بررسی و تحلیل صنعت آلومینیوم
آلومینیوم فلزی نقرهایرنگ با عدد اتمی ۱۳ و نماد شیمیایی Al میباشد. این عنصر پس از اکسیژن و سیلیس، سومین ماده فراوان در پوسته زمین و دومین فلز پرکاربرد پس از آهن بهشمار میرود. ویژگیهایی چون سبکی و استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی حرارتی و الکتریکی مناسب و قابلیت بازیافت آسان، موجب شدهاند آلومینیوم جایگاهی ویژه در صنایع مختلف داشته باشد.
تولید آلومینیوم
آلومینیوم در جهان به ۲ روش اصلی تولید میشود:
۱- تولید اولیه از سنگ بوکسیت
۲- تولید ثانویه از طریق بازیافت ضایعات آلومینیوم
ذخایر بوکسیت جهان حدود ۳۰ میلیارد تن تخمین زده میشود که عمدتاً در مناطق گرمسیری و نیمهگرمسیری واقع شدهاند.

۵ کشور گینه، ویتنام، استرالیا، برزیل و چین، حدود ۷۰ درصد ذخایر بوکسیت جهان را در اختیار دارند.

تولید جهانی سنگ بوکسیت بهدلیل کاربردهای گسترده فلز آلومینیوم در صنایع مختلف، در حال رشد است. رشد متوسط تولید سالانه بوکسیت در جهان حدود ۳/۲ درصد تخمین زده میشود. با توجه به نمودار ۳، سه کشور استرالیا، گینه و چین حدود ۷۰ درصد بوکسیت جهان را تولید میکنند.

فرآیند تولید آلومینیوم از سنگ بوکسیت شامل ۲ مرحله اصلی میباشد:
۱- تولید پودر آلومینا (Al2O3) از طریق فرآیند بایر (Bayer Process)
۲- تولید فلز آلومینیوم از طریق فرآیند هال هرولت (Hall-Heroult Process)
فرآیند بایر
در این فرآیند، سنگ بوکسیت (شامل فازهای مختلف آلومینیوم مانند بوهمیت، گیبسیت و دیاسپور) در حضور مایع بایر (سود سوزآور) آسیاب شده و اکسیدهای آلومینیوم در محلول داغ سود سوزآور، در دمای حدود ۱۵۰ تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد، حل میشوند. محلول حاصل که شامل آلومینات سدیم و باقیمانده نامحلول بوکسیت است، فیلتر میشود و پسماند جامد قرمزرنگی که بهعنوان گل قرمز شناخته میشود، از محلول آلومینات سدیم جدا میگردد. در مرحله بعد، محلول آلومینات سدیم خالص تا دمای حدود ۶۰ تا ۷۵ درجه سانتیگراد سرد شده و پودر هیدرات آلومینیوم به آن افزوده میشود تا رشد کریستالهای جامد هیدرات آلومینیوم تسریع گردد. در نهایت، کریستالهای هیدرات آلومینیوم در دمای حدود ۱,۰۰۰ تا ۱,۲۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده میشوند تا رطوبت خود را از دست دهند و پودر آلومینا (Al2O3) بهعنوان محصول نهایی بهدست آید.

فرآیند هال هرولت
در سال ۱۸۸۶ میلادی، چارلز مارتین هال در ایالات متحده آمریکا و پاول لوئیس توسن هرولت در فرانسه تقریباً بهطور همزمان روشی انقلابی را برای استخراج آلومینیوم ابداع کردند. این روش که بهعنوان فرآیند هال هرولت شناخته میشود، هنوز هم اصلیترین روش صنعتی تولید آلومینیوم در جهان بهشمار میآید.
در این فرآیند، پودر آلومینا (Al2O3) در حمامی از کریولیت مذاب (Na₃AlF₆) در دمای حدود ۹۵۰ تا ۹۷۰ درجه سانتیگراد حل میشود و جریانی قوی از الکتریسیته از محلول عبور داده میشود.
فرآیند هالهرولت درون دیگی فولادی انجام میگیرد که کف آن با لایهای ضخیم از گرافیت پوشانده شده است و نقش کاتد (قطب منفی) را ایفا میکند. درون محلول کریولیت نیز میلههایی از جنس قیر و کک نفتی بهصورت معلق قرار داده میشوند که بهعنوان آند (قطب مثبت) عمل میکنند.
با عبور جریان برق از محلول الکترولیت، یونهای آلومینیوم و اکسیژن موجود در آلومینا تجزیه میشوند. یونهای اکسیژن با آندهای کربنی واکنش داده و گاز دیاکسید کربن (CO₂) تولید میکنند. از سوی دیگر، یونهای آلومینیوم با بار مثبت (+Al3) به سمت کاتد حرکت کرده و در آنجا احیا میشوند. فلز آلومینیوم مذاب در کف دیگ جمعآوری شده و بهصورت دورهای تخلیه میگردد.

