ثروت نهفته در معادن شهری
امیرمحمد درویش : در چندین دهه گذشته، بخش بزرگی از آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر دنیا، از بازیافت قراضه یا ضایعات آلومینیوم تامین و در صورت دارا بودن کیفیت مطلوب، در فرآیند اکستروژن و تولید پروفیل آلومینیوم از آنها استفاده میشود. جایگزینکردن حتی بخش کوچکی از آلومینیوم اولیه در آلیاژهای کارپذیر بهوسیله قراضههای بیارزش که معمولا دارای ناخالصیهای مختلف غیرفلزی میباشند، بدون اینکه این ناخالصیها تاثیری در کیفیت آلیاژ بگذارد، از نقطه نظر متالورژی بسیار باارزش است. بنابراین، میتوان نتیجه گرفت، بازیافت نقش بسیار مهمی در وضعیت جهانی آلومینیوم دارد.
تقویت ظرفیت معادن شهری
هرگونه محصول مستعمل و پسماندشده توسط انسان، به تقویت ظرفیت معادن شهری کمک بزرگی خواهد کرد. بهعبارتی، انسانها با مصرف مواد و پسماندکردن بخشی از آن، در حال ایجاد معادن شهری هستند. باید اشاره کرد، در سطح شهرها، منابعی مانند زبالههای شهری، دورریزهای الکترونیک و الکتریک، نخالههای ساختمانی، گورستان ماشینآلات، انواع پسابها و فاضلابهای شهری و صنعتی، پسماندهای کارخانجات صنعتی و تمام موارد انسانپدید (به غیر از سوخت و غذا)، به معدن غنی و بزرگی به نام «شهر» معنا میبخشند.
قابلتوجه آنکه در این معدن، بخش مهمی از هزینه استخراج مواد، یکبار پرداخت شده است.
در اقتصاد چرخهای، برخلاف اقتصاد خطی، تا جای ممکن مواد و محصولات مورد استفاده قرار میگیرند و در نهایت «بازیافت» میشوند. معدنکاری مرسوم، خارج از اقتصاد چرخهای است اما استفاده از باطلهها و پسماندهای معادن برای بازیابی مواد معدنی، جزئی از شهرکاوی است.
هدف معدنکاری شهری مدیریت و استفاده از آنتروپوسفر بهعنوان منبع مواد خام است. معادن شهری بخش مهمی از اقتصاد چرخهای هستند و تا حدی زیادی استقلال از منابع طبیعی را فراهم میکند و امنیت عرضه را افزایش میدهند. از سوی دیگر، انرژی مورد نیاز برای تولید فلز از معدنکاری شهری تنها درصدی ازتولید از منابع اولیه است. در نهایت آنکه، تمام محصولات روزی به پایان عمر مفید خود میرسند و منبع بالقوه مواد اولیه در معدنکاری شهری هستند.
معدنکاری شهری و معدنکاری متداول
معدنکاری شهری و معدنکاری متداول سنگ معدن، تفاوتهایی دارند. از جمله این موارد، میتوان به، نیازمند بودن به اکتشاف و شناسایی منابع، نگهداری فلزات برای مدت طولانیتر در چرخه و فراهم کردن کمکهای قابلتوجهی در تامین برخی از فلزات، متمرکز در مناطق شهری (بهویژه در کشورهای صنعتی)، اثرات زیستمحیطی مثبت، حمایت بیشتر مردم از آن و مشارکت عموم جامعه نام برد. همچنین، در ویژگیهای متوال استخراج نیز، تفاوتهایی وجود دارد که شامل موارد زیر است:
نیازمند اکتشاف و شناسایی منابع از استانداردهای موجود
محدودیت در دسترس بودن ذخایر زمینشناسی
منبع تمام فلزات در حال استفاده
متمرکز در چند محل خاص
اثرات زیستمحیطی منفی
حمایت کمتر مردم از آن
مشارکت افراد محدود
الزام معدنکاری شهری آلومینیوم
کمبود ذخایر بوکسیت در ایران در این صنعت را عیان میسازد. در این میان، بازیافت بینهایت بدون از دستدادن خواص اصلی، چیزی است که آلومینیوم را در سراسر جهان در صنایع مختلف فلزی محبوب میکند. بازیافت ضایعات آلومینیوم تنها نیاز به ۵درصد از انرژی تولید آلومینیوم جدید را دارد. بههمیندلیل، حدود ۳۱ درصد از تمام آلومینیوم تولیدشده در ایالاتمتحده از قراضه بازیافت میشود.
