صهر الألومنيوم وتكريره

4 ديسمبر صهر الألومنيوم وتكريره

صهر الألومنيوم وتكريره

يُستخدم الألومنيوم في المقام الأول في إنتاج المكابس وأجزاء المحركات وهياكل السيارات، وعلب المشروبات، والأبواب، وألواح التكسية الخارجية، ورقائق الألومنيوم. كما يمكن استخدامه في صناعة الصفائح المعدنية، وألواح ورقائق الألومنيوم، والقضبان، والقضبان المعدنية، والأسلاك، ومكونات الطائرات، والنوافذ، وإطارات الأبواب. ومن بين المستخدمين الرئيسيين للألومنيوم صناعة الحاويات والتغليف، وصناعة النقل، وصناعة البناء والتشييد.

يمكن إنتاج الألومنيوم إما من خام البوكسيت أو من خردة الألومنيوم. وتعتبر عملية تكرير خام الألومنيوم مكلفة إلى حدٍّ كبير، مما يجعل صناعة الإنتاج الثانوي تستحوذ على حصة كبيرة من السوق. ويتم استرداد حوالي 40% من الألومنيوم في الولايات المتحدة لأغراض التكرير الثانوي (وكالة حماية البيئة الأمريكية، 1995).

نظرًا لارتفاع احتياجات الطاقة، يميل كبار منتجي الألومنيوم الأولي إلى التواجد في المناطق التي تتميز بتكاليف طاقة منخفضة، بما في ذلك منطقة الشمال الغربي ووادي نهر أوهايو. أما منتجو الألومنيوم الثانوي فيميلون إلى التواجد بالقرب من المراكز الصناعية، بما في ذلك جنوب كاليفورنيا ومنطقة البحيرات الكبرى.

يقوم كل من منتجي الألمنيوم الأولي والثانوي بتكرير الألمنيوم وصهره، ثم صبه في قوالب تُسمى «السبائك». وتُشحن هذه السبائك إلى مصانع صب المعادن أو غيرها من مصانع التشكيل من أجل صبها أو درفلتها.

وبالطبع، قبل ضغط منتجات الألمنيوم وتشكيلها، يجب ترشيح سائل الألمنيوم وسبائك الألمنيوم (مرشح رغوي خزفي (يمتص الشوائب ويرشحها) ويتم إزالة الغازات منه (الـ معدات إزالة الغازات (يزيل الغازات الخاملة) لتلبية متطلبات الألومنيوم المصبوب.

تكرير الألومنيوم الأولي

يتم إنتاج الألومنيوم من خام البوكسيت من خلال عملية تتألف من ثلاث خطوات. أولاً، يتم استخلاص الألومينا من خام البوكسيت، وعادةً ما يتم ذلك باستخدام عملية باير. في عملية باير، يُخلط البوكسيت المطحون ناعماً مع هيدروكسيد الصوديوم ويُوضع في ’حوض الهضم». تؤدي درجات الحرارة والضغط المرتفعين في حوض الهضم إلى حدوث تفاعلات في خليط الخام وهيدروكسيد الصوديوم. وينتج عن ذلك أكسيد الألومنيوم المذاب وبقايا الخام. وتشكل البقايا، التي تتضمن أكاسيد السيليكون والرصاص والتيتانيوم والكالسيوم، حمأة في قاع جهاز الهضم. ثم يتم تبخير أكسيد الألومنيوم وتكثيفه. وتُضاف النشويات ومكونات أخرى لإزالة أي شوائب متبقية من الأكسيد.

ثم يُنقل المحلول إلى خزان الترسيب حيث يتبلور أكسيد الألومنيوم. ويكون هيدروكسيد الألومنيوم وهيدرازيد الصوديوم هما ناتجا عملية التبلور. تُغسل البلورات، وتُجفف بالفراغ، ثم تُرسل إلى جهاز تجفيف لمزيد من التجفيف.

ثم يتم اختزال أكسيد الألومنيوم الناتج عن عملية باير إلى معدن الألومنيوم، وعادةً ما يتم ذلك باستخدام عملية هول-هيرولت. في هذه العملية، يُوضع أكسيد الألومنيوم في خلية كهربائية تحتوي على الكريوليت المنصهر. يتم شحن قضيب كربوني داخل الخلية، وينتج عن التفاعل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والألومنيوم. يغوص الألومنيوم إلى القاع حيث يتم إزالته من الخزان وإرساله إلى فرن صهر أو فرن احتجاز.

