تعتمد المنشأة المطلوبة على مادة البداية والمنتج المطلوب. يحتاج البوكسيت إلى مصفاة ألومينا ومصهر ألومنيوم أولي ووحدة صب. وتحتاج الخردة إلى مصنع ثانوي لإعادة الصهر وإعادة التدوير. أما الكتل الأسطوانية والسبائك اللوحية والألواح والمقاطع فتحتاج إلى منشآت لاحقة للتشكيل أو التشغيل الآلي.
تُعرّف Aluminum Association الإنتاج الأولي بأنه اختزال الألومينا إلى ألومنيوم نقي. ولا يغطي هذا التعريف إلا جزءًا من السلسلة الكاملة من البوكسيت إلى المنتج النهائي.
نظرة عامة على سلاسل إنتاج الألومنيوم المختلفة
| مادة البداية | المنتج المطلوب | الحد الأدنى لسلسلة المنشآت | الوحدات الرئيسية |
|---|---|---|---|
| بوكسيت | كتلة بثق أو سبيكة لوحية أو سبيكة مصبوبة | مصفاة ألومينا → مصهر كهربائي → وحدة صب | عملية باير، سلسلة خلايا، معالجة المعدن السائل، الصب |
| ألومينا | كتلة بثق أو سبيكة لوحية أو سبيكة مصبوبة | مصهر كهربائي → وحدة صب | نظام الأنودات، سلسلة الخلايا، أفران الحفظ، الصب |
| خردة ألومنيوم نظيفة | كتلة بثق أو سبيكة مصبوبة جديدة | تجهيز الخردة → صهر ثانوي → وحدة صب | الفرز، إزالة الطلاء، الفرن، ضبط السبيكة، الصب |
| ألومنيوم سائل | كتلة بثق أو سبيكة لوحية أو سبيكة مصبوبة | وحدة صب | الحفظ، صناعة السبيكة، الترشيح، إزالة الغازات، الصب |
| كتلة بثق | مقاطع مبثوقة | مصنع بثق | فرن تسخين الكتل، المكبس، الإخماد، آلة الشد، فرن التعتيق |
| سبيكة لوحية | صفيحة أو لوح أو رقائق | مصنع درفلة | تجهيز السبائك اللوحية، الدرفلة الساخنة، الدرفلة الباردة، التلدين |
| سبيكة مصبوبة أو مرتجعات مسبك | أجزاء مسبوكة | مسبك ألومنيوم | الصهر، معالجة المصهور، قوالب أو قوالب معدنية، التشذيب، الفحص |
| كتلة بثق أو لوح أو مقاطع | أجزاء مشغلة نهائية | مصنع CNC وتصنيع | النشر، التشغيل بتقنية CNC، إزالة الحواف، الفحص، التشطيب |
يبدأ أقصر مسار بالمادة المتاحة بالفعل
ما المنشآت اللازمة لإنتاج الألومنيوم الأولي؟
يبدأ إنتاج الألومنيوم الأولي بالبوكسيت وينتهي بمعدن مصبوب. ويمكن تجميع المنشآت الثلاث الرئيسية في موقع صناعي واحد أو تشغيلها في مناطق مختلفة مع تبادل المواد الوسيطة.
يوضح عرض Hydro لسلسلة البوكسيت إلى المنتج هذا التسلسل بوضوح. يتحول البوكسيت إلى ألومينا، والألومينا إلى ألومنيوم سائل، ثم يُصب المعدن للاستخدام اللاحق.
مصفاة الألومينا
تحول مصفاة الألومينا البوكسيت إلى أكسيد ألومنيوم بدرجة معدنية. ويُسمى هذا المسحوق الأبيض ألومينا. وتستخدم المنشأة عملية باير، لا مجرد صهر المعدن.
يسحق القسم الأمامي البوكسيت ويطحنه. ثم تذيب أوعية الهضم المعادن المحتوية على الألومنيوم في محلول قلوي ساخن. ويفصل الترويق المخلفات غير القابلة للذوبان عن التيار السائل.
تستعيد عملية الترسيب بلورات هيدروكسيد الألومنيوم. وتزيل أفران التكليس الماء المرتبط لإنتاج الألومينا. كما تحتاج المصفاة إلى مرافق لتخزين المخلفات وإدارة المياه ومناولة المواد الكيميائية والبخار والتحكم في العملية.
لا تنتج المصفاة ألومنيومًا معدنيًا. ومنتجها القابل للبيع هو الألومينا المخصصة لمصهر أولي.
مصهر ألومنيوم أولي بالتحليل الكهربائي
يحول المصهر الأولي الألومينا إلى ألومنيوم سائل بالتحليل الكهربائي. ولا يقتصر على صهر معدن صلب. والعملية الصناعية المستخدمة هي عملية Hall-Héroult.
