سازمــان توسعـه و نوســـازی
معادن و صنایع معدنی ایران

در سال های اخیر پیشرفت های حاصله در زمینه فناوری ذوب شتاب گرفته است. در این مقاله بخشی از این دستاوردهای عمده که در مراحل تکوین و یا در دست تکامل است ، مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است.
سیستم AP ریوتینتو آلکان ار زمان آغاز بکارگیری آن توسط پچینی ( Pechiney) در سال 1970 روش تولید عمده ای محسوب می شود. شروع آن با AP13 است که از جریان برق 13 هزار آمپر استفاده می کند. این فناوری بتدریج به AP18 ، AP30 و دیگر نمادهای عددی آمپر است که با افزایش شدت جریان باطری متحول شده است.
در حال حاضر از انواع گوناگون AP برای تولید 6.8 میلیون تن آلومینیوم در سال در جهان استفاده می شود که از این میزان 2 میلیون تن در دست احداث است.
آخرین پیشرفت ها و تحولات بدست آمده مربوط به AP60 است که برای آن یک کارخانه آزمایشی با 38 باطری در ژانویه امسال در واحد ذوب آلومینیوم آرویدا متعلق به شرکت RTA در کانادا افتتاح شد. نخستین فاز کارخانه شامل 31 باطری یا دستگاه الکترولیز نسل اول و هفت باطری نسل دوم است. باطری های نسل اول با جریان 570 کیلوآمپر با مصرف انرژی 13.3 مگاوات ساعت / تن آلومینیوم بهره برداری می شوند. هر باطری 4.3 تن در روز آلومینیوم تولید می کند. باطری های نسل دوم با 600 کیلووات بهره برداری شده و مصرف انرژی آن کمتر از 13 مگاوات ساعت در هر تن بوده و تولید این باطری بیش از 4.5 تن در روز است.
در حال حاضر ظرفیت این واحد آزمایشی 60 هزار تن در سال است. فاز دوم این پروژه قرار است شدت جریان را به 600 کیلوآمپر برساند که به بهره برداری از باطری ثبات بخشیده و توانایی های آن را کاملا در یک مقیاس صنعتی نشان خواهد داد. وقتی که فاز دو پس از توسعه با باطری های نسل دوم تکمیل شود، کل ظرفیت به 460 هزار تن در سال افزایش پیدا خواهد کرد. این ظرفیت نسبتا با فضای موجود در کارخانه جانکویره با محدودیت مواجه خواهد شد که با یک باطری AP60 ظرفیت آن به 760 هزار تن در سال خواهد رسید. هر باطری دارای 18 متر طول است در حالی که هر آند کربن دارای وزنی بیش از 1.4 تن است که برای دو هفته پیش پخت می شود و مصرف آن به 28 روز می رسد.
مجوز زیست محیطی آن برای توسعه Arvida دریافت شده است اما زمان به شرایط بازار بستگی دارد. سخنگوی ریوتینتو می گوید در صورت بهبود شرایط بازار ما می توانیم این پروژه را بیشتر توسعه دهیم.

دامنه ارتقاء آمپر باطری
آلکان ریوتینتو می گوید از AP60 به عنوان الگوی اصلی برای یک فناوری با کارآمدی بیشتر انرژی تحت عنوان APXE استفاده می کند که در مرکز تحقیق و توسعه آن در فرانسه ابداع و تکامل یافته است. علاوه بر این شرکت بدنبال ارتقاء بیشتر سیستم های AP قبلی خود از طریق دستیابی به جریان بالاتر و کارآمدی بیشتر انرژی است.
این پروژه بر اساس الگوی معتبر AP2X و AP3X/4X اجرا می شوند. هدفی که الگوی AP2X دنبال می کند افزایش آمپر به 250 کیلوآمپر و در مورد AP4X به بالای 400 کیلوآمپر است. مصرف انرژی هر دو 12.3 مگاوات ساعت در هر تن است اما هدف رسیدن به 12 مگاوات ساعت در هر تن است.
برنامه ارتقاء واحدهای ذوب کنونی در دست اجراست. در کارخانه Kitmat در RTA در ایالت بریتیش کانادا ، خطوط کنونی Sqderberg تعطیل شده و به جای آن از یک ردیف خط باطری 384 استفاده می شود که نشان می دهد فناوری AP40 با KA405 و 13.15 مگاوات ساعت در هر تن آلومینیوم بهره برداری می شود. ارتقاء فناوری ادامه دارد تا نخستین تولید در نیمه اول سال 2015 بدست آید. این ارتقاء ظرفیت را از 280 هزار تن در سال به 420 هزار تن در سال افزایش خواهد داد.
شرکت RTA بتدریج واحد ذوب Alouette در کانادا ( 40 درصد متعلق به شرکت RTA ) را به یک روش باطری کم انرژی طراحی و تبدیل می کند که به آن AP40LE می گویند. برنامه مدرنیزاسیون در اکتبر 2012 آغاز شده و الکترولیت ها به پایان عمر خود می رسند که یک باطری نوع AP40LE با مصرف انرژی 12.5 تا 12.7 مگاوات ساعت در هر تن ( با توجه به مجموعه تجهیزات آند) جایگزین آن می شود. این باطری های جدید دقیقا با زیرساختار کنونی منطبق بوده و با ابعاد کنونی آن مشابه است که هزینه های ارتقاء را کاهش می دهد. پیش بینی می شود از ابتدای ژانویه سال 2017 بکارگیری کامل تمام باطری ها به صورت
AP40LE طبق طرح جریان 395 کیلووات که در آن زمان ظرفیت بالای 630 هزا رتن در سال خواهد رسید، آغاز شود.
در عمان شرکت آلومینیوم سوهار ( 20 درصد متعلق به RTA ) بتدریج AP37 خود را به باطری های با جریان بالاتر تبدیل می کند و این بخشی از برنامه بازسازی است که به ظرفیت 25 هزار تن در سال افزوده و آن را تقریبا به 400 هزار تن در سال می رساند. انتظار می رود که در پایان سال جاری این تبدیل انجام گیرد.

