Alüminyumun en çok kullanıldığı alan elektrik mühendisliğidir. Uzun yıllar boyunca, elektrik mühendisi dalında iletken olarak kullanılmıştır.
Bakıra göre daha hafif bir maddedir. Bu yüzden ucuzdur ve taşınması kolaydır. Avantajlı tarafı bakır gibi fiyatında değişiklikler olmaz.
1960-1970 yılları arasında, dünyada bakır fiyatlarına büyük artışlar meydana gelmişti. Bu durum bakırın yaygın olarak kullanılmasından ekonomik açıdan alüminyumun kullanılmasına yol açmıştır. Evin içinde bulunan elektrik tesisatları, transformatör bobin sarımları gibi çeşitli uygulamalarda alüminyum bakıra göre uygunluk açısından daha az performans sergilediği görülünce, 1990’lı yılların sonlarında doğru tekrar bakıra dönüş yapılmıştır.
Alüminyumun elde edilmesi iki aşama üzerinden yürür. İlk işlem, elektrolizde kullanılacak olan saf alüminyum oksitin hazırlanması ve ikinci işlem de bunun elektrolizidir.
Saf alüminin elde edilmesi
Doğada çeşit çeşit bileşik halinde bulunmakta olan alüminyum elde edilmesi için önem taşıyan boksit mineralidir. Boksit alüminin genellikle hidratlar için kullanılan addır. Boksit denildiğinde içinde yabancı maddeler barındıran alümin hidrat anlaşılır. Ortalama boksit miktarı % 58 AI2O3, % 30 su ve yabancı madde olarak % 5 Fe2O3, % 5 SiO2 ve % 2 TiO2 ‘dır.
Saf alüminyumun boksitten elde elde edilmesinde kullanılan yönteme Bayer yöntemi denir.
Bayer yöntemi
Öncelikle boksit minerali yıkanarak kil ve benzeri kaba kirlerden kurtarılır, sonra ince ince öğütülerek büyük tanklara doldurulur. Ve üzerine sodyum hidroksit çözeltisi ilave edilir. Sonra 3,6 atmosferlik basınçta buhar altında tutularak alüminin, alüminat biçiminde çözünmesi sağlanır. Yapılan karışım bekledikten sonra çözelti süzülerek, çökeltiden ayrılır. Bu çökelti büyük miktarda demiroksit içermektedir ve bu nedenle rengi kırmızıdır. Kırmızı çamur olarak da adlandırılır. Süzdüğümüz alüminat çözeltisi tanklara koyulur ve daha önceki çalışmalarda ele geçen AI2O33H2O üzerinde eklenerek aşılanarak soğutulur. Bu sırada hidrolizlenen alüminat AI2O33H2O biçiminde çöker ve sodyum hidroksit yeniden kazanılır.
Alüminin erime noktası 2000°C dolayındadır. Ortalama kriyolit katılarak 1000°C’nin altında erimesi sağlanır.
Saf alüminden alüminyum elde edilmesi
Saf alüminden alüminyumun elde edilmesi elektroliz ve elektrotermik yöntemlerinden yararlanarak yapılmaktadır. Elektroliz yöntemi Hall-Heroult yöntemi olarak da adlandırılır. Elektroliz karbon ile birleşmiş çelik bir sandıktır. Astarın yapılışı için, zift ve kok, katran karışımı sandığa sıvanır ve ardından yüksek sıcaklıkta pişirilmeye bırakılır. Karbon anotlarda da aynı uygulama yapılarak hazırlanır ve genel olarak dikdörtgen kesiti şeklinde yapılır. Anotlar aşağıya ve yukarıya doğru hareket edebilir. Elektroliz işlemi meydana gelme esnasında anotlar oksitlenerek karbondioksit meydana getirirler. Bu işlemin başlangıcında anotlar kabın dibine kadar indirilir ve akım verilir. Bu esnada azar azar kriyolit ilave edilir. Katılan kriyolit eridikçe anotlar yavaş yavaş yüzeye çıkartılır. Hemde kriyolit eklenme sürdürülür.
Elektroliz kabı erimiş kriyolitle doldurulduktan sonra yaklaşık olarak % 5-8 oranında saf alümin eklenerek elektrolize başlanır. Alümin elektrolizlendikçe oranının sabit kalması sağlar. Oluşan yoğunluk kriyolitten büyük olduğu için elektrolizin dibinde toplanan erimiş alüminyum dipte bulunan bir tıpa açılarak alınır. Büyüklüğü akıma bağlıdır. Çoğunlukla 5-6 volt gerilimde, 20-50 bin amperlik doğru akım uygulanır. Daha önceden pişirilen anotlar yerine işle sırasında meydana gelen anot (Söderberg) kullanılır. 1 ton alüminyum için 500 kilogram Söderberg hamuru harcanır. Elektroliz sonucu ele geçen alüminyum genellikle % 99,5 saflıktadır ve % 0,1-0,4 demir ile % 0,1-0,35 silisyum içerir.
Alüminyumun elektrolitik saflaştırılması
Elde edilen alüminyum genellikle bilinen yöntemlerle saflaştırılamaz. Uygulamada istenilen saflıkta ürünü elde etmek için metalin yerine kullanılan boksitin saflaştırılması yoluna gidilir. Elde edilen alüminyumun saflığını % 99,9 değerinin üzerine çıkarma olasılığı bulunamamıştır. Genellikle % 99,5 saflıktaki alüminyum çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır. Özellikle elektrik iletkenlerinin yapımında çokça saf alüminyuma gerek duyulur. 1924’te elektrolitik saflaştırma yönteminin bulunmasıyla % 99,99 saflıkta alüminyum elde edilebilmiştir. Bu yöntemde elektrolizde üç sıvı katmanı vardır. En alttaki katman (anot görevini gören) ve % 25 ya da daha çok bakır içeren erimiş bir bakır alüminyum alaşımıdır. Bunun üzerinde yoğunluğu biraz daha az olan kriyolit, alüminyum florür, baryum florür ve alüminden oluşmuş ikinci bir sıvı karışım bulunur. En üstteki katmanda saf alüminyumdan oluşmuş katottur. Elektrik bağlantısını oluşturmak için bu katmana grafit denilen çubuklar sokulur. Anotu oluşturan alaşımdaki alüminyum çözünür ve ortada bulunan elektrolit katmanına geçer. Katotta da buna eşdeğer miktarda saf alüminyum toplanır. Elektroliz işlemi 700-750°C arasında yapılır. Elektroliz kabı dibi karbon ve içi magnezyuma tuğlarıyla döşenmiştir.
