آلومینیوم را می‌توان بارها ذوب کرد بی‌آنکه خواص پایه آن از بین برود، و در منابع صنعتی معمولاً گفته میشود بازیافت آن تنها حدود ۵ درصد انرژی تولید آلومینیوم اولیه را مصرف میکند. به همین دلیل تولید شمش آلومینیوم از ضایعات بخش بزرگی از تامین شمش‌های ریخته‌گری را تشکیل می‌دهد. تفاوت یک شمش ثانویه خوب با یک شمش نامرغوب، در کنترل هر یک از مراحل زیر است.
۱. تفکیک ضایعات
ترکیب شمش نهایی از همین مرحله شکل می‌گیرد. ضایعات بر اساس نوع جدا می‌شوند: آلومینیوم کارپذیر مانند پروفیل و ورق، آلومینیوم ریختگی مانند قطعات موتور، قوطی، براده و فویل. همراه آن، آهن با آهن‌ربا جدا میشود و مس، برنج، روی، پلاستیک، لاستیک و قطعات الحاقی کنار گذاشته می‌شوند.
اهمیت این مرحله در یک واقعیت فنی است: آهن و روی اضافی را نمی‌توان به روش متداول از مذاب آلومینیوم جدا کرد و تنها با رقیق‌سازی کم می‌شوند. یک بار ضایعات نامناسب می‌تواند ترکیب کل ذوب را از محدوده استاندارد خارج کند.
هر ضایعات چه چیزی به مذاب می‌آورد؟
| نوع ضایعات | آلیاژ معمول | اثر بر ترکیب و ذوب |
|---|---|---|
| پروفیل ساختمانی | سری ۶۰۰۰ مانند 6063 | سیلیسیم و آهن کم؛ مناسب رقیق کردن آهن |
| قطعات ریختگی موتور و گیربکس | آلومینیوم–سیلیسیم–مس | سیلیسیم و مس بالا؛ پایه آلیاژهای دایکاست مانند LM2 |
| رینگ خودرو | معمولاً A356 | سیلیسیم حدود ۷ درصد، منیزیم و آهن کم؛ ارزشمند برای آلیاژهای کم‌آهن |
| قوطی نوشابه | سری ۳۰۰۰ و ۵۰۰۰ | منیزیم و منگنز؛ پوشش رنگ و افت ذوب بالا |
| براده و تراشه | همان آلیاژ قطعه ماشین‌کاری‌شده | روغن و سطح زیاد؛ افت ذوب بسیار بالا بدون آمادهسازی |
نقش هر عنصر در آلیاژ نهایی را در مقاله تأثیر عناصر آلیاژی بر آلومینیوم توضیح داده‌ایم.
۲. آمادهسازی و خشک کردن
ضایعات خرد یا پرس می‌شوند و رنگ، روغن و پوشش آن‌ها تا حد امکان جدا میشود. براده‌ها روغنگیری و خشک می‌شوند. خشک بودن شارژ فقط برای کیفیت نیست، برای ایمنی است: رطوبت در تماس با مذاب آلومینیوم به‌طور ناگهانی بخار میشود و می‌تواند مذاب را با شدت به بیرون پرتاب کند.
۳. ذوب
بسته به نوع و تمیزی ضایعات، کوره‌های مختلفی به کار می‌روند: کوره شعله‌ای برای حجم بالا، کوره دوار همراه با فلاکس نمکی برای ضایعات آلوده‌تر و کوره القایی برای شارژ تمیز. در همه آن‌ها کنترل دما و زمان ذوب اکسیداسیون و افت فلز را تعیین میکند؛ درباره آن در مقاله افت ذوب آلومینیوم بخوانید.
۴. پالایش مذاب
- فلاکس و سرباره‌گیری: فلاکس به جدا شدن اکسیدها و ناخالصی‌ها از فلز کمک میکند و سرباره از سطح مذاب گرفته میشود.
- گاززدایی: هیدروژن حل‌شده در مذاب، عامل تخلخل گازی در قطعه مشتری است و با تزریق گاز خنثی کاهش می‌یابد. جزئیات در مقاله گاززدایی مذاب آلومینیوم.
- کاهش منیزیم: اگر منیزیم مذاب از سقف گرید هدف بالاتر باشد، با روش‌های ویژه پالایش، مانند تزریق گاز کلر یا فلاکس‌های مخصوص، کاهش داده میشود. این مشکل بیشتر در ذوب قوطی و ضایعات سری ۵۰۰۰ پیش می‌آید.
