در قسمت اول این نوشته، تعریفی از بازیافت، مراحل و انواع آن ارائه شد. در این قسمت، به بازیافت فلزات می پردازیم.
فلزات قابل بازیافت
از جمله مهم ترین فلزات قابل بازیافت می توان موارد زیر را نام برد:
- آلومینیوم
- مس
- برنج و برنز: برنج، آلیاژ فلز مس با فلز روی و برنز، آلیاژ فلز مس با قلع است.
- چدن: آلیاژ آهن با مقادیری از کربن و سیلیسیم است.
- فولاد: آلیاژ پایه آهنی که گستره وسیعی از آلیاژهای فلزی را شامل می شود و پر کاربردترین گروه از مواد فلزی است.
- قلع
فلزات غیرآهنی مثل آلومینیوم، برنج و مس جزو بیشترین فلزات قابل بازیافت هستند. اگر چه بیشتر فلزات قابلیت بازیافت را دارند، اما برخی از ضایعات فلزی هم بازیافت نمی شوند.
مراحل مختلف بازیافت فلزات
۱- جمع‌آوری و جداسازی
فلزات قابل بازیافت پس از جمع‌آوری (میزان زیادی از فلزهای بازیافتی از مردم خریداری می‌شوند) دسته‌بندی می‌شوند. در هنگام دسته‌بندی فلزات قابل بازیافت، مواد فلزی از مواد غیرفلزی به دقت جدا و سپس مواد باکیفیت انتخاب می‌شوند. کیفیت مواد فلزی انتخاب شده در این مرحله اهمیت زیادی دارد و می‌تواند منجر به تولید محصولات بازیافتی باکیفیت شود. در سال های اخیر فناوری جدیدی برای دسته‌بندی فلزات با کمک هوش مصنوعی ایجاد شده است که با کمک آن می‌توان فلزهای مختلف را با کمک ربات‌های پیشرفته و مجهز به حسگرهای مختلف به صورت کاملاً دقیق به دسته‌های مختلف تقسیم کرد تا مواد ارسال‌شده به کارخانه‌های ذوب مختلف، کیفیت بالا و تضمین‌شده‌ای داشته باشند.
جداسازی با روش طیف سنجیی فروشکست القایی لیزری (Laser-induced breakdown spectroscopy) یکی دیگر از فناوری‌های جدید جداسازی مواد فلزی از یکدیگر است. معمولاً در بیشتر موارد ذرات منیزیم با آلومینیوم ترکیب شده‌اند و جداکردن آن ها از هم کار دشواری است، اما با کمک این روش که در آن از اشعه‌ی لیزر متمرکز و موج کوتاه استفاده میشود، می‌توان ۹۲ درصد از ذرات منیزیم ترکیب شده با آلومینیوم را جدا کرد.
به تازگی دستگاهی به نام STEINERT KSS ابداع شده که چند حسگر مختلف را در خود جای داده است و می‌تواند مواد فلزی را بر اساس شیوه‌های مختلف دسته‌بندی کند. قابلیت‌های این دستگاه شامل تشخیص رنگ، تشخیص سه‌بعدی با لیزر، انتقال اشعه‌ی ایکس، طیف‌سنجی فلورسنت پرتو ایکس و تشخیص با اشعه‌ی نزدیک فروسرخ میشود.
در جدول زیر می‌توانید فلزاتی را که این دستگاه می‌تواند آن‌ها را با حسگرهای خود با دقت و سرعت بالایی دسته‌بندی کند، مشاهده بفرمایید. قابلیت انجام دسته‌بندی چند مرحله‌ای و ارائه‌ی اطلاعات لازم در مورد ترکیبات و تشخیص ناخالصی‌ها و مواد ترکیب‌شده با فلزات، از دیگر ویژگی‌های این دستگاه هستند که می‌توان با استفاده از حسگرهای اختیاری برای هر نوع فلز از آن‌ها بهره‌مند شد.
