folie de aluminiu

procesul Bayer de rafinare a bauxitei constă în patru etape: digestie, clarificare, precipitare și calcinare. Rezultatul este o pulbere albă fină de oxid de aluminiu. el și mai mulți parteneri au fondat Pittsburgh Reduction Company, care a produs primele lingouri de aluminiu în acel an. Folosind hidroelectricitatea pentru a alimenta o nouă fabrică mare de conversie lângă cascada Niagara și pentru a furniza cererea industrială în creștere pentru aluminiu, compania Hall—redenumită compania de aluminiu a Americii (Alcoa) în 1907—a prosperat. H aktioult a înființat ulterior Aluminium-Industrie-Aktien-Gesellschaft în Elveția. Încurajate de cererea crescândă de aluminiu în timpul războaielor mondiale I și II, majoritatea celorlalte națiuni industrializate au început să-și producă propriul aluminiu. În 1903, Franța a devenit prima țară care a produs Folie din aluminiu purificat. Statele Unite au urmat exemplul un deceniu mai târziu, prima sa utilizare a noului produs fiind benzile de picioare pentru identificarea porumbeilor de curse. Folia de aluminiu a fost folosită în curând pentru containere și ambalaje, iar al Doilea Război Mondial a accelerat această tendință, stabilind folia de aluminiu ca material major de ambalare. Până la Al Doilea Război Mondial, Alcoa a rămas singurul producător American de aluminiu purificat, dar astăzi există șapte producători majori de folie de aluminiu situate în Statele Unite.

materii prime

numerele de aluminiu printre cele mai abundente elemente: după oxigen și siliciu, este cel mai abundent element găsit pe suprafața Pământului, alcătuind peste opt la sută din crustă până la o adâncime de zece mile și apărând în aproape fiecare rocă comună. Cu toate acestea, aluminiul nu apare în forma sa pură, metalică, ci mai degrabă ca oxid de aluminiu hidratat (un amestec de apă și alumină) combinat cu silice, oxid de fier și titania. Cel mai important minereu de aluminiu este bauxita, numit după orașul francez Les Baux, unde a fost descoperit în 1821. Bauxita conține fier și oxid de aluminiu hidratat, acesta din urmă reprezentând cel mai mare Material constitutiv al său. În prezent, bauxita este suficient de abundentă, astfel încât numai depozitele cu un conținut de oxid de aluminiu de patruzeci și cinci la sută sau mai mult sunt exploatate pentru a face aluminiu. Depozitele concentrate se găsesc atât în emisfera nordică, cât și în cea sudică, cea mai mare parte a minereului utilizat în Statele Unite provenind din Indiile de Vest, America de Nord și Australia. Deoarece bauxita apare atât de aproape de suprafața Pământului, procedurile miniere sunt relativ simple. Explozivii sunt folosiți pentru a deschide gropi mari în paturile de bauxită, după care straturile superioare de murdărie și rocă sunt îndepărtate. Minereul expus este apoi îndepărtat cu încărcătoare frontale, îngrămădite în camioane sau vagoane de cale ferată și transportate la instalațiile de prelucrare. Bauxita este grea (în general, o tonă de aluminiu poate fi produsă de la patru la șase tone de minereu), deci, pentru a reduce

costul transportului, aceste plante sunt adesea situate cât mai aproape posibil de minele de bauxită.

procesul de fabricație

extragerea aluminiului pur din bauxită implică două procese. În primul rând, minereul este rafinat pentru a elimina impuritățile precum oxidul de fier, silica, titania și apa. Apoi, oxidul de aluminiu rezultat este topit pentru a produce aluminiu pur. După aceea, aluminiul este laminat pentru a produce folie.

