فرآیند بازیافت ضایعات آهن شامل چه مراحلی است؟

آهن قراضه یا ضایعات آهن چیست؟

ضایعات آهن و فولاد که به عنوان آهن قراضه نیز شناخته می شوند، یک ماده قابل بازیافت بوده که در حین تولید محصولات آهنی و فولادی ایجاد شده و یا محصولات آهنی هستند که به پایان عمر خود رسیده اند. قراضه آهنی معمولاً در هنگام فولادسازی بازیافت می شود. خریدار ضایعات آهن این آهن قراضه ها را به کارخانه منتقل میکند.

در بین انواع ضایعات آهنی، ضایعات فولادی حداکثر درصد را تشکیل می دهند. ضایعات آهنی، مواد اولیه برای تولید فولاد در کوره قوس الکتریکی و کوره القایی می باشند. آهن و فولاد اغلب ممکن است با هم اشتباه گرفته شوند. با این حال تفاوت های آهن و فولاد باعث شده فولاد کاربرد و محبوبیت بیشتری داشته باشد.

تولید آهن قراضه و ضایعات آهن

قراضه آهن از منابع مختلف ایجاد می شود و بنابراین از نظر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی متفاوت است. کیفیت این ضایعات بر فرآیند تولید فولاد تأثیر بسزایی دارد. عمر قراضه های آهن می تواند از یک روز تا بیش از 100 سال متغیر باشد. خواص ضایعات آهن نیز بستگی به این دارد که ضایعات از کجا آمده و در چه زمانی تولید شده اند. بر این اساس می توان آنها را به ضایعات تولیدی در کارخانه، ضایعات جدید و ضایعات قدیمی تقسیم بندی کرد:

ضایعات تولیدی در کارخانه

این ضایعات در کارخانه و هنگام تولید محصولات آهنی و فولادی تولید شده و در طول فرایند تولید به ندرت از منطقه تولید کارخانه خارج می شود. این قراضه ها را قراضه برگشتی نیز می نامند و آنها را به کوره فولادسازی بازگردانده و دوباره ذوب می کنند. پیشرفت های تکنولوژیکی تولید این نوع ضایعات را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. بهترین خریدار ضایعات آهن خود کارخانه ذوب میباشد، ولی مستقیم نمیتوان به آن فروخت.

ضایعات جدید

این ضایعات زمانی ایجاد می شوند که فولاد بریده، کشیده، اکسترود یا ماشینکاری شود. این نوع ضایعات به طور کلی به سرعت به کارخانه های فولاد منتقل می شوند تا دوباره ذوب شوند. عرضه ضایعات جدید تابعی از فعالیت های صنعتی است. وقتی فعالیت زیاد باشد، مقدار بیشتری ضایعات جدید تولید می شود. ترکیب شیمیایی و ویژگی های فیزیکی ضایعات جدید به خوبی شناخته شده است و اصولا قراضه های جدید قبل از ذوب شدن مجدد نیازی به هیچ گونه فرآیند پیش تصفیه ندارند، هرچند ممکن است برش به اندازه لازم باشد. این ضایعات معمولاً تمیز بوده، به این معنی که با مواد دیگر مخلوط نشده است.

ضایعات قدیمی

شامل ضایعاتی بوده که وقتی محصولات فولادی (مانند خودروها، لوازم خانگی، ماشین آلات، ساختمان ها، پل ها، کشتی ها، قوطی ها، واگن ها و غیره) از بین می روند و عمر مفید آنها به اتمام رسیده باشد، تولید می شوند. از آنجا که این ضایعات پس از یک چرخه استفاده، به صورت جداگانه یا مخلوط جمع آوری می شوند، اغلب بسته به منشاء و فرایند جمع آوری مورد استفاده، تا حدودی آلوده می شوند. از آنجا که این نوع قراضه ماده ای است که سال ها مورد استفاده قرار گرفته است، ترکیب شیمیایی و ویژگی های فیزیکی آنها به طور معمول شناخته شده نیست.

انواع ضایعات آهن و درجه بندی آنها

انواع ضایعات آهن بر حسب وزن، قیمت، کیفیت، نوع عناصر به کار رفته در ترکیب آنها و نیز کاربرد، به انواع مختلفی تقسیم می شوند:

درجه یک

شامل لوله های سیاه صنعتی، قوطی و پروفیل های زنگ نزده، لوازم موتوری سبک و سنگین، ورق های روغنی و سیاه رنگ شده، ریل قطار، شاسی اتوموبیل ها، آهن آلات شرکت های برقی، سر و ته آبگرمکن ها و شوفاژها که بدون رسوب باشند و نیز انواع چرخ دنده ها می شوند.

