-
مدیر بازنشسته
ريخته گري تحت فشار
ريخته گري تحت فشار نوعي ريخته گري مي باشد كه مواد مذاب تحت فشار بداخل قالب تزريق مي شود . اين سيستم بر خلاف سيستم ريژه كه مذاب تحت نيروي وزن خود بداخل قالب مي رود امكانات توليد قطعات محكم وبدون مك مي باشد. دايكاست كوتاهترين راه توليد يك محصول از فلز مي باشد .
مزاياي ريخته گري تحت فشار:
1-توليد انبوه و با صرفه
2-توليد قطعه مرغوب باسطح مقطع نازك
3-توليد قطعات پيچيده
4-قطعات توليد شده در اين سيستم از پرداخت خوبي بر خوردار است.
5-قطعه توليد شده استحكام خوبي دارد.
6-در زمان كوتاه توليد زيادي را امكان مي دهد.
معايب ريخته گري تحت فشار :
1-هزينه بالا
2-وزن قطعات در اين سيستم محدويت دارد حداكثر 3 8 K g
3-از فلزاتي كه نقطه ذوب آنها در حدود آلياژ مس مي باشد مي توان استفاده نمود.
ماشينهاي دايكاست:
اين ماشينها دو نوع كلي دارند:
1-ماشينهاي با محفظه تزريق سرد: cold chamber در اين نوع سيلندر تزريق خارج از مذاب بوده و فلزاتي مانند A L و C u و m g تزريق مي شود و مواد مذاب توسط دست به داخل سيلندر تزريق منتقل مي شود .
2-ماشينهاي با محفظه تزريق گرم : Hot chamber در اين نوع سيلند تزريق داخل مذاب و كوره بوده و فلزاتي مانند سرب خشك و روي تزريق مي شود و مذاب اتوماتيك تزريق مي شود.
محدوديتهاي سيستم سرد كار افقي:
1-لزوم داشتن كوره هاي اصلي و فرعي براي تهيه مذاب و رساندن مذاب به داخل سيلندر تزريق
2- طولاني بودن مراحل كاري
3-امكان بوجود آمدن نقص در قطعه بدليل افت حرارت مذاب آكومولاتور يك سيلندر دو طرفه بازشوكه داخل آن يك پيستون شناور وجود دارد كه يك سمت آن فشار گازاز نوع گاز بي اثر مانند گاز ازت كه در سيستم با D Oمشخص مي باشد ، تحت فشار است و در سمت ديگر فشار روغن كه در سيستم با P N مشخص مي باشد.
وظيفه آكو مولاتور:
چون پيستون شناور آكومولاتور بوسيله فشار روغن شارژ شده است و پشت آن هم فشار متراكم گاز وجود دارد در زمان تزريق وقتي فشار روغن در يك سمت كم مي شود . فشار گاز با سرعت زيادي پيستون را به سمت روغن هدايت نموده و باعث سرعت زيادي در ضربه دوم تزريق شده و مذاب را در مدت زمان كوتاه بداخل حفره قالب مي راند .
نقش آكومولاتور:
اگر اين اجزاء عمل نكند و در واقع نقشي در تزريق مذاب نداشته باشد قطعات داراي مك و بد تزريقي بوده و استحكام لازم راندارد.
بسته نگه داشتن قالب : (قفل قالب D I E L O C K )
فشارهايي كه در ريخته گري تحت فشار در فلز مذاب به وجود مي آيند مستلزم داشتن تجهيزات ويژه جهت بسته نگهداشتن قالب مي باشد تااز فشاري كه براي باز كردن قالب در طي تزريق بوجود مي آيدوباعث پاشيدن فلزاز سطح جدا كننده قالب مي شود اجتناب شده و تلرانسهاي اندازه قطعه ريختگي تضمين گردد. قالبهاي دايكاست بصورت دو تكه ساخته مي شوند يك نيمه قالب به كفشك ثابت ( طرف تزريق) و نيمه ديگر به كفشك متحرك ( طرف بيرون انداز) بسته مي شود . قسمت متحرك قالب بوسيله ماشين روي خط مستقيم به جلو و عقب مي رود و به اين ترتيب قالب دايكاست باز و بسته مي شود. بسته نگهداشتن هردونيمه قالب طی تزريق ،بسته به طراحي ماشين ريخته گري تحت فشار با روشهاي مختلف صورت مي گيرد. يك روش اتصال با نيرو است كه از طريق اعمال يك نيروي هيدروليكي بر كفشك متحرك به وجود مي آيد.روش ديگر،اتصال با فرم به كمك قفل و بند هاي مكانيكي صورت مي گيرد اين قفل و بند ها فقط با يك نيروي كوچك پيش تنش كار مي كنند . در هر دو مورد يك بسته نگهدارنده ايجاد مي گردد كه با نيروي به وجود آمده باز كننده در قالب دايكاست مقابله مي كند. نيروي باز كننده نتيجه فشار تزريق است كه هنگام پر كردن قالب ايجاد مي گردد.
سيستم قفل قالب به روش اتصال با نيرو معمولا شامل قسمتهاي زير است :
1-دوميز ثابت جلو و عقب و يك ميز متحرك مياني
2-چهار عدد بازوي راهنما و هشت عدد مهرة فيكس
3-سيلندر محرك ميز متحرك
قدرت قفل شوندگي قالب بستگي به موارد زير دارد:
1-قدرت پمپ
2-قدرت سيلندر محرك ميز
3-قدرت چهار عدد ميله راهنما
4-زاويه شيب گوه ها
-
مدیر بازنشسته
رویکرد نانوتکنولوژی
مقدمه
علم نانو (Nano - science) و فناوری متکی بر آن یا به اختصار ، فناوری نانو (Nano - technology) در کنار علوم و فناوریهای مرتبط با زیست شناسی و ژنتیک مولکولی ، علوم و فناوری اطلاعات ، مولفه‌های انقلاب سوم علمی - صنعتی عصر جدید را تشکیل میدهند. این انقلاب ادامه منطقی انقلابهای علمی اول و دوم است که منجر به پیدایش علوم و فناوریهای مقیاسهای ماکرو و میکرو گشتند.
انقلاب سوم و بویژه مولفه‌های علوم و فناوری مقیاس نانو در آن برای اولین بار در تاریخ جوامع بشری امکان دستکاری و دخالت عمدی و اختیاری در خواص و سازماندهی ماده فیزیکی و اساسی‌ترین سطوح آن ، یعنی مقیاسهای زیر اتمی و مولکولی را فراهم خواهد آورد.
نقش نانو ساختارها در فناوری نانو
علم نانو ایجاد دانشهای بنیادی برای اعمال کنترل کامل بر ساختار و عملکرد ماده فیزیکی در مقاسهای اتمی و مولکولی را هدف خود برای اعمال کنترل کامل بر ساختار و عملکرد ماده فیزیکی در مقیاسهای اتمی و مولکولی را قرار داده است و فناوری نانو نوید میدهد که این دانشها در آینده‌ای نه چندان دور در قالب مهندسی در آیند.
از طریق فناوری نانو خواهیم توانست با جایگذاری تک اتمها و تک مولکولها در کنار یکدیگر از پایین به بالا ساختارهای نوینی را که به نانو ساختارها (nano - structures) موسوم‌اند. و دارای خواص و عملکردهای کاملا نوین می‌باشند بوجود آوریم. با استفاده از این ساختارها دستگاهها ، ادوات و قطعات فوق ریزی که در مقیاسهای طولی و زمانی بسیار تقلیل یافته فعالیت میکنند، تولید نماییم. نانو ساختارها سنگ بنای فناوری نانو هستند.
از نظر اندازه در فاصله بین ساختارهای مولکولی و ساختارهای میکرونی قرار دارند. از تعداد قابل شمارشی از اتمها تشکیل میشوند و نسبت سطح به حجم آنها بسیار بالاست. شکل جدیدی از ماده فیزیکی‌اند که برای درک خواص آنها بویژه خواص الکترونی و مقیاسی آنها باید به مفاهیم بسیار پیشرفته مکانیک کوانتومی دستگاههای بس ذره‌ای متوسل شد. از آنجایی که خواص مواد قویا به اندازه اجزا تشکیل دهنده آنها یا ریز دانه‌های آنها وابسته است. موادی که ریز دانه‌های آنها در مقیاس نانو طراحی میشوند از کیفیتهای نوینی برخورد دارند که در مواد معمولی موجود نیستند.
نانو ساختارها در همه زمینه‌ها به چشم می‌خورند. چه در دستگاههای زنده و چه غیر زنده. وجود نانو ساختارهای زیستی از قبیل آنزیمها ، گواه بر این واقعیت است که طبیعت خود بهترین شکل فناوری مقیاس نانو را بوجود آورده است. علوم سنتی یعنی فیزیک ، شیمی ، ریاضیات ، ژنتیک ، علم مواد ، مهندسی پزشکی ، که در مقیاسهای ماکرو و میکرو حوزه‌های فعالیت مجزا و مستقلی هستند، در مقیاس نانو به سمت اصول ، ساختارها و ابزارهای واحدی گرایش می‌یابند.
انواع رویکردهای نانو تکنولوژِی
در نتیجه ، علوم فناوری نانو عمیقا میان رشته‌ای بوده و دستاوردهای بس شگرفی برای بشریت خواهند داشت و افقهای کاملا جدیدی را برای پیشرفت و بهروزی جوامع و مبارزه موثر با بیماریها و گرسنگی خواهند گشود. رسیدن به مقیاس نانو از طریق رویکرد از پایین به بالا یکی از گزینه‌های علم و فناوری نانو است. رویکرد دیگر در علم فناوری نانو ، رویکرد از بالا یه پایین ، یا بیرون کشیدن نانو ساختارها از درون ساختارهای بزرگتر است. این رویکرد به نام برنامه کوچک سازی (miniaturization program) مشهور گشته است و همراه با رویکرد اول ، بسترهای اساسی برای پیشرفت برنامه عظیم جهانی علوم فناوری نانو هستند.
علوم فناوری نانو ، همراه با فناوری زیسی متکی بر ژنتیک مولکولی که در برنامه بزرگ ژنوم انسانی متجلی گشته است. و فناوری اطلاعات که با پیشرفت عظیم قدرت محاسباتی رایانه‌ها ، در شکل ابر رایانه‌ها سکوهای گرافیک محاسباتی و رایانه‌های فردی ، جهش‌وار به پیش میرود. مبانی علم و فناوری قرن بیست و یکم را تشکیل میدهند و سیمای پیشرفت جوامع بشری را تا حداقل پنجاه سال آینده ترسیم میکنند.
فناوری نانو در آینده نه چندان دور
واقعیت این است که بشر در آستانه بزرگترین تحول و دگرگونی تاریخ خود قرار دارد و این تحول همه چیز را در همه عرصه‌های زندگی بشر ، بطور انقلابی دگرگون خواهد ساخت. فناوری نانو ، جهان را در آستانه بزرگترین انقلاب تاریخ قرار داده است. در سایه انقلاب فناوری نانو توانمندیهای تازه‌ای در تولید و کاربرد ابزار میکرو الکترونیک یکی پس از دیگری پدیدار خواهد شد. با استفاده از این فناوری ابزار و وسایل لازم با بهره گیری از روشهای ساخت مولکولی مشابه با آنچه در اندام انسانی روی میدهد تولید میشوند.
پیامدهای فناوری نانو با توجه به این نکته که این فناوری میتواند در نقطه تلاقی دانش اطلاعات و دانش زیستی عمل نماید کاملا حیرت انگیز خواهد بود. رایانه‌های مولکولی با اجزا ارگانیک و زنده در تماس و ارتباط خواهند بود. انسانها در 25 سال آینده وسایل اطلاع رسانی شخص خود را در حالی با خود حمل خواهند کرد که آن را به نوعی پوشیده‌اند و نیروی لازم برای آن را از انرژی جنبشی ناشی از راه رفتن خود تامین میکنند.
