آلاینده های زیست محیطی صنعت آلومینیوم

آلاینده های زیست محیطی صنعت آلومینیوم

تهیه کننده: فرشاد کفائی

فرمت: PPT تعداد صفحات: 58

تاریخچه

آلومینیوم بوسیله «هانس کریستین ارستد» شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد.

در روم و یونان باستان این فلز را بعنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز به عنوان بند آورنده خون در زخم ها به کار می بردند و هنوز هم به عنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده قرار می گیرد.

در سال 1761، گویتون دموروو پیشنهاد کرد تا Alum را آلومین (Alumin) بنامند.

خواص

• آلومینیوم یک سوم چگالی مس یا فولاد را دارد و فلز سبکی به شمار می رود.
• آلومینیوم فلز بسیار واکنش پذیری است و میل ترکیبی بالایی با اکسیژن دارد.
• هدایت الکتریکی بالایی دارد و رسانا است.
• آلومینیوم از استحکام خوبی نیز برخوردار است و با پایین رفتن دما به استحکام آن اضافه می گردد.
• نقطه ذوب و جوش آن به ترتیب 660/4 و 2467 درجه سانتیگراد می باشد.
• آلومینیوم از جمله فلزاتی است که در حین استحکام بالا، از خاصیت انعطاف پذیری خوبی نیز برخوردار است.

پیدایش و منابع

عنصر آلومینیوم 18% ترکیب پوسته زمین را شامل می شود اما به شکل آزاد بسیار نادر است.

در گذشته فلز آلومینیوم از طلا نیز با ارزشتر و گرانبها تر بوده است اما امروزه بیشتر نظر صنایع متالوژی را به خود معطوف کرده است.

فلز آلومینیوم به دلیل وجود ترکیبی (اکسید آلومینیوم یا آلومینا) در پوسته زمین، جدا کردن آن از سنگ معدن بوکسیت بسیار دشوار است و از این حیس در رده اول قرار می گیرد.

در اوایل به دلیل استخراج سخت و پر هزینه، آلومینیوم از طلا نیز گران تر بود اما با ابداع یک روش آسان جهت استخراج آلومینیوم در 1889، قیمت آن به یکباره سقوط چشمگیری پیدا کرد. میزان منابع آلومینیوم در جهان در قالب نمودار نشان داده شده است:

میزان بوکسیت در کشورهای جهان در سال 2011

میزان بوکسیت در کشورهای جهان در سال 2011

استخراج

استخراج آلومینیوم

اولین مرحله استخراج آن از پوسته زمین می باشد. اگر چه آلومینیوم به دلیل داشتن خاصیت واکنش پذیری بالا به تنهایی در طبیعت یافت نمی شود و همواره همراه با اکسیژن و سیلیکون یافت می شود. بوکسیت با استفاده از فرآیند بایر خالص می شود. این فرآیند طی دو مرحله انجام می شود.

• ابتدا سنگ معدن آلومینیوم با هیدروکسید سدیم مخلوط می شود تا اکسیدهای آلومینیوم و سیلیکون حل شوند، اما سایر ناخالصی ها در این مرحله حل نمی شوند.
• این ناخالصی ها سپس از طریق فیلتر سازی از بین می روند. سپس گاز دی اکسید کربن از درون محلول باقی مانده می­ جوشد و اسید کربنیک ضعیف تشکیل می­ شود، که محلول را خنثی کرده و سبب رسوب اکسید آلومینیوم می شود، اما ناخالصی های سیلیکون در محلول از بین می­ روند.
• پس از فیلتر سازی و جوشیدن تا از بین رفتن آب، اکسید آلومینیوم خالص بدست می­ آید.
• هنگامی که اکسید آلومینیوم خالص تولید می­ شود، آلومینیوم از طریق روش Hall-Heroult  بدست می آید.
• در این روش اکسید آلومینیوم با کریولیت (ساخته شده از فلورید سدیم و فلورید آلومینیوم) مخلوط شده و سپس تا حدود 980 درجه سانتی گراد گرم می شود تا جامدات ذوب شوند.
• این دما بسیار پایین تر از دمای مورد نیاز برای ذوب اکسید آلومینیوم خالص است که سبب ذخیره انرژی می­ شود.
• سپس این مخلوط مذاب با جریان خیلی زیاد، الکترولیز شده و یون های آلومینیوم برای تشکیل فلز آلومینیوم (در کاتد) کاهش می یابند و گاز اکسیژن در آند که از جنس کربن است، آزاد می­ شود تا با آن واکنش داده و گاز دی اکسید کربن تشکیل شود.
• از آنجا که این فرایند به طول می انجامد و نیاز به صرف انرژی (برق) زیاد دارد، فلز آلومینیوم بدست آمده بسیار گران قیمت است اما هنوز از نظر قمیت، قابل رقابت با سایر فلزات می باشد.
• همچنین بازیافت قطعات آلومینیومی اسقاط بخش مهمی از صنایع آلومینیومی در جهان را در بر گرفت. تا اواخر دهه 60 این کار کم منفعت به نظر می رسید، اما زمانیکه قوطی های آلومینیومی نوشیدنی ها وارد عرصه بسته بندی مواد غذایی شد، این کار نیز رونق فراوان بدست آورد. در کنار قوطی ها، اتومبیل ها، پنجره ها، درها، لوازم منزل، کانتینرها و سایر محصولات مورد توجه قرار گرفتند.