procesul de rafinare — Bayer

• 1 Procesul Bayer utilizat pentru rafinarea bauxitei cuprinde patru etape: digestie, clarificare, precipitare și calcinare. În timpul etapei de digestie, bauxita este măcinată și amestecată cu hidroxid de sodiu înainte de a fi pompată în rezervoare mari, sub presiune. În aceste rezervoare, numite digestoare, combinația de hidroxid de sodiu, căldură și presiune descompune minereul într-o soluție saturată de aluminat de sodiu și contaminanți insolubili, care se așează la fund.
• 2 următoarea fază a procesului, clarificarea, presupune trimiterea soluției și a contaminanților printr-un set de rezervoare și prese. În această etapă, filtrele de pânză captează contaminanții, care sunt apoi eliminați. După ce a fost filtrată din nou, soluția rămasă este transportată într-un turn de răcire.
• 3 în etapa următoare, precipitarea, soluția de oxid de aluminiu se deplasează într-un siloz mare, unde, într-o adaptare a metodei Deville, fluidul este însămânțat cu cristale de aluminiu hidratat pentru a promova formarea particulelor de aluminiu. Pe măsură ce cristalele de semințe atrag alte cristale în soluție, încep să se formeze aglomerări mari de hidrat de aluminiu. Acestea sunt mai întâi filtrate și apoi clătite.
• 4 calcinarea, ultimul pas în procesul de rafinare Bayer, presupune expunerea hidratului de aluminiu la temperaturi ridicate. Această căldură extremă deshidratează materialul, lăsând un reziduu de pulbere albă fină: oxid de aluminiu.

topirea

• 5 topirea, care separă compusul aluminiu-oxigen (alumină) produs prin procesul Bayer, este următorul pas în extragerea aluminiului metalic pur din bauxită. Deși procedura utilizată în prezent derivă din metoda electrolitică inventată contemporan de Charles Hall și Paul-Louis-Toussaint H la sfârșitul secolului al XIX-lea, a fost modernizată. În primul rând, alumina este dizolvată într-o celulă de topire, o matriță de oțel adâncă căptușită cu carbon și umplută cu un conductor lichid încălzit care constă în principal din compusul de aluminiu criolit.
• 6 Apoi, un curent electric este trecut prin criolit, determinând formarea unei cruste peste partea superioară a topiturii de alumină. Când alumina suplimentară este agitată periodic în amestec, această crustă este ruptă și agitată și ea. Pe măsură ce alumina se dizolvă, se descompune electrolitic pentru a produce un strat de aluminiu pur, topit pe fundul celulei de topire. Oxigenul fuzionează cu carbonul utilizat pentru a alinia celula și scapă sub formă de dioxid de carbon.
• 7 încă în formă topită, aluminiul purificat este extras din celulele de topire, transferat în creuzete și golit în cuptoare. În această etapă, pot fi adăugate alte elemente pentru a produce aliaje de aluminiu cu caracteristici adecvate produsului final, deși folia este fabricată în general din 99,8 sau 99,9% aluminiu pur. Lichidul este apoi turnat în dispozitive directe de turnare prin răcire, unde se răcește în plăci mari numite „lingouri” sau „stoc de reroll.”După ce au fost recoapte—tratate termic pentru a îmbunătăți lucrabilitatea—lingourile sunt potrivite pentru rulare în folie.
  

  folia este produsă din material de aluminiu prin rularea acesteia între role grele. Rularea produce două finisaje naturale pe folie, strălucitoare și mată. Pe măsură ce folia iese din role, cuțitele circulare o taie în bucăți dreptunghiulare.