تذوب الألومينا في إلكتروليت منصهر داخل خلايا اختزال مبطنة بالكربون. ويفصل تيار مستمر عالي الشدة الألومنيوم عن الأكسجين. ويتجمع المعدن السائل في قاع كل خلية ثم يُسحب للصب.
تشمل الأنظمة الرئيسية مناولة الألومينا والأنودات الكربونية وسلاسل الخلايا والمقومات ومعدات نقل المعدن. كما يُعد جمع الغازات ومعالجتها ضروريًا. ويوضح عرض Aluminium Story لعملية الاختزال كيف تعمل الخلايا والأنودات ومعالجة الأبخرة والصب معًا.
يمثل توفر كهرباء موثوقة متطلبًا أساسيًا للموقع. وتعمل المصاهر عادة باستمرار، لذلك تؤثر جودة الطاقة ومخاطر انقطاعها في جدوى المصنع.
وحدة الصب
تستقبل وحدة الصب الألومنيوم السائل من مصهر أو فرن إعادة صهر. وتضبط التركيب الكيميائي وتحول المعدن السائل إلى أشكال قابلة للنقل.
تثبت أفران الحفظ درجة الحرارة وتدعم إضافة عناصر السبيكة. ويضبط استخدام مواد التنقية والترشيح وإزالة الغازات الشوائب والغازات الذائبة. ثم تنتج معدات الصب كتل بثق أو سبائك لوحية أو سبائك للمسابك أو شكلًا آخر محددًا.
تحتاج بعض المنتجات أيضًا إلى التجانس والنشر والكشط السطحي والوسم والفحص. ويعتمد خط الإنتاج الدقيق على السبيكة والعملية اللاحقة.
ليست وحدة الصب دائمًا مسبكًا للأشكال. فعادة تنتج وحدة الصب الأولية مواد نصف مصنعة، بينما ينتج المسبك مكونًا أقرب إلى هندسته النهائية.
ما المصنع اللازم لإعادة تدوير خردة الألومنيوم؟
تتجاوز خردة الألومنيوم مصفاة الألومينا والمصهر الأولي. لكنها لا تزال تحتاج إلى تجهيز وصهر ومعالجة وصب تحت السيطرة.
يحدد مصنع إعادة التدوير السبائك أولًا ويزيل الملوثات. وقد يشمل التجهيز الفصل المغناطيسي والتقطيع والتجفيف وإزالة الطلاء أو معالجة الرايش. ثم تدخل الخردة النظيفة فرن إعادة صهر مناسبًا.
يتطلب الحمام المنصهر فحوصًا للتركيب وضبطًا للسبيكة. وتحمي أنظمة الترشيح وإزالة الغازات ومعالجة الخبث والحفظ جودة المصهور. ويمكن صب المعدن المعالج في كتل بثق أو سبائك مصبوبة أو سبائك لوحية أو مواد أولية للمسابك.
تمثل الخردة المختلطة أصعب مشكلة جودة. فلا يمكن دائمًا تحويل خليط منخفض القيمة من السبائك إلى منتج مشغول عالي المتطلبات. لذلك يشكل تصنيف الخردة وتخطيط الشحنة تصميم المصنع بأكمله.
تفيد Hydro بأن إعادة تدوير الخردة تستخدم نحو 5% من الطاقة اللازمة لإنتاج ألومنيوم جديد. ومع ذلك، تختلف طاقة الموقع وانبعاثاته الفعلية حسب جودة الخردة ونوع الفرن والمردود ومزيج الكهرباء.
ما المنشأة اللاحقة المطلوبة بعد إنتاج الألومنيوم؟
ينتهي إنتاج المعدن الأولي عند المواد المصبوبة الأولية. ويبدأ تصنيع المنتجات بكتلة بثق أو سبيكة لوحية أو سبيكة مصبوبة أو لوح أو شكل آخر من الخام.
يسخن مصنع البثق الكتل ويدفعها عبر قالب ذي شكل محدد. ويحتاج الخط أيضًا إلى معدات خروج وإخماد وشد وقطع وتعتيق وفحص. وقد يحتاج المشروع الذي يبدأ بكتلة بثق إلى بثق ألومنيوم مخصص، لا إلى مصهر.
يحول مصنع الدرفلة السبائك اللوحية إلى ألواح أو صفائح أو شرائط أو رقائق. وتشمل المراحل المعتادة تجهيز السبيكة اللوحية وإعادة التسخين والدرفلة الساخنة والدرفلة الباردة والتلدين والتسوية والشق والفحص. ويحدد سُمك المنتج وحالته المسار.
يصهر مسبك الألومنيوم السبائك المصبوبة أو المرتجعات أو الخردة المختارة. ويتحكم في المصهور قبل الصب بالجاذبية أو الضغط المنخفض أو الرمل أو الصب بالضغط. وقد تتبع ذلك عمليات التشذيب والمعالجة الحرارية والتشغيل والفحص.
