ماشین آلات جداسازی ضایعات

 

در روند بازیافت و فراوری ضایعات فلزی مختلف، مراحل متعددی وجود دارد که بدون شک یکی از مهم‌ترین آن‌ها، جداسازی قطعات و ضایعات فلزی جمع آوری شده است. این جداسازی از این نظر اهمیت دارد که هر جنس از فلز مراحل و فرایندهای خاص خود را برای فراوری مجدد نیاز دارد. بنابراین باید قراضه‌های جمع آوری شده از لحاظ تفاوت در جنس فلزی، جداسازی شوند و این امر نیازمند تکنولوژی‌های خاص برای هر یک است. امروزه ماشین آلات جداسازی مختلفی بدین منظور طراحی شده‌اند که سعی کرده‌ایم در این متن یک دورنما از کار هر یک را شرح دهیم.

 

مراحل اصلی در بازیافت ضایعات فلزی

1. جمع آوری و خرید قراضه‌ها از مراکز صنعتی یا اماکن مسکونی صورت گرفته و به انبار منتقل می‌شود.
2. جداسازی ضایعات با جنس‌های مختلف که توسط ابزار و ماشین آلات جداسازی به خصوصی انجام می‌شود.
3. خرد کردن قطعات برای آسان‌تر شدن مراحل فراوری و بارگیری در کوره‌های ذوب (با تکه تکه کردن قراضه‌های بزرگ و حجیم، و ایجاد قطعات کوچک‌تر، راندمان ذوب بالاتر می‌رود، زیرا گرما راحت‌تر به تمامی قسمت‌های قراضه نفوذ خواهد کرد.)
4. ذوب قطعات در کوره‌های مخصوص و تحت دمای بسیار بالا (کوره‌ها نیز انواع متفاوتی بر حسب مواد استفاده دارند.)
5. خالص سازی مواد مذاب به وسیله‌ی انجام فرایندهایی که ناخالصی‌ها را از ماده‌ی مذاب جدا می‌کند.
6. انجماد و بارگیری در قالب‌های شمش یا قطعات مختلف مورد نیاز که پس از خنک شدن محصول نهایی با قطعات کوچک‌تر و مناسب برای استفاده در صنایع تولید خواهد شد.
7. ارسال محصولات تولید شده به صنایع و کارخانه‌های مصرف کننده

 

 

تصویر 1- نمونه ای از چنگک های ابزار و ماشین آلات جداسازی ضایعات

سنگ آهن چیست؟

 

در صنایع مختلف امروزی از انواع فلزات استفاده می‌شود. اما بدون شک یکی از مهم‌ترین اقسام فلزات مورد استفاده، آهن است. سنگ آهن را از معادن شناسایی شده استخراج کرده و پس از فرآوری و خالص سازی، برای تولید انواع سازه‌های فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. صنایع و تمدن‌های پیشرفته‌ی امروزی تا حدود زیادی به سازه‌های فولادی و چدن حاصل از این سنگ نیازمندند. در این مقاله ما برایتان شرح می‌دهیم که سنگ آهن اساسا چیست و بشر چگونه از آن بهره‌مند می‌شوند. هم چنین در نهایت متوجه خواهید شد که چرا استفاده از ضایعات آهن برای تولید فولاد، بر بکارگیری سنگ های معدنی اولویت دارد.

 

سنگ آهن چیست؟

سنگ آهن (Iron ore) نوعی سنگ معدنی حاوی رگه‌هایی از آهن (Fe) است که برای مورد استفاده قرار گرفتن، باید خالص سازی شود. برای خالص کردن این سنگ، باید فرایند ذوب و احیا در کوره‌ها به شکل متداول امروزی، انجام شود. این سنگ از فراوان‌ترین سنگ‌های فلزات در زمین است، بصورتی که می‌توان گفت حدود 5 درصد از کل پوسته‌ی زمین را اکسید آهن تشکیل داده است.

ترکیبات موجود در سنگ آهن

دو کانی رایج در ترکیب سنگ آهن با نام‌های هماتیت و مگنتیت مشخص می‌شوند. هماتیت، نوعی کانی با فرمول شیمیایی Fe₂O₃ و نام‌های معادل حدید و شادنه است. این کانی حاوی حدود 70 درصد (Fe) و 30 درصد اکسیژن است. از این کانی در رنگ سازی و تولید ضد زنگ‌ها استفاده می‌کنند.

