سود پرک یکی از مهمترین مواد شیمیایی است که در تولید آلومینیوم به کار می‌رود. آلومینیوم یکی از فلزاتی است که بسیاری از مصارف صنعتی و خانگی را دارد و از آن برای تولید انواع مختلفی از قطعات، وسایل و وسایل پوششی استفاده می‌شود. در این مقاله قصد داریم در مورد کاربرد سود پرک در تولید آلومینیوم و پیش از آن در مورد تولید آلومینیوم صحبت کنیم. با ما همراه باشید.

تولید آلومینیوم

برای تولید آلومینیوم، باید ابتدا بوکسیت (یکی از انواع سنگ‌های آلومینیوم) را پس از استخراج از معادن، به شکل پودر درآورده و سپس آن را با هیدروکسید سدیم (NaOH) و سود پرک (Caustic Soda) ترکیب کرد. در این مرحله، هیدروکسید سدیم (NaOH) به عنوان ماده باز، با بوکسیت و سود پرک واکنش می‌دهد و آلومینیوم هیدروکسید (Al(OH)3)  را تولید می‌کند.

سپس آلومینیوم هیدروکسید با گرمای قوی به آلومینیوم فلزی تبدیل می‌شود که در ادامه به کارخانه‌های تولید قطعات و وسایل مختلف آلومینیومی فرستاده می‌شود.

استفاده از سود پرک در این فرآیند به دلیل داشتن خاصیت ماده باز، کمک می‌کند تا فرآیند تبدیل بوکسیت به آلومینیوم به خوبی صورت بگیرد. اما برای جلوگیری از آلودگی زیست‌محیطی و تاثیرات منفی بر روی سلامتی، استفاده از سود پرک باید با دقت و احتیاط انجام شود.

علت استفاده از سود پرک در تولید آلومینیوم

در تولید آلومینیوم، برای جداسازی آلومینیوم از بوکسیت به یک فرایند الکترولیز نیاز است. در این فرایند، بوکسیت با نمکهای شیمیایی مختلف، مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) یا هیدروکسید پتاسیم (KOH) ترکیب می‌شود تا در دمای بالا و با استفاده از جریان برق، آلومینیوم جدا شود. در این فرایند، سود پرک به عنوان منبع هیدروکسید، از آب استخراج می‌شود و به عنوان نمک الکترولیت برای جداسازی آلومینیوم از بوکسیت استفاده می‌شود.

به علاوه، سود پرک به دلیل داشتن خاصیت باز کنندگی، در فرآیند جداسازی آلومینیوم به عنوان عاملی برای تمیز کردن و تصفیه رسوب آلومینا در استخر‌های الکترولیز استفاده می‌شود.

میزان مصرف سود پرک در تولید آلومینیوم

مصرف سود پرک در تولید آلومینیوم به میزان زیادی بوده و بسته به نوع فرآیند تولید، نوع آلومینایی که استفاده می‌شود و شرایط تولید، متفاوت است. به عنوان مثال، در فرآیند Bayer برای هر تن آلومینای خام، حدود 400 کیلوگرم سود پرک استفاده می‌شود. در فرآیند Hall-Héroult نیز، برای تولید یک تن آلومینیوم، به طور متوسط حدود 500 کیلوگرم سود پرک مصرف می‌شود. همچنین میزان مصرف سود پرک در فرآیند های دیگر مانند فرآیند تولید آلومینا به عنوان ماده میانی نیز متفاوت است و بسته به شرایط و نوع فرآیند تولید، متغیر است.

مزایای استفاده از سود پرک در تولید آلومینیوم

مزایای استفاده از سود پرک در تولید آلومینیوم عبارتند از:

کاهش هزینه‌های تولید

استفاده از سود پرک به عنوان ماده حفاری در کارخانه های تولید آلومینیوم، می تواند به کاهش هزینه های تولید کمک کند زیرا سود پرک از سرباره های صنعتی به دست می آید که قبلاً باید به دفعات می رفتند.

برای مطالعه مقاله «کاربرد سود پرک در پالایش نفت» کلیک کنید.

