Bahan Baku Bauksit dan Pemurnian Alumina
Rantai nilai aluminium dimulai dengan bauksit,-bijih yang ditambang di permukaan yang mengandung aluminium oksida terhidrasi bersama dengan oksida besi, silika, dan titania. Kualitas bijih dinilai berdasarkan kandungan total alumina dibandingkan dengan rasio alumina yang tersedia terhadap silika reaktif, karena rasio tersebut menentukan berapa banyak soda kaustik yang hilang ke aliran residu dan oleh karena itu seberapa ekonomis suatu kilang.
Pemurnian mengikuti proses Bayer. Bijih yang dihancurkan dan dicuci dicerna dengan cairan soda kaustik panas, yang melarutkan aluminium hidroksida dan meninggalkan residu kaya besi-dalam suspensi. Suhu pencernaan dipilih agar sesuai dengan mineralogi bijih, umumnya berkisar antara 140 hingga 240 derajat Celcius di bawah tekanan untuk bijih boehmite dan diaspora, dan lebih rendah untuk bijih gibbsitik. Bubur tersebut kemudian disaring, diencerkan dan diklarifikasi untuk memisahkan residu yang tidak larut yang dikenal sebagai lumpur merah, yang dicuci, dikentalkan dan disimpan dalam wadah yang direkayasa.
Cairan hamil yang telah diklarifikasi didinginkan dalam tangki pengendapan dan diunggulkan dengan kristal alumina hidrat halus. Saat minuman keras mendingin, keadaan supersaturasi mendorong aluminium hidroksida keluar dari larutan ke dalam benih. Hidrat kasar diklasifikasi, dan fraksi halus dikembalikan sebagai benih sementara fraksi kasar dicuci dan dikalsinasi pada suhu sekitar 1000 hingga 1100 derajat Celcius untuk menghilangkan air yang terikat secara kimia. Hasilnya adalah bubuk alumina tingkat peleburan, biasanya di atas 98 persen aluminium oksida dengan soda, silika, dan besi yang dikontrol ketat. Kontrol kualitas alumina mengikuti GB/T 24487, dan ingot peleburan kembali yang diproduksi di hilir ditentukan dalam GB/T 1196.
Reduksi Elektrolitik di Hall-Sel Heroult
Aluminium primer diproduksi melalui elektrolisis, bukan melalui peleburan seperti yang konvensional. Alumina dilarutkan dalam kriolit cair pada suhu sekitar 960 derajat Celcius di dalam cangkang baja yang dilapisi karbon, yang bertindak sebagai katoda. Anoda karbon diturunkan ke dalam bak dan arus searah 150 hingga 300 kiloamper melewati sel.
Arus menguraikan alumina terlarut menjadi aluminium cair dan oksigen. Oksigen bergabung dengan permukaan anoda karbon, sehingga anoda dikonsumsi terus menerus dan harus diganti secara berkala, biasanya sekitar 0,4 ton karbon per ton logam yang dihasilkan. Aluminium cair lebih padat daripada elektrolit dan terkumpul di lantai sel, kemudian disedot ke dalam cawan lebur. Tegangan sel didominasi oleh wadah antara anoda dan katoda, bukan oleh potensi dekomposisi teoretis, itulah sebabnya konsumsi energi spesifik untuk aluminium primer kira-kira 13.500 kilowatt-jam per ton.
Disiplin pengoperasian berpusat pada kontrol umpan alumina, suhu rendaman dan rasio rendaman, jarak anoda, dan pemulihan efek anoda. Kontrol umpan yang buruk menyebabkan penumpukan lumpur-atau efek anoda yang berlebihan, dan keduanya meningkatkan konsumsi energi dan emisi. Pabrik peleburan modern juga menangkap dan mengolah gas pot untuk menghilangkan senyawa fluorida dan sulfur sebelum dilepaskan.
