بازیافت آلومینیوم – آلومینیوم ذوب مجدد

در دهه های اخیر بخش وسیعی از آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر دنیا از بازیافت آلومینیوم تأمین می شود که در صورت کیفیت مطلوب، در فرایند اکستروژن و تولید پروفیل آلومینیوم از آن ها استفاده می شود. این قراضه و ضایعات ناشی از پس ماندهای صنعتی و قطعات اسقاطی است که قبلاً استفاده شده است.

دلیل این مسئله ایجاد ارزش افزوده در شبکۀ تولید است. به هر حال جایگزین کردن حتی بخش کوچکی از آلومینیوم اولیه در آلیاژهای کارپذیر به وسیلۀ قراضه های بی ارزش (که معمولاً این قراضه ها دارای ناخالصی های مختلف غیرفلزی می باشند) بدون اینکه این ناخالصی ها تأثیری در کیفیت آلیاژ بگذارد، از نقطه نظر متالورژی بسیار با ارزش است.

بالا بردن فهم بیشتر برای افزایش تلرانس در آلیاژهای آلومینیومی هنوز توسط پروژه های آکادمیکی و صنعتی در حال بررسی است. تولیدکنندگان آلیاژهای کارپذیر باید قراضه هایی را از نظر کمی و کیفی انتخاب کنند که از نظر ترکیبات شیمیائی با آلیاژ کارپذیری که قرار است تولید شود هم خوانی داشته باشد. از این رو باید توجه ویژه ای به جداسازی آلیاژهای آلومینیوم شود.

به دست آوردن ترکیبات شیمیایی آلیاژهای کارپذیر از بازیافت آلومینیوم

عملاً دو رویکرد متفاوت برای بدست آوردن ترکیبات شیمیایی آلیاژهای کارپذیر از آلومینیوم بازیافتی وجود دارد.

(۱) ـ قبل از ذوب کردن، ترکیب درست کمی و کیفی قراضه ها، آلومینیوم اولیه و عناصر آلیاژی

(۲) ـ در هنگام ذوب با رقیق کردن مقدار ناخالصی به وسیله افزودن آلومینیوم اولیه به مقدار مورد نیاز و افزودن عناصر آلیاژی برای رسیدن به غلظت استاندارد عناصر در ذوب.

ظاهراً این روش رسیدن به ترکیب شیمیایی مناسب در آلیاژهای کارپذیر قبل از ذوب کردن به جهت استفاده قراضه های از پیش دسته بندی شده و بهینه سازی آنها، منفعت بیشتری دارد.

برای یک تولید مشخص (ذوب شدن در زمان واقعی) با توجه به ترکیبات شیمیایی موجود در قراضه ها، جدا سازی و تخصیص قراضه ها، بسته به مقدار حداقل آلومینیوم خالص اولیه و عناصر آلیاژی انعطاف کمتری دارد.

این نکته بسیار مهم است که ارزش افزوده ی ایجاد شده به وسیله این رویکرد بسیار وابسته به جایگزینی آلومینیوم به عناصر آلیاژی، ترکیب کردن و انتخاب کردن این مواد ترکیبی با دقت زیاد است.

به هر حال تصمیم گیری در مورد این که چه موادی و به چه اندازه استفاده شود و نهایتاً تخصیص دادن میزان مناسبی از آن ها برای تولید آلیاژ کار پذیر با ترکیبات شیمیایی مناسب بسیار حساس است و به ما در رسیدن به منافع اقتصادی کمک بیشتری می کند.

مشکلات موجود در بازیافت آلومینیوم

همانطور که قبلاً اشاره شد اصلی ترین مشکل در تولید آلیاژهای آلومینیومی کارپذیر از قراضه، رسیدن به یک ترکیب شیمیایی در مرحله ذوب شدن است، در حالی که از حداقل آلومینیوم اولیه و عناصر آلیاژی در آن استفاده شود.

از نظر تکنیکی، مشکل در تکنولوژی دست نیافته ای است. (که باید این تکنولوژی از نظر اقتصادی قابل قبول و از نظر شیمیایی در واقع در مرحله پالایش باشد)

برای کاهش غلظت عناصر مهم و بحرانی مثل:

مس، آهن، منگنز و روی در ذوب که در مرحله جداسازی انواع مختلفی از قراضه ها بوجود می آیند.

زمانی که غلظت این عناصر بحرانی در مرحله ذوب بالاتر از حد مجاز آلیاژ کارپذیر بوجود بیاید، تنها راه حل عملی کم کردن این ناخالصی با افزودن شمش اولیه است.

یک راه حل تکنیکی دیگر جلوگیری از تشکیل ترکیبات نادرست به وسیله پیش بینی کردن این ترکیبات شیمیایی مواد در مرحله قبل از ذوب است.

اساساً، یک راه حل سوم دیگر هم وجود دارد که در واقع متقاعد کردن مشتریان برای پذیرفتن آلیاژ اکسترودی بازیافتنی به صورتی که محدودیت ترکیبی در آن وجود داشته باشد است.

