آیا آلومینیوم بازیافتی همان کیفیت آلومینیوم نو را دارد؟ (تحلیل فنی)

آلومینیوم یکی از کاربردی‌ترین فلزات در صنایع مختلف است که به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد آن مانند وزن سبک، مقاومت به خوردگی و هدایت حرارتی و الکتریکی مطلوب، در انواع محصولات استفاده می‌شود. در سال‌های اخیر، با افزایش توجه به مسائل زیست‌محیطی و پایداری منابع، بازیافت آلومینیوم به‌عنوان یک راهکار مهم مطرح شده است. فرایند بازیافت آلومینیوم نه تنها به حفظ منابع طبیعی کمک می‌کند؛ بلکه مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

یکی از سؤالات مهمی که همواره در صنعت مطرح می‌شود این است که آیا کیفیت آلومینیوم بازیافتی با آلومینیوم اولیه برابر است؟ آلومینیوم یکی از معدود فلزاتی است که می‌تواند بدون افت قابل توجه در خواص فیزیکی و مکانیکی آن، بارها و بارها بازیافت شود. این ویژگی، یکی از مهم‌ترین مزایای بازیافت آلومینیوم به شمار می‌رود. فرایند بازیافت آلومینیوم تنها 5% از انرژی لازم برای تولید آلومینیوم اولیه را مصرف می‌کند.

با این حال، چالش‌هایی در رابطه با ناخالصی‌ها و آلیاژسازی مجدد وجود دارد که می‌تواند بر کیفیت آلومینیوم بازیافتی تأثیر بگذارد. با استفاده از فناوری‌های پیشرفته جداسازی و پالایش، می‌توان به آلومینیوم بازیافتی با خلوص بالا و خواص مکانیکی مشابه با آلومینیوم اولیه دست یافت که در ادامه این مقاله از وب‌سایت نورد پارس به بررسی بیشتر کیفیت آلومینیوم بازیافتی می‌پردازیم.

آشنایی با آلومینیوم و خواص آن

آلومینیوم به‌عنوان سومین عنصر فراوان در پوسته زمین، با چگالی تقریبی ۲.۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب، فلزی سبک با ویژگی‌های منحصر به فرد است. این فلز نقره‌ای رنگ دارای استحکام نسبتاً بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی عالی، مقاومت به خوردگی چشمگیر و قابلیت شکل‌پذیری فوق‌العاده است.

یکی از مهم‌ترین خواص آلومینیوم، تشکیل لایه اکسید محافظ در سطح آن است که به طور طبیعی در معرض هوا شکل می‌گیرد و مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد. این ویژگی‌ها آلومینیوم را به ماده‌ای مناسب برای فرآیند تولید ورق آلومینیوم و محصولات متنوع دیگر تبدیل کرده است. آلیاژهای آلومینیوم با افزودن عناصری مانند مس، منیزیم، منگنز، سیلیسیم و روی، خواص مکانیکی و کاربردی متنوعی پیدا می‌کنند که در نیازهای صنعتی مختلفی کاربرد دارد.

کیفیت آلومینیوم بازیافتی؛ فرایند تولید آلومینیوم اولیه

استخراج آلومینیوم اولیه طی فرایندی پیچیده و انرژی‌بر از سنگ معدن بوکسیت انجام می‌شود. این فرایند با استخراج بوکسیت آغاز شده و سپس وارد فرایند بایر می‌شود که طی آن، آلومینای خالص (Al₂O₃) از بوکسیت استخراج می‌شود. مرحله بعدی، فرایند الکترولیز هال-هرولت است که در آن، آلومینا در محلول کریولیت (Na₃AlF₆) در دمای حدود ۹۶۰ درجه سانتی‌گراد حل شده و با عبور جریان الکتریکی، آلومینیوم مذاب در کاتد ته‌نشین می‌شود. این فرایند به طور متوسط ۱۳ تا ۱۶ کیلووات ساعت انرژی برای تولید هر کیلوگرم آلومینیوم مصرف می‌کند و حدود ۴ کیلوگرم بوکسیت برای تولید ۱ کیلوگرم آلومینیوم خالص نیاز است.

پس از استخراج، آلومینیوم خالص برای فرآیند تولید ورق آلومینیوم و سایر محصولات به کارخانه‌های نورد و قالب‌ریزی ارسال می‌شود. اثرات زیست‌محیطی فرایند تولید آلومینیوم اولیه، از جمله تولید گل قرمز (باطله‌های معدنی) و انتشار گازهای گلخانه‌ای، باعث شده است تا محققان به سمت جایگزین‌های پایدارتر مانند بازیافت آلومینیوم بروند.

