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 می شود تولید آلومینیوم اولیه به روش هال- هرولت فرآیندی انرژی بر 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 دیگ های احیا نیاز به حدود 15 کیلووات ساعت انرژی است. این مقدار با احتساب مراحل فرآوری بوکسیت به حدود 24 کیلو وات ساعت می رسد. اما برای ذوب مجدد یک کیلوگرم آلومینیوم قراضه تنها به یک کیلو وات ساعت انرژی نیاز است. بنابراین فلز آلومینیوم را می توان به عنوان یک بانک انرژی به حساب آورد.

آلومینیوم تولید شده سپس در صنایع مختلفی مصرف می شوند 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 می کنند. امروزه قوطی های نوشابه تا 60 روز پس از تولید، مصرف شده، جمع آوری شده و با ذوب مجدد تبدیل به قوطی دیگری می شوند. اما طول عمر سازه های مورد استفاده در ساختمان سازی چندین دهه به طول می انجامد. این عدد در مورد صنایع خودروسازی در کشورهای توسعه یافته کمتر از 15 سال است اما در کشورهای کمتر توسعه یافته می تواند تا بیش ار سه دهه به طول انجامد.

در شکل زیر سهم هر یک از صنایع مصرف کننده آلومینیوم در سال 2007 مشاهده می شود. 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 می باشد. با توجه به تیراژ بالای تولید خودرو سهم عمده مصرف آلومینیوم با صنایع خودوسازی می باشد. بیش از 90 درصد آلومینیوم مصرف شده در این صنعت در قطعات مختلف خودروهای سبک و سنگین به کار می رود و سهم بخش های دیگر همچون هواپیماسازی، حمل و نقل دریایی و ریلی کمتر از 10 درصد است. بنابراین یکی از مهم ترین بخش های مصرف کننده آلومینیوم در جهان صنایع خودروسازی است. مصرف آلومینیوم2

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 می رود 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.

بحران های 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 دی اکسید دارد. اتحادیه اروپا مقدار مجاز تولید دی اکسید 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 سبک سازی وسایل حمل و نقل، علاوه بر کاهش مصرف انرژی آلایندگی ایم وسایل کاهش می یابد. تخمین زده می شود که هر یک کیلوگرم آلومینیوم استفاده شده به جای فلز سنگین تر در خودرو سواری می تواند 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 شکل دهی بازار بازیافت آلومینیوم دارند. آلومینیوم قراضه حاصل از اوراق خودرو یکی از مرغوب ترین 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 به دست آمده از خودروها به صورت کلی در دو گروه ریختگی و کارشده قرار می گیرند. 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 می روند. 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 به دست آوردن خواص مکانیکی مناسب در بخش های بیرونی بدنه استفاده می شوند.

تهیه آلیاژهای کارشده از آلومینیوم قراضه عمدتا دشوارتر از آلیاژهای ریختگی است. زیرا در آلیاژهای کارشده معمولا در حد مجاز پایین تری از ناخالصی ها 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 دقیق تر می گردد. به عنوان مثال چرخ های 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 چرخ ها کاربرد دارند. این قطعات طی اوراق کاری قابل تفکیک می باشند. 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 می روند. 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 می رود. در صورت ذوب قراضه های 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 آن ها به آلیاژهای کارپذیر نیازمند رقیق کردن زیاد مذاب از عناصر آلیاژی و افزودن آلومینیوم اولیه است. چنین کاری غیر عملی 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 می شوند. آلیاژهای 319.0 و 380.0 به دلیل تلرانس ترکیبی بالا از آلیاژهای بازیافتی مورد استفاده در صنعت خودرو است.