دراسة موسعة ومنقحة في استخلاص الالومينا وإنتاج معدن الالمنيوم من خام الكاؤولين

‫وزارة الصناعة والمعادن‬ ‫الشركة العامة للصناعات التعدينية‬ ‫دراسة موسعة في‬ ‫استخالص االلومينا‬ ‫وإنتاج معدن‬ ‫االلمنيوم من خام‬ ‫الكاؤولين‬ ‫العراقي‬ ‫اعداد الدراسة‬ ‫رئيس المهندسين االقدم‬ ‫رغـد محـيي الديـن جاسـم‬ ‫مسؤول شعبة الدراسات في قسم‬ ‫االستخراج المعدني‬ ‫‪i‬‬ ‫ابراهيم فاضل عبد‬ ‫مهندس حاسبات‪/‬‬ ‫عبد االله خليل‬ ‫مهندس حاسبات‪/‬‬ ‫العباس‬ ‫عقد‬ ‫غالم‬ ‫عقد‬ ‫قائمة المحتويات‬ ‫ت‬ ‫قائمة المخططات‬ ‫قائمة االشكال‬ ‫قائمة الجداول‬ ‫قائمة الخرائط‬ ‫المقدمة‬ ‫الفصل األول‪ :‬األهمية الصناعية‬ ‫لأللومينا عالية النقاوة (‪)HPA‬‬ ‫الفصل الثاني‪ :‬الكاؤولين‬ ‫الفصل الثالث‪ :‬انتاج االلومينا‬ ‫من الكاؤولين باستخدام كاربونات‬ ‫الكالسيوم‬ ‫الفصل الرابع‪ :‬استخالص االلومينا‬ ‫من الكاؤولين بطريقة التحميص‬ ‫والمعالجة الحامضية‬ ‫الفصل الخامس‪ :‬انتاج الشب من‬ ‫الكاؤولينايت‬ ‫‪ii‬‬ ‫‪iii‬‬ ‫‪iv‬‬ ‫‪v‬‬ ‫‪v‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪43‬‬ ‫‪51‬‬ ‫‪61‬‬ ‫الفصل السادس‪ :‬المشاريع‬ ‫الصناعية النتاج االلومينا من‬ ‫الكاؤولين‬ ‫الفصل السابع‪ :‬االلمنيوم معدن‬ ‫المستقبل‬ ‫الفصل الثامن‪ :‬دراسة حالة مصنع‬ ‫انتاج االلمنيوم في الهند‬ ‫المصادر‬ ‫‪73‬‬ ‫‪88‬‬ ‫‪100‬‬ ‫‪120‬‬ ‫قائمة المخططات‬ ‫معرف المخطط‬ ‫ت‬ ‫‪ 1‬المخطط رقم (‪ )1‬يوضح الزيادة‬ ‫المتوقعة في انتاج السيارات‬ ‫الكهربائية وصوال لسنة ‪2025‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )2‬يوضح تقسيمات‬ ‫‪2‬‬ ‫الطلب على االلومينا العالية‬ ‫‪iii‬‬ ‫الصفحة‬ ‫‪8‬‬ ‫‪10‬‬ ‫النقاوة للسيارات الكهربائية‬ ‫ولمختلف االستخدامات االخرى‬ ‫المخطط رقم (‪ )3‬يوضح سوق خام‬ ‫‪ 3‬الكاؤولين حسب التقسيمات‬ ‫الجغرافية‬ ‫المخطط رقم (‪ )4‬يوضح العملية‬ ‫‪ 4‬األساسية النتاج االلومينا من‬ ‫االطيان الصناعية‬ ‫المخطط رقم (‪ )5‬يوضح العملية‬ ‫‪ 5‬األساسية النتاج االلومينا بطريقة‬ ‫المعالجة الحامضية‬ ‫‪ 6‬المخطط رقم (‪ )6‬يوضح العالقة‬ ‫اللوغاريتمية للمواللية‬ ‫اللوغاريتمية لألنواع ‪ Al‬مقابل‬ ‫ثوابت توازن التفاعالت ودرجة‬ ‫الحموضة في المحلول‬ ‫المخطط رقم (‪ )7‬يوضح نتائج‬ ‫استخالص األلمنيوم والتغيرات‬ ‫‪7‬‬ ‫الكتلية في خام الخام أثناء‬ ‫الكلسنة‬ ‫المخطط رقم (‪ )8‬يوضح نتائج‬ ‫استخالص األلمنيوم والتغيرات‬ ‫‪8‬‬ ‫الكتلية في خام الخام أثناء‬ ‫الطحن‬ ‫المخطط رقم (‪ )9‬يوضح المعالجة‬ ‫‪ 9‬الحامضية لخام الكاؤولين بحامض‬ ‫النتريك‬ ‫المخطط رقم (‪ )10‬يوضح التحليل‬ ‫‪ 10‬المعدني لعينة الكاؤولين‬ ‫باستخدام ‪XRD‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )11‬يوضح التحليل‬ ‫‪ 11‬الحراري التفاضلي لعينة‬ ‫الكاؤولين‬ ‫‪iv‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪27‬‬ ‫‪28‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪33‬‬ ‫‪33‬‬ ‫‪35‬‬ ‫‪48‬‬ ‫‪51‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪15‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪17‬‬ ‫‪18‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )12‬مشروع انتاج‬ ‫االلومينا العالية النقاوة من‬ ‫الكاؤولين‬ ‫المخطط رقم (‪ )13‬اختزال‬ ‫االلومينا اإللكتروليتي الى معدن‬ ‫االلمنيوم‬ ‫المخطط رقم (‪ )14‬يوضح اإلنتاج‬ ‫العالمي لأللمنيوم األولي حسب‬ ‫المنطقة الجغرافية‬ ‫المخطط (‪ )15‬يوضح استهالك‬ ‫األلمنيوم للسيارات حسب المنطقة‬ ‫الجغرافية‬ ‫المخطط رقم (‪ )16‬العملية‬ ‫الصناعية في مشروع انتاج‬ ‫االلمنيوم‬ ‫المخطط رقم (‪ )17‬تسلسل العمليات‬ ‫في مصنع الكاربون‬ ‫المخطط رقم (‪ )18‬تسلسل العمليات‬ ‫في مصنع األنودات الخضراء‬ ‫‪77‬‬ ‫‪80‬‬ ‫‪91‬‬ ‫‪91‬‬ ‫‪107‬‬ ‫‪115‬‬ ‫‪116‬‬ ‫قائمة االشكال‬ ‫ت‬ ‫معرف الشكل‬ ‫‪v‬‬ ‫الصفحة‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪11‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪15‬‬ ‫شكل رقم (‪ )1‬الفواصل بين األنود‬ ‫والكاثود في بطارية الليثيوم‬ ‫ايون‬ ‫شكل (‪ )2‬يوضح المقارنة بين‬ ‫الطريقة التقليدية النتاج‬ ‫االلومينا والطرق الحديثة‬ ‫شكل رقم (‪ )3‬الكاؤولين االبيض‬ ‫شكل رقم (‪ )4‬الكاؤولين العراقي‬ ‫االحمر‬ ‫شكل رقم (‪ )5‬كاؤولين منطقة‬ ‫الصوفية (الكاؤولين الصوفي)‬ ‫شكل رقم (‪ )6‬منجم خام الكاؤولين‬ ‫االبيض‬ ‫شكل رقم (‪ )7‬مصنع انتاج روالت‬ ‫االلمنيوم‬ ‫شكل رقم (‪ )8‬مصهر االلمنيوم‬ ‫شكل رقم (‪ )9‬خطوط إنتاجية ضمن‬ ‫مصنع انتاج منتجات االلمنيوم‬ ‫شكل رقم (‪ )10‬االهتمام الدولي‬ ‫بمعدن االلمنيوم كمعدن استراتيجي‬ ‫شكل رقم (‪ )11‬أحد مصاهر‬ ‫االلمنيوم في الهند‬ ‫شكل رقم (‪ )12‬صفوف الخاليا‬ ‫الكهربائية في قاعة انتاج معدن‬ ‫االلمنيوم من االلومينا‬ ‫شكل رقم (‪ )13‬نظام توزيع الخاليا‬ ‫الكهربائية في قاعة االنتاج‬ ‫شكل رقم (‪ )14‬األنود الخاص‬ ‫بالخاليا الكهربائية النتاج‬ ‫االلمنيوم‬ ‫شكل رقم (‪ )15‬األنودات بعد‬ ‫إخراجها من الخاليا الكهربائية‬ ‫‪vi‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪36‬‬ ‫‪37‬‬ ‫‪38‬‬ ‫‪39‬‬ ‫‪93‬‬ ‫‪94‬‬ ‫‪96‬‬ ‫‪97‬‬ ‫‪99‬‬ ‫‪100‬‬ ‫‪109‬‬ ‫‪111‬‬ ‫‪112‬‬ ‫شكل رقم (‪ )16‬شكل أنودات بعد‬ ‫‪16‬‬ ‫عملية التنظيف‬ ‫‪112‬‬ ‫قائمة الجداول‬ ‫معرف الجدول‬ ‫ت‬ ‫الجدول رقم (‪ )1‬يوضح مقارنة بين‬ ‫‪ 1‬كلف المعالجة الحامضية‬ ‫للكاؤولين‬ ‫الجدول رقم (‪ )2‬يوضح التفاعالت‬ ‫‪ 2‬الرئيسية التي تحدث أثناء عملية‬ ‫المعالجة الحامضية‬ ‫التركيب‬ ‫(‪)3‬‬ ‫رقم‬ ‫الجدول‬ ‫‪ 3‬الكيمياوي ألطيان الكاؤولين في‬ ‫منطقة الحسينيات‬ ‫التركيب‬ ‫(‪)4‬‬ ‫رقم‬ ‫الجدول‬ ‫الكاؤولين‬ ‫ألطيان‬ ‫الكيمياوي‬ ‫‪4‬‬ ‫الملونة والبنفسجية في منطقة‬ ‫الحسينيات‬ ‫‪vii‬‬ ‫الصفحة‬ ‫‪31‬‬ ‫‪34‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪11‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪15‬‬ ‫‪16‬‬ ‫التركيب‬ ‫(‪)5‬‬ ‫رقم‬ ‫الجدول‬ ‫الكاؤولين‬ ‫ألطيان‬ ‫الكيمياوي‬ ‫‪41‬‬ ‫الملونة في منطقة جنوب غرب‬ ‫الحسينيات‬ ‫التركيب‬ ‫(‪)6‬‬ ‫رقم‬ ‫الجدول‬ ‫الكيمياوي ألطيان الكاؤولين في ‪41‬‬ ‫منطقة دويخلة‬ ‫الجدول رقم (‪ )7‬التركيب‬ ‫‪42‬‬ ‫الكيمياوي ألطيان منطقة العامج‬ ‫الجدول رقم (‪ )8‬يوضح التركيب‬ ‫‪48‬‬ ‫المعدني لخام الكاؤولينايت‬ ‫الجدول رقم (‪ )9‬يوضح التركيب‬ ‫‪49‬‬ ‫الكيمياوي لخام الكاؤولينايت‬ ‫الجدول رقم (‪ )10‬يوضح تحليل‬ ‫‪50‬‬ ‫الحجم الحبيبي لخام الكاؤولين‬ ‫الجدول رقم (‪ )11‬يوضح مكونات‬ ‫‪70‬‬ ‫أكاسيد المعادن الرئيسية‬ ‫الجدول رقم (‪ )12‬توقعات الطلب‬ ‫على االلومينا لمختلف االستخدامات ‪78‬‬ ‫لغاية العام ‪2026‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )13‬اإلنتاج‬ ‫‪90‬‬ ‫واالستهالك العالمي لأللومينا‬ ‫الصناعية حسب المناطق الرئيسية‬ ‫الجدول رقم )‪ (14‬أرقام اإلنتاج‬ ‫‪95‬‬ ‫واالستهالك العالمية للمناطق‬ ‫الرئيسية‬ ‫الجدول رقم (‪ )15‬متطلبات المواد‬ ‫‪118‬‬ ‫الخام للمشروع‬ ‫الجدول رقم (‪ )16‬يوضح تفاصيل‬ ‫‪120‬‬ ‫النفايات الصلبة المتولدة في‬ ‫المصنع‬ ‫‪viii‬‬ ‫قائمة الخرائط‬ ‫معرف الخارطة‬ ‫ت‬ ‫الخارطة رقم (‪ )1‬رواسب الكاؤولين‬ ‫‪1‬‬ ‫في الصحراء الغربية‬ ‫‪ 2‬الخارطة رقم (‪ )2‬رواسب طين‬ ‫الكاؤولين العراقي في الصحراء‬ ‫الغربية لمحافظة األنبار‬ ‫‪ix‬‬ ‫الصفحة‬ ‫‪38‬‬ ‫‪56‬‬ ‫المقدمة‬ ‫الفيزيائية‬ ‫للخصائص‬ ‫ًا‬ ‫نظر‬ ‫والكيميائية الجيدة يتم استهالك‬ ‫األلومينا (‪ )Al2O3‬على نطاق واسع في‬ ‫صناعات المواد الكاشطة والسيراميك‬ ‫والمواد‬ ‫والسمنت‬ ‫والحراريات‬ ‫الكيميائية‪ .‬كما أنها المصدر‬ ‫الوحيد لمعدن األلمنيوم (‪ .)Al‬تظل‬ ‫عملية باير وعملية ‪Hall-Heroult‬‬ ‫هي العمليات الوحيدة القابلة‬ ‫األلومينا‬ ‫صناعات‬ ‫في‬ ‫للتطبيق‬ ‫باير‬ ‫عملية‬ ‫تنتج‬ ‫واأللمنيوم‪.‬‬ ‫األلومينا من خام البوكسايت‪ ،‬وتؤدي‬ ‫عملية ‪ Hall-Heroult‬إلى إذابة‬ ‫مسحوق األلومينا إلى دفعة من‬ ‫الكريواليت إلنتاج معدن األلمنيوم‪.‬‬ ‫في البداية‪ ،‬تم توسيع النمط‬ ‫الجغرافي لأللمنيوم المعدني من خالل‬ ‫احتياطيات‬ ‫واستغالل‬ ‫دراسة‬ ‫البوكسايت الكبيرة في غرب إفريقيا‬ ‫وأستراليا‪ .‬في الوقت الحاضر يواجه‬ ‫ًا على معدن‬ ‫ًا مفرط‬ ‫العالم طلب‬ ‫‪1‬‬ ‫ً‬ ‫مقترنا‬ ‫األلمنيوم‬ ‫البوكسايت عالي الجودة‪.‬‬ ‫بانخفاض‬ ‫تضاعف إنتاج األلمنيوم األولي في‬ ‫ًا للفترة من عام ‪2007‬‬ ‫العالم تقريب‬ ‫إلى عام ‪ ،2017‬يقابل ذلك تقلص‬ ‫كبير في االحتياطيات العالمية من‬ ‫خام البوكسايت الخام التي تم‬ ‫تقدير احتياطياتها تكفي البشرية‬ ‫لمدة ‪ 50‬عاً‬ ‫ما فقط إضافة الى ذلك‬ ‫الموارد‬ ‫ذات‬ ‫البلدان‬ ‫تحاول‬ ‫المحدودة من البوكسايت تقليل‬ ‫اعتمادها الخارجي على البحث عن‬ ‫مصادر بديلة لأللومينا واأللمنيوم‪.‬‬ ‫تتمثل التحديات األخرى التي تواجه‬ ‫صناعة األلمنيوم في عدم قدرة عملية‬ ‫باير على معالجة خامات البوكسايت‬ ‫التي تحتوي على نسبة عالية من‬ ‫السيليكا (أي ‪ ،)٪SiO2 7‬وانخفاض‬ ‫معدل األلومينا إلى السيليكات‪،‬‬ ‫وارتفاع استهالك الصودا الكاوية‪،‬‬ ‫وتكوين السيليكا العالي‪ ،‬وكميات‬ ‫كبيرة من مخلفات البوكسايت ومشاكل‬ ‫تخزين الطين األحمر‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫الفصل االول‬ ‫األهمية الصناعية لأللومينا‬ ‫عالية النقاوة (‪)HPA‬‬ ‫األلومينا عالية النقاء (‪ )HPA‬هي‬ ‫شكل عالي النقاوة من أوكسيد‬ ‫األلمنيوم (‪ .)Al2O3‬األلومينا عالية‬ ‫النقاء عبارة عن منتج عالي القيمة‬ ‫ذو تطبيقات صناعية كبيرة ومطلوب‬ ‫بشدة حيث أنه مكون أساسي مطلوب‬ ‫إلنتاج الياقوت االصطناعي‪ .‬يستخدم‬ ‫الياقوت االصطناعي في تصنيع ركائز‬ ‫مصابيح ‪ ،LED‬ورقائق أشباه الموصالت‬ ‫المستخدمة في صناعة اإللكترونيات‪،‬‬ ‫وزجاج الياقوت المقاوم للخدش‬ ‫اليد‪،‬‬ ‫ساعة‬ ‫لوجوه‬ ‫المستخدم‬ ‫ومكونات‬ ‫البصرية‪،‬‬ ‫والنوافذ‬ ‫الهواتف الذكية‪ .‬ال يوجد بديل لـ‬ ‫‪ HPA‬في صناعة الياقوت الصناعي‪.‬‬ ‫على نحو متزايد‪ ،‬يتم استخدام ‪HPA‬‬ ‫‪3‬‬ ‫كطالء على الصفائح الفاصلة في‬ ‫بطاريات الليثيوم أيون‪ HPA .‬عبارة‬ ‫عن مادة عالية السعر (تصل إلى ‪-40‬‬ ‫ًا للكيلوغرام) مع‬ ‫ًا أمريكي‬ ‫دوالر‬ ‫توقع نمو كبير في الطلب السنوي‬ ‫مدفوع بشكل أساسي بصناعات سريعة‬ ‫النمو‪ :‬صناعة الياقوت ‪LED /‬‬ ‫وصناعة بطاريات الليثيوم أيون‬ ‫سريعة النمو‪(Dr. Michael Green .‬‬ ‫)‪2018‬‬ ‫مع الطلب العالمي على ‪ HPA‬الذي‬ ‫سنوً‬ ‫يا‬ ‫طن‬ ‫‪19000‬‬ ‫حوالي‬ ‫يبلغ‬ ‫(‪ ،)2018‬تشير التقديرات إلى أن‬ ‫هذا الطلب سينمو بمعدل نمو سنوي‬ ‫مركب (‪ )CAGR‬يبلغ ‪-2018( ٪30‬‬ ‫‪)2028‬؛ بحلول عام ‪ 2028‬من المتوقع‬ ‫أن يبلغ الطلب في السوق حوالي‬ ‫سنوً‬ ‫ًا‬ ‫مدفوع‬ ‫يا‪،‬‬ ‫طن‬ ‫‪272،000‬‬ ‫باالعتماد المتزايد لمصابيح ‪ LED‬في‬ ‫جميع أنحاء العالم باإلضافة إلى‬ ‫الطلب المتزايد من قبل مصنعي‬ ‫بطاريات الليثيوم أيون لخدمة سوق‬ ‫السيارات الكهربائية المتصاعد‪.‬‬ ‫‪4‬‬ ‫الثانية‬ ‫العالمية‬ ‫الحرب‬ ‫خالل‬ ‫وبعدها‪ ،‬كان من المتوقع إلى حد‬ ‫كبير وجود العديد من الموارد‬ ‫المعدنية الغير بوكسايتية‪ .‬منحت‬ ‫هيئة المسح الجيولوجي األمريكية‬ ‫إلنتاج‬ ‫اختراع‬ ‫براءات‬ ‫عدة‬ ‫األلومينا‪ .‬تم نشر تقرير مرتبط‬ ‫بالبحث والتطوير للمواد الخام على‬ ‫بعض السلع المعدنية األكثر أهمية‬ ‫الستعادة األلمنيوم من قبل المفوضية‬ ‫األوروبية‪.‬‬ ‫الطلب‬ ‫يزداد‬ ‫أن‬ ‫المتوقع‬ ‫من‬ ‫العالمي على الكاؤولين بمعدل نمو‬ ‫سنوي مركب (‪ )CAGR‬يبلغ ‪ ٪4.4‬ليصل‬ ‫إلى ‪ 43.1‬مليون طن بحلول عام ‪2025‬‬ ‫مع استمرار االستخدام الرئيسي‬ ‫للكاؤولين في تصنيع الورق األبيض‪.‬‬ ‫ًا‬ ‫تمثل االلومينا عالية النقاوة قسم‬ ‫ًا من سوق الكاؤولين‬ ‫ًا صغير‬ ‫فرعي‬ ‫ولكن الفوائد الكبيرة التي توفرها‬ ‫االلومينا ‪ Al2O3‬عالية النقاء (>‬ ‫‪ )٪99.99‬أصبحت مفهومة بشكل أفضل‪.‬‬ ‫‪5‬‬ ‫إن االلومينا عالية النقاوة متعدد‬ ‫االستخدامات وُ‬ ‫يرى أن له استخدامات‬ ‫مهمة في العالم الحديث مثل مصابيح‬ ‫‪ LED‬وطالء الكاثود وألواح فاصل‬ ‫القطب الموجب في بطارية ليثيوم‬ ‫يؤدي رفع نقاوة االلومينا‬ ‫أيون‪.‬‬ ‫من ‪ ٪99.9‬إلى ‪ ٪99.9999‬إلى رفع‬ ‫القيمة المضافة لاللومينا إلى‬ ‫السعر النقدي الحالي في ‪LME‬‬ ‫ًا للطن‬ ‫ًا أمريكي‬ ‫البالغ ‪ 1700‬دوالر‬ ‫لأللمنيوم‪(wakaolin.com.au) .‬‬ ‫تأثير السيارات‬ ‫نمو الطلب‬ ‫الكهربائية‬ ‫على‬ ‫تتمتع األلومينا باستقرار فيزيائي‬ ‫وكيميائي مماثل للسيليكا ومنع‬ ‫الحمل االيوني المتعاكس أليونات‬ ‫الكبريت‪ .‬ذرة األوكسجين مع زوج‬ ‫مركبات‬ ‫من‬ ‫الوحيد‬ ‫اإللكترون‬ ‫األلومينا‬ ‫مثل‬ ‫السيراميك‪،‬‬ ‫والسيليكا‪ ،‬لها تفاعل قوي مع‬ ‫ايونات الكبريت من خالل تفاعالت‬ ‫‪6‬‬ ‫ثنائي القطب‪ .‬في الواقع‪ ،‬تعتبر‬ ‫المواد غير العضوية أكثر فائدة من‬ ‫حيث االستقرار الحراري وقابلية‬ ‫والخصائص‬ ‫بالكهرباء‬ ‫التوصيل‬ ‫الميكانيكية الكلية من المواد‬ ‫العضوية‪.‬‬ ‫نجحت مجموعة مواد الفواصل الغير‬ ‫عضوية في تصنيع فاصل غير عضوي نقي‬ ‫باستخدام هيكل األسالك النانوية‬ ‫الخزفي الدقيق والموحد‪ .‬بالمقارنة‬ ‫مع البولي بروبيلين التجاري‪ ،‬فإن‬ ‫عزز‬ ‫قد‬ ‫هذا‬ ‫السيراميك‬ ‫فاصل‬ ‫السائل‬ ‫وامتصاص‬ ‫المسامية‪،‬‬ ‫بالكهرباء‪ ،‬والموصلية األيونية‪،‬‬ ‫واالستقرار الحراري‪ .‬باإلضافة إلى‬ ‫ذلك‪ ،‬أظهر هذا الفاصل في خلية ‪Li‬‬ ‫)‪ | LiFePO4 (LFP‬أداء دوري أفضل‬ ‫من أداء الفاصل التجاري‪ .‬في درجات‬ ‫‪7‬‬ ‫حرارة التشغيل العالية وأظهرت‬ ‫البطاريات التي تحتوي على فواصل‬ ‫ًا‪.‬‬ ‫‪ Al2O3‬أداء دوري مستقر‬ ‫يعتبر عامل الطلب الكبير على‬ ‫السيارات الكهربائية هو العامل‬ ‫الرئيسي الذي وقف وراء النمو‬ ‫ًا بشكل‬ ‫السوقي على االلومينا مدفوع‬ ‫أساسي بالنمو القوي في الطلب على‬ ‫طالء فواصل بطارية الليثيوم ايون‬ ‫‪(Dr. Michael Green 2018).LIB‬‬ ‫ان االلومينا العالية النقاوة ‪،HPA‬‬ ‫بخصائصها المتفوقة مثل السطوع‬ ‫العالي والصالبة الفائقة ومقاومة‬ ‫التآكل الفائقة‪ ،‬تجد تطبيقات في‬ ‫مصابيح ‪ LED‬وركائز أشباه الموصالت‬ ‫والعدسات‬ ‫الليثيوم‬ ‫وبطاريات‬ ‫البصرية واألجهزة الطبية الحيوية‬ ‫وغيرها‪ .‬من المتوقع أن تحل مصابيح‬ ‫‪ LED‬محل أنظمة اإلضاءة التقليدية‬ ‫تماً‬ ‫ما ألنها مستدامة ودائمة وآمنة‪.‬‬ ‫تعد االلومينا العالية النقاوة ‪HPA‬‬ ‫ً‬ ‫ًا في‬ ‫مكونا مهم‬ ‫في شكل مسحوق‬ ‫‪8‬‬ ‫الطالءات الواقية ويستخدم كمادة‬ ‫فوسفورية في شاشات البالزما‪ .‬في‬ ‫منطقة آسيا والمحيط الهادئ‪ ،‬وقد‬ ‫غذى التمويل الحكومي استثمارات‬ ‫للشركات‬ ‫التصنيعية‬ ‫القدرة‬ ‫اإللكترونية‪ ،‬والتي بدورها من‬ ‫المتوقع أن تغذي الطلب على ‪HPA‬‬ ‫خالل فترة التحليل‪.‬‬ ‫في عام ‪ ،2018‬استحوذت مصابيح ‪LED‬‬ ‫على أكبر حصة من الطلب على ‪،HPA‬‬ ‫بإجمالي ‪ 20000‬طن‪ ،‬أي ما يعادل ‪52‬‬ ‫‪ ٪‬من الطلب العالمي‪ .‬كان قطاع‬ ‫الطلب على االستخدام النهائي األسرع‬ ‫ًا في السنوات األخيرة هو فواصل‬ ‫نمو‬ ‫البطاريات ‪ ،LIBs‬التي نمت بمعدل‬ ‫نمو سنوي مركب بلغ ‪ ،٪25.7‬ووصلت‬ ‫إلى ‪ 5000‬طن في عام ‪ .2018‬وقد‬ ‫الفوسفور‬ ‫على‬ ‫الطلب‬ ‫انخفض‬ ‫ً‪ ،‬حيث حلت بدائل ‪ LED‬محل‬ ‫تدريجيا‬ ‫‪9‬‬ ‫اإلضاءة الفلورية بشكل متزايد‪.