۵. آنالیز و اصلاح ترکیب
از مذاب نمونه گرفته میشود و با کوانتومتر آنالیز میشود. نتیجه با محدوده گرید هدف مقایسه میشود و ترکیب اصلاح میشود: عنصری که کم است، مانند سیلیسیم یا مس، اضافه میشود و عنصری که زیاد است با افزودن آلومینیوم خالص‌تر رقیق میشود. این چرخه نمونه‌برداری و اصلاح تا رسیدن به محدوده استاندارد تکرار میشود. محدوده عناصر گریدهای رایج را در جدول ترکیب شیمیایی آلیاژهای ریخته‌گری ببینید.
۶. ریخته‌گری شمش
مذاب آماده در قالب‌های شمش ریخته میشود، دستی یا با خط ریخته‌گری پیوسته. سطح هر شمش سرباره‌گیری میشود، شمش‌ها پس از انجماد از قالب جدا و مهر تولیدکننده روی آن‌ها زده میشود، و در بسته‌های منظم چیده و تسمه‌کشی می‌شوند.
آلومینیوم بازیافتی فقط به شمش ریخته‌گری تبدیل نمی‌شود. بخشی از آن در قالب‌های کوچک‌تر به محصولاتی مانند نیم‌کره آلومینیومی ریخته میشود که در فولادسازی برای گرفتن اکسیژن فولاد مذاب به کار می‌رود.
۷. کنترل کیفیت نهایی و برگه آنالیز
از هر ذوب یا محموله نمونه نهایی آنالیز میشود و برگه آنالیز صادر میشود. کنترل ظاهری سطح شمش، آخال سطحی و ترک‌ها، و بررسی مقطع شکست شمش هم بخشی از این مرحله است. نمونه‌ای از برگ آنالیز و تصویر مقطع شکست شمش را در صفحه شمش آلومینیوم خشک ببینید.
جدول خلاصه مراحل
| مرحله | هدف | اگر درست انجام نشود |
|---|---|---|
| تفکیک | ترکیب قابل پیش‌بینی | آهن و روی بالا که اصلاح‌پذیر نیست |
| آمادهسازی و خشک کردن | حذف رطوبت و آلودگی | خطر پاشش مذاب، سرباره و گاز بیشتر |
| ذوب | ذوب با کمترین اکسیداسیون | افت ذوب بالا |
| پالایش | حذف اکسید و هیدروژن | آخال و تخلخل در قطعه مشتری |
| آنالیز و اصلاح | رسیدن به گرید هدف | شمش خارج از محدوده استاندارد |
| ریخته‌گری | شمش سالم و یکنواخت | ترک و آخال سطحی |
| کنترل نهایی | سند قابل اتکا برای خریدار | خریدار بدون مبنای مقایسه |
خریدار از کجا بفهمد این مراحل درست انجام شده؟
- برگه آنالیز همان محموله را بخواهید، نه یک آنالیز کلی.
- آنالیز چند محموله پشت سر هم را مقایسه کنید؛ یکنواختی نشانه کنترل فرآیند است.
- سطح و مقطع شکست چند شمش را ببینید.
- از تامین‌کننده درباره روش تفکیک ضایعات و تجهیزات آنالیز بپرسید.
سوالات متداول
آیا شمش تولیدشده از ضایعات کیفیت پایین‌تری دارد؟
نه لزوماً. اگر ضایعات درست تفکیک شوند، مذاب پالایش شود و ترکیب با آنالیز کوانتومتری به محدوده گرید برسد، شمش ثانویه برای ریخته‌گری کاملاً مناسب است. معیار قضاوت، برگه آنالیز محموله است.
چرا آهن اضافی را نمی‌توان از مذاب آلومینیوم جدا کرد؟
چون روش متداول و اقتصادی برای جدا کردن آهن از مذاب آلومینیوم وجود ندارد و تنها راه عملی، رقیق کردن با آلومینیوم خالص‌تر است. به همین دلیل کنترل آهن باید از مرحله تفکیک ضایعات شروع شود.
آیا براده آلومینیوم برای تولید شمش مناسب است؟
بله، به شرط آمادهسازی. براده روغن و رطوبت دارد و سطح آن نسبت به وزنش بسیار زیاد است؛ اگر خشک و روغنگیری نشود و سریع زیر سطح مذاب نرود، بخش بزرگی از آن میسوزد و به سرباره تبدیل میشود. جزئیات در مقاله افت ذوب آلومینیوم.
بازیافت آلومینیوم چقدر انرژی صرفهجویی میکند؟
در منابع صنعتی معمولاً گفته میشود ذوب دوباره آلومینیوم حدود ۵ درصد انرژی تولید آلومینیوم اولیه را مصرف میکند؛ یعنی صرفهجویی حدود ۹۵ درصدی. عدد دقیق به روش و تجهیزات هر کارخانه بستگی دارد.