برای تولید یک کیلوگرم فلز آلومینیوم، حدود ۴ کیلوگرم سنگ بوکسیت، ۲ کیلوگرم پودر آلومینا و ۰/۵ کیلوگرم کک آندی مصرف میشود.


کشور چین در حال حاضر بزرگترین تولیدکننده پودر آلومینا و فلز آلومینیوم در جهان است و بهتنهایی حدود ۶۰ درصد از تولید جهانی این دو محصول را در اختیار دارد.
این برتری عمدتاً نتیجه سرمایهگذاری گسترده در صنایع پاییندستی و بالادستی آلومینیوم، دسترسی به منابع انرژی ارزانتر (بهویژه برقآبی و زغالسنگ) و توسعه سریع زیرساختهای صنعتی میباشد.
چین بخش بزرگی از پودر آلومینا موردنیاز خود را از بوکسیت استخراجشده در داخل کشور و همچنین از واردات بوکسیت از کشورهایی مانند گینه، اندونزی و استرالیا تأمین مینماید.
در این کشور، زنجیره تولید از استخراج بوکسیت تا ذوب آلومینیوم و تولید محصولات نهایی مانند ورقها، آلیاژها و قطعات صنعتی، تقریباً بهصورت یکپارچه و متمرکز صورت میگیرد.
مصرف آلومینیوم
آلومینیوم یکی از فلزات استراتژیک و پرکاربرد در جهان بهشمار میآید که بهدلیل ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاص خود، در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار میگیرد. از مهمترین مزایای آلومینیوم میتوان به سبکی، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی مناسب الکتریکی و حرارتی، شکلپذیری بالا و قابلیت بازیافت آسان اشاره کرد.
چگالی پایین آلومینیوم سبب شده است این فلز جایگاه ویژهای در صنایع خودروسازی، هوافضا و حملونقل داشته باشد، زیرا به کاهش وزن سازه و صرفهجویی در مصرف سوخت کمک میکند. همچنین، تشکیل لایهای نازک از اکسید آلومینیوم بر سطح آن، موجب افزایش پایداری در برابر زنگزدگی و رطوبت میشود. آلومینیوم دارای رسانایی خوب الکتریکی و حرارتی است، به همین دلیل در صنایع برق و الکترونیک بهطور گسترده استفاده میشود. افزون بر این، بازیافت آلومینیوم تنها حدود ۵ درصد از انرژی تولید اولیه را نیاز دارد که آن را به یکی از پایدارترین فلزات از نظر زیستمحیطی تبدیل میکند.
با وجود این مزایا، آلومینیوم دارای معایبی نیز میباشد. این فلز نسبت به فولاد استحکام مکانیکی و مقاومت پایینتری در برابر سایش و خراشیدگی دارد. از دیگر معایب آن میتوان به هزینه و انرژی بالای فرآیند تولید اولیه و نیز غیرمغناطیسی بودن این فلز اشاره کرد که در برخی تجهیزات الکتریکی محدودیت ایجاد میکند.
بهطور کلی، ترکیب ویژگیهای سبک بودن، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت بازیافت بالا باعث شده است آلومینیوم یکی از مهمترین فلزات قرن حاضر باشد. با وجود محدودیتهای حرارتی و مکانیکی آن در مقایسه با فولاد و مس، با توسعه آلیاژهای جدید و فناوریهای بهینهسازی، امروزه آلومینیوم در بسیاری از صنایع، جایگزین مناسب و اقتصادی برای فلزات سنگینتر محسوب میشود.