محط کار ما بطور مجازی و مطابق نیاز و سلیقه ما همه جا همراه خواهد بود و مردم همه دنیا با حجم زیادی از اطلاعات در هر زمان و مکان قابل دسترسی خواهند بود. هنگام سفر نیز خودروهای رایانه‌ای و هوشمند خود راننده در ارتباط شبکه‌ای با پایگاههای مرکزی بوده و دسترسی دائمی به آخرین اطلاعات مورد نیاز امکان پذیر خواهند نمود و قبل از رسیدن به خانه و لوازم منزل و محیط خانه را با برنامه ریزی و ارتباط با یکدیگر مطابق دلخواه ماآماده خواهند کرد.
در زمینه فناوری میکرو الکترومکانیکها (MEMS) ما به وسایلی دست پیدا خواهیم کرد که در آنها حسگرها و فرستنده‌ها و گیرنده‌ها در حداقل اندازه خود بوده و با چنین وسایلی زندگی ما به شدت متحول خواهد شد. به عنوان نمونه هنگام بیماری پزشکان همزمان با ما و یا حتی زودتر از ما از آن آگاه خواهند شد. در زمینه فناوری زیستی امکان همانند سازی انسان و سایر موجودات زنده گزینش جنسیت و حتی صفات خاص در نوزادان فراهم شده و امکان درمان بسیاری از بیماریهای حاد و مزمن حسی عصبی با فناوری کشت سلولی مقدور خواهد شد.
نانو تکنولوژی در ایران
برای کشور در حال توسعه ایستایی نظیر کشور ما نیز گزینش استراتژی فرا صنعتی علاوه بر حیاتی و اجتناب ناپذیر بودن آن ، این حسن را نیز دارد که توجه جامعه را از مسائلی انحرافی و مشکلات کاذبی نظیر منازعه کهنه و نخ نما شده 250 ساله طرفداران سنتگرایی و مدرنیسم ، آن هم از نوع سطحی و عوامانه و کپی برداری شده‌اش که مربوط به مناسبات سپری شده سرمایه داری تا جز (نه تجاری) و صنعتی هستند.
کمتر کشوری در جهان است که نیروی انسانی مستعد و شرایط و امکانات مناسب برای پیشرفت و توسعه را همانند کشور ما به یکجا داشته باشد. شاید با قرار دادن هدف شفاف و روشنی در برابر جامعه ، مردم انگیزه کافی برای جنبش و حرکت پیدا کند و اقتصاد بیمار مبتنی بر دلالی جای خود را به یک اقتصاد دانش محور بدهد، مردمی که در پیدایش تمدن کشاورزی نقش برجسته‌ای داشتند و دستاوردهای آن را در سیاهترین دوره تاریخی غرب (قرون وسطی) در زیر سم ستوران قبایل وحشی مهاجم حفظ کردند و آنرا به تمدن صنعتی تحویل دادند.
اینکه این شایستگی را دارند که در ایجاد و پی ریزی یک دوره تاریخی جدید نقش برجسته‌ای ایفا کنند و از مردم هوشمند ایران غیر از این نیز انتظار نمی‌رود و تنها در اینصورت است که میتوان انتظار داشت. نه فقط در عرصه علم بلکه در همه جنبه‌های تمدن و فرهنگ همانند دوره میترائیسم تا قرنهای اول تمدن اسلامی که سراسر مناطق شناخته شده زمین از ژاپن و چین تا انگلستان و از زنگبار تا اسکاندیناوی از تمدن ما تاثیر پذیرفتند و این بار نیز به جای انفعال و تاثیر پذیری در سراسر جهان تاثیر گذار باشیم و مهر خود را بر پای تمدن فراصنعتی بکوبیم.
چشم انداز علم نانو تکنولوژی
انقلاب جهانی تکونولوژی با تغییرات اجتماعی ، اقتصادی ، سیاسی و فردی در سراسر جهان همراه است. همچون انقلابهای کشاورزی و صنعتی در گذشته ، این انقلاب تکنولوژی نیز از پتانسیل دگرگون سازی کیفیت زندگی و طول عمر ، متحول سازی کار و صنعت ، تغییر و تبدیل ثروت ، جابجایی قدرت در سطح ملتها و در درون ملتها و افزایش تنش و تعارض برخوردار است.
پیامدهای انقلاب یاد شده بر سلامی بشر شاید شگفت آورترین آنها باشد. چرا که خط ***یهای علمی کیفیت و طول زندگی انسان را به مراتب بهتر خواهند کرد. بیوتکنولوژی نیز ما را قادر خواهد ساخت ارگانیزمهای زنده از جمله خودمان را شناسایی نموده ، چگونگی فعالیتشان را درک کنیم، آنها را دستکاری کرده ، بهبود بخشیده و تحت کنترل در آوریم. تکنولوژی اطلاعات امروزه بویژه در کشورهای توسعه یافته تحولات انقلابی برای زندگی ما به ارمغان آورده و خود عامل توان آفرین عمده‌ای برای سایر روندها به شمار میرود.
تکنولوژی مواد ، تولید محصولات ، قطعات و سیستمهای ارزانتر ، هوشمندتر ، چند منظوره سازگار با محیط زیست ، ماندگارتر و سفارشی‌تر از مسیر خواهد ساخت. علاوه بر این مواد هوشمند ، ساخت و تولید چالاک و نانو تکنولوژی ، تولید وسایل را متحول ساخته و توانمندیهای آنها را بهبود بخشید. انقلاب تکنولوژی از حیث اثرات جهانی یکسان عمل نخواهد کرد و بسته به میزان استقبال از آن سرمایه گذاری و مسائل متعددی همچون بیواخلاق ، حریم خصوصی ، نابرابری اقتصادی ، تهاجم فرهنگی و واکنشهای اجتماعی تنشهای متفاوتی ایفا خواهد نمود.
اما راه بازگشتی وجود ندارد، چون برخی جوامع فرصت را غنیمت شمرده ، از انقلاب یاد شده سود برده و محیط زندگی همه جوامع را دستخوش تغییر خواهد کرد.
-
مدیر بازنشسته
نگاهي بر انواع فلزات
آلومینیوم (Aluminum)
آلومینیوم فراوان ترین فلز و سومین عنصر ِفلزّی است که به مقدار زیاد ، در پوسته ی زمین یافت می شود . آلومینیوم در طبیعت به صورت «آلومینیوم سیلیکات» پایدارAl(SiO3)3 و آلمینیوم هیدرواکسید Al(OH)3 وجود دارد . در دوران باستان یونانی ها زاج که یکی از فراوان ترین کانی های آلومینیوم است را می شناختند و از آن به عنوان داروی قابض در پزشکی و به عنوان ثابت کننده ی رنگ در رنگرزی استفاده می کردند . با این همه از شناخت آلومینیوم ، یکصد و هفتاد سال (1827)نمی گذرد .
آلومینیوم هیدرواکسید (Bauxite) یک نوع خاک اوره است که در آن عنصر های آلومینیوم بسیار غنی ای وجود دارد . (حدود 50درصد این فلز تشکیل شده است .) البته در این خاک ناخالصی هایی مانند : سیلیس (SiO2) ، اکسید های آهن و اکسید تیتانیوم(TiO2) وجود دارد .
آلومینیوم کشف شده «آلومین» نامیده می شود . آلومین یک ماده ی سخت ، شامل آلومینیوم و اکسیژن است . چون دمای ذوب آلومین زیاد است ، (در حدود 2050 درجه سلسیوس) الکترولیز آن در حالت مذاب بسیار دشوار است ؛ به این دلیل آن را در کریولیت (Na3AlF6) نمکِ مذاب حل می کنند و به این ترتیب مخلوطی به دست می آید که دمای ذوب (بین 960 تا 980 ) پایین تری دارد . سپس آن را از یک جریان الکتریکی قوی عبور می دهند تا اکسیژن آن کاملاً جدا شود . البته لازم به ذکر است که کریولیت در الکترولیز شرکت نمی کند و فقط دمای ذوب را پایین می آورد .
همچنین در این مرحله انرژی زیادی صرف می شود .
برای تولید Kg1 آلومینیوم ، Kg6 بوکسیت (Bauxite) ، Kg 4 محصولات شیمیایی و KW 14 برق نیاز است . در حالی که برای بازیافت آن 5% انرژی لازم است و فقط 5% دی اکسید کربن تولید می کند . جالب است اگر بدانید که مقدار انرژی که از بازیافت یک قوطی کنسرو ذخیره سازی می شود ، می تواند یک تلویزیون را به مدت سه ساعت روشن نگه دارد .
محصولات اپتدایی آلومینیوم در دنیا سالانه برا بر با 24000000 تن می باشد . کشوری که در جهان بیشترین مقدار آلومینیوم را تولید می کند ، استرالیا است . البته کشور هایی مانند : جامایکا ، برزیل ، گینه ، چین و قسمت هایی از اروپا در تولید این محصول نقش مهمی را ایفا می کنند .
شرکت های بازیافتی اغلب آلومینیوم را از شرکت های صنعتی ، مسقیم خریداری می کنند . بسیاری از کارخانه ها این فلزّات را ذوب می کنند و نا خالصی های آن را جدا کرده و در قالب های مختلف ریخته گری می کنند .
حجم بیشتری از این قطعات ریخته گری شده توسط کارخانه های خودرو سازی و هواپیما سازی مصرف می شود وبرای ساخت سر سیلند و مواردی از این قبیل کاربرد دارد .
در ایالات متحده ی آمریکا بازیافت آلومینیوم از قطعات خریداری شده در مقایسه سال 2001 با2000 تا 14% کاهش پیدا کرده است . 98/2 تن از فلزات بازیافتی را ، 60% از قطعات کارخانه ای و 40% از محصولات آلومینیومی کم ارزش تشکیل می دهد . این موضوع نشان دهنده این است که در سال های اخیر به بازیافت زباله های خانگی توجه بیشتری شده است .
بسیاری دیگر از شرکت ها ، بازیافت قوطی ها را انجام می دهند . بسیاری از این قوطی ها به صورت ورقه های آلومینیومی بازیافت می شوند و دوباره به صورت قوطی های نوشابه در می آیند . گزارشات نشان می دهد که آمریکا حدود 55600000 تن ، قوطی آلومینیومی را بازیابی کرده است و این مقدار باعث صرفه جویی های بسیاری در هزینه ها شده است .
آلومینیوم دارای خواصّی است که موجب شده ، بیش از اندازه مورد توجه قرار گیرد . این خواصّ عبارت اند از:
1- کاهندگی آلومینیوم
2- چگالی کم
3- رسانش گرمایی بالا و مقاومت حرارتی بالا
4- سازش پذیری با مواد غذایی
برلیوم (Beryllium)
برلیوم در مواد بسیاری به کار می رود و خصوصیت های آن مانند :وزن کم و سختی زیاد باعث شده که مورد توجه قرار گیرد . در سال 2001 آمریکا یکی از سه کشور دارنده کانی های برلیم بود . این فلز در صنایع نظامی و دفاعی ، هوافضا و مدارهای الکتریکی متراکم کاربرد بسیاری دارد . هزینه های زیاد این فلز منجر به این شد تا فقط برای کار های دقیق مورد استفاده قرار گیرد .
ترکیباتی مانند : گرافیت (سرب سیاه) ، برنز ( آلیاژ قلع و مس ) ، فسفر ، فولاد و تیتانیوم می توانند جانشینی برای برلیوم باشند ؛ اما فقدان اساسی در عملکرد آن ها وجود دارد .
در سال 2001 مصرف آشکار برلیم در ایالات متحده حدود 230 تن بوده است .
کاربرد فراوان این فلز بود که موجب شد بازیافت آن مورد توجه بسیاری از کشور ها قرار گیرد . البته استفاده پراکنده این فلز باعث شده است تا مقدار زیادی از آن به هدر رود .
