Nhôm (Al) là một kim loại nhẹ, màu trắng bạc, đứng thứ ba trong số các nguyên tố phong phú nhất trong vỏ Trái đất, chỉ sau oxy và silic. Tuy nhiên, do tính chất hóa học hoạt động mạnh, nó không bao giờ tồn tại tự nhiên ở dạng kim loại nguyên chất. Thay vào đó, nó được tìm thấy trong các hợp chất, chủ yếu trong quặng bauxite, một hỗn hợp các oxit nhôm ngậm nước bao gồm gibbsite (Al(OH)₃), boehmite (AlO(OH)) và diaspore.
Quá trình tinh chế gồm hai giai đoạn
Hành trình từ quặng bauxite thô đếnnhôm có độ tinh khiết cao bao gồmhai quy trình công nghiệp riêng biệt.
Giai đoạn đầu tiên là quy trình Bayer, được phát triển vào năm 1888. Quặng bauxite nghiền nhỏ được trộn với dung dịch natri hydroxit nóng dưới áp suất, hòa tan các khoáng chất chứa nhôm đồng thời giữ lại các tạp chất như oxit sắt và silica. Dung dịch natri aluminat thu được sau đó được lọc để loại bỏ cặn bùn đỏ, được trộn với các tinh thể hydroxit nhôm và nung ở nhiệt độ khoảng 1.100°C để tạo ra alumina trắng tinh khiết, hay oxit nhôm (Al₂O₃). Hiện nay, hơn 90% lượng alumina trên thế giới được sản xuất bằng phương pháp này.
Giai đoạn thứ hai là quy trình Hall-Héroult. Nhôm oxit có điểm nóng chảy trên 2.000°C, khiến việc điện phân trực tiếp không khả thi. Giải pháp nằm ở việc hòa tan Al₂O₃ trong cryolit nóng chảy (Na₃AlF₆), làm giảm nhiệt độ hoạt động xuống khoảng 950~1.000°C. Sau đó, dòng điện được truyền qua hỗn hợp. Nhôm nóng chảy sẽ tập trung ở đáy (cực âm), trong khi oxy kết hợp với các cực dương cacbon để tạo thành CO₂. Phương pháp điện phân này vẫn là quy trình công nghiệp duy nhất để sản xuất nhôm nguyên chất, cho ra kim loại có độ tinh khiết 99,5~99,8%.
Nhôm chứa những nguyên tố nào?
Nhôm nguyên chất chỉ bao gồm nguyên tố Al, với số hiệu nguyên tử là 13 và khối lượng nguyên tử xấp xỉ 26,98 g/mol. Nhôm có độ tinh khiết thương mại (98,8–99,7% Al) chứa một lượng nhỏ sắt và silic như các tạp chất tự nhiên. Tuy nhiên, hầu hếtcác ứng dụng dựa trên hợp kim nhômTrong đó, các nguyên tố cụ thể được thêm vào một cách có chủ ý để điều chỉnh các đặc tính cơ học.
Đối với các ứng dụng kết cấu, dòng hợp kim 6000 (ví dụ: 6061) sử dụng magie và silic làm các nguyên tố hợp kim chính, thường là 0,8~1,2% Mg và 0,400~0,8% Si. Hợp kim này mang lại sự cân bằng tuyệt vời giữa độ bền vừa phải, khả năng hàn tốt và khả năng gia công vượt trội.
Đối với các yêu cầu về độ bền cao, dòng sản phẩm 7000 (ví dụ: 7075) sử dụng kẽm và đồng làm các nguyên tố hợp kim chính, với hàm lượng Zn khoảng 5,16~0,1% và Cu khoảng 1,2~2,0%. Độ bền kéo T6 của 7075 gần gấp đôi so với 6061-T6, khiến nó trở thành vật liệu được lựa chọn cho ngành hàng không vũ trụ và các cấu kiện kết cấu hiệu suất cao.
Một lượng nhỏ crom, mangan và titan cũng thường có mặt trong các hợp kim thương mại, mỗi nguyên tố đều đóng vai trò trong việc tinh luyện hạt và chống ăn mòn. Hiểu rõ thành phần nguyên tố chính xác của từng hợp kim là điều cần thiết để lựa chọn vật liệu phù hợp cho các yêu cầu gia công hoặc chế tạo cụ thể.
Thời gian đăng bài: 13 tháng 5 năm 2026