صنعت خودرو و حملونقل: بیشترین سهم مصرف آلومینیوم مربوط به بخش خودرو، هواپیما، کشتی و حملونقل ریلی میباشد. علت این سهم بالا، سبکی، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت بازیافت بالای آلومینیوم است که آن را جایگزین مناسبی برای فولاد در کاهش وزن وسایل نقلیه کرده است. در نتیجه، استفاده از آلومینیوم به کاهش مصرف سوخت و انتشار CO₂ کمک میکند.
صنعت ساختوساز: از آلومینیوم در ساخت پنجرهها، نماها، سقفها، دربها، اسکلتهای سبک و سازههای مدرن استفاده میشود. ترکیب مقاومت بالا و وزن کم باعث شده است این فلز در پروژههای بلندمرتبه و سازههای سبک محبوب باشد.
صنعت بستهبندی: حدود یکششم آلومینیوم تولیدی در بستهبندی مواد غذایی، دارویی و صنعتی بهکار میرود. مواردی مثل قوطی نوشابه، فویل آلومینیومی و درپوشهای مقاوم بهدلیل غیرقابلنفوذ بودن آلومینیوم در برابر نور، هوا و رطوبت، از مهمترین موارد استفاده آلومینیوم در صنعت بستهبندی میباشند.
صنعت برق و الکترونیک: در این صنعت، آلومینیوم جایگزینی سبک و ارزان برای فلز مس محسوب میشود. از آلومینیوم در تولید سیمهای انتقال برق، خنککنندهها، قاب تجهیزات و خطوط انتقال انرژی استفاده میشود. هدایت الکتریکی نسبتاً بالا و وزن کم، از دلایل اصلی کاربرد این فلز محسوب میگردد.
صنعت ماشینآلات و تجهیزات: در بخش ماشینآلات صنعتی، تجهیزات کشاورزی و ابزارهای مکانیکی از آلومینیوم برای ساخت قطعات سبک و مقاوم در برابر سایش استفاده میشود. استفاده از آلومینیوم در صنایع نظامی و تولید آلیاژهای خاص، تجهیزات ورزشی و کالاهای خانگی و دکوراتیو از دیگر کاربردهای این فلز می باشد.
تقاضای بالای آلومینیوم در صنایع ساختمانی، حملونقل، خودروسازی و انرژیهای پاک (بهویژه خودروهای برقی و پنلهای خورشیدی) باعث شده است چین نهتنها بزرگترین تولیدکننده، بلکه بزرگترین مصرفکننده آلومینیوم جهان نیز باشد.
بر اساس دادههای نمودار ۷، چین با سهمی حدود ۵۸/۴ درصدی، بزرگترین مصرفکننده آلومینیوم در جهان بهشمار میرود. این کشور بهتنهایی بیش از نیمی از مصرف جهانی را به خود اختصاص داده است که این امر نتیجه رشد سریع صنایع خودروسازی، ساختوساز، انرژیهای تجدیدپذیر، تجهیزات الکترونیکی و زیرساختهای شهری در این کشور میباشد. توسعه وسیع صنایع تولید خودروهای برقی و پروژههای ساختمانی بزرگمقیاس نیز از دلایل اصلی افزایش تقاضای آلومینیوم در چین محسوب میشود.