(بسیاری از فلزات از جمله برلیوم به دلیل اینکه در کشور ما به طور محدود به کار می روند ، همچنین مقدار آن کم است و منابع چشمگیری از این فلز در ایران وجود ندارد بازیافت نمی شوند و به همین دلیل اطلاعات محدودی از بازیافت این فلزات برای ما دانش آموزان وجود دارد .)
کادمیوم (Cadmium)
تخمین میزان کادمیوم بازیابی شده یا ثانویه برای دلایل متعددی کار دشواری است امّا میزان کلی کادمیوم بازیابی شده در سال 2001 تخمین زده شده است در حدود 10% تولید اولیّه دنیا بوده است . بازیافت کادمیوم ، صنعت جوان و در حال رشدی است که از هدر رفتن کادمیوم موجود جلوگیری می کند ؛ چراکه حدود 25% کادمیوم موجود در باطری های نیکل- کادمیوم به کار رفته است و این باطری ها به سهولت قابل بازیافت هستند . در نتیجه بیشتر کادمیوم های ثانویه در اثر مصرف این باطری ها وبازیافت آن به دست می آید . شکل دیگری از کادمیوم که به سهولت قابل بازیافت است ، خاکِ دودکش به وجود آمده در طول گالوانیزه کردن ( روی اندود کردن) قطعات فولاد در کوره های چرخان الکتریکی است . سایر کاربرد های کادمیوم در موادی است که محتوای کادمیوم آن هابسیار کم است ؛ در نتیجه مقداری از کادمیوم موجود از بین می رود .
در سال 2001 میزان تولید کادمیوم ثانویه در ایالات متحده حدود 200 تن بوده است .
شرکت به ثبت رسیده احیاء فلزّات بین المللی در شهر اِل وُود ، پنسیلوا نیا ، تنها شرکت بازیافت کادمیوم در ایالات متحده بوده است . هر چند کارخانه در سال 1978 راه اندازی شد اما تا سال 1996 شروع به کار نکرد .
برای بازیافت کادمیوم ، باطری های بزرگ معمولی با وزن بیش از Kg 2 که شامل 15% کادمیوم می شود ، را خالی می کنند و کادمیوم آنها را که به شکل صفحاتی و به طور مستقل هستند را به کوره ها می برند و طی فرآیند "HTMR" بادرجه حرارت بالا ذوب می کنند . باطری های مهر شده ی کوچکتر را با حرارت کمتر و فرآیند "HTMR" ذوب کرده و در قالب هایی می ریزند و به این صورت بازیافت می شود . در نتیجه کادمیوم ثانویه دارای خلوص 96/99% می باشد که به کارخانه ی باطری سازی باز گردانده می شود .
کروم (Chromium)
عمده ترین استفاده کروم در فولاد ضد زنگ است . برای تولید کروم ؛ کانی فلزی کرومیت را درون کوره های ذوب فلزّات قرارمی دهند تا فروکروم ساخته شود . آلیاژ آهن- کروم را که از حذف اکسیژن کرومیت به دست می آورند ، آلیاژ آهن ضد زنگ است . قطعه ای از فولاد ضد زنگ می تواند به عنوان منبعی از کروم ، جایگزین فرو کروم شود . فولاد ضد زنگ مرکّب از دو طبقه بندی بزرگ است : آستِنیتِک و فریتِک . اسامی مذکور مربوط به ساختار مولکولی فولاد است است و مشخص می کند که کدام – در چه مقدار – نیازمند نیکل است (آستنیتک) و کدام به نیکل نیازی ندارد (فریتک) . فولاد ضد زنگ مهمترین منبع بازیافت کروم است و کارخانه بازیافت از این نوع فولاد به عنوان منبعی از کروم و نیکل استفاده می کند . بنا براین واحد های کروم زمانی که فولاد ضد زنگ دوباره استفاده می شود ، بازیابی می شوند . مطالعه ی فولاد ضد زنگ نشان می دهد که 17% از محتوای آن را کروم تشکیل می دهد .
کبالت (Cobalt)
کبالت کهنه در طول ساخته شدن و یا در اثر کاربرد های زیر به دست می آید:
1- وقتی که به عنوان کاتالیزگر در صنایع شیمیایی یا تولید نفت کاربرد دارد .
2- وقتی که به عنوان کربیدهای سیمان پوشیده در برش استفاده می شود یا به عنوان ضد سایش به کار می رود .
3- وقتی که به عنوان آلیاژ مغناطیسی و ضد سایش کاربرد دارد .
4- وقتی که به عنوان ابزار های فولادی استفاده می کنند .
منابعی که کبالت از آن بازیافت می شود عبارت است از : آلیاژ ها ، کبالتخالص ، پودر فلزی کبالت و مواد شیمیایی . در سال 2001 در ایالات متحده ، در حدود 2740 تن کبالت مصرف شده و مقدار قابل توجهی از آن بازیافت شده
مس (Cooper)
مس از اولین فلزاتی است که مورد استفاده بشر قرار گرفته است و هنوز هم از پر مصرف ترین فلزات درون کشور ماست . تحقیقات نشان می دهد که ایران بر روی کمربند مس جهانی قرار دارد که از جنوب شرقی ایران آغاز شده وتا شمال غربی و نواحی آذربایجان ادامه می یابد . همین امر موجب شده است تا استخراج این فلز نسبت به بازیافت آن بیشتر مورد توجه قرار گیرد .
گروه مطالعه مس بین المللی در سال 2002 برآورد کرد که میزان تولید جهانی مس تصفیه شده ی ثانویه 15% کاهش داشته است . طبق مطالعات وتحقیقات 07/3 میلیون تن مس مستقیمأ از دوباره ذوب کردن قطعات مس بازیابی می شود .
گالیوم (Gallium)
به دلیل بازده کم در مراحل تولید گالیم به وسایل الکترونیکی مطلوب ، قطعه جدید در طول تولید به وجود می آید . این قطعات با محتوی و ناخالصی متفاوت ، دارای مقداری گالیوم هستند . گالیوم- آرسنید به شکل قطعه ی پایه ،حجمی را از فلزّات بازیافتی تشکیل می دهد .در طول تولید گالیوم ضایعاتی طبق مراحل مختلف خلق می شود . در هنگام تبدیل گالیوم به شمش ، اگر ساختار بلوری خود را از دست دهد یا از حد استاندارد های تعین شده کمتر باشد ، آن ها را دوباره ذوب می کنند تا شمش مورد نظر ، به دست آید . پس از تولید این شمش ها آن ها را بریده و به صورت صفحاتی ( ویفر ) در می آورند . جنس این ویفر ها نیز گالوم- آرسنید است وجون این ماده بسیار ***نده است ؛ ممکن است که این ویفر ها در هنگام جابه جایی وحمل ب***ند . این قطعات شکسته نیز دوباره یازیافت می شود . محتوای گالیوم این ویفر ها ممکن است از 1 تا 99 درصد متغیر باشد ، زیرا در آن ناخالصی هایی مانند : سلیکن ، روغن ها ، موم ها ، پلاستیک و شیشه در آن وجود داشته باشد .
در هنگام تولید قطعات گالیوم- آرسنید ممکن است بر اثر تراشکاری یا پرداخت کردن ، مقداری از این مواد خُرد شود یا به صورت پودر در آید . برای بازیافت این مقدار ماده تلف شده ، آن ها را در اسید حل می کنند . سپس با اضافه کردن محلول سوز آور آن را خنثی می کنند تا رسوب شیمیایی گالیوم را به عنوان هیدرواکسید گالیوم صاف کنند . بعد از این مرحله دوباره آن را به صورت محلول در می آورند و الکترولیز می کنند تا بتوا نند 99/99% را بازیافت کنند .
در سال 2001 یک شرکت ژاپنی به نام فُرورُوکاوای اعلام کرد که تکنولوژی بازیابی گالیوم- آرسنید را به نیم رسانای گالیوم- آرسنید پیشرفت داده . یکی از کاربردهای نیم رسانای گالیوم- آرسنید در دیود های پرتو افشان است .
طلا (Gold)
قطعات محتوی طلا پس از استفاده به صورت شمش هایی در می آیند وعمومأ حدود 13 تا 25 درصد از طلایِ ایالات متحده را تشکیل می دهد . در بسیاری از نواحی دنیا ، به ویژه در مناطقی که مردم را به رسومی مانند داشتن طلا تشویق می کنند ؛ مقدار قابل توجهی طلای ثانویه از جواهرات و زیورآلات به دست می آید .
در ایالات متحده ، در حدود 35% از طلای ثانویه از عملکرد کارخانه ها به دست می آید و باقیمانده آن از قطعات کهنه ای مانند جواهرات ، مواد دندان پزشکی ، استفاده در محلول های کارخانه ای و تجهیزات الکترونیکی ، به صورت خرده فلز به دست می آید .
ایندیم (Indium)
بازیافت ایندیم از سال 1996 به مدت 5 سال کاهش یافت . علت این کاهش را ، بالارفتن قیمت غیر معمول ایندیم بازیافتی بیان کرده اند . در سال 2001 بازیافت جهانی ایندیم تا 202 تن نسبت به 182 تن در سال 2000 افزایش داشت . حدود 75 % ایندیم در جهان توسط ژاپن بازیافت می شود که حدود 45% آن از زباله های خانگی بازیابی شد .
آهن و استیل (Iron and Steel)
از جمله محصول تصفیه شده آهن که بیشترین و گسترده ترین استفاده را در میان فلزات دارد ، فولاد می باشد و بازیافت آهن و فولاد فعالیت مهمی در سراسر دنیا است .
محصولات آهن وفولاد در بسیاری از ساختار ها و کاربردهای صنعتی مانند : دستگاه ها ، پل ها ، ساختمان ها ، مخزن ها ، اتوبان ها ، خودروسازی ها و ا بزارها به کار می رود است .
هم اکنون ذوب آهن های ایران به دو روش کاهش سنگ معدن آهن (که بیشتر آن هماتیت Fe2O3 است.) به وسیله ذغال کک در اصفهان و کاهش مستقیم توسط گاز طبیعی در اهواز و مبارکه در حال فعالیت است .
کاهش سنگ آهن در کوره بلند : تهیه آهن از سنگ معدن آن شامل واکنش های اکسایش- کاهش است که در کوره ای به خاطر ارتفاع زیادش کوره بلند نامیده می شود ، انجام می گیرد . بلندی این کوره بین 24 تا 30 متر و قطر پهن ترین بخش آن 8 متراست . مجموعه واکنش های انجام یافته درون کوره بلند را می توان به طور خلاصه کاهیده شدن اکسید آهن به وسیله گاز منواکسید کربن در نظر گرفت که این فرایند به تولید فلز ناخالص می انجامد . واکنش به صورت زیر انجام می گیرد : گرماFe2O3(s) 2CO(g)+
در کوره های بلند آهن حاصل به صورت چدن مذاب به پایین کوره سرازیر می شود . سپس از طریق دریچه های کناری خارج می شود . چدن حاصل از کوره ی بلند ، به علت ناخالصی های زیادی ( از جمله این ناخالصی ها می توان کربن در حدود 5 درصد ، سیلیسیم در حدود 1درصد ، منگنز در حدود 2درصد ، فسفر در حدود 3/0 درصد و گوگرد در حدود 4/0 درصد را نام برد .) که در آن وجود دارد ***نده و نا مرغوب است و به همین دلیل بخش اعظم آن برای ساختن فولاد به کار می رود . در این کوره ها بیشتر ناخالصی ها را از طریق اکسایش حذف می کنند . یک روش امروزی برای تبدیل چدن به فولاد استفاده از کوره بازی اکسیژن است . در این روش گاز اکسیژن را از طریق یک لوله مقاوم در برابر گرما به سطح آهن گداخته می دمند . بخش اعظم کربن تا مرحله تولید CO می سوزد و این گاز در دهانه خروجی کوره آتش می گیرد و به CO2 مبدل می شود . مقدار کربن در فولاد های معمولی به 35/1 درصد می رسد .