• o metodă alternativă la topirea și turnarea aluminiului se numește „turnare continuă.”Acest proces implică o linie de producție constând dintr-un cuptor de topire, o vatră de susținere pentru a conține metalul topit, un sistem de transfer, o unitate de turnare, o unitate combinată formată din role de prindere, forfecare și căpăstru și o mașină de derulare și bobină. Ambele metode produc stoc de grosimi cuprinse între 0,125 și 0,250 inci (0,317 până la 0,635 centimetri) și de diferite lățimi. Avantajul metodei de turnare continuă este că nu necesită o etapă de recoacere înainte de laminarea foliei, la fel ca procesul de topire și turnare, deoarece recoacerea se realizează automat în timpul procesului de turnare.

folie rulantă

• 8 după realizarea stocului de folie, acesta trebuie redus în grosime pentru a face folia. Acest lucru se realizează într-o laminor, unde materialul este trecut de mai multe ori prin role metalice numite role de lucru. Pe măsură ce foile (sau pânzele) de aluminiu trec prin role, acestea sunt stoarse mai subțiri și extrudate prin golul dintre role. Rolele de lucru sunt asociate cu role mai grele numite role de rezervă, care aplică presiune pentru a ajuta la menținerea stabilității rolelor de lucru. Acest lucru ajută la menținerea dimensiunilor produsului în limitele toleranțelor. Rulourile de lucru și de rezervă se rotesc în direcții opuse. Se adaugă lubrifianți pentru a facilita procesul de rulare. În timpul acestui proces de rulare, aluminiul trebuie ocazional recoaptă (tratat termic) pentru a-și menține lucrabilitatea.
• reducerea foliei este controlată prin reglarea rpm a rolelor și a vâscozității (rezistența la curgere), cantității și temperaturii lubrifianților de rulare. Decalajul rolei determină atât grosimea, cât și lungimea foliei care iese din Moară. Acest decalaj poate fi ajustat prin ridicarea sau coborârea rolei de lucru superioare. Rularea produce două finisaje naturale pe folie, strălucitoare și mată. Finisajul luminos este produs atunci când folia vine în contact cu suprafețele rolei de lucru. Pentru a produce finisajul mat, două foi trebuie ambalate împreună și laminate simultan; când se face acest lucru, părțile care se ating se termină cu un finisaj mat. Alte metode mecanice de finisare, de obicei produse în timpul operațiunilor de conversie, pot fi utilizate pentru a produce anumite modele.
• 9 pe măsură ce foile de folie trec prin role, acestea sunt tăiate și tăiate cu cuțite circulare sau de tip brici instalate pe moara cu role. Tunderea se referă la marginile foliei, în timp ce tăierea implică tăierea foliei în mai multe foi. Acești pași sunt utilizați pentru a produce lățimi înguste înfășurate, pentru a tăia marginile materialului acoperit sau laminat și pentru a produce bucăți dreptunghiulare. Pentru anumite operațiuni de fabricare și conversie, pânzele care au fost rupte în timpul rulării trebuie îmbinate sau îmbinate. Tipurile obișnuite de îmbinări pentru îmbinarea benzilor de folie simplă și/sau folie susținută includ ultrasunete, bandă de etanșare termică, bandă de etanșare sub presiune și sudate electric. Îmbinarea cu ultrasunete utilizează o sudură în stare solidă-realizată cu un traductor ultrasonic—în metalul suprapus.

procese de finisare

• 10 pentru multe aplicații, folia este utilizată în I v / combinație cu alte materiale. Poate fi acoperit cu o gamă largă de materiale, cum ar fi polimeri și rășini, în scopuri decorative, de protecție sau de etanșare la căldură. Poate fi laminat pe hârtii, cartoane și filme din plastic. De asemenea, poate fi tăiat, format în orice formă, tipărit, în relief, tăiat în benzi, acoperit, gravat și anodizat. Odată ce folia este în starea sa finală, este ambalată corespunzător și expediată clientului.

controlul calității

În plus față de controlul în proces al unor parametri precum temperatura și timpul, produsul finit din folie trebuie să îndeplinească anumite cerințe. De exemplu, s-a constatat că diferite procese de conversie și utilizări finale necesită diferite grade de uscăciune pe suprafața foliei pentru performanțe satisfăcătoare. Un test de umectabilitate este utilizat pentru a determina uscăciunea. În acest test, diferite soluții de alcool etilic în apă distilată, în trepte de zece procente în volum, sunt turnate într-un flux uniform pe suprafața foliei. Dacă nu se formează picături, umectabilitatea este zero. Procesul este continuat până când se determină ce procent minim de soluție de alcool va uda complet suprafața foliei.

