لماذا تُعد الألومينا المُرضية أكثر المنتجات الصناعية مراعاة للبيئة

الألومينا ثلاثي هيدرات الألومينا هو مثبط للهب بطبيعته يعمل كمادة مالئة ومطيلة عند إضافته إلى البوليمرات، مما يساعد على إخماد الحريق والدخان أثناء ارتباطه بجزيئات الماء أثناء الجفاف الماص للحرارة والتبخر الماص للحرارة.

ينتج عن تكرير البوكسيت لتحويله إلى ألومنيوم السيليكا كمنتج ثانوي، ولكن من خلال توجيه ثلث هذه الألومينا من خلال مسابك سبائك الألومنيوم ومصاهر خردة الألومنيوم الكهربائية يمكن تجنب السيليكا كمنتج ثانوي تمامًا مع تحسين كفاءة الطاقة في الوقت نفسه.

بوكسيت عالي الجودة

البوكسيت هو معدن صخري يتكون من تركيزات عالية من المواد المحتوية على الألومنيوم مثل البوهيميت-ألو(OH) والجيبايت-ألو(OH)3 ودياسبور-ألو(OH). ويوفر تعدين البوكسيت مصدراً هاماً للدخل للعديد من البلدان؛ ويستخدم إنتاج الألمنيوم هذه المعادن على نطاق واسع في العديد من التطبيقات، كما أنه متين للغاية وله استخدامات متعددة؛ ومن ثم تستمر شعبيته في الزيادة بشكل كبير على مر العقود؛ ومع ذلك لا تزال هناك العديد من المشاكل المرتبطة بتعدينه حيث تعتمد جودته على موقعه الجغرافي وعمقه المتفاوت بشكل كبير بين الرواسب;

يعد SiO2 (معامل السيليكا)، الذي يقيس كمية السيليكا القابلة للذوبان الموجودة في المعادن الصخرية، أحد المقاييس الرئيسية في تقييم رواسب البوكسيت. وهو يقيس المحتوى المائي لعينات من البوكسيت باستخدام محاليل الملح المشبعة؛ ويوضح هذا القياس مقدار السيليكا القابلة للذوبان التي يمكن أن تترشح من الخام أثناء المعالجة ويشير إلى ما إذا كانت الجودة لإنتاج الألومينا أم لا. تشير قيمة SiO2 العالية إلى وجود رواسب عالية الجودة لأغراض الإنتاج.

على الرغم من إمكانية إنتاج البوكسيت باستخدام عمليات مختلفة، إلا أن معظمه في جميع أنحاء العالم يتم تعدينه باستخدام طرق التعدين المكشوف أو التعدين المكشوف ونقله إلى مصفاة لتكريره لتحويله إلى ألومينا ومشتقاته - وشحنه إلى الخارج في جميع أنحاء العالم لاستخدامات مختلفة بما في ذلك صناعة السيراميك أو إنتاج الأسمنت. ويخصص حوالي 851 تيرابايت 3 تيرابايت من إنتاج البوكسيت العالمي لهذه الطريقة الإنتاجية وحدها، بينما يستخدم الباقي في استخدامات أخرى مثل إنتاج السيراميك وتصنيع الأسمنت.

قد تتفوق كوت ديفوار قريبًا على غينيا كرابع أكبر منتج بسبب الاكتشافات الجديدة لرواسب البوكسيت.

يغلب على رواسب البوكسيت في كوت ديفوار الطابع اللاتريتية وتحتوي على نسب كبيرة من الجيبايت، مما يوفر رواسب ذات قيم عالية من SiO2 ومحتويات منخفضة من الكوارتز مما يجعلها مناسبة لإنتاج الألمنيوم المعدني. ويستخدم معظم البوكسيت الأفريقي في قارته لإنتاج الألومنيوم؛ حيث تصدر موزمبيق وتنزانيا منتجاتها لاستخدامها في مصانع الأسمنت في زامبيا بينما تصدر بلدان منتجة أخرى مثل الكاميرون وغانا وغينيا منتجاتها إلى الخارج أكثر من تصديرها داخل أفريقيا مثل أوروبا والصين

انخفاض استهلاك الطاقة

وعلى الرغم من أن إنتاج الألومينا في حد ذاته لا يتطلب استخدامًا كبيرًا للطاقة، إلا أن عملية إنتاجه الإجمالية يمكن أن تكون كثيفة الاستهلاك للطاقة. وللتخفيف من حدة هذا الجانب المهدر للطاقة في الإنتاج، تم تنفيذ تقنيات مختلفة تعمل على تحسين كفاءة الطاقة وإنتاج المصنع.