کاهش آلودگی محیط زیست

استفاده از سود پرک در تولید آلومینیوم می تواند به کاهش آلودگی محیط زیست کمک کند. با استفاده از سود پرک، سرباره های صنعتی بازیافت می شوند و به جای آن که در زمین های دفن زباله رها شوند، به محصولات دیگری تبدیل می شوند.

حفاظت از منابع طبیعی

با استفاده از سود پرک به جای مواد اولیه دیگری مانند بوکسیت برای تولید آلومینیوم، منابع طبیعی نجات می یابند.

ایجاد مزیت رقابتی

استفاده از سود پرک به عنوان ماده حفاری در تولید آلومینیوم، می تواند مزیت رقابتی برای تولید کنندگان ایجاد کند. با کاهش هزینه های تولید و حفاظت از محیط زیست، شرکت های تولید آلومینیوم می توانند با شرکت های دیگر رقابت کنند.

بازیافت سرباره های صنعتی

استفاده از سود پرک در تولید آلومینیوم می تواند باعث بازیافت سرباره های صنعتی شود و در نتیجه به کاهش آلودگی محیط زیست و مدیریت پسماند کمک کند.

فرآوری سنگ معدن بوکسیت و تولید آلومینیوم

سنگ بوکسیت منبع اصلی تولید آلومینیوم است و برای تولید آلومینیوم باید ابتدا بوکسیت را به آلومینا تبدیل کرد و سپس آلومینا را به آلومینیوم فلزی تصفیه کرد.

فرآیند تولید آلومینیوم شامل مراحل زیر است:

استخراج بوکسیت

بوکسیت از معدن استخراج می شود و برای این منظور از روش های مختلفی از جمله بازوکنی، شن و ماسه و غیره استفاده می شود.

فرآیند بایر

بوکسیت با استفاده از فرآیند بایر به آلومینا تبدیل می شود. در این فرآیند بوکسیت به همراه هیدروکسید سدیم در داخل یک برج قرار می گیرد و با استفاده از گرما و فشار به آلومینا تبدیل می شود.

فرآیند هال هرز

در این مرحله آلومینا با استفاده از فرآیند هال هرز به آلومینیوم فلزی تصفیه می شود. در این فرآیند آلومینا به همراه فلزاتی مانند فلز کربن، کلسیم و آلومینیوم کلرید در داخل یک برج قرار می گیرند و با گذراندن جریان الکتریکی از آنها به آلومینیوم فلزی تصفیه می شود.

در این فرآیند سود پرک به عنوان یکی از منابعی که فلز کربن در آن به دست می آید، استفاده می شود. سود پرک باعث کاهش دمای لازم برای تولید فلز کربن می شود و به عنوان نتیجه، انرژی بسیار کمتری برای تصفیه آن مورد نیاز است.

پس از استخراج بوکسیت، باید آن را به آلومینا تبدیل کرد. فرآیند تولید آلومینیوم از طریق فرآیند Hall-Héroult انجام می شود. در این فرآیند، ابتدا بوکسیت به آلومینا تبدیل می شود. برای تبدیل بوکسیت به آلومینا، باید ابتدا بوکسیت را فرآوری کرد تا بتوان آلومینای آن را جدا کرد.

فرآیند فرآوری بوکسیت شامل چند مرحله است. در مرحله اول، بوکسیت را خرد می کنند و به اندازه کافی کوچک می کنند تا بتوان آن را در مرحله بعدی با هیدروکسید سدیم (سود پرک) افزایش داد. در مرحله دوم، بوکسیت را با هیدروکسید سدیم در مخلوطی از آب و حرارت آماده می کنند تا آلومینای آن جدا شود. در این مرحله، سود پرک به عنوان یکی از مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.

سود پرک در این فرآیند به عنوان کاتالیزور عمل می کند و به تسریع فرآیند جداسازی آلومینا از بوکسیت کمک می کند. در واقع، هیدروکسید سدیم (نقشی که برای جداسازی آلومینا از بوکسیت ایفا می کند) در حضور سود پرک بسیار بهتر عمل می کند.

