بازیافت آلومینیوم قراضه در صنایع خودرو

بازیافت آلومینیوم قراضه در صنایع خودرو : در حال حاضر مقدار تولید جهانی فلز آلومینیوم در حدود 60 میلیون تن در سال است که حدود یک سوم آن از بازیافت و ذوب آلومینیوم قراضه حاصل می‌شود تولید آلومینیوم اولیه به روش هال- هرولت فرآیندی انرژی‌بر است . در این فرآیند مقدار زیادی گاز گلخانه ای دی اکسید کربن و پسماندهای جامد غیر قابل استفاده نظیر گل قرمز تولید می شود. از سوی دیگر مصرف انرژی و ایجاد آلودگی در تولید آلومینیوم بازیافتی تنها در حدود 5 تا 10 درصد تولید آلومینیوم اولیه است. امروزه برای تولید یک کیلوگرم آلومینیوم اولیه به روش متداول یعنی الکترولیز آلومینا در دیگ‌های احیا نیاز به حدود 15 کیلووات ساعت انرژی است. این مقدار با احتساب مراحل فرآوری بوکسیت به حدود 24 کیلو وات ساعت می‌رسد. اما برای ذوب مجدد یک کیلوگرم آلومینیوم قراضه تنها به یک کیلو وات ساعت انرژی نیاز است. بنابراین فلز آلومینیوم را می‌‌توان به عنوان یک بانک انرژی به حساب آورد.

آلومینیوم تولید شده سپس در صنایع مختلفی مصرف می‌شوند که عبارتند از صنعت حمل ونقل، صنعت ساختمان، صنعت بسته بندی، صنعت برق و صنایع تولید محصولات مصرفی با دوام. محصولات آلومینیومی مختلف تا پیش ار تبدیل شدن به قراضه طول عمر کاربرد متفاوتی را طی میکنند. امروزه قوطی های نوشابه تا 60 روز پس از تولید، مصرف شده، جمع آوری شده و با ذوب مجدد تبدیل به قوطی دیگری می‌شوند. اما طول عمر سازه های مورد استفاده در ساختمان سازی چندین دهه به طول می‌انجامد. این عدد در مورد صنایع خودروسازی در کشورهای توسعه یافته کمتر از 15 سال است اما در کشورهای کمتر توسعه یافته می‌تواند تا بیش ار سه دهه به طول انجامد. در شکل زیر سهم هر یک از صنایع مصرف‌کننده آلومینیوم در سال 2007 مشاهده می‌شود. صنعت حمل و نقل با مصرف 27 درصد کل آلومینیوم جهان در رتبه اول قرار دارد. صنعت حمل  ونقل با توجه به تیراژ بالای تولید خودرو، سهم عمده مصرف آلومینیوم با صنایع خودروسازی می‌باشد . با توجه به تیراژ بالای تولید خودرو سهم عمده مصرف آلومینیوم با صنایع خودوسازی می باشد. بیش از 90 درصد آلومینیوم مصرف‌شده در این صنعت در قطعات مختلف خودروهای سبک و سنگین به کار می‌رود و سهم بخش‌های دیگر همچون هواپیماسازی، حمل و نقل دریایی و ریلی کمتر از 10 درصد است. بنابراین یکی از مهمترین بخش‌های مصرف کننده آلومینیوم در جهان صنایع خودروسازی است. 

 مقدار مصرف آلومینیوم در خودروهای اروپایی در سال 1990 حدود 50 کیلوگرم در هر خودرو بوده است.در سال 1994 شرکت آئودی یک نمونه از خودرو سواری A8 خود را با بدنه تمام آلومینیومی ارائه کرد که وزن آن نسبت به نمونه مشابه فولادی مقدار 239 کیلوگرم کمتر بود. پس از این ابتکار کاربرد آلومینیوم تا سال 2005 به 135 کیلوگرم در هر خودرو رسید. احتمال می‌رود تا سال 2015 متوسط آلومینیوم مصرفی در خودروهای اروپایی به 200 کیلوگرم برسد. امروزه این رقم برای برخی خودوهای خاص به 250 کیلوگرم رسیده است.

