كيفية تَشكيل الألومنيوم وصقله
يمكن تشكيل صبات وكتل الألومنيوم بأي طريقة من طرق تشكيل الفلزات. وتشمل هذه العمليات: 1- الدَّلفنة. 2 - الصَّب. 3- الكبس. 4- السَّحب. 5- الطرق. 6 - التًَّشكيل الآلي.
وبعد الانتهاء من تشكيل الألومنيوم، يُمكن صقله بعدَّة وحدات صقل.
الدَّلفَنَة. تشمل الدلفنة خفض سُمك صبات المسابك بكبسها بين أزواج من المدلفنات الثقيلة ويتم تسخين الصَّبات ثم دلفنتها حتى يصبح سمكها ما بين 2,5 إلى 6,7سم. وبعد تبريد الألومنيوم يتمُّ إعادة دلفنته لتكوين ألواح أو شرائط أو رقائق، حيث يبلغ سمك ألواح الألومنيوم 6,4 مم أو أكثر، وتستخدم هذه الألواح في صناعة أشياء مثل عربات السكك الحديدية والسفن وصهاريج التَّخزين.
أما شرائط الألومنيوم فسمكها يتراوح ما بين 0,15 و6,4 ملم. وتستخدم هذه الشرائط لصناعة الطبقة الخارجية من الطائرات وفي صناعة أشياء أخرى مثل مظلات النوافذ وأواني الطبخ.
ولهذه الشرائط استخدامات عديدة في المنازل خاصة في طبخ وتغليف الأغذية. ويمكن أيضًا استخدام الدَّلفنة لتشكيل كتل الألومنيوم على شكل قضبان أو أعمدة.
الصب. وهو العملية التي يتم فيها صهر سبائك الألومنيوم بعد صبها في قوالب بالشكل المطلوب. ويتم إزالة قوالب التشكيل بعد أن يتصَلَّب الألومنيوم. وتستخدم طريقة الصَّب لتصنيع أجزاء من أدوات خاصة مثل قاع المكاوي الكهربائية أو أيادي الجاروف. انظر:
الكبس. وهو العملية التي يتم فيها دفع الكتلة المسخنة من الألومنيوم من خلال فتحة في أداة تسمى قالب التشكيل. ويوجد مكبس في أحد طرفي الأُسطوانة، يَدفَعُ الكتلة المُسَخَّنة خلال فتحة القالب في الطرف الآخر من الأسطوانة. ويكون الألومنيوم الخارج بنفس شكل فتحات القالب.
وتستخدم طريقة الكبس، لإنتاج الأعمدة والمواسير ووحدات الزَّخرفة في السيارات وكذلك الإطارات الخارجية للنوافذ والأبواب.
السَّحب. وهو العملية المستخدمة لإنتاج أسلاك الألومنيوم ومواسيره. ولتصنيع الأسلاك فإنَّ عمودًا من الألومنيوم يتم سحبه خلال سلسلة من القوالب المثقوبة المتدرجة في الصغر. ويصبح العمود سلكًا عندما يصل قطره إلى أقل من 5,9 ملم. أما المواسير فيتم تصنيعها بسحب عمود الألومنيوم خلال قالب واحد، حيث يمتد خلال مركز القالب عمود من الصلب يسمى ممسك العدة ويقوم بتفريغ العمود من الداخل وتحويله إلى ماسورة.
أمّا طريقة السحب العميق، فإنّها تُستخدَم لتحويل الألومنيوم إلى علب للمشروبات أو براميل أو أُصُصُ لزرع النبات. وفي هذه الطريقة يقوم مكبس بضغط ألواح الألومنيوم أو شرائط الألومنيوم من خلال فجوة فتشكلها بالشكل المطلوب.
الطرق. وهو العملية التي يتم فيها تسخين صبات الألومنيوم أو الألواح، ثم طرقها أو كبسها لتحويلها إلي الشكل المرغوب. وتقوم مطارق خاصة أو مكابس خاصة بإنتاج الأجزاء الشديدة القوة المستخدمة في أجهزة الهبوط في الطائرات والعربات والعِدَد ووحدات أخرى عديدة.
التشكيل الآلي. يمكن تشكيل الألومنيوم بالعديد من آلات التَّشكيل التي تشمل المِثقاب والمِسن والمِنشار والمقص. وتقوم هذه الآلات بتشكيل قضبان وأعمدة الألومنيوم إلى مسامير برشام ومسامير قلاووظ والعديد من الأشياء الصغيرة الأخرى.كما يمكن أيضًا استخدام التشكيل الآلي، لإضافة اللمسات النهائية لمنتجات تم إعدادها سابقًا عن طريق الصب والطرق.
