Alüminyum – En Genç Metal :
Alüminyum, yeryüzünde oksijen ve silisyum’dan sonra en çok bulunan üçüncü element olmasına rağmen, endüstriyel çapta üretimi 1886 yılında elektroliz yönteminin kullanılmaya başlanması ile gerçekleşmiştir.
Alüminyum, çok kullanılan diğer metallerden olan demir, kurşun ve kalay gibi, doğada bileşikler halinde bulunur. Alüminyumu oksit halindeki bileşiğinden ilk ayıran ve elde eden kişi, 1807 yılında, Sir Humprey Davy olmuştur. Daha sonra, Hans Christian Oersted, Frederick Wöhler ve Henri Sainte-Clairre Deville, alüminyum eldesinde yenilikler getirmişlerdir.
Alüminyumun endüstriyel üretimi ise, 1886 yılında ABD’de Charles Martin Hall ve Fransa’da Paul T. Heroult’un birbirlerinden habersiz olarak yaptıkları elektroliz yöntemi ile başlamıştır. Bu, günümüzde halen kullanılan yöntem olduğundan, 1886 yılı alüminyum endüstrisinin başlangıç yılı olarak kabul edilir.
1886 yılında Werner Von Siemens’in dinamoyu keşfi ve 1892 yılında K.J.Bayer’in, boksitten alümina eldesini sağlayan Bayer prosesini bulması ile alüminyumun endüstriyel çapta üretimi çok kolaylaşmış ve bu en genç metal, demir çelikten sonra dünyada en çok kullanılan ikinci metal olmuştur.
Alüminyum’un Eldesi :
Alüminyum, yüzyıldan beri, tüm dünyada aynı yöntemle elde edilmektedir. Alüminyum eldesi, iki aşamada gerçekleşir. Birinci aşamada, Bayer metodu ile boksit cevherinden alümina elde edilir. İkinci aşamada ise, elektroliz ile alüminadan alüminyum elde edilir. Alümina tesisleri, genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur. Madenden çıkarılan boksit cevheri, sud kostik eriyiği ile muamele edilerek alüminyum hidroksit eldesi gerçekleşir. Bu işlem sonucunda oluşan erimeyen kalıntılar (kırmızı çamur) ayrılır ve alüminyum hidroksitin kalsinasyonu ile “alümina” (alüminyum oksit) elde edilir.
Bundan sonraki aşama, “alümina”nın “alüminyum”a dönüştürülmesidir. Beyaz bir toz görünümündeki alümina, elektroliz işleminin yapılacağı hücre adı verilen özel yerlere alınır.
Burada amaç, alüminyumu oksijenden ayırmaktır. Elektroliz işlemi için 4-5 volt gerilimde doğru akım uygulanır. Dipte biriken alüminyumun alınması ile işlem tamamlanır.
Genel olarak, ağırlıkça 4 birim boksitten, 2 birim alümina ve 2 birim alüminadan da bir birim alüminyum elde edilir.
İlk zamanlarda üretilen birincil alüminyumun her tonu için 42.000 kwh olan enerji sarfiyatı, günümüzde ortalama 16.500 kwh değerine düşmüştür. Bu değer, en yeni teknoloji ile çalışıldığında 13.000 kwh/t olmaktadır.
Yukarıda sözedilen işlemler ile elde edilen alüminyum “birincil alüminyum” (primary aluminium) olarak tanımlanır.
Alüminyum Ürünlerin Üretim Yöntemine Göre Sınıflandırılması :
Alüminyum, ekstrüzyon, haddeleme ve döküm işlemleri ile çeşitli yarı ürün ve ürünlere dönüştürülür.
Yassı Ürünler
Sıcak ve soğuk haddeleme yöntemi ile alüminyumdan plaka, levha ve folyo gibi yassı ürünler elde edilir.
Ekstrüzyon Ürünleri
Ekstrüzyon yöntemi ile çeşitli kesitlerde alüminyum profil, çubuk, boru, lamalar ve filmaşin elde edilir.
Alüminyum, ekstrüzyon işlemine çok uygun bir metaldir. Böylece, kullanım amacına uygun şekil ve ölçülerde pek çok ürün, başka bir biçimlendirme işlemine gerek kalmadan ekonomik bir şekilde üretilir.
