صهر الألومنيوم وتكريره

14 نوفمبر صهر الألومنيوم وتكريره

صهر الألومنيوم وتكريره

نظرة عامة على العملية

يُستخرج البوكسيت عن طريق التعدين في المناجم المفتوحة. وتُستخدم الخامات الأكثر ثراءً كما هي بعد استخراجها. أما الخامات الأقل جودةً، فيمكن معالجتها عن طريق التكسير والغسل لإزالة نفايات الطين والسيليكا. ويتألف إنتاج المعدن من خطوتين أساسيتين:

التكرير. إنتاج الألومينا من البوكسيت باستخدام عملية باير، حيث يتم هضم البوكسيت عند درجة حرارة وضغط مرتفعين في محلول قوي من الصودا الكاوية. ثم يتم تبلور الهيدرات الناتجة وتكليسها لتحويلها إلى أكسيد في فرن أو جهاز تكليس ذي قاع متحرك.
التخفيض. تخفيض الألومينا إلى معدن الألومنيوم الخام باستخدام عملية هول-هيرولت الكهربائية التي تعتمد على أقطاب كربونية ومذيب الكريوليت.

تشير الأبحاث التجريبية إلى أنه قد يصبح من الممكن في المستقبل استخلاص الألومنيوم في صورته المعدنية عن طريق الاختزال المباشر من الخام.

يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من الخلايا الإلكتروليتية من نوع هول-هيرولت قيد الاستخدام. وتستخدم العملية المسماة “التحميص المسبق” أقطابًا كهربائية مصنوعة على النحو المبين أدناه. في مصاهر من هذا النوع، يحدث التعرض للهيدروكربونات متعددة الحلقات عادةً في منشآت تصنيع الأقطاب الكهربائية، خاصةً أثناء عمليات الخلط في المطاحن والتشكيل في مكابس التشكيل. أما المصاهر التي تستخدم الخلايا من نوع سودربيرغ فلا تحتاج إلى منشآت لتصنيع أنودات الكربون المُخبوزة. بل يتم وضع خليط الكوك والمادة الرابطة من القطران في قواديس تُغمر أطرافها السفلية في خليط حمام الكريوليت والألومينا المنصهر. وعندما يتم تسخين خليط القطران والكوك بواسطة حمام المعدن المنصهر والكريوليت داخل الخلية، يتحول هذا الخليط إلى كتلة جرافيتية صلبة في الموقع نفسه. يتم إدخال قضبان معدنية في الكتلة الأنودية لتعمل كموصلات لتدفق التيار الكهربائي المباشر. ويجب استبدال هذه القضبان بشكل دوري؛ وعند استخراجها، تتسرب كميات كبيرة من المواد المتطايرة من قطران الفحم إلى بيئة غرفة الخلية. ويضاف إلى هذا التعرض تلك المواد المتطايرة من القطران التي تتولد مع استمرار عملية تحميص كتلة القطران والكوك.

خلال العقد الماضي، اتجهت الصناعة إما إلى عدم استبدال منشآت الاختزال من نوع «سودربيرغ» القائمة أو إلى تعديلها، وذلك نتيجة للمخاطر المسرطنة المؤكدة التي تشكلها. بالإضافة إلى ذلك، ومع تزايد أتمتة عمليات خلايا الاختزال — لا سيما تغيير الأنودات — أصبحت المهام تُنفذ في الغالب باستخدام رافعات ميكانيكية مغلقة. ونتيجة لذلك، فإن تعرض العمال ومخاطر الإصابة بالاضطرابات المرتبطة بصهر الألومنيوم آخذة في الانخفاض تدريجيًا في المنشآت الحديثة. وعلى النقيض من ذلك، في الاقتصادات التي لا تتوفر فيها استثمارات رأسمالية كافية بسهولة، سيستمر استمرار عمليات الاختزال القديمة التي تُشغَّل يدويًّا في تشكيل مخاطر الإصابة بتلك الاضطرابات المهنية (انظر أدناه) التي كانت ترتبط سابقًا بمصانع اختزال الألومنيوم. وبالفعل، فإن هذا الاتجاه سيتفاقم في مثل هذه العمليات القديمة غير المُحسَّنة، خاصة مع تقدمها في العمر.

