كتب انتاج الكهرباء

حُضّر الألومنيوم للمرة الأولى كهربائيًا في العام 1854م، بشكل مُنفرد من قبل كل من الكيميائي الألماني روبرت فيلهلم بنزن والفرنسي ديفيل، ولم تصبح طرقهما في التحليل الكهربائي أساسًا للإنتاج الصناعي للألومنيوم، لأن الإمدادات الكهربائية لم تكن ذات كفاءة كافية في ذلك الوقت، إلّا أن ذلك تغيّر في العام 1870م، بعد اختراع الدينامو بواسطة المهندس البلجيكي زينوب ثيوفيل غرام الذي جعل توليد كميات كبيرة من الكهرباء أمرًا ممكنًا، وذلك باستخدام التيار ثلاثي الأطوار. وفي العام 1889م، أصبحت الكهرباء قابلة للانتقال عبر المسافات الكبيرة بفضل المهندس الروسي ميخائيل دوليفو دوبروفولسكي . بعد فترة قصيرة من هذا الاكتشاف، توجه بنزن إلى مجالات أخرى من الاهتمام بينما لُوحظ عمل ديفيل من قبل نابليون الثالث الذي قام بدوره بتمويل أبحاث إنتاج الألومنيوم الخاصة بديفيل، وسُرعان ما أدرك ديفيل أن الإنتاج الكهربائي غير عملي في ذلك الحين، واتجه بذلك إلى الطرق الكيميائية.

طُوّرت أول طريقة إنتاج واسعة النطاق من قبل المهندس الفرنسي بول هيرو والمهندس الأمريكي تشارلز مارتن هول في العام 1886م، وغدت تُعرف - حتى يومنا هذا - باسم عملية هول-هيرو. بدا التحليل الكهربائي للألومينا النقية غير عملي بسبب درجة انصهاره العالية جدًا، وقد أدرك كُل من هيرو وهول أن درجة انصهاره يمكن أن تُخفّض بشكل كبير في حالة وجود الكريوليت المنصهر. لم يحظ اختراع هيرو بالاهتمام الكافي لأن الطلب على الألومنيوم كان ما يزال محدودًا ولم يرغب مصنع ديفيل في ساليندريس في تطويره. في العام 1888م، أسّس هيرو ورفاقه مصنع (بالألمانية: Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft) وبدأوا بالإنتاج الصناعي لبرونز الألومنيوم في مدينة نويهاوزن أم راينفال. بقي هذا الإنتاج نشطًا لمدة عام، وخلال تلك الفترة تأسست الشركة الفرنسية للكهرباء في باريس والتي قامت بشراء براءات اختراع هيرو وعينته مديرًا لمصهر في إقليم إزار، والذي بدوره بدأ أوّلًا بإنتاج برونز الألومنيوم على نطاق واسع، ثم الألومنيوم النقي في غضون أشهر.

في نفس الوقت، أنتج هول الألومنيوم بنفس الطريقة في منزله في أوبرلين وقام باختباره بنجاح في مصهر في لوكبورت، ثم سعى لتوسيع إنتاجه على نطاق واسع. لم يرغب أصحاب المصهر في تغيير طرق الإنتاج الخاصة بهم لأنهم خشوا أن يؤدي الإنتاج الضخم للألومنيوم إلى خفض سعر المعدن فورًا، وقد فكّر رئيس الشركة بشراء براءة اختراع هول لضمان عدم استفادة المنافسين منه. في العام 1888م، أسس هول شركة بيتسبرغ للتخفيض (بالإنجليزية: Pittsburgh Reduction Company)‏ حيث بدأ بإنتاج الألومنيوم، وشهدت هذه التكنولوجيا تطورًا، بعد بناء مصانع جديدة في السنوات التي تلت ذلك.

ساهمت عملية هول-هيرو في تحويل الألومينا إلى المعدن، وقد اكتشف الكيميائي النمساوي كارل جوزيف باير طريقة لتنقية البوكسيت من أجل الحصول على الألومينا في عام 1889م، وتعرف هذه الطريقة الآن باسم عملية باير. عمل باير على تلبيد البوكسيت مع القلويات ورشّحها مع الماء، واكتشف بعد تلبيده للمحلول وإضافة نواة التبلّور إليه راسباً من هيدروكسيد الألومنيوم النقي والذي تحلّل إلى ألومينا عند تسخينه. وفي غضون سنوات قليلة، اكتشف أنّ مكوّنات الألومنيوم من البوكسيت تذوب في البقايا القلوية الناتجة عن عزل المواد الصلبة للألومينا، وقد كان هذا الاكتشاف حاسمًا في التوظيف الصناعي لهذه الطريقة.

بلغ الحجم الإجمالي للألومنيوم غير المشوب الذي أنتج بواسطة طريقة ديفيل الكيميائية بين الأعوام 1856-1889م ما مقداره 200 طن متري. وبلغ الإنتاج في العام 1890م وحده 175 طن متري، ونمى حجم الإنتاج ليصبح 715 طنًا متريًا في العام 1893م، و4034 طنًا متريًا في العام 1898م، ما أدّنى بدوره إلى انخفاض سعر الألمنيوم إلى دولارين أمريكيين لكل رطل في العام 1889م، وإلى نصف دولار أمريكي لكل رطل في العام 1894م.

بحلول نهاية العام 1889م، حُقّق نقاء عالٍ من الألومنيوم الناتج عن التحليل الكهربائي، وأصبح مصنع ويبستر مهجورًا في العام 1890م، إثر افتتاح مصنع للتحليل الكهربائي في إنجلترا. تفوّق الألومنيوم الكهربائي على ميزة نيتو الرئيسية المتمثلة بالنقاء العالي للألومينيوم الناتج، مما أدّى لإغلاق شركته في العام التالي. قررت شركة أليس وكامراغ (بالفرنسية: Compagnie d"Alais et de la Camargue)‏ الانتقال لاستخدام الإنتاج الكهربائي، وافتتحت أول مصنع يستخدم هذه الطريقة في العام 1895م.

يعتمد الإنتاج الحديث لمعدن الألومينوم على عملية باير وعملية هول-هيرو، وقد حُسّنت عملية هول-هيرو في العام 1920م، بواسطة فريق يرأسه الكيميائي السويدي كارل فيلهلم سودربرغ. كانت المصاعد في الخلايا الكهربائية تُصنع من كتل الفحم غير الموضوعة في الفرن والتي كانت تتلف بسرعة مما يتطلب استبدالها، وعمل الفريق على صنع أقطاب كهربائية تواصلية بواسطة مادة قطران فحم الكوك بمعامل حجرة الاختزال، مما أدى إلى زيادة كبيرة في الإنتاج العالمي للألومينوم.