Döküm Ürünleri
Alüminyumdan, kokil, basınçlı veya kum döküm yöntemleri ile çeşitli büyüklük ve şekilde parçalar üretilir.
Alüminyum İletkenler
Bakırdan daha hafif olan alüminyum, elektrik enerjisinin nakledilmesinde büyük avantaj sağlamaktadır. Bu nedenle günümüzde enerji nakil hatları alüminyumdan yapılmaktadır. Alüminyum iletkenler, sürekli döküm ile filmaşin eldesi, filmaşinin haddede çekilerek tel haline getirilmesi ve tellerin örülmesi, ile oluşan üç aşamalı proses ile üretilirler.
Alüminyum Kullanımının Endüstrilere Göre Gruplandırılması :
Alüminyum ve İnşaat
İnşaat sektörü, yılda Avrupa’da 1.2 milyon ton, ABD’de 1.05 milyon ton, Japonya’da 915.000 ton alüminyum kullanmaktadır (2000 yılında dünyada mimari amaçla alüminyum kullanımı).
Alüminyum, binaların çatı ve cephe kaplamalannda, kapı ve pencerelerinde, merdivenlerde, çatı iskeletinde, inşaat iskelelerinde ve sera yapımında büyük miktarda kullanılır.
Alüminyumun sağlamlığı yanında sahip olduğu dekoratif görünüm, eloksal (anodik oksidasyon) kaplama ile bir bakıma ölümsüzleşir. Gerek doğal veya renkli eloksal kaplama, gerek ise lake kaplama (elektrostatik toz veya sıvı boyama) ile alüminyum; mimar ve mühendislere inşaat sektöründe zengin seçenekler sunar. İnşaat sektöründe, alüminyum ekstrüzyon, yassı ürünler ve döküm ürünleri kapı/pencere doğramaları, cephe/çatı kaplamaları ve aksesuarların yapımında kullanılır.
Alüminyum ve Ambalaj
Alüminyum, en kullanışlı ambalaj malzemelerinden birisidir. Alüminyum, esnek ambalaj, buruşuk kap,mutfak folyosundan ilaç ambalajına kadar bir çok çeşitli ambalaj uygulamalarına mükemmel cevap verir. Banyoda diş macunu tüpünden, marketlerdeki sayısız ürünler (çikolata vb.), mutfakta folyoya sarılı fırın yemekleri ve buzdolabındaki soğuk meşrubatlara kadar, alüminyum pek çok ürünü sarar ve korur. Alüminyumun homojen yapısı, ince folyo (alüminyum kağıt) şeklinde üretilebilmesi, hava geçirmezliği ve kolay şekillenebilmesi onu ideal bir ambalaj malzemesi yapar.
Alüminyum folyo, hava ve mor-ötesi ışınları geçirmediğinden, gıdaları doğal renk ve tatları ile birlikte korur. Alüminyum, folyo olarak vakumlu ambalajlarda, metalize film (alüminyum kaplı plastik) olarak da ısı ile kapanan ambalajlarda (yoğurt, ilaçlar vb) en tercih edilen malzemedir.
Alüminyumun en yaygın kullanıldığı alanlardan birisi de, meşrubat ve içkikutularıdır. Dünyada kullanılan tüm içecek kutularının % 80’i alüminyum kutulardır. Bunun nedeni, hafif, açılması kolay, darbeye dayanıklı, sağlam, çabuk soğutma özelliği ve geri kazanılabilir (recyclable) olmalarıdır.
Kullanılmış alüminyum içecek kutularının yüksek hurda değeri, geri kazanım için kutuların toplanmasını kolaylaştırır.
Kullanılmış alüminyum kutuların tüketiciden satın alınması ile başlayan geri kazanma işlemi sonucunda, yeni kutular üretilmektedir.
Alüminyum ve Ulaşım Araçları
Alüminyum, ulaşım araçlarının üretiminde kullanılan en önemli malzemelerden birisidir. Alüminyum kullanımının yaklaşık %25’i ulaşım araçlarının üretimine aittir.