Pengecoran dan Homogenisasi Lembaran dan Billet
Logam cair dipindahkan dari cawan lebur ke stasiun pengecoran dan dicampur sesuai spesifikasi sebelum pemadatan. Pengecoran dingin langsung adalah proses utama produk tempa: logam dituangkan ke dalam cetakan-berpendingin air sementara meja hidraulik menarik cangkang yang mengeras, menghasilkan pelat bergulir untuk produk datar dan billet silinder untuk ekstrusi.
Rolling Slab: coran persegi panjang besar, biasanya mencapai sekitar 30 ton, untuk produksi lembaran dan foil
Billet ekstrusi: coran bulat dalam berbagai diameter untuk profil, tabung dan batang
Pengecoran kontinyu dan pengecoran strip: rute padat yang menghasilkan stok strip atau foil mendekati ukuran akhir
Homogenisasi: perendaman pada suhu sekitar 500 hingga 580 derajat Celcius untuk menghilangkan segregasi dan menyamakan struktur mikro
Scalping dan sawing: penghilangan kulit permukaan yang terpisah dan teroksidasi sebelum pengerjaan panas
Praktek homogenisasi sangat mempengaruhi kemampuan formabilitas hilir. Perendaman yang tidak mencukupi akan meninggalkan fase larut yang kasar yang retak selama penggulungan atau ekstrusi, sedangkan waktu perendaman yang berlebihan akan membuang kapasitas tungku dan dapat membuat dispersioid menjadi kasar melebihi batas yang dapat digunakan.
Pembentukan: Rolling, Ekstrusi, Forging dan Die Casting
Produk pipih diproduksi dengan cara menggulung lempengan yang dihomogenisasi dengan panas pada mesin pembalik, mengurangi ketebalan dari sekitar 600 milimeter menjadi antara 2 dan 10 milimeter, kemudian menggulung dingin pada pabrik multi-berdiri atau-berdiri tunggal hingga mencapai ukuran akhir. Langkah-langkah anil di antara lintasan mengontrol kekerasan, ukuran butir, dan tekstur. Penggulungan foil berlanjut di pabrik cluster hingga mencapai ukuran mendekati 0,006 milimeter untuk kemasan tertipis dan foil kapasitor. Lembaran dan pelat ditentukan oleh ASTM B209, dan persyaratan sifat mekanik Eropa tercantum dalam EN 485-2, dengan komposisi kimia untuk produk tempa diatur dalam EN 573-3.
Profil dan tabung dibuat dengan cara ekstrusi, menekan billet yang dipanaskan melalui cetakan berbentuk sehingga logam mengalir ke bagian yang kontinu. Batangan, batang dan profil yang diekstrusi ditentukan oleh ASTM B221. Penempaan menerapkan deformasi tekan pada billet atau potongan potongan, menyempurnakan aliran butiran dan meningkatkan kinerja kelelahan dan ketangguhan roda, lengan suspensi, dan perlengkapan struktural. Pengecoran-tekanan tinggi menyuntikkan paduan cair ke dalam cetakan baja yang diperkeras untuk rumah, braket, dan komponen mesin dengan dinding tipis dan rusuk yang rumit.
Pembentukan lembaran logam menjawab kebutuhan yang berbeda. Stamping progresif menghasilkan panel dan penutup otomotif dalam jumlah besar, sementara manufaktur aditif membangun komponen dengan bentuk yang hampir-bersih-lapis demi lapis, sehingga mempersingkat waktu pengerjaan untuk-komponen ruang angkasa dan perkakas bervolume rendah, namun memerlukan kontrol kualitas bubuk dan-pemrosesan.
