تحول عملية إعادة تدوير الألومنيوم خردة الألومنيوم إلى معدن قابل لإعادة الاستخدام من خلال جمعها وفرزها ومعالجتها مسبقًا وصهرها وتكريرها أثناء الصهر وتعديل تركيبتها السبائكية وصبها. وتعتمد العملية بالضبط على مصدر الخردة، وتركيب السبائك، والتلوث، والطلاء، ومحتوى الرطوبة، والجودة المطلوبة للمنتج النهائي. وبالنسبة لشركات إعادة التدوير الصناعية، لا يقتصر الهدف على صهر الألومنيوم فحسب، بل يتمثل في استعادة أكبر قدر ممكن من المعدن القابل للاستخدام مع التحكم في التركيب الكيميائي للسبائك، والشوائب، والهيدروجين، والانبعاثات، وتكاليف الإنتاج.
تُستخدم إعادة تدوير الألومنيوم على نطاق واسع لإنتاج الألومنيوم الثانوي المستخدم في سبائك المسابك، وقضبان البثق، وألواح الدرفلة، وغيرها من التطبيقات. وبالمقارنة مع إنتاج الألومنيوم الأولي من البوكسيت، تتطلب عملية إعادة التدوير عمومًا طاقة أقل بكثير. ومع ذلك، فإن تحقيق جودة ثابتة للمعدن المعاد تدويره يتطلب إعدادًا مناسبًا للخردة ومراقبة دقيقة للعملية.
1. نظرة عامة على عملية إعادة تدوير الألومنيوم
يلخص الجدول التالي المراحل الرئيسية لإعادة تدوير الألومنيوم الصناعي.
| المرحلة | العملية الرئيسية | الهدف الأساسي |
|---|---|---|
| 1. المجموعة | جمع مخلفات التصنيع والألمنيوم المنتهي العمر الافتراضي | تأمين إمدادات من المواد الخام القابلة للاستخدام |
| 2. الفرز | افصل الألومنيوم عن المواد الأخرى وقم بتصنيف الخردة | تحسين اتساق السبائك وتقليل التلوث |
| 3. المعالجة المسبقة | تقطيع، تقطيع إلى قطع، تجفيف، إزالة الزيت أو إزالة الطلاء حسب الحاجة | تحضير الخردة من أجل صهر آمن وفعال |
| 4. الذوبان | قم بتغذية الخردة في فرن مناسب | تحويل الألومنيوم الصلب إلى معدن منصهر |
| 5. التصفية وإزالة الرغوة | قم بتطبيق مادة تذويب مناسبة حيثما لزم الأمر، ثم قم بإزالة البقايا السطحية | التحكم في عملية الأكسدة، وفصل المخلفات، واستخلاص المعادن |
| 6. التكرير بالذوبان | ضبط التركيب الكيميائي وإزالة المكونات غير المرغوب فيها من المادة المنصهرة | الوفاء بمتطلبات السبيكة المستهدفة وجودة الصهر |
| 7. إزالة الغازات والترشيح | إزالة الهيدروجين المذاب والشوائب غير المعدنية عند الضرورة | تحسين نقاء المادة المنصهرة |
| 8. عملية الصب | إنتاج السبائك، أو القضبان، أو الألواح، أو غيرها من الأشكال المصبوبة | تحضير المعدن لعمليات التصنيع اللاحقة |
| 9. مراقبة الجودة | تحليل التركيب والتحقق من خصائص الجودة ذات الصلة | التأكد من ملاءمة المنتج للاستخدام المقصود |
لا تتطابق هذه المراحل في جميع منشآت إعادة التدوير. فقد تتطلب خردة التصنيع النظيفة قدرًا ضئيلًا نسبيًّا من الإعداد، في حين أن الخردة المختلطة بعد الاستهلاك قد تتطلب عدة خطوات للفصل والمعالجة قبل الصهر. وتجمع بعض المنشآت بين عمليات الصهر والتكرير، بينما تقوم منشآت أخرى بنقل المعدن المنصهر بين أفران أو محطات معالجة منفصلة.
2. جمع وتصنيف خردة الألومنيوم
تبدأ عملية إعادة التدوير بتحديد مصدر الخردة ومكوناتها.
خردة التصنيع
تتولد مخلفات التصنيع أثناء إنتاج منتجات الألومنيوم. ومن أمثلة ذلك: قصاصات الصفائح، وبقايا البثق، ورقائق التصنيع الآلي، ومخلفات الصب.
غالبًا ما يمكن إعادة تدوير نفايات التصنيع النظيفة والمفصولة بكفاءة، لأن مصدرها وخصائصها المادية معروفة بشكل جيد نسبيًّا. ومع ذلك، قد تحتاج الرقائق الملوثة بالزيت والسبائك المختلطة والمواد التي تحتوي على طبقات طلاء إلى معالجة إضافية.
خردة الألمنيوم المستعملة
تأتي الخردة ما بعد الاستهلاك من المنتجات التي وصلت إلى نهاية عمرها الافتراضي. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك:
-
علب المشروبات والعبوات المصنوعة من الألومنيوم المستعملة.
-
إطارات النوافذ ومكونات البناء المصنوعة من الألومنيوم.
-
مكونات المركبات.
-
منتجات الألمنيوم المنزلية والصناعية.
-
مكونات ألمنيوم مختلطة تحتوي على الفولاذ أو البلاستيك أو المطاط أو مواد أخرى.
تمثل الخردة ما بعد الاستهلاك عمومًا تحديًا أكبر في عملية الفرز، نظرًا لأن الاستخدام السابق لها، وتركيب السبائك، ومستوى التلوث قد تكون غير مؤكدة.
