بازیافت مس از قراضه

مس یکی از منابعی است که بیشترین قابلیت استفاده مجدد را داراست. در واقع مس و آلیاژهای آن هزاران سال توسط بشر بازیافت می شده است. در ابتدا، بشر آموخت که اشیاء مسی را می توان ذوب و مجدداً قالب گیری نمود. در طول زمان جنگ، سلاح جنگی از بازیافت اشیاء زینتی و وسایل خانگی ساخته می شد. پس از اتمام جنگ ساختن سایر محصولات مسی دوباره از سر گرفته می شد.
از قرن هجدهم، آمریکایی ها محصولات مسی و آلیاژهای آن را از طریق بازیافت مس می ساختند. زیرا در آن زمان انگلیسی ها اختیار تمام معادن مس را داشتند. به این صورت که مواد اولیه برای پردازش به انگلستان فرستاده می شد. از آن زمان تا کنون بازیافت مس به صورت یک منبع اصلی مس در آمریکا باقی مانده است و بیش از نیمی از محصولات ساخته شده و به فروش رفته سالانه مس را تشکیل می دهد.


قراضه های مسی حاصل از زیورآلات قدیمی




قراضه مس

دلایل بازیافت مس:
1- قیمت: بازیافت مس ارزانتر از معدنکاری و استخراج منابع جدید مس می باشد. مس بازیافتی ارزشی تا 90% بهای مس اصلی را داراست. و در واقع عمل بازیافت به پایین نگهداشتن قیمت تولیدات مسی کمک می کند.
2- منابع محدود: تا امروز، تنها 12 تا 13% از تمام ذخیره های شناخته شده معدنی، استخراج شده است. با این حال باید به فکر نگهداری از منابع معدنی باقی مانده بود و بهترین راه، بازیافت مواد معدنی است.
3- صرفه جویی در مصرف انرژی: بازیافت یک تن مس مصرف شده، 15% از انرژی لازمه برای معدنکاری و استخراج همان میزان مس را طلب می کند. بنابراین بازیافت مواد راهی است برای حفظ و صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی و کاهش انتشار دی اکسید کربن در هوا.
4- صرفه جویی در هزینه حفر گودال های نگهداری زباله: باطله حاصل از صنایع و مواد دور ریختنی خانه ها معمولاً به صورت زباله در گودال هایی مربوط به این کار نگهداری می شود. این گودال های به سرعت پر می شوند و هزینه حفر این گودال ها بالا می باشد. از طرفی مرتب کردن باطله ها و مواد دور ریختنی خانه ها نیز هزینه بسیار بالایی را در بردارد. بنابراین با بازیافت مواد، می توان از پیش آمدن چنین مشکلاتی جلوگیری کرد.
5- محیط زیست: درطی استخراج و تصفیه فلزات گازها و گرد و غبارهایی در هوا منتشر می شود. اما در بازیافت فلزات هیچ آلودگی منتشر نمی شود، بنابراین عمل بازیافت مواد به سلامتی محیط زیست نیز کمک می نماید.
بازیابی مس از قراضه:
قراضه برگشتی یک منبع مهم مس به حساب می آید که اهمیت روزافزونی دارد. در حال حاضر حدود 80% قراضه های برگشتی را قراضه های آلیاژی تشکیل می دهند. اغلب اینها معمولا ذوب شده و بی آنکه پالایش شوند به شکل آلیاژ ریخته می شوند. مس قراضه غیرآلیاژی ذوب و پالایش می شود تا مس ویژه کارهای مکانیکی یا الکتریکی بدست آید. فرآیندهای به کار رفته بستگی به عیار مواد برگشتی و محصول دلخواه دارد.
واحدهای اصلی برای ذوب قراضه کم عیار، کوره های دمشی کوچک و کنورترهای پیرس-اسمیت اند.
مس از دو منبع اصلی بدست مصرف کننده می رسد. یکی از طریق کانه مس و دیگری از طریق قراضه مس و آلیاژهای آن. طبق آمار بدست آمده حدود 1.3 مس مصرفی را می توان از قراضه مس تهیه نمود. در واقع بازیابی مس از اشیای مصرف شده (قراضه کهنه) و تلفات تولید (قراضه نو) برای تمام صنایع اهمیت زیادی دارد. حدود 5-10% مس جهان از پالایش دوباره مس قراضه تامین می شود و 25-30% دیگر (مس حاصل از قراضه) از بازیابی مستقیم مس، به ویژه آلیاژها بدست می آید. 30-40% تمام مس تولید شده از قراضه، از قراضه کهنه (اشیای به کار رفته مسی) و 60-70% آن از قراضه نو یا تلفات تولید حاصل می شود.