فرایند بازیافت آلومینیوم

فرایند بازیافت آلومینیوم شامل مراحل بسیاری است که با جمع‌آوری و دسته‌بندی انواع ضایعات آلومینیوم آغاز می‌شود. این ضایعات شامل قوطی‌های نوشیدنی، قطعات خودرو، پروفیل‌های ساختمانی، فویل‌ها و ضایعات تولیدی کارخانه‌ها می‌شود که هر کدام کیفیت و ترکیب متفاوتی دارند. پس از جمع‌آوری، ضایعات طی فرایندهای مکانیکی و مغناطیسی از آلاینده‌های غیرفلزی و فلزات آهنی جدا می‌شوند.

سپس، ضایعات خردشده در کوره‌های مخصوص در دمای حدود ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شوند. فلاکس‌های شیمیایی برای حذف ناخالصی‌ها اضافه شده و پس از پالایش، آلومینیوم مذاب برای تولید شمش‌های ثانویه یا محصولات نهایی قالب‌گیری می‌شود. این فرایند در مقایسه با تولید آلومینیوم اولیه، تنها ۵ درصد انرژی مصرف می‌کند و انتشار کربن را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. طبقه‌بندی دقیق انواع ضایعات آلومینیوم و کنترل فرایند ذوب، عوامل کلیدی در تعیین کیفیت آلومینیوم بازیافتی هستند.

مقایسه خواص و کیفیت آلومینیوم بازیافتی و آلومینیوم نو

مقایسه علمی کیفیت آلومینیوم بازیافتی با آلومینیوم اولیه نشان می‌دهد که با وجود شباهت‌های بسیار، تفاوت‌های ظریفی نیز وجود دارد. خلوص آلومینیوم بازیافتی و کیفیت آلومینیوم بازیافتی معمولاً بین ۹۷ تا ۹۹ درصد است؛ در حالی که آلومینیوم اولیه می‌تواند به خلوص ۹۹.۹ درصد برسد. این تفاوت به دلیل تجمع عناصر ناخواسته مانند آهن، سیلیسیم و مس در طی چرخه‌های متعدد بازیافت است. از نظر خواص مکانیکی، آزمایش‌های مقایسه‌ای نشان داده که استحکام کششی و تسلیم آلومینیوم بازیافتی با کنترل دقیق فرایند، تقریباً معادل آلومینیوم اولیه است؛ اما ممکن است انعطاف‌پذیری آن کمتر باشد.

مقاومت به خوردگی و کیفیت آلومینیوم بازیافتی با افزایش ناخالصی‌ها کاهش پیدا می‌کند، اما این کاهش معمولاً در حدی نیست که برای کاربردهای عمومی مشکل‌آفرین باشد. هدایت الکتریکی آلومینیوم بازیافتی حدود ۹۰ تا ۹۵ درصد آلومینیوم خالص است که برای بسیاری از کاربردها کافی است، اما ممکن است برای مصارف الکتریکی خاص نیاز به پالایش بیشتر باشد. مهم‌ترین نکته این است که فرآیند تولید ورق آلومینیوم از بازیافت آلومینیوم، با کنترل دقیق آلیاژسازی و فرایند تولید، محصولی با کیفیت قابل مقایسه با آلومینیوم اولیه می‌دهد.

موارد تأثیرگذار بر کیفیت آلومینیوم بازیافتی

یکی از مهم‌ترین موارد تأثیرگذار بر کیفیت آلومینیوم بازیافتی، مسئله تجمع عناصر ناخواسته در طی چرخه‌های متعدد بازیافت است. عناصری مانند آهن، مس و سیلیسیم با هر چرخه بازیافت افزایش پیدا می‌کنند؛ زیرا فرایندهای معمول پالایش قادر به حذف کامل آن‌ها نیستند. این پدیده را آلودگی آلیاژی می‌نامند که می‌تواند بر خواص مکانیکی و خوردگی و کیفیت آلومینیوم بازیافتی تأثیر منفی بگذارد. مورد دیگر، تنوع انواع ضایعات آلومینیوم است که دارای ترکیبات متفاوت هستند و جداسازی دقیق آن‌ها دشوار است.

به عنوان مثال، آلیاژهای سری ۲۰۰۰ و ۷۰۰۰ (حاوی مس و روی) نباید با آلیاژهای سری ۶۰۰۰ (حاوی منیزیم و سیلیسیم) مخلوط شوند؛ زیرا خواص محصول نهایی را تحت تأثیر قرار می‌دهند. همچنین، آلاینده‌های غیرفلزی مانند رنگ‌ها، پوشش‌ها و مواد چسبنده که در محصولات مصرفی استفاده می‌شوند، می‌توانند در فرایند ذوب، گازها و سرباره‌های مضر تولید کنند. این مشکلات به ویژه در فرآیند تولید ورق آلومینیوم بازیافتی که به خلوص و همگنی بالایی نیاز دارد، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

راهکارهای بهبود کیفیت آلومینیوم بازیافتی

برای بهبود کیفیت آلومینیوم بازیافتی و رسیدن به محصولی قابل رقابت با آلومینیوم نو، راهکارهای مختلفی توسط محققان و صنایع توسعه یافته است. فناوری‌های پیشرفته جداسازی مانند فلوتاسیون مبتنی بر لیزر (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) و سیستم‌های جداسازی با تصویربرداری طیفی، می‌توانند به‌صورت دقیق انواع ضایعات آلومینیوم بر اساس ترکیب شیمیایی آن‌ها را تفکیک کنند. همچنین، روش‌های پالایش پیشرفته مانند فیلتراسیون فعال و پالایش الکترومغناطیسی، امکان حذف ناخالصی‌ها از مذاب آلومینیوم را تا حد قابل توجهی افزایش می‌دهند.

