تاریخچه آلومینیوم در جهان و ایران | گروه صبا تولید و تامین لوله و پروفیل صنعتی

آلومینیوم یکی از جدیدترین فلزاتی بود که توسط بشر کشف شد. این فلز به‌طور طبیعی در خالص‌ترین شکل خود وجود ندارد، بنابراین تا قرن نوزدهم با پیشرفت در شیمی و ظهور الکتریسیته، کشف نشد. آلومینیوم سفری فوق‌العاده جالب را از یک فلز گرانبها به ماده‌ای که عملاً در تمام حوزه‌های زندگی بشر مورد استفاده قرار می‌گیرد طی یک و نیم قرن گذشته انجام داده است. تاریخچه استفاده از آلومینیوم بسیار شگفت انگیز و جالب است، در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا به گذشته‌های دور سفر کرده و تاریخچه فلز آلومینیوم را برای شما شرح دهیم.

تاریخچه آلومینیوم

بشر خیلی قبل از تولید فلزی که امروزه می‌شناسیم با آلومینیوم مواجه شد. تاریخ طبیعی نوشته پلینی بزرگ (Pliny the Elder)، دانشمند رومی، داستان صنعتگری در قرن اول را روایت می‌کند که یک فنجان ساخته شده از فلزی ناشناخته که شبیه نقره است، اما بسیار سبک‌تر از آن است، به تیبریوس، امپراتور روم هدیه می‌کند. Alum، نمکی بر پایه آلومینیوم، در دوران باستان به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفت. فرمانده Archelaus متوجه شد که اگر چوب با محلول آلوم پردازش شود عملاً در برابر شعله مقاوم است. آلوم از قرن شانزدهم به بعد در سراسر اروپا مورد استفاده قرار گرفت. در صنعت چرم به عنوان عامل دباغی، در صنعت خمیر کاغذ برای اندازه گیری کاغذ و در پزشکی، یعنی پوست، زیبایی، دهان و دندان و چشم پزشکی.

آلومینیوم از روی آلوم نامگذاری شد که در لاتین به آن آلومن (alumen) می‌گویند. این نام توسط هامفری دیوی (Humphry Davy)، شیمیدان انگلیسی، تعیین شد که در سال 1808 متوجه شد که آلومینیوم را می‌توان با احیای الکترولیتی از آلومینا (اکسید آلومینیوم) تولید کرد، اما موفق به اثبات این نظریه در عمل نشد. درنهایت هانس کریستین اورستد از دانمارک در سال 1825 موفق شد این کار را بکند. با این حال ظاهراً او یک آلیاژ آلومینیوم با عناصر مورد استفاده در آزمایشات به جای آلومینیوم خالص تولید کرد. کارِ هانس کریستین توسط فردریش وولر، شیمیدان آلمانی، ادامه یافت که در 22 اکتبر 1827 شروع به کار کرد.

Henri-Etienne Sainte-Claire Deville، شیمیدان و فن‌شناس برجسته فرانسوی، روش شیمیایی ایجاد آلومینیوم کشف شده توسط دانشمندان را به کاربرد صنعتی منتقل کرد. او فرآیند Woehler را بهبود بخشید و اولین آلومینیوم صنعتی را همراه با شرکای خود در کارخانه تولید چارلز و الکساندر تیسیه در روئن (فرانسه) در سال 1856 تولید کرد.

فلز تولید شده شبیه نقره بود، سبک و گران بود، از این رو در آن زمان آلومینیوم یک ماده عالی برای زیور آلات و اقلام لوکس در نظر گرفته می‌شد. اولین محصولات آلومینیومی مدال‌هایی هستند که در زمان ناپلئون سوم ساخته شده‌اند. ناپلئون از توسعه و تولید آلومینیوم حمایت کرد و فردریش وولر، جغجغه‌ای برای ولیعهد لوئیس ناپلئون از آلومینیوم و طلا طراحی کرد. با این حال، حتی در آن زمان Sainte-Claire Deville فهمید که آینده آلومینیوم فقط با جواهرات مرتبط نیست.