شرکت الیمپوس (Olympus) دستگاه جدیدی به نام وانتا المنت (Vanta Element) ساخته است که می‌تواند با قابلیت طیف‌سنجی فلورسنت پرتو ایکس خود قطعات فلزی را از نظر کمی و کیفی تحلیل و عناصر شیمیایی تشکیل‌دهنده‌ی آن‌ها را نیز بررسی کند. از دیگر ویژگی‌های این دستگاه می‌توان به مقاومت در برابر گرد‌و‌غبار و رطوبت، عملکرد مناسب در محدوده‌ی دمایی منفی ۱۰ تا مثبت ۴۵، اتصال بی‌سیم به سرویس ابری علمی شرکت الیمپوس، برخورداری از کارت‌حافظه‌ی یک گیگابایتی برای ذخیره‌ی اطلاعات و دو پورت USB برای انتقال آسان اطلاعات اشاره کرد.
ارتش آمریکا نیز با سیستمی متشکل از ۹ ربات به همراه ۵۵ دوربین و حسگر، موفق شده است مهمات پرتاب‌کننده‌ی راکت را بازیافت و فلزات آلومینیوم، مس و فولاد را از آن‌ها استخراج کند. به دلیل اینکه این مهمات حاوی مواد منفجره هستند. یک دستگاه بینایی کامپیوتری مجهز به هوش مصنوعی قادر است موارد و مساپل غیرمعمول را تشخیص و برای رفع خطر احتمالی به اپراتور هشدار دهد.
۲- پرس و خردایش مواد تفکیک شده
در این مرحله مواد فلزی انتخاب‌شده تحت فشار قرار می‌گیرند و با دستگاه پرس تا جای ممکن پرس می‌شوند تا در هنگام انتقال روی نوار نقاله برای خردشدن فضای کمتری را اشغال کنند. خردشدن تکه‌های فلز باعث میشود سطح آن‌ها به نسبت حجم افزایش پیدا کند و با انرژی کمتری ذوب شوند. چند سالی است که دستگاه‌های سیار خردکردن نیز اختراع شده است که می‌تواند نقش مهمی در کاهش هزینه‌ی بازیافت ایفا کند.
شرکتی به نام متسو (Metso) برای خردکردن فلز و سایر مواد قابل بازیافت سیستمی را طراحی کرده است که در آن می‌توان متناسب با مواد از تیغه‌های متنوع استفاده کرد. در سیستم جدید این شرکت می‌توان از میزهای برش هم استفاده کرد. این میزها دارای نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای خودکاری هستند که انجام کارهایی مثل خردکردن و برش در سطح صنعتی را به سادگی امکان‌پذیر می‌کنند. در ضمن سیستم متسو از ویژگی‌هایی نظیر توانایی تحلیل داده‌ها و ارائه‌ی پیشنهادهای فنی به مشتریان نیز برخوردار است که باعث افزایش اعتماد افراد به سیستم و تقویت عملکرد آن میشود
۳- تبدیل به مواد جدید
فلزات بازیافتی پس از جداسازی، خردایش و بسته بندی، به منظور استفاده به عنوان ماده اولیه ساخت مواد و قطعات فلزی راهی کارخانه ها و کارگاه های ریخته گری و شکل دهی می شوند. در این مرحله انواع فلزات در کوره با دمایی بالا ذوب می‌شوند. هر یک از انواع فلزات کوره‌ی مخصوص خود را دارند و در دمای مختص خود و در مدت زمان مشخص‌شده‌ای ذوب می‌شوند. پس از ذوب فلزات بازیافت شده، از آن ها برای ساخت انواع قطعات مثل میلگرد، ورق، لوله، نبشی، مقاطع و پروفیل های فلزی، برخی از قطعات دوچرخه و خودرو، برخی از لوازم خانگی، قوطی های فلزی مواد غذایی و نوشیدنی، انواع قطعات ریخته گری مورد استفاده در صنعت و غیره استفاده میشود.
