إعادة تدوير الألومنيوم

تتمثل الخطوة الأولى في إعادة تدوير الألومنيوم في جمع وفرز خردة الألومنيوم من مصادر مختلفة. ^{[ 6 ]} تأتي خردة الألومنيوم بشكل أساسي من مخلفات التصنيع أو من منتجات الألومنيوم المستهلكة، مثل المركبات ومواد البناء والمنتجات الاستهلاكية. ^{[ 6 ]} تشمل مخلفات التصنيع القطع والرقائق والقصاصات وغيرها من بقايا الألومنيوم الناتجة عن عمليات التصنيع. أما مخلفات ما بعد الاستهلاك فتتكون من منتجات الألومنيوم القديمة أو المهملة. وتُعد علب الألومنيوم، ^{[ 7 ]} على وجه الخصوص، مصدرًا رئيسيًا لخردة الألومنيوم القابلة لإعادة التدوير. بعد جمعها، تُفرز خردة الألومنيوم بناءً على نوع السبيكة ودرجتها ومستويات الشوائب وعوامل أخرى. ^{[ 7 ]} يمكن إجراء الفرز يدويًا أو باستخدام تقنيات مثل فواصل التيار الدوامي، والمصنفات الهوائية، وفواصل الكثافة. ^{[ 8 ]} تُصنف الخردة إلى فئات مثل خردة سبائك المشغولات، وخردة سبائك الصب، وعلب المشروبات المستعملة، وخردة السيارات، والخردة المختلطة. يُعد الفرز الصحيح ضروريًا لإنتاج ألومنيوم معاد تدويره عالي الجودة.

بعد الفرز، قد تخضع الخردة لعمليات معالجة أولية لتجهيزها للصهر. ^{[ 9 ]} تشمل هذه العمليات الكبس، والتقطيع، والسحق، والتحبيب، وإزالة الطلاء، وإزالة المغناطيسية. ^{[ 10 ]} يقلل التقطيع والسحق من حجم جزيئات الخردة ويحررانها من المواد الأخرى، بينما ينتج عن التحبيب جزيئات دقيقة مثالية للصهر. ^{[ 11 ]} تزيل إزالة الطلاء الحراري طبقات الطلاء مثل الدهان والبلاستيك من أسطح الألومنيوم. ^{[ 8 ]} تزيل إزالة المغناطيسية جزيئات الحديد العالقة بخردة الألومنيوم. تُحسّن المعالجة الأولية كثافة شحنة الخردة وتزيل الملوثات، مما يؤدي إلى صهر أسرع، ومعدن أنظف، وتقليل تكوّن الخبث، واستهلاك أقل للطاقة. ^{[ 12 ]}

بعد المعالجة الأولية، تخضع خردة الألومنيوم لعملية صهر ومعالجة بالمعدن السائل لإنتاج سبيكة ألومنيوم مكررة مناسبة للصب أو إعادة التدوير. ^{[ 12 ]} تُستخدم أنواع مختلفة من الأفران بناءً على نوع الخردة، وجودة المعدن المطلوبة، والجدوى الاقتصادية. تُعالج الخردة الصغيرة عادةً في أفران دوارة أو عاكسة تعمل بالغاز، بينما يمكن إدخال قطع الخردة الكبيرة مباشرةً إلى الأفران العاكسة عبر فتحات جانبية. ^{[ 11 ]} كما تُستخدم أفران الحث الكهربائي. أثناء انصهار الخردة، تُضاف مواد صهر لربط وامتصاص الشوائب التي تُكشط من السطح على شكل خبث. يمكن أيضًا حقن غاز الكلور لإزالة الشوائب من خلال التعويم. بعد ذلك، يمكن إخضاع المصهور لعمليات تكرير مثل حقن مواد الصهر لتقليل الهيدروجين والشوائب بشكل أكبر. تعمل عملية إزالة الغازات على إزالة الهيدروجين المذاب، بينما تعمل عملية الترشيح الكيميائي على إزالة الشوائب الصلبة والشوائب الأخرى. والنتيجة النهائية هي سبيكة ألومنيوم منصهرة جاهزة للصب. ^{[ 13 ]}