طراحی آلیاژهای جدید بازیافت‌پذیر که با در نظر گرفتن چرخه عمر و سازگاری با فرایند بازیافت آلومینیوم طراحی شده‌اند، رویکرد نوآورانه دیگری است که توسط شرکت‌هایی مانند Novelis و Constellium در حال توسعه است. علاوه بر این، معرفی استانداردهای بین‌المللی سختگیرانه‌تر برای طبقه‌بندی و پردازش ضایعات آلومینیوم، کیفیت مواد اولیه را بهتر می‌کند. در فرآیند تولید ورق آلومینیوم بازیافتی، کنترل دقیق پارامترهای فرایند مانند دما، زمان ذوب و نرخ سرد کردن، نقش مهمی در کیفیت آلومینیوم بازیافتی نهایی دارد. این راهکارها در مجموع، شکاف کیفیت بین آلومینیوم بازیافتی و آلومینیوم اولیه را به حداقل می‌رسانند.

مزایای بازیافت آلومینیوم

مزایای بازیافت آلومینیوم از جنبه‌های مختلف اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی قابل بررسی است. از دیدگاه اقتصادی، بازیافت آلومینیوم در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کند. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA, 2024)، فرایند بازیافت آلومینیوم تنها ۵ درصد انرژی مورد نیاز برای تولید آلومینیوم اولیه را مصرف می‌کند که این به معنای صرفه‌جویی ۹۵ درصدی در هزینه‌های انرژی است. از نظر زیست‌محیطی، بازیافت هر تن آلومینیوم از انتشار حدود ۹ تن دی‌اکسید کربن جلوگیری می‌کند و نیاز به استخراج ۴ تن بوکسیت و تولید گل قرمز سمی را حذف می‌کند.

حفظ منابع طبیعی از دیگر مزایای بازیافت آلومینیوم است، زیرا با بازیافت آلومینیوم، فشار بر معادن بوکسیت کاهش پیدا می‌کند. علاوه بر این، صنعت بازیافت آلومینیوم اشتغال‌زایی قابل توجهی ایجاد کرده است. شرکت‌هایی که از انواع ضایعات آلومینیوم برای فرآیند تولید ورق آلومینیوم و سایر محصولات استفاده می‌کنند، معمولاً هزینه‌های تولید پایین‌تری دارند که می‌تواند به قیمت رقابتی‌تر محصولات منجر شود.

جمع‌بندی

بررسی‌های علمی و فنی انجام شده در این مقاله نشان می‌دهد که پاسخ به سؤال اصلی، یعنی مقایسه کیفیت آلومینیوم بازیافتی با آلومینیوم نو، پیچیده‌تر از یک کلمه است. بررسی‌ها نشان می‌دهند که با استفاده از فناوری‌های پیشرفته و کنترل دقیق فرایند بازیافت آلومینیوم، می‌توان به محصولی رسید که از نظر بسیاری از خواص کاربردی، قابل مقایسه با آلومینیوم اولیه است. کیفیت آلومینیوم بازیافتی به عوامل بسیاری بستگی دارد که مهم‌ترین آن‌ها نوع ضایعات ورودی، روش‌های جداسازی و پالایش و کنترل دقیق ترکیب شیمیایی در طی فرایند ذوب و آلیاژسازی است.

مزایای بازیافت آلومینیوم آنقدر بسیار است که باوجود چالش‌های موجود، این فرایند را به یک ضرورت اقتصادی و زیست‌محیطی تبدیل کرده است. با رعایت استانداردها و استفاده از فناوری‌های پیشرفته در فرایند بازیافت آلومینیوم، تفاوت‌های کیفیت آلومینیوم بازیافتی و آلومینیوم نو برای بسیاری از کاربردها به حدی کاهش یافته که استفاده از آلومینیوم بازیافتی نه تنها یک انتخاب زیست‌محیطی، بلکه یک تصمیم اقتصادی و فنی منطقی است.

شرکت نورد پارس به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان ورق و گرده آلومینیوم در ایران، نقش مهمی در توسعه صنعت آلومینیوم کشور دارد. این شرکت با استفاده از تجهیزات پیشرفته و نیروی انسانی متخصص، انواع محصولات آلومینیومی با کیفیت بالا را در آلیاژهای مختلف تولید می‌کند. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره محصولات و خدمات شرکت نورد پارس می‌توانید از طریق بخش تماس با ما با ما در ارتباط باشید.