چگونه فویل آلومینیوم تولید می‌شود؟ فرآیندهای صنعتی به زبان ساده

به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران»؛ فویل آلومینیوم یکی از پرکاربردترین مواد در بسته‌بندی مواد غذایی، داروسازی، خودروسازی و صنعت الکترونیک است. این ماده سبک، انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر رطوبت و حرارت بوده و به دلیل قابلیت بازیافت ۱۰۰ درصدی، گزینه‌ای پایدار و اقتصادی برای صنایع مختلف محسوب می‌شود.

اما فویل آلومینیومی چگونه تولید می‌شود؟ فرآیند تولید آن شامل چندین مرحله صنعتی از استخراج بوکسیت تا نورد نهایی است. در این مقاله، این فرآیند را به زبان ساده بررسی می‌کنیم.

۱. مراحل تولید فویل آلومینیوم

۱.۱ استخراج بوکسیت – ماده خام اولیه

بوکسیت سنگ معدنی حاوی آلومینا (Al₂O₃) است که به عنوان ماده اولیه تولید آلومینیوم شناخته می‌شود. این سنگ از معادن مختلف در کشورهایی مانند استرالیا، برزیل، چین و گینه استخراج می‌شود.

 مرحله اول:

• بوکسیت از معادن استخراج شده و به کارخانه‌های فرآوری منتقل می‌شود.

مرحله دوم:

• برای حذف ناخالصی‌ها، بوکسیت خرد شده و در محلول سود سوزآور (هیدروکسید سدیم - NaOH) حل می‌شود تا آلومینا از سایر مواد جدا شود.

 مرحله سوم:

• در این مرحله، آلومینا به صورت پودر سفیدرنگ استخراج شده و برای مرحله بعدی ارسال می‌شود.

۱.۲ فرآیند هال-هرولت – تبدیل آلومینا به آلومینیوم خالص

پس از استخراج آلومینا، از فرآیند هال-هرولت برای تبدیل آن به آلومینیوم خالص استفاده می‌شود.

مراحل:

1. ذوب آلومینا: آلومینا در حمام الکترولیتی از جنس کریولیت (Na₃AlF₆) حل شده و در دمای حدود ۹۶۰ درجه سانتی‌گراد به مایع تبدیل می‌شود.

2. الکترولیز: جریان الکتریکی از طریق این محلول عبور می‌کند و باعث می‌شود یون‌های آلومینیوم آزاد شده و به سمت کاتد جذب شوند.

3. تولید آلومینیوم خالص: آلومینیوم مذاب در انتهای حمام الکترولیتی جمع شده و سپس از آن برای ساخت شمش‌های آلومینیوم استفاده می‌شود.

 نکته: این فرآیند نیاز به انرژی الکتریکی بسیار زیادی دارد، به همین دلیل کارخانه‌های تولید آلومینیوم معمولاً در نزدیکی منابع برق ارزان (مانند نیروگاه‌های آبی) ساخته می‌شوند.

۱.۳ ریخته‌گری و تولید شمش‌های آلومینیوم

پس از تولید آلومینیوم مذاب:

• این مایع در قالب‌های مخصوص ریخته شده و به صورت شمش‌های بزرگ (Ingot) یا ورق‌های ضخیم (Slab) در می‌آید.

• این شمش‌ها سپس به کارخانه‌های نورد آلومینیوم ارسال می‌شوند تا به فویل‌های نازک تبدیل شوند.

۱.۴ نورد گرم – کاهش ضخامت اولیه آلومینیوم

در این مرحله:

• شمش‌های آلومینیومی در کوره‌های مخصوص تا دمای ۵۰۰-۶۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند.

• سپس از میان غلتک‌های نورد گرم عبور داده شده تا ضخامت آن‌ها کاهش یابد.

• در پایان این مرحله، ورق‌های آلومینیومی با ضخامت ۲ تا ۶ میلی‌متر به دست می‌آید.

۱.۵ نورد سرد – تبدیل ورق‌های ضخیم به فویل نازک

نورد سرد، مهم‌ترین مرحله برای تولید فویل آلومینیومی است:

1. ورق‌های آلومینیومی در دمای اتاق از میان غلتک‌های مخصوص عبور می‌کنند.