پس از چین، اروپا با ۱۳/۳ درصد، در رتبه دوم قرار دارد. بخش عمده مصرف آلومینیوم در اروپا مربوط به صنایع ساختمانی، حملونقل و بستهبندی میباشد. کشورهای اروپایی همچنین در زمینه بازیافت آلومینیوم پیشرو هستند و بخش قابلتوجهی از نیاز خود را از آلومینیوم بازیافتی تأمین مینمایند. رشد صنعتی در کشورهایی مانند هند، ژاپن و کره جنوبی موجب افزایش تقاضا برای آلومینیوم در سایر کشورهای آسیا شده است. در ایالات متحده آمریکا نیز آلومینیوم بهطور گسترده در صنایع هوافضا، خودرو و ساختمان کاربرد دارد. در مقابل، منطقه خاورمیانه با ۲/۴ درصد، کمترین سهم از مصرف آلومینیوم را دارد. هرچند خاورمیانه از نظر تولید آلومینیوم اولیه جایگاه قابلتوجهی دارد، اما مصرف داخلی آن در مقایسه با سایر مناطق محدودتر میباشد.
بهطور کلی، نتایج نمودار نشان میدهد که مصرف آلومینیوم در جهان بهشدت متمرکز در منطقه آسیا، بهویژه چین، است و انتظار میرود با ادامه رشد صنعتی این کشورها، سهم آسیا در سالهای آینده بیشازپیش افزایش یابد.
در بخش صادرات آلومینیوم، چین با سهم ۱۵/۸۱ درصدی، بزرگترین صادرکننده جهان است. این جایگاه نتیجه ظرفیت عظیم تولیدی و سرمایهگذاری گسترده این کشور در صنایع ذوب و فرآوری آلومینیوم میباشد. با این حال، چین با وجود این حجم از صادرات، همچنان از واردکنندگان بزرگ آلومینیوم محسوب میشود. به این دلیل که چین بخش قابلتوجهی از بوکسیت یعنی ماده اولیه تولید آلومینیوم را از کشورهایی مانند گینه، اندونزی و استرالیا وارد میکند و سپس با فرآوری آن، محصولات آلومینیومی را صادر مینماید. در رتبههای بعدی صادرات، کشورهایی مانند آلمان، آمریکا و کانادا قرار دارند. آلمان و آمریکا از صادرکنندگان مهم محصولات نیمهساخته و صنعتی آلومینیوم میباشند، درحالیکه کانادا با تکیه بر منابع عظیم انرژی برقآبی، یکی از بزرگترین تولیدکنندگان آلومینیوم اولیه در جهان است. ایتالیا، امارات متحده عربی و هند نیز نقش مهمی در صادرات دارند. امارات، با تکیه بر صنایع ذوب پیشرفته، به صادرکنندهای بزرگ در منطقه خاورمیانه تبدیل شده است.