درجه دو

انواع ضایعات درب و پنجره، بدنه دوچرخه و موتور سیکلت، لوله بار گالوانیزه، لوله بار سبک، انواع توری، سیم جوش، تسمه های کلاف شده، میل گرد کلاف شده، ورق های گالوانیزه و نیز اتصالات گالوانیزه به عنوان ضایعات درجه دو می باشند.

درجه سه

ضایعات آهنی درجه سه نیز شامل انواع ورق های گالوانیزه استفاده شده و رنگ خورده، حلب ها، اگزوز ها و شلنگ های فشار قوی سوخته می باشند. این دسته شامل آهن های با کمترین کیفیت می باشند.

روغنی

ضایعات آهنی روغنی شامل ورق های تولید شده به روش کارسرد بوده که در صنایع خودروسازی و… مورد استفاده قرار می گیرند.

گالوانیزه

شامل ضایعاتی آهنی بوده که دارای پوشش گالوانیزه از جنس روی هستند و آنها را در برابر زنگ زدگی و خوردگی مقاوم می کند مانند لوله های آب، کانال کولر و غیره. ضایعات آهنی گالوانیزه به دلیل برخورداری از آهن، نسبت به سایر ضایعات ارزش کمتری دارند.

ویژه

ضایعات ویژه شامل ورق سیاه روغنی و بدون زنگ زدگی، انواع پروفیل ها شامل تکه نبشی، سر تیر آهن، انواع میلگرد و چهار پهلوی کوتاه قد، تکه ناودانی، لوله سیاه ضخیم، کناره ورق های ضخیم، انواع تسمه های آهنی ضخیم و نیز قالب های بتنی، پرسی میلگرد، رینگ اتومبیل و موتور یخچال می باشند.

سوپر ویژه

ضایعاتی نظیر آهن آلات ساختمانی از قبیل تیرآهن، خرده میل گرد، گوشه ورق ضخیم، نبشی، ناودانی و لوله های ضخیم کمتر از یک متر که ارزش اقتصادی بیشتری دارند تحت عنوان ضایعات سوپر ویژه یاد می شوند.

آلیاژی

ضایعات آهنی که در ترکیب آنها عناصری چون کروم، منگنز، نیکل، آهن، مس و غیره وجود دارد مانند میل لنگ، چرخ دنده ها، کمک فنر، سیم بکسل و غیره.

بارهای ممنوعه

ضایعات تحت عنوان بارهای ممنوعه شامل ادوات جنگی و قلم جوش ها می باشند.

کاربرد ضایعات آهن

از داستان اینکه و چگونه تولید میشود تا ضایعات آهن و کاربردهای آهن قراضه در صنعت ساختمان سازی و پروژه هایی مانند جاده ها و پل ها ، یادآور اهمیت این عنصر مهم است . در صنعت حمل و نقل، می توان از آن در ساخت خودرو، هواپیما و سایر روش های حمل و نقل استفاده کرد. یکی دیگر از کاربردهای اخیر، سم زدایی فاضلاب صنعتی است.

بسیاری از لوازم خانگی و ظروف نیز از ضایعات فلزی ساخته شده اند. این استفاده از قراضه فلزات توسط بسیاری از صنایع، با به حداقل رساندن نیاز به معادن منابع طبیعی که کمیاب هستند، همراه می باشد. استفاده از قراضه در ساخت این اقلام بسیار ارزان تر است. از طرفی، به محیط زیست نیز کمک کرده تا موجب آلودگی آن نشوند. مبلمان فلزی اغلب از فلزات بازیافتی ساخته شده اند و می توانند زیبا و بادوام باشند. بنابراین قراضه آهن در ساخت گلایدر، نیمکت، میز و حتی استفاده در لامپ ها بسیار پرکاربرد است.

بازیافت ضایعات آهن

بازیافت ضایعات آهن به منظور استفاده مجدد از قراضه ها در جهت کاهش هزینه ها و نیز حفاظت از محیط زیست طبق مراحل زیر انجام می شود:

تمام فلزات با ارزش هستند، بخصوص ضایعات آهن که اغلب مانند زباله با آنها برخورد می شود. بسیاری از مصرف کنندگان و مشاغل درک نمی کنند که فلزات بدون از دست دادن ارزششان به راحتی قابل بازیافت اند.
آنها ممکن است تعجب کنند که امروزه چه مقدار ضایعات فلزی بازیافت می شوند و چقدر فلزاتی مانند آلومینیوم ، فولاد و مس برای تولید کنندگان ارزشمند هستند.