با توجه به اهمییت بازیابی آهن از آهن قراضه ، بخش مهمی از فولادی که تهیه می شود ، از دمیدن اکسیژن در کوره ای که حاوی چدن و آهن قراضه است تهیه می کنند . بنابراین در این نوع کوره ها جهت تولید فولاد باید مقدار زیادی از آهن قراضه در کوره وجود داشته باشد .
برای آشکار نمودن اهمیت آهن کهنه در تولید فولاد آماری را از مقدار سنگ آهن ورودی و مقدار آهن قراضه را که در کوره ها استفاده می کنند ، مطرح می کنیم :
- سنگ آهن مورد نیاز سالانه در حدود 5 ملیون تن ( که بیشتر آن منگنیت Fe3O4 ) که بخش اعظم آن از معادن گل ِ گهر سیرجان و چادر ملوی کرمان تأمین می شود که از طریق راه آهن به مجتمع منتقل می شود و پس از آسیاب کردن و مخلوط کردن با آب آهک ، گرما دادن و گُندله سازی ( تبدیل ذره های ریز به ذره های گلوله مانند ، درشت تر و تا حدودی متخلخل ) به کوره های کاهش مستقیم منتقل می شود .
- سالانه در حدود 700 هزار تن آهن قراضه ورودی کوره های فولاد سازی مجتمع است .
بازیافت آهن و استیل به روش ذوب کردن و دوباره قالب گیری کردن و در آوردن به فرم نیم تمام (که این فرم در تولید محصولات جدید استیلی به کار می رود ) انجام می شود ؛ زیرا از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است . قطعات بازیافتی آهن از دو دسته بزرگ به وجود می آید .
- دسته اول شامل قطعات بازیافتی خانگی است که در زباله ها وجود دارد
- دسته دوم شامل قطعاتی می شودکه حاصل عملیات کارخانه ای ، برای ساخت فولاد است . این گروه را توسط ماشین هایی به کارخانه ذوب آهن می برند و آن ها را دوباره بازیافت می کنند . البته بدون وجود کارخانه ای که فولاد بسازد ، قطعات بازیافتی به وجود نمی آید . این قطعات می توانند حاصل تراشکاری هم باشند و چون ترکیبات این مواد شناخته شده است ، بازیافت آن ها نیز آسان است .
یکی دیگر از منابعی که درصد زیادی از فلزات بازیافتی را تشکیل می دهد ، بدنه خودرو های فرسوده است که ساختار فولاد آنها ویران شده و از بین رفته است . در کشور ما نیز این منبع ، مورد توجه زیادی قرار گرفته است .
تنوع و گستردگی محصولاتی که از آهن به وجود می آید نسبت به سایر فلزات بیشتر است و به همین دلیل ، ساختار شیمیایی و عملکرد فیزیکی این محصولات نیز متفاوت است . این امر موجب می شود که بازیافت این مواد نیازمند آماده سازی بیشر مانند : طبقه بندی ، گالوانیزه کردن و قله اندود کردن باشد .
در سال 2001 در حدود 45% از مقدار آهنی که برای ساختن خودروها به کار رفته ، از قطعات آهن بازیافتی بوده است . این مقدار در حدود 13900000 تن بوده است که طبق آمارهای داده شده می توان با این میزان ، در حدود 14000000 اتوموبیل را تولید کرد .
تولیدات فولاد کارخانه ای در اثر فعالیّت های شیمیایی و فیزیکی است و اغلب محتوای این فولاد را عناصری مانند : کربن ، کرومیوم ، کبالت و منیزیم ، مولیبدن ، نیکل ، سلیکن ، تنگستن و وانادیم تشکیل می دهد . برخی از تولیدات فولاد را با موادی ، برای جلوگیری از زنگ زدن ، دوام بیشتر ، زیبایی و ... می پوشانند . این مواد عبارت اند از : آلمینیوم ، کرومیوم ، آلیاژ قلع و سرب ، روی و قلع .
کارخانه های ذوب فولاد ، این قطعات را بر اسا س مقدار اکسیژن ، در کوره های دارای قوس الکتریکی(BOF) و تا حد کمی در کوره های انفجاری(EAF) ، قرار می دهند .
بازیافت آهن واستیل مزایای زایادی را به همراه دارد که می توان حفظ منابع طبیعی ، صرفه جویی در مصرف انرژی و تمیزی محیط زیست را نام برد .
بازیافت 1 تن فولاد ، حفظ Kg 1030 از کانی های فلزی آهن ، Kg 580 ذغال سنگ و Kg 5 سنگ آهک را به دنبال دارد . همچنین تخمین زده شده است که سالانه ، بازیافت فولاد باعث ذخیره انرژی الکتریکی 18000000 خانه (در ایالات متحده) می شود .
سرب (Lead)
در حدود 79% از سرب موجود در ایلات متحده ، از بازیافت 1390000 تن سرب کهنه در سال 2001 به دست آمد که یکی از منابع اصلی آن ، باطری های اسید– سرب است . به این باطری ها ، باطری های حرارتی- نوری نیز گفته می شود که در موارد زیادی از جمله : تجهیزاتی که انرژی را به صورت مداوم ذخیره می کنند ، وسایل نقلیه عمومی ، ماشین های های صنعتی ، وسایل نقلیه معدن و دوچرخه ها به کار می رود .
بسیاری از سربهای بازیافت شده به صورت سرب نرم یا الیاژ های سرب در می آیند تا دوباره در باطری های اسید- سرب استفاده شوند . در حدود 87% از سرب بازیافتی در باطری های ذخیره ای به کار می رود .
منیزیم (Magnesium)
منیزیم از موادی از جمله : قطعات خودرو ، اجزای هلیکوپتر ، دستگاه های چمن زنی و... بازیافت می شود . منیزیم همچنین در ساختن آلیاژ هایی از آلمینیوم نیز( درصد کمی) کاربرد دارد و به همین دلیل در بعضی از نقاط دنیا این فلز همراه با آلمینیوم بازیابی می شود . در حدود نیمی از کاربرد منیزیم در ساخت قوطی ها آلمینیومی است . چون این دو فلز مشابهت های زیادی با یکدیگر دارند ، در بیشتر مواد ، باهم به کار می روند . یکی از راه های آسان جدا کردن این دو فلز از هم ، خراشیدن به وسیله کارد است . در هنگام این کار ، منیزیم به شکل ورقه های صافی جدا می شود امّا آلمینیوم به دلیل نرمی به صورت حلقه ای کنده می شود .
برای بازیافت منیزیم آن را در کوره هایی می اندازند که دمای آن در حدود 675 درجه سانتیگراد است . به دلیل اینکه منیزیم از پایین شروع به ذوب شدن می کند ، باید مقدار قطعات زیادی در کوره ریخت . در انتها منیزیم مایع به صورت بی ثبات و همراه با گازهای بازدارنده – برای کنترل سوختن آن – همراه است . برای ساختن آلیاژ های مورد نیاز در کوره ، به منیزیم ، روی و آلمینیوم – به مقدار معیّن – اضافه می شود و در این هنگام عمل ذوب کامل می شود .
منیزیم را پس از دوب به صورت شمش در می آورند یا به صورت پودر در آورده و برای ساختن آلیاژ های آهن وفولاد به آن اضافه می کنند .( البته در این روش از شمش های خالص استفاده می کنند ، زیرا استفاده از قطعات ناخالص باعث می شود که محصول نهایی دارای ناخالصی هایی باشد .) لازم به ذکر است که در روش خرد کردن امکان سوختن منیزیم نیز می باشد .
منیزیمی که بازیافت می شود ، ***نده است و بسته به مقدار سختی آن در محصولاتی با ویژگی متفاوت به کار می رود .
منگنز (Manganese)
مهم ترین منابع بازیافت منگنز فولاد و آلمیمیوم است . در حدود 12% فولاد ، منگنز است . بازیافت فولاد و آهن در در مباحث قبلی توضیح داده شد . در هنگام ساختن فولاد مقدار زیادی منگنز از بین می رود زیرا در یکی از مراحل به نام کربورزدایی آن را حذف می کنند و دوباره در مراحل بعدی اضافه می شود .
در کارخانه های بازیافت آلمینیوم طی فرآیند های ذوب کردن و اکسیژن زدایی از آلمینیوم ، مقدار زیادی از منگنز به هدر می رود و فقط مقدار کمی از آن برای بازیافت باقی می ماند . در آینده میزان کمی از منگنز می تواند از طریق بازیافت باطری های سلولی خشک صورت گیرد .
جیوه (Mercury)
جیوه ثانویه از منابع مختلفی به دست می آید . دیودها ، سؤیچ ها ، ترموستات ها ، تقویت کننده ها ، آلیاژ های جیوه در دندان پزشکی و باطری ها از جمله منابع مهم ، برای بازیافت جیوه است . از دیگر کاربردهای مهم جیوه ، کاتالیزور های به کار رفته در کلرین و جوش شیرین سوزآور است .
مولیبدنوم (Molybdenum)
مولیبدینوم به عنوان اجزای آلیاژ فولاد ، فولاد ضدزنگ و کاتالیزور در بازار یافت می شود . در مورد بازیافت فولاد و آهن توضیح داده شد .
گروهی از قطعات قدیمی فولاد دارنده مولیبدین ، کربن و فولاد ضد زنگ است و براساس مقدار وجود این عناصر به فولاد درجات متفاوتی داده اند . مقدار مولیبدینوم ثانویه دقیق محاسبه نشده اما در سال 2001 طبق آمار 26700 تن مولیبدینوم در آمریکا بازیافت شده است .
-
مدیر بازنشسته
-
مدیر بازنشسته
نانو علم نوظهور
عصری که هم اکنون در آن به سر می بریم عصر ریز ساختارهاست قرنی که همه ی متفکران در صدد پی بردن به چگونگی رفتارمواد در واکنش های فیزیکی و شیمیائی در ابعاد بسیار ریز و کوچک می باشد این مباحث همه در حیطه علم نانو مطرح می شود . در تکنولوژی نانو دانشمندان در صدد بررسی مکانیزم های ساختارهای پیچیده ولی ریز هستند . برای پی بردن به اینکه در ابعاد نانو ملکولها و یا اتمها چه رفتارهائی در محیط های مختلف از خود نشان می دهند و یا اصلا برای تصحیح تصوری که ما قبلا از مولکولها و اتمها داشتیم ابزارها و د ستگاههائی وجود دارند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت .
قبل از هر چیزی به انواع نانو می پردازیم ، نانو چون یک علم و دانش نو ظهور است در نتیجه هر روز قسمتی به آن افزوده می شود ولی بطور کلی نانو به سه گروه عمده : نانومواد ، نانو الکترونیک و نانوپزشکی تقسیم می شود که بعضی دانشمندان نانو مکانیک را هم جزءاین طبقه بندی قرار می دهند . ولی چون این قسمت را می توان زیر مجموعه ای از نانوالکترونیک در نظر گرفت ما هم به بررسی سه گروه اصلی می پردازیم .
در این میان نانو مواد تسبت به دو نوع دیگر پیشرفت های فوق العاده چشم گیری کرده است . همه ی نانو مواد از دانه های ریزی تشکیل شده است که آنها را بسته به نوع ساختار و جنس و یا اندازه می توان با چشم غیر مسلح ید و یا ندید . مواد رایج حاوی دانه هائی هستند که اندازه آنها در هر عمقی و در هر جائی از نمونه ماده ، از چند میکرون تا چند سانتی متر تغییر میکند، نانو مواد را گاهی اوقات ، وقتی که متراکم و فشرده نشده باشند نانو پودر می نامند . که اندازه دانه های آن حداقل در یک بعد و با معمولا در سه بعد در محدوده ی nm (100-1) قرار میگیرد .