این می تواند در آینده شیوه ای مناسب برای تولید آلیاژهای کارپذیر باشد و این که با مشتریان دست در دست هم داده تا بتوان بهبودی در ترکیبات آلیاژی داد.

اما برای آلیاژهای موجود و آلیاژهای مورد نیاز مشتریان معمولاً یک محدودیت هایی وجود دارد و البته میزان ریسک آن نیز بالاست. در بیشتر طرح های امروزی، عمدتا روش بازیافت آلومینیوم، مخلوط قراضه ها به میزان درست یا رقیق کردن آن ها در حین ذوب است.

در این حالت، سود در ترکیب فلز بازیافت حتی با آلومینیوم اولیه تعیین می شود. البته این نکته مهم است که این حاشیه سود به وسیله تفاوت قیمت آلومینیوم اولیه (که به صورت جهانی تصمیم گیری می شود) و آلومینیوم بازیافت شده که (به صورت منطقه ای محاسبه می شود) و متأثر از شرایط و مقتضیات داخلی و خارجی است، تعیین می گردد.

شرایط داخلی

در میان فاکتورهای داخلی مهم ترین آن ها عبارتند از:

(۱) منابع مداوم و همیشگی قراضه های قدیمی و جدید که به مقدار کافی متمرکز شده در یک ناحیه باشند

و توجیهی برای کاهش هزینه باشند و توجه به این نکته که این منابع تا چه حد به جهت برآورد هزینه جمع آوری در هر منطقه وجود دارد

(۲) وجود ساختارهای جمع آوری کننده و دسته بندی کننده قراضه ها که شامل وسایلی است که ناخالصی ها و مواد ناخواسته را از این قراضه ها جدا کند و آنها را به چرخه بازیافت وارد کند

(۳) روشی که در بازیافت نسبت به تولید آلومینیوم اولیه اقتصادی و قابل رقابت باشد.

(۴) بازاری که مایل به قبول ترکیب و کیفیت آلومینیوم آلیاژی کارپذیر تولید شده از این قراضه ها باشد.

قراضه های تمیز و دسته بندی شده (اساساً نو و یا صنعتی) که گران تر هم هستند غلظت عناصر حساس در آن ها کمتر است در حالی که در قراضه های قدیمی با قیمت های پائین غلظت این عناصر بسیار بیشتر است.

در قراضه کهنه شهری که مهمترین منبع آلومینیوم محسوب می شوند، غلظت عناصر حساس (سیلیکون، آهن، مس، منگنز، روی و منیزیم) هر چه قدر هم که کم باشد برای ذوب مجدد و استفاده در ترکیبات کارپذیر (بدون رقیق کردن آنها بوسیله آلومینیوم اولیه) بسیار زیاد است. (جدول ۱)

جدول ۱ ـ نمونه ای از غلظت عناصر آلیاژی اصلی در قراضه کهنه شهری

قراضه های نو گران ترند و سخت تر پیدا میشوند

در قراضه های نو که ناشی از جمع آوری یا حاصل از فلزاتی است که در تولید محصولات آلومینیومی استفاده می شود، قبل از اینکه این قراضه ها به مصرف کنندگان فروخته شود. چون ترکیبات آلیاژی درستی در این قراضه های نو وجود دارد هزینه آنها بالاتر است و دسترسی به آنها محدودیت بیشتری دارد. 

 مشکلاتی برای آینده در زمینه بازیافت آلومینیوم

مهمترین دلیل برای افزایش تقاضای مصرف قراضه با درجه پایین در تولید آلیاژ کارپذیر، افزایش منفعت، کمبود قراضه تمیز و قیمت بالای آلومینیوم اولیه است.

مصرف زیاد قراضه با درجه پایین (مثل قراضه های بیرونی آلوده) در تولید آلیاژهای آلومینیومی کارپذیر، رسیدن به کیفیت استاندارد در محصولات نهایی مانند پروفیل آلومینیومی را بیشتر دچار مشکل می کند.

بنابراین، دسته بندی قراضه ها از آلیاژی به آلیاژ دیگر یا حداقل در یک سری از آلیاژها، مخلوط کردن مناسب از انواع آلیاژها به منظور رسیدن به ترکیب شیمیایی مناسب قبل از ذوب کردن و البته با کمترین مصرف از شمش ها و عناصر آلیاژی، تکنولوژی ذوب پیشرفته برای رسیدن به استانداردهای محیطی مورد نیاز علاوه بر پالایش و فیلتر کردن به منظور مطمئن شدن از کیفیت استاندارد آلیاژ به طور گسترده لازم و ضروری می باشند.

توسعه آلیاژ جدید با خواص مورد نظر (مثل خواص کششی، کارپذیری و شکل گیری و غیره) می تواند فقط از طریق دستیابی به محدودیت های ترکیبی با قابلیت انعطاف بالا حاصل شود.

رسیدن به چنین ترکیبات کارپذیری از بازیافت آلومینیوم و نشان دادن این توانایی ها و خواص به مشتری و صرفه اقتصادی آن لازم و ضروری می باشد. پیشرفت های زیر در صنعت برای رسیدن به تولید آلیاژهای کارپذیر از قراضه ها بدون ایجاد مشکلات اکولوژیکی لازم است.