“آلومینیوم در ابتدا به عنوان یک فلز گرانبها شناخته می‌شد اما در ادامه زمانی رسید که آلومینیوم در خدمت رفع نیازهای روزانه باشد.”

توسعه آلومینیوم با کشف روش تولید الکترولیتی مقرون به صرفه‌تر در سال 1886 تغییر کرد. این روش توسط Paul Héroult، مهندس فرانسوی، و Charles Hall، یک دانشجوی آمریکایی، به‌طور مستقل و همزمان توسعه یافت. این روش شامل کاهش اکسید آلومینیوم مذاب در کرایولیت (cryolite) بود. این فرآیند نتایج بسیار خوبی را نشان داد، اما به مقدار زیادی انرژی الکتریکی نیاز داشت.

هرول با استفاده از نیروی آبشار رانیش در نوهاوزن (سوئیس) از این مشکل اجتناب کرد، جایی که نیروی آب در حال ریزش دینام‌های ذوب را به کار انداخت. انجمن متالورژی سوئیس و راتناو (یک صنعتگر آلمانی)، قراردادی را امضا کردند که بر اساس آن شرکت سهامی صنعت آلومینیوم به ارزش کل 10 میلیون فرانک در نوهاوزن در 18 نوامبر 1888 تأسیس شد. بعداً به انجمن ذوب آلومینیوم (Aluminium Smelter Society) تغییر نام داد. پس از ایجاد انجمن ذوب آلومینیوم، راندمان تولید آلومینیوم بیش از 10 برابر در پنج سال افزایش یافت. تنها 40 تن آلومینیوم در سال 1890 در نوهاوزن ذوب شد در حالی که در سال 1895 این میزان 450 تن بود.

چارلز هال، با حمایت دوستانش، شرکتی را با نام The Pittsburgh Reduction Company تأسیس کرد که اولین کارخانه ذوب خود را در کنزینگتون خارج از پیتسبورگ در 18 سپتامبر 1888 راه‌اندازی کرد. در چند ماه اول تنها 20 تا 25 کیلوگرم آلومینیوم در روز تولید می‌کرد، اما به سرعت به 240 کیلوگرم در روز تا سال 1890 رسید.

شرکت The Pittsburgh Reduction کارخانه‌های ذوب جدیدی را در ایالت نیویورک در نزدیکی نیروگاه برق آبی نیاگارا ساخت. کارخانه‌های ذوب از نظر تاریخی در مجاورت منابع انرژی قدرتمند، ارزان و سازگار با محیط زیست، مانند نیروگاه‌های برق آبی، حتی امروزه ساخته می‌شوند. این شرکت در سال 1907 به شرکت آلومینیوم آمریکا یا Alcoa سازماندهی شد.

کارل جوزف بایر، شیمیدان اتریشی، در سال 1889 هنگام کار در سن پترزبورگ (روسیه) در کارخانه Tentelevsky، یک روش تولید آلومینا (اکسید آلومینیوم) ارزان و قابل اجرا را اختراع کرد. در ادامه، آلومینا به ماده اولیه تولید آلومینیوم تبدیل شد. این دانشمند بوکسیت را به محلول قلیایی اضافه کرد و آن را در ظرفی دربسته حرارت داد و متوجه شد که بوکسیت حل شده اما نه به طور کامل. او دریافت که کل آلومینیوم موجود در بوکسیت در طول فرآیند به محلول قلیایی منتقل می‌شود. فرآیندهای تولید آلومینیوم که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند بر اساس فرآیندهای Bayer و Hall-Héroult هستند. صنعت آلومینیوم طی چندین دهه ایجاد شد و آلومینیوم به یک فلز صنعتی جدید تبدیل شد.

استفاده گسترده از آلومینیوم

استفاده از آلومینیوم به طرق مختلف در اواخر قرن نوزدهم و بیستم آغاز شد که انگیزه‌ای برای توسعه در طیف جدیدی از صنایع ایجاد کرد. آلفرد نوبل در سال 1891 دستور ساخت Le Migron را صادر کرد، اولین قایق مسافربری که از بدنه آلومینیومی استفاده می‌کرد.