در دهههای اخیر، بخش وسیعی از آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر دنیا از بازیافت قراضه یا ضایعات آلومینیوم تامین و در صورت دارا بودن کیفیت مطلوب، در فرآیند اکستروژن و تولید پروفیل آلومینیوم از آنها استفاده میشود. این قراضه و ضایعات ناشی از پسماندهای صنعتی و قطعات اسقاطی است و باعث ایجاد ارزش افزوده در شبکه تولید میشوند. به هر حال جایگزین کردن حتی بخش کوچکی از آلومینیوم اولیه در آلیاژهای کارپذیر بهوسیله قراضههای بیارزش (که معمولا این قراضهها دارای ناخالصیهای مختلف غیرفلزی هستند) بدون اینکه این ناخالصیها تاثیری در کیفیت آلیاژ بگذارد، از نقطهنظر متالورژی بسیار باارزش است. تولیدکنندگان آلیاژهای کارپذیر باید قراضههایی را از نظر کمی و کیفی انتخاب کنند که از نظر ترکیبات شیمیائی با آلیاژ کارپذیری که قرار است تولید شود، همخوانی داشته باشد. از اینرو باید توجه ویژهای به جداسازی آلیاژهای آلومینیوم شود.
مراحل معدنکاری شهری آلومینیوم
دریافت مواد قابلبازیابی: استفاده از صددرصد آلومینیوم بازیافتی بهعنوان مواد اولیه ضایعات کارخانههای صنعتی و محصولات پایان عمر.
آمادهسازی: مرتب کردن تراشههای آلومینیومی، برش، فشار و بریکتسازی
ذوب شدن: ذوب در کورههای چرخشی و افزودن نمک (کلرید سدیم و پتاسیم) فلز برای محافظت از اکسیداسیون خالص و انتقال مذاب به کورههای آلیاژی برای دستیابی به خواص محصول نهایی
آلیاژسازی / پالایش: اضافه کردن سیلیکون و مس به آلومینیوم مذاب در کورههای آلیاژی، خالص کردن و حذف آلایندهها با گازهای نیتروژن و کلر، بازیافت سرباره و نهایتا تصفیه گاز دودکش در کارخانه
کنترل کیفیت: نمونهبرداری و آنالیز مواد در آزمایشگاه در طول کل فرآیند، برای اطمینان از تجزیه و تحلیل صحیح و تضمین برآورده شدن نیازهای مشتری
بستهبندی و تحویل: تولید محصولات آلومینیومی نهایی عمدتا بهصورت شمش و همچنین بهصورت مایع
محصولات جدید: بازگشت آلومینیوم به کارخانه است و تولید محصولات جدید و سازگار با آب و هوا
اصلیترین مشکل در تولید آلیاژهای آلومینیومی
اصلیترین 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 دستنیافتهای است که برای کاهش غلظت عناصر مهم و بحرانی مثل مس، آهن، منگنز و روی در ذوب که در مرحله جداسازی انواع مختلفی از قراضهها بهوجود میآیند. زمانی که غلظت این عناصر بحرانی در مرحله ذوب بالاتر از حد مجاز آلیاژ کارپذیر بهوجود بیاید، تنها راهحل عملی، کم کردن این ناخالصی با افزودن شمش اولیه است. یک راهحل تکنیکی دیگر جلوگیری از تشکیل ترکیبات نادرست بهوسیله پیشبینیکردن این ترکیبات شیمیایی مواد در مرحله قبل از ذوب است. اساسا، یک راهحل دیگری هم وجود دارد که در واقع متقاعد کردن مشتریان برای پذیرفتن آلیاژ اکسترودی بازیافتنی بهصورتیکه محدودیت ترکیبی در آن وجود داشته باشد، است. این میتواند در آینده شیوهای مناسب برای تولید آلیاژهای کارپذیر باشد و اینکه با مشتریان دست در دست هم داده تا بتوان بهبودی در ترکیبات آلیاژی داد. اما برای آلیاژهای موجود و آلیاژهای موردنیاز مشتریان معمولا محدودیتهایی وجود دارد و البته میزان ریسک آن نیز بالاست. در بیشتر طرحهای امروزی، عمدتا روش بازیافت آلومینیوم، مخلوط قراضهها بهمیزان درست یا رقیق کردن آنها در هنگام ذوب است. در این حالت، سود در ترکیب فلز بازیافت حتی با آلومینیوم اولیه تعیین میشود.