خبث الألومنيوم ومخلفات التصنيع الأخرى
تتولد خبث الألومنيوم أثناء عمليات الصهر ومعالجة المعادن. ويحتوي على أكسيد الألومنيوم ومكونات أخرى، بالإضافة إلى الألومنيوم المعدني الذي يمكن استرداده.
لا ينبغي اعتبار الخبث معادلاً لخردة الألومنيوم النظيفة. ويعتمد مسار استخلاصه على تركيبته ودرجة حرارته وتاريخ معالجته والتكنولوجيا المتاحة للاستخلاص.
المبدأ المهم هو أن تصنيف الخردة يجب أن يتم قبل اختيار مسار الفرن. فالمنشأة التي تعامل كل مادة تحتوي على الألومنيوم على أنها قابلة للتبادل تتعرض لخطر ضعف التحكم في السبائك، والمعالجة غير الضرورية، وانخفاض معدل استرداد المعدن.
3. الفرز والفصل: لماذا يُعد تكوين السبائك أمرًا مهمًا
يُعد الفرز إحدى أهم الخطوات في إنتاج الألومنيوم الثانوي، لأن التركيب الكيميائي للخردة الواردة يؤثر بشكل مباشر على المعدن النهائي.
تحتوي سبائك الألومنيوم على نسب مختلفة من العناصر مثل السيليكون والمغنيسيوم والنحاس والمنغنيز. وتؤثر هذه العناصر على خصائص مثل القوة ومقاومة التآكل وقابلية التشكيل وقابلية الصب.
على سبيل المثال، قد تختلف متطلبات التركيب الكيميائي لسبائك الصب عالية المحتوى من السيليكون وسبائك الألومنيوم المشكّلة المصممة للدرفلة. وقد يؤدي خلطهما دون خطة عملية مناسبة إلى زيادة صعوبة إنتاج السبيكة النهائية المقصودة.
طرق فرز خردة الألومنيوم الشائعة
| الطريقة | الغرض | قيود مهمة |
|---|---|---|
| الفرز اليدوي | إزالة المواد الغريبة الواضحة وفصل فئات الخردة التي يمكن تحديدها | يعتمد ذلك على مدى اتساق المشغل ووضوح الاختلافات الجوهرية |
| الفصل المغناطيسي | تخلص من المواد الحديدية مثل قطع الفولاذ | لا يُفصل بين درجات سبائك الألومنيوم بعضها عن بعض |
| الفصل بالتيارات الدوامة | فصل المعادن غير الحديدية الموصلة للكهرباء عن تدفقات النفايات المناسبة | يعتمد الأداء على حجم المواد وشكلها وطريقة تغذيتها وتصميم المعدات |
| الفرز باستخدام أجهزة الاستشعار | تحديد وفصل فئات المواد أو مجموعات السبائك المختارة | يتطلب تقنية استشعار مناسبة ومعايير فرز تم التحقق من صحتها |
| تحليل التركيب الكيميائي | التحقق من تركيبة السبائك وتصنيف مواد الدعم | يلزم وجود عينة تمثيلية وطريقة تحليلية مناسبة |
تُعد تقنيات التحليل الطيفي بالانهيار المستحث بالليزر والفرز على أساس اللون من بين الأساليب التي وصفتها جمعية الألمنيوم لتحسين عملية فصل الخردة. وتعتمد فائدتها على نوع المواد الخام والهدف من عملية إعادة التدوير.
ماذا يحدث عند خلط سبائك الألومنيوم المختلفة؟
لا يُعتبر خلط السبائك أمرًا غير مقبول تلقائيًّا. فقد صُممت بعض منتجات الألومنيوم الثانوية بحيث تستخدم خردة مختلطة، مع تعديل تركيبتها خلال العملية.
تنشأ المشكلة عندما يتعذر على الخليط تلبية المواصفات المطلوبة بشكل اقتصادي أو متسق.
على سبيل المثال، لا يمكن عادةً إزالة عنصر غير مرغوب فيه يظل مذابًا في المادة المنصهرة بمجرد تمرير المعدن عبر مرشح خزفي. واعتمادًا على العنصر والتركيب الكيميائي المستهدف، قد تشمل الحلول العملية تحسين عملية الفرز، أو المزج مع معدن مناسب، أو تغيير المنتج المستهدف، أو استخدام عملية معدنية أكثر تخصصًا.
لذلك، فإن الفرز ليس مجرد نشاط يتعلق بمعالجة النفايات. بل هو شكل مهم من أشكال مراقبة الجودة يتم قبل دخول المعدن إلى الفرن. وتشير المراجعات البحثية المتعلقة بإنتاج الألومنيوم الثانوي إلى أن تكوين الخردة وعناصر السبائك غير المرغوب فيها تمثل تحديات مستمرة في إنتاج السبائك المعاد تدويرها.
4. المعالجة المسبقة: التقطيع، والتنظيف، والتجفيف، وإزالة الطلاء
الغرض من المعالجة المسبقة هو تجهيز الخردة لعملية الصهر المختارة. ولا تتطلب كل مادة إجراء جميع العمليات.
التقطيع، القص، والتحجيم
يمكن تقطيع المكونات الكبيرة أو الضخمة أو سحقها أو تمزيقها إلى أحجام يسهل التعامل معها. ويعتمد الحجم المطلوب على معدات الفرز، وترتيب تحميل الفرن، وخصائص الخردة.
