ॲल्युमिनियमचे शुद्धीकरण कसे केले जाते आणि त्यात कोणते घटक असतात?

ॲल्युमिनियम (Al) हा एक हलका, चंदेरी पांढरा धातू आहे, जो पृथ्वीच्या कवचात ऑक्सिजन आणि सिलिकॉननंतर तिसऱ्या क्रमांकावर सर्वाधिक प्रमाणात आढळतो. तथापि, त्याच्या उच्च रासायनिक क्रियाशीलतेमुळे, तो नैसर्गिकरित्या कधीही शुद्ध धातूच्या स्वरूपात आढळत नाही. त्याऐवजी, तो संयुगांच्या स्वरूपात आढळतो, प्रामुख्याने बॉक्साइट धातुकमध्ये, जे गिबसाइट (Al(OH)₃), बोहेमाइट (AlO(OH)) आणि डायस्पोर यांसारख्या जलयुक्त ॲल्युमिनियम ऑक्साईडचे मिश्रण आहे.

दोन टप्प्यांतील शुद्धीकरण प्रक्रिया

कच्च्या बॉक्साइटपासूनचा प्रवासउच्च शुद्धतेच्या अॅल्युमिनियममध्येदोन भिन्न औद्योगिक प्रक्रिया.

पहिला टप्पा म्हणजे १८८८ मध्ये विकसित झालेली बेयर प्रक्रिया. यामध्ये, बारीक केलेला बॉक्साइट गरम सोडिअम हायड्रॉक्साइडच्या द्रावणात दाबाखाली मिसळला जातो, ज्यामुळे ॲल्युमिनियमयुक्त खनिजे विरघळतात आणि लोह ऑक्साईड व सिलिका यांसारख्या अशुद्धी मागे राहतात. परिणामी मिळालेले सोडिअम ॲल्युमिनेट द्रावण नंतर गाळून त्यातील लाल चिखलाचा अवशेष काढून टाकला जातो, त्यात ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साइडचे स्फटिक टाकले जातात आणि शुद्ध पांढरा ॲल्युमिना किंवा ॲल्युमिनियम ऑक्साईड (Al₂O₃) तयार करण्यासाठी सुमारे १,१००°C तापमानावर तापवले जाते. आता जगातील ९०% पेक्षा जास्त ॲल्युमिनाचे उत्पादन याच पद्धतीने केले जाते.

दुसरा टप्पा हॉल हेरॉल्ट प्रक्रिया आहे. ॲल्युमिनाचा वितळणांक २,०००°C पेक्षा जास्त असल्याने, थेट विद्युत अपघटन अव्यवहार्य ठरते. यावर उपाय म्हणजे वितळलेल्या क्रायोलाइटमध्ये (Na₃AlF₆) Al₂O₃ विरघळवणे, ज्यामुळे कार्यरत तापमान सुमारे ९५०~१,०००°C पर्यंत कमी होते. त्यानंतर या मिश्रणातून विद्युत प्रवाह सोडला जातो. वितळलेले ॲल्युमिनियम तळाशी (कॅथोड) जमा होते, तर ऑक्सिजन कार्बन ॲनोड्ससोबत संयोग करून CO₂ तयार करतो. प्राथमिक ॲल्युमिनियम तयार करण्यासाठी ही विद्युत अपघटनी पद्धत एकमेव औद्योगिक प्रक्रिया आहे, ज्यामुळे ९९.५~९९.८% शुद्धतेचा धातू मिळतो.

ॲल्युमिनियममध्ये कोणते घटक असतात?

शुद्ध ॲल्युमिनियममध्ये केवळ Al हा मूलद्रव्य असतो, ज्याचा अणुक्रमांक १३ आणि अणुभार अंदाजे २६.९८ ग्रॅम/मोल असतो. व्यावसायिक शुद्धतेच्या ॲल्युमिनियममध्ये (९८.८–९९.७% Al) नैसर्गिक अशुद्धी म्हणून लोह आणि सिलिकॉनचे अल्प अंश असतात. तथापि, बहुतेकअनुप्रयोग ॲल्युमिनियम मिश्रधातूंवर अवलंबून असतात, जिथे यांत्रिक गुणधर्म अनुकूल करण्यासाठी विशिष्ट घटक हेतुपुरस्सर जोडले जातात.

संरचनात्मक उपयोगांसाठी, 6000 सिरीजमध्ये (उदा., 6061) मॅग्नेशियम आणि सिलिकॉन हे मुख्य मिश्रधातू घटक म्हणून वापरले जातात, साधारणपणे 0.8~1.2% Mg आणि 0.400~0.8% Si. ही मिश्रधातू मध्यम मजबुती, चांगली वेल्डिंगक्षमता आणि उत्कृष्ट मशिनिंगक्षमता यांचा उत्तम समतोल साधते.

उच्च शक्तीच्या गरजांसाठी, 7000 सिरीजमध्ये (उदा., 7075) जस्त आणि तांबे हे मुख्य मिश्रधातू घटक म्हणून वापरले जातात, ज्यात अंदाजे 5.16~0.1% Zn आणि 1.2~2.0% Cu असते. 7075 चा T6 टेम्पर 6061-T6 पेक्षा जवळजवळ दुप्पट ताणशक्ती देतो, ज्यामुळे ते एरोस्पेस आणि उच्च कार्यक्षमतेच्या संरचनात्मक घटकांसाठी पसंतीचे मटेरियल ठरते.

व्यावसायिक मिश्रधातूंमध्ये क्रोमियम, मॅंगनीज आणि टायटॅनियमचे अल्प प्रमाण देखील सामान्यतः आढळते, आणि त्यातील प्रत्येक घटक कण-सुधारणेत (grain refinement) आणि क्षरण-प्रतिरोधकतेत (corrosion resistance) भूमिका बजावतो. विशिष्ट मशीनिंग किंवा निर्मितीच्या गरजांसाठी योग्य सामग्री निवडण्याकरिता प्रत्येक मिश्रधातूची अचूक मूलद्रव्यीय रचना समजून घेणे आवश्यक आहे.