کاربرد

• آلیاژهای آلومینیوم در حالت کلی به دو دسته کار پذیر و ریختگی تقسیم بندی می شوند. برخی از کاربردهای آلومینیوم در ذیل آورده شده است:
• قوطی های کنسرو و فویل ها
• وسایل آشپزخانه
• درب منازل مسکونی
• کاربردهای صنعتی در جایی که استحکام، سبکی و مواد ساده مورد نیاز است.
• سیم های الکتریکی، اگرچه هدایت الکتریکی تنها در حدود 60% مس می باشد، از این فلز در خطوط انتقال الکتریسته به دلیل وزن کم و قیمت پایین استفاده می­ شود.
• آلیاژهای آلومینیوم در ساخت هواپیما و موشک ها، بسیار مهم و حیاتی هستند.

مراحل تولید آلومینیوم در روش الکتریکی

مراحل تولید آلومینیوم در روش الکتریکی عبارت اند از:

استخراج و آماده سازی بوکسیت: این مرحله مثل سایر فلزات، شامل خرد کردن، آسیاب کردن و … است.

تولید Al2O3 خالص که شامل مراحل زیر است: لیچینگ گرم، جدا کردن رسوب ها از محلول، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تکلیس Al(OH)3 و تولید پودر Al2O3

لیچینگ گرم: بوکسیت نرم شده وارد سود غلیظ می شود و در دمای بین 180 تا 220 و فشار بین 4 تا 25 اتمسفر آلومینات سدیم تولید می شود (NaAlO2)

جدا کردن رسوب ها از محلول: به روش Settling ته نشین شدن به علت آرام بودن سیال، عمده رسوب های ته نشین شده، جدا می گردند. سپس محلول با آب داغ شسته شده، با افزودن نشاسته به آن فیلتر می شود. به رسوبات باقیمانده گل سرخ Red Mud گفته می شود.

رسوب دادن Al(OH)3 از محلول: که شامل سرد کردن محلول باقیمانده تا دمای 35، افزودن آب به محلول، اضافه کردن پودرAl2O3  به عنوان جوانه زا، دادن زمان کافی

تکلیسAl(OH)3 و تولید پودر Al2O3: خلوص پودر نهایی 99 تا 99.5 درصد است. برای این منظور از روش الکترولیز موسوم به Hall-Heroult استفاده می شود. شکل زیر اجزای این دستگاه الکترولیز را نشان می دهد:

دستگاه الکترولیز Hall-Heroult

الکترولیت نمک مذاب شامل AlF3 ,NaF ,Al2O3 است. اگر آلومینیوم تولیدی ته نشین نمی شد. مقاومت الکترولیت را بالا می برد و مهم تر اینکه دوباره اکسید می شد و تلفات افزایش می یافت. سیستم طوری تنظیم می گردد که به طور مداوم Al2O3 وارد محلول  شود و درصد آن در محلول ثابت بماند.

آند گرافیتی در اثر واکنش با اکسیژن اطرافش و Al2O3 موجود در محلول، مصرف می گردد و باید جایگزین شود. فرآیند الکترولیز مداوم است و در نتیجه شارژ مواد اولیه نیز باید مداوم باشد. به طوری که همیشه یک لایه Al2O3 روی الکترولیت موجود باشد. خروج آلومینیوم بوسیله پمپ خلا صورت می گیرد.

ادامه مطالب زیر را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

• آلاینده ها در مرحله استخراج آلومینیوم
• آلاینده های هوا در کارخانه تولید آلومینیوم
• میزان مجاز آلاینده در صنایع آلومینیوم سازی بر اساس استاندارد سازمان EPA
• روش های کنترل و کاهش آلاینده های کارخانه های آلومینیوم سازی
• اثرات زیست محیطی
• فاضلاب و پساب های صنعتی
• آلودگی خاک

حتما بخوانید:

⇐ اثرات زیست محیطی آلاینده های فاضلاب های صنعتی و روش های کنترل و حذف آنها

⇐ ارزیابی ریسک زیست محیطی fmea

⇐ مدلسازی اثرات بهداشتی منتسب به آلاینده های هوا

⇐ درسنامه جامع مهندسی محیط زیست ( جلد 1 و 2)