يمكن أن يؤدي تقليل الحجم إلى تحسين معالجة المواد ودعم عمليات الفصل اللاحقة. ومع ذلك، فإنه يستهلك الطاقة أيضًا وقد يتسبب في توليد الغبار، لذا يجب أن تتناسب المعدات مع المواد الخام الفعلية.
إزالة الطلاءات والملوثات العضوية
قد تتطلب علب المشروبات المستعملة، والمكونات المطلية، وغيرها من الخردة المطلية إزالة الطلاء أو إزالة الطلاء اللامع قبل صهرها.
يمكن أن تسهم الطلاءات والزيوت والشحوم ومواد التشحيم وبقايا البلاستيك في زيادة الانبعاثات وتعقيد عملية الصهر. ويمكن أن تؤدي المعالجة المسبقة المناسبة إلى تحسين استرداد المعادن وتقليل كمية الملوثات التي تدخل الفرن.
تعتمد الحاجة إلى المعالجة الحرارية على نوع الطلاء والمادة. ولا ينبغي الافتراض بأن كل مكون من الألومنيوم يتطلب نفس طريقة إزالة الطلاء.
تجفيف نشارة الألومنيوم وإزالة الزيت منها
تستحق رقائق المعالجة الميكانيكية والرقائق الناتجة عن الخراطة اهتمامًا خاصًا لأنها قد تحتفظ بسوائل القطع والزيت والرطوبة. كما أن شكلها يمنحها مساحة سطح كبيرة نسبيًّا مقارنة بكتلتها.
يمكن أن يساعد التنظيف والتجفيف المناسبان في تجهيز هذه المادة من أجل عملية تحميل أكثر أمانًا واستعادة فعالة للمعادن. ويجب أن تكون طريقة المعالجة ملائمة لنوع الملوثات والشكل المادي للخردة.
لماذا تشكل المخلفات الرطبة مشكلة خطيرة تتعلق بالسلامة
يجب عدم إضافة الخردة الرطبة أو الملوثة بالرطوبة إلى المعدن المنصهر دون اتخاذ الإجراءات الوقائية المناسبة. فقد يؤدي ملامسة الماء للمعدن المنصهر إلى حدوث انفجار عنيف.
تنصح هيئة الصحة والسلامة في المملكة المتحدة بتخزين الخردة في أماكن جافة ومغطاة حيثما أمكن ذلك، والتحقق من عدم تلوث المواد بالماء، وتجفيف الخردة في حالة عدم توفر مكان تخزين مغطى. كما تشدد على أهمية التدريب، ومعدات الحماية المناسبة، وممارسات التشغيل الآمنة.
تتطلب الحاويات المغلقة والسوائل المحبوسة والملوثات الأخرى التي قد تشكل خطورة إجراء تقييم محدد وفقًا لإجراءات السلامة المعمول بها في المنشأة.
لذلك، ينبغي اختيار المعالجة المسبقة استنادًا إلى ثلاثة عوامل: جودة المادة، والمتطلبات المعدنية، والتشغيل الآمن للفرن.
5. الصهر: تحويل الخردة المُعدة إلى ألومنيوم مصهور
بعد التحضير، تُحمل الخردة إلى فرن صهر مناسب.
تبلغ درجة انصهار الألومنيوم النقي حوالي 660 درجة مئوية. وتعمل السبائك التجارية وعمليات إعادة التدوير الصناعية وفقًا لنطاقات انصهارها ومتطلبات العمليات الخاصة بها، لذا لا ينبغي اعتبار 660 درجة مئوية نقطة ضبط عامة للأفران.
تعتمد درجة حرارة التشغيل الفعلية على تركيبة السبيكة، وتكنولوجيا الفرن، وحالة الحمولة، والإنتاجية المطلوبة، ومتطلبات الصب في المراحل اللاحقة.
اختيار فرن الصهر
تتناسب تصاميم الأفران المختلفة مع أنواع الخردة المختلفة ومتطلبات الإنتاج.
| نوع الفرن | ملاحظات عامة | ما الذي يجب تقييمه |
|---|---|---|
| فرن ارتدادي | يُستخدم لإذابة كميات كبيرة من خردة الألومنيوم والمواد الخام الأخرى المناسبة | السعة، والكفاءة الحرارية، وخصائص الشحن، ومعالجة المادة المنصهرة |
| الفرن الدوار | تُستخدم في بعض عمليات معالجة الألومنيوم الثانوية، لا سيما عندما تكون خصائص الخردة مناسبة للمعالجة الدوارة | تلوث الخردة، وبقايا العمليات، ومتطلبات مادة التلحيم، وأداء الاسترداد |
| فرن الحث الحراري | يوفر تسخينًا كهرومغناطيسيًا وقد يكون مناسبًا لمهام صهر معينة | سعة الفرن، وخصائص الحمولة، والبنية التحتية الكهربائية، ونقاء المادة المصهورة |
| فرن البوتقة | تُستخدم في تطبيقات صهر محددة على نطاق أصغر أو متخصصة | حجم الدفعة، ونطاق السبائك، ومرونة التشغيل، وترتيبات المناولة |
هذه اعتبارات عامة للاختيار وليست تصنيفًا شاملاً. ولا يمكن تحديد مدى ملاءمة الفرن بناءً على السعة الاسمية وحدها.
أحد الفروق المهمة في هذه الصناعة هو نوع المواد الأولية وطريقة التكرير. فقد يتم إعادة صهر الخردة الأنظف والأكثر تحديدًا من خلال عملية مباشرة نسبيًّا، في حين أن الخردة الأكثر تلوثًا أو المختلطة قد تتطلب تكريرًا أكثر كثافة. وتختلف المصطلحات مثل «مصهر إعادة الصهر» و«مصفاة التكرير» باختلاف السوق وسياق الإنتاج، لكن الفرق الأساسي بينهما مفيد عند تقييم أي عملية.
