Alumiinin valmistus

Alumiinia on maaperässä 8% ja se on kolmanneksi yleisin alkuaine (metalleista yleisin). Raaka-ainetta syntyy 50 kertaa enemmän kuin louhitaan, joten alumiinin riittävyys ei ole ongelma. Suurin osa alumiinista saadaan bauksiitista (seos, jossa on n. 50-60% Al₂O₃·nH₂O, 2-30% Fe₂O₃, 0,7-20% SiO₂, 2-4% TiO₂, >2% CaO). Alumiinia bauksiitissa on noin 25-massa-%. Bauksiitin ainesosien suhteet vaihtelevat eri louhoksissa. Rautaoksidi värjää bauksiitin ruskeaksi, mutta alumiinioksidi on valkoista jauhetta. Eniten bauksiittia louhitaan Australiassa, jossa bauksiittia syntyy maan rapautuessa. Myös Länsi-Afrikassa, Latinalaisessa Amerikassa, Aasiassa sekä Euroopassa, lähimpänä meitä Unkarin bauksiittilouhos. Bauksiittia louhitaan pääasiassa avolouhoksilla.

 

 

Alumiinioksidin valmistus:

 

Alumiinioksidia valmistetaan Bayerin menetelmällä. Bauksiitti murskataan pienemmäksi ja liuotetaan väkevään NaOH:iin. Liukenemattomat osat suodatetaan pois ja liuennut alumiini on natriumalumiinioksidin muodossa.

 

Al₂O₃ + 2 NaOH → 2 NaAlO₂ + H₂O

 

Tämän jälkeen natriumalumiinioksidin annetaan reagoida veden kanssa, jolloin syntyy alumiinihydroksidia.

 

NaAlO₂ + 2 H₂O → Al(OH)₃ + NaOH

 

Kalsinoinnissa alumiinihydroksidi kuumennetaan 1200-1300ºC, jolloin muodostuu alumiinioksidia.

 

2 Al(OH)₃ → Al₂O₃  + 3 H₂O

 

 

Alumiinin pelkistys:

 

Alumiini pelkistetään Hall-Heroult-elektrolyysiprosessilla. Alumiinioksidi pelkistetään 950ºC lämpötilassa kryoliitti-liuoksessa (Na₃AlF₆), jossa on myös alumiinifluoridia.Liuokseen sekoitetaan alumiinioksidia. Sinne johdetaan sähkövirtaa siten, että hiilianodit reagoivat alumiinioksidin kanssa, jolloin syntyy sulaa alumiinia ja hiilidioksidia. Myös katodi on hiiltä. Elektrolyysikenno on astia, jonka pohja on hiiltä (katodi) ja seinät terästä. Kryoliittisulaan on upotettu hiilianodit. Sula alumiini valuu pohjalle, josta se poistetaan. Alumiini viedään valimoon, jossa alumiinisulaan lisätään seosaineita ja poistetaan oksideja ja kaasuja (epäpuhtaudet). Alumiini valetaan esim. harkoiksi.

 

 

Alumiinia kierrätysromusta:

 

Alumiiniromusta poistetaan kaikki ylimääräinen, kuten muut metallit, häiritsevät maalit ja muut aineet (esim, muovit). Tämän jälkeen metalliromu sulatetaan ja valetaan harkoiksi.

 

 

Alumiinin prosessointi

Sulatus ja valu:

 

Prosessiromu ja harkot sulatetaan 700ºC tehtaan valimossa. Alumiinisulaan lisätään seosaineita, jotka parantavat alumiinin ominaisuuksia (esim, parempi lujuus). Seosaineita ovat mm. kupari, magnesium, sinkki ja pii. Kun alumiini on sulatettu ja seosaineet lisätty, seos valetaan aihioiksi. Aihiot ovat paksuja alumiinitankoja.

 

 

Homogenisointi:

 

Homogenisointi tapahtuu 570ºC lämpötilassa. Homogenisoinnin tarkoituksena on saada kiderakenne tasaiseksi, sillä valurakenne on epähomogeeninen.

 

 

Profiilien suunnittelu ja pursotus:

 

Profiilien valmistukseen tarvitaan työkalu, jolla saadaan oikeanlainen kappale. Työkalu toimii kuten muotti. Jokaiselle asiakkaalle valmistetaan omanlainen työkalu, sillä profiilit ovat aina mittatilaustöitä. Kun työkalu on suunniteltu ja tehty, alkaa profiilin pursotus. Työkalu laitetaan laitteeseen ja ja sen läpi työnnetään pehmeäksi lämmitetty alumiiniaihio. Kun profiili tulee ulos laitteesta, se jäähdytetään nopeasti vedellä.

 

 

 

 

 

Oikaisu ja sahaus:

 

Jäähdytyksen jälkeen profiili ei ole aivan suora, joten se pitää oikaista ihan suoraksi. Se tapahtuu niin, että laite tarttuu profiilin molempiin päihin kiinni ja vetää sen suoraksi. Sahauksessa loogisesti  katkaistaan profiilin päät ja sahataan profiili halutun mittaisiksi palasiksi.

 

 

Vanhennus:

 

Vanhennuksessa alumiinista tehdään vahvempaa. Sitä ennen se on vielä melko pehmeää. Näin saadaan aikaan lujuus, joka tulisi luonnollisesti vuosien aikana. Vanhennus tapahtuu 180ºC lämpötilassa. Vanhennus voidaan myös jättää tekemättä asiakkaan pyynnöstä.

 

 

Pintakäsittely:

 

Pintakäsittely on käsitelty omassa kohdassaan (ks. viereinen sarake).

 

 

Työstöt:

 

Tarvittaessa profiilille tehdään vielä mekaanisia työstöjä, kuten porausta, hiontaa, taivutusta ja sahausta sekä hitsausta. Pitää kuitenkin ottaa huomioon, että anodisoitavalle kappaleelle nämä vaiheet tulee tehdä ennen pintakäsittelyä.

 

 

 

 

 

 

Tämän jälkeen profiilit toimitetaan eteenpäin asiakkaille.

 

Lähteet: Nordic Aluminium Oyj, EAA 1999, Hydro Aluminium a.s, Gränges Aluminium