بازار جهانی بازیافت فلزات طی چند دهه گذشته بطور چشمگیری گسترش یافته است و بازیافت ضایعات صنعتی به عنوان یک مؤلفه اصلی برای مشاغل بزرگ که به دنبال کاهش هزینه ها با استفاده از بازیافت فلزات هستند ، ظاهر شده است. (طرح فرآوری و بازیافت ضایعات مس و برنج)

مس فلزی نسبتا قرمز رنگ است و قابلیت هدایت الکتریکی و حرارتی بالایی دارد.مس یکی از پرکاربردترین فلزات در صنعت است. مس نام یک عنصر جدول تناوبی با نماد شیمیایی Cu (برگرفته از واژهٔ لاتین cuprum) است. مس عنصری جامد ، غیر قابل احتراق بوده و به صورت خالص در طبیعت وجود دارد. مس عنصری سودمند و مفید از لحاظ تجاری محسوب می شود . ترکیبات مس به رنگ سبز – آبی است .

اولین عنصر شناخته شده است و دارای دو ایزوتوپ است .مس یکی از عناصر رایج در طبیعت است که بر اثر پدیده های طبیعی در محیط زیست به مقدار فراوان یافت میشود. مس علاوه بر این‌که در سنگ‌های معدنی گوناگون وجود دارد، به حالت فلزی نیز یافت می‌شود. فلز مس بصورت سنگ‌های اکسیده، سنگ‌های سولفوره و مس طبیعی در طبیعت قرار دارد. سنگ‌های سولفوره براثر تغییرات جوی و فعل و انفعالات طبیعی به سنگ‌های اکسیده تبدیل می‌شوند.

روش استحصال و فرآوری مس نسبتا آسان است و اغلب محصول فرعی نقره و سایر کانی ها است. حدود ۴۰ درصد مصرف مس در صنایع الکتریکی است. مس ثانوی، مسی است که از ذوب قراضه و آلیاژهای کهنه مس به دست می آید. مس دارای سه درجه می باشد که شامل مس الکترولیزی با خلوص بیش از ۹۹.۹۹ درصد، مس دریاچه ای و مس ریختگی می شود.

جذب مس برای بدن حیاتی است و انسان می تواند مقدار زیاد مس را تحمل کند. اما انتشار مس به مقدار زیاد می تواند منجر به ایجاد عوارضی از قبیل سردرد و سرگیجه تا آسیب های مغزی و کلیوی گردد. مس هم از طریق منابع طبیعی و هم در اثر فعالیت های بشری، در محیط پراکنده می شود. از جمله منابع آن، گرد و غبار حاصل از باد، گیاهان فاسد شده، آتش سوزی جنگل ها و قطرات دریا می باشد.

عوامل دیگر انتشار مس، فعالیت های معدنی، تولید فلز، تولید چوب و تولید کودهای فسفاته است. مس در محیط زیست تجزیه نمی شود و به همین علت وجود آن درخاک باعث ایجاد تجمع در گیاهان و جانوران می گردد. بسته به اسیدیته خاک و میزان مواد آلی، این عنصر تهدیدی جدی برای مزارع و جانوران محسوب می شود. مس شامل ترکیبات مهم سولفیدها، اکسیدها و کربنات ها است.

اکثر کانه های مس کمتر از ۱ درصد مس دارند و عموما قبل از ذوب تغلیظ می شوند. مهم ترین کانه مس، کالکوپیریت، معروف به پیریت های مس (کانه زرد مس) است. کالکوسیت کانه مس حاوی سولفور مس (Cu2S) می باشد.کوپریت یا کانه سرخ مس، اکسید مس (Cu2O) است. کانه طبیعی تنوریت برای تولید اکسید مس سیاه (CuO)، پودر بی شکل سیاه رنگ، به کار می رود.(طرح فرآوری و بازیافت ضایعات مس و برنج)

روش های کلی فرآوری مس

روش مورد استفاده جهت استخراج مس به طبیعت و ترکیبات مس موجود در سنگ معدن بستگی دارد.
روش مورد استفاده جهت استخراج مس به طبیعت و ترکیبات مس موجود در سنگ معدن بستگی دارد. به طور کلی سه روش اصلی برای استخراج مس وجود دارد:
۱- ذوب مستقیم (direct smelting) یا روش احیاء
۲- تغلیظ کردن (concentration) یا روش تهیه مات
۳- شستشوی اسیدی (leaching) یا روش هیدرومتالوژی