الحد من الأكسدة وفقدان المعادن
يتشكل على الألومنيوم طبقة أكسيد عند تعرضه للأكسجين. وأثناء عمليات الشحن والصهر والنقل والاضطراب السطحي، يمكن أن تؤدي الأكسدة إلى فقدان كميات من المعدن وتكوين بقايا غير معدنية.
يؤثر كل من حجم الخردة، وحالة السطح، وتشغيل الفرن، والتحكم في درجة الحرارة، وممارسات المناولة، والتعرض للذوبان، على النتيجة.
لذلك، ينبغي أن تقيس المراجعة العملية للعملية معدل استرداد المعادن، بدلاً من الاعتماد فقط على السرعة التي يذيب بها الفرن الحمولة.
6. استخدام مادة التذويب، وإزالة الخبث، وتعديل التركيب الكيميائي للسبائك
بعد الصهر، قد يحتاج المعدن إلى معالجة إضافية لتحقيق التركيب المستهدف ومتطلبات النقاء.
تُستخدم مواد التذويب في العديد من عمليات إعادة تدوير الألومنيوم، لكن وظيفتها تعتمد على تركيبة مادة التذويب والعملية التي تُستخدم فيها.
ما دور مادة الفلوكس في عملية إعادة تدوير الألومنيوم؟
اعتمادًا على التركيبة وطريقة الاستخدام، يمكن أن يساعد المُذيب في حماية سطح المادة المنصهرة، ودعم فصل المواد غير المرغوب فيها، والمساعدة في استخلاص المعدن من الخبث، أو أداء وظيفة تكرير محددة.
ليس من الصحيح الافتراض بأن كل مادة تذويب تزيل نفس الملوثات، أو أن عملية التذويب وحدها كفيلة بجعل كل عملية صهر تتوافق مع المواصفات.
تشمل الفئات الوظيفية الشائعة ما يلي:
| فئة التدفق | الغرض النموذجي | اعتبار رئيسي |
|---|---|---|
| تغطية التدفق | يساعد على حماية سطح المعدن المنصهر | التوافق مع العملية وظروف الذوبان |
| تكرير التدفق | يدعم وظائف تكرير بالصهر محددة | السبيكة، ونوع الشوائب، وطريقة المعالجة، والجرعة |
| مواد إزالة الخبث أو إزالة الرواسب | يساعد على فصل المعدن عن البقايا الموجودة على السطح | خصائص الخبث وإجراءات استخلاصه |
| تدفق تنظيف الأفران | يُستخدم لمعالجة الترسبات المناسبة على أسطح الأفران | حالة الفرن وتعليمات التشغيل الصادرة عن الشركة المصنعة |
| إعادة تدوير مادة الصهر | يُستخدم في عمليات محددة لاستخلاص الألومنيوم المعدني من الخبث أو الرماد | تركيب المخلفات ومعدات استخلاصها |
يصف المعهد الدولي للألمنيوم استخدام مواد الصهر الملحية في العديد من عمليات تكرير الخردة لتغطية المعدن المنصهر، والمساعدة في إزالة الشوائب، والحد من الأكسدة. كما يحدد الخبث، والرغوة، وخبث الملح باعتبارها بقايا عملية تتطلب طرقًا مناسبة للتعامل معها واستعادتها. ولا تستخدم جميع عمليات إعادة التدوير نفس نظام مواد الصهر.
إزالة الخبث
تتشكل الخبث عندما تتراكم المواد المحتوية على أكسيد والمكونات الأخرى على سطح المعدن المنصهر. واعتمادًا على العملية، تحتوي بعض هذه المواد على ألومنيوم قابل للاسترداد.
يجب أن تتم عملية إزالة الخبث السطحي بالتنسيق مع إجراءات تشغيل الفرن ومعالجة المعادن. فقد تؤدي المعالجة العنيفة أو غير المنضبطة إلى زيادة الأكسدة، في حين أن المعالجة غير الملائمة للبقايا قد تؤدي إلى خسائر كان من الممكن تجنبها.
ينبغي التعامل مع الخبث باعتباره بقايا عملية قابلة للاسترداد، حيثما كان ذلك مناسبًا من الناحيتين التقنية والاقتصادية، مع اختيار طرق المناولة والمعالجة النهائية وفقًا لخصائص المادة الفعلية.
تعديل تركيبة السبائك
بعد الصهر، قد يضيف المنتجون مواد سبائكية مناسبة أو معادن مخلوطة لتحقيق التركيب الكيميائي المطلوب.
يُعد إجراء تحليل كيميائي تمثيلي أمرًا ضروريًّا عندما تكون المواصفات المستهدفة صارمة. وتعتمد العناصر ذات الصلة على الدرجة والاستخدام النهائي.
تُستخدم عمليات إزالة الشوائب، والتصفية، وتعديل السبائك في حل مشكلات مختلفة. وتحدد العملية المصممة جيدًا الغرض من كل معالجة، بدلاً من الافتراض بأن خطوة واحدة يمكنها تصحيح كل أنواع الشوائب.
7. تكرير الذوبان: إزالة الغازات والترشيح
بالنسبة للألمنيوم المعاد تدويره والمخصص لتطبيقات الصب الصعبة، قد يكون من الضروري إجراء معالجة للذوبان بعد عملية الصهر والتكرير الأولي.