در سال 1894 در نیوهیون، نیویورک، هارتفورد ریل‌رود، شرکت راه‌آهن آمریکایی که در آن زمان متعلق به بانکدار جان پیرپونت مورگان (J.P. Morgan) بود، شروع به تولید واگن‌های راه‌آهن مسافری سبک وزن ویژه با صندلی‌های آلومینیومی کرد. تنها 5 سال بعد، کارل بنز اولین خودروی اسپرت با بدنه آلومینیومی را در نمایشگاهی در برلین ارائه کرد.

با این حال، آلومینیوم مورد استفاده برای حمل و نقل هوایی، انقلاب واقعی بود، جایی که نام “فلز بالدار” (winged metal) متولد شد. مخترعان و هوانوردان در سراسر جهان در این دوره برای توسعه وسایل نقلیه هوایی کنترل شده تلاش می‌کردند. در 17 دسامبر 1903، ویلبر و اورویل رایت، طراحان هواپیماهای آمریکایی، برای اولین بار در تاریخ بشر، با یک وسیله نقلیه هوایی کنترل شده به نام Flyer-1 پرواز کردند. آن‌ها ابتدا سعی کردند از موتور ماشین برای به حرکت درآوردن هواپیما استفاده کنند، اما معلوم شد که خیلی سنگین است. بنابراین، یک موتور کاملاً جدید با قطعات آلومینیومی مخصوص Flyer-1 ساخته شد. یک موتور سبک 13 اسب بخاری ساخته شده به اولین هواپیمای تاریخ این امکان را داد که با پرواز 36.5 متری به مدت 12 ثانیه در هوا با اورویل رایت در سکان فرمان قرار گیرد.

دورآلومین (Duralumin)، آلیاژ کلیدی آلومینیوم، در سال 1909 اختراع شد. هفت سال طول کشید تا آلفرد ویلم، دانشمند آلمانی، آن را بسازد، اما ارزش سال‌ها تلاش را داشت. دورالومین با افزودن مس، منیزیم و منگنز به سبک آلومینیوم بود، اما به‌طور قابل توجهی از نظر استحکام، سختی و کشش از آن فراتر رفت، به این معنی که به سرعت به ماده اصلی مورد استفاده در حمل و نقل هوایی تبدیل شد. بدنه اولین هواپیمای تمام فلزی Junkers J1 که در سال 1915 از دورآلومین ساخته شد.

هنگامی که جهان وارد دوره جنگ شد، هوانوردی نقش مهم و گاه تعیین کننده‌ای داشت. از آنجایی که دورالومین در ابتدا در فناوری نظامی استفاده می‌شد، روش تولید آن در طبقه‌بندی فوق سری قرار گرفت. در همین حال، آلومینیوم در جاهای دیگر مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از آلومینیوم برای تولید انبوه لوازم خانگی آغاز شد که به سرعت و تقریباً به طور کامل جایگزین ظروف مسی و چدنی شد. ماهیتابه‌های آلومینیومی سبک و گرم هستند و سریع نیز سرد می‌شوند و زنگ هم نمی‌زنند.

رابرت ویکتور نهر در سال 1907 روشی را برای تولید پیوسته فویل نورد آلومینیوم در سوئیس اختراع کرد. او اولین کارخانه نورد فویل در جهان را در سال 1910 راه اندازی کرد. یک سال بعد توبلر شروع به استفاده از فویل برای بسته بندی شکلات کرد که هنوز هم تا به امروز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یکی دیگر از لحظات حساس برای صنعت آلومینیوم در سال 1920 آغاز شد، زمانی که گروهی از دانشمندان به رهبری سودربرگ از نروژ یک فرآیند جدید تولید آلومینیوم را اختراع کردند که روش هال هرول را بسیار ارزان‌تر کرد. فرآیند سودربرگ به سرعت در تولید آلومینیوم در سراسر جهان تطبیق داده شد و منجر به افزایش تولید شد. اتحاد جماهیر شوروی در آن زمان هیچ صنعت آلومینیومی نداشت و این را به زرادخانه خود اضافه کرد. پس از آن، استفاده از سلول‌های الکترولیت با سلول‌های آند از پیش پخته شده به دلیل عدم انتشار رزین و مصرف انرژی کمتر ترجیح داده شد. علاوه بر این، یکی از مزیت‌های اصلی سلول‌های الکترولیتی با سلول‌های آند از پیش پخت، امکان افزایش آمپر و در نتیجه افزایش ظرفیت بود.