‬‬ ‫يمثل زجاج الياقوت حصة صغيرة‬ ‫ًا من السوق ككل‪ ،‬بإجمالي‬ ‫نسبي‬ ‫حوالي ‪ 2000‬طن في عام ‪.2018‬‬ ‫نمو الطلب على فاصل بطارية ليثيوم‬ ‫أيون‬ ‫• من المتوقع حدوث نمو بارز في‬ ‫سوق الفواصل الخاصة ببطاريات ‪LIBs‬‬ ‫ بمعدل نمو سنوي مركب بنسبة ‪،٪49‬‬‫من ‪ 5000‬طن في عام ‪ 2018‬إلى ‪80.000‬‬ ‫طن في عام ‪ – 2025‬مع االنتشار‬ ‫المتزايد ألجهزة الكمبيوتر اللوحية‬ ‫والمركبات الكهربائية‪ ،‬من المتوقع‬ ‫أن تحقق بطاريات الليثيوم أيون‬ ‫(‪ )LIBs‬سعة أكبر وكثافة طاقة‬ ‫أعلى‪.‬‬ ‫تقدم الفواصل الوظائف الحاسمة‬ ‫لفصل األقطاب الموجبة والسالبة‬ ‫بسبب التدفق الحر أليونات الليثيوم‬ ‫عبر السائل المنحل بالكهرباء الذي‬ ‫يمأل مسامها المفتوحة‪ .‬عندما يتم‬ ‫‪10‬‬ ‫شحن بطارية ليثيوم أيون أكثر من‬ ‫الالزم‪ ،‬فإنها تطلق الحرارة وينتج‬ ‫عنها قصر داخلي‪ .‬تقوم الشركات‬ ‫ًا من األنود‬ ‫بعزل الكاثود كهربائي‬ ‫لمنع االنتشار الحراري الناجم عن‬ ‫قصر الدائرة والمساهمة في استقرار‬ ‫سالمة‬ ‫ًا‬ ‫وأخير‬ ‫العالي‬ ‫الجهد‬ ‫‪(Dr.‬‬ ‫المستهلك الشكل رقم (‪.)1‬‬ ‫)‪Michael Green 2018‬‬ ‫‪The Teijin Group, https://www.teijin.com/‬‬ ‫الشكل رقم (‪ )1‬الفواصل بين االنود والكاثود‬ ‫في بطارية الليثيوم ايون‬ ‫يقود غالبية نمو الطلب على ‪:HPA‬‬ ‫تدعم هذه التوقعات الحصة السوقية‬ ‫لألسطوانة والمنشور والبوليمر ‪/‬‬ ‫فواصل الحقيبة للبطاريات التي يتم‬ ‫‪11‬‬ ‫إنتاجها‪ .‬من المتوقع أن تنمو‬ ‫أجهزة الفصل األسطوانية بقوة (‪٪29‬‬ ‫معدل نمو سنوي مركب) وترتفع من‬ ‫حصة السوق البالغة ‪ ٪64‬للفواصل‬ ‫إلى ‪ ٪87‬بحلول عام ‪(The .2025‬‬ ‫)‪Teijin Group‬‬ ‫الخاليا‬ ‫حجم‬ ‫متوسط‬ ‫ينمو‬ ‫•‬ ‫ًا‪ ،‬حيث تميل ‪LIBs‬‬ ‫للبطاريات أيض‬ ‫أكثر نحو السيارات الكهربائية بدالً‬ ‫من األجهزة اإللكترونية اللوحية‪.‬‬ ‫• توفر أجهزة الفصل الخزفية أعلى‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫أداء‬ ‫من‬ ‫مزيج‬ ‫والسالمة ودورة الحياة ‪ -‬ونتيجة‬ ‫لذلك‪ ،‬في فترة التنبؤ‪ ،‬من المتوقع‬ ‫في‬ ‫الشامل‬ ‫التسويق‬ ‫تحقق‬ ‫أن‬ ‫المركبات الكهربائية‪.‬‬ ‫‪12‬‬ ‫ومع ذلك‪ ،‬من المتوقع زيادة الطلب‬ ‫على‬ ‫المستهلكين‬ ‫فئة‬ ‫قبل‬ ‫من‬ ‫المركبات الكهربائية على الرغم من‬ ‫سحب الدعم الذي أعلنته الحكومة‬ ‫تعويض تأثير سحب الدعم لشراء‬ ‫السيارات الكهربائية‪ .‬وقد قدرت‬ ‫اإلنتاج‬ ‫أن‬ ‫‪GlobalData‬‬ ‫مؤسسة‬ ‫الصيني من السيارات المكهربة زاد‬ ‫بنسبة ‪ ٪ 128‬في عام ‪ 2021‬ومن‬ ‫المتوقع أن يرتفع بنسبة ‪ ٪ 42‬في‬ ‫عام ‪ 2022‬مع ‪ 4.75‬مليون وحدة‪.‬‬ ‫واصلت الحكومة الصينية الحفاظ على‬ ‫هدفها المتمثل في احتساب ‪ ٪ 20‬على‬ ‫األقل من جميع مبيعات السيارات في‬ ‫البالد بحلول عام ‪.2025‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪Globaldata-china-will-end-ev-subsidies‬‬‫‪after-30-cuts-in-2022‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )1‬يوضح الزيادة المتوقعة‬ ‫في انتاج السيارات الكهربائية وصوال لسنة‬ ‫‪2025‬‬ ‫السيارات‬ ‫انتاج‬ ‫زيادة‬ ‫ان‬ ‫الكهربائية في الصين والعالم‬ ‫يترجم الى زيادة االحتياج الى‬ ‫البطاريات نوع ليثيوم ايون التي‬ ‫بين‬ ‫كفواصل‬ ‫االلومينا‬ ‫تستخدم‬ ‫الكاثود واالنود ما يعني األهمية‬ ‫الصناعية الكبيرة المترتبة على‬ ‫انتاج االلومينا من الكاؤولين الذي‬ ‫توجد ترسباته الكبيرة في العراق‪.‬‬ ‫‪14‬‬ ‫اكتسب الطلب على األلومينا عالية‬ ‫النقاء قوة دفع ومن المتوقع أن‬ ‫ينمو بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ‬ ‫‪ ٪22.0‬من حيث الحجم خالل فترة‬ ‫التحليل‪ ،‬بسبب زيادة الطلب من‬ ‫التطبيقات مثل مصابيح ‪ ،LED‬وشاشات‬ ‫والسيارات‪،‬‬ ‫اإللكترونية‪،‬‬ ‫العرض‬ ‫واالستخدامات الطبية‪ .‬ومن المتوقع‬ ‫أن يستمر هذا االتجاه مع الزيادة‬ ‫في اعتماد ‪ HPA‬من قبل المستخدمين‬ ‫النهائيين والتطورات التكنولوجية‬ ‫الناشئة في صناعة اإللكترونيات‪.‬‬ ‫تعد الزيادة في تغلغل مصابيح ‪LED‬‬ ‫في‬ ‫واالرتفاع‬ ‫اإلضاءة‬ ‫سوق‬ ‫في‬ ‫تطبيقات األلومينا عالية النقاء في‬ ‫الهواتف الذكية والساعات الذكية‬ ‫العوامل‬ ‫من‬ ‫اللوحية‬ ‫واألجهزة‬ ‫الرئيسية التي تدفع نمو السوق‬ ‫العالمية‪.‬‬ ‫ومع ذلك‪ ،‬من المتوقع أن يؤدي‬ ‫ارتفاع تكلفة اإلنتاج إلى إعاقة‬ ‫نمو السوق‪.‬‬ ‫‪15‬‬ ‫سيطر قطاع مصابيح ‪ LED‬على سوق‬ ‫األلومينا عالي النقاء في عام‬ ‫‪ ،2018‬بسبب التحول نحو إضاءة ‪LED‬‬ ‫مقارنة باإلضاءة التقليدية‪ .‬عالوة‬ ‫على ذلك‪ ،‬أدت الحاجة المتزايدة‬ ‫لمصادر اإلضاءة الموفرة للطاقة إلى‬ ‫زيادة الطلب على مصابيح ‪ ،LED‬مما‬ ‫أدى إلى نمو هذا القطاع‪ .‬أدت‬ ‫زيادة استهالك الفرد من الطاقة إلى‬ ‫زيادة الطلب على الكهرباء في جميع‬ ‫أنحاء العالم‪ .‬وقد أدى هذا بدوره‬ ‫إلى زيادة الطلب على األلومينا‬ ‫عالية النقاء في صناعة اإلضاءة‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫تعد شاشة اإللكترونيات أكثر شرائح‬ ‫تستثمر‬ ‫حيث‬ ‫ًا‪،‬‬ ‫ربح‬ ‫التطبيقات‬ ‫العديد من الشركات في منتجات ذات‬ ‫جودة محسّنة مثل األلومينا عالية‬ ‫النقاء في شاشات اإللكترونيات‪،‬‬ ‫اللوحية‬ ‫األجهزة‬ ‫تشمل‬ ‫والتي‬ ‫والهواتف الذكية والساعات الذكية‪.‬‬ ‫‪(Dr. Michael Green 2018).‬‬ ‫‪16‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )2‬يوضح تقسيمات الطلب على االلومينا العالية‬ ‫النقاوة للسيارات الكهربائية ولمختلف االستخدامات االخرى‬ ‫‪17‬‬ ‫يهدف مشروع انتاج االلومينا الى‬ ‫على‬ ‫المتزايد‬ ‫الطلب‬ ‫تلبية‬ ‫االلومينا العالية النقاوة ‪ HPA‬من‬ ‫خالل إدخال هذه التقنية في القرن‬ ‫الحادي والعشرين‪ .‬تعتمد تقنية‬ ‫اإلنتاج التقليدية على امدادات خام‬ ‫البوكسايت وقد وجد ان التحديات‬ ‫التنقية‬ ‫منهجية‬ ‫في‬ ‫الرئيسية‬ ‫الحالية لـ ‪ HPA‬تتمثل في ارتفاع‬ ‫تكاليف اإلنتاج‪ ،‬والتأثير البيئي‬ ‫الكبير‪ ،‬وزيادة اضطرابات اإلمداد‪.‬‬ ‫يتضمن التصنيع التقليدي لأللومينا‬ ‫العالية النقاوة ‪ HPA‬عملية من‬ ‫مرحلتين عمرها ‪ 100‬عام (‪– Bayer‬‬ ‫استخالص االلومينا و‪- Hall-Heroult‬‬ ‫الصهر‪ ،‬انظر الرسم البياني أدناه)‬ ‫التي تتطلب مراحل متعددة من‬ ‫المعالجة والمواد األولية باهظة‬ ‫األلمنيوم‬ ‫مصبوبات‬ ‫(أي‬ ‫الثمن‬ ‫النقية)‪ ،‬والتي تتطلب استثمارا‬ ‫عاليا‪ ،‬وتكاليف عالية للتشغيل‪،‬‬ ‫وتشمل العمالة المكثفة وتكاليف‬ ‫الطاقة‪.‬‬ ‫‪18‬‬ ‫في العملية التقليدية‪ ،‬يتم تصنيع‬ ‫معدن األلمنيوم العالي النقاوة‬ ‫إلنتاج‬ ‫والكحول‬ ‫الثمن‬ ‫الباهظ‬ ‫ألكوكسيد األلمنيوم عالي النقاء‪،‬‬ ‫والذي يتم بعد ذلك تحلله بالماء‬ ‫إلنتاج األلومينا المائية‪ .‬ثم يتم‬ ‫الحصول على ‪ HPA‬عن طريق الكلسنة‪.‬‬ ‫تعد طريقة انتاج االلومينا الحديثة‬ ‫باستخدام طين ألمنيوم عالي الجودة‬ ‫(كاؤولين) في عملية ترشيح وترسيب‬ ‫حامض الهيدروكلوريك تم تطويرها‬ ‫ًا للخام من الطرق ذات الكفاءة‬ ‫خصيص‬ ‫وتوافقها‬ ‫العالية‬ ‫االستثمارية‬ ‫العالي مع البيئة‪(Dr. Michael . .‬‬ ‫)‪Green 2018‬‬ ‫‪19‬‬ 20 ‫الشكل (‪ )2‬يوضح المقارنة بين الطريقة التقليدية النتاج االلومينا‬ ‫والطرق الحديثة‬ ‫‪21‬‬ ‫في عام ‪ ،1977‬نشرت ‪Direction des‬‬ ‫‪Recherches et du Développement‬‬ ‫‪Miniers Mission Arabie Saoudite‬‬ ‫استخراج‬ ‫عمليات‬ ‫عن‬ ‫وثيقة‬ ‫األلومينا‪ .‬من بين كل هذه العمليات‬ ‫المطورة‪ ،‬لم يتم العثور على أي‬ ‫جهة نافست عملية باير من الناحية‬ ‫االقتصادية وبدأ بعضها وكأنه تجارب‬ ‫منضدية تم تطويرها الى مستوى‬ ‫ريادي وليس صناعي‪ .‬في عام ‪،2004‬‬ ‫بدأت شركة في كندا ( ‪Orbite‬‬ ‫‪ ).Inc ،Technologies‬في إنتاج‬ ‫األلومينا من الطين المحتوي على‬ ‫األلمنيوم بواسطة المعالجة بالحامض‬ ‫لكن ‪ Orbite‬أوقفت نشاطها بعد أن‬ ‫أعلنت أنها خسرت ‪ 127‬مليون دوالر‬ ‫خالل ‪ 6‬سنوات من اإلنتاج‪.‬‬ ‫في الصين‪ ،‬ذكرت العديد من المصادر‬ ‫إنتاج األلومينا من رماد الفحم‬ ‫المتطاير‪ .‬تتمثل العيوب المهمة‬ ‫لهذه العمليات في المحتوى العالي‬ ‫من السيليكا والمحتوى المنخفض من‬ ‫غير‬ ‫الخامات‬ ‫لهذه‬ ‫األلومينا‬ ‫‪22‬‬ ‫البوكسايتية االمر الذي يؤدي الى‬ ‫ارتفاع استهالك الطاقة أثناء عملية‬ ‫االستخالص‪ .‬اما من الناحية الفنية‬ ‫واالقتصادية‪ ،‬فإن إنتاج األلومينا‬ ‫من خام عالي الجودة أسهل من الخام‬ ‫منخفض الدرجة‪ .‬باإلضافة إلى ذلك‪،‬‬ ‫فإن كلسنة هيدروكسيد االلمنيوم‬ ‫المترسب ‪ Al(OH)3‬الذي يتم الحصول‬ ‫عليه في عملية باير أسهل بكثير من‬ ‫كلسنة امالح األلمنيوم مثل كلوريد‬ ‫يتم‬ ‫الذي‬ ‫(‪،)AlCl3‬‬ ‫االلمنيوم‬ ‫الحصول عليه عن طريق المعالجة‬ ‫غير‬ ‫للخامات‬ ‫الحامضية‬ ‫البوكسايتية‪ .‬في اآلونة األخيرة‪،‬‬ ‫أجرى العديد من الباحثين دراسات‬ ‫ملحوظة لتحسين كفاءة استرداد‬ ‫األلومينا من خام غير البوكسايت من‬ ‫خالل إدخال طرق جديدة للمعالجة‬ ‫المسبقة مثل التنشيط الميكانيكي‬ ‫أو تعديل العوامل التي تؤثر على‬ ‫االستخالص‪.‬‬ ‫‪23‬‬ ‫يتم إنتاج معظم األلومينا التجارية‬ ‫في العالم من خالل عملية باير‬ ‫باستخدام البوكسايت كمادة خام‪.‬‬ ‫يتركز إنتاج البوكسايت في عدد‬ ‫محدود من البلدان الغنية بخامات‬ ‫البوكسايت وهذا الخام غير متاح‬ ‫بسهولة لتلبية الطلب الصناعي‬ ‫المتزايد على إنتاج األلومينا‪.‬‬ ‫حددت بعض البلدان التي ال تمتلك‬ ‫مناجم البوكسايت موارد محلية‬ ‫بديلة الستخراج األلومينا‪ .‬لذلك‪ ،‬من‬ ‫الضروري البحث عن إنتاج هذه‬ ‫المادة الخام المهمة من خالل‬ ‫الموارد األخرى المتاحة من المواد‬ ‫الخام التي تحتوي على نسبة عالية‬ ‫من األلومينا ومحتوى قليل من‬ ‫أوكسيد الحديد‪.‬‬ ‫يمكن أن تكون االحتياطيات الضخمة‬ ‫من المواد المحتوية على األلمنيوم‬ ‫منخفضة الدرجة وغير تقليدية‪ ،‬مثل‬ ‫‪24‬‬ ‫البوكسايت ذو النسبة العالية من‬ ‫السيليكون‪ ،‬واألنورثوسايت‪ ،‬ورماد‬ ‫الفحم المتطاير ‪ fly Ash‬بمثابة‬ ‫وسيلة فعالة مصدر للمواد الخام‬ ‫إلنتاج األلومينا‪.‬‬ ‫يعتبر الصلصال هو أحد المواد‬ ‫الخام المتعددة األلمنيوم التي‬ ‫تتوزع على نطاق واسع في العالم‪.‬‬ ‫يحتوي العديد من أنواع الصلصال‬ ‫على ما يتراوح بين ‪ ٪40-25‬من‬ ‫األلومينا والتي يمكن أن تكون‬ ‫كبديل مناسب لخام البوكسايت الذي‬ ‫يمكن من خالله استخالص األلومينا‬ ‫عالية النقاوة‪.‬‬ ‫تعد طريقة تلبيد الجير إحدى‬ ‫المناسبة‬ ‫الواعدة‬ ‫التقنيات‬ ‫غير‬ ‫األلمنيوم‬ ‫خامات‬ ‫لمعالجة‬ ‫البوكسايتية ومنخفضة الدرجة التي‬ ‫تحتوي على نسبة كبيرة من أوكسيد‬ ‫لها‬ ‫الطريقة‬ ‫هذه‬ ‫السيليكون‪.‬‬ ‫العديد من المزايا التي تجعلها‬ ‫أكثر اقتصادا وقابلة للتطبيق‪.‬‬ ‫‪25‬‬ ‫الفصل الثاني‬ ‫الكاؤولين‬ ‫‪ 1.1‬التعريف والخصائص‬ ‫تكون‬ ‫ترابية‬ ‫مادة‬ ‫الصلصال‬ ‫بالستيكية عندما تكون رطبة ولكنها‬ ‫صلبة عند حرقها وتتكون أساسًا من‬ ‫جزيئات دقيقة من سيليكات األلمنيوم‬ ‫المائية ومعادن أخرى‪ .‬بناً‬ ‫ء على‬ ‫التركيب‪ ،‬فهي عبارة عن سيليكات‬ ‫األلمنيوم المتبلورة التي تحتوي‬ ‫على شوائب أخرى‪ .‬يمكن أن تكون‬ ‫المكونات الثانوية للطين عبارة عن‬ ‫ًا ما تكون من‬ ‫حبيبات كوارتز‪ ،‬ونادر‬ ‫والجرانيت‬ ‫واألباتايت‬ ‫الزركون‬ ‫ًا ما يحتوي الصلصال‬ ‫وغيرها وغالب‬ ‫على مواد مضافة مثل هيدروكسيدات‬ ‫الحديد ويمكن أن يحتوي الطين على‬ ‫‪26‬‬ ‫مادة عضوية وكميات صغيرة من صخور‬ ‫المنغنيز ذات اللون المخضر‪.‬‬ ‫الكاؤولين‪ ،‬أو الطين الصيني‪ ،‬أبيض‬ ‫ًا‪ .‬ويتميز عن غيره من‬ ‫اللون تقريب‬ ‫أنواع الطين الصناعي بناً‬ ‫ء على حجم‬ ‫حبيباته الدقيقة ولونه النقي‪ .‬ان‬ ‫القدرة العالية على التشتت في‬ ‫الماء يجعلها صبغة مثالية‪(A. B. .‬‬ ‫)‪SlDeeba et al 2019‬‬ ‫خام‬ ‫في‬ ‫األساسي‬ ‫المكون‬ ‫ان‬ ‫الكاؤولين هو معدن الكاؤولينايت‪،‬‬ ‫وهو عبارة عن سيليكات األلمنيوم‬ ‫بعض‬ ‫تحلل‬ ‫من‬ ‫يتكون‬ ‫المائية‬ ‫المعادن االرضية مثل الفلدسبار‪.‬‬ ‫ًا للتكوين المعدني‪ ،‬هناك أربع‬ ‫وفق‬ ‫مجموعات رئيسية من الطين‪:‬‬ ‫ الكاؤولينايت )‪،(Al4(OH)8Si4O10‬‬‫سيليكات‬ ‫وهو‬ ‫ المونتمورلونايت‬‫رطبة معقدة من ‪ ،Mg ،Al‬و ‪.Na‬‬ ‫ إالياليت وهو مركب السيليكات المائي‬‫من ‪.Na ،Fe ،Mg ،Al‬‬ ‫‪Al4(OH)8Si4O10‬‬ ‫×‬ ‫ الهالوزويت‬‫)‪)4H2O‬‬ ‫‪27‬‬ ‫إضافة الى المعادن السابقة فان‬ ‫ًا‬ ‫ًا مختلف‬ ‫االطيان يحتوي على ‪ 30‬نوع‬ ‫من الطين النقي ضمن هذه الفئات‪.‬‬ ‫الفرعية‬ ‫المجموعات‬ ‫إحدى‬ ‫طين‬ ‫هي‬ ‫للمونتمورلونايت‬ ‫ًا لخصائصها المفيدة‬ ‫البنتونايت‪ .‬نظر‬ ‫جً‬ ‫دا مثل الخاصية الشعرية العالية‪،‬‬ ‫الفريدة‪،‬‬ ‫الريولوجية‬ ‫والخصائص‬ ‫والتسييل‬ ‫واللدونة‪،‬‬ ‫والتصلب‪،‬‬ ‫االنسيابي‪ ،‬ودرجة عالية من االنتفاخ‪،‬‬ ‫فضالً عن درجة عالية من الكفاءة في‬ ‫تبادل الكاتيونات ‪ ،M+‬فإن الطين‬ ‫ًا في صناعة‬ ‫ًا مهم‬ ‫اليوم يلعب دور‬ ‫الشعرية‬ ‫الخاصية‬ ‫تسمح‬ ‫حديثة‪.‬‬ ‫العالية والمسامية للطين بامتصاص‬ ‫كميات كبيرة من الماء‪ .‬المتغيرة‬ ‫االنسيابية هي خاصية لبعض أنواع‬ ‫الطين عندما تعجن تصبح أكثر لزوجة‪.‬‬ ‫ًا من قدرة التشكيل‬ ‫يزيد العجن أيض‬ ‫الطبيعة‬ ‫في‬ ‫للتغير‬ ‫نتيجة‬ ‫الكهربائية لطبقات سطح الطين‪.‬‬ ‫‪28‬‬ ‫االنتفاخ هو الخاصية المهمة لمعادن‬ ‫الطين التي تتيح تطبيقها على نطاق‬ ‫واسع في مختلف الصناعات في مجال‬ ‫والهندسة‬ ‫الجيوتقنية‬ ‫الهندسة‬ ‫الصناعية‬ ‫والتطبيقات‬ ‫البيئية‬ ‫األخرى‪ .‬إن الدرجة العالية من‬ ‫الكفاءة لتبادل الكاتيونات ‪ M+‬ناتجة‬ ‫عن اختالالت الشحنة في هيكل الطين‬ ‫الناتج عن تبادل ايونات االلمنيوم‬ ‫السيليكون‬ ‫ايونات‬ ‫‪ Al+3‬الستبدال‬ ‫الرباعية ‪ Si+4‬في الصفائح الرباعية‬ ‫المغنيسيوم‬ ‫وايونات‬ ‫السطوح‪،‬‬ ‫الثنائية ‪ Mg2+‬الستبدال كاتيونات‬ ‫االلمنيوم الثالثية ‪ Al3+‬في الصفائح‬ ‫الثمانية السطوح‪.‬‬ ‫باإلضافة إلى الخصائص الفيزيائية‬ ‫والكيميائية المذكورة أعاله‪ ،‬يتمتع‬ ‫الطين بميزات جيدة أخرى‪ ،‬مثل‪:‬‬ ‫ًا‪.‬‬ ‫‪ ‬متوفرة محلي‬ ‫ومعالجتها‬ ‫‪ ‬تعدينها‬ ‫وصيانتها ليست كثيفة‬ ‫للطاقة‪.‬‬ ‫‪29‬‬ ‫ونقلها‬ ‫االستهالك‬ ‫‪ ‬ليست مضرة بصحة اإلنسان‪ ،‬أي ال‬ ‫تسبب أي انبعاثات ضارة‪ ،‬وال تسبب‬ ‫تهيج الجلد‪ ،‬أو عديمة الرائحة‪،‬‬ ‫وال تحتوي على إضافات كيميائية‪،‬‬ ‫وال تحتوي على كهرباء‪ ،‬وتمتص‬ ‫اإلشعاع الضار‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫تعتبر إضافات الطين أكثر مالءمة‬ ‫للبيئة (مثل القش ونفايات الخشب‬ ‫والرمل وما إلى ذلك)‪.‬‬ ‫يساهم الطين في توفير مناخ مريح‬ ‫للغرفة من خالل امتصاص الرطوبة‬ ‫التي تكون تحت ظروف مختلفة ويتم‬ ‫إطالقها في الغرفة‪ ،‬وتنظيم درجة‬ ‫حرارة الغرفة عن طريق التبريد‬ ‫في الصيف والتدفئة في مناخ‬ ‫الشتاء‪ ،‬وامتصاص الروائح‪.‬‬ ‫استقرار ومتانة عناصر البناء‬ ‫المصنوعة من الطين تكاد تكون‬ ‫غير محدودة‪.‬‬ ‫ال تتطلب منتجات الطين عزً‬ ‫ال‬ ‫حرارً‬ ‫ًا‪.‬‬ ‫يا إضافي‬ ‫الصلصال قابل إلعادة التدوير‪.‬‬ ‫ان اللون األبيض للمعادن اما ان يكون‬ ‫بشكل طبيعي أو يمكن أن ينتج بعد‬ ‫‪30‬‬ ‫المعالجة التي من خاللها يتم ازالة‬ ‫المعادن والمركبات األخرى التي تعمل‬ ‫على تلوين الخام بألوان اخرى‪ .‬من‬ ‫جهة اخرى يساهم الحجم الدقيق‬ ‫لجسيمات المعادن في الحصول على‬ ‫اللون األبيض من خالل عملية تشتيت‬ ‫الضوء‪.‬‬ ‫على الرغم من وجود الكاؤولين في‬ ‫جميع أنحاء العالم‪ ،‬إال أن الرواسب‬ ‫المناسبة‬ ‫واللزوجة‬ ‫البياض‬ ‫ذات‬ ‫وغيرها من الخصائص المفضلة نادرة‪.‬‬ ‫ومن المفارقات أن أفضل الرواسب ال‬ ‫توجد في الصين‪ .‬الواليات المتحدة‬ ‫لديها ترسبات عالية الجودة في‬ ‫الجنوب الشرقي‪.‬‬ ‫‪31‬‬ ‫التطبيقات‬ ‫للكاؤولين‬ ‫الصناعية‬ ‫يستخدم الكاؤولين في العديد من‬ ‫الصناعات بسبب خصائصه الفيزيائية‬ ‫والكيميائية الفريدة ألنه خامل‬ ‫ًا من‬ ‫ًا على نطاق واسع نسبي‬ ‫كيميائي‬ ‫األس الهيدروجيني‪ .