فناوری‌های جدید در حوزه‌ی بازیافت فلز
بازیافت جیوه و تبدیل آن به ماده‌ای مفید و ارزشمند
جیوه فلزی مایع و سمی محسوب میشود که دفع آن می‌تواند به محیط زیست آسیب زیادی وارد کند. پژوهشگران به فناوری جدیدی دست یافتهاند که با استفاده از آن می‌توان جیوه را بدون استفاده از مواد شیمیایی مضر از پسماندها جدا و با استفاده از روش الکتروشیمی (استفاده از جریان برق جهت ایجاد پیوند شیمیایی) به آلیاژی از جیوه (ترکیب فلز با جیوه) تبدیل و سپس از آن برای پرکردن دندان یا استخراج و تولید فلزهای ارزشمندی مثل طلا و نقره استفاده کرد. جیوه در وسایل اندازه‌گیری و لامپ‌های فلورسنت نیز استفاده می‌شوند.
بازیافت فلزات کمیاب موجود در وسایل الکترونیکی
پژوهشگران دانشگاه بیرمنگام قصد دارند مرکزی برای بازیافت آهنرباهای ساخته‌شده از نئودیمیم، بور (که از عناصر شیمیایی کمیاب هستند) و آهن را که در هارد دیسک، لوازم خانگی برقی و سایر لوازم الکترونیکی استفاده می‌شوند، تأسیس کنند. پژوهشگران قصد دارند این قطعات فلزی را ابتدا با استفاده از ربات‌ها دسته‌بندی کنند و پس از پودرکردن آن‌ها با استفاده از عنصر هیدروژن، دوباره از آن‌ها برای ساخت آهنرباها استفاده کنند. این آهنرباهای الکترونیکی در هر وسیله‌ای که از الکتریسیته برای ایجاد حرکت استفاده می‌کند، استفاده می‌شوند.
بازیافت ذرات فلزی ریز موجود در خاکستری رسوب
شرکت کوو ای جی (Kewu AG) با مشارکت Dhz AG موفق به بازیافت ذرات فلزی بسیار ریز موجود در خاکستری رسوبی (خاکستری رسوبی بخشی از پسماند غیرقابل‌اشتعال تاسیساتی مانند نیروگاه‌های برق، دیگ‌های بخار، کوره‌ها و مراکز زباله سوز است) با ابعاد یک تا چهار میلی‌متر شده‌اند که ۵۰ درصد از خاکسترهای رسوبی را تشکیل می‌دهند. این فناوری می‌تواند به کاهش زباله‌های صنعتی کمک شایانی کند.
بازیافت فیبر کربن تقویت‌شده و استفاده از آن برای ساخت قطعات هواپیما و قطعات الکترونیکی
پژوهشگران آمریکایی به روشی اختصاصی برای بازیافت فیبر کربن تقویت‌شده (که معمولاً برای ساخت قطعات هواپیما استفاده میشود) دست یافتهاند. در این روش فیبر کربن را در کوره قرار می‌دهند تا رزین موجود در آن بخار شود؛ سپس مواد باقی‌مانده پاک‌سازی و به شرکت‌هایی فروخته میشود که در زمینه‌ی صنایع الکترونیکی و حمل‌و‌نقل زمینی و هوایی فعالیت می‌کنند.
بازیافت قوطی‌های اسپری
کارآفرینی کانادایی فناوری جدیدی ایجاد کرده است که تبدیل قوطی‌های اسپری به سوخت را امکان‌پذیر می‌کند. وی با استفاده از روش ابداعی خود ابتدا ۹۹ درصد مایع قوطی‌های اسپری‌ها را تخلیه سپس آن‌ها را به گرد فشرده‌شده‌ی زغال تبدیل می‌کند که می‌توان از آن به عنوان سوخت در کارخانه‌های ذوب آهن استفاده کرد. در ضمن می‌توان گاز موجود در قوطی‌ها را نیز ذخیره و از آن به عنوان سوخت نیروگاه‌های زباله‌سوز استفاده کرد. استفاده از این روش باعث انتشار هیچ نوع گاز مضری در هوا نمی‌شود و امکان آتش‌سوزی و انفجار نیز وجود ندارد.