هناك عمليتان مهمتان هما إزالة الغازات والترشيح. وهما عمليتان متكاملتان، لكنهما لا تؤديان نفس الوظيفة.
اقرأ المزيد: كيفية تنقية الألومنيوم: إزالة الغازات، استخدام المُذيب، الترشيح، الطرق.
7.1 تزيل عملية إزالة الغازات الهيدروجين المذاب
يمكن أن يذوب الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر، مما يسهم في حدوث مسامية غازية عندما يتصلب المعدن في ظروف غير ملائمة.
تستخدم عملية إزالة الغازات الصناعية عادةً غازًا خاملًا مثل الأرجون أو النيتروجين، يتم إدخاله إلى المادة المنصهرة عبر نظام معالجة مناسب. وينتقل الهيدروجين من المادة المنصهرة إلى فقاعات الغاز ليتم التخلص منه.
تعتمد فعالية عملية إزالة الغازات على معايير مثل معدل تدفق الغاز، وتصميم الدوار أو الحاقن (حسب الحالة)، ودرجة حرارة المادة المنصهرة، ومدة المعالجة، وحالة السبيكة، والمحتوى الأولي من الهيدروجين.
لا يعمل نظام إزالة الغازات على تصحيح التركيب الخاطئ للسبائك، كما أن وجود وحدة إزالة الغازات لا يضمن بحد ذاته الوصول إلى مستوى معين من الهيدروجين في المنتج النهائي. لذا، من الضروري توفير ظروف تشغيل مناسبة وإجراء عمليات التحقق اللازمة.
7.2 تزيل عملية الترشيح الشوائب غير المعدنية
قد يحتوي الألومنيوم المنصهر على طبقات أكسيد وشوائب غير معدنية أخرى. ويمكن أن تسهم هذه الشوائب في حدوث عيوب في الصب وتؤدي إلى انخفاض جودة المنتج.
تُستخدم مرشحات الرغوة الخزفية في تطبيقات صب الألومنيوم المناسبة لالتقاط أو احتجاز الشوائب من خلال مزيج من آليات الترشيح والتفاعلات مع بنية المرشح.
يجب اختيار المرشح وفقًا لمستوى النظافة المطلوب، ومعدل تدفق المعدن، والسبائك، ونظام الترشيح، وظروف الصب.
قد يؤدي استخدام مرشح مفرط في التقييد بالنسبة للتدفق المطلوب إلى تعطيل الإنتاج، في حين أن الترتيب غير المناسب للمرشحات قد لا يوفر مستوى النظافة المطلوب.
إزالة الغازات مقابل الترشيح
| العملية | الهدف الرئيسي | ما لا يحل محله |
|---|---|---|
| إزالة الغازات | الهيدروجين المذاب ومكونات المادة المنصهرة الأخرى المستهدفة بشكل محدد، وفقًا لتكوين العملية | التحكم في التركيب الكيميائي للسبائك وترشيح الشوائب |
| الترشيح بالرغوة الخزفية | الشوائب غير المعدنية في المعدن المنصهر | إزالة الهيدروجين المذاب |
| المعالجة بالتدفق | وظائف محددة تتعلق بحماية السطح، أو التكرير، أو فصل المخلفات، حسب نوع مادة التدفق | جميع عمليات المعالجة بالصهر الأخرى |
| ضبط السبائك | التركيب الكيميائي | الإزالة الفيزيائية لجميع الشوائب أو الغازات المذابة |
ويكتسب هذا التمييز أهمية خاصة في محطة إعادة التدوير التي تنتج المعادن المستخدمة في عمليات الصب عالية الجودة. وينبغي تقييم التحكم في الهيدروجين والتحكم في نسبة الشوائب بشكل منفصل.
7.3 ما هو حل الترشيح الذي ينبغي للمصنع أن يأخذه في الاعتبار؟
يمكن أن تتناسب أنظمة الترشيح المختلفة مع متطلبات الإنتاج المختلفة.
-
مرشحات الرغوة الخزفية: تُستخدم في خطوط الصب المناسبة التي تتطلب إزالة الشوائب.
-
أنظمة الترشيح بالخرطوشات: يُؤخذ في الاعتبار عندما تتطلب العملية ترتيبات ترشيح محددة ومستوى أداء معينًا.
-
أنظمة الترشيح ذات الطبقة العميقة: تم تقييمها للاستخدام في خطوط الإنتاج ومهام الترشيح التي تتناسب مع هذا التكوين.
يجب أن يستند الاختيار إلى هدف الإنتاج الفعلي، بدلاً من الافتراض بأن نظام الترشيح الأكثر تعقيدًا هو دائمًا الخيار الأفضل.
بالنسبة للمصانع التي تنتج سبائك عالية القيمة، يجب أن تكون عملية الترشيح متكاملة مع عمليات الصهر ومعالجة المادة المنصهرة وتدفق المعدن والصب. ولا يمكن أن تعوض هذه العملية عن سوء فرز الخردة أو وجود تلوث غير مقبول في المواد الأولية.
8. الصب ومراقبة جودة المنتج النهائي
وبمجرد أن يستوفي المعدن المنصهر شروط التركيب الكيميائي وجودة الصهر المطلوبة، يمكن صبه في قالب مناسب للمعالجة اللاحقة.
ومن الأمثلة النموذجية على ذلك:
-
سبائك مخصصة للتخزين أو النقل أو إعادة الصهر لاحقًا.
-
قضبان معدنية مخصصة للبثق.
-
ألواح مخصصة للدرفلة.