خط آزمایشی هیدرو
دیگر تولیدکننده آلومینیوم شرکت هیدرو است که طرح های توسعه خود را دنبال می کند. در حال حاضر چند سالی است که مشغول تست آخرین فناوری باطری HAL4e در مرکز تحقیقات ARdal خود در نروژ است. با توجه به نتایج قطعی بدست آمده از کار با باطری ها با جریان 420 کیلوآمپر ، گام بعدی ساخت یک خط آزمایشی با مقیاس کامل در سایت شرکت Karmoy در نروژ است. این خط دارای ظرفیت 70 هزار تن در سال است که احتمالا در اوایل سال 2017 به بهره برداری برسد.
در ماه ژوئن اعلام شد Enova که یک شرکت دولتی است و فناوری ها و پروژه های جدید مربوط به کاهش مصرف انرژی و زیست محیطی را حمایت می کند، تصمیم گرفته است که 1.5 میلیارد کرون نروژ از کل هزینه تخمینی 3.6 میلیارد کرون نروژ ( 580 میلیون دلار) برای ساخت این کارخانه آزمایشی را تامین کند.
این کمک ها منوط به مصوبه یا تاییدیه دفتر ایمنی برقی سازمان نظارت بر انجمن تجارت آزاد اروپاست و نیز مشروط بر این است که سایر موارد نیز مانند عرضه بسنده انرژی به قیمت رقابتی لحاظ شده باشد.
هدف هیدرو محقق کردن پیشگامی شرکت در فناوری های جدید است که بتواند مصرف انرژی و آلایندگی در این صنعت را در نروژ بکاهد. پروژه HAL4e بدنبال کارآمدی انرژی از 12.3 مگاوات ساعت در هر تن است. در همان زمان حتی فناوری پیشرفته تحت عنوان اولترا HAL4e ( که در اصل تحت عنوان
HAL4e بود) نیز در Karmoy مطالعه خواهد شد که هدفش کاهش مصرف انرژی تا حداکثر 12 مگاوات ساعت در هر تن بود، 12 باطری HAL4e علاوه بر خط آزمایشی ساخته خواهد شد.
شرکت الومینیوم دبی که در حال حاضر وابسته به شرکت آلومینیوم گلوبال امارات ( EGA ) است، برای نخستین بار آخرین فناوری تجاری DX را در شرکت همتای آن یعنی آلومینیوم امارات ( Emal ) آغاز کرده است. این فناوری که از فناوری اصلی DX مشتق گرفته است، ابتدا در سال 2008 به طور تجاری در دوبال راه اندازی شد و DX+ در خط باطری سه جدید در Emal برای تکمیل کردن طرح توسعه فاز دوم آن استفاده می شود. با راه اندازی آخرین باطری از 444 باطری در ماه ژوئن خط باطری شماره سه Emal تکمیل شد. این خط که 1.7 کیلومتر است، بزرگترین خط باطری در جهان محسوب شده و 520 هزار تن در سال به ظرفیت شرکت می افزاید که هم اکنون در مجموع به 1.32 میلیون تن در سال می رسد. باطری های DX+ با 440 کیلوآمپر کار می کند که قرار است ظرفیت آن به موقعبه 460 کیلوآمپر افزایش پیدا کند. مصرف انرژی در خود خط باطری آزمایشی DX+ دوبال( Dubal ) در طی 14 ماه پیش بین 13.2 مگاوات ساعت در هر تن بوده که هر کدام از باطری ها 3.36 تن در روز آلومینیوم تولید می کنند.
علاوه بر این دوبال بر روی فرکانس پایین تاثیر آند DX+ با تولید روزانه 0.06 تاکیدر دارد، در حالی که روش کنترل اختصاصی شرکت بر روی تاثیر آند در حد میانگین کمتر از 10 ثانیه محدود می شود که ماحصل آن خروج با تولید اندک پرفلوروکربن است.
فاز دوم طرح توسعه Emal شامل ارتقاء نخستین خط باطری از دو خط باطری DX است که ظرفیت آن را با 50 هزار تن افزایش در سال به 800 هزار تن در سال خواهد رساند.
علاوه بر این، تحقیقات گسترده ای در زمینه ذوب آلومینیوم در بزرگترین تولیدکننده الومینیوم اولیه در جهان صورت پذیرفته است. پس از هفت سال کار بر روی یک فناوری که از جریان 600کیلوآمپر در یک " باطری فوق العاده بزرگ" استفاده می کند؛ نتیجه با موفقیت در کارخانه لیانچنگ سازمان آلومینیوم چین (چاینالکو) صورت پذیرفت. این فناوری توسط انجمن صنعتی فلزات غیرآهنی چین و وزارت علوم و فناوری این کشور تست و تایید شده است.
مصرف انرژی آن 12.136 مگاوات ساعت در هر تن بوده و چاینالکو از آن به عنوان یک فناوری با کمترین مصرف انرژی در صنایع باطری آلومینیوم سازی در جهان یاد می کند. بعضی از فناوری های بکارگرفته شده در این باطری جدید در باطری های کنونی با آمپر پایین تر نیز استفاده شده بود که نتیجه آن نیز کاهش مصرف انرژی بوده است. به هر صورت اطلاعات مربوط به زمان و مکان نصب فناوری جدید هنوز مشخص نشده است.