مزایا و معایب زیست‌محیطی بازیافت فلزات
مزایا:
حفظ انرژی: بازیافت آلومینیوم، مس و فولاد به ترتیب باعث حفظ انرژی تا ۹۲، ۹۰ و ۵۶ درصد میشود. انرژی ذخیره‌شده‌ی حاصل از بازیافت می‌تواند برق خانگی موردنیاز را برای مدت قابل‌توجهی تأمین کند. جالب است بدانید که انرژی موردنیاز برای بازیافت فلزی مثل آلومینیوم تنها ۱۰ یا حتی ۵ درصد انرژی لازم برای تولید فلز از مواد خام اولیه است و انرژی ذخیره‌شده‌ی ناشی از بازیافت هر قوطی آلومینیومی می‌تواند یک لامپ ۱۰۰ واتی را به مدت چهار ساعت و بازیافت هفت قوطی فولادی می‌تواند یک لامپ ۶۰ واتی را ۲۴ ساعت روشن نگه دارد. درضمن بازیافت هر قوطی آلومینیومی باعث حفظ انرژی مورد نیاز برای ۱۶۰ قوطی جدید میشود. بازیافت مس باعث حفظ ۸۵ درصد و بازیافت روی باعث حفظ ۷۶ درصد انرژی میشود. بازیافت هر تن قلع نیز به طور متوسط حفظ ۲۶۰۰ کیلووات انرژی را به‌دنبال دارد و نسبت به تولید قلع اولیه ۹۹ درصد انرژی کمتری مصرف می‌کند.
حفظ منابع طبیعی: بازیافت فلزات باعث کاهش نیاز به استخراج مواد اولیه، کاهش نیاز به ایجاد معادن جدید و کاهش مصرف آب و نفت میشود. حفاری عمیق جهت ایجاد معادن جدید و بهره‌برداری گسترده از آن‌ها علاوه بر کاهش منابع طبیعی، باعث آسیب به حیات وحش و دورکردن آن‌ها از سکونتگاه طبیعی‌شان، گسترش جنگل‌زدایی و آلودگی صوتی میشود؛ به عنوان مثال بازیافت فولاد باعث ۴۰ درصد صرفه‌جویی در مصرف آب و ۷۶ درصد کاهش آلودگی آب میشود؛ بازیافت هر تن از این فلز به حفظ ۱۱۳۹ خاک آهن، ۶۳۵ کیلوگرم زغال سنگ و میزانی در‌حدود ۵۴ کیلوگرم سنگ آهن میشود. بازیافت فلزات (مخصوصاً فولاد) به نوعی منابع سوخت‌های فسیلی را هم حفظ می‌کند. بازیافت مس باعث شده است ۲۰ درصد از منابع مس جهان دست‌نخورده باقی بماند. بازیافت کانه‌‌های مرکب که دربردارنده‌ی فلزهای ارزشمندی مثل مس و سرب است، بیش از ۹۰ درصد از فلز روی مورد نیاز جهان را تأمین می‌کند. بازیافت هر تن قلع نیز به جلوگیری از استخراج ۱٫۵ تن کانی قلع منجر میشود.
کاهش تولید گاز دی‌اکسید کربن: بازیافت هر تن آلومینیوم باعث کاهش انتشار گاز دی‌اکسید کربن به میزان ۹ تن میشود. بازیافت مس، فولاد و سرب به‌ترتیب ۶۵ (میزان تقریبی)، ۸۰ و ۹۹ درصد انتشار گاز دی‌اکسید کربن را کاهش می‌دهند.