يُصبّ الألومنيوم المعاد تدويره المنصهر في أشكال صلبة مثل السبائك أو القوالب، أو مباشرةً في صفائح أو قوالب بثق. يُستخدم الصب بالتبريد المباشر عادةً لتجميد الألومنيوم السائل في قوالب أسطوانية كبيرة للبثق أو الدرفلة. ^{[ 8 ]} تعتمد طريقة التبريد المباشر على رش الماء على المعدن الساخن فور خروجه من القالب، مما يُبرّده بسرعة ويحوله إلى قالب صلب. ^{[ 14 ]} بالنسبة للسبائك، تُستخدم قوالب دائرية في كثير من الأحيان، لإنتاج سبائك مسطحة مناسبة لإعادة الصهر أو الدرفلة. ^{[ 15 ]} يُشكّل الصب المستمر الألومنيوم مباشرةً في ألواح درفلة دون الحاجة إلى مرحلة صب السبائك الوسيطة. يُنتج صب الشرائح باستخدام حزامين أو بكرتين شرائح من السبائك بسماكة 6-7 مم مباشرةً من المصهور للدرفلة اللاحقة. تعتمد طريقة الصب على المعالجة اللاحقة واستخدام سبيكة الألومنيوم المعاد تدويرها. ^{[ 16 ]}

تستخدم إعادة تدوير الألومنيوم حوالي 5٪ من الطاقة اللازمة لإنتاج الألومنيوم من البوكسيت ؛ ^{[ 23 ]} يمكن رؤية كمية الطاقة اللازمة لتحويل أكسيد الألومنيوم إلى ألومنيوم بوضوح عند عكس العملية أثناء احتراق الثيرميت أو وقود بيركلورات الأمونيوم المركب .

يُعدّ بثق الألمنيوم بالقوالب طريقةً محددةً للحصول على مواد قابلة لإعادة الاستخدام من خردة الألمنيوم، دون الحاجة إلى كمية كبيرة من الطاقة اللازمة لعملية الصهر. في عام 2003، كان نصف المنتجات المصنعة من الألمنيوم مُصنّعاً من مواد الألمنيوم المُعاد تدويرها. ^{[ 24 ]}

تعتمد الفائدة المتعلقة بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون جزئيًا على نوع الطاقة المستخدمة. يمكن إجراء التحليل الكهربائي باستخدام الكهرباء من مصادر غير أحفورية، مثل الطاقة النووية، والطاقة الحرارية الأرضية، والطاقة الكهرومائية، أو الطاقة الشمسية. ينجذب إنتاج الألومنيوم إلى مصادر الكهرباء الرخيصة. تمتلك كندا والبرازيل والنرويج وفنزويلا ما بين 61% و99% من الطاقة الكهرومائية ، وهي من كبار منتجي الألومنيوم. مع ذلك، فإن الأنودات المستخدمة على نطاق واسع في عملية هول-هيرولت مصنوعة من الكربون، وتُستهلك أثناء إنتاج الألومنيوم، مما يُولد كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، بغض النظر عن مصدر الكهرباء. ^{[ 25 ]} تُبذل جهود حاليًا للتخلص من الحاجة إلى أنودات الكربون. ^{[ 26 ]} كما يُقلل استخدام الألومنيوم المُعاد تدويره من الحاجة إلى تعدين البوكسيت وتكريره.

نظراً للكميات الهائلة من الألومنيوم المستخدمة، فإن حتى الخسائر الصغيرة تُشكّل نفقات كبيرة، لذا تتم مراقبة تدفق المواد بدقة ومحاسبتها لأسباب مالية. كما أن الإنتاج الفعال وإعادة التدوير يُفيدان البيئة أيضاً. ^{[ 27 ]}

نظراً لاستمرار اعتماد العديد من الدول على الكهرباء المولدة من الفحم لإنتاج الألومنيوم، تُساهم صناعة الألومنيوم بنسبة 2% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية، أي ما يُقارب 1.1  مليار طن من ثاني أكسيد الكربون. ^{[ 28 ]} وتسعى العديد من الدول حالياً إلى خفض انبعاثات الكربون من الألومنيوم، ليس فقط لكونه ثاني أكثر المعادن استخداماً في العالم، بل أيضاً لأنه سيُساهم بشكل كبير في الحد من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في إطار الجهود المبذولة لإبطاء تغير المناخ. ^{[ 29 ]}

يُعدّ الألومنيوم من أكثر المواد قابليةً لإعادة التدوير، بل ويُعاد تدويره بالفعل، ويمكن إعادة تدويره بشكل شبه لانهائي. ونظرًا لأنّ إعادة تدوير الألومنيوم تستهلك 5% فقط من الطاقة المستخدمة في إنتاج الألومنيوم الجديد، فإنّ حوالي 75% من الألومنيوم المُصنّع لا يزال قيد الاستخدام حتى اليوم. ^{[ 30 ]} ووفقًا لجمعية الألومنيوم، تصل نسبة إعادة تدوير الألومنيوم في الأسواق الصناعية، مثل قطاعي السيارات والبناء، إلى 90%.