۱- روش ذوب مستقیم

این روش برای استخراج مس از سنگ های اکسیدی پرعیار بکار می رود (درصد مس در کلوخه هابایستی ازبیشتر۹۰% باشد) این روش قدیمی بوده و امروزه به علت کمیاب شدن سنگ اکسیدی پرعیار،از صنعت خارج شده است.
اساس این روش حذف کامل گوگرد از سنگ معدن و احیاء بعدی آن توسط عوامل احیاء کننده مانند کربن ویا گاز co قرارر دارد. این روش به دلایل تلفات زیاد مس در سرباره و مصرف سوخت و انرژی بالا، غیر اقتصادی می باشد.

۲- روش تغلیظ کردن( تهیه مات)

این روش برای ترکیبات گوگردی مس یا مس طبیعی با عیار کم بکار رفته می شمد. ابتدا سنگ های معدنی گوگرددار در کوره های ذوب به مات مس که مجموعه ای از سولفوره های مس و آهن است،تبدیل شده وسپس توسط یک کنورتر،مس خام از آن بدست می آید که بعداً مورد توجه قرار می گیرد.این روش دارای مزایای زیر می باشد:
وجود عناصر گرمازا در مات،که کنورتر را بی نیاز از سوخت های خارجی می کند.
-درجه خلوص مس خام (نسبت به روش احیاء)
-عدم احتیاج به تشویه و یا در صورت لزوم یک تشویه جزئی

۳- روش شستشوی اسیدی (لیچینگ)

این روش در مورد سنگ های اکسیدی و به خصوص کربنات ها به کار می رود.سنگ های مورد مصرف در این روش می تواند کم عیار باشد، همچنین ممکن است که سنگ های گوگردی را نیز مورد عمل تشویه قرار داده و سپس در یک حلال حل کرده و مس آن را به روش های مختلف جدا کرد. این روش از نظر بهداشت محیط زیست نسبت به طریقه ی احیاء و تشکیل مات دارای مزایای بیشتری است.

در هر حال هیدرو متالورژی مس و تهیه مس از طریق تشکیل مات دو روش اصلی متالورژی مس می باشند.
لیچینگ عبارتست از تجزیه کانی با روش موجود در سنگ معدن یا کنسانتره که عموماً توسط یک حلال انجام می شود.

گاهی اوقات عملیات به صورت تجزیه مواد ثانوی مو جود در مواد قراضه ،پس مانده و باطله نیز گسترش می یابد.به طوری که لیچینگ برای کلوخه های سنگ یا مواد معدنی با ارزش که مقدار آن در پس مانده های سنگ معدنی موجود هستند به کار می رود.

روش های بازیافت مس

بازیافت مس از قراضه‌ های آن به دو روش بازیافت برای استفاده مستقیم و روش ذوب و تصفیه انجام می‌شود.

بازیافت مس به روش مستقیم

در روش بازیافت برای استفاده مستقیم، قراضه با خلوص بالا که از فرآیند تولید اصل شده و به تصفیه بیشتر نیاز ندارد و به طور مستقیم قابل بازگشت به کوره‌های ذوب است. مثلاً قراضه داخلی که شامل کاتدها یا آندهای معیوب است، از مرحله تصفیه الکترولیتی برای ریخته‌گری مجدد آند به کوره آندی بازگردانده می‌شود. علاوه بر این، در مرحله پیش از ساخت و تولید قطعه نهایی، زائده‌های برش‌کاری یا محصولات معیوب به عنوان قراضه به واحدهای ریخته‌گری مرتبط برگشت داده می‌شود.

قراضه جدید مانند قطعات دورریز سیم و کابل، توسط واحدهای جمع‌آوری قراضه جمع‌آوری می‌گردد. ضایعات مس غیرآلیاژی نیز در صورتی که خلوص آن برای استفاده مستقیم به حد کافی بالا باشد، به واحد ریخته‌گری انتقال می‌یابد. معمولاً قراضه‌های برنجی یا برنزی به واحدهای شمش ریزی برگردانده می‌شوند تا به صورت آلیاژهای جداگانه ریخته گری شود. این محصول قابل عرضه به واحدهای ریخته گری است. روش بازیافت برای استفاده نیاز به ذوب و تصفیه را حذف می‌کند، زیرا جنس قراضه قابل تشخیص بوده و برای استفاده مجدد در همان کاربرد قبلی آماده می‌شود.