کانی دیگر با نام مگنتیت، برگرفته از واژه‌ی یونانی به معنای آهنربا است. فرمول شیمیایی کانی مگنتیت به صورت Fe₃O₄ بوده و حاوی 72 درصد Fe است. البته انواع دیگری از سنگ آهن وجود دارند که با نام کانی‌های سازنده‌ی آن‌ها، زئولیت، لیمونیت، سیدریت، گرینالیت، مارکالیت و... مشخص می‌شوند. قدم اول در بدست آوردن منابع خام سنگ آهن، شناسایی معادن غنی از این سنگ است که توسط مهندسان و کارشناسان حرفه‌ای معدن صورت می‌گیرد.

پس از شناسایی معادن بالقوه، سنگ آهن را استخراج و برای جدا کردن ناخالصی‌ها و بدست آوردن فلز خالص آماده می‌کنند. آهنی که خالص شده به صورت پودری تیره رنگ حاصل می‌شود که در برابر اکسایش و ضربه بسیار آسیب پذیر است. در حقیقت برای اینکه جهت استفاده در سازه‌های فلزی مستحکم در صنایع مختلف مانند ساختمان سازی مناسب شود، ابتدا می‌بایست با عناصر دیگر ترکیب شود. به ترکیب آهن با عناصر دیگر که عموما کربن، نیکل و کروم هستند، آلیاژ می‌گویند.

کشور چین بزرگترین وارد کننده و مصرف کننده‌ی این سنگ در بین بقیه‌ی کشورهاست. کشورهای استرالیا و برزیل نیز بزرگترین تولید کنندگان آن در کل جهان به شمار می‌روند.

 

 

تصویر 1- نمونه‌ای از سنگ آهن استخراج شده از معادن آهن

آهن اسفنجی یا قراضه؟ کدام برای تولید فولاد بهتر است؟

از آن زمان که بشر به تولید فولاد برای استفاده در سازه‌های فلزی روی آورده است، تا به همین امروز، شاهد افزایش تقاضا برای تولید آن هستیم. در حقیقت به تدریج نیاز به بکارگیری فولاد بیشتر و بیشتر شده و به دنبال آن تکنولوژی‌های مورد استفاده در رابطه با ساخت و پرداخت آن نیز طراحی و اجرا شده‌اند. این تکنولوژی‌ها نیاز به مواد اولیه‌ی متفاوتی مانند آهن اسفنجی، قراضه ها یا سنگ آهن دارند. اما استفاده از کدام منبع برای تولید فولاد بهتر از سایرین است؟ آیا استفاده از ضایعات آهن ارجحیت دارد یا آهن اسفنجی؟

ما در این مطلب سعی کرده‌ایم به مقایسه‌ی قیمت و مزایای استفاده از آهن اسفنجی به جای قراضه بپردازیم.

مختصری در مورد تکنولوژی‌های ساخت

در سال‌های اخیر دو تکنولوژی عمده در تولید آهن و چدن مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• روش استفاده از کوره‌ی بلند موسوم به احیای غیر مستقیم
• روش استفاده کوره‌ی قوس الکتریکی موسوم به احیای مستقیم

اساسا در این دو روش، سنگ آهن یا همان اکسید آهن را احیا می‌کنند تا اکسیژن موجود در آن خارج شده و به آهن با درصد خلوص بیشتر دسترسی پیدا کنند. در تکنولوژی احیای غیر مستقیم، سنگ آهن، کک و آهک را به کوره‌های بلندی وارد کرده و در نهایت از آن، آهن خام بدست می‌آید. در ادامه آهن خام را به فولاد تبدیل کرده و ناخالصی‌ها را از آن جدا می‌کنند.

اما در احیای مستقیم قراضه‌ها و ضایعات آهن، یا آهن اسفنجی را به کوره‌های قوس الکتریکی وارد می‌کنند. در اغلب اوقات این روش را به احیای غیرمستقیم ترجیح می‌دهند، زیرا می‌توان گفت هزینه و زحمت کمتری دربردارد. هم‌چنین شواهد حاکی از آن است که در کوره‌های قوس سرعت تولید بالاتر بوده، در حالی که آلودگی کمتری نیز ایجاد می‌کنند.

 

اما در ایران از کدام روش و چه وسایل و ابزاری برای تهیه‌ی فولاد استفاده می‌کنند؟

در کشور ما به دلیل کمبود قراضه‌ی آهن، استفاده از آهن اسفنجی و کوره‌های قوس برای تولید فولاد متداول‌تر است. البته در برخی کارخانه‌ها نیز از آهن قراضه برای این امر استفاده می‌کنند. اما اگر محدودیت منابع نداشته باشیم، کدام ماده‌ی اولیه برای استفاده در این کوره ارجحیت دارد؟

در زیر سعی می‌کنیم اطلاعاتی برای تصمیم گیری در این مورد، در اختیار شما قرار داده و در نتیجه تصمیم بهتری اتخاذ کنیم.