در اوایل سال 1914، نیکولای پوشین، شیمیدان روسی، نوشت: روسیه سالانه 80000 پود آلومینیوم مصرف می‌کند، اما یک گرم از این فلز تولید نمی‌کند و تمام آلومینیوم را از خارج می‌خرد. در سال 1920، علیرغم ادامه جنگ داخلی، رهبران روسیه سرانجام به میزان عظیم قدرت مورد نیاز برای ایجاد رشد و توسعه صنعتی در قلمرو عظیم خود پی بردند. با توجه به این موضوع، دولت روسیه GOELRO (کمیته دولتی برای برق رسانی روسیه) را تشکیل داد که شامل ساخت نیروگاه‌های برق آبی در رودخانه‌های روسیه بود. تصمیم بر این شد که کارخانه‌های ذوب آلومینیوم در کنار آبشارهای آبی ساخته شوند تا برای برق تولیدی مصرف کننده داشته باشند. بدین ترتیب از آلومینیوم برای نیازهای نظامی و غیرنظامی استفاده شد.

آلومینیوم در آن زمان به‌طور گسترده در صنایع هوایی، کشتی سازی و خودروسازی مورد استفاده قرار گرفت و پیشرفت خود را در مهندسی عمران نیز آغاز کرد. ساختمان امپایر استیت (Empire State) که تا سال 1970 مرتفع‌ترین ساختمان در سراسر جهان بود، در سال 1931 ساخته شد. این اولین ساختمانی بود که در آن از آلومینیوم به‌طور گسترده در ساخت و ساز استفاده شد، هم در سازه‌های اساسی و هم در داخل.

جنگ جهانی دوم چهره بازار آلومینیوم را تغییر داد و هوانوردی و ساخت موتورهای تانک و خودرو را به خط مقدم آورد. این جنگ باعث شد تا کشورهایی که با آلمان می‌جنگند، استفاده از ظرفیت تولید آلومینیوم خود را افزایش دهند. طراحی هواپیماها بهبود یافت و آلیاژهای آلومینیوم جدید با آن‌ها توسعه یافت. جوزف استالین، رهبر اتحاد جماهیر شوروی، در سال 1941 به فرانکلین روزولت، رئیس جمهور ایالات متحده آمریکا نوشت: 30 هزار تن آلومینیوم به من بدهید و من در جنگ پیروز خواهم شد. پس از پایان جنگ، کارخانه‌های ذوب به محصولات عمرانی بازگشتند.

نژاد بشر در اواسط قرن بیستم جهشی به فضا داشت. استفاده از آلومینیوم بسیار مهم بود و بنابراین صنعت هوافضا را به یکی از حوزه‌های کلیدی تبدیل کرد. در سال 1957، اتحاد جماهیر شوروی اولین ماهواره مصنوعی را به مدار زمین فرستاد. بدنه ماهواره از دو نیم کره آلومینیومی مجزا تشکیل شده بود که به هم متصل شده بودند. تمام وسایل نقلیه فضایی بعدی با استفاده از آلومینیوم تولید شدند.

قوطی آلومینیومی، محصولی نمادین که تبدیل به یکی از بزرگترین کالاهای آلومینیومی، نماد دوستی با محیط زیست و نقطه کانونی در زمینه هنر و طراحی شد، در سال 1958 در ایالات متحده ظاهر شد. اختراع قوطی بین آلومینیوم Kaiser و Coors به اشتراک گذاشته شد. Coors نه تنها اولین شرکتی بود که آبجو را در قوطی‌های آلومینیومی فروخت، بلکه مجموعه‌ای از قوطی‌های خالی را با استفاده از یک سیستم بازیافت سازماندهی کرد. کوکاکولا و پپسی در سال 1967 شروع به فروش نوشیدنی‌های خود در قوطی‌های آلومینیومی کردند.