Ulaşım araçları ne kadar hafif olursa, hareket etmeleri için daha az enerjiye gerek duyar. Günümüzde bir otomobilde kullanılacak 50 kg alüminyum, yaklaşık 100 kg demir, çelik ve bakır malzeme tasarrufu sağlayabilir. Yapılan hesaplar ve deneyimler sonucunda, alüminyum kullanılan bir otomobilin, yeterince alüminyum kullanılmamış bir otomobile kıyasla, ekonomik ömrü boyunca 1500 litre daha az yakıt harcadığı anlaşılmıştır.
Bu durumun gerek çevre sağlığı açısından araçların atmosfere karbon salınımının düşürülmesi, gerekse sürücülerin akaryakıt masraflarına sağlayacağı ekonomi yönünden çok büyük faydası bulunmaktadır.
Otobüs ve tren gibi sık sık hareket eden ve duran araçlarda, aracın hafif olması daha da fazla önem kazanmaktadır. Günümüzde otobüs, tren, kamyon gibi büyük kara araçlarında alüminyum kullanımı ile önemli yakıt tasarrufu sağlanmaktadır.
Ayrıca karayolları trafik ve yön işaret sistemlerinde, otoyol parapet ve köprülerde alüminyum kullanımı artmaktadır. Deniz araçlarında, özellikle teknelerde alüminyum süper-yapı sistemleri ile ağırlık merkezi daha aşağıya çekilmekte, böylece teknenin dengesi arttırılmakta ve daha çok kullanım hacmi sağlanmaktadır. Küçük teknelerin ve yatların yelken direkleri alüminyumdan yapılmaktadır. Bir uçağın ağırlığının yaklaşık %70’i alüminyumdan oluşabilmektedir. Alüminyum, hafifliğin yanı sıra sağlamlığı, uçakların ve dolayısı ile havacılık sektörünün gelişmesine en büyük katkıyı yapmıştır. Duralüminyum (alüminyum-bakır) alaşımından sonra alüminyum-lityum alaşımları gibi kompozit malzemeler uçak yapımında kullanılan önemli malzemelerden olacaktır. Alüminyum-lityum alaşımları ile, uçakların %15 hafiflemesi mümkündür.
Alüminyum ve İletkenler
Alüminyum son derece iletken bir metaldir. Bu nedenle, tüm alüminyum kullanımının Avrupa’da % 10’u, ABD’de % 9’u, Japonya’da % 7’si elektrik ve elektronik sektöründe kullanılmaktadır. Alüminyumun bu alanda en çok kullanıldığı yer, elektrik nakil hatlarıdır. Çelik özlü alüminyum iletkenler, yüksek voltajlı elektrik nakil hatlarında tercih edilen tek malzeme olmuştur. Alüminyum, yeraltı kablolarında, elektrik borularında ve motor bobin sarımında yaygın şekilde kullanılmaktadır. Elektronikte, alüminyum kullanım yerleri arasında, şaseler, yongalar, transistör soğutucuları, data kayıt diskleri ve elektronik cihazların kasaları bulunmaktadır.
Alüminyum ve Diğer Mühendislik Uygulamaları:
Makina yapımı uygulamalarında, yüksek dayanım/ağırlık oranı, korozyona dayanım ve işleme kolaylığı, alüminyumun üstün özellikleridir. Hafifliği nedeniyle, büyük ve tek parçaların taşınması mümkün olmaktadır. Hassas toleranslarda işleme kolaylığı sayesinde, standart birimlerden büyük parçaların yapılması mümkün olmaktadır.. Karmaşık kesitli parçaların üretiminde, alüminyum ekstrüzyonu büyük avantajlar sağlamaktadır.
Vites kutuları, motor blokları ve silindir kafaları kolaylıkla alüminyum döküm ile yapılır. Son uygulamalarda krankmili yataklarında alüminyum kullanılması, bu parçaların uzun ömürlü olmasını sağlamıştır.
Son yıllarda otomotiv piyasasında yanlışlıkla “çelik jant” denilen gösterişli, parlak, boya ve bakım gerektirmeyen “hafif alaşımlı” jantlar “alüminyum”dur.