‬الكاؤولين أبيض‬ ‫اللون وله قوة تغطية أو إخفاء‬ ‫جيدة عند استخدامه كصبغة أو كموسع‬ ‫في األغشية المطلية وكذلك يمكن‬ ‫استخدامه كمادة مالئة في العديد‬ ‫من التطبيقات الصناعية مثل الورق‬ ‫والبالستيك والمطاط وطالء ‪ PVC‬على‬ ‫األسالك والكابالت والسيراميك‪ .‬الشكل‬ ‫وحجم الجسيمات واللون والنعومة‬ ‫وعدم الكشط هي خصائص فيزيائية‬ ‫مهمة بشكل خاص‪(A. B. SlDeeba et al .‬‬ ‫)‪2019‬‬ ‫يعمل الكاؤولين على تحسين مظهر‬ ‫الورق ما يجعله يتميز باللمعان‬ ‫والنعومة والسطوع والعتامة‪ .‬يحسن‬ ‫ًا العديد من الخصائص‬ ‫الكاؤولين أيض‬ ‫األخرى للورق مثل امتصاص الحبر‬ ‫‪32‬‬ ‫وامتصاص صبغة الحبر‪ ،‬تقليل ميل‬ ‫الورق الى ظهور الخيوط الدقيقة‬ ‫على السطح والخشونة‪ ،‬والتي بدورها‬ ‫تعزز قابلية طباعة الورق‪ .‬يستخدم‬ ‫الورق على نطاق واسع في عمليات‬ ‫التغليف بالورق وفي الطباعة‪ .‬غذت‬ ‫اإللكترونية‬ ‫التجارة‬ ‫أنشطة‬ ‫المتزايدة‪ ،‬ال سيما في البلدان‬ ‫التغليف‬ ‫على‬ ‫الطلب‬ ‫الناشئة‪،‬‬ ‫الورقي‪ .‬لذلك‪ ،‬فإن نمو صناعة‬ ‫الورق يكون مدفوع بسبب الطلب‬ ‫المتزايد على الورق في التعبئة‬ ‫والتغليف والوسائط المطبوعة‪.‬‬ ‫تحليل سوق الكاؤولين ‪-2020‬‬ ‫‪:2027‬‬ ‫‪33‬‬ ‫الكاؤولين هو نوع من الطين يوجد‬ ‫في الصخور الرسوبية‪ .‬يتم استخدامه‬ ‫لتصنيع األدوية للحد من اإلسهال‬ ‫ً‬ ‫أحيانا‬ ‫والكوليرا‪ .‬يتم حقنها‬ ‫للمساعدة في وقف النزيف‪ .‬وهو معدن‬ ‫سيليكات مركز‪ ،‬مع صفيحة واحدة‬ ‫رباعي السطوح من السيليكا‪ .‬يمتاز‬ ‫الخام بخصائص معينة مثل النعومة‬ ‫ًا لصناعة‬ ‫والبياض ما يجعله مناسب‬ ‫الورق ومواد الطالء المستخدمة في‬ ‫صناعة الورق‪ .‬عالوة على ذلك‪ ،‬يتم‬ ‫لصناعة‬ ‫الكاؤولين‬ ‫استخدام‬ ‫البالستيك والبوليمرات‪.‬‬ ‫يقدر حجم سوق الكاؤولين العالمي‬ ‫بنحو ‪ 3.1‬مليار دوالر أمريكي في‬ ‫عام ‪ 2020‬ومن المتوقع أن يصل إلى‬ ‫‪ 4.1‬مليار دوالر أمريكي بحلول عام‬ ‫‪ ،2025‬بمعدل نمو سنوي مركب قدره‬ ‫‪ ٪5.5‬من عام ‪ 2020‬إلى عام ‪.2025‬‬ ‫ويعزى نمو السوق بشكل أساسي إلى‬ ‫زيادة الطلب على الكاؤولين من‬ ‫الصناعات ذات االستخدام النهائي‬ ‫مثل الورق والسيراميك واألدوات‬ ‫‪34‬‬ ‫الصحية والدهانات والطالء‪ .‬أدى‬ ‫التغليف‬ ‫على‬ ‫المتزايد‬ ‫الطلب‬ ‫التجارة‬ ‫أنشطة‬ ‫بسبب‬ ‫الورقي‬ ‫اإللكترونية إلى زيادة الحاجة إلى‬ ‫الورق‪ .‬ارتفاع الطلب على بالط‬ ‫السيراميك في قطاع البناء في‬ ‫االقتصادات ذات الكثافة السكانية‬ ‫العالية والناشئة‪.‬‬ ‫والمحيط‬ ‫آسيا‬ ‫منطقة‬ ‫استحوذت‬ ‫الهادئ على الحصة األكبر من سوق‬ ‫الكاؤولين العالمي في عام ‪،2019‬‬ ‫تليها أوروبا وأمريكا الشمالية‪.‬‬ ‫الصين هي واحدة من أكبر مستهلكي‬ ‫الكاؤولين في منطقة آسيا والمحيط‬ ‫الهادئ‪ .‬يشهد السوق في منطقة آسيا‬ ‫ًا بسبب التطور‬ ‫والمحيط الهادئ نمو‬ ‫الصناعي في المنطقة وتحسن الظروف‬ ‫االقتصادية‪ .‬يعد توفر احتياطيات‬ ‫ًا أحد‬ ‫الكاؤولين في المنطقة أيض‬ ‫العوامل الرئيسية المسؤولة عن نمو‬ ‫الكاؤولين‪ .‬عالوة على ذلك‪ ،‬فإن‬ ‫وجود بعض الالعبين الرئيسيين في‬ ‫المنطقة يلبي الطلب المتزايد على‬ ‫‪35‬‬ ‫الكاؤولين من العديد من الصناعات‬ ‫ذات االستخدام النهائي‪ ،‬مما يساهم‬ ‫السوق‪.‬‬ ‫نمو‬ ‫في‬ ‫)‪(marketsandmarkets.com‬‬ ‫)‪Kaolin Market By Region (USD Billion‬‬ ‫‪4,5‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪3,5‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2,5‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1,5‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪0,5‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪2025‬‬ ‫‪2024‬‬ ‫‪South America‬‬ ‫‪2023‬‬ ‫‪2021‬‬ ‫‪2022‬‬ ‫‪Middle East & Africa‬‬ ‫‪Europe‬‬ ‫‪2020‬‬ ‫‪2019‬‬ ‫‪North America‬‬ ‫‪2018‬‬ ‫‪APAC‬‬ ‫‪Source:‬‬ ‫‪https://www.marketsandmarkets.com/Market‬‬‫‪Reports/kaolin-market-91196438.html‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )3‬يوضح سوق خام الكاؤولين حسب‬ ‫التقسيمات الجغرافية‬ ‫تحليل‬ ‫المؤثرة‪:‬‬ ‫العوامل‬ ‫أهم‬ ‫سيناريو السوق واالتجاهات والعوامل‬ ‫المحركة وتحليل التأثير‬ ‫ًا للتطبيقات‬ ‫يعتبر الكاؤولين مثالي‬ ‫في صناعة السيراميك واللوحات‬ ‫‪36‬‬ ‫ًا لكثافته‬ ‫والمواد الالصقة نظر‬ ‫العالية وتكوينه الكيميائي وملمسه‬ ‫الدقيق وتكوينه الجزيئي‪ .‬باإلضافة‬ ‫إلى ذلك‪ ،‬تستخدم الميتاكاؤولين في‬ ‫تطبيقات الخرسانة والسمنت على‬ ‫نطاق واسع‪.‬‬ ‫يساعد الكاؤولين في توفير أفضل‬ ‫تتميز‬ ‫والورق‪.‬‬ ‫للصفائح‬ ‫مظهر‬ ‫خصائصه بالسطوع والنعومة وعدم‬ ‫ًا‬ ‫الشفافية‪ .‬يستخدم الكاؤولين أيض‬ ‫ًا‬ ‫في متغيرات الورق األخرى نظر‬ ‫الحتوائه على صبغة الحبر والحبر‪،‬‬ ‫وتقليل الميل االورق لظهور الوبر‬ ‫الدقيق إضافة الى اكساب الورق‬ ‫الصالبة‪ ،‬مما يؤدي إلى تحسين نوعية‬ ‫تؤدي‬ ‫أن‬ ‫المتوقع‬ ‫من‬ ‫الورق‪.‬‬ ‫الزيادة في استخدام الكاؤولين في‬ ‫التطبيقات المذكورة أعاله إلى نمو‬ ‫السوق‪.‬‬ ‫من المتوقع أن يكون سوق الكاؤولين‬ ‫في آسيا والمحيط الهادئ هو أكبر‬ ‫‪37‬‬ ‫سوق ومن المتوقع أن ينمو بأعلى‬ ‫معدل نمو سنوي مركب‪ ،‬من حيث‬ ‫القيمة‪ ،‬خالل فترة التوقعات‪.‬‬ ‫إن زيادة الطلب على الكاؤولين من‬ ‫الورق والسيراميك واألدوات الصحية‬ ‫والدهانات‬ ‫الزجاجية‬ ‫واأللياف‬ ‫والطالء والمطاط والبالستيك وغيرها‬ ‫من صناعات االستخدام النهائي هي‬ ‫العوامل الرئيسية المسؤولة عن نمو‬ ‫سوق الكاؤولين‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫تستخدم عملية الغسل بالماء على‬ ‫نطاق واسع في إنتاج الكاؤولين‬ ‫المائي بسبب القدرة على االحتفاظ‬ ‫بالمياه في الطين‪.‬‬ ‫واجهت‬ ‫‪،COVID-19‬‬ ‫جائحة‬ ‫بسبب‬ ‫العديد من الصناعات‪ ،‬مثل المواد‬ ‫الكيميائية والمواد‪ ،‬تحديات غير‬ ‫مسبوقة‪ .‬أعاقت االضطرابات التي‬ ‫اصابت سالسل القيمة بسبب اإلغالق‬ ‫المفاجئ للحدود الوطنية والدولية‬ ‫ًا ألن‬ ‫نمو السوق‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬نظر‬ ‫االقتصادات تخطط إلحياء عملياتها‪.‬‬ ‫‪38‬‬ ‫بدأ الطلب على الكاؤولين في‬ ‫االرتفاع مع استئناف العمليات في‬ ‫والبالستيك‬ ‫المطاط‬ ‫صناعات‬ ‫والدهانات والطالء واستئناف أنشطة‬ ‫البناء ورفع إجراءات اإلغالق على‬ ‫مستوى العالم‪ .‬عالوة على ذلك‪ ،‬فإن‬ ‫ًا‬ ‫مشاريع البناء المؤجلة سابق‬ ‫جاهزة لالستئناف‪ ،‬مما يوفر فرصة‬ ‫أكبر لالعبين في سوق الكاؤولين‬ ‫الستعادة الحياة الطبيعية‪ .‬تنمو‬ ‫صناعة تغليف المواد الغذائية بشكل‬ ‫ًا ألن المستهلكين‬ ‫ديناميكي نظر‬ ‫يميلون إلى طلب المنتجات الغذائية‬ ‫عبر اإلنترنت‪ .‬من المتوقع أن تؤدي‬ ‫الزيادة في الطلب على الكاؤولين‬ ‫في العديد من التطبيقات‪ ،‬مثل‬ ‫والسيارات‪،‬‬ ‫والتعبئة‬ ‫البناء‬ ‫قبل‬ ‫من‬ ‫الكبيرة‬ ‫واالستثمارات‬ ‫الشركات المصنعة البارزة إلى نمو‬ ‫السنوات‬ ‫في‬ ‫الكاؤولين‬ ‫سوق‬ ‫القادمة‪.‬‬ ‫‪39‬‬ ‫المصادر غير البوكسايتية‬ ‫في نظرة سريعة على المصادر غير‬ ‫البوكسايتية لأللومينا نجد ان هذه‬ ‫المصادر متوفرة بشكل كبير ومتوزعة‬ ‫في كل مناطق العالم‪ .‬باإلضافة إلى‬ ‫ذلك‪ ،‬تم العثور على الطين ورماد‬ ‫الفحم بكثرة في العديد من البلدان‬ ‫وبذلك تفتح هذه المواد الطريق‬ ‫لمنتجي األلومينا لغرض االستفادة‬ ‫منها كمصادر محتملة لأللومينا‪.‬‬ ‫تمتلك الواليات المتحدة األمريكية‬ ‫وأستراليا رواسب كبيرة من الطين‬ ‫عالي األلومينا مثل الكاؤولين اما‬ ‫كندا لديها المصدر األكثر وفرة من‬ ‫أنورثوسايت‪.‬‬ ‫ان إنتاج الطين بطرق التعدين‬ ‫عمليات‬ ‫من‬ ‫يعتبر‬ ‫التقليدية‬ ‫االستخراج المعدني الرخيصة والسهلة‬ ‫ًا ألن الطين مقاوم‬ ‫بشكل كبير‪ .‬نظر‬ ‫للتأثيرات الخارجية عند تسخينه في‬ ‫تم‬ ‫فقد‬ ‫عالية‪،‬‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫‪40‬‬ ‫وفي‬ ‫مالئة‬ ‫كمادة‬ ‫استخدامه‬ ‫المعالجات السطحية للورق‪ ،‬كذلك تم‬ ‫استخدامه كمادة مالئة في انتاج‬ ‫الصبغ وكمادة موسعة أيضا‪ ،‬أو‬ ‫كمادة مالئة للمطاط‪ ،‬أو كمادة‬ ‫مالئة للبالستيك‪ ،‬أو عوامل مساعدة‬ ‫في عمليات التكسير‪ ،‬أو األسمنت‪،‬‬ ‫والحراريات‪ ،‬والسيراميك‪.‬‬ ‫إنتاج األلومينا من الخامات غير‬ ‫البوكسايتية‬ ‫تعتبر عملية المعالجة بالحامض‬ ‫الحراري‬ ‫بالتنشيط‬ ‫ًة‬ ‫متبوع‬ ‫والمعالجة بالماء أو بالمحلول‬ ‫ًا بتلبيد خليط الجير‬ ‫القلوي متبوع‬ ‫أو الصودا والجير من العمليات‬ ‫الرئيسية المطورة إلنتاج األلومينا‬ ‫من الخامات غير البوكسايت‪.‬‬ ‫إن إزالة السيليكا بسبب قابليتها‬ ‫محاليل‬ ‫كربنة‬ ‫قبل‬ ‫للذوبان‬ ‫المعالجة‬ ‫طريق‬ ‫عن‬ ‫االلومينات‬ ‫بالقاعدة ومن ثم إزالة الحديد‬ ‫المذاب قبل ترسيب األلومينا عن‬ ‫‪41‬‬ ‫يسبب‬ ‫بالحامض‬ ‫المعالجة‬ ‫طريق‬ ‫صعوبات كبيرة‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬من بين‬ ‫هذه العمليات‪ ،‬يتم إعطاء عملية‬ ‫مزيً‬ ‫من‬ ‫دا‬ ‫بالحامض‬ ‫المعالجة‬ ‫التركيز واالهتمام‪.‬‬ ‫يعتبر التنشيط الحراري للخام قبل‬ ‫خطوة المعالجة بالحامض من أقدم‬ ‫طرق المعالجة المسبقة المستخدمة‬ ‫إلنتاج األلومينا من الخامات الغير‬ ‫بوكسايتية‪ .‬في اآلونة األخيرة‪ ،‬تم‬ ‫إجراء العديد من الدراسات لتحسين‬ ‫كفاءة عملية المعالجة بالحامض من‬ ‫خالل تطبيق مراحل أكثر مالءمة‬ ‫واقتصادية على العملية‪ .‬تحاول هذه‬ ‫العمليات الجديدة إدخال تعديل في‬ ‫مرحلة المعالجة المسبقة عن طريق‬ ‫تحسين التنشيط الحراري أو استخدام‬ ‫التنشيط الميكانيكي الناتج عن‬ ‫الطحن المكثف باستخدام المطاحن‬ ‫عالية الطاقة‪.‬‬ ‫‪42‬‬ ‫الخامات‬ ‫تنشيط‬ ‫البوكسايتية‬ ‫غير‬ ‫إن المعالجة المسبقة المعروفة أو‬ ‫غير‬ ‫للخامات‬ ‫التنشيط‬ ‫طريقة‬ ‫عالي‬ ‫الطين‬ ‫مثل‬ ‫البوكسايت‬ ‫األلمينوسيليكات والرماد المتطاير‬ ‫للفحم قبل المعالجة بالحامض إلنتاج‬ ‫األلومينا تسمى بعملية التنشيط‬ ‫الحراري‪.‬‬ ‫المستقرة‬ ‫البنية‬ ‫تعديل‬ ‫يتم‬ ‫للمعادن غير البوكسايت خالل عملية‬ ‫التنشيط الحراري لكي تتحول إلى‬ ‫بنية غير مستقرة حيث يتحول ماء‬ ‫التبلور في هيكلها على التوالي‬ ‫ويشكل‬ ‫البخار‬ ‫طور‬ ‫إلى‬ ‫ديهيدروكسياليت‪ ،‬واألكسدة‪ ،‬وانتقال‬ ‫الكاتيون إلى مواقع مختلفة‪ ،‬وتفكك‬ ‫ًا‪ ،‬يبدو تركيبها غير‬ ‫الهيكل‪ .‬أيض‬ ‫متبلور وقابل للذوبان في األحماض‬ ‫المخففة‪.‬‬ ‫تمثل المعالجة الميكانيكية بمطاحن‬ ‫الكرة عالية الطاقة بديالً آخر‬ ‫‪43‬‬ ‫لمعادن‬ ‫للوقت‬ ‫ًا‬ ‫وموفر‬ ‫ًا‬ ‫متاح‬ ‫سيليكات األلمنيوم غير المتبلورة‬ ‫ً‬ ‫مقارنة بالتنشيط الحراري‪ .‬يقلل‬ ‫التنشيط الميكانيكي من درجة حرارة‬ ‫التحلل‪ ،‬مثل درجة االضطراب التي قد‬ ‫يتم حذفها تماً‬ ‫ما عن طريق التنشيط‬ ‫سرعة‬ ‫بزيادة‬ ‫ويسمح‬ ‫الحراري‪،‬‬ ‫التفاعل‪ ،‬ويزيد من كفاءة المذيب‪،‬‬ ‫ويحسن انتقائية المعالجة وكفاءة‬ ‫امتصاص الكاشف‪ .‬ونتيجة لذلك‪ ،‬فإنه‬ ‫يزيد من مساحة السطح المحددة‬ ‫للمعادن‪ ،‬وعدم االنتظام الهيكلي‪،‬‬ ‫والجاذبية الصغرى‪ ،‬وتغير شكل‬ ‫البنية البلورية للمعادن‪ ،‬وتشكيل‬ ‫مرحلة جديدة أكثر عرضة للذوبان‪،‬‬ ‫ويميل إلى تقليل درجة حرارة‬ ‫الكلسنة‪.‬‬ ‫تأثير التنشيط الحراري‬ ‫تؤدي طريقة المعالجة الحرارية ومن‬ ‫تحسين‬ ‫إلى‬ ‫الكلسنة‬ ‫ضمنها‬ ‫التغييرات الهيكلية أللواح سيليكات‬ ‫نزع‬ ‫ويشكل‬ ‫الطينية‪.‬‬ ‫الصفائح‬ ‫الهيدروكسيل اآللية الرئيسية لهذا‬ ‫‪44‬‬ ‫النوع من التنشيط الحراري‪ .‬وتصبح‬ ‫عملية المعالجة الحامضية الستعادة‬ ‫المعالجة‬ ‫هذه‬ ‫بدون‬ ‫األلمنيوم‬ ‫الحرارية غير فعالة‪ .‬عندما تتم‬ ‫عملية المعالجة الحامضية للصلصال‬ ‫المنشط بالحرارة باستخدام فان‬ ‫في‬ ‫تذوب‬ ‫المعدنية‬ ‫محتوياتها‬ ‫المحلول وتترك وراءها الهيكل‬ ‫من‬ ‫المتكون‬ ‫لألطيان‬ ‫البنائي‬ ‫تسخين‬ ‫يعمل‬ ‫(‪.)SiO2‬‬ ‫السيليكا‬ ‫الكاؤولين عند درجة حرارة أعلى من‬ ‫‪ 550‬درجة مئوية على تحويل االطيان‬ ‫إلى طور الميتاكاؤولين وهو مادة‬ ‫مصحوً‬ ‫بفقدان‬ ‫با‬ ‫متبلورة‬ ‫غير‬ ‫مجموعات بنية الهيدروكسيل وتغيير‬ ‫ترتيب ذرات السيليكون واأللمنيوم‬ ‫وتقليل الصفائح الثمانية السطوح‪،‬‬ ‫ورباعي‬ ‫خماسي‬ ‫ظهور‬ ‫وبالتالي‬ ‫التنسيق من األلمنيوم‪ .‬اما عند‬ ‫حوالي درجة ‪ 480‬درجة مئوية‪ ،‬فيتم‬ ‫التخلص من المادة العضوية والماء‬ ‫من بنية الكاؤولين وتزداد مساحته‬ ‫‪45‬‬ ‫السطحية‪ ،‬وتظهر ذروة ماصة للحرارة‬ ‫مرتبطة بنزع الهيدروكسيل‪.‬‬ ‫عند درجة حرارة ‪ 550‬درجة مئوية‪،‬‬ ‫يبدأ الكاؤولين في التكتل ويتم‬ ‫الحصول على سطح مسامي جديد بمساحة‬ ‫سطح عالية مقارنة باألطيان غير‬ ‫المعالجة‪ .‬ولكن عند درجة حرارة‬ ‫أعلى‪ ،‬مثل ‪ 850‬درجة مئوية‪ ،‬تدخل‬ ‫التلبيد‬ ‫مرحلة‬ ‫في‬ ‫الجسيمات‬ ‫وتتناقص المساحة السطحية‪ .‬عند ‪860‬‬ ‫نزع‬ ‫يستمر‬ ‫مئوية‪،‬‬ ‫درجة‬ ‫من‬ ‫المتبقي‬ ‫الهيدروكسيل‬ ‫الطاردة‬ ‫والذروة‬ ‫السميكتايت‬ ‫للحرارة الرتيبة في الظهور حتى‬ ‫نهاية منحنى التحليل الحراري‬ ‫التفاضلي‪.‬‬ ‫ارتبط هذا السلوك بإعادة بلورة‬ ‫المادة المتحللة إلى مرحلة أكثر‬ ‫ًا‪ .‬الطور الوحيد المستقر‬ ‫استقرار‬ ‫الوسيط من الطين الخام سيليكات‬ ‫األلمنيوم هو المواليت‪ .‬يؤدي تسخين‬ ‫السيليمانايت‬ ‫معادن‬ ‫واألندلوسايت‬ ‫(السيليمانايت‬ ‫‪46‬‬ ‫والكايانايت) والبوكسايت ومزيج من‬ ‫الطين حتى ‪ 1200‬و‪ 1400‬درجة مئوية‬ ‫في الظروف الحرارية إلى تكوين‬ ‫المواليت‪.‬‬ ‫تم إجراء العديد من الدراسات‬ ‫لتقييم توصيف الخامات التي يتم‬ ‫ً‪ .‬في حالة المواد‬ ‫تنشيطها حراريا‬ ‫الخام غير البوكسايت‪ ،‬تم تقييم‬ ‫طين المصدر الكاؤوليني على نطاق‬ ‫واسع‪ .‬تم االشارة إلى ظهور ثالثة‬ ‫تفاعالت كيميائية أثناء المعالجة‬ ‫الحرارية لخام الكاؤولين عند‬ ‫تكوين‬ ‫مختلفة‪.‬‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫الميتاكاؤولين عند ‪ 660-420‬درجة‬ ‫مئوية وكاالتي‬ ‫تكون الميتاكاؤولين عند درجة‬ ‫حرارة بين ‪ 600 – 420‬درجة مئوية‬ ‫‪Al2O3⋅2SiO2⋅2H2O→Al2O3⋅2SiO2 + 2H2O‬‬ ‫)‪(1‬‬ ‫تحلل الميتاكاؤولين الى كاما‪-‬‬ ‫الومينا عند درجة حرارة ‪ 980‬درجة‬ ‫مئوية‬ ‫‪47‬‬ ‫‪2SiO2‬‬ ‫)‪(2‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪Al2O3⋅2SiO2→γ−Al2O3‬‬ ‫)‪(amorphous‬‬ ‫تكون المواليت عن طريق اعادة تبلور‬ ‫المادة الغير متبلورة عند ‪1100‬‬ ‫درجة حرارية‬ ‫‪2SiO2→3Al2O3⋅2SiO2‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪3γ−Al2O3‬‬ ‫)‪(3‬‬ ‫ذروة الكاؤولين المنشط‬ ‫عند ‪ 1150-900‬درجة مئوية لمدة ‪15‬‬ ‫دقيقة تختفي في أنماط تحليل حيود‬ ‫األشعة السينية‪ ،‬وظهور ذروة حيود‬ ‫متماثل‬ ‫غير‬ ‫متماثل‬ ‫غير‬ ‫للميتاكاؤولين‪ .‬وقد تم التوصل الى‬ ‫انه عند درجات حرارة أقل من ‪500‬‬ ‫قمم‬ ‫تتغير‬ ‫ال‬ ‫مئوية‪،‬‬ ‫درجة‬ ‫المونتمورلونايت لطين البنتونايت‬ ‫على‬ ‫رئيسي‬ ‫بشكل‬ ‫تحتوي‬ ‫التي‬ ‫والكوارتز‬ ‫المونتمورلونايت‬ ‫(كاولينايت‬ ‫األخرى‬ ‫والمعادن‬ ‫ومسكوفايت) المكلسن عند ‪1000-125‬‬ ‫درجة مئوية؛ لكن قمم الكاؤولين‬ ‫‪48‬‬ ‫تختفي عند درجة الحرارة هذه‪ .‬عند‬ ‫‪ 1000‬درجة مئوية‪ ،‬يتم مالحظة قمم‬ ‫الكوارتز فقط‪ .‬يعزى ذلك إلى تحول‬ ‫الكاؤولين إلى ميتاكاؤولين‪ .‬وقد‬ ‫انتظام‬ ‫عدم‬ ‫أن‬ ‫اقتراح‬ ‫تم‬ ‫ً‬ ‫حراريا‬ ‫النشط‬ ‫الكاؤولين‬ ‫المونتمورلونايت يتناسب مع طبيعة‬ ‫وبنية المواد الخام ودرجة حرارة‬ ‫ًا‪.‬‬ ‫التنشيط أيض‬ ‫عملية المعالجة بالحامض‬ ‫تعتبر عملية المعالجة بالحامض‬ ‫واحدة من أكثر التقنيات المستخدمة‬ ‫ًا في استخالص المعادن في‬ ‫شيوع‬ ‫المحاليل المائية‪ .‬تعد معالجة‬ ‫المعادن بطريقة المعالجة الحامضية‬ ‫ء اقتصادً‬ ‫إجراً‬ ‫ًا للبيئة في‬ ‫يا‪ ،‬وصديق‬ ‫الغالب‪ ،‬ويستهلك طاقة أقل‪ ،‬ولديه‬ ‫القدرة على معالجة الخامات منخفضة‬ ‫الدرجة‪.