alte proprietăți importante sunt grosimea și rezistența la tracțiune. Metodele Standard de testare au fost dezvoltate de Societatea Americană pentru testare și materiale (ASTM). Grosimea este determinată prin cântărirea unei probe și măsurarea suprafeței acesteia, apoi împărțirea greutății la produsul zonei ori densitatea aliajului. Testarea tensiunii foliei trebuie controlată cu atenție, deoarece rezultatele testelor pot fi afectate de marginile aspre și de prezența defectelor mici, precum și de alte variabile. Eșantionul este plasat într-o prindere și se aplică o forță de tracțiune sau de tragere până la fracturarea eșantionului. Se măsoară forța sau rezistența necesară pentru ruperea eșantionului.

viitorul

popularitatea foliei de aluminiu, în special pentru ambalajele flexibile, va continua să crească. Pungile cu patru fețe, sigilate cu aripioare, au câștigat o largă popularitate pentru aplicațiile alimentare militare, medicale și cu amănuntul și, în dimensiuni mai mari, pentru pachetele de servicii alimentare instituționale. De asemenea, au fost introduse pungi pentru ambalarea a 1,06 până la 4,75 galoane (4-18 litri) de vin atât pentru piețele cu amănuntul, cât și pentru cele de restaurante, precum și pentru alte piețe de servicii alimentare. În plus, alte produse continuă să fie dezvoltate pentru alte aplicații. Creșterea popularității cuptoarelor cu microunde a dus la dezvoltarea mai multor forme de recipiente semi-rigide pe bază de aluminiu concepute special pentru aceste cuptoare. Mai recent, au fost dezvoltate folii speciale de gătit pentru grătar.

cu toate acestea, chiar și folia de aluminiu este examinată în ceea ce privește „prietenia” mediului.”Prin urmare, producătorii își sporesc eforturile în zona de reciclare; de fapt, toți producătorii de folii din SUA au început programe de reciclare, chiar dacă tonajul total și rata de captare a foliei de aluminiu sunt mult mai mici decât cele ale cutiilor de aluminiu ușor de reciclat. Folia de aluminiu are deja avantajul de a fi ușoară și mică, ceea ce ajută la reducerea contribuției sale la fluxul de deșeuri solide. De fapt, ambalajul din folie de aluminiu laminată reprezintă doar 17/lOOths de un procent din deșeurile solide din SUA.

pentru deșeurile de ambalaje, cea mai promițătoare soluție poate fi reducerea sursei. De exemplu, ambalarea a 65 de kilograme (29,51 kilograme) de cafea în cutii de oțel necesită 20 de kilograme (9,08 kilograme) de oțel, dar numai trei kilograme (4,08 kilograme) de ambalaje laminate, inclusiv folie de aluminiu. Un astfel de ambalaj ocupă, de asemenea, mai puțin spațiu în depozitul de deșeuri. Divizia de folie a Asociației aluminiu dezvoltă chiar și un program educațional pe folie de aluminiu pentru universități și designeri profesioniști de ambalaje, pentru a ajuta la informarea acestor designeri cu privire la beneficiile trecerii la ambalaje flexibile.

folia de aluminiu utilizează, de asemenea, mai puțină energie atât în timpul fabricării, cât și în timpul distribuției, deșeurile din plante fiind reciclate. De fapt, aluminiul reciclat, inclusiv conservele și folia, reprezintă peste 30% din oferta anuală de metal a industriei. Acest număr a crescut de câțiva ani și se așteaptă să continue. În plus, procesele utilizate în timpul fabricării foliei sunt îmbunătățite pentru a reduce poluarea aerului și deșeurile periculoase.