એલ્યુમિનિયમ કેવી રીતે રિફાઇન્ડ થાય છે અને તેમાં કયા તત્વો હોય છે?

એલ્યુમિનિયમ (Al) એક હલકી, ચાંદી જેવી સફેદ ધાતુ છે જે પૃથ્વીના પોપડામાં ઓક્સિજન અને સિલિકોન પછી ત્રીજા ક્રમે સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં જોવા મળે છે. જો કે, તેની ઉચ્ચ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતાને કારણે, તે ક્યારેય તેના શુદ્ધ ધાતુ સ્વરૂપમાં કુદરતી રીતે જોવા મળતું નથી. તેના બદલે, તે સંયોજનોમાં જોવા મળે છે, મુખ્યત્વે બોક્સાઇટ ઓરમાં, ગિબ્સાઇટ (Al(OH)₃), બોહેમાઇટ (AlO(OH)), અને ડાયસ્પોર સહિત હાઇડ્રેટેડ એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડનું મિશ્રણ.

બે તબક્કામાં શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયા

કાચા બોક્સાઇટથીઉચ્ચ શુદ્ધતાવાળા એલ્યુમિનિયમમાં શામેલ છેબે અલગ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ.

પહેલો તબક્કો 1888 માં વિકસાવવામાં આવેલી બેયર પ્રક્રિયા છે. કચડી નાખેલા બોક્સાઈટને દબાણ હેઠળ ગરમ સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ દ્રાવણ સાથે ભેળવવામાં આવે છે, જે એલ્યુમિનિયમ ધરાવતા ખનિજોને ઓગાળીને આયર્ન ઓક્સાઇડ અને સિલિકા જેવી અશુદ્ધિઓ પાછળ છોડી દે છે. પરિણામી સોડિયમ એલ્યુમિનેટ દ્રાવણને પછી લાલ કાદવના અવશેષોને દૂર કરવા માટે ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે, એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ સ્ફટિકો સાથે બીજ આપવામાં આવે છે, અને લગભગ 1,100°C પર કેલ્સાઈન કરવામાં આવે છે જેથી શુદ્ધ સફેદ એલ્યુમિના અથવા એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ (Al₂O₃) ઉત્પન્ન થાય છે. વિશ્વના 90% થી વધુ એલ્યુમિના હવે આ પદ્ધતિ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.

બીજો તબક્કો હોલ હેરોલ્ટ પ્રક્રિયા છે. એલ્યુમિનામાં ગલનબિંદુ 2,000°C થી ઉપર હોય છે, જે સીધું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ અવ્યવહારુ બનાવે છે. આ ઉકેલ પીગળેલા ક્રાયોલાઇટ (Na₃AlF₆) માં Al₂O₃ ઓગાળવામાં રહેલો છે, જે કાર્યકારી તાપમાનને લગભગ 950~1,000°C સુધી ઘટાડે છે. ત્યારબાદ મિશ્રણમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થાય છે. પીગળેલા એલ્યુમિનિયમ તળિયે (કેથોડ) એકત્રિત થાય છે, જ્યારે ઓક્સિજન કાર્બન એનોડ્સ સાથે જોડાઈને CO₂ બનાવે છે. આ ઇલેક્ટ્રોલિટીક પદ્ધતિ પ્રાથમિક એલ્યુમિનિયમ ઉત્પન્ન કરવા માટેની એકમાત્ર ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયા છે, જે 99.5~99.8% શુદ્ધતા ધરાવતી ધાતુ ઉત્પન્ન કરે છે.

એલ્યુમિનિયમમાં કયા તત્વો હોય છે?

શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમમાં ફક્ત Al તત્વ હોય છે, જેનો અણુ ક્રમાંક 13 છે અને અણુ વજન આશરે 26.98 ગ્રામ/મોલ છે. વાણિજ્યિક શુદ્ધતાવાળા એલ્યુમિનિયમ (98.8–99.7% Al) માં કુદરતી અશુદ્ધિઓ તરીકે લોખંડ અને સિલિકોનના નાના અવશેષો હોય છે. જોકે, મોટાભાગનાએપ્લિકેશનો એલ્યુમિનિયમ એલોય પર આધાર રાખે છે, જ્યાં ચોક્કસ તત્વો ઇરાદાપૂર્વક યાંત્રિક ગુણધર્મોને અનુરૂપ બનાવવા માટે ઉમેરવામાં આવે છે.

માળખાકીય ઉપયોગો માટે, 6000 શ્રેણી (દા.ત., 6061) તેના પ્રાથમિક એલોયિંગ તત્વો તરીકે મેગ્નેશિયમ અને સિલિકોનનો ઉપયોગ કરે છે, સામાન્ય રીતે 0.8~1.2% Mg અને 0.400~.8% Si. આ એલોય મધ્યમ શક્તિ, સારી વેલ્ડેબિલિટી અને શ્રેષ્ઠ મશીનરી ક્ષમતાનું ઉત્તમ સંતુલન પ્રદાન કરે છે.

ઉચ્ચ-શક્તિની માંગ માટે, 7000 શ્રેણી (દા.ત., 7075) માં મુખ્ય એલોયિંગ તત્વો તરીકે ઝીંક અને તાંબુનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં આશરે 5.16~.1% Zn અને 1.2~2.0% Cu છે. 7075 નું T6 ટેમ્પર 6061-T6 ની તાણ શક્તિ કરતાં લગભગ બમણું પ્રદાન કરે છે, જે તેને એરોસ્પેસ અને ઉચ્ચ પ્રદર્શન માળખાકીય ઘટકો માટે પસંદગીની સામગ્રી બનાવે છે.

ક્રોમિયમ, મેંગેનીઝ અને ટાઇટેનિયમની થોડી માત્રા પણ સામાન્ય રીતે વાણિજ્યિક એલોયમાં હાજર હોય છે, જે દરેક અનાજ શુદ્ધિકરણ અને કાટ પ્રતિકારમાં ભૂમિકા ભજવે છે. ચોક્કસ મશીનિંગ અથવા ફેબ્રિકેશન આવશ્યકતાઓ માટે યોગ્ય સામગ્રી પસંદ કરવા માટે દરેક એલોયની ચોક્કસ મૂળભૂત રચનાને સમજવી જરૂરી છે.