برای مثال یکی از نانو موادی که ما تا حالا با ان برخورد داشتیم،کربن سیاه می باشد که برای بالا بردن عمر تایرهای اتومبیل بکارمیرود . این ماده در سال 1900 کشف شد ولی چون در آن روز هیچ شناختی از نانو نبوده نمی دانسته اند که چه نوع ساختاری دارد . بهرحال نانو مواد زیادی تا به حال کشف شده و از انها استفاده می شود که روزانه به تعداد آنها افزوده خواهد شد .
روش های ساخت نانو مواد گسترده هستند شش شیوه پر کاربرد آنها عبارتند از :
قوس پلاسما – رسوب گذاری شیمیائی فاز بخار – رسوب گذاری الکتریکی – سنتز ار طریق سل – ژل – آسیاب کردن و سا یس با حرکت گلوله ها ( آسیای گلوله ای ) و در نهایت استفاده از نانو ذرات طبیعی . در روش اول ، مولکولها و اتمها از طریق تبخیر از هم جدا سازی می شوند و سپس این مکان فراهم می شود که تحت کنترل دقیق و در یک آرامش منظم نانو ذرات را پدید آورند و بر روی یک سطح مشخص ته نشین شوند . در روش سوم فرایندی مشابه رخ می دهد چرا که نمونه های منفرد از محلول جدا شده و بر روی سطح می نشینند . در فرایند سنتز سل – ژل قبل از رسوب گذاری بر روی سطح ، منظم شدن قبلی انجام می شود .
در استفاده از آسیاهای گلوله ای معلوم شده که ساختارهای درشت بلوری به ساختارهای نانو بلوری شکسته و خرد می شوند ولی ماهیت اصلی و اولیه ماده تغییری نمی کند ، و در آخر می توان چنین گفت که موادی نظیر خاک رسهای فیلو سیلیکاتی لایه ای شده نانو مواد نیستند چرا که انها مواد طبیعی می باشند ولی واقعیت نشان میدهد که فیو سیلیکاتهای لایه ای شده نانو ساختارهای طبیعی هستند اگر چه آنها معمولا طوری کشیده شده و جهت گیری شده اند که از نانو ساختارشان نمی توان استفاده کرد .
در اینده به بررسی جزبه جزتک تک روشهای بالا می پردازیم .
از بحث نانو مواد خارج می شویم و به بررسی کربن می پردازیم که خود انقلابی در نانو تکنولوژی است . اگر چه تمامی فرآیندها و ساختارها و روشهای تولید در این زمینه زیر مجموعه ای از نانو مواد است ولی چون کربن خود به تنهائی تحولی عجیب در تمامی رشته ها بوجود آورده است ما هم جداگانه به آن میپردازیم .
دورانی که ما در آن به سر می بریم دوران کربن است کربن دارای سه نوع است : الما س -گرافیت و کربن های غیر بلوری در ساختارهای کربن می توانیم به فولرن 60C اشاره کرد که باکی بال نام دارد،
که ساختاری شبیه توپ فوتبال دارد و در این ساختار 60 اتم کربن وجود دارد . ساختارهای دیگری چون 70 C ، 80C ... ،120C و فراتر از این مقدار وجود دارد.
مسئله مهم این است که در علم نانو تکنولوژی اتمها را می توان درون توپ فولرن جا داد . با ورود اتمها به ساختار 60C نمک های از آن پدید می اید به شرطی که فولرن فولرن بتواند الکترونها را بدست آورد و به یون منفی تبد یل شود . بنابراین ساختاری از فولرن به صورت
C60xn- و Mxxn+ در می اید که n تعداد الکترونی که اتم فلز از دست می دهد و x تعداد اتمهای فلزی است . توده یا لایه های نازکی از 60C خالص ، فقط نیمه هائی هستند و مقاومت دمائی آنها در برابر درجهحرارت اتاق 108 wcm است . این مقاومت الکتریکی را می توان تا چندین مرتبه بزرگی ، از طریق افزودن فلزات و تشکیل نمک ها کاهش داد . اگر که 60C و Mxxn- افزایش یابد مقاومت کاهش می یابد که این نیزمحدود به یک مقدار معین است ، که از این مقدار بیشتر مقاومت افزایش می یابد و فولرن تبدیل به یک عایق الکتریکی می شود . برای فولرن تا سه اتم را می توان به دام انداخت . برای ساختارهای بزرگتر این مقدار بیشتر می شود.
از بحث فولرن ها بگذریم نوبت به نانو تیوبها می رسد(MWNT- SWNT ) لایه های گرافیتی شش وجهی را در نظر بگیرید که روی یکدیگر قرار گرفته اند،فکر کنید یکی از این لایه ها ی گرافیتی را برداشته باشیم
و دو سر آن را عرض لایه ها به هم وصل کنیم که تشکیل یک لوله میدهد که جداره آن را اتمهای کربن تشکیل می دهد . به این محصول نانو تیوب ( نانو لوله کربنی ) گفته می شود . خود این نانو تیوبها بسته به طول آنها و یا روش شکل گیری آنها انواع مختلف دارند . حتما فکر می کنید که ابتدا و انتهای یک نانو تیوب به کجا ختم می شود اصولا در اکثر موارد دو نیم کره در ابتدا و انتها قرار می گیرند . نانو تیوبها میتوانند از یک جداره و یا چندین جداره تشکیل شوند . منظور این که می توان چند نانو لوله با قطرهای متفاوت را درون هم جا داد در اصل در حین تولید ، این نانو لوله ها درون هم قرار می گیرند ولی باید به این نکته توجه کرد که محور این نانو تیوبها همگی یکی است .
انواع مختلفی از نانو لوله های تک دیواره وجود دارند چرا که ورقه ی گرافیتی را می توان به روشهای مختلفی لوله کرد . روش متداول برای توصیف این فرآیند ، عبارت است از نگاه کردن به ورقه ی لوله نشده و میان فرآیند نورد ( لوله ای شدن ) از طریق بردارهای ( a1 a2) می باشد که n و m اعداد صحیح در معادله ی بردار R=na1+ ma2 می باشند .
انواع نانو لوله های کربنی در شکل نشان داده شده است در قسمت های بعدی ( معرفی هایی که در آینده مطرح می شود به بررسی طرز ساخت نانو لوله ها و خاصیت های آنها می پردازیم ) .
در رشته نانو ابزارهای فوق العاده ریادی کاربرد دارند از جمله مهم ترین این وسایل می توان به انواع میکروسکوپها اشاره کرد . این میکروسکوپها اطلاعاتی درباره ی شکل شناسی
( مورفولوژی ) ، وضوع نگاری ( توپوگرافی ) و بلورشناسی ( کریستالوگرافی ) می دهند .
شکل شناسی عبارتند از ریخت و اندازه ای که جسم دارد . در موضوع نگاری ما به بررسی تصاویر ، مهره ها و یا شکل های سطحی از یک جسم که شامل بافت و یا سختس جسم نیز می شود می پردازد . و در نهایت بلورشناسی به چگونگی مرتب شدن اتم ها در یک جسم و آرایش آنها می پردازد . در هر یک از این علوم میکروسکوپهای مخصوصی بکار می رود که ازر کاربرد ترین آنها می توان به میکروسکوپ الکترونی پیمایشی یا پویشی ( SEM) ، میکروسکوپ الکترونی عبوری ( TEM ) ، میکروسکوپ پروب پویشی ( SPM ) ، میکروسکوپ نفوذ اتمی ( AFM) ، میکروسکوپ تونل زنی پویشی ( STM ) و
میکروسکوپ نیروی شیمیائی ( CFM ) اشاره کرد . که اصولا در کارهای نانو بیشترین استفاده ی ما با TEM است و برای این که یک آشنائی قبلی با مکانیزم کار این میکروسکوپ داشته باشیم ما مختصرا توضیحی درباره این میکروسکوپ میدهیم .
میکروسکوپ الکترونی عبوری جدید Transmission Electron Microscopy
اگر چه میکروسکوپ های الکترونی TEM زودتر از میکروسکوپهای SEM ساخته شده ولی بخاطر پیشرفتهای فوق العاده زیادی که درون ساختار این میکروسکوپ ها روی داده و نیز کاربرد فراوان آنها در قسمت نانو در نتیجه کانیزم کار این میکروسکوپ را بررسی میکنیم . بزرگنمائی TEM ها در حدود 400000 برابر است ولی می توان برای اتمهای ریز با بزرگنمائی10×15 از آنها تصاویری تهیه کرد . روش کار TEM بسیار شبیه به پروژکتور اسلایداست ،در این پروژکتورها یک پرتو نور توسط دستگاه از میان اسلاید به بیرون تابانده می شود و همان طور که نور از میان آن عبور می کند بر روی ساختارها و اشیای روی اسلاید تغیراتی را پدید می آورد این تاثیرات فقط در نتیجه عبور بعضی از از قسمتهای پرتو های نورانی از میان بعضی قسمتهای اسلاید به وجود می آید . این پرتو عبور نوده ، شپش روی یک صفحه نمایش برخورد می کند و تصویری بزرگ شده از اسلاید را بر روی صفحه نمایش پدید می آورد . ولی در میکروسکوپ TEM بجای پرتوی نور عبوری از پرتوئی از الکترونها استفاده می شود و بجای صفحه نمایش از آشکار کننده ی فسفری استفاده می شود .
در میکروسکوپ TEM ، نمونه ای که تحت آنالیز قرار می گیرد باید قبل از استفاده به روش های ویژه ای آماده شده باشد. منظور سنگ زنی یا پولیش کاری نیست ، بلکه ایجاد ضخامتی از قطعه است که الکترونها بتوانند ازمیان نمونه عبور کنند و این مرحله کلیدی ترین مرحله است،
تا تصویری واضح ایجاد گردد که یکی از دلایلی که از میکروسکوپهای TEM استفاده میشود سختی در تهیه نمونه است. قسمت های مهمی که در این میکروسکوپ بکار میرود عبارتند از :
1- یک تفنگ الکترونی که جریانی از الکترونها را تولید می کند ( منبع الکترونی )
2- جریان الکترونی تولیدی با استفاده از عدسی های کوچک کننده به صورت یک
پرتو کوچک ، باریک و هم رأس تمرکز می یابد . نخستین عدسی تا حد زیادی ( spot size )
اندازه لکه نورانی را تعیین می کند ، که عبارت است از دامنه ی اندازه ی کلی ، از لکه ی نوری نهائی که به نمونه می تابد یا یرخورد می کند . عدسی دوم ، اندازه لکه نورانی را بر روی نمونه تغییر می دهد که از یک لکه عریض ، پراکنده تا یک پرتو نقطه ای از نور قابل تغییر است . اندازه پرتو نورانی به وسیله ی روزنه ی کوجک کننده محدود شده است .
3- پرتوی نورانی به نمونه برخورد می کند وبخشی از ان از داخل نمونه عبور می کند بخش عبور کرده از نمونه توشط یک عدسی شی داخل یک تصویر متمرکز می شود .
یک روزنه سطحی انتخاب شده ف کاربر را قادر می سازد تا آرایش منظمی از اتمها را در نمونه ها بیازماید از آنجا که پرتوی الکترونها تمرکز یافته اند اغلب انرژی زیادی در حین تجزیه بر روی نمونه متمرکز کرده است . مراحل خنک سازی ویژه ای در بسیاری ازدستگاهها به کار رفته است.
4- تصویر از میان عدسی ها عبور نموده و بزرگ می شود .
5- و درنهایت تصویر به صفحه نمایش فسفری برخورد می کند و نوری را پدید می اورد
که به کاربر اجازه می دهد تا تصویر را ببیند . نواحی تیره تر تصویر ، سطحی از نمونه را تشلت می دهد که الکترونهای کمی از آنجا عبور کرده اند ( قسمت هائی از نمونه که ضخیم تر یا چگال ترند ) نواحی روشن تر تصویر ف سطوحی از نمونه را نشان می دهند که الکترونهای بیشتری از آنجا عبور کرده اند ( قسمت هائی که نازک ترند یا چگالی کمتری دارند ) . این دستگاه دارای معایب و مزایای زیادی است از جمله معایب وقت گیر بودن ان است و محدود بودن آن برای استفاده از قطعات آماده شده ی مخصوص که در این میکروسکوپ استفاده می شود . و نیز چون قطعه تحت بمباران الکترونی ( پرتوی الکترونی ) قرار می گیرد دچار تخریب می شود . از مزایای خوب این میکروسکوپ بزرگنمائی بسیار عالی و نمایش تصاویر از اتم های نسبتا ریز است .