چه موانعی در مسیر وجود دارد؟
اول، منابع مداوم و همیشگی قراضههای قدیمی و جدید که به مقدار کافی متمرکزشده در یک ناحیه باشند و توجیهی برای کاهش هزینه باشند و توجه به این نکته که این منابع تا چه حد بهدلیل برآورد هزینه جمعآوری در هر منطقه وجود دارد.
دوم، وجود ساختارهای جمعآوریکننده و دستهبندیکننده قراضهها که شامل وسایلی است که ناخالصیها و مواد ناخواسته را از این قراضهها جدا و آنها را به چرخه بازیافت وارد کند.
سوم، روشی که در بازیافت نسبت به تولید آلومینیوم اولیه اقتصادی و قابلرقابت باشد.
چهارم، بازاری که مایل به قبول ترکیب و کیفیت آلومینیوم آلیاژی کارپذیر تولیدشده از این قراضهها باشد.
در قراضههای تمیز و دستهبندیشده (اساسا نو یا صنعتی) که گرانتر هم هستند، غلظت عناصر حساس کمتر است؛ در حالی که در قراضههای قدیمی با قیمتهای پایین غلظت این عناصر بسیار بیشتر است. از سوی دیگر، در قراضه کهنه شهری که مهمترین منبع آلومینیوم محسوب میشوند، غلظت عناصر حساس (سیلیکون، آهن، مس، منگنز، روی و منیزیم) هرچقدر هم که کم باشد، برای ذوب مجدد و استفاده در ترکیبات کارپذیر (بدون رقیق کردن آنها بهوسیله آلومینیوم اولیه) بسیار زیاد است.
مشکلات پیشرو چیست؟
مهمترین دلیل برای افزایش تقاضای مصرف قراضه با درجه پایین در تولید آلیاژ کارپذیر، افزایش منفعت، کمبود قراضه تمیز و نرخ بالای آلومینیوم اولیه است. مصرف زیاد قراضه با درجه پایین (مثل قراضههای بیرونی آلوده) در تولید آلیاژهای آلومینیومی کارپذیر، رسیدن به کیفیت استاندارد در محصولات نهایی مانند پروفیل آلومینیومی را بیشتر دچار مشکل میکند. بنابراین، دستهبندی قراضهها از آلیاژی به آلیاژ دیگر یا حداقل در یکسری از آلیاژها، مخلوط کردن مناسب از انواع آلیاژها بهمنظور رسیدن به ترکیب شیمیایی مناسب قبل از ذوب کردن و البته با کمترین مصرف از شمشها و عناصر آلیاژی، تکنولوژی ذوب پیشرفته برای رسیدن به استانداردهای محیطی موردنیاز علاوه بر پالایش و فیلتر کردن بهمنظور مطمئن شدن از کیفیت استاندارد آلیاژ بهطورگسترده لازم و ضروری هستند.
توسعه آلیاژ جدید با خواص موردنظر (مثل خواص کششی، کارپذیری و شکلگیری و ... ) میتواند فقط از طریق دستیابی به محدودیتهای ترکیبی با قابلیت انعطاف بالا حاصل شود. رسیدن به چنین ترکیبات کارپذیری از بازیافت آلومینیوم و نشان دادن این تواناییها و خواص به مشتری و صرفه اقتصادی آن لازم و ضروری است.
سخن پایانی
در نهایت، راهاندازی تولید با منابع آلومینیوم متناوب و با نرخ مناسب از یکسو و ادامه تولید با منابع فلزی که بهراحتی در دسترس باشند، مهمترین چالشهای تولیدکنندگان آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر هستند. همچنین باید توجه داشت، در مقایسه با قراضههای مخلوطشده برای پالایشدهندگان، قراضهها برای ذوب شدن باید از نظر ترکیبات شیمیایی بهخوبی جدا شوند و با آلیاژ کارپذیری که قرار است تولید شود، همخوانی داشته باشند.