در سال 1962، راننده اتومبیل مسابقه‌ای افسانه‌ای، میکی تامپسون و خودروی مسابقه‌ای او “Harvey Aluminum Special” ساخته شده از آلیاژهای آلومینیوم در ایندیاناپولیس 500، هیجان را به مسابقات آورد. علیرغم این واقعیت که ماشین او 70 اسب بخار قدرت کمتری نسبت به رقبای خود داشت، تامپسون هشتم شد. در نتیجه، تیم او جایزه دستاورد مکانیکی را برای پیشرفت در طراحی خودروهای مسابقه‌ای دریافت کرد.

آلومینیوم ماده کلیدی مورد استفاده در Shinkansen، قطار پرسرعت معروف و نمونه اولیه تمام قطارهای مدرن از آن نوع بود. قطارهای پرسرعت مدرن دو سال بعد در ژاپن راه اندازی شدند. این قطار بین توکیو و اوزاکا حرکت کرد و 515 کیلومتر را در 3 ساعت و 10 دقیقه طی کرد که حداکثر سرعت آن 210 کیلومتر در ساعت بود.

اتحاد جماهیر شوروی سرعت تولید آلومینیوم خود را از طریق استفاده از نیروگاه‌های برق آبی در سیبری افزایش داد و با انجام این کار، رهبر بازار آلومینیوم در جهان شد. در اواسط دهه 1960 دو غول صنعت آلومینیوم، کارخانه‌های ذوب آلومینیوم براتسک و کراسنویارسک که هر کدام ظرفیت 1 میلیون تن فلز در سال را داشتند، در سیبری راه اندازی شدند. این تاسیسات تولید همچنان بزرگترین در جهان هستند.

افزایش حجم تولید آلومینیوم در سطح جهان و تقاضا برای این فلز باعث شد که آلومینیوم در دهه 1970 به یک کالای مبادله‌ای تبدیل شود. در سال 1978، تجارت بورس برای قراردادهای آلومینیوم در بورس فلزات لندن (“LME”)، قدیمی‌ترین بورس در جهان، که در سال 1877 تاسیس شد، آغاز شد.

تولید آلومینیوم در سراسر جهان به‌طور پیوسته در حال رشد بود و در آغاز دهه 1990 به 19 میلیون تن رسید. نقش چین با سوق دادن تدریجی مرکز تولید جهان به قلمرو آن آغاز شد. تولید داخلی آلومینیوم در چین در آن زمان از 900 هزار تن تجاوز نمی‌کرد، اما به سرعت در حال رشد بود و نیازهای خود را تامین می‌کرد. تاسیسات تولید آلومینیوم در روسیه به 3.5 میلیون تن در سال رسید.

تولید چین در سال 2002 از روسیه گذشت و از 4.3 میلیون تن گذشت. در آن زمان 26 میلیون تن آلومینیوم در سراسر جهان تولید می‌شد. از این پس، تولید آلومینیوم در چین رشد کرد. تا سال 2006 به 10 میلیون تن رسید که یک سوم کل حجم تولید جهانی است.

چین از تمام آلومینیوم تولید شده در داخل استفاده کرد. چرخش فلز و سایر مواد به قدری زیاد بود که آن‌ها بورس‌های کالایی خود را داشتند که در سال 1999 در بورس آتی شانگهای (SHFE) ادغام شدند. در همان زمان، چین تولید خود را با قیمت زیست محیطی بالا افزایش داد. بیش از 90 درصد نیرویی که برای تولید آلومینیوم استفاده می‌شود از نیروگاه‌های زغال سنگ تولید می‌شود. برای مقایسه، وضعیت در روسیه برعکس است و حدود 90 درصد از تولید آلومینیوم از انرژی هیدرولیک تامین می‌شود.