نمودار ۱۰، روند تغییرات نرخ جهانی آلومینیوم و موجودی انبار فلز آلومینیوم بورس لندن از بهار ۱۳۹۵ تا پاییز ۱۴۰۴ را نشان میدهد. در ابتدای دوره موردبررسی یعنی سالهای ۱۳۹۵ تا ۱۳۹۷، قیمت آلومینیوم از حدود ۱,۵۰۰ دلار در هر تن به بیش از ۲,۰۰۰ دلار افزایش یافت. این رشد همزمان با کاهش موجودی انبارها از حدود ۲/۶ میلیون تن به نزدیک ۱/۳ میلیون تن بود که نشاندهنده افزایش تقاضا و محدود شدن عرضه در بازار جهانی میباشد. این افزایش نرخ عمدتاً تحت تأثیر کاهش ظرفیت تولید در چین بهدلیل سیاستهای سختگیرانه زیستمحیطی و صرفهجویی انرژی رخ داد. چین بهعنوان بزرگترین تولیدکننده آلومینیوم جهان، در این سالها صدها واحد آلاینده و پرمصرف را تعطیل یا محدود کرد که منجر به کاهش محسوس عرضه گردید. در همین زمان، رشد اقتصاد جهانی و افزایش تقاضا در صنایع خودروسازی، بستهبندی و ساختوساز بهویژه در چین، هند و آمریکا، فشار تقاضا را بالا برد. همچنین افزایش قیمت انرژی و مواد اولیه (بوکسیت و آلومینا) موجب رشد هزینههای تولید گردید و قیمت تمامشده آلومینیوم را بالا برد. در مجموع، ترکیب کاهش عرضه در چین، افزایش تقاضای جهانی و افت موجودی انبارها موجب شد قیمت آلومینیوم در این بازه جهش قابلتوجهی داشته باشد و وارد روند صعودی پایداری شود. در سالهای ۱۳۹۷ تا ۱۳۹۹، بازار آلومینیوم پس از رشد قابلتوجه سالهای پیش، وارد مرحله تعادل نسبی گردید؛ نرخ جهانی آلومینیوم در محدوده ۱,۸۰۰ تا ۱,۹۰۰ دلار در نوسان بوده و موجودی انبار نیز در سطح حدود یک میلیون تن باقی ماند. از ابتدای سال ۱۳۹۹ به بعد، همزمان با بحران کرونا و محدودیتهای انرژی در چین و سایر کشورها، عرضه آلومینیوم کاهش پیدا کرد. این اتفاق باعث جهش شدید نرخ آلومینیوم گردید، بهطوریکه در زمستان ۱۴۰۰ به بیش از ۳,۰۰۰ دلار در هر تن رسید. در همین زمان، موجودی انبارها به زیر نیم میلیون تن کاهش پیدا کرد که پایینترین سطح در سالهای اخیر محسوب میشود. پس از آن، مجدداً بازار وارد فاز نوسانی و تعدیلی شد و قیمت جهانی آلومینیوم تا حدود ۲,۲۰۰ تا ۲,۵۰۰ دلار کاهش پیدا کرد. موجودی انبار پایین این فلز نشان میدهد عرضه آن فعلاً به حالت پیشین بازنگشته است. در ماههای اخیر بهدنبال کاهش عرضه و کاهش موجودی انبار بورس لندن و اعمال تعرفههای وارداتی توسط آمریکا، قیمت این فلز رو به افزایش بوده است.
ایران از نظر منابع بوکسیت، ذخایر نسبتاً محدودی در اختیار دارد. بر اساس برآوردهای سال ۲۰۲۳، میزان ذخایر معدنی بوکسیت کشور حدود ۳۸ میلیون تن میباشد که تنها ۰٫۱ درصد از کل ذخایر جهانی را تشکیل میدهد. به دلیل همین محدودیت منابع داخلی، ایران برای تأمین نیاز صنایع آلومینیوم خود بهطور قابلتوجهی به واردات بوکسیت وابسته است. این وابستگی، بهویژه در شرایط کاهش ذخایر داخلی، چالشی اساسی در مسیر تأمین پایدار مواد اولیه موردنیاز صنعت آلومینیوم بهشمار میآید.

شرکت آلومینای ایران تنها تولیدکننده پودر آلومینا در کشور بهشمار میرود و سالانه حدود ۲۳۰ هزار تن از این ماده را تولید میکند. این در حالی است که برای بهرهبرداری از ظرفیت کامل تولید شمش آلومینیوم در کشور، نیاز به حدود ۱/۳ میلیون تن پودر آلومینا وجود دارد؛ بنابراین بخش عمدهای از نیاز صنایع آلومینیوم ایران از طریق واردات تأمین میشود.
با این حال، سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران (ایمیدرو) با اخذ مجوزهای لازم، در حال اجرای بزرگترین طرح تولید آلومینا در تاریخ ایران است که تا پایان سال ۱۴۰۴ به بهرهبرداری خواهد رسید. این پروژه عظیم در منطقه ویژه پارسیان احداث شده و ظرفیت تولید سالانه آن ۱ میلیون تن پودر آلومینا خواهد بود. اجرای این طرح، وابستگی کشور به واردات آلومینا را بهشدت کاهش داده و ظرفیت تولید داخلی را حدود ۵ برابر میکند.