‬‬ ‫بشكل عام‪ ،‬تتفاعل معادن سيليكات‬ ‫ًا مع المحاليل‬ ‫األلمنيوم كيميائي‬ ‫القلوية‪ ،‬لكن المحاليل تظل غير‬ ‫‪49‬‬ ‫مركبات‬ ‫ترسيب‬ ‫بسبب‬ ‫مستقرة‬ ‫السيليكات المعقدة المرطبة‪ .‬ومن‬ ‫ثم‪ ،‬فإن استخالص األلومينا من هذه‬ ‫باستخدام‬ ‫الركاز‬ ‫من‬ ‫األنواع‬ ‫المذيبات القلوية ليس فعاالً لذلك‬ ‫يتم اجراء المزيد من المعالجة‬ ‫بالحامض للطين أكثر فعالية من‬ ‫الناحية االقتصادية‪ .‬تتضمن عملية‬ ‫المعالجة باألحماض استخدام حامض‬ ‫مناسب الستخالص األلمنيوم من الركاز‪.‬‬ ‫تم اجراء البحث والتطوير حول‬ ‫المعالجة الحامضية لمصادر معدنية‬ ‫غير البوكسايت الستخالص األلومينا‪.‬‬ ‫يمكن تلخيص تسلسل العمليات الستخالص‬ ‫األلومينا في أربع خطوات أساسية‪:‬‬ ‫(‪ )1‬المعالجة المسبقة لخامات‬ ‫الطين عن طريق التنشيط الحراري‬ ‫والميكانيكي‪ ،‬لتحسين عملية االذابة‬ ‫خالل مرحلة المعالجة؛ (‪ )2‬المعالجة‬ ‫ًا في‬ ‫الحامضية للخام المعالج مسبق‬ ‫محلول (او محاليل) حامضية مناسبة؛‬ ‫(‪ )3‬ترسب ملح األلمنيوم الناتج‬ ‫أثناء عملية المعالجة؛ و (‪)4‬‬ ‫‪50‬‬ ‫تحويل ملح األلمنيوم المترسب إلى‬ ‫ألومينا عن طريق تحميص الناتج‬ ‫(الشكالن ‪ 5‬و‪(Barry T. S. 2018).)6‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )4‬يوضح العملية األساسية‬ ‫النتاج االلومينا من االطيان الصناعية‬ ‫‪51‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )5‬يوضح العملية األساسية‬ ‫النتاج االلومينا بطريقة المعالجة‬ ‫الحامضية‬ ‫إذابة الطين في المحلول الحامضي‬ ‫ترتبط حركية انحالل معادن سيليكات‬ ‫ًا ببنيتها‬ ‫ًا وثيق‬ ‫األلمنيوم ارتباط‬ ‫البلورية أثناء المعالجة الحامضية‬ ‫تعرف‬ ‫المعادن‬ ‫هذه‬ ‫بأن‬ ‫علما‬ ‫بقابلية ذوبانها المنخفضة وبطء‬ ‫انحاللها‪ .‬تتميز البنية البلورية‬ ‫لهذه المعادن بروابط تساهمية أو‬ ‫أيونية قوية ‪ Si-O‬تشكل طبقات‬ ‫رباعية السطوح‪ ،‬وروابط أيونية ‪Al-‬‬ ‫‪ .O‬لذلك‪ ،‬أثناء انحالل معادن الطين‬ ‫في الحامض‪ ،‬لوحظ انتقال كبير‬ ‫لأللمنيوم وترسب السيليكون‪(Barry .‬‬ ‫)‪T. S. 2018‬‬ ‫‪52‬‬ ‫المعالجة‬ ‫حقيقة‬ ‫تفسير‬ ‫يمكن‬ ‫المعدنية بالطور الرطب في هذه‬ ‫العملية من خالل التحلل البطيء‬ ‫لمعادن سيليكات األلمنيوم‪ .‬في حالة‬ ‫استخدام الحوامض المركزة في درجة‬ ‫الغليان فان تتفاعل أيونات ‪ H+‬من‬ ‫الحمض تتفاعل مع روابط ‪ Al-O‬لتحل‬ ‫محل األيونات ‪ .Al+3‬وفي الوقت نفسه‪،‬‬ ‫حامض‬ ‫مجموعات‬ ‫تشكيل‬ ‫يتم‬ ‫المستقرة‬ ‫غير‬ ‫األورثوسيليسيك‬ ‫‪ Si(OH)4‬أو ‪ H4SiO4‬في محاليل‬ ‫الحامض الساخن‪ .‬من المقبول على‬ ‫نطاق واسع أن انحالل طبقة ثنائية‬ ‫االوكتاهدرا من الكاؤولينايت تحت‬ ‫محلول حامضي يتبع هذا التفاعل‬ ‫الكيميائي‪ .‬في هذا التفاعل‪ ،‬يمثل‬ ‫‪ SiO2 (aq) H4SiO4‬او اذابة ‪.Si‬‬ ‫‪Al2Si2O5 (OH)4(kaolinite) + 6H+ →2Al3+‬‬ ‫‪+ 2SiO2(aq) + 5H2O‬‬ ‫)‪(4‬‬ ‫تم دراسة آليات فك وتشكيل الروابط‬ ‫أثناء تكوين أيونات ‪ Al+3‬و‪ H4SiO4‬كما‬ ‫هو معروض في المعادلة‪ .)4( .‬لقد‬ ‫ذكروا أن أيونات ‪Al+3‬و ‪ H4SiO4‬تتشكل‬ ‫‪53‬‬ ‫بعد انكسار الروابط المتتالية بين‬ ‫هياكل ‪ Al-O-Si‬و‪ Al-OH-Al‬و‪.Si-O-Si‬‬ ‫ومع ذلك‪ ،‬في حالة معادن سيليكات‬ ‫األلمنيوم مثل الكاؤولين‪ ،‬فإن حساب‬ ‫إجمالي التركيز المقاس لـ ‪،Al (mAl‬‬ ‫)‪ total‬في المحلول معقد‪ .‬ألن ‪+ Al3‬‬ ‫أيونات تتحلل مع أيونات ‪ OH‬لتكوين‬ ‫مجمعات أيونات مثل ‪ Al (OH)+2‬و ‪Al‬‬ ‫‪( (OH)−4‬مكافئ ‪ 5‬و‪ .)6‬إذن‪ ،‬إجمالي ‪mAl‬‬ ‫في المحلول هو مجموع تركيز ‪Al+3‬و ‪Al‬‬ ‫‪ (OH)+2‬و‪Al (OH)-4‬‬ ‫‪Al2Si2O5 (OH)4 + 2H+ ↔ 2Al(OH)2+ +‬‬ ‫‪2SiO2 + 2H2O‬‬ ‫)‪(5‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪Al2Si2O5 (OH)4 + 3H2O ↔ 2Al(OH)4‬‬‫‪2H+ + 2SiO2‬‬ ‫)‪(6‬‬ ‫تبين العالقة اللوغاريتمية للمواللية‬ ‫اللوغاريتمية لألنواع ‪ Al‬مقابل ثوابت‬ ‫التوازن لهذه التفاعالت ودرجة الحموضة‬ ‫في المحلول الموضح في الشكل (‪ )7‬أنه‬ ‫بزيادة الرقم الهيدروجيني للمحلول‪،‬‬ ‫فإن تركيزات ‪ Al+3‬و‪ Al(OH)+2‬ينخفض‪،‬‬ ‫ويزيد تركيز ‪ .Al (OH)4‬عند األس‬ ‫‪54‬‬ ‫الهيدروجيني‪ ،‬حيث تتساوى تركيزات‬ ‫ًا‪ُ ،‬‬ ‫يظهر‬ ‫‪ Al(OH)+2‬و ‪ Al(OH) 4‬تقريب‬ ‫الكاؤولين حً‬ ‫دا أدنى في قابليته‬ ‫للذوبان‪.‬‬ ‫يمكن اشتقاق قابلية ذوبان مماثلة‬ ‫لمعادن سيليكات األلمنيوم األخرى مثل‬ ‫البايروفياليت (الشكل ‪ .)7‬باإلضافة إلى‬ ‫التفاعالت‬ ‫‪4‬‬ ‫الجدول‬ ‫يعرض‬ ‫ذلك‪،‬‬ ‫الكيميائية النحالل بعض معادن سيليكات‬ ‫األلمنيوم في المحاليل الحامضية‪.‬‬ ‫)‪(Barry T. S. 2018‬‬ ‫‪55‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )6‬يوضح العالقة اللوغاريتمية‬ ‫للمواللية اللوغاريتمية لألنواع ‪ Al‬مقابل‬ ‫ثوابت التوازن لهذه التفاعالت ودرجة الحموضة‬ ‫في المحلول‬ ‫‪56‬‬ ‫األحماض األكثر استخداً‬ ‫ما لمعالجة الطين‬ ‫حامض‬ ‫هي‬ ‫المتطاير‬ ‫الفحم‬ ‫ورماد‬ ‫النتريك‬ ‫وحمض‬ ‫(‪)H2SO4‬‬ ‫الكبريتيك‬ ‫(‪ )HNO3‬وحامض الهيدروكلوريك (‪)HCl‬‬ ‫وحامض الكبريتوز ‪ .H2SO3‬يتم تحديد أي‬ ‫من هذه األحماض التي يمكن استخدامه من‬ ‫خالل حساب الكلف التشغيلية وليس على‬ ‫اساس قدرتها على التفاعل مع المعادن‪.‬‬ ‫في حالة استخدام حامض الكبريتيك‬ ‫‪ ،H2SO4‬فإن كلفة الحامض منخفضة‪ ،‬ولكن‬ ‫األلمنيوم‬ ‫كبريتات‬ ‫تحميص‬ ‫كلفة‬ ‫المتبلورة إلى أوكسيد الكبريتات‬ ‫مرتفعة‪ .‬اما في حالة استخدام حامض‬ ‫النتريك ‪ ،HNO3‬فان تكلفة المعالجة‬ ‫للحصول على نترات األلمنيوم المتبلورة‬ ‫منخفضة‪ ،‬ولكن كلفة الحامض مرتفعة‪.‬‬ ‫حامض‬ ‫استخدام‬ ‫تم‬ ‫إذا‬ ‫اما‬ ‫تحلل‬ ‫تكلفة‬ ‫فإن‬ ‫الهيدروكلوريك‪،‬‬ ‫كلوريد األلمنيوم تتوسط كلفة الحوامض‬ ‫كما هي‬ ‫السابقة‪(Barry T. S. 2018).‬‬ ‫موضحة بالجدول رقم (‪ )1‬التالي‬ ‫الجدول رقم (‪ )1‬يوضح مقارنة بين كلف‬ ‫المعالجة الحامضية للكاؤولين‬ ‫‪57‬‬ ‫عالوة على ذلك‪ ،‬منذ الستينيات عندما‬ ‫تم استبدال حامض الكبريتيك بحامض‬ ‫الهيدروكلوريك في العديد من التفاعالت‬ ‫التي تنطوي على أوكسيد الحديد‪ ،‬ومن‬ ‫المعروف استخدام حامض الهيدروكلوريك‬ ‫في التعدين الرطب ‪Hydrometallurgy‬‬ ‫للعديد من العمليات مثل تنقية خام‬ ‫القصدير منخفض الدرجة‪ ،‬والمعالجة‬ ‫الحامضية لإللمنايت‪ ،‬وإنتاج فوسفات‬ ‫من‬ ‫والغسيل‪.‬‬ ‫الكالسيوم‪،‬‬ ‫ثنائي‬ ‫الخصائص‬ ‫واألنورثوسايت‪.‬‬ ‫الكاؤولين‬ ‫بحامض‬ ‫للمعالجة‬ ‫الرئيسية‬ ‫الهيدروكلوريك هي درجة حرارة التفاعل‬ ‫المنخفضة‪ ،‬وكلفة قليلة مع إمكانية‬ ‫التفاعل عند الضغط الجوي‪ ،‬وقابلية‬ ‫ذوبان السيليكا المنخفضة‪ ،‬والفصل‬ ‫الصلبة‬ ‫المواد‬ ‫لمخلفات‬ ‫المحتمل‬ ‫الكلية دون فقدان نسبة كبيرة من‬ ‫لـ‬ ‫االنتقائي‬ ‫والتبلور‬ ‫الحامض‬ ‫للتكنولوجيا‬ ‫والتطور‬ ‫‪،AlCl3.6H2O‬‬ ‫‪58‬‬ ‫الصناعية المربحة لزيادة تفكك المواد‬ ‫الخام‪(Barry T. S. 2018).‬‬ ‫المعالجة بحامض الهيدروكلوريك‬ ‫من الناحية االقتصادية‪ ،‬تم التأكيد‬ ‫استخدام حامض الهيدروكلوريك ألجراء‬ ‫المعالجة بالحامض على أنه الطريقة‬ ‫األكثر جاذبية والواعدة وقد يكون قابالً‬ ‫للتطبيق إلنتاج األلومينا من خامات غير‬ ‫بحامض‬ ‫المعالجة‬ ‫في‬ ‫البوكسايت‪.‬‬ ‫الهيدروكلوريك يتم تنقية المحلول‬ ‫الحامل المشبع المكون أساسًا من‬ ‫أيونات األلمنيوم والحديد‪ ،‬وتتم إزالة‬ ‫أيونات الحديد عن طريق االستخالص‬ ‫بالمذيبات‪ .‬اما االلمنيوم فيتم ترسيبه‬ ‫من المحلول المنقى المتبقي كملح‬ ‫‪ AlCl3.6H2O‬عن طريق التبخر أو الترسيب‬ ‫لكي يتحلل هذا الملح الكلوريدي عند‬ ‫درجة حرارة مرتفعة ‪ 1200-1000‬درجة‬ ‫مئوية إلى الومينا‪.‬‬ ‫تم التوصل الى استخالص األلومينا من‬ ‫ً‬ ‫طين الكاؤولينايت المنشط حراريا‬ ‫بدرجة حرارة ‪ 600‬درجة مئوية يليه‬ ‫المعالجة بحامض الهيدروكلوريك وقد تم‬ ‫الحصول على نقاوة االلومينا الناتجة‬ ‫إلى ‪ Al2O3 ٪80.96‬بعد الترسيب وتحميص‬ ‫مركبات األلمنيوم عند ‪ 900‬درجة مئوية‪.‬‬ ‫‪59‬‬ ‫تم الحصول في حالة معالجة أخرى‬ ‫بالحامض إلى ‪ Al2O3 ٪94.78‬من طين‬ ‫ًا لمدة ‪20‬‬ ‫الكاؤولين النشط ميكانيكي‬ ‫ساعة‪.‬‬ ‫ذكرت نتائج استخالص األلمنيوم عن طريق‬ ‫المعالجة بحامض الهيدروكلوريك لخام‬ ‫الطين المكلسن والمطحون بشكل كبير‬ ‫على‬ ‫أساسي‬ ‫بشكل‬ ‫يحتوي‬ ‫والذي‬ ‫معدن‬ ‫وهو‬ ‫البايروفياليت‪،‬‬ ‫ألومينوسيليكات مائي ذو طبقات له‬ ‫خصائص حرارية جوهرية مثل التالك‪.‬‬ ‫كانت هذه هي المرة األولى التي يتم‬ ‫فيها تقييم خام البايروفياليت كمصدر‬ ‫بديل للبوكسايت‪ .‬تم معالجة خام‬ ‫بالمعالجة الحامضية لخام تم تنشيطه‬ ‫حراريا عند ‪ 800‬درجة مئوية بعدها‬ ‫حامض‬ ‫مول‪/‬لتر‬ ‫‪4‬‬ ‫في‬ ‫المعالجة‬ ‫الهيدروكلوريك لمدة ‪ 24‬ساعة عند ‪108‬‬ ‫درجة مئوية مع ‪ 20‬لتر‪/‬كجم نسبة‬ ‫المادة الصلبة الى المادة السائلة‬ ‫وجد أن كمية األلمنيوم المستخرجة تزيد‬ ‫من ‪ ٪10.57‬للخام إلى ‪ .٪35.6‬في ظل‬ ‫ظروف مماثلة من الترشيح وبدون معالجة‬ ‫حرارية‪ ،‬أدى الطحن المكثف للخام لمدة‬ ‫‪ 50‬دقيقة إلى زيادة استخالص األلمنيوم‬ ‫إلى ‪ .٪73.09‬يوضح المخططات ‪ 7‬و‪8‬‬ ‫نتائج استخالص األلمنيوم والتغيرات‬ ‫‪60‬‬ ‫الكتلية في خام الخام أثناء الكلسنة‬ ‫والطحن الشديد‪(Barry T. S. 2018).‬‬ ‫المخططات (‪ )7‬و (‪ )8‬توضح نتائج استخالص‬ ‫األلمنيوم والتغيرات الكتلية في خام الخام‬ ‫أثناء الكلسنة والطحن الشديد‬ ‫المعالجة الحامضية بحامض الكبريتيك‬ ‫يعتبر حامض الكبريتيك ‪ H2SO4‬أرخص‬ ‫حامض‬ ‫من‬ ‫كل‬ ‫مع‬ ‫بالمقارنة‬ ‫الهيدروكلوريك ‪ HCl‬وحامض النتريك‬ ‫حامض‬ ‫استخدام‬ ‫يتم‬ ‫لذلك‬ ‫‪HNO3‬‬ ‫الكبريتيك في العمليات التعدينية‬ ‫الرطبة الستخالص المعادن الثقيلة في‬ ‫وسط من ‪ .H2SO4‬لكن حامض الكبريتيك إذا‬ ‫تم اعتبار ‪ H2SO4‬كعامل اذابة أثناء‬ ‫المعالجة الحامضية فإن له خاصية أقل‬ ‫جودة وأقل مالءمة لعمليات االسترداد‬ ‫ً‬ ‫بحامض‬ ‫مقارنة‬ ‫المتتالية‬ ‫ظروف‬ ‫نفس‬ ‫ظل‬ ‫في‬ ‫الهيدروكلوريك‬ ‫المعالجة الحامضية‪.‬‬ ‫‪61‬‬ ‫التحديات األخرى التي تواجه استخدام‬ ‫حامض الكبريتيك ‪ H2SO4‬تتمثل في الجرعة‬ ‫الزائدة من الحامض‪ ،‬إضافة الى صعوبة‬ ‫فصل كبريتات األلمنيوم عن بقايا مرحلة‬ ‫المعالجة بالحامض؛ السبب الرئيسي هو‬ ‫درجة الحرارة العالية جً‬ ‫دا الالزمة‬ ‫لتحلل كبريتات األلمنيوم المائية‪،‬‬ ‫والتي تقدر بنحو ‪ 1350‬درجة مئوية‪.‬‬ ‫)‪(Barry T. S. 2018‬‬ ‫الستعادة األلومينا من خامات غير‬ ‫البوكسايت تم تركيز الجهود على كفاءة‬ ‫المعالجة األولية بحامض الكبريتيك بعد‬ ‫ذلك يتبع بحامض الهيدروكلوريك وقد‬ ‫وجد ان األلومينا المستخلصة من الخام‬ ‫المنتجة‬ ‫باأللومينا‬ ‫مقارنتها‬ ‫تم‬ ‫بطريقة باير ووجدوا أنه باستخدام‬ ‫حامض الكبريتيك ‪ H2SO4‬فقط‪ ،‬تكون درجة‬ ‫صهر األلومينا المستعادة منخفضة‪ .‬ولكن‬ ‫عندما تم استخدام حامض الكبريتيك‬ ‫متبوعا بحامض الهيدروكلوريك فان معدل‬ ‫االستخالص يزداد بنسبة ‪ ٪10‬اذ بلغت‬ ‫كمية األلومينا المستخلصة ‪ .٪99.7‬ان‬ ‫التفاعالت الرئيسية التي تحدث أثناء‬ ‫عملية المعالجة الحامضية كما في‬ ‫الجدول ‪.6‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )2‬يوضح التفاعالت الرئيسية‬ ‫التي تحدث أثناء عملية المعالجة الحامضية‬ ‫‪62‬‬ ‫المعالجة‬ ‫اجراء‬ ‫تم‬ ‫بالمقارنة‬ ‫الحامضية لخام غير مكلسن وخام تم‬ ‫اجراء الكلسنة عليه عند ‪ 600‬درجة‬ ‫مئوية وطحن خام األلونايت في مطحنة‬ ‫كروية كوكبية في الظروف االعتيادية‬ ‫لمدة ‪ 15‬و‪ 45‬و‪ 90‬دقيقة في ‪ 1‬مول‪/‬لتر‬ ‫‪.H2SO4‬‬ ‫أن أكبر كمية من األلومينا المستخرجة‬ ‫من المحلول كانت ‪ Al2O3 ٪6‬للخام غير‬ ‫المكلسن‪ Al2O3 ٪50 ،‬للخام المكلسن‪،‬‬ ‫‪ ،84 ،78‬و‪ Al2O3 ٪89‬للخام المطحون‬ ‫اعتمادا على ازدياد وقت الطحن‪.‬‬ ‫المعالجة الحامضية بحامض النتريك‬ ‫في اآلونة األخيرة‪ ،‬بالنسبة للعمليات‬ ‫المطورة إلنتاج األلومينا من مصادر غير‬ ‫البوكسايت‪ ،‬ال يتم استخدام حامض‬ ‫النتريك ‪ HNO3‬كوسيط مناسب للمعالجة‬ ‫الحامضية للخامات ويرجع ذلك الى كلفة‬ ‫الحامض المرتفعة مقارنة بـكل من حامض‬ ‫الكبريتيك‪.‬‬ ‫وحامض‬ ‫الهيدروكلوريك‬ ‫تعود الميزة الرئيسية لحامض النتريك‬ ‫‪63‬‬ ‫‪ HNO3‬إلى ان تحلل نترات األلمنيوم غير‬ ‫المائي (‪ )Al(NO3)3∙9H2O‬يكون أسهل من‬ ‫التحلل باستخدام حامض الهيدروكلوريك‬ ‫او الكبريتيك‪ .‬ان درجة الحرارة‬ ‫المركب‬ ‫لتحلل‬ ‫المقدرة‬ ‫(‪ )Al(NO3)3.9H2O‬هي ‪ 250‬درجة مئوية‪.‬‬ ‫ومع ذلك‪ ،‬اختار العديد من الباحثين‬ ‫‪ HNO3‬لمعالجة معادن طين االلمنيوم‬ ‫إلنتاج األلومينا‪(Barry T. S. 2018).‬‬ ‫تعتمد عملية المعالجة بحامض النتريك‬ ‫‪ HNO3‬على أساس عدم قابلية الحديد‬ ‫للذوبان في محاليل نترات األلمنيوم‬ ‫األساسية اذ تترسب كمية صغيرة من‬ ‫الحديد المذابة في المحلول عن طريق‬ ‫الترسيب‪ .‬يتم فصل السيليكا وبقايا‬ ‫الحديد عن طريق الترشيح‪ .‬يتم إعادة‬ ‫تدوير سائل نترات األلمنيوم األساسي‬ ‫المتبقي بعد تبلور (‪)Al(NO3)39H2O‬‬ ‫لغرض سحب االلومينا منه بواسطة عملية‬ ‫الهضم الكيمياوي ‪ .digestion‬يتبع ذلك‬ ‫غسل أكاسيد النيتروجين وبخار الماء‬ ‫‪64‬‬ ‫بحامض النتريك المركز‪ ،‬ومن ثم يتبع‬ ‫ذلك تحلل البلورة عند درجة حرارة ‪200‬‬ ‫درجة مئوية إلى الومينا‪ .‬بعد ذلك‪،‬‬ ‫يتم تحويل األلومينا المستعادة إلى ‪α‬‬ ‫‪ - Al2O3‬عن طريق الكلسنة في فرن دوار‬ ‫(الشكل ‪.)10‬‬ ‫‪Barry T. S. 2018, Thermal and Mechanical‬‬ ‫‪Activation in Acid Leaching Processes of‬‬ ‫‪Nonbauxite Ores Available for Alumina‬‬ ‫& ‪Production—A Review, Mining Metallurgy‬‬ ‫‪Exploration · December 2018 DOI:‬‬ ‫‪10.1007/s42461-018-0025-7‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )9‬يوضح المعالجة الحامضية‬ ‫لخام الكاؤولين بحامض النتريك‬ ‫‪65‬‬ ‫خام الكاؤولين‬ ‫احدى‬ ‫الكاؤولين‬ ‫اطيان‬ ‫تعتبر‬ ‫ذات‬ ‫لألطيان‬ ‫المهمة‬ ‫الرواسب‬ ‫االستخدامات المتعددة وتمتد خبرة‬ ‫االنسان في التعامل مع هذه االطيان‬ ‫الى عمق زمني كبير بالقياس مع‬ ‫المعدنية‬ ‫الرواسب‬ ‫من‬ ‫العديد‬ ‫األخرى‪ .‬يعرف الكاؤولين بانه أحد‬ ‫المعادن الطينية المتكونة بفعل‬ ‫التجوية الكيميائية والتحويرات‬ ‫الالحقة عليه وان تركيبه الكيمياوي‬ ‫االلمنيوم‬ ‫سيليكات‬ ‫على‬ ‫يحتوي‬ ‫الحديد‬ ‫بعض‬ ‫مع‬ ‫المائية‬ ‫والمغنيسيوم وشوائب أخرى‪(Mohamad .‬‬ ‫)‪A. I., 2017‬‬ ‫تعد عملية استخراج هذه االطيان من‬ ‫العمليات السهلة اذ يمكن قلعها‬ ‫بالمعدات الثقيلة او االعتيادية‬ ‫باستثناء بعض المواقع التي تتطلب‬ ‫عملية تفجير الصخور الغطائية وهي‬ ‫ذات ألوان بيضاء وملونة وأطيان‬ ‫‪66‬‬ ‫الفلنت‪ .‬تتداخل خامات الرمال‬ ‫وصخور الدولومايت مع الرواسب‬ ‫الطينية في جميع مواقع الرواسب‬ ‫الفحوصات‬ ‫بينت‬ ‫وقد‬ ‫الطينية‬ ‫الكيمياوية والفيزيائية احتواء‬ ‫الرواسب الطينية على محتوى عالي‬ ‫من االلومينا حيث تصل الى ‪%40‬‬ ‫وبمعدل عام ‪ %28‬ونسبة الحديد أكثر‬ ‫من ‪ %6‬لألطيان الملونة واقل من ‪%3‬‬ ‫لألطيان البيضاء‪.‬‬ ‫شكل رقم (‪ )3‬الكاؤولين االبيض‬ ‫مواقع الرواسب الطينية‬ ‫‪67‬‬ ‫األطيان‬ ‫رواسب‬ ‫تتوزع‬ ‫الكاؤولينية في المناطق التالية‪:‬‬ ‫تتواجد‬ ‫الكعرة‪:‬‬ ‫(أ) منطقة‬ ‫األطيان الكاؤولينية في منطقة‬ ‫الكعرة حوالي ‪ 60‬كلم شمال‬ ‫الرطبة وباحتياطيات ضخمة جدا‬ ‫حوالي (‪ )850‬مليون طن بنوعية‬ ‫األبيض والملون في أحد عشر‬ ‫المواصفات‬ ‫اكدت‬ ‫موقعا‬ ‫والفيزيائية‬ ‫الكيميائية‬ ‫والتقنية لهذه األطيان امكانية‬ ‫للصناعات‬ ‫استخدامها‬ ‫السيراميكية المختلفة وصناعة‬ ‫واستخالص‬ ‫االبيض‬ ‫االسمنت‬ ‫األلومينا‪.