Bayer ve Hall Prosesleri ile Alüminyum Üretimi

Alüminyum, Dünya metal pazarında demir-çelik alaşımlarından sonra 2. sırada yer almaktadır. Bu pazarın yayılması ve hızla büyümesi Alüminyum’un çok yönlü mühendislik uygulamalarına müsait olması sebebiyledir. Ağırlıkça hafif olmasına rağmen alaşımlandırarak yapı çeliğinden daha mukavemetli hale getirilebilir. İyi elektriksel ve ısıl iletkenliğe ve yüksek ısı ve ışık yansıtmasına sahiptir. Korozyon direnci oldukça iyi ve zehirsizdir. Geniş aralıkta mekanik özelliklere ve yüzey kalitesine sahiptir.

İndirgeme

Alüminyum, yer kabuğunda demir, silisyum, oksijen gibi elementlerle bileşik halde bulunur. Bu yapıların en önemlilerinde biri de boksittir. Boksit, hidratlı alüminyum oksittir. Saf alüminyum oksit Bayer Prosesi ile elde edilir.

Öncelikle ince öğütülmüş ve toz haline getirilmiş boksit, cevherdeki Alüminyum’u Sodyum Alüminat’a dönüştürecek şekilde reaksiyona sokulur.

Al₂O₃  +  2 NaOH      →     2 NaAlO₂   +   H₂O

Ferrit ve Silikalar barındıran Alüminat solüsyonu Al₂(OH)₃’ün çökelmesi için su ile yavaşça soğutulur.

NaAlO₂   +    2 H₂O    →    Al(OH)₃    +    NaOH

Al(OH)₃  koyulaştırılır, yıkanır ve Al₂O₃ eldesi için 1100 °C’de kalsinasyona tabi tutulur.

Al₂O₃ ergiyik, kraylit ( Na₃AlF₆ ) banyosunda çözünür ve karbon anotlar kullanılarak bir elektrolitik hücrede elektrolize edilir.

Elektroliz işlemleri sayesinde (HALL PROSESİ) ergiyil Alüminyum sıvı durumda karbon katot astar etrafında çöker ve dibe batar. Anotta Oksijen toplanır ve salınır. Çöken ergiyik Alüminyum boşaltılır ve fazla oksitleri ve gazları almak için işlemlere tabi tutulur. Alınan Alüminyum genellikle Demir ve Silisyum bulundurur ve %99,5-99,9 safiyettedir.

İlk Fabrikasyon

Yeniden Ergitme ve Döküm: Alüminyum üretiminde yeniden ergitme yapılır. Ergitme işleminin yapılacağı fırın Hall Prosesi’nden alınan Alüminyum ile doldurulur. Alaşım elementleri istenilen oranda ilave edilir. Bu sırada cüruf alınarak metal temizlenir. Sıvı Alüminyum çözünmüş Hidrojen’den arındırılmak için Klor gazı ile mekanik temizlenir.
Alüminyum temizlendikten sonra döküme başlanır. Porozite oluşmaması için Alüminyum kademeli olarak dökülür.

Yüzey Uzaklaştırma: Levha ve ingot durumda, sıcak hadde merdaneleri ile temas edecek olan Alüminyum’un yaklaşık ½ inç kadarı yüzeyden uzaklaştırlır. Amaç, yüzey temizliğinden emin olmaktır.

Ön Isıtma ve Homojenizasyon: Alüminyum alaşımları her bölgeye aynı mekanik işlem yapılırken bu bölgelerin aynı mekanik özelliklerde olması için homojenizasyona tabi tutulur. Homojenizasyon, atom difüzyonu ile sağlanır. Bu sırada sıcaklık, en düşük ergime sıcaklığını altında olmalıdır.

Sıcak Haddeleme: Ön ısıtma ve homojenizasyondan sonra metal yeniden ısıtılarak sıcak haddeye uygun hale gelir. Daha sonra haddeleme başlar ve bu işlemde kalınlık %90 oranına kadar azaltılır.

Soğuk Haddeleme: Son olarak metal soğuk haddelenir. %30-65 aralığında inceltme yapılır.

Hamdi Ekici
İstanbul Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

Kaynakça:

1. Metals Handbook, 8th ed.vol.7. American Society for Metals, 1972
2. F.Keller in ‘’Physical Metallurgy og Aluminum Alloys.’’ American Society for Metals. 1949 )
3. J.G. Morris, Trans, ASM 59 1966