Perawatan Permukaan dan Kontrol Kualitas
Penyelesaian akhir permukaan menentukan umur korosi, penampilan dan daya rekat bagian hilir. Anodisasi menumbuhkan lapisan oksida anodik berpori yang dapat disegel atau diwarnai, biasanya setebal 5 hingga 25 mikrometer tergantung pada kelas yang dibutuhkan. Lapisan bubuk menerapkan lapisan polimer yang tahan terhadap pelapukan dan abrasi. Pelapisan konversi kimia menghasilkan lapisan film bebas fosfat atau kromat-yang meningkatkan daya rekat cat dan perlindungan korosi sementara. Pemolesan mekanis menghasilkan hasil akhir yang reflektif, dan tekstur laser menciptakan pola-mikro yang mempertahankan pelumas selama pembentukan.
Verifikasi komposisi kimia dengan spektrometri emisi optik pada setiap cetakan
Pengujian mekanis terhadap kekuatan tarik, kekuatan luluh dan perpanjangan pada produk jadi
Pemeriksaan dimensi ketebalan, lebar, kerataan, kelurusan dan toleransi profil
Inspeksi permukaan untuk mengetahui adanya inklusi, bercak oksida, goresan, retakan tepi, dan bekas gilingan
Pengujian non-destruktif seperti inspeksi ultrasonik untuk cacat internal pada pelat dan tempa besar
Ketertelusuran menghubungkan setiap lot yang sudah jadi dengan nomor cetakannya, catatan perlakuan panas, dan data inspeksi. Rantai pencatatan itulah yang memungkinkan perakit menerima bahan tanpa mengulangi setiap pengujian, sehingga ini merupakan aset komersial dan bukan dokumen.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Bagaimana cara alumina diekstraksi dari bijih bauksit?
Bijih dihancurkan dan dicuci, kemudian dicerna dengan soda kaustik panas agar aluminium hidroksida larut. Lumpur merah kaya besi yang tidak larut-dipisahkan, aluminium hidroksida dikristalisasi dari cairan yang didinginkan melalui penyemaian, dan hidratnya dikalsinasi menjadi bubuk alumina tingkat-peleburan.
T: Apa yang terjadi di dalam sel reduksi elektrolitik?
Alumina larut dalam kriolit cair pada suhu sekitar 960 derajat Celcius. Arus searah dari 150 hingga 300 kiloamper memecah alumina menjadi aluminium cair dan oksigen, anoda karbon dikonsumsi, dan logam cair terkumpul di lantai sel yang dilapisi karbon untuk disadap secara berkala.
T: Mengapa homogenisasi diperlukan setelah pengecoran?
Pengecoran meninggalkan fase segregasi dan non{0}}keseimbangan yang kasar. Perendaman pada suhu sekitar 500 hingga 580 derajat Celcius akan melarutkan fase-fase tersebut dan menyamakan struktur mikro, sehingga meningkatkan perilaku penggulungan dan ekstrusi serta menstabilkan sifat akhir.
T: Berapa banyak energi yang dibutuhkan aluminium primer?
Sekitar 13.500 kilowatt-jam per ton logam, dengan bagian terbesar dikonsumsi dalam sel elektrolitik. Aluminium daur ulang menghindari langkah reduksi sepenuhnya dan hanya membutuhkan sebagian kecil energi tersebut.
T: Standar mana yang mencakup lembaran aluminium dan profil ekstrusi?
ASTM B209 mencakup lembaran dan pelat dan ASTM B221 mencakup batangan, batang dan profil yang diekstrusi, sedangkan EN 573-3 mendefinisikan komposisi tempa dan EN 485-2 mendefinisikan sifat mekanik lembaran. Persyaratan Tiongkok ditetapkan oleh standar GB/T untuk produk ingot dan hilir.
T: Permukaan akhir mana yang harus dipilih?
Pilih anodisasi untuk keausan dan warna dekoratif, pelapis bubuk untuk ketahanan cuaca eksterior, pelapis konversi kimia sebagai dasar cat atau perlindungan sementara, pemolesan untuk reflektifitas, dan tekstur laser yang memerlukan retensi pelumas selama pembentukan.