اگرچه ظرفیت اسمی تولید شمش آلومینیوم در ایران حدود ۷۶۷ هزار تن در سال برآورد میشود، اما میزان تولید واقعی معمولاً پایینتر از این مقدار است و بهطور متوسط بین ۶۰۰ تا ۶۵۰ هزار تن در سال نوسان دارد. این فاصله میان ظرفیت اسمی و تولید واقعی، ناشی از چند عامل مهم است. کمبود پودر آلومینا بهعنوان ماده اولیه اصلی تولید شمش، یکی از چالشهای اساسی صنعت آلومینیوم کشور محسوب میشود. علاوه بر آن، فرآیند تولید آلومینیوم، بهویژه در مرحله الکترولیز آلومینا (فرایند هال هرولت)، نیازمند انرژی الکتریکی بسیار زیادی است و همین موضوع باعث شده این صنعت در زمره صنایع فوقالعاده انرژیبر قرار گیرد. درحالیکه میزان مصرف برق به ازای تولید هر کیلوگرم آلومینیوم در جهان بهطور متوسط حدود ۱۴/۵ کیلووات ساعت و در کشورهای حوزه خلیجفارس حدود ۱۳/۵ کیلووات ساعت میباشد، این رقم در ایران به حدود ۱۷ کیلووات ساعت میرسد که نشاندهنده راندمان پایینتر و فناوریهای قدیمیتر در کشور است. در کنار این عوامل، مشکلات مالی، نوسانات نرخ انرژی و هزینههای بالا نیز بر پایداری و بهرهوری تولید تأثیر منفی گذاشته است.

نمودار ۱۱، میزان مصرف برق واحدهای تولید آلومینیوم در کشورهای مختلف خاورمیانه را نشان میدهد. همانطورکه مشخص است، میزان مصرف برق واحدهای تولید شمش آلومینیوم در ایران بهطور قابلتوجهی بیشتر از واحدهای مشابه در کشورهای حاشیه خلیج فارس میباشد. این اختلاف، تفاوت در بهرهوری انرژی و فناوری مورداستفاده در فرآیند احیای آلومینیوم میان واحدهای مختلف را نشان میدهد. شرکتهایی با مصرف برق پایینتر معمولاً از فناوریهای نوینتر، سلولهای احیای بهینهتر و سیستمهای مدیریت انرژی پیشرفتهتر استفاده میکنند.

با توجه به نمودار ۱۲، اگرچه تولید آلومینیوم در ایران پس از سال ۱۳۹۹ روند روبهرشدی را تجربه کرده است، اما طی ۳ سال اخیر با چالشهایی مواجه شده که از ادامه این روند صعودی جلوگیری کردهاند.
طبق گزارش سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران (ایمیدرو)، ۴ شرکت بزرگ آلومینیومی کشور شامل آلومینیوم جنوب، آلومینیوم ایران، آلومینیوم المهدی و آلومینای ایران در بازه زمانی فروردینماه تا پایان تیرماه ۱۴۰۴ در مجموع حدود ۲۰۴ هزار تن شمش آلومینیوم تولید کردهاند. این میزان در مقایسه با ۲۲۱ هزار تن تولید در مدت مشابه سال گذشته، نشاندهنده کاهش تولید و استمرار محدودیتهای موجود در صنعت آلومینیوم کشور میباشد.
نتیجهگیری
آلومینیوم، سومین عنصر فراوان در پوسته زمین و دومین فلز پرکاربرد پس از آهن، بهدلیل برخورداری از ویژگیهایی چون سبکی، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی مناسب و قابلیت بازیافت بالا، نقش مهمی در صنایعی مانند حملونقل، ساختمان، بستهبندی و برق دارد. تولید این فلز عمدتاً از سنگ بوکسیت از طریق فرآیندهای بایر و هال هرولت انجام میشود. چین با سهم بیش از ۶۰ درصدی، بزرگترین تولیدکننده و مصرفکننده آلومینیوم در جهان محسوب میشود و زنجیره تولید آن را بهطور کامل در داخل کشور مدیریت میکند. ایران با وجود ظرفیت اسمی تولید حدود ۷۶۷ هزار تن شمش آلومینیوم در سال، بهدلیل کمبود منابع بوکسیت و وابستگی به واردات آلومینا، قطعیهای برق و گاز و فناوری قدیمی، از ظرفیت واقعی خود فاصله دارد. مصرف برق از مهمترین چالشهای این صنعت محسوب میشود؛ بهطوریکه برای تولید هر کیلوگرم آلومینیوم در ایران حدود ۱۷ کیلووات ساعت برق مصرف میشود، درحالیکه میانگین جهانی ۱۴/۵ کیلووات ساعت میباشد.