نمودار مراحل بازیافت مس از قراضه

گردش قراضه مسی:
امروزه فرآیند تغییر شکل قراضه مسی (غیرآلیاژی) به محصولات جدید مسی شامل خریداری قراضه مس از شبکه های مربوط به دلالان و معامله گران قراضه می باشد. که این قراضه مسی به دو صورت عرضه می شود:
1- قراضه های تشکیل یافته از مس تمیز، غیرآلیاژی و بدون روکش که به شکل گیره های کاغذ، سوزن های منگنه، میله های اتوبوس، قطعات جابجاگرها (آلات تغییر دهنده جهت برق)، لوله ها و تیوب های تمیز.
2- قراضه های مسی با خصوصیات قبل، منتها گاه شامل بخش های روکشدار یا تا حدی اکسید شده نظیر سیم های مسی روکشدار یا اکسید شده.
وقتی قراضه های مسی برای بازیافت آماده می شوند، بازبین شده و در صورت لزوم آنالیزهای شیمیایی بر روی آن ها صورت می گیرد . قراضه های نرم و وارفته تا زمانی که به آنها نیاز باشد نگهداری می شوند.
قراضه های مس مستقیماً ذوب می شوند و گاه در هنگام ذوب درجه خلوصشان بالا برده می شود. سپس مس ذوب شده احیاء می گردد و به اشکال حد واسط نظیر بیلت ها، کیک ها و شمش های مسی قالب گیری می شود تا در مراحل بعدی کارهای بیشتری روی آن صورت گیرد.
قراضه معمولاً شامل مواد فاسد شده یا تحلیل رفته الکتریکی می باشد که در طی عملیات بازیابی درجه خلوص آن بالا می رود و در قالب های آند ریخته می شود. در واقع آندها مواد نارسی هستند که در عملیات کاتدسازی به کار می روند. ابتدا آندها آبکاری می شوند، به این صورت که مواد فاسد شده الکتریکی در حمامی از اسید سولفوریک حل شده و سپس خارج از محلول، بر روی یک صفحه فولادی آبکاری می شوند. ورقه های نازک مس پالایش شده به طرف صفحات ضد زنگ کشیده شده و در سلول های الکترولیتی دیگری ما بین صفحات آندی قرار می گیرند. طی عمل آبکاری، آندهای مسی با درجه خلوص 99.98% بدست می آید که برای ساختن ورقه های کاتدی مس با درجه خلوص بالا به کار می رود.
آلیاژهای مس نیز قابل بازیافت می باشند. قراضه های آلیاژی ابتدا جدا و تمیز شده و سپس عناصر تشکیل دهنده آلیاژ و میزان ناخالصی ها تعیین می گردد. قراضه های بازیافتی با ترکیب مشخص، با یکدیگر ذوب می گردند. گاه نیز به آنها مواد خام اضافه می گردد تا آلیاژی با ترکیب دلخواه بدست آید.


قراضه حاصل از کابل های مسی


تصویری از قراضه مس

از لحاظ مقدار مس و میزان عناصر آلیاژی 4 نوع قراضه مس وجود دارد:
1) قراضه ای که از نوع کاتدی است و فقط باید ذوب و ریخته گری شود. این قراضه اکثراً از تلفات تولید به دست می آید (برای مثال میله های نامرغوب یا خراب، سیم لخت، قالبها). این وسایل مستقیماً ذوب می شوند تا مس چقرمه یا آلیاژی تولید شود.
2) قراضه نو یا کهنه که عمدتاً مس خالصی است که به سایر فلزات آلوده شده است، مانند فلزاتی که آب فلزکاری و یا جوشکاری شده اند. این قراضه در کوره آند (دوار یا بوته ای) ذوب می شود. در این کوره ها مقدار زیادی از ناخالصی ها (Al,Fe,Zn,Si,Sn) به وسیله اکسایش با هوا جدا می شوند. فلز سپس به شکل آند ریخته می شود. ممکن است محصول به شکل مس حاصل از پالایش گرمایی برای آلیاژسازی نیز به فروش برسد.
3) قراضه های آلیاژی. این قسمت بیشترین سهم را در صنعت بازیابی قراضه دارد و شامل برنج، برنز و آلیاژ مس – نیکل است و از قراضه های نو یا کهنه تشکیل می شود. پالایش این آلیاژها و تولید مس خالص هیچ امتیازی به همراه ندارد. بنابراین این آلیاژها در کوره های دوار، بوته ای یا القایی ذوب و به صورت آلیاژ ریخته می شود. برای حذف آلومینیم، سیلیسیم و آهن به صورت سرباره آنها را با هوا اکسید می کنند. اما مقدار اکسایش باید دقیقاً کنترل شود زیرا عناصر آلیاژی مطلوب (Zn در برنج و Sn در برنز) نیز تمایل به اکسایش دارند. آلیاژ جدید که با افزودن فلزات خالص یا قراضه به شکل استاندارد درمی آید در قالبهای افقی روباز به صورت شمش ریخته می شود تا درقطعه ریزی به کار برده شود، یا از طریق ریخته گری پیوسته عمودی یا با سرد کردن مستقیم به شکل تختال یا شمشال مناسب برای نورد یا اکستروژن در آید.
4) قراضه کم عیار با ترکیب شیمیایی متغیر (Cu 12-95%) این ماده در کوره های بوته ای یا دمشی ذوب می شود و سپس بر روی آن عملیات پالایش گرمایی و الکترولیتی انجام می شود.