-
قوالب مصبوبة للاستخدامات التي تستخدم تلك المنتجات بشكل مباشر.
-
يتم توريد المعدن السائل إلى عملية التصنيع اللاحقة، حسب الاقتضاء.
يعتمد مسار الصب الصحيح على المنتج المقصود وقدرات المنشأة. فالألومنيوم الثانوي ليس منتجًا واحدًا شاملاً: فالتطبيقات المختلفة للصب تفرض متطلبات مختلفة من حيث التركيب الكيميائي والنظافة والأبعاد.
عمليات فحص الجودة قبل الإصدار
ينبغي تحديد معايير مراقبة الجودة استنادًا إلى مواصفات المنتج ومخاطر العملية.
| فحص الجودة | ما أهمية ذلك |
|---|---|
| تحليل التركيب الكيميائي | يؤكد أن المعدن يتوافق مع التركيب المحدد للسبائك |
| قياس الهيدروجين عند الاقتضاء | تقييم حالة الذوبان للتطبيقات الحساسة لمسامية الغاز |
| تقييم الإدماج أو النظافة | يتحقق مما إذا كانت معالجة الذوبان تستوفي معايير النظافة المطلوبة |
| التحقق من درجة الحرارة | يدعم النقل والصب بطريقة محكومة |
| فحص القوالب | يحدد المشكلات ذات الصلة بالجودة السطحية أو الأبعاد أو الجودة الداخلية |
| سجلات العمليات والدُفعات | المساعدة في تتبع النتائج إلى مصادر الخردة وظروف التشغيل |
تعتمد طريقة الاختبار المناسبة وحدود القبول على السبيكة والمنتج. ولا ينبغي أن تحدد المواصفة العامة حدًا واحدًا شاملاً للهيدروجين، أو مستوى شوائب، أو تفاوتًا مقبولًا في العيوب، لجميع أنواع الألومنيوم المعاد تدويره.
كما أن إمكانية التتبع أمر مهم أيضًا. فعندما يحدث عيب ما، تساعد السجلات المتعلقة بمصدر الخردة، وتركيب السبائك، ومعالجة الصهر، وأخذ العينات، وظروف الصب، في تحديد ما إذا كان السبب ناشئًا عن المواد الأولية، أو عملية الصهر، أو العمليات اللاحقة.
9. ما مدى كفاءة إعادة تدوير الألومنيوم من حيث استهلاك الطاقة؟
تعتبر عملية إعادة تدوير الألومنيوم عمومًا أقل استهلاكًا للطاقة بكثير من إنتاج الألومنيوم الأولي من البوكسيت. ومع ذلك، ينبغي دائمًا تفسير النسبة المئوية في ضوء حدود النظام المحددة لها.
أفاد المعهد الدولي للألمنيوم أنه، استنادًا إلى بيانات الإنتاج العالمي لعام 2019 ونموذج جرد دورة الحياة المذكور، استلزم إنتاج الألمنيوم الأولي ما يقارب 186 جيجا جول من الطاقة الأولية لكل طن بدءًا من المنجم وحتى مصنع الصب، مقارنةً بـ 8.3 جيجا جول لكل طن بالنسبة للألمنيوم المعاد تدويره. وبلغ التوفير التقديري في الطاقة الناتج عن ذلك 95.5%.
كما تصف رابطة الألمنيوم إنتاج الألمنيوم الثانوي بأنه أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة بنحو 95% مقارنة بالإنتاج الأولي.
هذه مقارنات على مستوى القطاع. وهي لا تعني أن كل محطة إعادة تدوير ستخفض استهلاكها من الطاقة بمقدار 95% بالضبط. يعتمد الأداء الفعلي على تدفق الخردة، ومتطلبات المعالجة المسبقة، ونوع الفرن، وكفاءة المحطة، واسترداد المخلفات، وحدود المحاسبة.
ما العوامل التي تؤثر على الأداء البيئي لمحطة إعادة التدوير؟
تحضير الخردة: يمكن أن تؤدي إزالة الشوائب غير المناسبة وتحضير الخردة بشكل صحيح إلى تحسين عملية المعالجة، لكن عملية التحضير نفسها تستهلك الطاقة والموارد.
كفاءة الفرن: تؤثر طرق التحميل، وحالة الفرن، ونقل الحرارة، ومدة الاحتفاظ، والتحكم في درجة الحرارة على استهلاك الطاقة.
استخلاص المعادن: يمكن أن يؤدي منع الأكسدة التي يمكن تجنبها واستخلاص الألومنيوم المعدني من المخلفات المناسبة إلى تحسين المحصول القابل للاستخدام الذي يتم الحصول عليه من كل طن من المواد الأولية.
إدارة الانبعاثات: قد تؤدي عمليات التقطيع، والمعالجة الحرارية، والطلاء، واحتراق الوقود، وبعض العمليات القائمة على مواد التذويب إلى توليد الغبار أو الانبعاثات العضوية أو ملوثات أخرى تتطلب تدابير تحكم مناسبة.
إدارة المخلفات: يجب معالجة المخلفات، والرغوة، وخبث الملح وفقًا لتركيبتها والمتطلبات المعمول بها.
تحدد الرابطة الدولية للصناعات المعدنية (IAI) الغبار، والمركبات العضوية، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بالوقود، وفي بعض عمليات التدفق الملحي، الانبعاثات الإضافية وخبث الملح، باعتبارها عوامل بيئية يجب أخذها في الاعتبار في عملية تكرير الخردة. ولذلك، فإن التصميم المناسب للأفران، وتحسين العمليات، وضوابط الانبعاثات، كلها جزء من عملية إعادة التدوير المسؤولة.