تصنيع أقطاب الكربون

عادةً ما يتم تصنيع الأقطاب الكهربائية اللازمة لعملية الاختزال الإلكتروليتي قبل الخبز للحصول على المعدن النقي في منشأة مرتبطة بهذا النوع من مصانع صهر الألومنيوم. وغالبًا ما تُصنع الأنودات والكاثودات من خليط من فحم الكوك المطحون المشتق من النفط والقطران. يُطحن الكوك أولاً في مطاحن كروية، ثم يُنقل ويُخلط ميكانيكيًا مع القار، وأخيرًا يُصب في قوالب على شكل كتل في مكابس صب. تُسخَّن كتل الأنودات أو الكاثودات هذه بعد ذلك في فرن يعمل بالغاز لعدة أيام حتى تتشكل كتل جرافيتية صلبة بعد أن تتبخر جميع المواد المتطايرة تقريبًا. وأخيرًا، يتم تثبيتها على قضبان الأنود أو شقها بالمنشار لاستيعاب قضبان الكاثود.

وتجدر الإشارة إلى أن القار المستخدم في تشكيل هذه الأقطاب الكهربائية يمثل مادة مقطرة مشتقة من الفحم أو قطران البترول. وعند تحويل هذا القطران إلى القار عن طريق التسخين، يكون المنتج النهائي من القار قد أزال بشكل أساسي جميع مركباته غير العضوية ذات درجة الغليان المنخفضة، مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO2)، بالإضافة إلى المركبات الأليفاتية والمركبات العطرية ذات الحلقة الواحدة أو الحلقتين. وبالتالي، لا ينبغي أن تشكل هذه القار عند استخدامها نفس المخاطر التي يشكلها قطران الفحم أو القطران البترولي، حيث لا ينبغي أن تتواجد هذه الفئات من المركبات فيها. وهناك بعض المؤشرات على أن الإمكانات المسرطنة لمنتجات القار هذه قد لا تكون بنفس درجة خطورة المزيج الأكثر تعقيدًا من القطران والمواد المتطايرة الأخرى المرتبطة بالاحتراق غير الكامل للفحم.

المخاطر وسبل الوقاية منها

تتطابق المخاطر والتدابير الوقائية الخاصة بعمليات صهر وتكرير الألومنيوم بشكل أساسي مع تلك الموجودة في عمليات الصهر والتكرير بشكل عام؛ ومع ذلك، تنطوي كل عملية على حد ذاتها على مخاطر محددة.

التعدين

على الرغم من وجود إشارات متفرقة إلى “رئة البوكسيت” في الأدبيات، إلا أنه لا توجد أدلة مقنعة تثبت وجود مثل هذه الحالة. ومع ذلك، ينبغي أخذ احتمال وجود السيليكا البلورية في خامات البوكسيت في الاعتبار.

الاختزال الكهربائي

يعرض الاختزال الكهربائي العمال لخطر الإصابة بحروق جلدية وحوادث ناجمة عن رذاذ المعادن المنصهرة، واضطرابات الإجهاد الحراري، والضوضاء، والمخاطر الكهربائية، وأبخرة الكريوليت وحمض الهيدروفلوريك. وقد تنبعث من خلايا الاختزال الكهربائي كميات كبيرة من غبار الفلوريد والألومينا.

في ورش تصنيع أقطاب الكربون، ينبغي تركيب معدات تهوية العادم المزودة بمرشحات كيسية؛ كما أن تغليف معدات طحن القار والكربون يقلل بشكل فعال من التعرض للقار الساخن وغبار الكربون. وينبغي إجراء فحوصات منتظمة لتركيزات الغبار في الهواء باستخدام جهاز أخذ عينات مناسب. وينبغي إجراء فحوصات دورية بالأشعة السينية للعمال المعرضين للغبار، وينبغي أن تتبعها فحوصات سريرية عند الضرورة.

من أجل الحد من مخاطر التعامل مع القار، ينبغي ميكنة نقل هذه المادة قدر الإمكان (على سبيل المثال، يمكن استخدام صهاريج نقل مُدفأة لنقل القار السائل إلى المصانع حيث يتم ضخه تلقائيًا إلى خزانات القار المُدفأة). كما يُنصح بإجراء فحوصات منتظمة للجلد للكشف عن الاحمرار أو الأورام الظهارية أو التهاب الجلد، ويمكن توفير حماية إضافية باستخدام كريمات واقية ذات أساس من الألجينات.

يجب تزويد العمال المعرضين لمستويات ضوضاء عالية بمعدات حماية السمع، مثل سدادات الأذن التي تسمح بمرور الضوضاء منخفضة التردد (لتمكينهم من سماع الأوامر) ولكنها تقلل من انتقال الضوضاء الشديدة عالية التردد. علاوة على ذلك، يجب أن يخضع العمال لفحوصات قياس السمع بانتظام للكشف عن فقدان السمع. وأخيرًا، يجب أيضًا تدريب الموظفين على إجراء الإنعاش القلبي الرئوي لضحايا حوادث الصعق الكهربائي.