Alüminyum ve Enerji Tasarrufu:
1950-1986 yılları arasında yapılan teknolojik gelişmelerle, alüminyum eldesi için kullanılan enerji miktarı %30 oranında azalmıştır. Batı dünyasında alüminyum üretimi için kullanılan elektrik enerjisinin %61’i hidroelektrik santrallerinden elde edilmektedir. Alüminyum, kullanıldığı yerlerde, elde edilirken sarf olunan enerjinin fazlasını tasarruf ettirdiğinden ve sonsuz kere yeniden kullanılabildiğinden (recycling), bir “enerji bankası”dır.
Örneğin, bir damperli kamyonun kasası çelik yerine alüminyumdan yapılmış olsa, bu amaç için kullanılacak alüminyum elde edilirken, 70.000 kwh enerji harcanır.
Bununla beraber, alüminyum kullanımı ile kamyonun ağırlığı azaldığından, 5 yıllık bir çalışma sonunda yapılan yakıt tasarrufu 250.000 kwh olur. Bu arada, kamyonun tasarruf ettiği enerjinin pahalı fosil yakıttan, alüminyum eldesi için kullanılan enerjinin ise ucuz hidro-elektrik kaynaklardan temin edildiği de hatırlanmalıdır.
Alüminyum ile yapılan enerji tasarrufuna örnek olarak, demiryolu ve havayolu taşımacılığı da gösterilebilir. Eğer, günümüzde uçaklar alüminyumdan yapılmıyor olsa idi, uçak yerden havalanabilse bile, işletme masrafları, ekonomik olmayan çok yüksek değerleri bulurdu.
Alüminyum ve Geri Kazanım:
Alüminyum hurdasının yüksek değeri, kullanılmış alüminyum içecek kutusunun geri kazanılmasını teşvik eder. Böylece, yeni bir içecek kutusu olması için birkaç hafta yeter. Alüminyum, hiçbir zaman bir “atık” olmaz ve çevreye zarar vermez. Kullanılan alüminyumun %30’u, hurdaların geri kazanılmasından elde edilmiştir. Bu oran elektrik, inşaat ve ulaşım araçları sektörlerinde %70’e varmaktadır.
Avrupa Alüminyum Birliği (European Aluminum – EA) tarafından yapılan açıklamaya göre, 2018 senesnide Avrupa Birliği, İsviçre, Norveç ve İzlanda’da 100 kutunun 74’ü geridönüşüm ile kazanılmaktadır. Alüminyumu geri dönüştürmek birincil alüminyumdan üretmekten %95 enerji tasarrufu sağlamak anlamına gelmektedir.
Çeşitli formlardaki alüminyum hurdaların (döküm hurdası, profil hurdası, levha hurdası, alüminyum kullanılmış eşya vs.) ve cürüfün geri kazanımı için çeşitli ergitme fırınları kullanılmaktadır. Bunlar arasında yüksek verimli, düşük enerji harcayan yeni konsept bir fırın öne çıkmaktadır: Devirmeli Döner Fırın (diğer adı ile Konvertör Fırın). Devirmeli Döner Fırınlar, diğer tip fırınlara göre 2-3 misli daha hızlı ergitme yapabilmekte ve yakıt sarfiyatları da daha düşük olmaktadır. Ayrıca kirli-karışık-demirli hurda ve cürüf ergitme yönünde, flaks kullanımına gerek bırakmaması özelliğinden dolayı tercih edilmektedir.
Alüminyum ve Çevre:
Tüm endüstriyel uygulamaların, çevre üzerine etkisi vardır. Alüminyum sektörü, çevreyi en az etkileyen endüstrilerden biridir. Alüminyum üretim metodları çevreye zarar vermez.
Birincil alüminyum üretim tesislerinde, flor gazı emisyonları %50, toz atıklar %75 oranında azaltılmıştır. Bu tesislerde oluşan atık miktarı, çevreye zarar vermeyecek seviyededir.
Alüminyum ve Kaynakları:
Alüminyum, yer kabuğunda en çok bulunan üçüncü elementtir. Bunun anlamı, insan varoldukça, yeterli alüminyum her zaman var olacaktır.