-
مدیر بازنشسته
-
مدیر بازنشسته
-
مدیر بازنشسته
-
مدیر بازنشسته
اثرات زیست محیطی استخراج آلومینیوم
فرآیندهای استخراج مقدار زیادی انرژی مصرف می كنند كه اغلب از احتراق سوخت های فسیلی تامین می گردد. این سوخت ها تجدید ناپذیر بوده و محدودیت های تولید و مصرف آن در فرآیندهای مورد نظر ، ضرورت های حیاتی و گریز ناپذیر ، بهینه كردن مصرف آن را ایجاد می كند. ازسوی دیگر مشكلات ناشی از آلوده سازی محیط ، رعایت مسائل زیست محیطی و شرایط و تعهدات بین المللی لازم می باشد. مصرف بی رویه سوخت های فسیلی و عدم رعایت استانداردهای جهانی می تواند عرصه زندگی را برای انسان این عصر هرچه بیشتر تنگ نماید. به همین منظور در این مقاله ابتدا فرآیند استخراج آلومینیوم به اختصار بیان شده و بعد الودگی و مسائل زیست محیطی مرتبط با این فرآیند مورد بحث قرار می گیرد.
آلومینیوم یكی از فلزات پر مصرف و استراتژیك می باشد. این فلز پس از آهن با تولیدی در حدود 17 ملیون تن در سال بالاترین تولید جهانی فلزات را دارد. روش های تولید آلومینیوم را می توان در پنج روش مختلف گنجاند و بررسی كرد. ولی در حال حاضر آلومینیوم از الكترولیز ملح مذاب اكسید آن ( آلومین ) بدست می آید. با وجود آنكه آلومینیوم سومین عنصر فراوان پوسته زمین ( پس از اكسیژن و سیلیسیوم) است و مقدار آن در پوسته زمین 8.8% است. ولی تنها منبع اقتصادی برای تولید اكسید آلومینیوم (Al2O3) ، سنگ معدنی به نام بوكسیت می باشد. بوكسیت یك كانی نبوده و مینرال های آن بوهمیت و ژیپست است. بوكسیت از نظر عیار 50 تا 60 درصد آلومینا(Al2O3) داردو مهمترین ناخالصی های آن Fe2O3, SiO2, Tio2 می باشند.
مراحل تولید آلومینیوم در روش الكتریكی عبارت اند از:
1- استخراج و آماده سازی بوكسیت :
این مرحله مثل سایر فلزات ، شامل خرد كردن ، آسیاب كردن و... است.
2- تولید Al2O3 خالص:
كه شامل مراحل زیر است: لیچینگ گرم ، جدا كردن رسوب ها از محلول ، رسوب دادن Al(OH)3 از محلول و تكلیس Al(OH)3 و تولید پودر Al2O3
لیچینگ گرم: بوكسیت نرم شده وارد سود غلیظ می شود و در دمای بین 180 تا 220 و فشار بین 4 تا 25 اتمسفر آلومینات سدیم تولید می شود( NaAlO2 )
جدا كردن رسوب ها از محلول : به روش Settling( ته نشین شدن به علت آرام بودن سیال) عمده رسوب های ته نشین شده ، جدا می گردند . سپس محلول با آب داغ شسته شده ، با افزودن نشاسته به آن ----- می شود. به رسوبات باقیمانده گل سرخ Red Mud گفته می شود.
رسوب دادن Al(OH)3 از محلول: كه شامل سرد كردن محلول باقیمانده تا دمای 35، افزودن آب به محلول ، اضافه كردن پودر Al2O3 به عنوان جوانه زا، دادن زمان كافی
تكلیس Al(OH)3 و تولید پودر (Al2O3) : خلوص پودر نهایی 99 تا 99.5 درصد است.
3- استخراج الكتریكی آلومینیوم:
برای این منظور از روش الكترولیز موسوم به Hall- Heroult استفاده می شود. شكل زیر اجزای این دستگاه الكترولیز را نشان می دهد:
الكترولیت نمك مذاب شامل AlF3, NaF,Al2O3است. اگر آلومینیوم تولیدی ته نشین نمی شد. مقاومت الكترولیت را بالا می برد و مهمتر اینكه دوباره اكسید می شد و تلفات افزایش می یافت. سیستم طوری تنظیم می گرددكه به طور مداوم Al2O3 وارد محلول شود و درصد آن در محلول ثابت بماند. آند گرافیتی در اثر واكنش با اكسیژن اطرافش و Al2O3 موجود در محلول ، مصرف می گردد و باید جایگزین شود. فرآیند الكترولیز مداوم است و در نتیجه شارژ مواد اولیه نیز باید مداوم باشد. به طوری كه همیشه یك لایه Al2O3 روی الكترولیت موجود باشد. خروج آلومینیوم بوسیله پمپ خلا صورت می گیرد.
اثرات زیست محیطی:
1- استخراج و آماده سازی بوكسیت :
مرحله اول عملیات اكتشاف است كه ارتباط نزدیكی بین حوزه های آب زیر زمینی ، ذخایر خاكی با مراحل مختلف معدن كاری وجود دارد. عملیات اكتشاف شامل بررسی های هیدرولیكی و عملیات اكتشافی است. كه به اختصار آلودگی های زیستمحیطی در این مرحله عبارت اند از:
- تست های ردیاب : از خطرات این روش وارد شدن مواد ردیاب و رادیواكتیو در منطقه است
- تست های پمپاژ بلند مدت: در این روش پایین بودن سطح آب های زیرزمینی در مجاورت یك چاه باعث خسارت موقتی به چاه كناری می شود.
– تست های تزریق: تغییر موقتی رژیم آب های زیرزمینی و مشكل همساز بودن آب تزریقی با محیط زیست منطقه از تأثیرات این روش است.
– چاه های عمودی و تو نل ها : این روش باعث زهكشی و رسوخ آب به لایه های داخلی می شود .
– عملیات تخلیه: از تأثیرات این روش می توان به مشكلات ناشی از پسماند فلاشینگ و ذخیره سازی مواد حفاری در چال های آزمایشی و تونل ها، فرسایش مواد توسط باد، رسوب و نشست مواد به داخل منابع آب كه باعث آلودگی آب می شود، اشاره كرد .
- حفاری : از تأثیرات این روش می توان به مشكلات صوتی ناشی از حفاری به صورت اختلال در زندگی انسانی و حیوانی ، ایجاد آلودگی در آب های زیرزمینی در صورت حفر چاه نزدیك محل حفاری، بالا آمدن سطح نمك در خاك ، كاهش كیفیت منابع بكر،
- كاواك های آزمایشی: از تأثیرات این روش می توان اثرات ناشی از برداشت خاك و آسیب به پوشش گیاهی منطقه را ذكر كرد.
مرحله بعد استخراج سنگ معدن است كه تاثیرات محیطی زیادی دارد . اما در كل ، ضربه اصلی در از بین بردن پوشش های گیاهی وارد می شود. روبرداری بی رویه یا مدریت غلط منجر به كم شدن زیستگاه های حیوانات و گیاهان می گرددو توسعه جنگل ها و زراعت و .. را مشكل می سازد. همچنین استخراج معدن روی آب های محلی و هوا تاثیر می گذارد. به طور مثال ، با برداشتن لایه های روی زمین ، آب های سطحی می توانند آلوده ، اسیدی و گل آلود شوند. فرسایش در ناحیه معدن به سرعت صورت می گیرد. اگر خاك پوشش و محافظ نداشته باشد فرسایش خاك زیاد شده ، شرایط آب و هوایی تغییر كرده ، گرد و غبار در هوا زیاد شده و نیاز به تصویه آب بوجود می آید. معدن روباز مناظر بدی از لحاظ بصری ایجاد میكنند. همچنین می توان سر و صدای ماشین ها و صدای انفجار كه موجب آلودگی شدید صوتی می شود را به مجموعه عوامل فوق اضافه كرد.
2- تولید Al2O3 خالص:
در تهیه و پالایش سنگ معدن مقدار آلودگی ایجاد شده بستگی به روش بكار برده شده ، میزان خلوص و كیفیت سنگ معدن دارد. خطر اصلی در این مرحله باقی مانده بوكسیت ، یعنی گل سرخ است، كه دارای خاصیت قلیایی بوده و از كارخانه آلومینیوم سازی خارج می شود. این ماده روی زمین رها شده و یا در دریا ریخته می شود و یا در جاهای خاصی پلمپ می شود. این گلاب و خروجی دارای تاثیرات زیر است:
- نشت قلیا به درون آب های زیرزمینی كه ممكن است این آب وارد چرخه صنعت ،خانگی و یا كشاورزی شود.
- كاهش زمین های مناسب برای كشاورزی
- آلودگی مناطق خشك و ایجاد مناظر زشت
نوع دیگری از آلودگی ها كه در حین خرد كردن ، تكلیس و انبار داری بوجود می آید ، آلودگی هوا ( غبار و گازهای سمی) است. این آلودگی ها شامل بوكسیت ، آهك ، ذرات آلومینیوم ، SO2 ، NO2 ، ذرات بوكسیت كم عیار و ذرات معلق پنتا اكسید وانادیم است. مقدار SO2بستگی به نوع سوخت مصرف شده و همچنین نوع دستگاه های مصرف كننده و سرویس بودن آنها دارد. گازهای تولید شده جمع آوری نمی شوند و موجب تاثیرات محیطی ، اثر گلخانه ای و بوجود آمدن باران اسیدی خواهند شد. در فرآیندهای هیدرومتالوژی به طور حتم مایعات دور ریز و مواد جامد ناخواسته داریم كه قبل از هر اقدامی باید این مواد تحت پروسه های بازیابی و تصفیه قرار گیرند. محلول های آبی دور ریز ممكن است شامل فلزات سنگین باشند هرچند ممكن است قیمت این اجزا در محلول های دور ریز كم بوده باشد اما این عناصر می توانند در زنجیره غذایی حیوانات وارد شده و با مصرف اغذیه آلوده ؛ به سلامت اندام های بدن آسیب رسانند.
محیط كاری نیز می تواند برای كارگران بشدت خطرناك باشد. زمانی كه كارگران با مواد خورنده چون اسید و سود سروكار دارندو دوروبر آنها آلودگی شدید صوتی به همراه ذرات غبار و مواد سمی وجود دارد.
3- استخراج الكتریكی آلومینیوم:
مهمترین مشكل زیست محیطی در این بخش نشر و پخش فلورید است. كه تاثیرات مخربی روی سلامتی افرادی كه مشغول به كار هستند دارد( منجر به مسمومیت فلوریدی و اختلالات استخوانی می شود) بخارات و ذرات فلورین از مذاب كریولیت نشت می كنند این بخارات در گاز خروجی از آند هم یافت می شوند. همچنین بخارات SO2 ( اگر اند شامل تركیبات گوگرد باشد) و بخارات قطران نیز از آند متصاعد می شود. این بخارات در حین پخت آند نیز ظاهر می گردد. خارج شدن ذرات غبار و دی اكسید نیتروژن را نیز می توان به قسمت های قبل اضافه كرد.