طرق تشكيل أخرى. ويتم عن طريقها إنتاج ألومنيوم في صور مثل المساحيق والعجائن. وفيها يكون الألومنيوم في صورة حبيبات ناعمة جدًا من الألومنيوم. ويستخدم مسحوق الألومنيوم في منتجات مثل المتفجرات والأحبار. أما عجائن الألومنيوم ففيها يتم استخدام الألومنيوم في الدهان الفلزي النهائي للسيارات.
ويستخدم مسحوق الألومنيوم كذلك لإنتاج أجهزة نقل الحركة وأجزاء صغيرة أخرى عن طريق عملية تشكيل خاصة تُسمّى تعدين المساحيق. ويتم في هذه الطريقة كبس مسحوق الألومنيوم إلى الشكل المطلوب ثم تسخينه لربط الجسيمات معًا. ويمكن إضافة مساحيق لفلزات أخرى وخلطها مع مسحوق الألومنيوم. بعد ذلك يتمُّ تشكيل الناتج النهائي باستخدام الطرق أو أي طريقة أخرى من طرق التشكيل. انظر: تعدين المساحيق.
صقل الألومنيوم. يتميز الألومنيوم بمظهره الطبيعي الجذاب، وعادةً ما تُستخدم بعض عمليات الصَّقل لأغراض الزينة أو لزيادة مقاومة الألومنيوم للصدأ والتآكل. وتوجد أربع طرق لصقل الألومنيوم، وهذه الطرق هي: 1- الطريقة الميكانيكية. 2- الطريقة الكيميائية. 3- الطريقة الإلكتروكيميائية. 4- الطريقة التطبيقية.
الصَّقل الميكانيكي يشمل عمليات مثل الإظهار والتلميع. وفي عملية الإظهار يتم صناعة بروزات في ألواح الألومنيوم عن طريق إمرارها بين أُسطوانات عليها حُفر وفق التصميم المطلوب. وفي عملية التلميع بالبراميل الدَّوَّارة يتم تلميع وحدات الألومنيوم عن طريق براميل عليها مادة حاكة (أو خشنة) تدور أو تتحرك بحركة ترددية.
الصَّقل الكيميائي يشمل حفَّارات حمضية أوقاعدية تزيل شكلاً أو رسومات مُعيَنَّة عن الألومنيوم. وتستخدم أيضًا الحفَّارات الحمضية لإزالة البقع من على سطح الألومنيوم لإعداده لعمليات صقل أخرى. والحفَّارات القلوية تُستخدم لإعطاء الألومنيوم الشكل النهائي المُفضَّل.
الصَّقل الإلكتروكيميائي يشمل المعالجة بالأنودة والطلاء الكهربائي. والطلاء بالأنودة يزيد السُّمك الطبيعي لطبقة أكسيد الألومنيوم، وبالتالي يزيد المقاومة للتآكل والخدش والبلى. كما أنه يزيد من سهولة صبغ الألومنيوم أو تلوينه بألوان عديدة مختلفة. فالطلاء الكهربائي، يشمل تغطية الألومنيوم بفلز آخر، وتؤدي هذه التغطية بالفلزات الأخرى إلى زيادة مقاومة الألومنيوم للتآكل والتوصيل الكهربائي وغير ذلك من الصِّفات الأخرى المهمة للألومنيوم.
الصقل التطبيقي يشمل التغطية بمواد خاصة مثل المينا والورنيش والدهانات أو البلاستيك. ويمكن إضافة هذه المواد عن طريق الغمر أو الرش أو بأي طريقة أخرى.
صناعة الألومنيوم
تقوم أكثر من 50 دولة في العالم بإنتاج الألومنيوم. ولكن ثلث هذه الدول فقط يقوم بتنفيذ كل خطوات صناعة الألومنيوم وهي تعدين البوكسيت وتنقية الخام وصهر الألومينا. تقوم بعض البلاد مثل غينيا وجامايكا بتعدين وتنقية البوكسيت وتصديره، ولكنّها لا تنتج الألومنيوم. وبعض البلاد الأخرى بما في ذلك اليابان وألمانيا تستورد البوكسيت ثم تقوم بعملية تنقية الخام وصهر الألومينا. أما طاجكستان والنرويج فإنهما تستوردان الألومينا وليس البوكسيت. أما البلاد التي تقوم بجميع خطوات صناعة الألومنيوم فتشمل أستراليا والبرازيل وفرنسا واليونان والهند وروسيا وسورينام. ومن بين البلدان الرائدة في صناعة الألومنيوم أستراليا وروسيا فهما فقط اللذان ينتجان جزءًا كبيرًا من احتياجاتهما من خام البوكسيت اللازم للصناعة. وفي منطقة الشرق الأوسط يوجد في مصر مجمع الألومنيوم في منطقة نجع حمادي في جنوبي مصر، حيث يتم تعدين الألومنيوم من المناطق الغربية، ثم تصنيعه وتشكيله. وقد قام عدد من البلدان المنتجة لخام البوكسيت بالارتباط معًا وتأسيس رابطة البوكسيت العالمية.