بحران‌های بازار انرژی و مشکلات جدی زیست محیطی در جهان کنونی، انگیزه اصلی افزایش استفاده از فلز سبک آلومینیوم در خودروها است. مصرف انرژی رابطه مستقیم با گاز کربن دی‌اکسید دارد. اتحادیه اروپا مقدار مجاز تولید دی‌اکسید کربن به ازای هر کیلومتر مسافت را از 185 گرم در سال2003 به 140 گرم در سال 2008 و سپس 120 گرم در سال 2012 کاهش داده است. با سبک‌سازی وسایل حمل و نقل، علاوه بر کاهش مصرف انرژی آلایندگی ایم وسایل کاهش می‌یابد. تخمین زده می‌شود که هر یک کیلوگرم آلومینیوم استفاده شده به جای فلز سنگین‌تر در خودرو سواری می‌تواند موجب تولید 20 کیلوگرم گاز CO2 کمتر در طول عمر خودرو شود.

صنایع خودروسازی با توجه به مصرف بالای آلومینیوم در مسئله بازیافت آلومینیوم نیز از جایگاه عمده ای برخوردار خواهند بود و سهم مهمی در شکل‌دهی بازار بازیافت آلومینیوم دارند. آلومینیوم قراضه حاصل از اوراق خودرو یکی از مرغوب‌ترین انواع قراضه است زیرا ترکیب و نوع آلیاژ مورد استفاده در آن با توجه به نوع قطعه قابل شناسایی است . درصد بازیافت در این بخش در اروپا 85 تا 95 درصد اعلام شده است.

ترکیب آلیاژهای به کار رفته در خودروها با افزایش مصرف آلومینیوم تغییر کرده است. قراضه آلومینیومی بدست آمده از خودروها به صورت کلی در دو گروه ریختگی و کارشده قرار می‌گیرند. در ابتدا تقریبا تمامی آلومینیوم مصرف شده در خودرو از نوع ریختگی بود. آلیاژهای ریختگی 3xx.x به طور گسترده در اجزای انتقال قدرت و ساخت چرخ ها به کار می‌روند. از اجزای خودرو که با آلیاژهای آلومینیومی کار شده جانشین شده اند می توان به سپر،قاب صندلی، گلگیر و رادیاتور اشاره نمود. در گروه آلیاژهای کارشده می توان به سری های 5xxx , 6xxx  اشاره کرد. آلیاژهای  5xxx به دلیل شکل پذیری بالا در ساختارهای داخلی خودرو کاربرد دارند. آلیاژهای 6xxx به دلیل امکان عملیات حرارتی و بدست آوردن خواص مکانیکی مناسب در بخش های بیرونی بدنه استفاده می‌شوند. تهیه آلیاژهای کارشده از آلومینیوم قراضه عمدتا دشوارتر از آلیاژهای ریختگی است. زیرا در آلیاژهای کارشده معمولا در حد مجاز پایین‌تری از ناخالصی‌ها قابل پذیرش است. اما این مسئله در تمامی موارد برقرار نیست. در حالت کلی هر چه جنبه ایمنی و حساسیت کاربرد یک قطعه بیشتر شود حد مجاز عناصر دقیق‌تر می‌گردد. به عنوان مثال چرخ‌های آلومینیومی خودرو در گروه قطعات ریختگی قرار دارند اما حد مجاز ناخالصی آهن در آن کمتر از تمامی آلیاژهای کارشده است. در تولید قطعات حساس بهتر از آلومینیوم قراضه استفاده نشده و در صورت استفاده 20 درصد ماده اولیه فراتر نرود. قطعات ریختگی عمدتا در موتور، گیربکس و چرخ‌ها کاربرد دارند. این قطعات طی اوراق کاری قابل تفکیک می‌باشند. اما چنان که گفته شد در تلاش برای کاهش وزن خودروها و کاهش مصرف سوخت، آلیاژهای کارشده آلومینیومی در قسمت های مختلف خودرو نیز به کار می‌روند. بنابراین در آینده حجم بازیافت آلیاژهای کارشده از خودروهای مستعمل افزایش خواهد یافت.

بهترین حالت در بازیافت استفاده از سیستم حلقه بسته است به این معنی که از قراضه یک محصول مشخص برای تولید همان محصول استفاده شود. سیستم حلقه بسته برای محصولاتی قابل اجرا است که به راحتی جدا و جمع آوری می شوند لذا این سیستم در بازیافت برخی قطعات خودرو به کار می‌رود. در صورت ذوب قراضه‌های مخلوط ممکن است مذاب حاصل در هیچ گروه آلیاژی قرار نگیرد. در چنین مواردی باید مذاب را با افزودن آلومینیوم خالص رقیق کرد. خصوصا اگر آلیاژهای کارشده بدون جداسازی ذوب شوند نیاز خواهد بود تا حداقل یکی از عناصرشان با افزودن آلومینیوم اولیه رقیق شود.