مصرف سود پرک در این فرآیند بستگی به کیفیت و مقدار بوکسیت است. معمولاً برای هر تن بوکسیت حدود 50 کیلوگرم سود پرک مصرف می شود. در مواردی که بوکسیت با کیفیت پایین است، ممکن است نیاز به مصرف بیشتری از سود پرک باشد.

فرآیند هال-هروول (Hall-Heroult) برای تولید آلومینیوم

فرآیند هال-هروول یکی از روش‌های مهم برای تولید آلومینیوم به صورت انبوه است. در این روش، ابتدا بوکسیت به آلومینیوم اکسید تبدیل می‌شود. سپس در فرآیند الکترولیز، آلومینیوم از اکسید آلومینیوم به دست می‌آید.

در فرآیند هال-هروول، در یک مخزن با نام سلول الکترولیز، ابتدا آلومینا (اکسید آلومینیوم) به همراه کاتدی از جنس کربنی که به عنوان الکترود عمل می‌کند وارد مخزن می‌شود. سپس در دمای بالا (بین 950 تا 980 درجه سانتی‌گراد) و با استفاده از جریان الکتریکی، آلومینیوم از اکسید آلومینیوم به صورت مایع جدا می‌شود و به سمت کاتد حرکت می‌کند و در آنجا جمع می‌شود.

در عمل، برای جلوگیری از تجمع کربن بر روی الکترود و تولید گاز‌های آزاد شده در راکدای سلول الکترولیز، به صورت دوره‌ای جریان الکتریکی بر روی آن بالا و پایین می‌شود تا جریان را تنظیم کرده و آلومینیوم را از اکسید آلومینیوم جدا کند.

از مزایای این روش تولید آلومینیوم، مصرف کم انرژی در مقایسه با روش‌های دیگر، ارزانی و سادگی فرآیند و نیز قابلیت بازیافت و استفاده مجدد الکترود کربنی است.

نقش هیدروکسید سدیم در خالص سازی آلومینیوم

هیدروکسید سدیم (NaOH) در فرآیند خالص سازی آلومینیوم با استفاده از روش هال-هرویتل، به عنوان ماده مذاب و الکترولیتی استفاده می‌شود. در این روش، ماده معدنی بوکسیت به آلومینا (Al2O3) تبدیل می‌شود که در یک مرحله جدا شده و به همراه هیدروکسید سدیم درون یک کوره‌ی الکتریکی با دمای بالا قرار می‌گیرد. در اینجا، هیدروکسید سدیم به عنوان ماده مذاب و الکترولیتی و آلومینا به عنوان ماده‌ی فلزی (کاتد) عمل می‌کند. با عبور جریان الکتریکی از محلول مذاب درون کوره الکتریکی، آلومینا به عنوان کاتد متصل به آند (یا مثبت‌) که در آن به جای آلومینیوم، کربن یا گرافیت به عنوان آند استفاده می‌شود و پس از واکنش‌های الکتروشیمیایی تولید می‌شود.

برای مطاله مقاله «سود سوزآور: یک عنصر کلیدی برای زندگی روزمره» کلیک کنید.

در این فرآیند، هیدروکسید سدیم نقش مهمی در جداسازی آلومینیوم از آلومینا بازی می‌کند. بعد از اتمام واکنش، آلومینیوم جدا شده از آلومینا به صورت مایع در قاشقی جمع می‌شود و در مراحل بعدی خالص سازی می‌شود. هیدروکسید سدیم در این فرآیند به صورت ماده مذاب در دمای بالا بکار می‌رود و پس از جداسازی آلومینیوم، به عنوان پسماند باقی می‌ماند.

جمع‌بندی

در این مجموعه سوال و پاسخ، به کاربردهای سود پرک در تصفیه آب، تولید دارو، پالایش نفت و تولید آلومینیوم پرداختیم. همچنین، در هر مورد به میزان مصرف سود پرک، مزایا و معایب استفاده از آن، عوارض زیست محیطی و نقش سود پرک در فرآیند تولید محصول مربوطه اشاره شد.