 

 

[caption id="attachment_1321" align="aligncenter" width="1143"] تصویر ا- استفاده از کوره‌ی برقی (قوس الکتریکی) برای ذوب قراضه‌ها یا آهن اسفنجی[/caption]

مزایای استفاده از آهن اسفنجی به جای قراضه در تولید

به طور کلی فوایدی که در به کارگیری آهن اسفنجی (در کوره‌های قوس) نسبت به قراضه‌های آهنی وجود دارد، به سه دسته‌ی عمده قابل تقسیم است:

مزیت‌ها در ترکیب شیمیایی محصول نهایی (نسبت به استفاده از قراضه آهن)

• هموژن بودن و یکنواختی بیشتر در ترکیب نهایی محصول فولادی دیده می‌شود.
• درصد کمتری از گوگرد و فسفر در محصول نهایی وجود خواهد داشت.
• عناصر مزاحم و ناخالصی‌های موجود در فولاد نهایی از جمله مس، تنگستن، قلع، کروم، سرب و روی بسیار کمتر خواهد بود.
• کیفیت و خواص مکانیکی فلزی بسیار بالا می‌رود.
• راندمان و بهره‌وری در تولید فولاد افزایش می‌یابد.
• انتقال بهتر گرما و شتاب در واکنش‌های درون کوره صورت می‌گیرد.
• کاهش در نیتروژن موجود در ماده‌ی مذاب که باعث افزایش کیفیت شمش‌های نهایی خواهد شد.

مزیت‌ها در عملیات‌های قبل از ذوب شامل انبارسازی، انتقال و شارژ کوره

• امکان انبار کردن دانه‌های آهن اسفنجی نسبت به قراضه‌ی آهن به مراتب راحت‌تر خواهد بود.
• سهولت قابل توجهی در انتقال ماده‌ی اولیه به کوره‌ی قوس یا انبار ذخیره سازی وجود دارد.
• شارژ کوره‌های برقی با وجود دانه‌های گردشده و منظم آهن اسفنجی ساده‌تر می‌شود.
• در کلیه‌ی مراحل جابجایی نیاز به استفاده از ابزار و ماشین آلات سنگین مانند جرثقیل وجود نخواهد داشت.

[caption id="attachment_1322" align="aligncenter" width="1080"] تصویر 2- آهن اسفنجی برای بکارگیری در کوره های برقی[/caption]

مزیت‌ها در حین عملیات

• شارژ مداوم کوره‌های قوس با آهن اسفنجی امکان پذیر بوده که این موضوع سبب کاهش زمان ذوب و انرژی مصرفی می‌شود. (در حالی که در استفاده از قراضه برای تولید فولاد باید یک بار به طور کامل کوره شارژ شده و بلافاصله امکان شارژ مجدد و ادامه‌ی مسیر وجود نخواهد داشت.)
• کاهش مصرف برق به میزان 15 کیلو وات در ساعت به ازای هر تن ماده‌ی اولیه صورت می‌گیرد.
• میزان اکسیژن تزریقی به کوره کاهش خواهد یافت.
• قسمتی از انرژی مورد نیاز برای ذوب در کوره از کربن موجود در آهن اسفنجی تامین می‌شود.
• کاهش در مقدار شکست الکترود و سایش دیواره‌ی آن را خواهیم داشت.(در حالی که سقوط قراضه‌ها به داخل کوره اغلب منجر به شکست الکترود‌ها می‌شود.)
•  آسیب به قسمت‌های داخلی کوره برقی بسیار کمتر است.
• احتمال آلوده شدن اطراف کوره نیز کم‌تر می‌شود.

[caption id="attachment_1323" align="alignnone" width="1080"] تصویر 3- قراضه‌های آهن مورد استفاده در کوره‌های برقی[/caption]

مقایسه‌ی قیمت تمام شده در استفاده از آهن اسفنجی به جای قراضه‌ی آهن

به طور کلی سنگ آهن عمده‌ترین منبع مورد استفاده برای تولید فولاد در کل جهان است. اما استفاده از آن مستلزم وجود کوره‌های بلند و سرمایه گذاری قابل توجهی خواهد بود. هم‌ چنین این کوره‌ها آلودگی بیشتری نیز به محیط زیست وارد می‌کنند. بنابراین بکارگیری کوره‌های برقی در کنار قراضه‌های فلزی و آهن اسفنجی راهکار بهتری به نظر می‌رسد.