10. المشكلات الشائعة في إعادة تدوير الألومنيوم وكيفية معالجتها
غالبًا ما يكون التحسين الأكثر فائدة في العمليات هو تحديد سبب المشكلة قبل زيادة كثافة المعالجة أو شراء معدات إضافية.
| المشكلة الملاحظة | الأسباب المحتملة التي يجب التحقيق فيها | التوجيه المناسب |
|---|---|---|
| السبائك النهائية لا تستوفي المواصفات | السبائك المختلطة، والخردة الملوثة، أو المزج غير الصحيح، أو عدم كفاية الفحص الكيميائي | تحسين عملية تصنيف الخردة الواردة ووضع إجراء منظم لتعديل التركيب |
| فقدان المعادن المفرط | الأكسدة، أو التحضير غير السليم للخردة، أو ممارسات المناولة، أو عدم كفاءة استرداد الخبث | مراجعة خصائص الشحن، وإجراءات الصهر، ومعالجة المخلفات |
| مسامية الغاز في المنتجات المصبوبة | الهيدروجين، أو ظروف التصلب، أو أسباب أخرى متعلقة بالصب | قياس الهيدروجين عند الاقتضاء ومراجعة معالجة الذوبان وظروف الصب |
| العيوب المرتبطة بالدمج | الأغشية الأكسيدية، أو المواد الخام الملوثة، أو سوء المناولة، أو الترشيح غير الكافي | تحديد مصادر التلوث والتحقق من فعالية إجراءات مراقبة نظافة المادة المنصهرة |
| استهلاك مرتفع للطاقة | طول مدة الاحتفاظ بالمادة، أو التحضير غير المناسب للخام، أو التشغيل غير الفعال للفرن، أو إعادة التسخين غير الضرورية | مراجعة استهلاك الطاقة خلال مراحل التحضير، والصهر، والحفظ، والنقل |
| معدل إنتاج غير مستقر | قيود الفرن، وتفاوت جودة المواد المُغذاة، واختناقات في عملية المعالجة أو في مرحلة الصب اللاحقة | تقييم العملية برمتها بدلاً من تقييم جهاز واحد بمعزل عن البقية |
| الغبار أو الأبخرة المفرطة | الشوائب في الخردة، أو التقطيع، أو الطلاء، أو المعالجة الحرارية، أو الاستخراج غير الكافي | تحديد مصدر الانبعاثات والتحقق من ملاءمة أنظمة التجميع والمعالجة |
لا يعني وجود عيب بالضرورة أن نظام الترشيح غير ملائم. وبالمثل، فإن انخفاض معدل استرداد المعادن لا يمكن بالضرورة معالجته بتغيير مادة التدفق.
يبدأ التحسين الفعال بتحديد مصدر الخسارة أو العيب، وقياس حجم المشكلة، ومطابقة الحل مع السبب.
11. كيفية اختيار معدات إعادة تدوير الألومنيوم
ينبغي أن يبدأ اختيار المعدات بالاحتياجات الفعلية للإنتاج.
قبل طلب عروض الأسعار، يجب تحديد ما يلي:
-
المواد الخام: ما هي أنواع خردة الألومنيوم التي سيتم معالجتها، وما مدى اتساق تركيبها من حيث السبائك ومستويات التلوث فيها؟
-
السعة: ما هي معدلات الإنتاج المطلوبة في الساعة وفي السنة، وساعات التشغيل، وأحجام الدُفعات؟
-
المنتج المستهدف: هل ستقوم المصنع بإنتاج سبائك الصب، أم قضبان البثق، أم ألواح الدرفلة، أم منتج آخر؟
-
متطلبات الجودة: ما هي مواصفات السبائك ومعايير النظافة واختبارات المنتج النهائي المطلوبة؟
-
المعدات الموجودة: ما هي أنظمة الأفران، وأفران الحفظ، وإزالة الغازات، والترشيح، والصب التي تم تركيبها بالفعل؟
-
ظروف التشغيل: ما هي خصائص التدرج الحراري الحالية، وتدفق المعدن، ومسافة النقل، والقيود المفروضة على الإنتاج؟
-
المتطلبات البيئية ومتطلبات السلامة: ما هي الإجراءات المطلوبة للتعامل مع الغبار والطلاءات والمخلفات وانبعاثات العمليات وفقًا للقواعد المحلية؟
تساعد هذه التفاصيل في تحديد ما إذا كان المصنع بحاجة إلى معالجة أولية أفضل، أو زيادة سعة الصهر، أو مراقبة أكثر موثوقية للتركيب، أو معالجة إضافية للمادة المنصهرة، أو تحسين ترتيبات الصب.
أين تُستخدم معدات تنقية الألومنيوم المنصهر ومواد الصهر؟
تشمل محفظة منتجات شركة AdTech المنشورة مواد الصهر المستخدمة في التكرير،, أنظمة حقن التدفق, معدات إزالة الغاز عبر الإنترنت, ، وفلاتر الرغوة الخزفية، ومعدات الترشيح الأخرى، و معدات غسيل متكاملة لمعالجة الألومنيوم المنصهر. وتتعلق هذه المنتجات بمراحل محددة من معالجة المصهور والصب، ولا تحل محل مراحل الجمع والفرز والمعالجة المسبقة في عملية إعادة التدوير.
على سبيل المثال:
-
يجب أن يتوافق اختيار التدفق مع الغرض العلاجي المقصود وتعليمات التشغيل الصادرة عن الشركة المصنعة.