مشكلات دیگر این قسمت عبارت اند از : آلودگی آب ، زباله ها ، سر وصدا ، گرما
آلودگی آب زمانی است كه سیستم تمیزكاری آبی( پاشش آب) برای تمیز كردن بخارات سلول ها بكار رود. این آب شامل فلورید و ذرات معلق جامد مثل آلومینا و كربن است كه نیاز به تصفیه قبل از تخلیه دارد . مشكل دیگر زباله های جامد است كه شامل محفظه های از بین رفته می باشد( سلول ها هر 4-5 سال نیاز به تعویض دارند.) كه قبل از قرار دهی آنها در هوای آزاد و یا انبار باید از مواد سمی و فلوئور دار تصفیه گردند. همچنین داخل كوره ذوب پسماندهایی تولید می شود كه می تواند تولید ذرات ناپایدار یا گازهایی مثل آمونیاك كند. سروصدا و گرما در قسمت كوره شرایط سختی را بوجود می آورد كه روی سلامتی كارگران تاثیر می گذارد.
آلودگی غیر مستقیم دیگر مصرف بسیار بالای الكتریسیته است . كه باید كارخانه در نزدیكی نیروگاه تاسیس شود. كه تاسیس نیروگاه های سوخت فسیلی نیز آلودگی های مختص به خود را دارد.
-
مدیر بازنشسته
مهار خوردگی در سیستم های سه فازی چاهها و لوله های گاز
نويسنده : نجمه اهل دل
خوردگي يكي از مشكلات عمده در صنايع نفت و گاز به شمار مي آيد كه سالانه مبالغ هنگفتي، به خود اختصاص مي دهد. وقفه در توليد، زيان هنگفتي چه از نظر توليد هيدروكربن و چه از نظر هزينه تعميرات در پي خواهد داشت. بنابراين سلامت تجهيزات در طول عمر مفيد آن ها يك مسأله اساسي به نظر مي رسد. استفاده از بازدارنده هاي خوردگي سال هاست كه به عنوان يكي از روش هاي كارآمد در صنايع نفت و گاز به كار گرفته مي شود.بازدارنده ماده اي است كه به تعداد كم به سيستم افزوده مي شود تا واكنش شيميايي را كند يا متوقف كند. بازدارنده هاي مورد استفاده در صنايع نفت و گاز معمولا از نوع تشكيل دهنده لايه سطحي (film former) هستند. اين بازدارنده ها با سطح فلز واكنش مستقيم ندارند و با ايجاد لايه محافظي از مواد آلي قطبي برروي سطح فلز، سبب بازدارندگي مي شوند. لايه مولكولي اوليه ممكن است پيوندهاي قوي از طريق تبادل بار الكتريكي با سطح برقرار كند و به صورت شيميايي جذب شود، اما لايه هاي بعدي از طريق پيوندهاي ضعيف فيزيكي جذب لايه اول مي شوند. وجود گروه هاي بلند هيدروكربني، در مولكول هاي اين بازدارنده يك سد فيزيكي در برابر ذرات خورنده به وجود مي آورد. كاركرد ديگر بازدارنده ها، كاهش قابل ملاحظه جريان الكتريكي از طريق افزايش مقاومت اهمي مي باشد.
در سال هاي اخير استفاده از روش جديد تثبيت pH در سيستم هاي مختلف گاز مطرح شده است و براي اولين بار در ايران و در پارس جنوبي فاز دو و سه توسط شركت توتال (TOTAL FINA ELF) مورد استفاده قرار گرفته است. اساس روش تثبيتpH استفاده از گليكول مي باشد. گليكول به منظور جلوگيري از هيدراته شدن به سيستم افزوده مي شود. تثبيت كننده به گليكول غيراشباع افزوده مي شود. اين تثبيت كننده مي تواند آلي يا معدني باشد. اين مواد مقدار pH را بالا مي برند و سبب تشكيل رسوبات محافظ مي شوند.افزايش pH در همه نقاط لوله تا يك مقدار موردنظر باعث تشكيل يك لايه محافظ و پايدار كربنات آهن يا سولفيد آهن مي شود كه مي توان سطوح داخلي خطوط لوله را در برابر خوردگي محافظت كند. تثبيت كننده در ساحل همراه با گليكول بازيابي مي شود و دوباره به سمت سكو (PLATFORM) فرستاده مي شود.بعد از آن مقدار كمي افزودني براي پايدار كردن سيستم و حصول محافظت كامل كافي است. در اين مقاله روش هاي مختلف پيش گيري و روش جديد تثبيت pH تشريح مي شود. يادآور ي مي نمايد كه در تدوين اين مقاله آقايان سعيد نعمتي (كارشناس برنامه ريزي مجتمع گاز پارس جنوبي)، دكتر سيروس جوادپور و دكتر عباس علي نظربلند (استادان دانشكده مهندس دانشگاه شيراز) مؤلف را ياري كرده اند.
• روش هاي كنترل خوردگي
خوردگي در صنايع گاز به يكي از روش هاي زير كنترل مي شود:
• آلياژهاي مقاوم به خوردگي
• بازدارنده هاي خوردگي
• روش تثبيت
• آلياژهاي مقاوم به خوردگي
استفاده از آلياژ مقاوم به خوردگي در خطوط لوله به هيچ صورت مقرون به صرفه نمي باشد. علي الخصوص در مورد لوله هاي طويل و بزرگ كه مشكلات جوش و اتصالات نيز وجود دارد. اين روش فقط در موارد خاص در خطوط لوله انتقال گاز به كار مي رود.براي كنترل خوردگي داخلي خطوط لوله از جنس فولاد كربني در يك سيستم چند فازي دو روش ديگر را مي توان به كار برد.
• بازدارنده هاي خوردگي
از جمله راه هاي كاهش خوردگي استفاده از بازدارنده هاي خوردگي است. بازدارنده ماده اي است كه به مقدار كم به سيستم افزوده مي شود تا واكنش شيميايي را كند يا متوقف كند. وقتي يك بازدارنده خوردگي به محيط خورنده اضافه مي شود سرعت خوردگي را كاهش مي دهد يا به صفر مي رساند.اولين بار يك بازدارنده معدني به آرسنيت سديم براي بازدارندگي فولادهاي كربني در چاه هاي نفت مورد استفاده قرار گرفت تا از خوردگي CO2 جلوگيري كند، اما به دليل پايين بودن بازده، رضايت بخش نبود، در نتيجه ساير بازدارنده ها مورد استفاده قرار گرفتند.در سال هاي 1945 تا 1950 خواص عالي تركيبات قطبي با زنجيره هاي بلند كشف شد. اين كشف روند آزمايش هاي مربوط به بازدارنده هاي آلي مورد استفاده در چاه ها و لوله هاي نفت و گاز را دگرگون ساخت.اين بازدارنده ها از طريق ايجاد يك لايه محافظ سطحي مانع از نزديك شدن ذرات خورنده به سطح فلز مي شوند. به اين نوع بازدارنده ها لايه ساز يا تشكيل دهنده سطحي (film forming) مي گويند كه اغلب پايه آميني دارند.
• خصوصيات بازدارنده هاي خوردگي
خصوصياتي از بازدارنده هايي كه بر عملكرد و كارآيي آن ها تأثير مي گذارند شامل موارد زير است:
1-سازگاري با ديگر مواد شيميايي: از آن جايي كه در سيستم هاي گازي ممكن است دو يا چند ماده شيميايي مورد استفاده قرار گيرد، لذا بازدارنده نبايد باعث اثرات جانبي بر روي آن ها شود (براي مثال مواد ضد كف و ضد امولسيون به همراه بازدارنده هاي خوردگي در صنايع گاز به كار رود).
2-كارايي در شرايط تنش برشي بالا: گاهي اوقات خروج از گاز چاه يا خطوط لوله تنش برشي بالايي به وجود مي آورد، به همين دليل مقاومت فيلم محافظ در برابر تنش برشي از اهميت فراواني برخوردار است و بايستي مورد بررسي قرار گيرد.
3-پايداري در برابر دما و فشار بالا: محدوده دما و فشار در چاه ها و مخازن گاز و لوله ها بالاست و بازدارنده بايد بتواند اين دما و فشار را تحمل كند و در اين شرايط پايداري و كارايي خود را از دست ندهد.
4-پايداري فيلم محافظ با گذشت زمان: اين فاكتور،تعيين كننده روش اعمال بازدارنده و مقدار آن مي باشد.
5-تشكيل امولسيون: تشكيل امولسيون يكي از بزرگترين مشكلات بازدارنده هاي نفت و گاز مي باشد. بازدارنده هاي لايه ساز شامل مولكول هاي فعال سطحي هستند و تشكيل امولسيون را تشديد مي كنند.
6-حلاليت بازدارنده: بيشتر روش هاي اعمال بازدارنده ها شامل رقيق كردن بازدارنده با يك حلال مناسب آلي يا آبي مي باشد.
7-سميت: به كار بردن بازدارنده ها نبايد محيط زيست را دچار آلودگي كند.
روش هاي اعمال بازدارنده ها:
•روش ناپيوسته
•روش پيوسته
•روش Squeeze
• روش ناپيوسته در مخازن گازي به دو صورت انجام مي گيرد:
الف- روش Short Batch: در اين روش مواد بازدارنده خوردگي در يك حلال مناسب (آلي يا آبي) حل و با شدت مشخص به داخل لوله مغزي پمپ مي شود.محلول بازدارنده در بالاي لوله مغزي يك پيستون تشكيل مي دهد.
ب-روش Full Tubing Displacement: در اين روش چاه بسته مي شود و محلول بازدارنده رقيق شده با حلال مناسب تزريق مي گردد و معمولا به همراه سيال مناسبي مثل گازوئيل يا گاز نيتروژن جا به جا مي شود و به طرف پايين مي رود. پايين رفتن ستوني محلول باعث آغشته شدن كل سطح مي شود. اين روش نسبت به روش قبل كم هزينه تر است.
• روش پيوسته
مهمترين عامل در تعيين و انتخاب روش تزريق نوع تكميل چاه مي باشد. در زير به چند نوع تكميل چاه اشاره مي شود: الف-Dual Completion: در اين نوع تكميل، دو لوله مغزي به صورت موازي يا متحدالمركز در چاه رانده مي شود كه لوله با قطر كمتر به منظور تزريق بازدارنده خوردگي استفاده مي شود. سرعت تزريق ماده به گونه اي درنظر گرفته مي شود كه از بازگشت محلول بازدارنده به سمت بالا جلوگيري شود.
ب-Capillary or Small Bore Tubing: در نوع تكميل چاه يك لوله با قطر كم به موازات لوله مغزي در فضاي بين لوله مغزي و ديواره رانده مي شود كه تزريق بازدارنده از اين مسير انجام مي گيرد.
ج-Side Pocket Mandrel Valve: در اين نوع تكميل فضاي بين لوله مغزي و ديواره كه annulus ناميده مي شود، از بازدارنده پر مي شود درحالتي كه فشار برروي ستون مايع از فشار لوله مغزي بيشتر شود بازدارنده به داخل لوله مغزي تزريق مي گردد. از معايب اين روش طولاني بودن زمان ماند بازدارنده در فضاي بين ديواره و لوله مغزي مي باشد.
د-Low Cost Completion:در اين نوع تكميل فضاي بين ديواره و لوله مغزي توسط پمپ سر چاه از بازدارنده پر مي شود و از طريق سوراخ هاي روي لوله مغزي كه كمي بالاتر از Packer وجود دارد، محلول به داخل لوله مغزي تزريق مي گردد. در اين نوع تكميل، بازدارنده بايد از پايداري حرارتي بالايي برخوردار باشد.
هـ-Packerless Completion: در اين نوع تكميل چاه Packer وجود ندارد و در نتيجه فضاي حلقوي به لوله چاه ارتباط دارد و تزريق از محل سرچاه به داخل فضاي حلقوي و در نهايت در لوله مغزي صورت مي گيرد. پايداري حرارتي بازدارنده با توجه به زمان ماند طولاني و مشكلات عملياتي در پمپ هاي تزريق از مشكلات اين نوع تكميل مي باشد.