آلیاژهای ریختگی در مقایسه با آلیاژهای کارشده از عناصر آلیاژی بیشتری برخوردارند. به همین خاطر بازیافت قراضه آلیاژهای ریختگی به منظور تبدیل آن‌ها به آلیاژهای کارپذیر نیازمند رقیق کردن زیاد مذاب از عناصر آلیاژی و افزودن آلومینیوم اولیه است. چنین کاری غیر‌عملی است لذا آلیاژهای ریختگی باید مجددا به صورت ریختگی بازیافت شوند. خصوصا محصولاتی از جنس آلیاژهای گروه 3xx.x  و 4xx.x به صورت بازیافتی تهیه می‌شوند. آلیاژهای 319.0  و 380.0 به دلیل تلرانس ترکیبی بالا از آلیاژهای بازیافتی مورد استفاده در صنعت خودرو است.

بر اساس آمار منتشرشده سالانه 11 میلیون دستگاه انواع خودرو در جهان جمع آوری شده و تحت عملیات بازیافت یه خودرو، پیاده‌سازی قطعات است. لیست قطعاتی که باید جدا شوند عبارتند از باتری، رادیاتور، باک، لاستیک ها و اگزوز، با افزایش ارزش قطعات استفاده شده این لیست در حال افزایش است. مبدل‌های کاتالیزوری حاوی فلزات پلاتینی و کاربراتورها از این جمله اند. پیش از خردایش برخی قطعات آلومینیومی که ارزش کافی دارند نیز جدا می‌شوند از جمله چرخ‌ها، کمپرسور، پمپ آب، بلوک سیلندر و سرسیلندر. جداسازی اولیه مرحله مهمی از بازیافت است. قراضه ای که به این صورت تهیه می‌شود از قراضه مخلوط مرغوب نر و گران تر است. اما چنین قطعاتی تنها حدود 20 درصد از آلومینیوم موجود در یک خودرو امروزی را تشکیل می‌دهند.

سپس بدنه خودرو وارد دستگاه های پرس یا خردایش می‌شود. قطعات آهنی با آهنرباهای الکتریکی جدا شده و مخلوطی از پلاستیک، لاستیک، فولادهای پرآلیاژ و فلزات غیرآهنی به جا می ماند. سپس این مخلوط با استفاده از ماشین‌آلات مربوطه تفکیک می شود. امروزه در کشورهای توسعه یافته به ندرت می‌توان یک خودرو از رده خارج را به صورت رهاشده پیدا کرد. این نکته نشانگر افزایش تعداد واحدهای اوراق، خردایش و تفکیک خودرو برای بازیافت است. در کشور ایران هنوز زیرساخت های تکنولوژیک بازیافت فراهم نشده و این فرایند تقریبا به طور کامل به صورت دستی و بر اساس تجربه انجام می‌شود. در شکل زیر فلوچارتی برای جداسازی آلومینیوم از اتومبیل های اوراقی آورده شده است. این فلوچارت طبیعتا باید شامل جداسازی فلزات دیگر نیز باشد. سابقا قراضه‌های فولادی ارزشمندترین بخش خودروهای اوراقی بودند اما اکنون با افزایش استفاده از آلومینیوم در خودروها و با توجه به قیمت بیشتر آلومینیوم، ارزش آلومینیوم موجود در یک خودرو قراضه جدید با آهن و فولاد برابری می‌کند و ممکن است در آینده بازیافت آلومینیوم ارزشمندترشود. نقش مهم دیگر صنایع خودرو در زمینه بازیافت آلومینیوم تولید مقدار زیادی " قراضه نو" است که کمتر مورد توجه قرار گرفته است. قراضه نو حاصل اضافات فرایند تولید است. مانند براده های تراشکاری و دم قیچی های برش ورق. این نوع قراضه در صورت عدم وجود امکان ذوب مجددا در واحد تولیدکننده به تاجران قراضه فروخته می‌شود. قراضه نو مرغوب‌ترین نوع قراضه بوده زیرا نوع آلیاژ آن کاملا مشخص بوده و با مواد دیگر و آلودگی های محیط مخلوط نشده اند.