‬‬ ‫شكل رقم (‪ )4‬الكاؤولين العراقي االحمر‬ ‫تتواجد‬ ‫الحسينيات‪:‬‬ ‫(ب) منطقة‬ ‫االطيان الكاؤولينية في منطقة‬ ‫‪68‬‬ ‫ضمن‬ ‫موقعين‬ ‫في‬ ‫الحسينيات‬ ‫تكوين الحسينيات االول يقع ‪50‬‬ ‫كلم الى الشمال الشرقي لمدينة‬ ‫الرطبة والموقع الثاني هو‬ ‫منطقة تقاطع وادي حوران مع‬ ‫شرق‬ ‫شمال‬ ‫الحسينيات‬ ‫وادي‬ ‫الحسينيات‪ .‬وباحتياطيات كبيرة‬ ‫جدا قدرت حوالي (‪ )300‬مليون‬ ‫طن وبنوعيه األبيض والملون‬ ‫ونوعية اخرى هي اطيان الفلنت‪.‬‬ ‫اكدت المواصفات الكيميائية‬ ‫والفيزيائية والتقنية لهذه‬ ‫األطيان امكانية استخدامها في‬ ‫السيراميكية‬ ‫للصناعات‬ ‫المختلفة وصناعة السمنت األبيض‬ ‫واستخالص االلومينا والطابوق‬ ‫القرميدي وتتوزع االطيان في‬ ‫شرق‬ ‫شمال‬ ‫هما‬ ‫منطقتين‬ ‫غرب‬ ‫وجنوب‬ ‫الحسينيات‬ ‫‪(Mohamad A. I.,‬‬ ‫الحسينيات‪.‬‬ ‫)‪2017‬‬ ‫‪69‬‬ ‫شكل رقم (‪ )5‬كاؤولين منطقة الصوفية‬ ‫(الكاؤولين الصوفي)‬ ‫تتواجد‬ ‫العامج‪:‬‬ ‫(ج) منطقة‬ ‫األطيان الكاؤولينية في موقع‬ ‫العامج حوالي ‪ 70‬كلم شرق‬ ‫وباحتياطيات‬ ‫الرطبة‬ ‫مدينة‬ ‫قدرت بحوالي (‪ )30‬مليون طن‬ ‫أطيان ملونة وال توجد أطيان‬ ‫بيضاء في منطقة العامج وهي‬ ‫صالحة الستخالص األلومينا وصناعة‬ ‫الطابوق القرميدي‪.‬‬ ‫‪70‬‬ ‫‪Tamar-Agha‬‬ ‫‪The Geology and Economic Potential of‬‬ ‫‪Mineral Deposits and Occurrences of Iraq, Iraqi Bulletin of‬‬ ‫‪Geology and Mining Special Issue, No.8, 2019, p 147‬‬ ‫‪173‬‬ ‫‪M. Y. et al 2019,‬‬ ‫خارطة رقم (‪ )1‬رواسب الكاؤولين في الصحراء‬ ‫الغربية‬ ‫االحتياطي‬ ‫تتميز منطقة الكعرة باحتوائها على‬ ‫احتياطيات ضخمة جدا من اطيان‬ ‫الكاؤولين تقدر بحوالي (‪)850‬‬ ‫مليون طن بنوعيه األبيض والملون في‬ ‫منطقة‬ ‫اما‬ ‫موقعا‬ ‫عشر‬ ‫أحد‬ ‫الحسينيات فقد تم تقدير االحتياطي‬ ‫من هذه االطيان بحوالي (‪ )300‬مليون‬ ‫طن وبنوعيه األبيض والملون‪.‬‬ ‫اما احتياطي منطقة العامج فقد بلغ‬ ‫حوالي (‪ )30‬مليون طن لذلك فان‬ ‫الكاؤولينية‬ ‫االطيان‬ ‫احتياطيات‬ ‫‪71‬‬ ‫ضخمة جدا تقدر بأكثر من (‪)1180‬‬ ‫مليون طن وبنوعيات مختلفة ومعظمها‬ ‫صالحة للصناعات األخرى‪.‬‬ ‫شكل رقم (‪ )6‬منجم خام الكاؤولين االبيض‬ ‫التركيب الكيمياوي‬ ‫تمتاز منطقة الحسينيات باحتوائها‬ ‫على اطيان الفلنت البيضاء وهي‬ ‫اطيان متصخرة تختلف في طبيعتها عن‬ ‫‪72‬‬ ‫االطيان األخرى بانها رسوبية األصل‪.‬‬ ‫ان الخواص النسيجية والتجانس‬ ‫الكبير في مكونات االطيان الفلنتية‬ ‫والصالبة العالية لها اعتبرت كمؤشر‬ ‫بكونها قد ترسبت على شكل جيالتيني‬ ‫وتتواجد رواسب اطيان الفلنت على‬ ‫شكل خسفات موجودة في ‪ 51‬خسفة‬ ‫وبسماكات تتراوح ‪ 3 - 15‬متر‬ ‫والرواسب الغطائية ‪ 13 - 0,4‬متر‪.‬‬ ‫تتميز اطيان الفلنت بانها ذات‬ ‫محتوى عالي من االلومينا وكما هو‬ ‫موضح في الجدول رقم (‪ )3‬التالي‬ ‫الجدول رقم (‪ )3‬التركيب الكيمياوي‬ ‫الطيان الفلنت في منطقة الحسينيات‬ ‫الموقع‬ ‫التركيب الكيمياوي‬ ‫‪SiO‬‬ ‫‪LOI TiO2 Fe2O3‬‬ ‫‪Al2O3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫شمال شرق‬ ‫الحسينيا‬ ‫ت‬ ‫‪35.5‬‬ ‫‪-0.5‬‬ ‫‪-38‬‬ ‫‬‫‪1.96‬‬ ‫‪%45 41.4‬‬ ‫‪%‬‬ ‫‪%‬‬ ‫‪-1.4‬‬ ‫‪2.96‬‬ ‫‪%‬‬ ‫‪1.34‬‬ ‫‬‫‪15.1‬‬ ‫‪%‬‬ ‫اما االطيان الملونة والبنفسجية‬ ‫يكون فيها محتوى الحديد أكثر من‬ ‫‪ %3‬وتكون ذات صالبة متوسطة وقسم‬ ‫منها يتفتت بالماء والجدول رقم‬ ‫‪73‬‬ ‫الكيمياوي‬ ‫التركيب‬ ‫يوضح‬ ‫(‪) 4‬‬ ‫لألطيان الملونة والبنفسجية وحسب‬ ‫المواقع‪:‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )4‬التركيب الكيمياوي‬ ‫الملونة‬ ‫الكاؤولين‬ ‫الطيان‬ ‫والبنفسجية في منطقة الحسينيات‬ ‫الموقع‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫التركيب الكيمياوي لألطيان‬ ‫البيضاء‬ ‫‪TiO2‬‬ ‫‪Fe2O3‬‬ ‫‪SiO2‬‬ ‫‪Al2O3‬‬ ‫‪%1.3‬‬ ‫‪%5.5‬‬ ‫‪%50.4‬‬ ‫‪%28.7‬‬ ‫‪%1.3‬‬ ‫‪%5.9‬‬ ‫‪%52.0‬‬ ‫‪27.1‬‬ ‫اما في جنوب غرب الحسينيات فأن‬ ‫اطيان الكاؤولين تكون ملونة ويمكن‬ ‫توضيح معدالت نسب تواجد المعادن‬ ‫وحسب اختالف مواقع الترسبات في‬ ‫جنوب غرب الحسينيات في الجدول رقم‬ ‫(‪)5‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )5‬التركيب الكيمياوي‬ ‫الطيان الكاؤولين الملونة في منطقة‬ ‫جنوب غرب الحسينيات‬ ‫الموقع‬ ‫التركيب الكيمياوي‬ ‫لألطيان الملونة‬ ‫‪74‬‬ ‫جنوب غرب‬ ‫الحسينيات‬ ‫‪Al2O3‬‬ ‫‪SiO2‬‬ ‫‪Fe2O3‬‬ ‫‪%27‬‬ ‫‪%48‬‬ ‫‪%10.5‬‬ ‫بالنسبة الى اطيان الكاؤولين في‬ ‫منطقة الكعرة ‪ /‬شرق دويخلة فان‬ ‫االطيان تمتاز باحتوائها على نسب‬ ‫التركيب‬ ‫وحسب‬ ‫عالية‬ ‫الومينا‬ ‫الكيمياوي ألطيان الكاؤولين في‬ ‫منطقة دويخلة الموضح في الجدول‬ ‫رقم (‪:)6‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )6‬التركيب الكيمياوي‬ ‫الطيان الكاؤولين في منطقة دويخلة‬ ‫الموقع‬ ‫كاؤولين‬ ‫ابيض‬ ‫شرق‬ ‫دويخلة كاؤولين‬ ‫احمر‬ ‫التركيب الكيمياوي‬ ‫‪TiO2 Fe2O3 SiO2 Al2O3‬‬ ‫‪%1.2 %1.8 %52.8 %32.9‬‬ ‫‪%25‬‬ ‫‪%52‬‬ ‫‪%5‬‬ ‫‪%1.2‬‬ ‫اطيان‬ ‫فان‬ ‫العامج‬ ‫منطقة‬ ‫في‬ ‫الكاؤولين تتواجد على طبقتين‬ ‫تمتاز بانها اطيان ملونة بسبب‬ ‫احتوائها على نسب عالية من الحديد‬ ‫لذلك فهي اطيان كاؤولينية حمراء‬ ‫اللون ناعمة الملمس دهني ذات‬ ‫‪75‬‬ ‫لدونة متوسطة ويوضح الجدول رقم‬ ‫(‪ )7‬التركيب الكيمياوي ألطيان‬ ‫العامج‬ ‫الجدول رقم (‪ )7‬التركيب الكيمياوي‬ ‫ألطيان منطقة العامج‬ ‫التركيب الكيمياوي لألطيان‬ ‫الحمراء‬ ‫الموقع‬ ‫‪Fe2O3‬‬ ‫‪SiO2‬‬ ‫‪Al2O3‬‬ ‫‪-6.0‬‬ ‫‪%48‬‬ ‫‪%29-24‬‬ ‫‪%6.2‬‬ ‫اطيان منطقة‬ ‫العامج‬ ‫‪-5.5‬‬ ‫‪-26.7‬‬ ‫‪%29-24‬‬ ‫‪%6.8‬‬ ‫‪%54.2‬‬ ‫يمكن االستفادة من خام الكاؤولين‬ ‫إلقامة المشاريع التالية‬ ‫كبريتات‬ ‫انتاج‬ ‫أ‪ .‬مشروع‬ ‫االلمنيوم من الكاؤولين ألغراض‬ ‫انتاج الشب‪.‬‬ ‫ب‪ .‬مشروع انتاج االلومينا من‬ ‫الكاؤولين ألغراض انتاج معدن‬ ‫االلمنيوم‪.‬‬ ‫‪76‬‬ ‫ت‪ .‬مشروع انتاج االلومينا‬ ‫الكاؤولين للمختلف األغراض‪.‬‬ ‫ث‪ .‬مشروع انتاج الميتاكاؤولين‬ ‫من الكاؤولين كمادة بديلة عن‬ ‫السمنت واالغراض األخرى‪.‬‬ ‫من‬ ‫العملية الصناعية‬ ‫األلومينا لها تطبيقات صناعية‬ ‫وتكنولوجية واسعة‪ .‬تم تقديمه في‬ ‫هياكل بلورية مختلفة مثل ‪ δ‬و‪ α‬و‪γ‬‬ ‫و‪ η‬و‪ κ‬و‪ χ‬و‪ .θ‬تتميز األلومينا بتحول‬ ‫طوري من ‪ γ‬إلى ‪ α‬عند نطاق درجة‬ ‫حرارة (‪ )1240-1190‬درجة مئوية‬ ‫اعتماً‬ ‫دا على معدل التسخين‪ .‬يؤدي‬ ‫معدل التسخين المنخفض إلى تقليل‬ ‫درجة حرارة تحول الطور‪ .‬تظهر درجة‬ ‫حرارة تحول الطور ‪ 1190‬درجة مئوية‬ ‫عند معدل تسخين ‪ 5‬درجات ‪ /‬دقيقة‬ ‫بينما تبلغ ‪ 1240‬درجة مئوية عند‬ ‫معدل تسخين ‪ 20‬درجة مئوية ‪/‬‬ ‫دقيقة‪ .‬تم استخدام البوكسايت على‬ ‫نطاق واسع إلنتاج األلومينا للتطبيق‬ ‫الصناعي من خالل استخدام عملية‬ ‫‪77‬‬ ‫باير‪ .‬تطلب استخراج األلومينا من‬ ‫البوكسايت بواسطة عملية باير درجة‬ ‫عالية من خام البوكسايت (محتوى‬ ‫السيليكا أقل من ‪ )٪7‬ألنه يعتبر‬ ‫عملية إنتاج غير اقتصادية‪ .‬هذه‬ ‫الخامات محدودة في عدد قليل من‬ ‫غير‬ ‫الخامات‬ ‫بينما‬ ‫البلدان‬ ‫البوكسايتية منتشرة على نطاق واسع‬ ‫في العديد من البلدان‪ .‬تم استخدام‬ ‫العملية التجارية إلنتاج األلومينا‬ ‫من خام االلمنيوم منخفض الدرجة عن‬ ‫طريق المعالجة الحامضية‪ .‬يحتوي‬ ‫الطين (الكاؤولين) على حوالي ‪-30‬‬ ‫يعتبر‬ ‫األلومينا‪.‬‬ ‫من‬ ‫‪٪40‬‬ ‫الكاؤولينايت من أكثر الخامات‬ ‫ًا الحتوائه على‬ ‫إثارة لالهتمام نظر‬ ‫نسبة عالية من األلومينا‪ ،‬مما‬ ‫يجعله بديالً جيً‬ ‫دا لخام البوكسايت‪.‬‬ ‫صناعية‬ ‫تطبيقات‬ ‫لأللومينا‬ ‫وتكنولوجية واسعة يمكن استخالصها‬ ‫من مواقع وطرق ومواد مختلفة‪ .‬تم‬ ‫منجم‬ ‫من‬ ‫الكاؤولين‬ ‫استخدام‬ ‫الدويخلة العراقي كمصدر للمواد‬ ‫‪78‬‬ ‫الخام إلنتاج األلومينا‪ .‬يزيد تركيز‬ ‫األلومينا في الكاؤولين العراقي‬ ‫على ‪ ،٪34‬وهو ما يعتبر بديالً جيً‬ ‫دا‬ ‫ألطيان البوكسايت‪ .‬يعتبر التكسير‬ ‫والطحن أول عملية لتقليل الحجم‬ ‫الحبيبي لخام الكاؤولين إلى مستوى‬ ‫المايكرون مما يزيد من مساحة سطح‬ ‫الكاؤولين‪.‬‬ ‫)‪(www.globenewswire.com‬‬ ‫الفصل الثالث‬ ‫‪79‬‬ ‫انتاج االلومينا من‬ ‫الكاؤولين باستخدام كاربونات‬ ‫الكالسيوم‬ ‫اطيان‬ ‫من‬ ‫االلومينا‬ ‫النتاج‬ ‫عمليتين‬ ‫تصنيف‬ ‫تم‬ ‫الكاؤولين‬ ‫الستخراج األلومينا من الطين‪ .‬األولى‬ ‫حامض‬ ‫تستخدم‬ ‫حامض‬ ‫عملية‬ ‫هي‬ ‫الكبريتيك أو حامض الهيدروكلوريك‬ ‫أو حمض النتريك إلذابة األلومينا‬ ‫بشكل انتقائي‪ ،‬ويجب ان يتم ذلك‬ ‫بعد تحميص الطين‪.‬‬ ‫يتواجد طين الكاؤولين في شاسعة من‬ ‫العالم لذلك تم إجراء العديد من‬ ‫البحوث لدراسة إمكانية استخدام‬ ‫الطين كمصدر بديل عن البوكسايت‬ ‫المحتوى‬ ‫إن‬ ‫األلومينا‪.‬‬ ‫إلنتاج‬ ‫العالي من ثاني أوكسيد السيليكون‬ ‫في المواد المحتوية على الطين‬ ‫ًا طريقة تلبيد المادة‬ ‫يحدد مسبق‬ ‫الخام بالحجر الجيري لربط ‪SiO2‬‬ ‫ًا‬ ‫متبوع‬ ‫الكالسيوم‬ ‫بسيليكات‬ ‫باستخراج األلومينا من اللبيدة‬ ‫بواسطة المحاليل القلوية‪.‬‬ ‫‪80‬‬ ‫تتكون عملية تلبيد الجير لمعالجة‬ ‫الطين من الخطوات المتسلسلة التالية‪:‬‬ ‫مع‬ ‫المطحون‬ ‫الطين‬ ‫‪ )1‬خلط‬ ‫كاربونات الكالسيوم المطحونة‬ ‫بنسب صحيحة ويتم كلسنتها في‬ ‫فرن الكلسنة بدرجة حرارة ‪1350‬‬ ‫درجة مئوية لتعطي بعد التلبيد‬ ‫ًا لتكوين سيليكات‬ ‫ًا مطابق‬ ‫خليط‬ ‫ثنائي الكالسيوم (‪)CaO·SiO22‬‬ ‫ومركبات ألومينات الكالسيوم‬ ‫بشكل أساسي مثل (‪)12CaO·7Al2O3‬‬ ‫و )‪.(CaO·Al2O3‬‬ ‫ألومينات‬ ‫مركب‬ ‫‪ )2‬ترشيح‬ ‫الكالسيوم عن طريق تخفيف محلول‬ ‫كاربونات الصوديوم التي تعمل‬ ‫على اذابة األلومينا في شكل‬ ‫ألومينات الصوديوم وترك جميع‬ ‫السيليكا والجير وأي مواد أخرى‬ ‫ًا موجودة في‬ ‫غير مذابة تقريب‬ ‫المادة الملبدة‪.‬‬ ‫ألومينات‬ ‫محلول‬ ‫‪ )3‬معالجة‬ ‫الصوديوم بغاز ثاني أوكسيد‬ ‫الكاربون لترسيب ثالثي هيدرات‬ ‫األلومينا (الجبسايت) واستعادة‬ ‫‪81‬‬ ‫محلول كاربونات الصوديوم والذي‬ ‫يمكن إعادة تدويره‬ ‫‪ )4‬كلسنة الجبسايت عند ‪1350‬‬ ‫درجة مئوية إلنتاج طور االلفا‬ ‫ألومينا (‪.)αAl2O3‬‬ ‫يتم تحضير شحنة الكاؤلين والحجر‬ ‫القياس‬ ‫لحساب‬ ‫ًا‬ ‫وفق‬ ‫الجيري‬ ‫المتكافئ على أساس النسب المولية‬ ‫لألكاسيد [‪CaO/Al2O3 ،CaO/SiO2 = 2‬‬ ‫‪ = 1.8‬و‪ .]CaO/Fe2O3 = 1‬توفر هذه‬ ‫النسبة المراحل المطلوبة المناسبة‬ ‫لعملية المعالجة الكيمياوية‪.‬‬ ‫تصف المعادالت أدناه التفاعالت‬ ‫الجيري‬ ‫الحجر‬ ‫بين‬ ‫األولية‬ ‫شحنة‬ ‫خلط‬ ‫تم‬ ‫والكاؤولين‪.‬‬ ‫الكاؤولين والحجر الجيري بشكل‬ ‫فعال في خالط أسطواني لمدة ‪4‬‬ ‫ساعات‪.‬‬ ‫‪2𝐶𝑎𝐶𝑂3 (𝑠) + SiO2 (𝑠) → 2𝐶𝑎𝑂∙𝑆𝑖𝑂2 (𝑠) + 𝐶𝑂2‬‬ ‫↑‬ ‫(‪)1‬‬ ‫‪12𝐶𝑎𝐶𝑂3 (𝑠) + 7𝐴𝑙2𝑂3 () → 12𝐶𝑎𝑂 ∙ 7𝐴𝑙2𝑂3 (𝑠) +CO2‬‬ ‫↑‬ ‫(‪)2‬‬ ‫‪82‬‬ ‫تم تشكيل الشحنة الناتجة عن عملية‬ ‫الخلط على شكل قوالب اسطوانية‬ ‫الشكل وقد لوحظ أن أقصى ضغط ممكن‪،‬‬ ‫والذي عنده ال تنكسر القوالب ويمكن‬ ‫أن تتحمل الضغط كان في حدود ‪- 2.5‬‬ ‫‪ 5‬ميجا باسكال‪.‬‬ ‫تم تطبيق المعالجات الحرارية في‬ ‫نطاق درجة حرارة مضبوطة وتنشيط‬ ‫لتنشيط‬ ‫عام‬ ‫بشكل‬ ‫ميكانيكي‬ ‫الكاؤولين قبل إجراء االستخالص‬ ‫الحمضي بسبب قلة النشاط التفاعل‬ ‫الكيميائي لطين الكاؤولين‪ُ .‬‬ ‫يعتقد‬ ‫عموً‬ ‫ما أن هذه العملية تزيد من‬ ‫زيادة نشاط تفاعل الطين من خالل‬ ‫التأثير على تحويل الكاؤولين‬ ‫بواسطة التأثيرات الحرارية إلى‬ ‫متبلور‬ ‫غير‬ ‫ميتاكاؤولين‬ ‫(‪ ،)Al2SiO7‬والذي ُ‬ ‫يعرف بأنه نشط في‬ ‫التفاعالت الكيمياوية ويمكن استخالص‬ ‫األلومينا منه بسهولة عن طريق‬ ‫أو‬ ‫الحامضية‬ ‫الترشيح‬ ‫عوامل‬ ‫القاعدية‪.‬‬ ‫‪83‬‬ ‫تم التحقيق في طريقة تلبيد الجير‬ ‫الستخالص األلومينا من الكاؤولين‬ ‫العراقي‪ .‬لوحظ أن تحويل محتوى‬ ‫السيليكا من مزيج المواد الخام‬ ‫(الكاؤولين والحجر الجيري) إلى‬ ‫ثنائي سيليكات الكالسيوم بعد‬ ‫الحرق له أهمية كبيرة في التحول‬ ‫الذاتي الى مسحوق بعد تلبيد‬ ‫المادة‪ .‬لقد وجد ان ظروف التشغيل‬ ‫المالئمة لتلبيد الكاؤولين والحجر‬ ‫الجيري إلنتاج مساحيق ذاتية فعالة‪،‬‬ ‫هي إطالق المواد عند درجة حرارة‬ ‫‪ 1350‬درجة مئوية لمدة ساعة واحدة‪.‬‬ ‫الظروف المثلى الستخالص ‪ ٪85‬ألومينا‬ ‫بمحلول‬ ‫الملبد‬ ‫المسحوق‬ ‫من‬ ‫كاربونات الصوديوم هي‪ 120 :‬غم‪/‬‬ ‫كاربونات‬ ‫محلول‬ ‫تركيز‬ ‫لتر‬ ‫الصوديوم‪ 15 ،‬دقيقة وقت االستخالص‪،‬‬ ‫‪84‬‬ ‫‪ 5 :1‬نسبة صلبة إلى سائلة‪ ،‬ودرجة‬ ‫حرارة استخالص ‪ 70‬درجة مئوية‪.‬‬ ‫في هذا العمل تم دراسة استخالص‬ ‫األلومينا من الكاؤولين الملبد‬ ‫باستخدام عملية تلبيد الجير‪ .‬تمت‬ ‫دراسة تأثير ضغط القوالب ودرجة‬ ‫استخالص‬ ‫على‬ ‫التلبيد‬ ‫حرارة‬ ‫األلومينا من الكاؤولين‪ .‬كما تمت‬ ‫دراسة آلية التفاعل بين العامل‬ ‫الكيمياوي والكاؤولين الملبد الذي‬ ‫يؤثر على كفاءة عملية المعالجة‬ ‫الكيمياوية‪.‬‬ ‫تم استخالص األلومينا من التلبيد‬ ‫الناتج باستخدام محلول ‪ Na2CO3‬محضر‬ ‫ًا بتركيز ‪ 120‬غم‪/‬لتر [‪Na2O 70‬‬ ‫حديث‬ ‫غم‪/‬لتر]‪ .‬تم إجراء عملية الترشيح‬ ‫باستخدام نظام مفاعل مزود بتقليب‬ ‫ميكانيكي عالي بدرجة كافية لمنع‬ ‫ترسب اللب‪ .‬يستخدم نظام المفاعل‬ ‫إلجراء عملية الترشيح في وضع‬ ‫حجم‬ ‫على‬ ‫الحفاظ‬ ‫تم‬ ‫متوازي‪.‬‬ ‫ًا‬ ‫المحلول السائل في المفاعل ثابت‬ ‫تحت ظروف الضغط الجوي عن طريق‬ ‫‪85‬‬ ‫توصيل مكثف زجاجي إلرجاع السائل‬ ‫بعد تكثيفه الى المفاعل‪ .‬يحدث‬ ‫تكثف األبخرة في ظروف التدفق‬ ‫يتم‬ ‫التبريد‪.‬‬ ‫لمياه‬ ‫المستمر‬ ‫التقليب بواسطة محرك ذو محرك‬ ‫مغناطيسي في منطقة العمل لكل‬ ‫درجة‬ ‫في‬ ‫التحكم‬ ‫يتم‬ ‫مفاعل‪.‬‬ ‫الحرارة بواسطة أجهزة استشعار‬ ‫مثبتة في وسط التفاعل وفي غالف كل‬ ‫مفاعل‪ .‬للحفاظ على درجة الحرارة‬ ‫في نطاق معين‪ ،‬تم تجهيز كل خلية‬ ‫ثرموستات بعنصر تسخين مستقل‪ ،‬ويتم‬ ‫التبريد عن طريق تزويد مبرد‬ ‫التبريد بثرموستات دائري‪.‬‬ ‫المعالجة‬ ‫تجارب‬ ‫جميع‬ ‫في‬ ‫الكيمياوية‪ ،‬تم الحفاظ على درجة‬ ‫الحرارة ثابتة عند ‪ 70‬درجة مئوية‪،‬‬ ‫وعلى سرعة التحريك عند ‪ 600‬دورة‬ ‫في الدقيقة ونسبة المادة الصلبة‬ ‫إلى السائل تساوي ‪ .5/1‬يضاف محلول‬ ‫كاربونات الصوديوم إلى المفاعل ثم‬ ‫يقلب ويسخن حتى تصل درجة حرارة‬ ‫المحلول إلى ‪ 70‬درجة مئوية‪ .‬في‬ ‫‪86‬‬ ‫نفس الوقت‪ ،‬تم تسخين الكاؤولين‬ ‫الملبد في مجفف عند ‪ 110‬درجة‬ ‫مئوية حتى وصل محلول الترشيح إلى‬ ‫‪ 70‬درجة مئوية‪ ،‬ثم تمت إضافة‬ ‫الكاؤولين الملبد إلى المفاعل‬ ‫ويبدأ المالط المتشكل في التقليب‪.‬‬ ‫تم حساب وقت التجربة بعد أن وصل‬ ‫ُشكل إلى ‪ 70‬درجة مئوية‬ ‫الطين الم‬ ‫لمدة ‪ 15‬دقيقة‪ .‬الهدف من ترشيح‬ ‫الكاؤولين الملبد بمحلول كاربونات‬ ‫الصوديوم‪ ،‬هو تحويل األلومينا‬ ‫الصلبة في الكاؤولين الملبد إلى‬ ‫ألومينات‬ ‫من‬ ‫السائل‬ ‫الشكل‬ ‫ًا‬ ‫الصوديوم ‪ NaAlO2‬إلى محلول وفق‬ ‫للمعادالت التالية‪:‬‬ ‫)‪(10‬‬ ‫‪12CaO.7Al2O12 + Na2CO3 + 5H2O‬‬ ‫‪14NaAlO2 + 12CaCO3 + 10NaOH‬‬ ‫‪CaO.Al2O3 + Na2CO3‬‬ ‫‪2NaAlO2 + CaCO3‬‬ ‫)‪(11‬‬ ‫التحليل المعدني والكيميائي‬ ‫‪87‬‬ ‫لعينة‬ ‫المعدني‬ ‫التحليل‬ ‫أظهر‬ ‫الكاؤولين باستخدام ‪ XRD‬الموضح في‬ ‫الشكل ‪ 2‬أن العينة تتكون أساسًا من‬ ‫المعادن الموضحة في الجدول ‪.1‬‬ ‫يشير الشكل ‪ 2‬إلى أنها تتكون‬ ‫أساسًا من معدن الكاؤولين الذي‬ ‫يحظر مساهمات أوكسيد االلمنيوم‬ ‫والسيليكا‪ ،‬والتي كانت تم اكتشافه‬ ‫ًا على أنه كوارتز‪.