کاهش زباله: مدت زمان لازم برای تجزیه‌ی طبیعی فلزاتی مثل فولاد و قلع، ۵۰ سال و فلزاتی مثل آلومینیوم ۲۰۰ تا ۵۰۰ سال است. با بازیافت فلزها می‌توان آلودگی‌های محیط‌زیست را کاهش داد تا فضای بیشتری برای دفع زباله‌ها ایجاد شود.
ساخت آثار هنری: برخی از هنرمندان خوش‌ذوق با استفاده از برخی از زباله‌های فلزی، پلاستیکی، کاغذی، شیشه‌ای، چوبی، الکترونیکی، پارچه ای و لاستیکی آثار هنری خلق می‌کنند که برخی از آن‌ها واقعاً زیبا و شگفت‌انگیز هستند.
معایب:
حمل‌و‌نقل ضایعات فلزی به مراکز بازیافت می‌تواند هوا را به میزان زیادی آلوده کند؛ طبیعتا این موضوع درمورد بازیافت سایر انواع مواد نیز صادق است.
مزایا و معایب اقتصادی بازیافت فلزات
مزایا:
درآمد بسیار بالا: میزان ارزش جهانی بازیافت فلزات در سال ۲۰۱۷ برابر با ۲۸۷ میلیارد دلار است و پیش‌بینی میشود این رقم تا سال ۲۰۲۵ به ۳۵۸ میلیارد دلار برسد. بازیافت قوطی‌های آلومینیومی به تنهایی سالانه ۸۰۰ میلیون دلار ارزش بازار دارد.
ایجاد درآمد برای شهروندان عادی با فروش ضایعات فلزی
نامحدود‌بودن تعداد دفعات بازیافت: کیفیت فلزات غیرآهنی مثل آلومینیوم، مس، سرب، نیکل، قلع و روی در بازیافت‌های مکرر کاهش نمی‌یابد و خصوصیت‌های شیمیایی آن‌ها نیز از بین نمی‌رود؛ بنابراین می‌توانند به‌صورت نامحدود بازیافت شوند؛ به عنوان مثال مس درجه یک پس از بازیافت نیز ۹۵ درصد ارزش خود را حفظ می‌کنند.
سودبخش‌ترین نوع بازیافت: مواد فلزی درصدر منفعت‌بخش‌ترین مواد برای بازیافت قرار دارد. بازیافت فلزی مثل آلومینیوم بسیار ساده است و در حال حاضر دوسوم از آلومینیوم مصرفی در کشورهای مختلف، بازیافتی هستند. فلزات غیرآهنی به دلیل فراوانی نیز جزو مواد فلزی پرسود محسوب می‌شوند و بازیافت برخی از مواد ساخته‌شده از آن‌ها مانند سیم‌های سمی و ورق‌های نازک طلا سود زیادی دارد.
تأمین بخش عمده‌ای از بازار مصرفی: ۴۲ درصد از مس مصرفی در قاره‌ی اروپا، مس بازیافتی است و ۵۰ درصد از مس مورداستفاده در لوله‌ها و سیم‌های مسی، با بازیافت به دست می‌آید. ۲۵ درصد از فولاد مصرفی در خودروها و ۶۰ درصد از کل فولاد مصرفی از فولاد بازیافتی تأمین میشود. قلع بازیافتی نیز در تأمین نیاز جهانی به این فلز نقش مهمی دارد و ۳۰ تا ۴۰ درصد از نیاز جهانی از این طریق تأمین میشود. در ضمن نیمی از سرب مورداستفاده در کالاهای مختلف، بازیافتی است.