Günümüzün en geçerli alüminyum hammaddesi olan boksitin bilinen rezervleri, halihazır tüketim hızına göre 3000 yıl yetecek miktardadır. Tüketim hızının iki misli miktarda yeni boksit rezervleri bulunmaktadır. Bunun yanısıra, kaolin-esaslı yeni cevherlerden, alüminyum eldesi için de çalışmalar devam etmektedir.
Boksit, açık alan maden yataklarından çıkarılır. Daha sonra doğanın eski görünümünü alması için açılan yerler kapatılır ve ağaçlandırılır.
Alüminyum ve Gelecek:
Endüstri ve teknoloji geliştikçe, alüminyum kullanımı artmaktadır. Daha hafif, daha sağlam, daha verimli, daha uzun ömürlü ve sonuçta daha ekonomik ürünler için, alüminyum tercih edilmektedir.
Uzay araçları dahil olmak üzere hava taşıtları, daha iyi binalar ve köprüler, elektrik nakil hatları, diğer mühendislik uygulamaları için alüminyum vazgeçilmez malzemedir.
Alüminyum endüstrisi; yeni alaşımlar, teknolojik gelişmeler, üretim metodları, ürün tasarımı ve kalite kontrol için araştırma-geliştirme çalışmalarına devam etmektedir.
Alüminyum ve Kalite:
Birincil alüminyum kalitesi, elde edildiği cevherin kalitesi ve elektroliz prosesinin işletme şartları ile yakından ilgilidir.
Ekstrüzyon ve yassı ürünlerin hammaddesi olan alüminyum, ingotların %99.5 – 99.7 alüminyum saflığında olması önerilir. Bu malzemeye gerekli elementler (silisyum, magnezyum, bakır, çinko vb) ilave edilerek, istenilen alaşım hazırlanır. Tüm alüminyum ürünlerde istenilen mekanik özelliklerin temini ancak uygun alaşım ve asıl işlem şartlarının sağlanması ile mümkündür.
Mimari amaçla kullanılan ekstrüzyon ürünlerinde, alüminyum içinde en fazla %0.25 oranında demir bulunması, eloksaldan sonra profilin dekoratif görünümü (anodik oksidasyon) ve eloksal işleminin kalitesi açısından önemlidir.
Profil ölçülerinin ve toleranslarının standartlarda belirtilen değerlerde olmasına ve yüzey kalitesine dikkat edilmelidir. Alüminyuma uygulanan başlıca yüzey işlemleri olan eloksal ve elektrostatik boyamanın, ilgili standartlara uygunluğu aranmalıdır. Eloksal kalitesinde, eloksal kalınlığı ve tespit kalitesi; boyama işleminde de boya öncesi yüzey hazırlama ve kullanılan boyanın kalitesi, boya tabakasının kalınlığı ve yapışma derecesi en önemli faktörlerdir.
Boyanmış alüminyum ürünlerde, hava şartları ve güneşin etkisine göre, polyester pvdf, plastisol esaslı gibi çeşitli boya seçeneklerinden biri kullanılmalıdır.
Mimari amaçla kullanılacak yassı-ürünler içinde yukarıda belirtilen aynı hususlar geçerlidir.
Alüminyum iletkenler, elektrik enerjisinin naklinde kullanıldığından, kaliteleri ayrı bir önem taşır. Alüminyum iletkenlerin iletkenlik değeri 20 °C’de en az % 61 IACS olmalıdır. Aksi halde, elektriğin ısıya dönüşmesi ile oluşan hat kayıpları artar.
Bu nedenle, alüminyum iletkenlerin saflığı ve mekanik özellik değerleri için uyulması zorunlu standartlar hazırlanmıştır.
Döküm ürünlerinde de istenilen alaşım ve tempere uygunluğun yanısıra, ürünün yapısında çatlak ve gaz boşluğu bulunmaması gerekir.
Türk Standartları Enstitüsü, alüminyum ürünlerle ilgili standartları hazırlamıştır. Bu standartlara uygun ürünleri kullanmak, kullanıcılara düşen önemli bir görevdir. Bu sayede haksız rekabet ve milli servetin ziyan olması gibi çok önemli iki husus önlenebilir. Nitekim, devlet ihalelerinde TSE markalı/belgeli ürünlerin alımı esası getirilmiştir.