تأتي الطاقة المستهلكة عند تصنيع الألومينا إلى حد كبير من عمليات الهضم والتبخير والتصفية؛ وتستخدم هذه العمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة كميات كبيرة من الكهرباء. وتتمثل إحدى طرق تقليل استخدامها من خلال تضميد الخام أو الهضم المباشر الذي يزيد من نسبة إنتاج البوكسيت لاستخدامه كمادة وسيطة؛ وتؤدي زيادة هذه النسبة إلى وفورات كبيرة في الطاقة تسهم في انخفاض إجمالي في كثافة الطاقة للصناعة ككل.

التيار الكهربائي هو استنزاف آخر مهم للطاقة في إنتاج الألومينا، حيث يقود تفاعلات التحليل الكهربائي داخل الخلية. لتقليل استخدام الطاقة، قلل من تواتر ومدة تأثيرات الأنود. ويمكنك تحقيق ذلك إما عن طريق خفض إمكانات الكاثود أو زيادة كثافة التيار - فالخلايا الحديثة ما قبل الخبيز لديها القدرة على العمل لأسابيع متتالية دون التعرض لتأثيرات الأنود!

وهناك تدبير إضافي لتوفير الطاقة يتضمن استخدام الألومينا كعازل حراري أعلى القطب السالب، وبالتالي تقليل فقد الحرارة وحرق الهواء من أنودات الكربون. تعمل الألومينا أيضًا كطبقة واقية في الخلايا الحديثة ضد التآكل.

ويوفر الاختزال الكربوني للألومينا طريقة إنتاج بديلة لا تنطوي على الكهرباء ولكنها تنتج ثاني أكسيد الكربون وكربيد الألومنيوم الغازي الذي يمكن تحويله بسهولة إلى ألومنيوم سائل. ولكن لسوء الحظ، تحدث التفاعلات المرتبطة بهذه العملية في درجات حرارة تتجاوز 2000 درجة مئوية، مما يؤدي إلى فقدان كبير للحرارة وتكبد عقوبات كبيرة في مجال الاحتباس الحراري.

ولكي يتم اعتبارها خيارًا قابلاً للتطبيق، سيتطلب ذلك استثمارات كبيرة في التكنولوجيا وتشغيل مصنع جديد. وعلاوة على ذلك، من الصعب توسيع نطاق العمليات الكربوهيدراتية وتتطلب كميات هائلة من الطاقة لاستعادة الحرارة من نواتج التفاعل.

صديقة للبيئة

إن جذب العملاء بمنتجات الألومينا هو أكثر المنتجات الصناعية صداقة للبيئة المتاحة اليوم، حيث يمكن إعادة تدوير الألومنيوم عدة مرات دون أن يفقد أدائه أو جودته. وعلاوة على ذلك، فإن إنتاج الألومنيوم المعاد تدويره يستخدم طاقة أقل بما يصل إلى 951 تيرابايت 3 تيرابايت من الطاقة التي يستهلكها تصنيع الموارد البكر - مما يعني تقليل انبعاثات الاحتباس الحراري والحفاظ على الموارد الطبيعية!

يمكن أن تكون تكاليف الطاقة المرتبطة بتعدين البوكسيت وتكريره ومعالجته لتحويله إلى ألومنيوم أولي كبيرة؛ ويجب أن يحدث تعدين اللاتريت من التربة الاستوائية عبر عملية كيميائية معقدة من نوع باير لاستخراج اللاتريت الغني باللاتريت من التربة الاستوائية لاستخراج معادنه الثمينة. ولسوء الحظ، يمكن أن تكون عمليات استخراج الألمنيوم مدمرة للغاية للبيئة حيث أن تعدين البوكسيت غالباً ما يدمر الغابات البكر؛ ويمكن أن يحدث التلوث من المناجم المكشوفة، كما أن السدود الكبيرة التي تغمر المجتمعات المحلية الأصلية وتغرقها بالمياه وتلوث الأنهار بالمعادن الثقيلة السامة هما مشكلتان فقط مرتبطتان بعمليات الاستخراج - مما يجعل إنتاج الألمنيوم مدمراً للبيئة بشكل كبير مقارنة بنظرائه.

وتمثل نفايات الطين الأحمر الناتجة عن عملية تكرير البوكسيت مشكلة كبيرة أخرى، حيث يجب تخزين حمأته السامة في أحواض كبيرة للمخلفات قد تتسرب أو تتكسر، مما يؤدي إلى كارثة بيئية. وعلاوة على ذلك، فإن محتوياته من المعادن الثقيلة تشكل تهديدات صحية من حيث الأمراض الجلدية والجفاف وحتى الموت للأشخاص الذين يعيشون بالقرب منه.