ثم يتم خلط الألومنيوم المنصهر مع السبائك المطلوبة للحصول على خصائص محددة، ويُصب في قوالب على شكل سبائك لنقلها إلى ورش التصنيع. وفي ورش التصنيع، يُعاد صهر الألومنيوم المنصهر أو سبائك الألومنيوم، ثم يُسكب في قوالب، ويُبرد. قد يتم تسخين الألومنيوم المنصهر مرة أخرى لإزالة الأكاسيد والشوائب والمعادن النشطة الأخرى مثل الصوديوم والمغنيسيوم، قبل الصب. كما يمكن تمرير فقاعات من الكلور عبر الألومنيوم المنصهر لإزالة المزيد من الشوائب.

مصادر النفايات وفرص منع التلوث

تنشأ الانبعاثات الجوية من عدد من المصادر. حيث يؤدي طحن البوكسيت، وتحميص أكسيد الألومنيوم، ومناولة المواد إلى إنتاج جسيمات. وتُستخدم معدات معالجة الانبعاثات الجوية على نطاق واسع لالتقاط هذه الجسيمات.

قد تكون الجسيمات غنية بالمعادن. وإذا كان المحتوى المعدني كافياً، فيمكن إعادة صهر غبار التحكم في الانبعاثات لاستخلاص أي معادن متبقية، أو يمكن إعادة استخدامه بطريقة أخرى أو بيعه مقابل محتواه المعدني. أما إذا لم يكن الغبار غنياً بالمعادن بدرجة كافية، فيتم عادةً دفنه في مكب النفايات.

هناك مصدر آخر للانبعاثات الجوية الناتجة عن عمليات إنتاج الألومنيوم الأولي، ويحدث ذلك أثناء عملية اختزال أكسيد الألومنيوم إلى معدن الألومنيوم. حيث تتولد غازات فلوريد الهيدروجين والجسيمات، والفلوريدات، والألومينا، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكبريت، والمركبات العضوية المتطايرة. غالبًا ما تستخدم أحواض التحليل الكهربائي معاجين الأنود داخل الخلية. ويجب تغذية الخلية بهذه المعاجين باستمرار عبر صفيحة فولاذية بها فتحة. وتسمح هذه التغذية المستمرة للغاز بالخروج.

تتمثل إحدى طرق الحد من انبعاثات الغازات في استخدام الأنودات المُخبوزة مسبقًا. ويجب تصنيع الأنودات المُخبوزة مسبقًا في مصنع موجود بالموقع. تسمح الأنودات المخبوزة مسبقًا بإغلاق الحوض الإلكتروليتي بإحكام، مما يتيح احتجاز الغازات. ثم يتم استبدال الأنودات كل 14 إلى 20 يومًا، مع احتجاز الغازات لجمعها. تنتج أفران خبز الأنودات فلوريدات ومركبات عضوية متبخرة وانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت. وغالبًا ما يتم التحكم في هذه الانبعاثات باستخدام أجهزة تنقية رطبة.

لا تشكل النفايات السائلة مصدر قلق كبير في عمليات معالجة الألومنيوم. تتولد مياه الصرف أثناء عمليات التصفية والترسيب؛ ومع ذلك، يتم إعادة استخدام جزء كبير من هذه المياه مباشرةً.

تشمل نفايات الطور الصلب نفايات تكرير البوكسيت، التي تُعرف باسم «الطين الأحمر»، ونفايات الاختزال الناتجة عن بطانات الأواني المستهلكة. يحتوي الطين الأحمر على الحديد والألومنيوم والسيليكا والكالسيوم والصوديوم، اعتمادًا على نوع الخام المستخدم. وعادةً ما تتم معالجة الطين الأحمر في الموقع نفسه، وهو غير خطير.

وتُعد البطانة المقاومة للحرارة المستخرجة من الأواني المستخدمة في تكرير الألومنيوم مصدر قلق آخر فيما يتعلق بالنفايات الصلبة. حيث تتحلل هذه البطانة مع الاستخدام المتواصل لتنتج نفايات خطرة من الفئة RCRA K088.