قراضه مس آماده جهت فروش


قراضه مس در مراحل بازبین برای جدا کردن قسمت های زائد

ذوب و پالایش قراضه مس کم عیار:
بازیابی مس از مواد قراضه کم عیار حدود 2-1% کل مس تولیدی را تامین می کند. واحد اصلی ذوب قراضه کم عیار کوره دمشی مخصوص قراضه است. در این کوره، قراضه خوب مخلوط می شود تا مقدار متوسط مس در آن به اندازه متوسط مس در کانی پرعیارشده، یعنی به حدود 30% برسد. در حدود 120-80 Kg/ton کک به کوره افزوده می شود، سیلیس و آهن نیز به کوره می افزایند تا سرباره فایالیتی با نقطه ذوب پایین بدست آید. مواد آلی قراضه را قبل از ذوب مس در کوره دمشی می سوزانند، تا از گرفتگی دودکش و پرشدن سیستم جمع آوری گرد و غبار جلوگیری شود.
محصول کوره دمشی مس مذاب سیاه با مس85-70%، آهن 5-2% و سایر ناخالصی های موجود در قراضه است. توان تولید کوره های دمشی ذوب قراضه در حدود 20-10 تن مس سیاه بر متر مربع سطح بوته در روز است. توان تولید این کوره ها بسیار متغیر و وابسته به تغییرات ترکیب قراضه، شکل و اندازه آن است. مس موجود در سرباره کوره مخصوص قراضه بسیار زیاد است که این ناشی از شرایط اکسنده کوره است.
کوره دمشی مخصوص قراضه به نحوی کار می کند که مقدار قابل توجهی از فلزات ناخواسته باقی می ماند. مقدار کک و ترکیب سرباره طوری تنظیم می شود که این عمل ممکن شود. بنابراین اگر چه مقدار بیشتری مس از سرباره احیاء می شود، مقدار بیشتری آهن به صورت فلز در محصول کوره دمشی باقی می ماند. حد اشباع آهن در مس 1200 درجه سانتی گراد حدود 5 درصد وزنی است. بنابراین، آهن افزون بر این حد جامد می ماند و باعث ایجاد مشکلات زیادی می شود. استفاده از 100 Kg کک بر تن قراضه موازنه مناسب بین اتلاف مس در سرباره و مقدار آهن احیاء شده را بوجود می آورد.
مس سیاه حاصل از کوره بلند معمولاً بوسیله اکسایش با هوا در کنورترهای کوچک پیرس-اسمیت پالایش می شود. بیشتر Al,Zn,Fe,Ni,Sn اکسید می شود تا محصول نهایی که مس با عیار 97-96% است، بدست آید. اکسایش این ناخالصیها گرمای زیادی تولید می کند و در بعضی موارد روش خودسوز است، اما هنگام ذوب مقدار زیادی قراضه پرعیار در کنورتر، سوخت به کار برده می شود تا دمای لازم 1200-1150 درجه سانتی گراد تامین شود. اغلب مقدار زیادی قراضه حاوی قلع (برنز) به کنورتر افزوده می شود تا بتوان قلع را به شکل اکسید در سیستم جمع آوری کرد غبار بازیابی کرد.


