادةً من الكوك النفطي والقطران، وتعمل بمثابة أقطاب كهربائية في خلايا التحليل الكهربائي. خلال عملية التحليل الكهربائي، تتحوّل الأقطاب الكربونية إلى ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، ولذلك يتطلب الأمر استبدالها باستمرار. تتميز الأقطاب الكربونية بتوصيل كهربائي عالي ومقاومة للحرارة، ولها أهمية كبيرة في إنتاج الألومنيوم.
ألومنيوم مُعاد تدويره
من أهمّ مزايا الألومنيوم قابليته لإعادة التدوير. فإعادة تدوير الألومنيوم تُستهلك فقط 5% من الطاقة اللازمة لإنتاج الألومنيوم الأولي، وهذا ما يجعلها عمليةً اقتصاديةً، بل وفعّالةً في الحفاظ على الموارد الطبيعية وتقليل الملوثات البيئية. يُستخدم الألومنيوم المُعاد تدويره في إنتاج منتجات متنوعة، مثل علب المشروبات، وقطع السيارات، والصناعات البنائية.
عملية إنتاج الألومنيوم
بشكل عام، تتضمن عملية إنتاج الألومنيوم عدة مراحل رئيسية:
استخراج البوكسيت من المناجم: يُستخرج البوكسيت، باعتباره المادة الأولية لاستخراج الألومنيوم، من مناجم مختلفة في جميع أنحاء العالم.
إنتاج الألومينا من البوكسيت (عملية باير): يُسحق البوكسيت أولاً ثمّ يُخلط مع هيدروكسيد الصوديوم، ثمّ يُسخّن هذا الخليط، ليُفصل الألومينا عن الشوائب.
تحليل الألومينا كهربائياً: تُحوّل الألومينا في خلايا التحليل الكهربائي (هال-هرولت) إلى ألومنيوم منصهر. في هذه العملية، تُحلّل الألومينا بواسطة التيار الكهربائي إلى ألومنيوم وأكسجين.
صب الألومنيوم: بعد إنتاج الألومنيوم المنصهر، يُصبّ في قوالب ليُشكّل شرائح.
الخلاصة
عملية إنتاج الألومنيوم معقدة ومُستهلكة للطاقة، وتحتاج إلى مواد أولية محددة مثل البوكسيت، والألومينا، والكريوليت، والكربون. في المقابل، يمكن لإعادة تدوير الألومنيوم أن تُساهم بشكل كبيرٍ في خفض استهلاك الطاقة وتقليل التلوث. من خلال تحسين أساليب الإنتاج واستخدام الألومنيوم المُعاد تدويره، يمكن تحقيق زيادة في الكفاءة الإنتاجية وتقليل الآثار البيئية.