‬‬ ‫أيض‬ ‫أظهر التحليل الكيميائي لعينات‬ ‫الكاؤولين والحجر الجيري باستخدام‬ ‫تحليل ‪ XRF‬الموضح في الجدول ‪ 2‬أن‬ ‫عينة الكاؤولين تتكون أساسًا من كل‬ ‫من أكاسيد ‪ SiO2‬و‪ ،Al2O3‬والتي يمثل‬ ‫باعتبارها‬ ‫‪،٪84.1‬‬ ‫مجموعها>‬ ‫الرئيسية‬ ‫الكيميائي‬ ‫التحليل‬ ‫للكاؤولين‪ .‬ويشير إلى احتوائه على‬ ‫‪ Al2O3 ٪31.9‬وتعتبر هذه نسبة‬ ‫اقتصادية الستخراج األلومينا مقارنة‬ ‫بخامات البوكسايت والنيفلين‪.‬‬ ‫‪88‬‬ Source: A.B. ElDeeba et al 2019, Extraction of alumina from kaolin by a combination of pyroand hydrometallurgical Processes, Applied Clay Science 172 (2019) 146–154 ‫) يوضح التحليل المعدني لعينة‬10( ‫المخطط‬ XRD ‫الكاؤولين باستخدام‬ ‫ان التركيب المعدني لخام‬ ‫الكاؤولينايت موضح كما في الجدول‬ )8( ‫رقم‬ ‫) يوضح التركيب المعدني لخام‬8( ‫الجدول رقم‬ ‫الكاؤولينايت‬ Table 8 The mineralogical analysis of the kaolin sample. Kaolinite Quartz Al2O3.2SiO2.2H2O SiO2 89 ‫لخام‬ ‫الكيمياوي‬ ‫التركيب‬ ‫اما‬ ‫الكاؤولينايت فيكون كما في الجدول‬ )9( ‫رقم‬ ‫) يوضح التركيب الكيمياوي‬9( ‫الجدول رقم‬ ‫لخام الكاؤولينايت‬ Table 9 The chemical compositions of the used raw materials. Kaolin, Limestone, Materials % % SiO2 52.2 2.01 Al2O3 31.9 0.41 Fe2O3 1.4 0.56 TiO2 0.58 0.58 CaO 0.59 53.3 Na2O 0.15 – K2O 0.15 – P2O5 0.06 – MgO 0.53 – V2O5 0.015 – Cr2O3 0.02 – MnO 0.01 – SO3 0.02 – 90 ‫‪43.72‬‬ ‫‪Loss of ignition‬‬ ‫)‪(L.O·I‬‬ ‫‪13‬‬ ‫تشير نتائج تحليل حجم الجسيمات‬ ‫الموضحة في الجدول ‪ 3‬إلى أن حوالي‬ ‫(‪67.523−‬‬ ‫الكاؤولين‬ ‫من‬ ‫‪٪93.1‬‬ ‫مايكرون)‪ ،‬بحيث ال يحتاج إلى مزيد من‬ ‫الطحن كما في آخر دراسة تمت دراستها‬ ‫يشير إلى أنه عندما يكون حجم‬ ‫الكاؤولين (‪ 75‬مايكرون) فيكون من‬ ‫األفضل استخدام خام الكاؤولين لغرض‬ ‫من‬ ‫لأللومينا‬ ‫الفعال‬ ‫االستخالص‬ ‫الكاؤولين‪.‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )10‬يوضح تحليل الحجم الحبيبي‬ ‫لخام الكاؤولين‬ ‫‪Table 10‬‬ ‫‪The particle size analysis of the kaolin‬‬ ‫‪sample.‬‬ ‫‪Diameter‬‬ ‫–‪+0.445‬‬ ‫–‪+10,097‬‬ ‫–‪+67,523‬‬ ‫‪10,097‬‬ ‫‪67.523‬‬ ‫‪262.376‬‬ ‫)‪(μm‬‬ ‫)‪Q (%‬‬ ‫‪59,198‬‬ ‫‪33,868‬‬ ‫‪6934‬‬ ‫‪91‬‬ ‫التحليل الحراري التفاضلي لعينة‬ ‫الكاؤولين‬ ‫يظهر الشكل ‪ 3‬منحنى ‪ DTA‬لخام‬ ‫الكاؤولين‪ .‬يظهر الشكل رقم ‪ 3‬ان‬ ‫هناك مرحلة خسارة وزن كبيرة ضمن‬ ‫نطاق درجة الحرارة (‪ 600-350‬درجة‬ ‫مئوية) وكذلك لوحظ حصول امتصاص‬ ‫عالي للحرارة وظهور مؤشر للكتلة‬ ‫عند درجة حرارة ‪ 526.53‬درجة مئوية‬ ‫والتي يمكن أن تعزى إلى إزالة‬ ‫الماء التبلور الهيكلي من طين‬ ‫الكاؤولين‪ .‬إلى جانب ذلك‪ ،‬يمكن‬ ‫مالحظة وجود ذروة طاردة للحرارة‬ ‫حادة عند ‪ 981.16‬درجة مئوية لتحول‬ ‫الطور من الميتاكاؤولين إلى ‪Al-Si‬‬ ‫السباينال وقد يعزى الى تكون خليط‬ ‫من البيتا األلومينا‪ ،‬والسيليكا‬ ‫غير المتبلور‪ ،‬والمواليت‪ُ .‬‬ ‫يظهر‬ ‫الكاؤولين‬ ‫لعينة‬ ‫‪DTA‬‬ ‫منحنى‬ ‫منطقتين محددتين جيً‬ ‫دا لفقدان‬ ‫الوزن بسبب فقدان الماء المعالج‬ ‫بالتحلل تحت ‪ 200‬درجة مئوية‪ ،‬ونزع‬ ‫‪92‬‬ ‫الهيدروكسيل من الماء مع ماء‬ ‫التبلور فوق درجة حرارة ‪ 450‬درجة‬ ‫مئوية‪.‬‬ ‫بشكل عام‪ ،‬تحتوي المواد الطينية‬ ‫على ثالثة أنواع من جزيئات الماء‬ ‫في بنيتها‪ .‬يرتبط الماء الممزوج‬ ‫بالحرارة والطبقة البينية بشكل‬ ‫فضفاض ويمكن إزالته بالمعالجة‬ ‫الحرارية تحت ‪ 200‬درجة مئوية‪.‬‬ ‫جزيئات الماء الموجودة في مجال‬ ‫الطبقة‬ ‫أليونات‬ ‫األول‬ ‫التنسيق‬ ‫البينية مرتبطة بقوة وتتطلب درجة‬ ‫حرارة أعلى في حدود ‪ 500-300‬درجة‬ ‫يمكن‬ ‫ًا‪،‬‬ ‫أخير‬ ‫إلزالتها‪.‬‬ ‫مئوية‬ ‫لمجموعات الهيدروكسيل الهيكلية أن‬ ‫تتكثف وتجفف في نطاق درجة حرارة‬ ‫‪ 800-500‬درجة مئوية‪.‬‬ ‫‪93‬‬ Source: A.B. ElDeeb a et al 2019, Extraction of alumina from kaolin by a combination of pyroand hydrometallurgical Processes, Applied Clay Science 172 (2019) 146–154 ‫) يوضح التحليل الحراري‬11( ‫المخطط رقم‬ ‫التفاضلي لعينة الكاؤولين‬ 94 ‫الفصل الرابع‬ ‫استخالص االلومينا من‬ ‫الكاؤولين بطريقة التحميص‬ ‫والمعالجة الحامضية‬ ‫األلومينا معدن صناعي مهم‪ ،‬يمكن‬ ‫استخدامه كعامل مساعد‪ ،‬كمادة‬ ‫توجد‬ ‫امتزاز‪.‬‬ ‫وكعامل‬ ‫كاشطة‪،‬‬ ‫األلومينا كشكل مستقر (‪)α-alumina‬‬ ‫وفي مجموعة متنوعة من األشكال‬ ‫الفوقية الثابتة بما في ذلك ‪γ-,‬‬ ‫‪ .η-, δ-, θ-, κ-, χ-alumina‬تتواجد‬ ‫ًة في الطبيعة‬ ‫األلومينا بصورة نقي‬ ‫على شكل أوكسيد األلمنيوم المعدني‬ ‫وعلى الرغم من أن أهم خام طبيعي‬ ‫لأللومينا هو البوكسايت فقد تم‬ ‫استخدام البوكسايت على نطاق واسع‬ ‫في الصناعة إلنتاج األلومينا عبر‬ ‫عملية باير‪ .‬ال يتواجد البوكسايت‬ ‫في العديد من مناطق العالم لذلك‬ ‫فإن أحد المصادر البديلة هو خام‬ ‫الكاؤولين الغني باأللمنيوم‪ ،‬وهو‬ ‫‪95‬‬ ‫عبارة عن سيليكات االلمنيوم المائي‬ ‫(‪ )Al2Si2O5(OH)4‬المصنوع من معدن‬ ‫الكاؤلين‪.‬‬ ‫تم اقتراح تطوير عملية الستخراج‬ ‫من‬ ‫بسلسلة‬ ‫الطين‬ ‫من‬ ‫األلومينا‬ ‫العمليات تتكون من‪:‬‬ ‫‪ .1‬تحميص الطين عند حوالي ‪700‬‬ ‫درجة مئوية‪.‬‬ ‫‪ .2‬هضم الطين المحمص بحامض‬ ‫الهيدروكلوريك المخفف‪.‬‬ ‫المادة‬ ‫لفصل‬ ‫‪ .3‬الترشيح‬ ‫القابلة‬ ‫غير‬ ‫السيليسية‬ ‫للذوبان عن المحلول المحتوي‬ ‫والشوائب‬ ‫األلمنيوم‬ ‫على‬ ‫القابلة للذوبان‪ ،‬مثل أمالح‬ ‫الحديد والقلويات‪.‬‬ ‫‪ .4‬تركيز المحلول‪.‬‬ ‫‪ .5‬ترسيب األلمنيوم على هيئة‬ ‫المحلول‬ ‫من‬ ‫مائي‬ ‫كلوريد‬ ‫المركز بإضافة غاز كلوريد‬ ‫الهيدروجين‪.‬‬ ‫كلوريد‬ ‫بلورات‬ ‫‪ .6‬إزالة‬ ‫االلمنيوم المائي‪.‬‬ ‫‪ .7‬غسل البلورات إلزالة الشوائب‬ ‫الملتصقة‪.‬‬ ‫‪96‬‬ ‫المائي‬ ‫الكلوريد‬ ‫‪ .8‬تكليس‬ ‫للحصول على األلومينا‪.‬‬ ‫‪ .9‬استعادة حامض الهيدروكلوريك‬ ‫من منتجات النفايات في نهاية‬ ‫العملية‪.‬‬ ‫من‬ ‫األلومينا‬ ‫استخالص‬ ‫وصف‬ ‫تم‬ ‫المعالجة‬ ‫بمقارنة‬ ‫الكاؤلين‬ ‫المكلسن‬ ‫للكاؤولين‬ ‫الحامضية‬ ‫باستخدام حامض النتريك والكبريتيك‬ ‫والهيدروكلوريك‪ .‬وخلصوا إلى أن‬ ‫معدل استخالص األلومينا يكون أسرع‬ ‫مع حامض الهيدروكلوريك‪ ،‬وأبطأ مع‬ ‫حامض الكبريتيك‪ ،‬وأبطأ مع حامض‬ ‫النتريك‪(Salahudeen N. 2018).‬‬ ‫تم تصنيع ‪ Al2O3-‬باستخدام ‪Kankara‬‬ ‫ان‬ ‫ووجد‬ ‫نيجيريا‬ ‫في‬ ‫‪kaolin‬‬ ‫العملية تتضمن كال من الكلسنة عند‬ ‫‪ 750‬درجة مئوية لمدة ساعتين‬ ‫يليها‬ ‫الميتاكاؤولين‪،‬‬ ‫لتحضير‬ ‫‪96‬‬ ‫بنسبة‬ ‫الحامضية‬ ‫المعالجة‬ ‫بالوزن‪ H2SO4 ٪‬والتفاعل مع كبريتات‬ ‫األمونيوم لتكوين كبريتات األلمنيوم‬ ‫‪97‬‬ ‫األمونيوم‪ .‬تم استخدام الكلسنة عند‬ ‫‪ 850‬درجة مئوية لمدة ‪ 3‬ساعات‬ ‫األمونيوم‬ ‫األلمنيوم‬ ‫لكبريتات‬ ‫للحصول على ‪-‬االلومينا‪ .‬كان نسبة‬ ‫استخالص األلومينا المقابل حوالي‬ ‫‪.٪85‬‬ ‫العملية الثانية تم اخذ الكاؤلين‬ ‫من منطقة الرياض في المملكة‬ ‫كلسنة‬ ‫وتم‬ ‫السعودية‬ ‫العربية‬ ‫الكاؤلين عند درجات حرارة تتراوح‬ ‫بين ‪ 400‬درجة مئوية و‪ 800‬درجة‬ ‫مئوية لفترات كلسنة مختلفة (‪120-5‬‬ ‫اجراء‬ ‫ذلك‬ ‫بعد‬ ‫تم‬ ‫دقيقة)‪.‬‬ ‫للكاؤلين‬ ‫الحامضية‬ ‫المعالجة‬ ‫المكلسن بحامض ‪ HCl3‬موالر تحت ظروف‬ ‫مختلفة كان نسبة استخالص األلومينا‬ ‫المقابل حوالي ‪.٪63‬‬ ‫تم استكشاف عن تواجد ترسبات كبيرة‬ ‫للكاؤولين في األردن‪ ،‬وأهمها تلك‬ ‫الموجودة في جنوب األردن‪ُ .‬‬ ‫يعتقد أن‬ ‫الكاؤلين الموجود في جنوب األردن‬ ‫هو البديل المناسب الذي يمكن من‬ ‫عالية‬ ‫األلومينا‬ ‫إنتاج‬ ‫خالله‬ ‫‪98‬‬ ‫على‬ ‫الطلب‬ ‫يتزايد‬ ‫النقاء‪.‬‬ ‫يتم‬ ‫حيث‬ ‫األردن‬ ‫في‬ ‫األلومينا‬ ‫حامض‬ ‫صناعة‬ ‫في‬ ‫استخدامه‬ ‫المتزايدة‬ ‫واألسمدة‬ ‫الفوسفوريك‬ ‫باستمرار‪ ،‬وبالتالي تم اإلبالغ عن‬ ‫من‬ ‫األردن‬ ‫واردات‬ ‫في‬ ‫زيادة‬ ‫األلومينا ومصادر أخرى‪ .‬يستخدم‬ ‫المصدر إلنتاج فلوريد األلمنيوم‬ ‫كمنتج ثانوي‪.‬‬ ‫يجب ان يؤخذ بنظر االعتبار الجوانب‬ ‫االقتصادية لعملية استخالص االلومينا‬ ‫من الخامات الغير بوكسايتية والتي‬ ‫مختلف‬ ‫باتباع‬ ‫تتم‬ ‫ان‬ ‫يمكن‬ ‫العمليات التكنولوجية‪(Bergaya .‬‬ ‫)‪F. 2006‬‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫تعتبر خرسانة السمنت البورتالندي‬ ‫من مواد البناء واالنشاء األكثر‬ ‫استخداً‬ ‫ما في العالم منذ عقود ‪.‬‬ ‫ومع ذلك‪ ،‬فإن البحوث في مجال‬ ‫تكنولوجيا الخرسانة ال تزال في‬ ‫تزايد مستمر لتلبية وتطوير بعض‬ ‫يتعلق‬ ‫فيما‬ ‫المعينة‬ ‫الخواص‬ ‫‪99‬‬ ‫بالمقاومة والديمومة واالستدامة ‪.‬‬ ‫لذلك تم تطوير عدة أنواع خاصة من‬ ‫الخرسانة لتحسين أداءها ‪.‬تحتوي‬ ‫معظم أنواع الخرسانة الحديثة على‬ ‫مواد إسمنتية تكميلية كبديل جزئي‬ ‫للسمنت‪ .‬ان معظم هذه المواد هي‬ ‫لبعض‬ ‫)مخلفات(‬ ‫عرضية‬ ‫نواتج‬ ‫الصناعات مثل الرماد المتطاير‪،‬‬ ‫وخبث االفران‪ ،‬ورماد قشور الرز‪،‬‬ ‫وابخرة السيليكا ‪.‬كما يمكن ان‬ ‫تنتج هذه المواد من مصادر االرض‬ ‫الطبيعية مثل البوزوالنا الطبيعية‬ ‫والميتاكاؤولين ‪.‬ان اضافة المواد‬ ‫السمنتية التكميلية كبديل جزئي‬ ‫من السمنت تعمل على تحسين خصائص‬ ‫وتقليل‬ ‫وديمومتها‪،‬‬ ‫الخرسانة‬ ‫التلوث البيئي بالمخلفات الصلبة‪،‬‬ ‫كما تعمل على تقليل انبعاثات غاز‬ ‫ثاني اوكسيد الكاربون ‪ CO2‬الناتج‬ ‫من صناعة السمنت ‪.‬أن النعومة‬ ‫الفائقة والفعالية البوزوالنية‬ ‫يظهران‬ ‫للميتاكاؤولين‬ ‫العالية‬ ‫اداً‬ ‫ً في مقاومة وديمومة‬ ‫ء ا رائعا‬ ‫‪100‬‬ ‫الخرسانة ‪.‬وبشكل عام فان تأثير‬ ‫مالئة‬ ‫كمادة‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫ومساهمتها في تسريع عملية االماهة‬ ‫للسمنت والتفاعل البوزوالني مع‬ ‫هيدروكسيد الكالسيوم تعتبر من‬ ‫العوامل االساسية المؤثرة على‬ ‫كمادة‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫اداء‬ ‫اسمنتية في الخرسانة‪.‬‬ ‫نوع واحد من المواد السمنتية‬ ‫التكميلية هو الميتاكاؤولين (‪)MK‬‬ ‫الذي يتم الحصول عليه عن طريق‬ ‫المعالجة الحرارية (الكلسنة) من‬ ‫السبب‬ ‫النقي‪.‬‬ ‫الكاؤولين‬ ‫طين‬ ‫الرئيسي إلدراج الميتاكاؤولين في‬ ‫النظام القائم على األسمنت هو‬ ‫نشاطه البوزوالني والذي يشير إلى‬ ‫قدرة السيليكات االلومينات في‬ ‫المواد السمنتية التكميلية مثل‬ ‫الميتاكاؤولين على التفاعل مع‬ ‫هيدروكسيد الكالسيوم (‪ )CH‬بعد‬ ‫ترطيب األسمنت لتكوين الكالسيوم‬ ‫الجل الثانوي لهايدرات سيليكات‬ ‫الكالسيوم (‪ .)CSH‬ان هذا التفاعل‬ ‫‪101‬‬ ‫تحسين منطقة االنتقال البينية‬ ‫مباشرً‬ ‫البنية‬ ‫وتصبح‬ ‫ة‪،‬‬ ‫(‪)ITZ‬‬ ‫المجهرية أكثر كثافة مع وجود عدد‬ ‫أقل من المسامات نتيجة لذلك‪ ،‬سوف‬ ‫تتحسن الخواص الميكانيكية للسمنت‬ ‫من قوة ومتانة‪.‬‬ ‫ان الكاؤولينايت هو خام معدني‬ ‫طيني يتكون من هيكل طبقة بلورية‬ ‫بديلة من ثنائي سيليكات األلمنيوم‬ ‫المائي (‪ ،)Al2O3.2SiO2.2H2O‬وهذا‬ ‫الهيكل الصفيحي مشحون كهربائيا‬ ‫ً‬ ‫وتشكال‬ ‫ًا للجسيمات‬ ‫ًا دقيق‬ ‫يعطي حجم‬ ‫يشبه الصفيحة وهو ذو ملمس ناعم‬ ‫يشبه الصابون‪.‬‬ ‫التكوينات‬ ‫على‬ ‫العثور‬ ‫يمكن‬ ‫الجيولوجية لطين الكاؤولين في‬ ‫مناطق مختلفة حول العالم مثل‬ ‫الصين وأمريكا الجنوبية وأمريكا‬ ‫الشمالية وأوروبا‪ .‬هناك ترسبات‬ ‫كبيرة من الطين الرسوبي (المنقول)‬ ‫‪ kaolinite‬في العراق‪ ،‬والتي لها‬ ‫أسماء مختلفة مثل؛ طين الكاؤولين‪،‬‬ ‫طيني‬ ‫وحجر‬ ‫صلصال‪،‬‬ ‫كروي‬ ‫طين‬ ‫‪102‬‬ ‫كاؤولين‪ .‬بشكل عام‪ ،‬يتم الكشف عن‬ ‫معظم رواسب طين الكاؤولين العراقي‬ ‫لمحافظة‬ ‫الغربية‬ ‫الصحراء‬ ‫في‬ ‫األنبار‪ ،‬كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬ ‫المكشوفة‬ ‫التكوينات‬ ‫قطاعات‬ ‫الرئيسية التي تحتوي على طين‬ ‫الكاؤولين هي تكوينات الكعرة‬ ‫يتكون‬ ‫والعامج‪.‬‬ ‫والحسينيات‬ ‫التركيب المعدني للطين الكروي‬ ‫المأخوذ من (رواسب دويخلة ‪ -‬تكوين‬ ‫الكعرة) من (‪ ٪88‬كاؤولين‪٪8 ،‬‬ ‫كوارتز‪ ٪0.4 ،‬مادة عضوية‪ ،‬و‪٪3.6‬‬ ‫أخرى) حسب فحوصات حيود األشعة‬ ‫السينية‪.‬‬ ‫‪103‬‬ ‫) رواسب طين الكاؤولين العراقي‬2( ‫خارطة رقم‬ ‫في الصحراء الغربية لمحافظة األنبار‬ Tamar-Agha, M. Y., Mustafa, M. M. and Ibrahim, A. A. A., 2020. Characterization and Potential Industrial Utilization of the Permian Kaolin Clay Deposits, Ga’Ara Area, Western Iraq, Iraqi Bulletin of Geology and Mining, 16(1), pp. 105–126. Available at: http://ibgmiq.org/. ‫شجعت وفرة طين الكاؤولين في‬ ‫للعراق‬ ‫الجيولوجي‬ ‫التكوين‬ ‫الستخدام‬ ‫الواعدة‬ ‫والنتائج‬ ،‫الخرسانة‬ ‫في‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫تبني‬ ‫على‬ ‫المحليين‬ ‫الباحثين‬ 104 ‫المحلي‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫استخدام‬ ‫كإضافة بوزوالنية للخرسانة والمالط‪.‬‬ ‫ومع ذلك‪ ،‬فقد تم عرض أوراق بحثية‬ ‫مكثفة وأطروحة أكاديمية باستخدام‬ ‫الميتاكاؤولين المحلي إلنتاج أنواع‬ ‫مختلفة من الخرسانة‪.‬‬ ‫‪ .2‬تصنيع الميتاكاؤولين من االطيان‬ ‫العراقية‬ ‫معظم مخلفات النفايات الصلبة‬ ‫من‬ ‫ثانوية‬ ‫منتجات‬ ‫عن‬ ‫عبارة‬ ‫النفايات الصناعية مثل الرماد‬ ‫األفران‬ ‫وخبث‬ ‫(‪،)FA‬‬ ‫المتطاير‬ ‫العالية الحبيبية (‪ ،)GGBS‬ودخان‬ ‫السيليكا (‪ ،)SF‬في حين أن بعضها‬ ‫نقي كبوزوالن طبيعي‪.‬‬ ‫يتم إنتاج الميتاكاؤولين عن طريق‬ ‫تكليس طين الكاؤولين تحت معالجة‬ ‫حرارية يتم التحكم فيها بعناية‬ ‫إلى درجات حرارة تتراوح بين ‪-600‬‬ ‫‪ 900‬درجة مئوية‪ .‬تلعب درجة حرارة‬ ‫‪105‬‬ ‫ًا‬ ‫الكلسنة (المعالجة الحرارية) دور‬ ‫تنشيط‬ ‫إعادة‬ ‫في‬ ‫ًا‬ ‫حاسم‬ ‫إنتاج‬ ‫نحو‬ ‫الكاؤولينايت‬ ‫اسمنتية‬ ‫كمادة‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫تكميلية عن طريق استكمال عملية‬ ‫نزع الهيدروكسيل‪.‬‬ ‫مجموعات‬ ‫الكاؤولين‬ ‫يفقد‬ ‫الهيدروكسيل الهيكلية أثناء عملية‬ ‫الحرق أو الكلسنة‪ ،‬مع إعادة ترتيب‬ ‫طبقات األلومينا والسيليكا‪ ،‬مما‬ ‫يؤدي إلى انهيار البنية البلورية‬ ‫للطين وفقدانه سالسله الطويلة‪.‬‬ ‫وبالتالي تصبح رقائق الكاؤولين‬ ‫أكثر تشوً‬ ‫ًا وتصبح مادة‬ ‫ها وتكثيف‬ ‫تعرف‬ ‫متبلورة‬ ‫غير‬ ‫هذا‬ ‫يحتوي‬ ‫بالميتاكاؤولينايت‪.‬‬ ‫المنتج على مرحلة انتقالية شديدة‬ ‫التفاعل‪ ،‬ونشاط بوزوالني‪ ،‬ومناسب‬ ‫لالستخدام كمواد تدعيم تكميلية في‬ ‫التطبيقات الخرسانية‪.‬‬ ‫‪106‬‬ ‫لكلسنة‬ ‫العملية‬ ‫الظروف‬ ‫الكاؤولينايت العراقي‬ ‫تكون درجة الحرارة المنخفضة أقل‬ ‫فعالية في تطوير الميتاكاؤولين‬ ‫النشط الن درجة الحرارة العالية‬ ‫تعمل على تلبيد طين الكاؤولين‬ ‫ليشكل الطور المحترق الميت من‬ ‫مادة مقاومة للحرارة غير ذات‬ ‫فعالية تسمى المواليت‪ .‬اتخذ معظم‬ ‫الباحثين المحليين درجة حرارة‬ ‫‪ 750-700‬درجة مئوية كدرجة حرارة‬ ‫للميتاكاؤولين‬ ‫مثلى‬ ‫كلسنة‬ ‫اعتماً‬ ‫العمل‬ ‫على‬ ‫دا‬ ‫العراقي‪،‬‬ ‫التجريبي أو الدراسات السابقة‪.‬‬ ‫أجريت دراسة لتحسين درجة حرارة‬ ‫الكلسنة ووقت تحويل الكاؤولين‬ ‫العراقي إلى ميتاكاؤولين نشط‪ .‬تم‬ ‫‪107‬‬ ‫حرق طين الكاؤولين في خمس درجات‬ ‫حرارة مختلفة (‪،650 ،600 ،550‬‬ ‫‪ )750 ،700‬درجة مئوية لمدة نصف‬ ‫ساعة‪ .‬أشارت النتائج إلى أن ‪700‬‬ ‫درجة مئوية كانت درجة حرارة‬ ‫الكلسنة المثلى فيما يتعلق بأعلى‬ ‫مؤشر نشاط قوة (‪ .)٪102‬عالوة على‬ ‫ذلك‪ ،‬حدد الباحثون أفضل وقت للغمر‬ ‫الحراري عند ‪ 700‬درجة مئوية عن‬ ‫طريق حرق الكاؤولينايت لمدة ‪0.5‬‬ ‫و‪ 1‬و‪ 1.5‬و‪ 2‬ساعة‪ ،‬ثم اختبروا قوة‬ ‫ضغط المالط مع استبدال األسمنت‬ ‫بنسبة ‪ ٪20‬ميتاكاؤولين لكل مرة تم‬ ‫اختبارها‪ .