پژوهشگران در یک مطالعه تازه، امکان بازیافت آلومینیوم موجود در ضایعات شهری را با استفاده از یک روش حرارتی و شیمیایی ارزیابی کردهاند؛ روشی که برای مدیریت بهتر پسماندهای فلزی و استفاده دوباره از مواد ارزشمند مورد توجه قرار گرفته است.
به گزارش سیناپرس، آلومینیوم یکی از فلزهای پرکاربرد در زندگی روزمره و صنعت است؛ فلزی با رنگ سفید نقرهای که از ماده معدنی بوکسیت به دست میآید. با این حال، رسیدن از سنگ معدن به آلومینیوم قابل استفاده، مسیر سادهای نیست و فرایندهای متعددی لازم دارد. همین موضوع باعث میشود تولید آلومینیوم اولیه پرهزینه و انرژیبر باشد.
برای تولید هر تن آلومینیوم، حدود چهار تن بوکسیت لازم است. همچنین تولید این فلز معمولاً با فرایندی انجام میشود که مصرف انرژی بالایی دارد. به همین دلیل، آلومینیوم در کنار ارزش صنعتی فراوان، از نظر بازیافت نیز فلزی مهم به شمار میآید، زیرا میتوان آن را ذوب کرد و دوباره برای ساخت محصولات مشابه به کار گرفت، بدون آنکه همیشه نیاز به استخراج دوباره از معدن وجود داشته باشد.
ضرورت توجه به بازیافت آلومینیوم فقط به هزینه تولید محدود نمیشود و به محیط زیست هم مربوط است. استخراج آلومینیوم برای طبیعت مناسب نیست و بازیافت آن میتواند در چند زمینه سودمند باشد. نخست اینکه نیاز به استخراج از معادن را کاهش میدهد. دوم اینکه میزان گازهای گلخانهای در فرایند استخراج آلومینیوم حدود ۲۰ برابر بیشتر از بازیافت آن گزارش شده است.
سوم اینکه استفاده کمتر از منابع طبیعی، ذخایر زمین را برای آینده حفظ میکند. از سوی دیگر، ضایعات آلومینیومی مانند قوطیهای نوشیدنی، علاوه بر آلومینیوم، معمولاً مقدار کمی فلزات دیگر مانند منیزیم، منگنز، آهن، سیلیکون و مس هم دارند. بنابراین، بازیافت این فلز فقط ذوب ساده نیست و برای رسیدن به محصول باکیفیت، باید ناخالصیها نیز تا حد امکان کنترل و جدا شوند.
در همین زمینه، علیرضا پیکار، پژوهشگر مهندسی شیمی دانشگاه علم و صنعت ایران، همراه با سه همکار همدانشگاهی خود، مطالعهای درباره بازیافت آلومینیوم از ضایعات شهری با استفاده از یک روش نمکی انجام دادهاند. این پژوهش به بررسی این موضوع پرداخته است که چگونه میتوان با کمک یک مخلوط نمکی در فرایند ذوب، بازیافت آلومینیوم را بهتر انجام داد و فلزی با خلوص بیشتر به دست آورد. اهمیت این کار از آنجا ناشی میشود که بازیافت آلومینیوم، اگر با روش مناسب انجام شود، هم از نظر اقتصادی بهصرفهتر است و هم میتواند آثار زیستمحیطی کمتری نسبت به تولید اولیه این فلز داشته باشد.
روش کار پژوهش به این صورت بوده که محققان فرایند بازیافت آلومینیوم را با استفاده از «شار نمکی» بررسی کردهاند. شار نمکی به زبان ساده، ترکیبی از نمکهاست که در هنگام ذوب به فرایند کمک میکند تا ناخالصیها بهتر جدا شوند و شرایط برای بازیافت مناسبتر شود. در این مطالعه، چند عامل مهم بررسی شدهاند: دمای فرایند، درصد اجزای نمک در شار، شرایط اختلاط و شکل ضایعات.
به بیان سادهتر، پژوهشگران تلاش کردهاند ببینند اگر دما تغییر کند، ترکیب نمکها فرق داشته باشد، مواد بهتر یا کمتر مخلوط شوند و ضایعات به شکلهای مختلف وارد فرایند شوند، نتیجه نهایی از نظر خلوص آلومینیوم و میزان بازیافت چه تغییری میکند. همچنین در بخشی از فرایند از گاز آرگون، که یک گاز بیاثر است، استفاده شده تا از اکسایش، یعنی واکنش ناخواسته فلز با هوا، جلوگیری شود.