• توسعه و طراحی کوره هایی که تلفات فلزات را می نیمم نمایند

از جمله (اکسیداسیون و تشکیل لجن را در حین ذوب مجدد) و مصرف افزودنی های ذوب را کاهش داده، هزینه کارکرد و تولیدی را بهبود می دهند، امنیت ذوب را زیاد نموده و اتلاف وقت را کاهش می دهند.

• توسعه فرآیند کم هزینه برای خالص کردن فلز به منظور تولید آلیاژهای اولیه از قراضه های بازیافت آلومینیوم که شامل روش هایی است برای پاک کردن ناخالصی هایی مثل: منگنز، آهن، لیتیوم، سیلیکون و تیتانیوم و غیره.

• توسعه آلیاژهای جدید کارپذیر ضایعاتی با تلرانس مناسب که با خواص قراضه های مصرفی هم خوانی دارد و کاروری و سودمندی را افزایش می دهد.

به هر حال، توجه به این نکته ضروری است که تاکنون هیچ روش مؤثری وجود نداشته که تمام نیازهای اشاره شده در بالا را برآورده کند چه از نظر تکنیکی و چه از نظر اقتصادی.

بیشتر این تحقیقات (مثل خالص کردن فلزات) هنوز در مرحله اولیه تحقیقات ابتدایی است بدون اینکه پیشرفت مشخصی کرده باشد. از این رو کاربردهای اساسی در سطح صنعتی در دهه های بعدی پیش بینی می شود.

نتیجه گیری نهایی از بازیافت آلومینیوم

به دلیل هزینه بالا و کمبود مواد اولیه (آلومینیوم اولیه و قراضه تمیز)، مهمترین چالشی که تولیدکنندگان آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر با آن روبرو هستند عبارتند از:

(۱) راه اندازی تولید با منابع آلومینیوم متناوب و با قیمت مناسب

(۲) با منابع فلزی که به راحتی در دسترس باشند.

براساس برآورد کلی بین ۳ ـ ۱۰% از LME شامل میانگین میزان ارزش افزوده به دست آمده از قراضه های کثیف دوباره ذوب شده و مصرف قراضه هایی با درجه خلوص پایین است

که اغلب قبلاً توسط تولیدکنندگان آلیاژهای ریختگی استفاده می شود. به هر حال، در مقایسه با قراضه های مخلوط شده برای پالایش دهندگان، قراضه ها برای ذوب شدن باید از نظر ترکیبات شیمیایی به خوبی جدا شوند و با آلیاژ کارپذیری که قرار است تولید شود، هم خوانی داشته باشند.

بهتر است براساس یک آلیاژ جدا و به اندازه کافی تمیز شوند (که اکسید و ناخالصی غیرفلزی نداشته باشند) به طور سنتی ذوب کنندگان بعنوان تولید کنندگان آلیاژهای کارپذیر هستند و این کار را اساساً از به کارگیری قراضه آلیاژ کارپذیر تمیز و دسته بندی شده انجام می دهند.

گسترش اخیر تکنولوژی در ذوب مجدد و صنعت بازیافت جهانی ـ با در نظر گرفتن بحران اقتصادی جهانی واقعی شروع به تعویض این روش سنتی به سمت روش جدید در ذوب مجدد کرده است و به دنبال فرصت هایی برای ایجاد ارزش افزوده در جایگاه ویژۀ بازرگانی آنها است، ذوب مجدد کنندگان تولید آلیاژهای کارپذیر موافق هستند که از قراضه های تمیز متالورژیکی که ممکن است با میزان زیاد ناخالصی های غیرمتالیکی (مثل ناخالصی ارگانیکی) باشد، استفاده کنند.

به علاوه، آن ها با دستیابی به ترکیبات مناسب قراضه از هزینه های اضافی، برای از بین بردن ناخالصی ها، با رقیق کردن آنها به وسیله آلومینیوم خالص در حین ذوب جلوگیری می کنند.

در آخر، عملیات قبل از ذوب (دسته بندی و جداسازی قراضه برای رسیدن به ترکیبات مناسب) باعث یکپارچگی در زنجیره تولید، عملیات بعد از ذوب کردن آلومینیوم خالص می شود.

با همه این تغییرات، شرکت در ایجاد ارزش افزوده توسط ذوب کنندگان در عملیات تولیدی و پالایشی در اروپا آغاز شد و اهمیت استفاده از قراضه های آلوده به عنوان منبع آلومینیوم برای تولید آلیاژ کارپذیر، افزایش یافت.

در واقع ذوب کنندگان به خوبی آگاهند بیشترین بخش ارزش افزوده در زمان دسته بندی قراضه ها ایجاد می شود. بنابراین، یک نوع تمرین برای پالایش قراضه این است که آلیاژهای آلومینیومی متفاوت از نظر متالورژیکی و اقتصادی جدا شوند. تنها روش برای رسیدن به تولید مناسب آشنایی پیدا کردن با کیفیت آلیاژ و دستیابی به دانش بازار و شناخت تأمین کنندگان قراضه ها و نمونه برداری از این قراضه ها می باشد.