‬أظهرت النتائج أن درجة‬ ‫لطين‬ ‫المثلى‬ ‫الكلسنة‬ ‫حرارة‬ ‫الكاؤولين العراقي هي ‪ 700‬درجة‬ ‫مئوية لمدة ساعة واحدة‪ .‬ال يختلف‬ ‫ًا عن هذه النتائج وقد وجد أنه‬ ‫كثير‬ ‫من بين (‪ 500‬و‪ 700‬و‪ )900‬درجة‬ ‫مئوية‪ ،‬سيتم الحصول على أعلى‬ ‫مقاومة للضغط للخالئط الخرسانية‬ ‫التي تحتوي على (‪ 15 ،10 ،5‬و‪٪ )20‬‬ ‫من الميتاكاؤولين يمكن الحصول‬ ‫‪108‬‬ ‫الطين‬ ‫كلسنة‬ ‫طريق‬ ‫عن‬ ‫عليها‬ ‫الكاؤوليني العراقي عند ‪ 700‬درجة‬ ‫مئوية لمدة ساعة واحدة‪ .‬كانت جرعة‬ ‫االستبدال المثلى ‪ ٪5‬والتي تكتسب‬ ‫‪ 30‬ميجا باسكال من قوة االنضغاط‬ ‫عند ‪ 28‬يوً‬ ‫ما‪ .‬على الرغم من تشابه‬ ‫التركيب المعدني للميتاكاؤولين مع‬ ‫دخان السيليكا والذي يتكون أساسًا‬ ‫غير‬ ‫ألومينوسيليكات‬ ‫طور‬ ‫من‬ ‫المتبلور (‪ .)Si-Al-O‬ومع ذلك‪،‬‬ ‫يحتوي التركيب الكيميائي لـدخان‬ ‫السيليكا على أكثر من ‪SiO2 ٪85‬‬ ‫بالكتلة مقابل ‪ ٪50‬للميتاكاؤولين‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫يأخذ‬ ‫وبالتالي‪،‬‬ ‫المستوى الثاني بعد دخان السيليكا‬ ‫في التسلسل الهرمي البوزوالني‬ ‫كمادة بوزوالنية نشطة‪ .‬بشكل عام‪،‬‬ ‫الرئيسية‬ ‫الكيميائية‬ ‫المكونات‬ ‫لـلميتاكاؤولين العراقي هي أكاسيد‬ ‫السيليكا وااللومينا (أكثر من ‪٪80‬‬ ‫بالكتلة) مع كمية أقل من أوكسيد‬ ‫الحديديك‪.‬‬ ‫‪109‬‬ ‫الطريقة الصناعية النتاج‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫من الناحية النظرية‪ ،‬هناك ثالث‬ ‫مراحل للتحول الحراري للكاؤولين إلى‬ ‫ميتاكاؤولينايت‪:‬‬ ‫ عندما تبدأ عملية التسخين‪ ،‬فإن‬‫هيكل الكاؤولين سوف ينهار ويفصل‬ ‫طبقة األلومينا وطبقة السيليكات‬ ‫ويتحطم هيكل البنية الداخلية‬ ‫الطويل‪ .‬تستمر هذه العملية حتى‬ ‫تصل درجة حرارة التسخين إلى ‪400‬‬ ‫درجة مئوية‪ ،‬بسبب نزع مجموعة‬ ‫الهيدروكسيل من بنية الهيدروكسيل‬ ‫في الطبقة مما يتسبب في تبخر ماء‬ ‫التبلور وترك الهيكل الرئيسي‬ ‫للبنية البلورية للطين‪.‬‬ ‫ سوف ينكسر هيكل الكاؤولين في معدن‬‫مركب ماء‬ ‫الكاؤولينايت بإطالق‬ ‫التبلور والذي يحصل في درجة حرارة‬ ‫درجة‬ ‫(‪200-100‬‬ ‫ًا‬ ‫نسبي‬ ‫منخفضة‬ ‫مئوية) ويستمر حتى تصل درجة‬ ‫الحرارة إلى ‪ 400‬درجة مئوية‪ .‬ان‬ ‫المرحلة األولى تحصل بالتزامن مع‬ ‫المرحلة األولى وفي وقت واحد‪ .‬خالل‬ ‫عملية نزع الهيدروكسيل‪ ،‬يتم فصل‬ ‫ايونات‬ ‫لتشكيل‬ ‫‪OH‬‬‫مجموعة‬ ‫‪110‬‬ ‫الهيدروجين الموجبة ‪ H+‬وايونات‬ ‫االوكسجين السالبة ‪ O-2‬أيونات‪.‬‬ ‫يرتبط البروتون الخاص بأيونات‬ ‫هيدروكسيل‬ ‫بمجموعة‬ ‫الهيدروجين‬ ‫أخرى ‪ OH-‬لتشكيل جزيئات الماء التي‬ ‫سوف تتبخر أثناء العملية وتبقى‬ ‫ايونات االوكسجين السالبة ‪ O-2‬في‬ ‫البلورية‬ ‫الشبكة‬ ‫سيتم‬ ‫والتي‬ ‫للميتاكاؤولينايت‬ ‫تشكيلها بعد ان تحصل مرحلة إعادة‬ ‫البناء التالية‪.‬‬ ‫ بعد فترة‪ ،‬سيختبر هيكل طبقة‬‫الكاؤولين المكسور عملية إعادة‬ ‫بناء‪ .‬عند درجة حرارة حوالي ‪600‬‬ ‫درجة مئوية‪ ،‬ستخضع إعادة بناء‬ ‫هيكل طبقة األلومينا والسيليكا‬ ‫الميتاكاؤولينايت‬ ‫لتكوين‬ ‫(‪ )Al2Si2O7‬مع بنية بلورية واتجاه‬ ‫يشبه الكاؤولينايت‪ .‬يمكن التعبير‬ ‫عن تفاعل نزع الهيدروكسيل من‬ ‫الشرح أعاله على النحو التالي‪:‬‬ ‫‪Al2Si2O5(OH)4‬‬ ‫‪Al2Si2O7 + 2H2O‬‬ ‫)‪(1‬‬ ‫‪111‬‬ ‫إذا تم إجراء عملية الكلسنة في‬ ‫درجة حرارة أعلى (‪ 950-925‬درجة‬ ‫مئوية)‪ ،‬فإن هيكل الميتاكاؤولين‬ ‫سوف يتشكل على بنية بلورية تسمى‬ ‫من‬ ‫يتكون‬ ‫‪Spinel‬‬ ‫السباينال‬ ‫األلمنيوم والسيليكون (‪،)Si3Al4O12‬‬ ‫ً عنه على النحو التالي‪:‬‬ ‫معبرا‬ ‫‪2Al2Si2O7‬‬ ‫‪Si3Al4O12 + SiO2‬‬ ‫)‪(2‬‬ ‫ستؤدي عملية الكلسنة في درجة‬ ‫حرارة أعلى من ‪ 950‬درجة مئوية (~‬ ‫‪ 1050‬درجة مئوية) إلى تغيير هيكل‬ ‫المواليت‬ ‫هيكل‬ ‫إلى‬ ‫السباينال‬ ‫التسخين‬ ‫وسيؤدي‬ ‫(‪)Al2O3.2SiO23‬‬ ‫اإلضافي (عند ‪ 1200‬درجة مئوية) إلى‬ ‫تغيير هيكل أوكسيد السيليكون ‪SiO2‬‬ ‫غير المتبلور ليصبح كريستوبااليت‬ ‫ًا عنه على النحو التالي‪:‬‬ ‫‪ ،SiO2‬معبر‬ ‫‪3Si3Al4O12‬‬ ‫)‪2Si2Al6O13 + 5SiO2 (amorphous‬‬ ‫)‪(3‬‬ ‫)‪SiO2 (amorphous‬‬ ‫)‪SiO2 (Cristobalite‬‬ ‫‪112‬‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫خصائص‬ ‫تعتمد‬ ‫الناتجة عن عملية الكلسنة على كل‬ ‫من وقت الكلسنة ودرجة الحرارة‬ ‫المستخدمة لكلسنة الكاؤولين‪ .‬لقد‬ ‫تم تحديد مدى درجات الحرارة الذي‬ ‫يستخدم في عملية كلسنة الكاؤولين‬ ‫ليكون ضمن المدى ‪ 800-550‬درجة‬ ‫مئوية‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬ان ظروف عملية‬ ‫الكلسنة غير ثابتة بل انها عبارة‬ ‫عن مديات من درجات الحرارة ومديات‬ ‫من زمن الكلسنة وذلك الن هذه‬ ‫الظروف تتبع مصدر الخام وتختلف‬ ‫باختالف مصدر الكاؤولين المستخدم‬ ‫اذ ان اختالف مصادر الخام يعني‬ ‫اختالف التركيب الكيمياوي والتركيب‬ ‫المعدني لكل مصدر وبالتالي أصبح‬ ‫هذا االختالف هو السبب في البحث عن‬ ‫اختيار أفضل درجة حرارة كلسنة‬ ‫النتاج‬ ‫كلسنة‬ ‫وقت‬ ‫وأفضل‬ ‫الميتاكاؤولين النشط‪.‬‬ ‫الميكانيكية‬ ‫المعالجة‬ ‫ان‬ ‫للميتاكاؤولين الناتج من عملية‬ ‫‪113‬‬ ‫الكلسنة عن طريق استخدام الطحن هي‬ ‫إحدى الطرق المستخدمة لزيادة نشاط‬ ‫وتفاعلية الميتاكاؤولين المنتج في‬ ‫عملية الكلسنة وهذه الطريقة هي‬ ‫احدى الطرق المتبعة في زيادة‬ ‫تنشيط الميتاكاؤولين ألنه يعمل على‬ ‫قليل الحجم الحبيبي للميتاكاؤولين‬ ‫وزيادة المساحة السطحية المحددة‬ ‫للجسيم‪ .‬اضافة الى ذلك ان عملية‬ ‫الطحن ستعمل على اختبار االضطراب‬ ‫الهيكلي التدريجي الذي يعمل على‬ ‫البنية‬ ‫ذو‬ ‫الكاؤولين‬ ‫تحويل‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫الى‬ ‫البلورية‬ ‫العديم التبلور الذي سوف يمنح هذا‬ ‫المادة‬ ‫صفة‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫البوزوالنية ذات النشاط العالي‬ ‫والتفاعلية الكبيرة‪.‬‬ ‫ان الخصائص البوزوالنية للمادة هي‬ ‫خصائص تصف قدرة المادة على إجراء‬ ‫(الجير)‬ ‫الكالسيوم‬ ‫مع‬ ‫تفاعل‬ ‫الموجود في السمنت بوجود الماء في‬ ‫بيئة التفاعل لتكوين مادة ذات‬ ‫خصائص اسمنتية‪ .‬لقياس أو معرفة‬ ‫خصائص مادة ما‪ ،‬توجد طريقتان‬ ‫لقياسها؛ الطريقة المباشرة نظرية‬ ‫وطريقة غير مباشرة عملية‪ .‬ان‬ ‫‪114‬‬ ‫على‬ ‫تعتمد‬ ‫المباشرة‬ ‫الطريقة‬ ‫خصائص‬ ‫لتوصيف‬ ‫األداة‬ ‫استخدام‬ ‫المواد مع أو بدون الحاجة إلى‬ ‫معرفة أن تفاعل البوزوالني يحدث‬ ‫للميتاكاؤولين‪ .‬في حين أن الطريقة‬ ‫غير المباشرة تعتمد على تعديل‬ ‫الخواص الميكانيكية من األسمنت عند‬ ‫الميتاكاؤولين‪.‬‬ ‫إضافة‬ ‫)‪(Astutiningsih S. 2018‬‬ ‫الفصل الخامس‬ ‫انتاج الشب من الكاؤولينايت‬ ‫الكاؤولين هو معدن طيني يشكل جزً‬ ‫ءا‬ ‫من مجموعة المعادن الصناعية‪.‬‬ ‫التركيب الكيميائي العام للمعدن‬ ‫‪115‬‬ ‫‪ .Al2Si2O5(OH)4‬ويتصف بإنه معدن‬ ‫سيليكاتي ذو طبقات‪ ،‬مع صفيحة‬ ‫رباعية السطوح مرتبطة من خالل ذرات‬ ‫األوكسجين بصفيحة ثماني السطوح من‬ ‫األلومينا ثماني السطوح‪ُ .‬‬ ‫تعرف‬ ‫الصخور الغنية بالكاؤولين باسم‬ ‫الكاؤولين أو الطين الصيني وهذا‬ ‫االسم مشتق من قرية كاولينغ في‬ ‫الصين‪ .‬تتميز الكاؤولينايت بقدرة‬ ‫منخفضة على االنكماش والتضخم وقدرة‬ ‫منخفضة على التبادل الكاتيوني (‪-1‬‬ ‫‪ meq / 1005‬غم)‪(Adeoye J. B. et .‬‬ ‫)‪al 2018‬‬ ‫المعادن‬ ‫من‬ ‫الكاؤولين‬ ‫يعتبر‬ ‫الناعمة‪ ،‬ترابي‪ ،‬أبيض عادة (طين‬ ‫فايلوسيليكات ثنائي االوكتاهدرا)‪،‬‬ ‫الكيميائية‬ ‫التجوية‬ ‫عن‬ ‫ينتج‬ ‫لمعادن سيليكات األلمنيوم مثل‬ ‫الفلدسبار‪ .‬في أجزاء كثيرة من‬ ‫العالم‪ ،‬تتلون هذه االطيان باللون‬ ‫الوردي والبرتقالي واألحمر بواسطة‬ ‫ً‬ ‫لونا‬ ‫أوكسيد الحديد‪ ،‬مما يمنحها‬ ‫اما في حالة‬ ‫ًا من الصدأ‪.‬‬ ‫مميز‬ ‫‪116‬‬ ‫تركيز اقل الوكسيد الحديد فان‬ ‫ً‬ ‫ألوانا بيضاء أو‬ ‫الكاؤولين يكون‬ ‫صفراء أو برتقالية فاتحة‪.‬‬ ‫ان المصدر األساسي إلنتاج الشب هو‬ ‫خام البوكسايت‪ ،‬ولكن مع انخفاض‬ ‫كمية الترسبات‪ ،‬يتم البحث عن‬ ‫مصادر بديلة‪ .‬يعد الكاؤولين أحد‬ ‫البدائل المفيدة‪ ،‬كما أن وجوده‬ ‫محتوى‬ ‫في‬ ‫البوكسايت‬ ‫بجانب‬ ‫األلومينا جعله أكثر رغبة في إنتاج‬ ‫الشب‪ .‬كلمة الشب (‪ )Alum‬مشتقة من‬ ‫صيغتها الالتينية العامة "‪،"Lumen‬‬ ‫والتي تم تطبيقها على العديد من‬ ‫المواد ذات التأثير التجميعي‪.‬‬ ‫)‪(Adeoye J. B. et al 2018‬‬ ‫ان عملية تجميع وترسيب العوالق في‬ ‫أنواع المياه هي عملية مهمة في‬ ‫معالجة المياه (مياه الشرب أو‬ ‫النفايات السائلة الصناعية)‪ُ .‬‬ ‫يعرف‬ ‫‪117‬‬ ‫الشب‪ Al2(SO4)3.14-27H2O ،‬أو األمالح‬ ‫المزدوجة المكافئة له سواء من‬ ‫الصوديوم أو البوتاسيوم بأنه أكثر‬ ‫ًا التي يتم‬ ‫مواد التجميع شيوع‬ ‫ًا‬ ‫استخدامها في معالجة المياه نظر‬ ‫لفعاليته في معالجة مجموعة واسعة‬ ‫من أنواع المياه‪ .‬ال تزال كلفة‬ ‫ًا‬ ‫ًا تجعله خيار‬ ‫الشب المنخفضة نسبي‬ ‫مناسبا لعملية معالجة المياه على‬ ‫الرغم من عيوبه القليلة من حيث‬ ‫اإلنتاج الكبير للمخلفات الطينية‬ ‫ونطاق األس الهيدروجيني المحدود من‬ ‫بمواد‬ ‫مقارنته‬ ‫عند‬ ‫الفعالية‬ ‫التجميع الحديثة مثل متعدد كلوريد‬ ‫كبريتات‬ ‫(‪،)PACl‬‬ ‫األلمنيوم‬ ‫األلمنيوم (‪(Adeoye J. B. et .)PAS‬‬ ‫)‪al 2018‬‬ ‫باإلضافة إلى الدور التقليدي للشب‬ ‫كمادة تجميع وترسيب في معالجة‬ ‫المياه‪ ،‬فان الشب يستخدم بشكل‬ ‫كبير في صناعة الورق لعمليات‬ ‫مختلفة‪ .‬عادة ما يكون بمثابة مادة‬ ‫الذعة في الصباغة وهو مقدمة أساسية‬ ‫‪118‬‬ ‫للعديد من المواد الكيميائية‪ ،‬من‬ ‫بينها األلومينا وهو من السلع‬ ‫الرئيسية‪.‬‬ ‫تقليديا‪ ،‬يتم إنتاج الشب عن طريق‬ ‫المعالجة الحامضية لخام البوكسايت‬ ‫(خاصة حامض الكبريتيك)‪ .‬ومع ذلك‪،‬‬ ‫ًا من‬ ‫فإن البوكسايت يتناقص عالمي‬ ‫حيث الكمية والنوعية‪ ،‬األمر الذي‬ ‫أصبح مصدر قلق خطير باإلضافة إلى‬ ‫ًا ما يكون البوكسايت‬ ‫ذلك‪ ،‬غالب‬ ‫ًا تماً‬ ‫ما بالكميات التجارية‬ ‫غائب‬ ‫المعروفة في معظم البلدان النامية‬ ‫التي تعتمد بالكامل على الشب‬ ‫لمعالجة المياه االمر الذي أدى الى‬ ‫البحث عن خامات بديلة للبوكسايت‬ ‫النتاج الشب مثل خامات الكاؤولين‪.‬‬ ‫‪119‬‬ ‫كانت النكسة األولية لتسويق عملية‬ ‫الكاؤلين اقتصادية بطبيعتها بشكل‬ ‫أساسي (أي تكلفة اإلنتاج‪ ،‬وخاصة‬ ‫متطلبات مدخالت الطاقة األعلى)‬ ‫ً‬ ‫مقارنة بالبوكسايت (عبر عملية‬ ‫باير الشائعة) ألن األلومينا في شكل‬ ‫ً ما تتطلب درجة حرارة‬ ‫جبسايت نادرا‬ ‫أعلى من ‪ 150‬درجة مئوية في‬ ‫معالجتها‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬مع النضوب‬ ‫الغني‬ ‫للبوكسايت‬ ‫التدريجي‬ ‫بالجبسايت‪ ،‬استمرت هذه التكلفة‬ ‫التفاضلية لإلنتاج في التقلص في‬ ‫الواقع‪(Adeoye J. B. et al 2018).‬‬ ‫لعملية‬ ‫سريعة‬ ‫مراجعة‬ ‫أظهرت‬ ‫الكاؤلين نحو إنتاج الشب أن‬ ‫الوحدتين الرئيسيتين المستهلكة‬ ‫للطاقة التي تميزها عن البوكسايت‬ ‫كمصدر للمواد الخام نتجت في‬ ‫النشاط‬ ‫عدم‬ ‫عن‬ ‫األول‬ ‫المقام‬ ‫الكيميائي للكاؤلين‪ ،‬األمر الذي‬ ‫يتطلب التنشيط الحراري لتحويله‬ ‫إلى صيغة تفاعلية درجة حرارة‬ ‫تفاعل> ‪ 600‬درجة مئوية‪ .‬االمر االخر‬ ‫‪120‬‬ ‫لفتح‬ ‫االلومينا‬ ‫سحب‬ ‫خطوة‬ ‫هو‬ ‫األلمنيوم الموجود في البلورة من‬ ‫لوح األلومينا الثماني السطوح في‬ ‫معقد الكاؤولين‪ -‬الميتاكاؤولين‪.‬‬ ‫بينما قد يكون التركيز المستقبلي‬ ‫تقنية‬ ‫دور‬ ‫في‬ ‫النظر‬ ‫على‬ ‫الميكروويف في تنشيط الكاؤولين‪.‬‬ ‫تأثير‬ ‫المياه‬ ‫الشب‬ ‫خالل‬ ‫معالجة‬ ‫أنواع‬ ‫مادة التجميع هي مادة كيميائية‬ ‫ُ‬ ‫الصلبة‬ ‫المواد‬ ‫إلزالة‬ ‫تستخدم‬ ‫العالقة من مياه الشرب‪ .‬وهي مكونة‬ ‫من جزيئات موجبة الشحنة‪ ،‬والتي‬ ‫تساعد على إبطال مفعول الماء بشكل‬ ‫فعال‪.‬‬ ‫تعتبر كبريتات الحديديك‪ ،‬كبريتات‬ ‫األلمنيوم‪ ،‬أو كلوريد الحديديك‪،‬‬ ‫المصنفة كأمالح األلمنيوم أو الحديد‬ ‫هي مواد تجميع شائعة لمعالجة‬ ‫المياه)‪. (Adeoye J. B. et al 2018‬‬ ‫‪121‬‬ ‫عادة ما يتم إجراء عالج تجميع‬ ‫وترسب المواد العالقة بسبب كبر‬ ‫وزنها قبل الترسيب والترشيح‪.‬‬ ‫أثناء هذه العملية‪ُ ،‬‬ ‫يضاف مادة‬ ‫التجميع إلى الماء‪ ،‬وتعمل شحنتها‬ ‫الموجبة على تحييد الشحنة السالبة‬ ‫للملوثات العالقة‪.‬‬ ‫يؤدي التحييد االيوني إلى زيادة‬ ‫لالرتباط‬ ‫العالقة‬ ‫المواد‬ ‫ميل‬ ‫جاء‬ ‫هنا‬ ‫(ومن‬ ‫البعض‬ ‫ببعضها‬ ‫المصطلح)‪ .‬في مجاميع تعرف باسم‬ ‫"الكتل"‪ ،‬تغرق هذه الجسيمات في‬ ‫قاع خزان المعالجة‪ .‬يمكن بعد ذلك‬ ‫فصلها بسهولة عالية عن الماء‪.‬‬ ‫خالل هذه العملية‪ ،‬تتم إضافة مادة‬ ‫التجميع بسرعة إلى الماء وخلطها‪،‬‬ ‫مما يسمح بتوزيعها في جميع أنحاء‬ ‫عينة الماء بأكملها‪ .‬عندما يتم‬ ‫تجميع وترسب المواد العالقة بسبب‬ ‫كبر وزنها في الماء‪ ،‬يمكن تصفيتها‬ ‫من خالل غشاء الترشيح الفائق أو‬ ‫الترشيح الدقيق‪ ،‬أو مرشح متوسط‪،‬‬ ‫إلزالة الجسيمات المستقرة‪ .‬يمكن‬ ‫‪122‬‬ ‫ًا نقل الماء إلى خزان ترسيب‪،‬‬ ‫أيض‬ ‫حيث ستغرق الجزيئات الثقيلة في‬ ‫القاع‪ ،‬حيث يمكن إزالتها بعد‬ ‫ذلك‪(Adeoye J. B. et al 2018).‬‬ ‫أنواع عوامل التجميع‬ ‫األكثر‬ ‫الكيميائية‬ ‫المادة‬ ‫ان‬ ‫استخداً‬ ‫ما في عملية التجميع هي‬ ‫كبريتات االلمنيوم‪ .‬تعتبر كبريتات‬ ‫الحديديك أو كلوريد الحديديك أو‬ ‫ًا‬ ‫ًا أنواع‬ ‫ألومينات الصوديوم أيض‬ ‫شائعة من مواد التخثر وكما يلي‪( :‬‬ ‫)‪KURANGA et al 2018‬‬ ‫ كبريتات األلمنيوم‬‫تتوفر كبريتات األلمنيوم في عدة‬ ‫أشكال اما على شكل مسحوق او على‬ ‫شكل حبيبات خشنة‪ .‬عند إضافتها إلى‬ ‫المياه القلوية الطبيعية (التي‬ ‫عادً‬ ‫بيكاربونات‬ ‫على‬ ‫ة‬ ‫تحتوي‬ ‫كبريتات‬ ‫تنتج‬ ‫الكالسيوم)‪،‬‬ ‫هيدروكسيد‬ ‫كتلة‬ ‫األلمنيوم‬ ‫األلمنيوم‪.‬‬ ‫‪123‬‬ ‫ كبريتات الحديديك‬‫كبريتات الحديديك هي نوع من‬ ‫مواد التجميع الحديدية التي‬ ‫تأتي في المرتبة الثانية بعد‬ ‫ًا ما‬ ‫كبريتات األلمنيوم‪ .‬غالب‬ ‫يستخدم هذا المزيج الكيميائي‬ ‫باالقتران مع الكلور‪ ،‬ويمكن أن‬ ‫يوفر كتلة أكثر كثافة من‬ ‫كبريتات األلمنيوم‪ .‬ومع ذلك‪،‬‬ ‫فإنه ينتج مخلفات هيدروكسيدية‬ ‫طينية أثقل بشكل ملحوظ‪.‬‬ ‫ كلوريد الحديديك‬‫يعتبر كلوريد الحديديك بديالً‬ ‫ولكنه‬ ‫الحديديك‪،‬‬ ‫لكبريتات‬ ‫ًا‪ ،‬حيث يمكن‬ ‫الخيار األقل شيوع‬ ‫أن يزيد الكلوريد من الطبيعة‬ ‫التآكلية للماء‪.‬‬ ‫ ألومينات الصوديوم‬‫‪124‬‬ ‫ألومينات الصوديوم عبارة عن‬ ‫الصوديوم‬ ‫أوكسيد‬ ‫من‬ ‫مزيج‬ ‫تحتوي‬ ‫األلمنيوم‪.‬‬ ‫وأوكسيد‬ ‫األشكال الصلبة لهذه المادة‬ ‫الكيميائية عادً‬ ‫ة على ‪٪80-70‬‬ ‫بينما‬ ‫الصوديوم‪،‬‬ ‫ألومينات‬ ‫على‬ ‫السائلة‬ ‫األشكال‬ ‫تحتوي‬ ‫حوالي ‪ ٪30‬ألومينات الصوديوم‪.‬‬ ‫عادً‬ ‫ة ما يعتمد نوع المادة‬ ‫المجمعة الذي يستخدم في معالجة‬ ‫المياه على التوافر والقدرة‬ ‫على تحمل التكاليف‪ .‬مع توفر‬ ‫وبأسعار‬ ‫األلمنيوم‬ ‫كبريتات‬ ‫معقولة وفعالة للغاية‪ ،‬فهي‬ ‫الخيار المفضل لمعالجة المياه‬ ‫العامة في جميع أنحاء العالم‪.‬‬ ‫)‪(KURANGA et al 2018‬‬ ‫‪125‬‬ ‫تعتبر مواد التجميع المعدنية من‬ ‫ًا في معالجة‬ ‫أكثر المواد شيوع‬ ‫ًا‬ ‫ًا‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬تتوفر أيض‬ ‫المياه أيض‬ ‫مواد التجميع االصطناعية ومواد‬ ‫تجميع من نوع البوليمر الحيوي‬ ‫(بما في ذلك البوليمرات الحيوية‬ ‫الطبيعية التي يتم الحصول عليها‬ ‫من الفطريات والمصادر النباتية‬ ‫والحيوانات)‪ .‬تكون لهذه المواد‬ ‫ميزة إنتاج مخلفات طينية أقل‪ ،‬كما‬ ‫أنها تسبب مشاكل سمية أقل أو‬ ‫مشاكل تتعلق بالسالمة‪.‬‬ ‫ضرورية‬ ‫عملية‬ ‫التخثر‬ ‫يعتبر‬ ‫لمعالجة المياه‪ ،‬لكنه ال يمكن أن‬ ‫يعمل بمفرده‪ .