-
قد تكون معدات حقن المادة المساعدة ذات صلة في الحالات التي تتطلب توزيعًا متحكمًا فيه وقابلًا للتكرار لهذه المادة.
-
ينبغي النظر في استخدام معدات إزالة الغازات عندما يكون التحكم في الهيدروجين أحد متطلبات العملية المحددة.
-
ينبغي النظر في استخدام المرشحات الرغوية الخزفية عندما تكون هناك حاجة إلى إزالة الشوائب غير المعدنية.
-
ينبغي النظر في استخدام معدات الغسل لضمان النقل المنظم للألمنيوم المنصهر وإدارة درجة الحرارة في مخطط الصب ذي الصلة.
يعتمد التكوين المناسب على عملية المصنع، ومجموعة السبائك، وسعة الإنتاج، وأهداف الجودة النهائية. وينبغي أن يكون المورد قادرًا على شرح وظيفة كل نظام مقترح وقيوده، لا أن يكتفي بتقديم قائمة بالآلات فحسب.
12. الأسئلة الشائعة
هل تخضع جميع أنواع خردة الألومنيوم لنفس عملية إعادة التدوير؟
لا. قد تتطلب مخلفات الإنتاج النظيفة حدًا أدنى من الإعداد، في حين أن المخلفات المختلطة والمنتجات المطلية وبقايا التصنيع قد تحتاج إلى عمليات إضافية للفرز أو التنظيف أو التجفيف أو إزالة الطلاء. وينبغي أن يعكس المسار كلًّا من المواد الأولية والمنتج المستهدف.
هل يمكن لمرشح الرغوة الخزفية إزالة الهيدروجين من الألومنيوم المنصهر؟
لا. فقد صُمم مرشح الرغوة الخزفية لإزالة الشوائب غير المعدنية. أما الهيدروجين المذاب فيتطلب عمومًا عملية إزالة غازات مناسبة عندما يكون من الضروري إجراء عملية اختزال الهيدروجين.
هل يمكن إعادة تدوير الألومنيوم استرداد كل كيلوغرام من المعدن؟
لا. فقد تحدث خسائر في المعادن نتيجة الأكسدة، أو بقايا الصهر، أو سوء المناولة، أو غير ذلك من أوجه القصور في العمليات. ويمكن أن يؤدي الإعداد السليم، والصهر الخاضع للرقابة، واسترداد البقايا بطريقة مناسبة إلى تحسين معدل استخلاص المعادن، لكن تحديد معدل استرداد موحد لن يكون مناسبًا لجميع أنواع الخردة والمصانع.
كيف يتم تجهيز علب الألمنيوم المطلية لإعادة التدوير؟
اعتمادًا على متطلبات الطلاء والعملية، قد يتم فرز العلب المستعملة أو تقطيعها أو تصنيفها حسب الحجم، ثم معالجتها حراريًّا لإزالة الطلاء قبل إعادة صهرها. وتعتمد المعالجة المحددة على المواد الخام والمعدات ومتطلبات التحكم في الانبعاثات.
ما هي درجة الحرارة اللازمة لإذابة خردة الألومنيوم؟
يذوب الألومنيوم النقي عند حوالي 660 درجة مئوية، لكن درجات الحرارة الفعلية لتشغيل الفرن تعتمد على تركيبة السبائك وتصميم الفرن ومتطلبات عملية الصهر والصب. ولا ينبغي استخدام نقطة الانصهار كنقطة ضبط تشغيل عامة.
لماذا تتشكل الخبث أثناء صهر الألومنيوم؟
تسهم أكسدة الألومنيوم والتفاعل بين المادة المنصهرة وبقايا العملية في تكوين الخبث. وقد يحتوي الخبث على ألومنيوم معدني قابل للاسترداد، لذا فإن اتباع أساليب المناولة والاسترداد المناسبة يمكن أن يساعد في الحد من الخسائر المعدنية التي يمكن تجنبها.
ما هي المخاوف البيئية الرئيسية المرتبطة بإعادة تدوير الألومنيوم؟
وتشمل الاعتبارات الرئيسية استهلاك الطاقة، والانبعاثات المرتبطة بالوقود، والغبار الناتج عن مناولة المواد، والانبعاثات المرتبطة بالطلاء والمعالجة الحرارية، وإدارة الخبث أو الخبث الملحي. ويعتمد التأثير الفعلي على مسار العملية، والخردة المستخدمة، ووسائل التحكم في الانبعاثات.
الخاتمة
تتمثل عملية إعادة تدوير الألومنيوم في سلسلة من الخطوات المنسقة تشمل تجهيز المواد، والصهر، وتكرير المعدن، والصب. ويعتمد أداء هذه العملية على حالة الخردة وتكوينها، وممارسات التحميل الآمنة، والتشغيل السليم للفرن، والتحكم الفعال في جودة المعدن النهائي.
بالنسبة للمنتجين الصناعيين، فإن المبدأ الأهم هو مطابقة كل معالجة مع مشكلة محددة. فالفرز يضمن اتساق المواد الخام، بينما يدعم عملية التذويب وظائف معينة للتكرير وفصل المخلفات، وتعالج عملية إزالة الغازات مشكلة الهيدروجين المذاب، وتستهدف عملية الترشيح الشوائب غير المعدنية. وعندما يتم اختيار هذه العمليات والتحكم فيها بشكل متكامل، تصبح محطة إعادة التدوير في وضع أفضل لتحقيق جودة ثابتة للمعادن، واسترداد فعال للمعادن، واستخدام مسؤول للموارد.