روش Squeeze
در اين روش پس از بستن چاه،محلول بازدارنده با فشار از طريق لوله مغزي به درون چها پمپاژ مي شود. هدف اين است كه محلول بازدارنده به درون خلل و فرج سازند نفوذ كند. اين روش در چاه هاي با نوع تكميل مختلف مي تواند استفاده شود. دوره هاي تزريق بستگي به نوع بازدارنده، طبيعت سازند و سرعت توليد دارد. چاه پس از عمليات تزريق در مدار توليد قرار مي گيرد. در ابتدا غلظت بازدارنده در گاز توليدي زياد است و در همين فاصله زماني است كه فيلم محافظ روي سطح تشكيل مي شود. پس از مدتي غلظت بازدارنده كاهش مي يابد بنابراين در ادامه توليد فيلم محافظ تقويت و ترميم مي شود.
• روش تثبيتpH
تاريخچه روش تثبيت pH
تكنيك تثبيت pH در دهه هفتاد ميلادي از يك مشاهده ساده سرچشمه گرفت. در آن سال ها مشاهده شد كه درواحدهاي دهيدارته سازي گاز گليكول را به كار مي برند، به ندرت خوردگي چشمگيري مشاهده مي شود. علت اين امر pH بالاي آن واحدها بود. به نحوي كه لايه هاي تشكيل شده سطوح را محافظت مي كردند. مطالعات و آزمايش هاي بعدي نشان دادند كه مي توان اين روش را جايگزين استفاده از بازدارنده هاي خوردگي كرد. در راستاي برنامه هاي تحقيقاتي، اين روش براي اولين بار در سن جورجيو در ايتاليا مورد استفاده قرار گرفت. گاز اين ميدان شيرين (فاقدH2Sو فقط شامل (CO2 بود. اين روش در ميدان مذكور با موفقيت روبه رو شد.در دهه هشتاد ميلادي اين روش در ميدان هاي گاز شيرين به صورت روش مكمل مورد استفاده قرار گرفت. در دهه نود نياز به پرداختن به اين روش به عنوان يك تكنيك ديده مي شد. بنابراين در كنفرانس بين المللي انستيو خوردگي موسوم به NACE شركت هاي بزرگ نفتي شامل TOTAL FINA, STATOLLت,AGIP BPت,SHELL وELF يك پروژه تحقيقاتي را در انستيو انرژي نروژ (IFE) راه اندازي كردند. اولين فاز اين پروژه اثبات كارايي تثبيت pH به عنوان يك روش كنترل خوردگي در خطوط لوله چند فازي گاز شيرين بود. براساس اين نتايج و هم چنين آزمايش هاي مختلف، استفاده از بازدارنده هاي خوردگي در سيستم هاي شيرين (فاقد H2S) كاملا منحل اعلام شد. در دهه هشتاد و نود ميلادي، شركت توتال TOTAL ,FINA, ELF تعداد زيادي از ميدان ها را در نروژ و هلند با به كاربردن روش تثبيت pH محافظت كرد. روش تثبيت pH امروزه كاملا شناخته شده است و براي سيستم هاي گاز شيرين كه در آن ها گليكول مصرف مي شود، به كار مي رود.كاربرد اين روش براي سيستم هاي ترش، نسبتا جديد مي باشد. در سال 1998 آزمايش هاي كيفي انجام شده توسط شركت توتال در IFE روش تثبيت pH را براي دو خط لوله گاز 105 كيلومتري 32 اينچي دريايي در پارس جنوبي در ايران انتخاب كرد. اين خطوط يك سال است كه راه اندازي شده اند.
• جنبه هاي تئوري حفاظت و كنترل
مكانيزم كلي تثبيت pH براساس به كار بردن يك باز قوي به عنوان تثبيت كننده براي افزايش pH در همه نقاط لوله مي باشد. رسيدن به اين هدف به كمك طيف وسيعي از مواد شيميايي بازي چه از نوع آلي (MDEA, MBTNa) و چه از نوع معدني (NaCO3, NaOH, KOH) ميسر مي شود.اين بازها اسيديته حاصل از گازهاي اسيدي را H2S, CO2كاهش مي دهند. در نتيجه اسيديته سيال در اثر توليد آنيون هاي بي كربنات و بي سولفيد كاهش مي يابد. در اثر افزايش مقدار بي كربنات و بي سولفيد، محصولات خوردگي در pH موردنظر بر روي سطح فلز شكل مي گيرند و يك حفاظت پايدار در برابر ذرات خورنده به وجود مي آورند.
• فاكتورهاي كليدي محافظت در سيستم هاي شيرين
اولين تحقيقات در مورد كارايي اين روش بر روي سيستم هاي شيرين انجام گرفت.هدف اين برنامه بررسي كارايي انواع تثبيت كننده هاي آلي و معدني شامل اندازه گيري خوردگي در حلقه جريان (Flow Loop) و سلول شيشه اي (glass cell) و هم چنين بررسي دقيق خصوصيات لايه هاي خوردگي تشكيل شده برروي سطح فلز بود. زيرا اين لايه ها فاكتورهاي كليدي در مهار خوردگي هستند. نتايج اين تحقيقات در زير آمده است.
-كارايي روش تثبيت pH بستگي به محافظت لايه هاي محصولات خوردگي دارد.
-در شرايط شيرين لايه محصول خوردگي كربنات آهن مي باشد. مقدار محافظت اين لايه و زمان لازم براي دستيابي به محافظت كامل، به دو پارامتر زير بستگي دارد:
# pH محل موردنظر (بستگي به فشار جزيي CO2 وغلظت تثبيت كننده دارد)
#دما: سريع ترين تشكيل لايه محافظ در بالاترين دما صورت مي گيرد و طولاني ترين زمان براي تشكيل لايه محافظ در دماي كمتر از 40 درجه سانتي گراد مي باشد.
-ديگر پارامترها، مثل شرايط اوليه سطح فلز و مقدار آهن حل شده در سيال به عنوان فاكتورهاي ثانويه معرفي شده اند. و برسينتيك تشكيل لايه ها اثر گذارند.
-pH محل برابر با 6.5 محافظت را در شرايط شيرين به طور كامل تضمين مي كند.
-تثبيت كننده هاي آلي و معدني كارايي يكساني را از نقطه نظر خوردگي ايجاد مي كنند هر دو آنيون هاي بي كربنات و كربنات مي سازند و انتخاب آن ها براساس شرايط محيطي، در دسترس بودن و ايمني مي باشد.
فاكتورهاي كليدي محافظت در سيستم هاي ترش
اساس روش تثبيت pH در محيط هاي حاوي H2S (محيط هاي ترش) مشابه با محيط هاي شيرين (فاقد(H2S مي باشد. اما تفاوت هاي اساسي زير را بايد درنظر گرفت:
-در محيط هاي ترش هم مشابه محيط هاي شيرين تشكيل لايه محافظ محصولات خوردگي اساس محافظت مي باشد.
-به دليل حلاليت بسيار كم سولفيد آهن، در مقايسه با كربنات آهن، (هزار برابر كمتر) لايه سولفيد آهن محافظت بهتري نسبت به كربنات آهن دارد و به محض اين كه مقادير H2S به ميزان لازم برسد، لايه سولفيد آهن تشكيل مي شود. سولفيد آهن بسته به pH و دما، در انواع شكل هاي كريستالي (مكنويت، پيروتيت و پيريت) تشكيل مي شود. اين سولفيد ها در pH مشخص، قابليت حفاظت مختلفي دارند.
-با توجه به تأثير دما كمترين محافظت در محدوده 60 تا 70 درجه سانتي گراد وجود دارد. در اين دما و در pHهاي كم، تمايل به حفره دار شدن در فولاد ديده مي شود بنابراين كنترل pH در اين دما حياتي است. در pH برابر با 60 تا 70 درجه سانتي گراد (بحراني ترين دما) هيچ تمايلي به خوردگي ديده نمي شد و لايه هاي سولفيد آهن هم بيشترين حفاظت را در همين pH داشتند.
-همان طور كه انتظار مي رود، سرعت جريان سيال تأثيري بر كيفيت محافظت در كل طول لوله ندارد.
• پايش خوردگي در روش تثبيت pH
پايش خوردگي (Corrosion Monitoring) از طريق بررسي مداوم pH صورت مي گيرد. مقدار pH نبايد كمتر از حد موردنظر باشد. در صورت مناسب بودن مقدار pH مي توان از محافظت در كل خط لوله اطمينان حاصل كرد. با استفاده از پروب pH مي توان مقدار pH را بررسي كرد. اين راه حل فوق العاده است. زيرا پايش به صورت اتوماتيك انجام مي گيرد. اما كاربرد اين پروپ ها در سيستم هاي ترش توصيه نمي شود. بنابراين شركت توتالpH محيط را از طريق بررسي آب گليكول دار در شرايط آزمايشگاهي (فشار bar 1 گاز CO2 ) ارزيابي مي كند.
pH مخلوط MEG و آب از طريق معادله زير محاسبه مي شود.
pH=K+Log[pHstab]-Log(p*%CO2+%H2S)
K ثابت جدايش است كه به مقدار گليكول بستگي دارد.
P فشار كل گاز
[pHstab] غلظت تثبت كننده با واحد مول بر ليتر در اندازه گيري در شرايط آزمايشگاهي مذكور معادله به اين صورت تغيير مي كند.
pH=(1bar CO2)=K+Log[pHstab]
سپس مقادير به دست آمده در آزمايشگاه از طريق معادله زير به pH محيط تبديل مي شود.
pH=(1bar CO2)-Log(P*(%CO2+%H2S)
هم چنين پايش خوردگي با استفاده از كوپن ها و پروب هاي الكتريكي در موقعيت ساعت شش در ورودي و خروجي خطوط انجام مي گيرد.
• نتيجه گيري
روش تزريق بازدارنده به عنوان يكي از روش هاي كنترل خوردگي از ديرباز در صنايع گاز مورد استفاده قرار مي گرفته است. در زير به مقايسه اين روش با روش تثبيت pH مي پردازيم:
•در شرايطي كه MEG در سيستم به كار نمي رود و مشكلات هيدارته شدن وجود ندارد، استفاده از يك تثبيت كننده pH و بازيابي آن در انتهاي خط لوله مقرون به صرف نمي باشد.
•اطمينان از محافظت خط لوله در روش تثبت pH نسبت به تزريق بازدارنده بيشتر است، زيرا مقدار pH در كل خط لوله در حد تشكيل محصولات خوردگي مي باشد.
•در مواردي كه چاه هاي گاز دريايي هستند، تزريق بازدارنده برروي سكو نيازمند افرادي براي تعمير و نگه داري پمپ هاي تزريق مي باشد. در صورتي كه در روش تثبيت pH سكو بدون سكنه رها مي شود و عمليات از ساحل كنترل مي شود.
•در روش تثبيت pH در تجهيزات بازيابيMEG، مقادير زيادي نمك و رسوب كربناتي به وجود مي آيد كه بايستي با استفاده از مواد ضد رسوب در اين تجهيزات آنها را كنترل كرد.
•كنترل منظم pH در خطوط لوله و بررسي مقادير گازهاي اسيدي، در روش تثبيت pH ضروري است در حالي كه در تزريق بازدارنده نيازي به اين كار نيست.
•ايجاد كف، تشكيل امولسيون و تجزيه حرارتي بازدارنده ها و بررسي كنترل كيفيت آن ها، قسمت عمده فعاليت هاي آزمايشگاه هاي هر ميدان است كه در روش تثبيت pH به طور كامل حذف مي شود. انتخاب يك روش مناسب كنترل خوردگي، بستگي به شرايط محيطي و نكات مذكور دارد و با توجه به آزمايش هاي مختلف انجام مي گيرد.
کلمات کلیدی این موضوع
مجوز های ارسال و ویرایش
- شما نمیتوانید موضوع جدیدی ارسال کنید
- شما امکان ارسال پاسخ را ندارید
- شما نمیتوانید فایل پیوست کنید.
- شما نمیتوانید پست های خود را ویرایش کنید
-
مشاهده قوانین
انجمن
پاسخ با نقل قول
