Alumiini (Al) on kevyt, hopeanvalkoinen metalli, joka on maankuoren kolmanneksi yleisin alkuaine hapen ja piin jälkeen. Korkean kemiallisen reaktiivisuutensa vuoksi sitä ei kuitenkaan koskaan esiinny luonnossa puhtaassa metallisessa muodossaan. Sen sijaan sitä löytyy yhdisteistä, pääasiassa bauksiittimalmista, joka on hydratoitujen alumiinioksidien seos, mukaan lukien gibbsiitti (Al(OH)₃), böhmiitti (AlO(OH)₃) ja diaspori.
Jalostusprosessi kahdessa vaiheessa
Matka raakabauksiitistaerittäin puhdasta alumiiniakaksi erillistä teollista prosessia.
Ensimmäinen vaihe on Bayer-prosessi, joka kehitettiin vuonna 1888. Murskattu bauksiitti sekoitetaan kuumaan natriumhydroksidiliuokseen paineen alaisena, jolloin alumiinia sisältävät mineraalit liukenevat ja jäljelle jää epäpuhtauksia, kuten rautaoksideja ja piidioksidia. Tuloksena oleva natriumaluminaattiliuos suodatetaan sitten punalietejäännöksen poistamiseksi, siihen ympätään alumiinihydroksidikiteitä ja se kalsinoidaan noin 1 100 °C:ssa puhtaan valkoisen alumiinioksidin eli alumiinioksidin (Al₂O₃) tuottamiseksi. Yli 90 % maailman alumiinioksidista tuotetaan nykyään tällä menetelmällä.
Toinen vaihe on Hall-Héroultin prosessi. Alumiinioksidin sulamispiste on yli 2 000 °C, mikä tekee suorasta elektrolyysistä epäkäytännöllisen. Ratkaisu on liuottaa Al₂O₃ sulaan kryoliittiin (Na₃AlF₆), mikä alentaa käyttölämpötilan noin 950–1 000 °C:seen. Sitten seoksen läpi johdetaan sähkövirta. Sula alumiini kerääntyy pohjalle (katodille), kun taas happi yhdistyy hiilianodien kanssa muodostaen CO₂:ta. Tämä elektrolyyttinen menetelmä on edelleen ainoa teollinen prosessi primaarialumiinin tuottamiseksi, jolloin saadaan 99,5–99,8 %:n puhtausasteella olevaa metallia.
Mitä alkuaineita alumiini sisältää?
Puhdas alumiini itsessään koostuu yksinomaan Al-alkuaineesta, jonka järjestysluku on 13 ja atomipaino noin 26,98 g/mol. Kaupallisen puhtauden omaava alumiini (98,8–99,7 % Al) sisältää pieniä määriä rautaa ja piitä luonnollisina epäpuhtauksina. Useimmat kuitenkinsovellukset perustuvat alumiiniseoksiin, jossa tiettyjä elementtejä lisätään tarkoituksella mekaanisten ominaisuuksien räätälöimiseksi.
Rakenteellisissa sovelluksissa 6000-sarjassa (esim. 6061) käytetään ensisijaisina seosaineina magnesiumia ja piitä, tyypillisesti 0,8–1,2 % magnesiumia ja 0,400–0,8 % piitä. Tämä seos tarjoaa erinomaisen tasapainon kohtuullisen lujuuden, hyvän hitsattavuuden ja erinomaisen työstettävyyden välillä.
Suurten lujuusvaatimusten täyttämiseksi 7000-sarja (esim. 7075) sisältää sinkkiä ja kuparia pääasiallisina seosaineina, noin 5,16–0,1 % Zn:ää ja 1,2–2,0 % Cu:ta. 7075:n T6-lujuusluokka tarjoaa lähes kaksinkertaisen vetolujuuden 6061-T6:een verrattuna, mikä tekee siitä ensisijaisen materiaalin ilmailu- ja avaruusteollisuuteen sekä korkean suorituskyvyn omaaviin rakenneosiin.
Kaupallisissa seoksissa on myös yleisesti pieniä määriä kromia, mangaania ja titaania, joilla kullakin on merkitystä raekoon ja korroosionkestävyyden kannalta. Kunkin seoksen tarkan alkuainekoostumuksen ymmärtäminen on olennaista oikean materiaalin valitsemiseksi tiettyihin työstö- tai valmistusvaatimuksiin.
Julkaisun aika: 13. toukokuuta 2026