افزایش صادرات مواد خام اولیه: کشورهای دارای منابع غنی طبیعی فلز می‌توانند میزان عمده‌ای از فلزهای بازیافتی خود را صادر کنند؛ به عنوان مثال انگلستان ۷۵ درصد از فولاد بازیافتی خود را صادر می‌کند. در آمریکا نیز در سال ۲۰۱۲ ارزش صادرات آلومینیوم بازیافتی ۳ میلیارد دلار، مس بازیافتی ۴ میلیارد دلار و آهن و فولاد بازیافتی ۷٫۵ میلیارد دلار بود. بازیافت برخی از فلزها مانند فولاد و مس علاوه بر افزایش صادرات، در کاهش واردات نیز تأثیر دارد. چین و آمریکا دو کشور شاخصی هستند که در سال‌های اخیر میزان واردات فلزها یا مواد خام اولیه برای تولید آن‌ها را کاهش داده‌اند و با بازیافت ضایعات، بخش عمده‌ای از نیاز خود را تأمین می‌کنند
هزینه‌ی کمتر نسبت به تولید فلز از مواد خام جدید:استخراج مواد خام اولیه نسبت به بازیافت فلزات هزینه‌ی بسیار بیشتری دارد و از سوی دیگر کاهش مصرف انرژی در فرایند بازیافت، به کاهش هزینه نیز کمک زیادی می‌کند.
معایب:
اشتغال‌زایی کمتر در مقایسه با استخراج مواد اولیه از معادن و تولید فلز جدید از آن‌ها: بازیافت فلز باعث کاهش تولید آن از مواد خام و درنتیجه کاهش نیاز به نیروی انسانی در این بخش میشود. بنابراین بازیافت به طورکلی از یک سو باعث اشتغال‌زایی میشود و از سوی دیگر بیکاری را نیز به‌دنبال دارد.
لزوم صرف هزینه‌ی زیاد برای حمل‌و‌نقل، دسته‌بندی و خردایش
مشکلات مرتبط با بازیافت فلزات
غیرقابل بازیافت بودن برخی از فلزها: همان‌طور که قبلاً گفتیم بسیاری از فلزات به صورت نامحدود قابل بازیافت هستند؛ اما وجود ناخالصی ها در برخی از فلزها آن‌ها را غیرقابل‌بازیافت می‌کند و خالص‌کردن آن‌ها نیازمند استفاده از روش‌های شیمیایی است که هزینه‌ی زیادی دارد. درضمن بازیافت برخی از فلزات سمی و رادیواکتیو به سلامت انسان‌ها آسیب جدی بزند و بازیافت آن‌ها عملاً امکان‌پذیر نیست؛ از میان این فلزها می‌توان به اورانیوم، پلوتونیم، جیوه و سرب اشاره کرد؛ البته بازیافت جیوه و سرب با استفاده از روش‌های علمی و پس از بین‌بردن مواد سمی آن‌ها، امکان‌پذیر است. تماس انسان با فلز پلوتونیوم و استنشاق گازهای متصاعدشده از آن باعث ایجاد نقض ژنتیکی و مسمومیت رادیواکتیو، ابتلا به سرطان ریه و حتی مرگ میشود. سرب هم حاوی مواد سمی خطرناکی است و در صورت استنشاق یا جذب در سیستم گوارش، مشکلاتی جدی نظیر اختلال در مغز، جریان خون و سیستم عصبی را به‌همراه دارد.
دشوار بودن فرایند دسته‌بندی: دسته‌بندی برخی از فلزها مانند آلومینیوم، فولاد و آهن که پرمصرف‌ترین فلزها برای بازیافت هستند، درصورت استفاده نکردن از فناوری‌های جدید کار دشوار و زمان‌بری است.
منبع: با کمی حذف و اضافه از وب سایت زومیت – نوشته احمدرضا فرهبد
قسمت اول و سوم از این نوشته را می توانید از لینک های زیر در عصر مواد دنبال کنید:
بازیافت مواد – فلزات و پلاستیک ها را چگونه بازیافت می کنند؟ – قسمت اول
بازیافت مواد – فلزات و پلاستیک ها را چگونه بازیافت می کنند؟ – قسمت سوم
نوشته های مرتبط:
 |
 |
 |
 |
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.