بازسازی روسال
در روسیه شرکت Rusal نیز فناوری های اختصاصی سیستم ذوب خود را در قرن 21 مطالعه و ابداع می کند که شامل باطری های Sqderberg کارآمدتر و پایدارتر از نظر حفظ محیط زیست است.
فناوری ذوب باطری پیش پخت RA-400 آن ابتدا در سال 2005 با یک باطری با جریان 425 کیلوآمپر و با مصرف انرژی 13.54 مگاوات ساعت در هر تن و ظرفیت باطری تولید 3.016 تن در روز آلومینیوم آغاز شد.
بتازگی شرکت یک پروژه 70 میلیون دلاری بازسازی RA-400 را اجرا کرده است که مصرف انرژی را به زیر 12.9 مگاوات ساعت در هر تن کاهش داده و آمپر را به 435 کیلوآمپر رسانده و کارآمدی کنونی را به 95.5 درصد افزایش داده است.
فناوری RA-400 کاملا آماده کاربرد در واحد ذوب 750 هزار تن در سال Taishet است . علاوه بر این طرح هایی نیز برای استفاده از RA-400 برای پروژه های بیرونی دارد که در آنجا روسال عرضه کننده این فناوری خواهد بود. اجرای پروژه Taishet در حال حاضر به دلیل نبود بهبود شرایط بازار به حالت تعلیق درآمده است.
دستاورد بعدی RA-400 در این شرکت فناوری RA-500 است که با جریان باطری 520 کیلوآمپر کار خواهد کرد و هر باطری آن روزانه 3.96 تن آلومینیوم تولید خواهد داشت. در حال حاضر کارهای مربوط به طراحی باطری و خط آزمایشی آن واحد ذوب در منطقه سایانوگورسک پایان یافته اما تصمیم گیری در خصوص ساخت این خط آزمایشی تا بهبود وضع بازار آلومینیوم به تاخیر افتاده است.
علاوه بر سیستم های آند پیش پخت که در بالا به آن اشاره شد، شرکت روسال یک باطری SQderberg پیشرفته ساخته که می تواند با بسیاری از واحدهای ذوب آن که از این فناوری کم کارآمد و آلاینده استفاده می کنند بازجویی شود.
این طراحی جدید که عنوان آن Ecosoderberg است، از چندین نوآوری استفاده می کند که شامل چسب آند کلوئیدی است که محتوی اندکی قیز در مقایسه با خمیر آندی استاندارد است. علاوه بر این طرح دارای یک سیستم تخلیه پیشرفته گاز است که منتج به کاهش چشمگیر آلایندگی می شود. همچنین انتظار می رود مصرف انرژی باطری به میزان 300 کیلووات در هر تن آلومینیوم کاهش پیدا کند.
روسال در نظر دارد تقریبا 2.1 میلیون تن در سال از 2.3 میلیون تن کل ظرفیت کنونی خود را قبل از سال 2020 به اکوسودربرگ ( Ecosoderberg ) تبدیل کند. این پروژه شامل همه باطری های S-8BM و S-8B در چهار واحد ذوب کراسنوپاسک، براتسک، ایرکوتسک و نووکوزونتسک است اما خطوط باطری سودربرگ مجهز به باطری های C-2 و C-3 است که به فناوری پیش پخت تبدیل خواهد شد.
پیشرفته ترین فناوری که روسال بر روی آن کار می کند، آغاز احداث واحد فناوری آند خنثی است که در آن آندهای کربنی استفاده نمی شود و اکسیژن به عنوان تنها محصول جانبی از آن خارج می شود، تمام گازهای کربنی خروجی خطرناک حذف می شوند. تست قبل از نصب یک باطری معمولی اجرا می شود و در نظر است که تست صنعتی در اتاق باطری در سال 2015 انجام شود.

مترجم: علی غفوری