نتایج پژوهش نشان دادند که در دمای ۹۰۰ درجه سلسیوس، با ترکیب ۷۰ درصد سدیم کلرید و ۲۷ درصد پتاسیم کلرید، همراه با حضور گاز آرگون و اختلاط مناسب، خلوص آلومینیوم بازیافتی به حدود ۹۸ درصد میرسد. این موضوع نشان میدهد که انتخاب درست شرایط فرایند، تأثیر زیادی بر کیفیت فلز بازیافتی دارد. همچنین روشن شد که انجام اختلاط مناسب، واکنش میان نمکهای شار و ناخالصیهای موجود را بهتر میکند و به همین دلیل، خلوص نهایی افزایش مییابد. این یافتهها نشان میدهند که بازیافت آلومینیوم فقط به ذوب کردن ضایعات محدود نیست و جزئیات فرایند میتواند نتیجه نهایی را بهطور محسوسی تغییر دهد.
یافته مهم دیگر این بود که کاهش دما به ۸۰۰ درجه سلسیوس، مصرف انرژی را به میزان چشمگیری پایین میآورد، در حالی که تأثیر محسوسی بر خلوص محصول نهایی ندارد. همچنین مشخص شد ضایعات متراکم یا فشردهشده، در مقایسه با ضایعات ورقهای، نرخ بازیافت بیشتری دارند.
از سوی دیگر، استفاده از محیط بیاثر مانند گاز آرگون و کنترل شرایط سرد شدن به کاهش تولید سرباره کمک کرده است. سرباره همان مواد زائدی است که در فرایند ذوب و جداسازی به وجود میآید و کاهش آن از نظر اقتصادی و عملیاتی اهمیت دارد. در مجموع، این نتایج نشان میدهند که روش شار نمکی میتواند بهعنوان راهحلی اقتصادی و زیستمحیطی برای بازیافت آلومینیوم در مقیاس صنعتی مطرح شود.
اهمیت این یافتهها که در «نشریه مهندسی شیمی ایران» متعلق به انجمن مهندسی شیمی ایران انتشار یافتهاند، در آن است که بازیافت آلومینیوم با این روش، فقط یک راه فنی برای جداسازی فلز از ضایعات نیست، بلکه میتواند به کاهش هزینههای تولید و افزایش بهرهوری نیز کمک کند. وقتی دمای پایینتر همچنان خلوص مناسب را حفظ میکند، صنعت میتواند انرژی کمتری مصرف کند و در عین حال محصول قابل قبولی به دست آورد.
این موضوع در مقیاسهای بزرگ اهمیت بیشتری پیدا میکند، زیرا حتی کاهش محدود در مصرف انرژی، در حجمهای زیاد، به صرفهجویی قابل توجهی منجر میشود. از طرف دیگر، کمتر شدن سرباره به این معناست که بخشی از اتلاف مواد و مشکلات جانبی فرایند هم کاهش پیدا میکند.
به نقل از ایسنا، نکته تکمیلی دیگر این است که شکل ضایعات نیز در موفقیت بازیافت اثرگذار بوده است. بر اساس اطلاعات این پژوهش، ضایعات فشردهشده و قرصیشکل، بازدهی بیشتری نسبت به ضایعات ورقهای داشتهاند. این موضوع میتواند برای بخش جمعآوری و آمادهسازی ضایعات نیز مهم باشد، زیرا نشان میدهد نحوه آمادهسازی اولیه مواد پیش از ذوب، بر نتیجه نهایی اثر دارد.
پژوهشگران همچنین اشاره کردهاند که برای بهینهسازی بیشتر این روش، میتوان در آینده تأثیر ترکیبات شیمیایی دیگر در شار نمکی، راههای کاهش بیشتر سرباره و روشهای کمکردن مصرف انرژی را بررسی کرد. چنین بهبودهایی میتواند به توسعه فناوریهای نوین در صنعت بازیافت آلومینیوم و کاهش بیشتر اثرات زیستمحیطی کمک کند.