منذ عام 1991، انخفضت انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من علب الألمنيوم بنحو 40%، وهو ما يتماشى مع مستويات الطلب على الطاقة. ويعزى ذلك إلى انخفاض كثافة الكربون في إنتاج الألمنيوم الأولي، وتحسين كفاءة عمليات التصنيع، واستخدام علب أخف وزنًا. ^{[ 31 ]} ورغم أن الألمنيوم الأولي لا يمثل سوى 26.6% من العلبة، إلا أنه يشكل المصدر الرئيسي لبصمتها الكربونية. فعلى سبيل المثال، اعتبارًا من عام 2020، يعتمد 86% من إنتاج الألمنيوم في الصين بشكل أساسي على الكهرباء المولدة من الفحم. في المقابل، تستمد كندا ما يقارب 90% من إنتاجها من الألمنيوم الأولي من الطاقة الكهرومائية، معتبرةً إياها الأكثر استدامة في العالم. ^{[ 29 ]}

الألومنيوم له استخدامات واسعة ومتنوعة، بدءًا من الإنشاءات الدفاعية ونقل الطاقة الكهربائية، وصولًا إلى دوره المحوري في المنتجات التي تقلل الانبعاثات (كالسيارات الكهربائية والألواح الشمسية). ولذلك، بدأت الدول في خفض انبعاثات الكربون من الألومنيوم لمكافحة تغير المناخ العالمي.

إعادة تدوير الألومنيوم لها فوائد اقتصادية عديدة عند تطبيقها بشكل صحيح. في الواقع، تعتبر وكالة حماية البيئة الأمريكية إعادة التدوير جزءًا أساسيًا من اقتصاد الولايات المتحدة، إذ تُسهم في زيادة الإيرادات الضريبية والأجور وخلق فرص العمل. ^{[ 32 ]} من خلال تسهيل معالجة الخردة وتحسين كفاءتها - بدءًا من خردة نهاية العمر الافتراضي وصولًا إلى إعادة استخدامها في جميع مراحل الإنتاج (الخردة الداخلية) - تُساعد إعادة تدوير الألومنيوم في تحقيق أهداف الاقتصاد الدائري. ^{[ 33 ]} يركز هذا النوع من الاقتصاد على تقليل استخراج الموارد الطبيعية، مما يؤدي إلى خفض النفايات الاستهلاكية والصناعية. ومن الأمثلة على الدول التي تبنت التحول إلى الاقتصاد الدائري: الاتحاد الأوروبي، وفنلندا، وفرنسا، وسلوفينيا، وإيطاليا، وألمانيا، وهولندا. ^{[ 34 ]}

أظهرت دراسة أجريت في الولايات المتحدة الأمريكية فوائد اقتصادية عديدة لإعادة تدوير الألومنيوم. فقد رفعت هذه العملية أجور العاملين في مجال إدارة النفايات وصناعة إعادة التدوير من 2.1 مليار دولار إلى 5 مليارات دولار، ووفرت أكثر من 100 ألف وظيفة في الاقتصاد الأمريكي، وحققت مبيعات مواد بقيمة 1.6 مليار دولار. كما أنها توفر طاقة تكفي لتزويد 1.5 مليون منزل بالكهرباء سنوياً، وتمنع وصول أكثر من مليون طن من النفايات إلى مكبات النفايات كل عام.     

الخبث الأبيض، وهو مخلفات إنتاج الألومنيوم الأولي وعمليات إعادة التدوير الثانوية، ويُصنف عادةً كنفايات، ^{[ 42 ]} لا يزال يحتوي على كميات مفيدة من الألومنيوم يمكن استخلاصها صناعيًا. ^{[ 43 ]} تُنتج هذه العملية سبائك ألومنيوم، بالإضافة إلى مادة نفايات شديدة التعقيد. يصعب التعامل مع هذه النفايات، إذ تتفاعل مع الماء مُطلقةً خليطًا من الغازات (بما في ذلك الهيدروجين والأسيتيلين والأمونيا ) التي تشتعل تلقائيًا عند ملامستها للهواء؛ ^{[ 44 ]} ويؤدي ملامستها للهواء الرطب إلى إطلاق كميات كبيرة من غاز الأمونيا . على الرغم من هذه الصعوبات، فقد وُجدت ^{استخدامات} لهذه النفايات كمادة مالئة في الأسفلت والخرسانة . ^{[ 45} ]