برای مقایسه‌ی قیمت تمام شده بین این دو ماده‌ی مصرفی می‌توان گفت به دلایل زیر استفاده از آهن اسفنجی به مراتب به صرفه‌تر خواهد بود:

1. کاهش آسیب به الکترود و قسمت‌های داخلی کوره، میزان خسارت‌های احتمالی را بسیار کم می‌کند.
2. با کاهش میزان زمان و انرژی مصرف شده می‌توان نتیجه گرفت هزینه‌های متحمل شده کاهش می‌یابد.
3. با توجه به عدم نیاز به تجهیزات و ماشین آلات فوق ثقیل، هزینه‌ی مورد نیاز بسیار کم خواهد بود.
4. کیفیت و خلوص بیشتر محصول نهایی به منزله‌ی صرف هزینه‌ی کم‌تر برای تولید حجم مشخصی از فراورده با خلوص معین است.

حالا که به ذکر مزایای استفاده از آهن اسفنجی در ساخت فولاد پرداختیم، مشخص می‌شود که جایگزینی قراضه‌ها با آهن اسفنجی (هم از نظر صرفه‌ی اقتصادی و هم از نظر زمان و سختی عملیات) توجیه پذیر خواهد بود. به علاوه در شرایطی که امکان دسترسی به آهن اسفنجی در کشور ما بهتر از قراضه‌های آهنی هست، ضرورت جایگزینی با این ماده دو چندان شده است.

با تشکر از همراهی شما

آهن گالوانیزه و ضایعات گالوانیزه چیست؟

آهن و فولاد، دو فلز بسیار پر کاربرد در وسایل و ابزار متداول در زندگی انسان هاست. تمامی قسمت‌های تکنولوژی، صنایع، ابزار و تجهیزات ساختمان‌ها و بسیاری اجزای دیگر در زندگی ما وابسته به آنها است. اما خطر خوردگی و اکسایش این مواد فلزی را تهدید و آسیب پذیر کرده است. از این رو بشر به فکر ابداع راه‌های مختلفی برای محافظت از این محصولات افتاده است. نتیجه‌ی تحقیقات و تلاش‌ها به ساخت نوعی آهن روکش‌دار موسوم به آهن گالوانیزه انجامیده است. با ما همراه باشید تا خصوصیات این ماده و ضایعات گالوانیزه را برای شما شرح دهیم. ضایعات گالوانیزه را در بین ضایعات آهن در مراکز جمع‌آوری و خرید قراضه‌ها، انبار و آماده‌ی فراوری می‌کنند.

 

آهن گالوانیزه چیست؟

به یک ورقه‌ی آهنی یا فولادی که با روکشی از جنس روی پوشانده شده باشد، گالوانیزه می‌گویند. فایده‌ی استفاده از این روکش، محافظت لایه‌های زیرین و جلوگیری از زنگ زدگی آن است. بصورتی که حتی اگر پوشش آن بعد از مدتی به هردلیلی از بین برود، لایه‌ی زیری زنگ نمی‌زند. بنابراین پوششی مناسب برای لوله‌های آب و مانند آن هستند.

برای تولید گالوانیزه، ورقه‌های نازکی از جنس آهن را در مخزنی حاوی روی مذاب فرو می‌برند تا سطح آن را بپوشاند. سپس آن را بیرون می‌آورند و آهن گالوانیزه  یا آهن سفید تشکیل می‌شود. ویژگی حائز اهمیت در این محصول، حفظ ساختار ماده در برابر افساد و به بیان بهتر زنگ زدن است که در طول مدت کوتاهی فلز را شکننده و آسیب پذیر خواهد کرد.

به عملیات تولید ورق‌های گالوانیزه، گالوانیزاسیون یا آبکاری گالوانیزه سرد و گرم گفته می‌شود. این نام، دو روش کلی برای تولید این محصول را توضیح می‌دهد. در روش آبکاری گالوانیزه‌ی گرم، قطعه‌ی آهنی و فولادی مورد نظر را وارد مخزنی حاوی روی مذاب می‌کنند. دمای این مایع، تا 460 درجه‌ی سانتی گراد نیز می‌رسد. این روکش روی، با اکسیژن و کربن واکنش داده و یک لایه‌ی بسیار مقاوم را ایجاد می‌کند.

در آبکاری گالوانیزه‌ی سرد، باید روی را به صورت نمک، در درون یک محلول اسیدی یا آبی حل کنند. سپس محلول حاصل را به قطعه‌ی آهنی یا فلزی مورد نظر اسپری می‌کنند.

ضخامت لایه‌ی روی، بر روی قطعه آهنی یا فولادی در آبکاری گرم حدود 4 تا 5 برابر روش دیگر است. بنابراین قطعاتی که با آبکاری گرم ساخته می‌شوند، بیشتر برای بکارگیری در محیط‌های باز و خارج ساختمانی مفید هستند. زیرا مقاومت این محصولات در برابر خوردگی بسیار بیشتر است.