2. ضخامت آن‌ها به‌تدریج کاهش می‌یابد تا به کمتر از ۰.۲ میلی‌متر برسد.

3. برای رسیدن به ضخامت‌های کمتر، دو لایه آلومینیوم روی هم قرار می‌گیرند و هم‌زمان نورد می‌شوند.

 چرا دو لایه آلومینیوم روی هم نورد می‌شوند؟

• برای جلوگیری از پارگی فویل‌های بسیار نازک.

• برای تولید دو نوع فویل: یک طرف براق و یک طرف مات (زیرا لایه داخلی در تماس با غلتک، مات می‌شود).

۱.۶ عملیات حرارتی و تکمیل فرآیند

 پس از نورد سرد:

• فویل‌های آلومینیومی در کوره‌های مخصوص آنیلینگ قرار می‌گیرند تا نرم شوند.

• این فرآیند باعث افزایش انعطاف‌پذیری و استحکام فویل‌ها می‌شود.

 مرحله نهایی:

• فویل‌ها برش داده شده و به رول‌های مختلف در ضخامت‌ها و اندازه‌های مورد نیاز پیچیده می‌شوند.

• این رول‌ها برای مصارف صنعتی، خانگی یا بسته‌بندی به بازار عرضه می‌شوند.

۲. انواع فویل آلومینیوم بر اساس فرآیند تولید

 فویل آلومینیومی نرم (Annealed Foil):

• انعطاف‌پذیری بالا و مناسب برای بسته‌بندی مواد غذایی.

 فویل آلومینیومی ضخیم (Hard Foil):

• استحکام بالا، مقاوم در برابر پارگی و مناسب برای بسته‌بندی دارویی و صنعتی. قیمت فویل آلومینیوم ضخیم معمولا بیشتر از نرم و نازک است.

فویل آلومینیومی روکش‌دار (Laminated Foil):

• دارای روکش‌های پلاستیکی یا کاغذی برای کاربردهای خاص.

۳. مزایای فویل آلومینیومی در صنعت

 وزن سبک – حمل‌ونقل آسان و کاهش هزینه‌های لجستیکی.
قابلیت بازیافت ۱۰۰ درصدی – کاهش مصرف منابع طبیعی.
  مقاومت بالا در برابر رطوبت و حرارت – ایده‌آل برای بسته‌بندی مواد حساس.
  هدایت حرارتی و الکتریکی بالا – کاربرد گسترده در صنایع الکترونیک و خودروسازی.
  انعطاف‌پذیری بالا – امکان شکل‌دهی در طراحی‌های پیچیده.

قیمت فویل آلومینیوم کیلویی محاسبه میشودو مقرون به صرفه است.

۴. چالش‌های تولید فویل آلومینیوم

 مصرف بالای انرژی: فرآیند تولید نیاز به برق زیادی دارد که باعث افزایش هزینه‌های تولید می‌شود.
  نیاز به دقت بالا در نورد سرد: کوچک‌ترین خطا در نورد می‌تواند باعث پارگی فویل‌های نازک شود.
  محدودیت در ضخامت‌های کمتر از ۰.۰۰۶ میلی‌متر: تولید فویل‌های فوق‌العاده نازک نیازمند تجهیزات پیشرفته است.
  حساسیت به خراش و پارگی: فویل‌های نازک به‌راحتی آسیب می‌بینند و نیاز به بسته‌بندی مناسب دارند.

نتیجه‌گیری

تولید فویل آلومینیومی یک فرآیند چندمرحله‌ای و صنعتی پیچیده است که شامل استخراج بوکسیت، الکترولیز، نورد گرم و نورد سرد می‌شود. این ماده با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، در بسته‌بندی، خودروسازی، صنایع الکترونیک و پزشکی کاربردهای گسترده‌ای دارد.

با پیشرفت فناوری و توسعه روش‌های کاهش مصرف انرژی و بهبود کیفیت نورد، انتظار می‌رود تولید فویل آلومینیوم در آینده بهینه‌تر و پایدارتر شود.

منبع:  کارخانه فویل آلومینیوم