کشورهای خاورمیانه نیز شروع به ایفای نقش مهمی در صنعت آلومینیوم کردند. تولیدکنندگان آلومینیوم با دسترسی به نفت ارزان و گاز طبیعی مرتبط، منبعی از انرژی ارزان اما برای محیط زیست مضر داشتند. آن‌ها همچنین تولید خود را به شدت افزایش دادند و امروزه در بین رهبران جهانی در تولید فلز بالدار قرار دارند.

چالش‌های صنعت آلومینیوم جهان در سال 2008 در جریان بحران مالی جهانی آغاز شد. صنعت آلومینیوم برای اولین بار در تاریخ خود با بحران تولید بیش از حد در نتیجه سقوط بازار سهام مواجه شد و در نتیجه کاهش 50 درصدی قیمت آلومینیوم را تجربه کرد. میلیون‌ها تن آلومینیوم در انبارها در سراسر جهان انباشته شد. بحران 2008 و 2009 منجر به تعطیلی گسترده کارخانه‌های ذوب متعلق به تمام شرکت‌های آلومینیوم غربی شد. در همان زمان، تولید فلز در سراسر جهان به رشد خود ادامه داد. تولیدکنندگان در چین و خاورمیانه در جهت مخالف حرکت کردند و تولید را افزایش دادند.

در سال 2013، صنعت جهانی آلومینیوم با تولید بیش از 50 میلیون تن، دستاوردهای تازه‌ای به دست آورد. توسعه بیشتر صنعت ارتباط تنگاتنگی با رشد مصرف در نتیجه شهرنشینی و صنعتی شدن بیشتر در سطح جهانی دارد. آلومینیوم به‌طور فعال‌تری جایگزین فولاد سنگین‌تر در صنعت خودروسازی و مس گران‌تر در مهندسی برق شد. طبق پیش بینی‌ها، تقاضا برای آلومینیوم تا سال 2023 از 80 میلیون تن فراتر خواهد رفت.

همان‌طور که مشاهده کردید، تاریخچه توسعه آلومینیوم و صنعت آن، بسیار منحصر به فرد است. این فلز هزاران سال است که به عنوان یک معما باقی مانده است و تنها در یک قرن عمر به محبوب‌ترین ماده سازه تبدیل شده است.

تاریخچه آلومینیوم در ایران

اولین تولیدکننده آلومینیوم در ایران متعلق به شرکت ایرالکو است که در سال 1353 تاسیس گردید. شرکت آلومینیوم ایران یا ایرالکو، به‌عنوان بزرگ‌ترین شرکت آلومینیوم‌سازی ایران، در اراک مستقر است و در زمینۀ تولید انواع شمش آلومینیوم و آلیاژهای ریخته‌گری؛ بیلت و اسلب فعالیت می‌کند. این شرکت عضوی از بورس فلزات لندن و بورس اوراق بهادار تهران می‌باشد. همچنین این شرکت نخستین تولیدکنندۀ آلومینیوم در خاورمیانه است.

موضوع بنیان‌گذاری کارخانۀ ایرالکو در سال ۱۳۴۶ ه‍.ش به تصویب هیئت دولت رسید و اقدامات مربوط به نصب تأسیسات و ساختمان از سال ۱۳۴۸ با همکاری شرکت رینولدز آمریکا آغاز گردید و در سال ۱۳۵۱ با دو خط تولید و ظرفیت 45 هزار تن در سال، مورد بهره‌برداری قرار گرفت. این شرکت اکنون سالانه 190 هزار تن آلومینیوم تولید می‌کند.

در سال 1369 شرکت تولید آلومینیوم المهدی راه اندازی شد و این تولید را تا سال 80 به 55 هزار تن در سال افزایش داد و تا سال 1384 تولید فلز آلومینیوم به 110 هزار تن در سال و در سال 85 افزایش تولید با اضافه کردن 228 هزار تن دیگر به تولید ادامه داد. در نهایت این تولید تا سال 90 به حدود 170 هزار تن در سال رسید و ایران اکنون یکی از 20 کشور بزرگ تولیدکننده آلومینیوم در جهان است.

پرسش و پاسخ