يجب توجيه العمال الذين يؤدون أعمالًا في درجات حرارة مرتفعة، قبل بدء موسم الحرارة، بزيادة تناول السوائل وإضافة كميات كبيرة من الملح إلى طعامهم. كما يجب تدريبهم ومشرفيهم على التعرف على الأعراض المبكرة للاضطرابات الناجمة عن الحرارة، سواء لدى أنفسهم أو لدى زملائهم في العمل. ويجب تدريب جميع العاملين هنا على اتخاذ التدابير المناسبة والضرورية لمنع حدوث الاضطرابات الناجمة عن الحرارة أو تفاقمها.

يجب استبعاد الأشخاص الذين يستخدمون أجهزة تنظيم ضربات القلب من عمليات التخفيض بسبب خطر حدوث اضطرابات في نظم القلب ناجمة عن المجال المغناطيسي.

تنتشر مخاطر تناثر المعدن المنصهر والإصابات بالحروق الشديدة في العديد من المواقع داخل مصانع الاختزال والعمليات المرتبطة بها. وبالإضافة إلى الملابس الواقية (مثل القفازات الطويلة والمآزر والأغطية الواقية للساقين وأقنعة الوجه)، ينبغي حظر ارتداء الملابس المصنوعة من الألياف الاصطناعية، لأن حرارة المعدن المنصهر تؤدي إلى ذوبان هذه الألياف الساخنة والتصاقها بالجلد، مما يزيد من شدة حروق الجلد.

عملية باير

ينطوي الاستخدام المكثف للصودا الكاوية في عملية باير على مخاطر متكررة للإصابة بحروق كيميائية في الجلد والعينين. كما أن إزالة الترسبات من الخزانات باستخدام المطارق الهوائية تتسبب في التعرض الشديد للضوضاء. وفيما يلي مناقشة للمخاطر المحتملة المرتبطة باستنشاق جرعات زائدة من أكسيد الألومنيوم الناتج عن هذه العملية.

يجب أن يكون جميع العاملين المشاركين في عملية باير على دراية تامة بالمخاطر المرتبطة بالتعامل مع الصودا الكاوية. وفي جميع المواقع المعرضة للخطر، يجب توفير نوافير لغسل العين وأحواض بمياه جارية ودشات غمر، مع وضع لافتات تشرح كيفية استخدامها. ويجب توفير معدات الحماية الشخصية (مثل النظارات الواقية والقفازات والمآزر والأحذية الطويلة). كما يجب توفير دشات وخزائن مزدوجة (خزانة لملابس العمل وأخرى للملابس الشخصية)، وتشجيع جميع الموظفين على الاغتسال جيدًا في نهاية نوبة العمل. يجب تزويد جميع العمال الذين يتعاملون مع المعادن المنصهرة بأقنعة واقية وأجهزة تنفس وقفازات طويلة ومآزر وأغطية للذراعين وأغطية للساقين لحمايتهم من الحروق والغبار والأبخرة. يجب تزويد العمال العاملين في عملية غادو ذات درجة الحرارة المنخفضة بقفازات وبدلات خاصة لحمايتهم من أبخرة حمض الهيدروكلوريك المنبعثة عند بدء تشغيل الخلايا؛ وقد ثبت أن الصوف يتمتع بمقاومة جيدة لهذه الأبخرة. توفر أجهزة التنفس المزودة بخراطيش الفحم أو الأقنعة المشبعة بالألومينا حماية كافية ضد أبخرة القار والفلور؛ كما أن أقنعة الغبار الفعالة ضرورية للحماية من غبار الكربون. وينبغي تزويد العمال المعرضين لمستويات أعلى من الغبار والأبخرة، لا سيما في عمليات سودربيرغ، بمعدات حماية الجهاز التنفسي المزودة بالهواء. ونظرًا لأن الأعمال الآلية في غرفة الأواني تُجرى عن بُعد من كبائن مغلقة، فإن هذه التدابير الوقائية ستصبح أقل ضرورة.

مقالات ذات صلة:

رسم توضيحي تقني لـ«Refining Flux» تطبيقات مادة التذويب في عملية التكرير عامل تكرير مقاوم للحرارة على شكل حبيبات، يستخدم في صب الألومنيوم نرحب بوكلاء من الخارج في مجال تكرير مادة التلحيم مذيب لصهر علب الألومنيوم عامل إزالة الخبث عامل تكرير تكرير الألومنيوم المنصهر صهر الألومنيوم وتكريره تكرير وصهر الألومنيوم المنصهر عملية تكرير الألومنيوم عامل تكرير مقاوم للحرارة على شكل حبيبات ما هي صناعات صهر المعادن؟ مواد الصهر الخاصة بتكرير الألومنيوم من شركة «روسال»