نبذة تاريخية
جاءت كلمة ألومنيوم من كلمة ألومن (Alumen) اللاتينية. وكلمة ألومن هي المقابل اللاتيني لكلمة شب التي تُطلق على مجموعة من مركبات موجودة في الطبيعة وتحتوي على فلز الألومنيوم. وكان القدماء يستخدمونها لصباغة الأقمشة؛ فقد استخدم جابر بن حيان نحو عام 185ه، 800م الشب في تثبيت الأصباغ في الأقمشة، كما حضر بعض المواد التي تمنع الثياب من البلل؛ وهذه المواد هي أملاح الألومنيوم المشتقة من الأحماض العضوية ذات الأجزاء الهيدروكربونية. وفي عام 1746م تمكن الكيميائي البروسي جوهان هينريتش بوت من فصل الألومينا من الشب. وكان العلماء في هذا الوقت يعتقدون أن الألومينا مركب كيميائي يتكوَّن من الأكسجين وفلز آخر غير معروف. سمى العالم البريطاني السير همفري ديفي هذا الفلز باسم إلوميوم ثم غيَّره بعد ذلك إلى ألومنيوم. وفي عام 1809م قام ديفي بتكوين سبيكة من الألومنيوم والحديد عن طريق الصَّهر الكهربائي للألومينا مع الحديد والكربون.
بداية إنتاج الألومنيوم. في عام 1825م أنتج الكيميائي والفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد الألومنيوم لأول مرة. حضر أورستد كلوريد الألومنيوم من الألومينا ثم قام بتسخين كلوريد الألومنيوم مع سبيكة من البوتاسيوم والزئبق وتكونت كتلة من الألومنيوم غير النقي في السبيكة.
وفي عام 1827م أنتج الكيميائي الألماني فريدريك فولر الألومنيوم في صورة مسحوق رمادي بتسخين كلوريد الألومنيوم مع البوتاسيوم.
وفي عام 1845م أنتج فولر جسيمات كبيرة نوعًا ما من المعدن ويمكن وزنها،كما اكتشف أن الألومنيوم خفيف الوزن. وكان فولر أول عالم يشرح العديد من خواص الألومنيوم الأخرى.
في عام 1854م طَوَّر الكيميائي الفرنسي هنري أتيان سانت كلير ديفيل طريقة فولر. حيث استخدم الصوديوم بدلاً عن البوتاسيوم لتحليل كلوريد الألومنيوم. وقد أنتجت هذه الطريقة كميات كبيرة من الألومنيوم، كما قامت مصانع في فرنسا بإنتاج الألومنيوم تجاريًا اعتمادًا على طريقة ديفيل .وانخفض سعر الألومنيوم كثيرًا خلال السنوات القليلة التالية، إلا أنه مع ذلك ظل مرتفعًا مما عاق انتشاره على مستوى كبير.
تطور صناعة الألومنيوم. زاد إنتاج الألومنيوم كثيرًا بعد اكتشافين مهمين خلال الثمانينيات من القرن التاسع عشر. وتمثَّل هذان الاكتشافان في طريقة هال هيروليت وطريقة باير. ففي عام 1886م طَّور العالمان تشارلز مارتن هال من الولايات المتحدة الأمريكية وبول هيرو من فرنسا طريقة رخيصة لصناعة الألومنيوم. ولم يكن أحدهما على علم بما يعمله الآخر، ومع ذلك فإنّ كلا منهما بحث على انفراد في إذابة الألومينا في الكرايوليت وفصل الألومنيوم من الخليط بطريقة الاختزال بالتحليل الكهربائي. وحاليًا تستخدم طريقة هال هيرو في إنتاج جميع الألومنيوم المنتج على مستوى العالم تقريبًا.
أما العالم النمساوي كارل جوزيف باير فقد ساهم في خفض تكاليف إنتاج الألومنيوم مرة أخرى حينما سجل باسمه براءة اختراع عام 1888م لطريقة رخيصة للحصول على الألومينا من البوكسيت، وما زالت صناعة الألومنيوم تَستَخدم طريقة باير لإنتاج الألومينا.