ومع ذلك، تُبذل الجهود في الوقت الحاضر لتقليل هذه الآثار البيئية لإنتاج الألومنيوم. وتقدم بعض الشركات ألومنيوم أولي منخفض الكربون مع بصمة كربونية قصوى متوقعة تبلغ 4 كيلو من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوغرام من الألومنيوم المنتج. وهي تحقق ذلك باستخدام الطاقة المتجددة وتكنولوجيا التحليل الكهربائي الفعالة لإنتاج كل من الألومينا والألومنيوم الأولي.

يمكن للمصنعين استخدام أجهزة التحليل الفلوري بالأشعة السينية المحمولة لمراقبة إنتاج الألومينا الواردة والصادرة من الألومينا بسرعة وكفاءة لتحديد الملوثات التي تشكل تهديدات للبيئة - ويمكن بعد ذلك تصحيح هذه المشكلات من خلال تكييف عمليات الإنتاج وفقًا لذلك.

تتميز الألومينا المرضية بأنها صديقة للبيئة بسبب مقاومتها للتآكل وعدم الحاجة إلى طلاء عضوي مستمر أو طبقة غير عضوية كما يتطلب الفولاذ. وعلاوة على ذلك، قد تساعد خصائصه ذاتية الشفاء على خفض تكاليف الصيانة بشكل كبير مع زيادة طول عمر الهياكل.

قابلة لإعادة التدوير

تعد إعادة تدوير الألومينا المرضية جزءًا لا يتجزأ من صناعة الألومنيوم، حيث يتم جمع كل من الخردة قبل الاستهلاك (الخردة الصناعية) وخردة ما بعد الاستهلاك من علب المشروبات وإطارات النوافذ والكابلات الكهربائية وأواني الطهي التي تُركت مهملة من قبل مستهلكيها. ويمكن بعد ذلك صهر الخردة وإعادة تدويرها إلى منتجات ألومنيوم جديدة دون أن تفقد جودتها أو خصائصها؛ وتستخدم هذه العملية طاقة أقل بما يصل إلى 951 تيرابايت 3 تيرابايت من إنتاج الألومنيوم الجديد من المواد الخام.

تنبع طبيعة الألمنيوم القابلة لإعادة التدوير من تركيبته الذرية التي تسمح بصهره وإعادة تشكيله مراراً وتكراراً دون تغيير خصائصه الأساسية. وهذا ما يجعل فصل الألمنيوم وإعادة استخدامه مع مرور الوقت أسهل من البلاستيك، مما يوفر الموارد الطبيعية واستخدام الطاقة وهو أمر حيوي في عصر يزداد فيه التغير المناخي خطورة.

يمكن إعادة تدوير الألومنيوم إلى أجل غير مسمى طالما تم وضع أنظمة لضمان نقاوته أثناء الصهر، مما يجعله مادة متعددة الاستخدامات يمكن استخدامها في مختلف التطبيقات.

نظرًا لتعدد استخداماته، يمكن تشكيل الألواح الرغوية بسهولة إلى أشكال وأحجام مختلفة لاستخدامها كمواد بناء وتشييد. وعلاوةً على ذلك، فإنه يوفر خصائص عزل خفيفة الوزن ومتينة من حيث المقاومة الكهربائية والحرارية والكيميائية.

يمكن إعادة تدوير الألومينا من خلال عملية الصهر باستخدام البوكسيت عالي النقاء أو مسحوق نفايات الألومينا، وقد استكشفت هذه الدراسة خصائص التلبيد عند تلبيدها باستخدام ما يصل إلى 20 في المائة من مسحوق نفايات الألومينا الجاف. تم تغيير معاملات التلبيد بما في ذلك درجة الحرارة والوقت والمساعدات لدراسة كيفية تأثيرها على الخواص الميكانيكية النهائية. أظهرت النتائج أن إضافة نفايات الألومينا لم تغير بشكل كبير من التكثيف أو البنية المجهرية أو الصلابة أو صلابة أو صلابة الكسر المسننة للعينات الملبدة.

تضمنت معاملات التلبيد التي لم تؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية معاملات درجة الحرارة والوقت. وعلاوة على ذلك، تم فحص تأثيرات مساعد التلبيد على الخواص الميكانيكية من خلال تغيير تركيزه وحجم الجسيمات؛ وأظهرت أطياف رامان للعينات الملبدة مع نفايات الألومينا وبدون نفايات الألومينا وجود الكوراندوم في كلتا الحالتين مع التلبيد النقي الذي ينتج كثافة أعلى وقواعد ذروة أضيق من العينة المضاف إليها نفايات الألومينا.