يبدأ مصنع CNC والتصنيع بخام صلب أو أشكال قريبة من الشكل النهائي. تُجهز المناشير القطع الخام، وتنشئ مراكز التشغيل الهندسة المطلوبة. وتكمل إزالة الحواف والفحص المسار الأساسي. ثم يمكن ربط تشغيل الألومنيوم بتقنية CNC مع المعالجات السطحية لمقاطع الألومنيوم.
لا تنتج هذه المصانع اللاحقة ألومنيومًا أوليًا. بل تحول المعدن المشترى إلى منتجات قابلة للاستخدام.
ما الأنظمة المساندة التي يحتاجها مصنع الألومنيوم؟
معدات العملية الأساسية ليست سوى جزء من المنشأة. وتحافظ مناولة المواد والصيانة والسلامة والتحكم في العملية على استقرار الخط.
يجب أن تتناسب أنظمة الجودة مع مخاطر المنتج. وتشمل الضوابط الشائعة كيمياء السبيكة وفحص الأبعاد والاختبارات الميكانيكية وفحوص السطح وتتبع الدفعات. ويحتاج مصنع كتل البثق إلى اختبارات قبول تختلف عن مورد أجزاء CNC.
تختلف احتياجات المرافق أيضًا حسب المسار. تعتمد المصافي على مناولة المواد الكيميائية والحرارة والمياه وأنظمة المخلفات. وتحتاج المصاهر إلى إمدادات كهربائية كبيرة وموثوقة إلى جانب معالجة الغازات. وتتطلب إعادة الصهر والصب والبثق والدرفلة والمعالجة الحرارية أفرانًا وتهوية وتبريدًا مناسبًا.
يجب أن تكون الضوابط البيئية جزءًا من تصميم العملية، لا أن تُضاف بعد تثبيت قائمة المعدات. وستحدد التصاريح المحلية وظروف الموقع الحل النهائي.
كيف تختار النطاق الصحيح لمصنع الألومنيوم؟
حدد حدود العملية قبل اختيار المعدات. وتتحكم ستة مدخلات للمشروع في الإجابة:
- مادة البداية. حدد ما إذا كانت بوكسيت أو ألومينا أو خردة أو معدنًا سائلًا أو كتل بثق أو سبائك لوحية أو ألواحًا أو مقاطع.
- الناتج القابل للبيع. عرّف الشكل المعدني الدقيق أو الجزء النهائي الذي سيغادر المصنع.
- السبيكة والجودة. سجّل حدود التركيب والحالة والأبعاد والعيوب والاختبارات واحتياجات التتبع.
- ملف الطاقة الإنتاجية. اذكر الطلب السنوي وحجم الدفعة ومزيج المنتجات ومعدل الاستخدام المتوقع.
- قيود الموقع. أكد الكهرباء والوقود والمياه والخدمات اللوجستية والعمالة والتصاريح والانبعاثات ومسارات النفايات.
- حد التصنيع أو الشراء. قرر أي المراحل تحقق ميزة فعلية وأيها يمكن توريده.
يتطلب مجمع أولي متكامل بنية أساسية كبيرة للطاقة والبيئة والتشغيل. ولا يحتاج معظم مصنعي المنتجات إلى هذا النطاق. فهم يشترون كتل البثق أو الألواح أو الصفائح أو المقاطع أو المسبوكات، ويستثمرون فقط في مراحل إضافة القيمة التي يتحكمون فيها.
مع ذلك يحتاج مهندسو المصانع إلى أساس تصميم رسمي قبل تحديد أحجام المعدات. ويتطلب تحديد الحجم اختبار الخامات وتوصيف الخردة وموازين الكتلة ودراسات المرافق وهندسة التصاريح.
متى يكون مورد ألومنيوم في المراحل اللاحقة كافيًا؟
يكون المورد اللاحق مناسبًا عندما يبدأ المشروع بكتل بثق أو مقاطع أو ألواح أو رسم جزء. وقد يجمع العمل المطلوب بين البثق والتشغيل بتقنية CNC والتشطيبات المنسقة.
تدعم Zheng Ji هذه المرحلة من خلال 12 خط بثق و30 ماكينة CNC. كما تدعم أعمال النماذج الأولية، ونظام الجودة معتمد وفق ISO 9001. ولا تشمل هذه القدرات تكرير الألومينا أو الصهر الأولي.
جهّز رسومات 2D و3D والسبيكة والحالة والحجم السنوي والسماحات والتشطيب ومتطلبات الاختبار. ثم أرسل حزمة المشروع لمراجعة التصنيع والحصول على عرض سعر خلال 24 ساعة.