زاد إنتاج العالم من الألومنيوم كثيرًا خلال الحرب العالمية الأولى (1914- 1918م) من جرَّاء زيادة الدول المتحاربة لإنتاجها لتغطية احتياجات قواتها المسلحة. وخلال العشرينيات من القرن العشرين ساهم تطوير سبائك الألومنيوم الجديدة وتطوير طرق تحويل الألومنيوم إلى منتجات مفيدة، في زيادة إنتاج الألومنيوم بدرجة كبيرة. وهبط إنتاج الألومنيوم العالمي إلى النّصف تقريبًا خلال فترة الكساد العالمي في الثلاثينيات من القرن العشرين. ولكن اندلاع الحرب العالمية الثانية (1939 - 1945م) أحدث زيادة كبيرة في إنتاج الألومنيوم.
وبعد الحرب العالمية الثانية تطورت صناعة الألومنيوم وظهر العديد من المنتجات التي أصبحت شائعة ومألوفة. فقد ظهر أول إنتاج ناجح لرقائق الألومنيوم المستخدمة في التغليف عام 1947م. وبدأ أيضًا في الأربعينيات من القرن العشرين إحلال الألومنيوم محل النُّحاس الأصفر في صناعة قواعد المصابيح الكهربائية. وبدأ إنتاج أسلاك الألومنيوم الفائقة القوة المستخدمة في محطات القوى الكهربائية عام 1957م. وفي الستينيات من القرن العشرين أصبحت العلب المصنوعة من الألومنيوم شائعة الاستخدام. أما اليوم فإن معظم علب المشروبات لها قاع وغطاء من الألومنيوم. كما أن بعض العلب يتم تصنيعها بشكل كامل من الألومنيوم.
التطورات الحديثة. زاد الاحتياج للألومنيوم زيادة مطردة مع التطور المستمر في إيجاد استخدامات جديدة لهذا الفلز.
ويحتاج إنتاج الألومنيوم بطريقة الاختزال بالتحليل الكهربائي إلى كميات هائلة من الكهرباء. وللمساعدة في توفير الطاقة، فإن صُنَّاع الألومنيوم يبذلون جهدًا كبيرًا لإعادة تصنيع العلب المصنوعة من الألومنيوم، وغير ذلك من الألومنيوم المستعمل. وإعادة صهر هذه المواد المستعملة لإنتاج ألومنيوم جديد يستهلك أقل من 5% من الطاقة اللازمة لإنتاج الألومنيوم من خام البوكسيت. كما أنّ إعادة استخدام الألومنيوم أوفر من استخراجه من خام البوكسيت.
ويوجد في العالم من خام البوكسيت ما يكفي لفترة لاتقل عن 200 إلى 300 عام. ويوجد حوالي 75% من المعدن الخام في الدول التي تتبع رابطة البوكسيت العالمية التي كانت تضم حتى أوائل التسعينيات من القرن العشرين 11 دولة هي: أستراليا وجمهورية الدومينيكان وغانا وغينيا وغيانا وهاييتي وإندونيسيا وجامايكا وسيراليون وسورينام ويوغوسلافيا.
وقد تكونت هذه الرابطة عام 1974م بغرض زيادة دخل الدول الأعضاء من عائدات مناجم البوكسيت. وحدَّدت دول الرابطة سعر المعدن الخام الذي تصدره كما زادت الضرائب على البوكسيت المُستَخَرج من بلادها بوساطة المؤسسات الأجنبية.
ونظرًا للإجراءات التي اتخذتها رابطة البوكسيت العالمية فإن صُنَّاع الألومنيوم يعملون على تطوير طرق غير مكلفة للحصول على الألومينا من مواد أخرى. وتشمل هذه المواد الأخرى أنواعًا من الصلصال ومواد خام مثل الألونيت والأنورثوسيت والداوسونيت وسينيت النفلين، ومخلفات مناجم الفحم. وقد استخدم الألونيت وسينيت النفلين لإنتاج الألومينا تجاريًا.
كان الاتحاد السوفييتي السابق يستخدم كميات كبيرة من الألومنيوم في صناعاته العسكرية. وبتفكك الاتحاد السوفييتي إلى عدة جمهوريات مستقلة عام 1991م، انهارت أسعار الألومنيوم بمعدلات كبيرة.
[/justify]
المصدر
http://www.ibtesama.com/vb/showthread-t_38047.html