إنتاج الألومنيوم الثانوي

في صناعة إنتاج الألومنيوم الثانوي، تُصهر خردة الألومنيوم في أفران انعكاسية أو أفران موقدية تعمل بالغاز أو بالنفط. وتُزال الشوائب باستخدام الكلور أو مواد تذويب أخرى حتى يصل الألومنيوم إلى درجة النقاء المطلوبة.

تستخدم مصانع إنتاج الألومنيوم الأخرى الخبث بالإضافة إلى الخردة. والخبث هو منتج ثانوي لعملية صهر الألومنيوم الأولي. وتساهم هذه العملية في تقليل التلوث الناتج عن إنتاج الألومنيوم الأولي بشكل أكبر. ويحتوي الخبث على مواد مذابة وتركيزات متفاوتة من الألومنيوم. ويُطلق مصطلح “الخبث المقشور” أو “الخبث الغني” أو “الخبث الأبيض” على خبث الألومنيوم الذي يحتوي على نسبة عالية من الألومنيوم. ويُقصد بـ“الخبث الأسود” أو “كعكات الملح” خبث الألومنيوم الناتج عن العمليات التي تستخدم مواد صهر ملحية.

يتم سحق الخبث وغربلته وصهره في فرن دوار، حيث يتم تجميع الألومنيوم المنصهر في قاع الفرن. ويُعد الخبث الملحي الناتج عن ذلك منتجًا نفاياتيًّا. ولتقليل هذه النفايات، يمكن ترشيح المزيد من العناصر المعدنية المتبقية في الماء وتجميعها.

للتخلص من الحاجة إلى مواد الصهر الملحية، تم تطوير طريقة جديدة تعتمد على شعلة البلازما لتسخين الفرن الدوار. ويتم استرداد تركيزات عالية من الألومنيوم من خلال هذه العملية.

منع التلوث في المعالجة الثانوية للألمنيوم

تعد الانبعاثات الجوية والنفايات الصلبة من أهم الشواغل في صناعة معالجة الألومنيوم. وتعتمد الانبعاثات الجوية إلى حد كبير على جودة الخردة المستخدمة. ويمكن أن تنبعث هذه الانبعاثات من عمليات الصهر والتكرير، وكذلك من الغازات المنبعثة من الأفران. وقد تشمل هذه الغازات نواتج الاحتراق، وكلوريد الهيدروجين وكلوريدات المعادن، وأكاسيد الألومنيوم المعدنية، ومركبات المعادن. وللحد من الانبعاثات بغض النظر عن نوع الخردة المستخدمة، يمكن استبدال الكلور بفلوريد الألومنيوم لإزالة الشوائب من المعدن المنصهر. وعادةً ما تكون جميع الأنظمة موصولة بمعدات التحكم في الانبعاثات، وعادةً ما تكون عبارة عن مرشح كيسي لجمع الفلور والغازات الأخرى.

النفايات الصلبة الناتجة عن إنتاج الألومنيوم الثانوي هي الخبث الذي يتشكل أثناء عملية الصهر. ويحتوي هذا الخبث على كلوريدات ومواد مذابة ومغنيسيوم. ويمكن فصل المعادن وإعادة استخدامها أو بيعها.

تشمل النفايات السائلة المياه التي تُضاف إلى الخبث للمساعدة في فصل المعادن المختلفة. وقد تكون مياه الصرف ملوثة بالملح والمواد المُذابة، لكن غالبًا ما يمكن استردادها وإعادة استخدامها.

مقالات ذات صلة:

صهر الألومنيوم وتكريره تكرير وصهر الألومنيوم المنصهر ما هي صناعات صهر المعادن؟ خصائص صهر سبائك الألومنيوم مواد التذويب المستخدمة في تكرير الألومنيوم كيفية تقليل خبث الألومنيوم المنصهر تكرير الألومنيوم باستخدام مادة التذويب معالجة الألومنيوم مذيب الألومنيوم المنصهر مواد التذويب المصنوعة من الألومنيوم مواد الصهر المستخدمة في مصانع صب الألومنيوم مرشح للألمنيوم المنصهر تطبيقات مادة التذويب في عملية التكرير أصبحت أفريقيا المنطقة الرئيسية لإنتاج البوكسيت في العالم