نمودار جریان بازیابی مس از قراضه کم عیار

جالب ترین پیشرفت اخیر در زمینه تبدیل مس سیاه، استفاده از کنورترهای هوبوکن یا سیفونی است. اگر چه خروج گاز SO2 در هنگام استخراج مس از قراضه مشکل آفرین نیست، اما حدود 0.3 تن اکسید بر تن مس سیاه ایجاد می شود، عمدتا اکسیدهای قلع وروی به طوریکه جمع آوری گاز عامل مهمی به حساب می آید. کنورتر سیفونی برای این عمل مناسب به نظرمی رسد.
در صورت داشتن قراضه پرعیار با بیش از 80% مس، عمل کوره دمشی و کنورتر را می توان ادغام کرد و آن را در یک کوره بوته ای یا دوار انجام داد. در این مورد اکسایش با شعله اکسید کننده یا تزریق هوا به وسیله لوله های دمش یا زنبورک انجام می گیرد. کنورترهای دوار دمش از بالا نیزگاه و بیگاه برای این کار مورد استفاده قرار می گیرند.
مس حاصل از ذوب قراضه و تبدیل معمولاً در کوره آندی مورد عملیات اکسایش نهایی قرار می گیرد و در پی آن پل کردن انجام می شود و سپس مس برای پالایش الکترولیتی به شکل آند ریخته می شود.
مصرف قراضه های بازیافتی:
تنها اشکال عمده استفاده از مس بازیافتی این است که ممکن است شامل باقی مانده ناخالصی هایی باشد که به صورت منفی بر روی خصوصیات آن اثر می گذارد. بیشتر درخواست های مربوط به قراضه مسی شامل سیم های مسی با قابلیت رسانایی بالا می باشد.
محصولات قالب ریزی شده و کارخانه های ذوب فلز به صورت سنتی جزء بزرگترین مصرف کنندگان مس و برنز به کار رفته در رادیاتورهای وسایل نقلیه می باشند. بدین طریق می توان به مقادیر زیاد مس، روی، قلع و سرب دست یافت و در نتیجه به راحتی می تواند حدود 100000 تن قالب آلیاژ برنز قرمز و نیمه قرمز تولید کرد. در حدود نیمی از مواد قالب ریزی شده، برای شیرهای لوله کشی خانه ها و اثاثیه منزل در آمریکا به کار می روند. اما در اروپا برنز زرد (آلیاژ روی – مس) در ساخت محصولات مربوط به لوله کشی به کار می رود.
در سال 1996، آمریکا بیشترین مس بازیافتی و آلیاژهای بازیافتی آن را به خود اختصاص می داده است که این میزان از ذوب دوباره مواد برنجی و سیم های برق در کارخانه های ذوب و قالب ریزی حاصل می شوند. از 1092600 تن قراضه که مستقیماً از ذوب دوباره بدست آمده بود، حدود 22% به شکل شمش ها و آلیاژهای مسی در آمده و 70% آن توسط سایر صنایع نظیر کارخانه های تولید کننده سیم برق مورد استفاده قرار گرفته است. مصرف قراضه های مسی برای تولید آلیاژها در طول 20-30 سال اخیر، 50% رشد داشته است.



مصرف قراضه مس، در طی سال های 1996-1976 بین 44 تا 54.7% از مصرف کل مس آمریکا را به خود اختصاص می داده است.

بدین گونه قراضه مس 44.8% از مصرف کلی مس را تامین می کند. بزرگترین دسته قراضه های مصرفی، قراضه های نو هستند که مستقیماً برای ذوب فرستاده می شوند. مقدار بازیافت از قراضه های قدیمی و کهنه با توجه به نوسان قیمت های مس و سایر مسائل تجاری تغییر پیدا می کند. درصد بازیافت قراضه های قدیمی، وقتی قیمت ها پایین است، کاهش می یابد. قراضه های قدیمی شامل کابل های الکتریکی دور ریختنی، رادیاتورهای خودروهای اوراق، دستگاههای تهویه هوا و تولیدات بی شمار دیگری از این قبیل می باشند.
درحقیقت همه محصولات ساخته شده از مس قابل بازیافتند. صنعت از مس بازیافتی به عنوان یک منشا عمده و اصلی از مواد خام استفاده می کند. مس بازیافتی قابلیت ذوب دوباره را دارد بدون اینکه هیچ گونه فرایندهای اضافی بر روی آن صورت بگیرد. در نتیجه مس می تواند به عنوان یک ماده تجدید شدنی بارها و بارها بازیافت شود، بدون اینکه خواص شیمیایی و فیزیکی آن تغییر کند.
بازیافت مس از طرفی وابسته است به چگونگی عملکرد سیستم گردآوری قراضه، فاکتورهای اقتصادی و تکنولوژی طراحی محصولات و از طرف دیگر به میزان حمایت جوامع و دولت ها در این زمینه.
بازیافت مس یکی از فعالیت های اقتصادی مهم و سودآور می باشد که روشی برای ذخیره و انرژی و کاهش فعالیت های اضافی در زمینه تولید محصولات ساخته شده از مواد خام اولیه.