Hvordan raffineres aluminium, og hvilke elementer inneholder det?

Aluminium (Al) er et lett, sølvhvitt metall som er rangert som det tredje mest forekommende grunnstoffet i jordskorpen, etter oksygen og silisium. På grunn av sin høye kjemiske reaktivitet forekommer det imidlertid aldri naturlig i sin rene metalliske form. I stedet finnes det i forbindelser, hovedsakelig i bauxittmalm, en blanding av hydrerte aluminiumoksider inkludert gibbsitt (Al(OH)₃), bøhmitt (AlO(OH)) og diaspore.

Raffineringsprosessen i to trinn

Reisen fra rå bauxitt tilhøyrent aluminium innebærerto forskjellige industrielle prosesser.

Trinn én er Bayer-prosessen, utviklet i 1888. Knust bauxitt blandes med en varm natriumhydroksidløsning under trykk, og løser opp de aluminiumholdige mineralene mens urenheter som jernoksider og silika etterlates. Den resulterende natriumaluminatløsningen filtreres deretter for å fjerne det røde slamrester, tilsettes aluminiumhydroksidkrystaller og kalsineres ved omtrent 1100 °C for å produsere rent hvitt alumina, eller aluminiumoksid (Al₂O₃). Over 90 % av verdens alumina produseres nå via denne metoden.

Trinn to er Hall Héroult-prosessen. Alumina har et smeltepunkt over 2000 °C, noe som gjør direkte elektrolyse upraktisk. Løsningen ligger i å løse opp Al₂O₃ i smeltet kryolitt (Na₃AlF₆), noe som senker driftstemperaturen til omtrent 950–1000 °C. En elektrisk strøm føres deretter gjennom blandingen. Smeltet aluminium samler seg i bunnen (katoden), mens oksygen kombineres med karbonanodene for å danne CO₂. Denne elektrolytiske metoden er fortsatt den eneste industrielle prosessen for å produsere primæraluminium, og gir metall med en renhet på 99,5–99,8 %.

Hvilke elementer inneholder aluminium?

Rent aluminium består utelukkende av grunnstoffet Al, med atomnummer 13 og atomvekt på omtrent 26,98 g/mol. Kommersiell ren aluminium (98,8–99,7 % Al) inneholder mindre spor av jern og silisium som naturlige urenheter. Imidlertid inneholder de flesteapplikasjoner er avhengige av aluminiumslegeringer, hvor spesifikke elementer bevisst legges til for å skreddersy mekaniske egenskaper.

For strukturelle applikasjoner bruker 6000-serien (f.eks. 6061) magnesium og silisium som primære legeringselementer, vanligvis 0,8–1,2 % Mg og 0,400–0,8 % Si. Denne legeringen gir en utmerket balanse mellom moderat styrke, god sveiseevne og overlegen maskinbearbeidbarhet.

For høyfasthetskrav bruker 7000-serien (f.eks. 7075) sink og kobber som de viktigste legeringselementene, med omtrent 5,16–0,1 % Zn og 1,2–2,0 % Cu. T6-herdingen til 7075 gir nesten dobbelt så høy strekkfasthet som 6061-T6, noe som gjør det til det foretrukne materialet for luftfart og høypresterende strukturelle komponenter.

Spormengder av krom, mangan og titan er også ofte tilstede i kommersielle legeringer, og hver av dem spiller en rolle i kornforfining og korrosjonsbestandighet. Å forstå den nøyaktige elementsammensetningen til hver legering er avgjørende for å velge riktig materiale for spesifikke maskinerings- eller fabrikasjonskrav.