‬كما يلزم الترشيح‬ ‫والترسيب والتطهير لضمان خلو‬ ‫الضارة‬ ‫الملوثات‬ ‫من‬ ‫المياه‬ ‫وسالمتها للشرب‪.‬‬ ‫أنواع الشب‬ ‫تتكون أنواع الشب في معظمها من‬ ‫كبريتات األلمنيوم وهي اما ان تكون‬ ‫شب الملح االحادي‪Al2(SO4)3.xH2O :‬‬ ‫‪126‬‬ ‫او شب الملح المزدوج مثل ‪ :‬شب‬ ‫‪،‬‬ ‫البوتاسيوم‬ ‫‪K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O‬؛ شب األمونيوم‬ ‫شب‬ ‫‪(NH4)2SO4.Al2(SO4)3.24H2O‬؛‬ ‫الصودا ‪Na2SO4.Al2(SO4)3.24H2O‬؛ شب‬ ‫الحديد‬ ‫‪.FeSO4.Al2 (SO4)3.24H2O‬‬ ‫يستخدم الشب في الصناعات الغذائية‬ ‫والصناعات الدوائية وكذلك في‬ ‫تنقية المياه‪ .‬كما يستخدم على‬ ‫غراء‬ ‫تصنيع‬ ‫في‬ ‫واسع‬ ‫نطاق‬ ‫البورسلين‪،‬‬ ‫وأسمنت‬ ‫الخضروات‪،‬‬ ‫ومزيالت العرق الطبيعية‪ ،‬ويستخدم‬ ‫في الدباغة‪ ،‬والصباغة‪ ،‬والمنسوجات‬ ‫والورق المقاوم للحريق‪ ،‬وإنتاج‬ ‫العوامل‬ ‫لتطبيقات‬ ‫األلومينا‬ ‫المساعدة والتطبيقات الحرارية‪.‬‬ ‫)‪(KURANGA et al 2018‬‬ ‫‪127‬‬ ‫الطرق‬ ‫من‬ ‫العديد‬ ‫اقتراح‬ ‫تم‬ ‫المتبعة النتاج الشب مثل التلبيد‬ ‫للكاؤلين‬ ‫الحامضي‬ ‫واالستخالص‬ ‫واالطيان األخرى‪ .‬تتضمن هذه الطرق‬ ‫عملية تلبيد الجير‪ ،‬وطريقة تلبيد‬ ‫الجير والصودا ‪ ،Lime-Soda‬وطريقة‬ ‫حامض‬ ‫وطريقة‬ ‫النتريك‪،‬‬ ‫حامض‬ ‫حامض‬ ‫وطريقة‬ ‫الهيدروكلوريك‪،‬‬ ‫الكبريتيك‪ .‬وقد تم استخدامها في‬ ‫استخالص معادن أخرى‪.‬‬ ‫تتم معالجة خام األلمنيوم المكلسن‬ ‫بحامض معدني‪ ،‬مثل ‪ .H2SO4‬ينتج عن‬ ‫هذه المعالجة ملح ألمنيوم قابل‬ ‫للذوبان (مثل كبريتات األلمنيوم)‬ ‫المادة‬ ‫في‬ ‫السيليكا‬ ‫وتظهر‬ ‫المتبقية مع الجزء األكبر من‬ ‫الحديد‬ ‫عناصر‬ ‫اما‬ ‫الشوائب‬ ‫ًا إلى‬ ‫والتيتانيوم فأنها تنتقل أيض‬ ‫المحلول مع ملح األلمنيوم االمر‬ ‫بخطوة‬ ‫إزالتهما‬ ‫يستلزم‬ ‫الذي‬ ‫التنقية قبل التحول إلى األلومينا‪.‬‬ ‫أوصت بعض األدبيات اجراء الكلسنة‬ ‫بدرجات حرارة تتراوح بين ‪820-770‬‬ ‫‪128‬‬ ‫درجة مئوية‪ .‬وقد تم تسجيل براءة‬ ‫اختراع لتركيز حوالي ‪H2SO4 ٪70‬‬ ‫الستخراج األلومينا من الطين‪ .‬تمت‬ ‫ممارسة المعالجة بحامض الكبريتيك‬ ‫عند ‪ 90‬درجة مئوية وتركيز حامض‬ ‫‪.٪20-10‬‬ ‫سجلت براءة اختراع أخرى ‪٪30‬‬ ‫كتركيز موصى به للحامض وذكرت أن‬ ‫درجة حرارة ‪ 105‬درجة مئوية كانت‬ ‫درجة حرارة االستخراج الموصى بها‪،‬‬ ‫وأوصى آخرون بدرجة حرارة ‪90-70‬‬ ‫ساعة‬ ‫‪10-2‬‬ ‫لمدة‬ ‫مئوية‬ ‫درجة‬ ‫الستخراج ‪ ٪80-70‬من األلومينا‪.‬‬ ‫األلومينا المستخرجة من الطين‬ ‫الباكستاني عالي األلمنيوم بعد‬ ‫الكلسنة عند ‪ 800-700‬درجة مئوية‬ ‫بحامض‬ ‫ومعالجتها‬ ‫ساعة‬ ‫لمدة‬ ‫الكبريتيك لمدة ساعة إلى ساعتين‬ ‫عند ‪ 110‬درجة مئوية‪( KURANGA et : .‬‬ ‫)‪al 2018‬‬ ‫‪129‬‬ ‫تم دراسة التنشيط الحامضي على‬ ‫نطاق واسع كطرق معالجة كيميائية‬ ‫لتحسين السطح والخصائص التحفيزية‬ ‫للطين الليفي ولوحظ أنه يحث على‬ ‫إحداث تغييرات في التركيب البلوري‬ ‫لمعادن األلمينوسيليكات بسبب انحالل‬ ‫األيونات الهيكلية وإعادة ترتيب‬ ‫الهيكل‪ .‬كشف ‪ 21‬األدب عن التنشيط‬ ‫الحامضي للميتاكاؤولين‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫يعرف الشب‪ Al2(SO4)3.H2O ،‬أو أمالحه‬ ‫المزدوجة المكافئة من الصوديوم أو‬ ‫مواد‬ ‫أكثر‬ ‫بأنه‬ ‫البوتاسيوم‬ ‫في‬ ‫المستخدمة‬ ‫ًا‬ ‫شيوع‬ ‫التجميع‬ ‫ًا لفعاليته في‬ ‫معالجة المياه نظر‬ ‫معالجة مجموعة واسعة من أنواع‬ ‫المياه‪ .‬ان تكلفة الشب المنخفضة‬ ‫ًا تجعله مادة التجميع المفضلة‬ ‫نسبي‬ ‫على الرغم من قلة أوجه القصور من‬ ‫حيث اإلنتاج الكبير للحمأة ونطاق‬ ‫درجة الحموضة المحدود من الفعالية‬ ‫‪130‬‬ ‫عند مقارنته بمواد التخثر األحدث‬ ‫مثل بولي ألمنيوم كلورايد (‪)PACl‬‬ ‫وكبريتات األلمنيوم‪(KURANGA et al .‬‬ ‫)‪2018‬‬ ‫اإلجراءات العملية‬ ‫التركيز‬ ‫في البداية تم سحق عينة الكاؤولين‬ ‫الخام وطحنها‪ .‬تم استخدام الماء‬ ‫لتركيز‬ ‫االيونات‬ ‫من‬ ‫الخالي‬ ‫الكاؤولين المطحون وتنقيته من‬ ‫ًا مثل‬ ‫ًا وكيميائي‬ ‫الشوائب فيزيائي‬ ‫األكاسيد المعدنية واألمالح القابلة‬ ‫للذوبان والحصى‪ .‬تم فصل جميع‬ ‫تكتالت جزيئات الطين بواسطة تقليب‬ ‫باستمرار‬ ‫الرطب‬ ‫الكاؤولين‬ ‫باستخدام محرك كهربائي لمدة ‪30‬‬ ‫دقيقة‪ .‬غربلة الناتج من مرحلة‬ ‫الفصل عبر ‪ 106‬مايكرون للتخلص من‬ ‫الجزيئات المعدنية الخشنة واالقل‬ ‫حجما المرتبطة بالكاؤولين‪.‬‬ ‫‪131‬‬ ‫تم تركيد معلق الكاؤولين عن طريق‬ ‫طريق‬ ‫عن‬ ‫الليل‬ ‫طوال‬ ‫تركه‬ ‫الجاذبية‪ ،‬ثم فصل الماء عن الراسب‬ ‫عن طريق سكب الماء إلزالة الماء‬ ‫ومن ثم الترشيح باستخدام ورق‬ ‫الترشيح‪ ،‬ويترك ليجف لمدة يومين‪،‬‬ ‫ثم تجفيفه مرة أخرى عند ‪ 60‬درجة‬ ‫مئوية في فرن كهربائي لمدة ‪4‬‬ ‫ساعات‪ .‬تم طحن كتل الكاؤولين‬ ‫المجففة إلى حجم حبيبات دقيقة جً‬ ‫دا‬ ‫ًا‪ .‬يوضح‬ ‫وتم تحليل العينة الحق‬ ‫الجدول ‪ 11‬مكونات أكاسيد المعادن‬ ‫الرئيسية‪(Adeoye J. B. et al 2018).‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )11‬يوضح مكونات أكاسيد‬ ‫المعادن الرئيسية‬ ‫‪Table 1 Chemical composition of raw kaolin beneficiated kaolin and‬‬ ‫‪metakaolin‬‬ ‫‪Beneficiated‬‬ ‫‪Metakaolin‬‬ ‫‪kaolin‬‬ ‫‪Mol %‬‬ ‫‪Mol %‬‬ ‫‪Mol %‬‬ ‫‪48.79‬‬ ‫‪45.94‬‬ ‫‪49.24‬‬ ‫‪33.58‬‬ ‫‪34.84‬‬ ‫‪36.6‬‬ ‫‪2.65‬‬ ‫‪2.88‬‬ ‫‪3.03‬‬ ‫‪2.98‬‬ ‫‪3.10‬‬ ‫‪3.11‬‬ ‫‪0.58‬‬ ‫‪0.59‬‬ ‫‪0.63‬‬ ‫‪0.04‬‬ ‫‪0.04‬‬ ‫‪0.02‬‬ ‫‪0.07‬‬ ‫‪0.07‬‬ ‫‪0.07‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫‪kaolin‬‬ ‫‪132‬‬ ‫‪Chemical‬‬ ‫‪constituent‬‬ ‫‪Oxides‬‬ ‫‪SiO2‬‬ ‫‪Al2O3‬‬ ‫‪Fe2O3‬‬ ‫‪CaO‬‬ ‫‪MgO‬‬ ‫‪SO3‬‬ ‫‪Na2O‬‬ ‫‪K2O‬‬ ‫‪1.62‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫‪0.02‬‬ ‫‪1.64‬‬ ‫‪0.10‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫‪1.48‬‬ ‫‪0.10‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫‪2.29‬‬ ‫‪2.24‬‬ ‫‪2.47‬‬ ‫‪TiO2‬‬ ‫‪P2O5‬‬ ‫‪Mn2O3‬‬ ‫‪Si/Al molar‬‬ ‫)‪ratio (Mol‬‬ ‫الكلسنة‬ ‫تم كلسنة الكاؤولين الجاف الذي‬ ‫جرى تركيزه عند ‪ 850‬درجة مئوية في‬ ‫فرن كهربائي لمدة ‪ 6‬ساعات‪ .‬بمعدل‬ ‫تسخين ‪ 10‬درجة مئوية‪/‬دقيقة‪ .‬ثم‬ ‫تبريد الميتاكاؤولين الناتج في‬ ‫مجففات ثم عبوات للتحليل‪.‬‬ ‫االلومينا‬ ‫سحب‬ ‫الميتاكاؤولين‬ ‫من‬ ‫بين‬ ‫تفاعل‬ ‫اجراء‬ ‫يتم‬ ‫الميتاكاؤولين وحامض الكبريتيك‬ ‫‪133‬‬ ‫التفاعل‬ ‫على‬ ‫السيطرة‬ ‫ويتم‬ ‫باستخدام الماء الالايوني تترك‬ ‫االلومينا المسحوبة لتجف لمدة‬ ‫يومين ومن ثم يتم تجفيفه مرة أخرى‬ ‫في فرن كهربائي عند ‪ 60‬درجة مئوية‬ ‫لمدة ‪ 4‬ساعات بعدها تطحن الكتل‬ ‫المجففة إلى حجم حبيبي دقيق جً‬ ‫دا‬ ‫باستخدام الطاحونة ذات الكرات‪.‬‬ ‫)‪(Aderemi B.O. et al 2009‬‬ ‫موازنة المواد‬ ‫يوضح الجدول ‪ 1‬االنخفاض في النسبة‬ ‫المولية للسيليكون الى االلمنيوم‬ ‫من ‪( 2.47‬في الطين الخام) إلى‬ ‫(في الميتاكاؤولين) على‬ ‫‪2.29‬‬ ‫التوالي مما يدل على أن الجزيئات‬ ‫التي تم فرزها هي معادن غنية‬ ‫بالسيليكا وقد ُ‬ ‫يعزى تكوين أوكسيد‬ ‫الحديد الثالثي واوكسيد الكالسيوم‬ ‫‪ Fe2O3‬و‪ CaO‬المرتفع في العينات إلى‬ ‫مصدر العينة وتركيب الخام‪ .‬تم‬ ‫تحقيق استعادة الكاؤولين النقي‬ ‫‪134‬‬ ‫بنسبة ‪ ٪64‬بالوزن‪ ،‬وبلغت نسبة‬ ‫األلومينا في الميتاكاؤولين ‪٪36.6‬‬ ‫بالوزن‪ .‬يتم تحسين العائد المحتمل‬ ‫للشبة من الكاؤولين من خالل تكوين‬ ‫الميتاكاؤولين من ‪ ٪33.58‬بالوزن‬ ‫إلى ‪ ٪36.6‬بالوزن‪.‬‬ ‫تلعب النسب المولية لكل من ‪Si/Al‬‬ ‫ًا في البنية‬ ‫ًا مهم‬ ‫و‪ Na/Al‬دور‬ ‫الميكانيكي‬ ‫والسلوك‬ ‫الدقيقة‬ ‫على‬ ‫القائمة‬ ‫للجيوبوليمرات‬ ‫الميتاكاؤولين‪ ،‬وقد وجد أن نسب‬ ‫‪ Si/Al‬و‪ Na/Al‬المثلى لتحقيق أقصى‬ ‫قوة ميكانيكية في الجيوبوليمرات‬ ‫هي ‪ 1.9‬و‪ 0.73‬على التوالي‪ .‬يلعب‬ ‫ًا في موازنة شحنات‬ ‫الصوديوم دور‬ ‫وغيابه‬ ‫السطوح‪،‬‬ ‫رباعي‬ ‫[‪]AlO4‬‬ ‫يتسبب في إظهار الهياكل المحلية‬ ‫لشحنة سالبة‪ ،‬مما يؤدي إلى تنافر‬ ‫محلي متبادل بين رباعي السطوح‪.‬‬ ‫ً‬ ‫تفاعال‬ ‫ًا‪ ،‬يعزز تفكك الصوديوم‬ ‫أيض‬ ‫ًا‪ ،‬مما يؤدي إلى تفاقم عدم‬ ‫مائي‬ ‫حفظ شحنة نظام ‪ ،N-A-S-H‬لذلك‬ ‫يزداد انتفاخ الطين‪ .‬يضعف التطور‬ ‫‪135‬‬ ‫المذكور أعاله الهيكل البنائي‬ ‫للسيليكات األلومينية ويقلل من‬ ‫السيليكات‬ ‫أنواع‬ ‫استقرار‬ ‫وااللومينات‪ ،‬مما يعزز بدوره تفكك‬ ‫الصوديوم‪ .‬على المدى الطويل‪ ،‬يزيد‬ ‫من احتمالية إزالة بلمرة الهيكل‬ ‫وحتى التقشير‪.‬‬ ‫من المحتمل أن يبدأ الترشيح من‬ ‫سطح الركيزة ‪ ،N-A-S-H‬ويقشر الجل‬ ‫طبقة تلو األخرى بالطريقة المذكورة‬ ‫أعاله‪ ،‬مما يؤدي إلى ثقوب وتشققات‬ ‫مجهرية‪ .‬باإلضافة إلى ذلك‪ ،‬يؤدي‬ ‫ًا إلى تدهور الخواص‬ ‫الترشيح أيض‬ ‫الميكانيكية للهالم السطحي‪ ،‬بما في‬ ‫الشد‬ ‫وقوة‬ ‫يونغ‬ ‫معامل‬ ‫ذلك‬ ‫والليونة‪ ،‬مما يزيد بشكل كبير من‬ ‫إمكانية تقشير السطح بالهالم‪.‬‬ ‫باإلضافة إلى ذلك‪ ،‬الصوديوم قادر‬ ‫على توصيل رباعي السطوح [‪ ]AlO4‬و‬ ‫القوة‬ ‫بواسطة‬ ‫[‪]SiO4‬‬ ‫الكهروستاتيكية مع األوكسجين رباعي‬ ‫السطوح‪ ،‬والذي ينقل اإلجهاد ويساهم‬ ‫في تشتت الضغط المنتظم‪.‬‬ ‫‪136‬‬ ‫الجيوبوليمرات‬ ‫تم‬ ‫مادة‬ ‫هو‬ ‫الجيوبوليمر‬ ‫إن‬ ‫تنشيطها بمادة قلوية وتعتبر بديالً‬ ‫لألسمنت البورتالندي التقليدي (‪.)PC‬‬ ‫يمكن أن يؤدي تطوير الجيوبوليمرات‬ ‫أوكسيد‬ ‫انبعاثات‬ ‫تقليل‬ ‫إلى‬ ‫الكاربون واستهالك الطاقة مقارنة‬ ‫بمواد السمنت البورتالندي ولها‬ ‫خصائص ميكانيكية مماثلة للسمنت‬ ‫البورتالندي ومتانة أفضل بكثير‪.‬‬ ‫يمكن تحضير الجيوبوليمر بخلط‬ ‫الرماد المتطاير أو الميتاكاؤولين‬ ‫بمحلول قلوي ومعالجته عند درجة‬ ‫حرارة مرتفعة (حوالي ‪ 80-60‬درجة‬ ‫مئوية)‪ .‬يوصف التركيب البلوري‬ ‫لمنتج التفاعل على أنه شبكة ثالثية‬ ‫‪137‬‬ ‫األبعاد من األلمينو‪ -‬سيليكات تم‬ ‫إنشاؤها بواسطة [‪ ]SiO4‬و [‪]AlO4‬‬ ‫رباعي السطوح مترابطة عن طريق‬ ‫توصيل األوكسجين‪ ،‬مع أيونات قلوية‬ ‫(‪ Na+‬او ‪ )K+‬مرتبطة بشكل غير محكم‬ ‫بـ [‪ ]AlO4‬رباعي السطوح وتعويض‬ ‫الشحنة السالبة لأللمنيوم رباعي‬ ‫التنسيق‪ .‬يسمى منتج التفاعل هذا‬ ‫هالم الصوديوم (أو البوتاسيوم)‬ ‫هيدرات األلومينو سيليكات [ )‪N (K‬‬ ‫‪.]-A-S-H‬‬ ‫الفصل السادس‬ ‫‪138‬‬ ‫المشاريع الصناعية النتاج‬ ‫االلومينا من الكاؤولين‬ ‫تعتمد الطاقة اإلنتاجية لمصانع‬ ‫خام‬ ‫من‬ ‫االلومينا‬ ‫انتاج‬ ‫الكاؤولينايت على كمية ترسبات‬ ‫الكاؤولين المستثمرة‪ .‬يجب ان‬ ‫تحتوي ترسبات الكاؤولين المستثمرة‬ ‫على ما ال يقل عن ‪ %22‬الومينا على‬ ‫ان ال تصل نسبة أوكسيد الحديد ‪%1‬‬ ‫اما اوكسيد البوتاسيوم فال يجب ان‬ ‫تكون كلفة‬ ‫وان‬ ‫تزيد عن ‪%1‬‬ ‫العمليات المنجمية عالية وان تكون‬ ‫الترسبات ذات تركيب بلوري قابل‬ ‫لالستخالص بالعمليات الحرارية او‬ ‫على‬ ‫الكيمياوية‪.‬‬ ‫–‬ ‫الحرارية‬ ‫اإلنتاجية‬ ‫الطاقة‬ ‫فان‬ ‫العموم‬ ‫لمصانع انتاج االلومينا يجب ان ال‬ ‫تقل عن ‪ 8000‬طن الومينا في السنة‬ ‫وان ال يقل العمر اإلنتاجي للمنجم‬ ‫عن ‪ 25‬سنة‪(CADOUX KAOLIN PROJECT .‬‬ ‫)‪2020‬‬ ‫يجب ان ال تقل نسبة نقاوة االلومينا‬ ‫المنتجة عن ‪ %99.99‬الومينا فأعلى‬ ‫‪139‬‬ ‫وذلك لسد الحاجة من االلومينا‬ ‫النقية ألغلب استخدامات االلومينا‬ ‫او‬ ‫منها‬ ‫التقليدية‬ ‫الصناعية‬ ‫التطبيقات‬ ‫وهي‬ ‫منها‬ ‫الحديثة‬ ‫الطاقة‬ ‫خزن‬ ‫بتطبيقات‬ ‫الخاصة‬ ‫الكهربائية المرتبطة بالسيارات‬ ‫الكهربائية او وحدات خزن الطاقة‬ ‫لوحدات انتاج الطاقة النظيفة‪.‬‬ ‫حققت اغلب المصانع التي جرى‬ ‫بناؤها في األعوام ‪ 2018‬الى ‪2022‬‬ ‫نسبة العائد على االستثمار بين ‪40‬‬ ‫الى ‪ %46‬وهي نسبة مرتفعة اما فترة‬ ‫استرداد راس المال فقد تراوح بين‬ ‫‪ 3.6‬الى ‪ 4‬سنوات محسوبة على أساس‬ ‫كلفة اإلنتاج ال تتجاوز ‪ 10,000‬دوالر‬ ‫للطن الواحد وان يكون سعر البيع‬ ‫للطن الواحد ‪ 24,000‬الى ‪25,000‬‬ ‫دوالر امريكي للطن الواحد علما ان‬ ‫فترة االسترداد المذكورة هي فترة‬ ‫مناسبة لهذا النوع من المشاريع‬ ‫اإلستراتيجية‪.‬‬ ‫‪140‬‬ ‫يجب اجراء عملية رفع رتبة الخام‬ ‫بعد مرحلة القلع التي يفضل ان تتم‬ ‫بأسلوب القلع من المنجم المفتوح‪.‬‬ ‫تتضمن عملية رفع الرتبة معالجة‬ ‫الخام بالوسائل المناسبة وفقا‬ ‫والتركيب‬ ‫الكيمياوي‬ ‫للتركيب‬ ‫المعدني للخام وتقدر نسبة الخام‬ ‫المطروح بعد التنقية من ‪ %50‬الى‬ ‫‪ %60‬اعتمادا على نوع الخام ومن ثم‬ ‫تحويل ‪ %30‬الى ‪ %40‬الى مرحلة‬ ‫استخالص االلومينا النتاج الومينا‬ ‫بنقاوة ‪ %99.99‬او اعلى‪(CADOUX .‬‬ ‫)‪KAOLIN PROJECT 2020‬‬ ‫يجب ان يحتوي المشروع على العديد‬ ‫التحتية‬ ‫والبنى‬ ‫الخدمات‬ ‫من‬ ‫للمشروع مثل المياه‪ ،‬الخدمات‬ ‫الجوية‪ ،‬الوقود‪ ،‬محطة الكهرباء‬ ‫وتوزيع الطاقة الخاصة بالمشروع‪،‬‬ ‫الطرق‪ ،‬االتصاالت ومباني الموقع‬ ‫كلها ستعمل على دعم المشروع‪.‬‬ ‫‪141‬‬ ‫تستند السمات التسويقية التالية‬ ‫إلى نتائج مجموعات البحث المستقلة‬ ‫لمعلوماتك‬ ‫الداخلية‬ ‫واألبحاث‬ ‫المالية‪:‬‬ ‫العالية‬ ‫االلومينا‬ ‫تتمتع‬ ‫•‬ ‫قوية‬ ‫بتوقعات‬ ‫‪HPA‬‬ ‫النقاوة‬ ‫للطلب مع توقع زيادة السوق‬ ‫العالمية لـ ‪ HPA‬من حوالي‬ ‫‪ 35000‬طن في عام ‪ 2019‬إلى‬ ‫ًا‬ ‫‪ 145000‬طن في عام ‪ ،2026‬مدفوع‬ ‫بشكل أساسي بالنمو القوي في‬ ‫الطلب على ‪ HPA‬كطالء فاصل‬ ‫لبطارية ليثيوم أيون (‪.)LIB‬‬ ‫• يجب ان تقوم الشركة بتطوير‬ ‫منتج متسق وعالي الجودة يتم‬ ‫تسليمه من خالل عملية ضمان‬ ‫وجودة موثوقة‪.‬‬ ‫• يتم تحديد تسعير ‪ HPA‬وفقا‬ ‫والخصائص‬ ‫المنتج‪،‬‬ ‫لنقاوة‬ ‫الفيزيائية للمنتجات‪ ،‬والقدرة‬ ‫على تقديم جودة منتج متسقة‪،‬‬ ‫‪142‬‬ ‫وتطبيق‬ ‫‪.HPA‬‬ ‫االستخدام‬ ‫النهائي‬ ‫لـ‬ ‫• من المتوقع أن تؤدي توقعات‬ ‫الطلب القوية وارتفاع مدخالت‬ ‫التكلفة إلى ضغوط تصاعدية على‬ ‫األسعار‪ .‬تتمثل مخاطر الجانب‬ ‫السلبي الرئيسية في المنافسة‬ ‫المنتجين‬ ‫من‬ ‫المتزايدة‬ ‫في‬ ‫والتغييرات‬ ‫الصينيين‬ ‫التكنولوجيا التي تقلل كثافة‬ ‫‪ HPA‬في عمليات التصنيع‪ .‬تميل‬ ‫المواد الصينية إلى أن تكون‬ ‫أقل جودة من تلك التي تنتجها‬ ‫الشركات القائمة خارج الصين‪.‬‬ ‫)‪(CADOUX KAOLIN PROJECT 2020‬‬ ‫األلومينا‬ ‫وصف‬ ‫واالستخدامات الرئيسية‬ ‫‪143‬‬ ‫عالية‬ ‫النقاء‬ ‫األلومينا عالية النقاوة عبارة عن‬ ‫مسحوق أبيض بلوري مصنوع من أوكسيد‬ ‫ًا (‪.)Al2O3‬‬ ‫األلمنيوم النقي تقريب‬ ‫بشكل عام‪ ،‬يتم تعريف ‪ HPA‬على أنها‬ ‫‪ Al2O3‬وهي نقية بنسبة> ‪ .٪99.99‬يتم‬ ‫تصنيف منتجات ‪ HPA‬بشكل عام حسب‬ ‫النقاء‪:‬‬ ‫‪( N4 = ٪99.99 ‬ما يعادل ‪100‬‬ ‫جزء في المليون من الشوائب)‬ ‫‪( N5 = ٪99.999 ‬ما يعادل ‪10‬‬ ‫جزء في المليون من الشوائب)‬ ‫‪( N6 = ٪99.9999 ‬ما يعادل ‪1‬‬ ‫جزء في المليون)‬ ‫‪144‬‬ ‫المخطط رقم (‪ )12‬مشروع انتاج االلومينا العالية النقاوة من‬ ‫الكاؤولين‬ ‫‪145‬‬ ‫يتم إنتاج األلومينا عالية النقاوة‬ ‫‪ ،HPA‬كمنتج نهائي‪ ،‬على شكل مسحوق‬ ‫أو حبيبات أو حبيبات‪ ،‬اعتماً‬ ‫دا على‬ ‫تطبيقات‬ ‫النهائي‪.‬‬ ‫االستخدام‬ ‫االستخدام النهائي المختلفة لها‬ ‫فيزيائية‬ ‫ومتطلبات‬ ‫تفاوتات‬ ‫وكيميائية مختلفة‪ .‬تعتبر االلومينا‬ ‫منتج متعدد االستخدامات له العديد‬ ‫من االستخدامات الواسعة‪ .‬تشمل بعض‬ ‫ًا‬ ‫االستخدامات التقليدية األكثر شيوع‬ ‫كسيراميك إلنتاج الركائز المستخدمة‬ ‫والتطبيقات‬ ‫‪LED‬‬ ‫إضاءة‬ ‫في‬ ‫المقاوم‬ ‫والزجاج‬ ‫اإللكترونية‪،‬‬ ‫للخدش عالي القوة‪ ،‬وكمثبط للحريق‬ ‫وكعامل تلميع جيد ومع زيادة سهولة‬ ‫العالية‬ ‫النقاوة‬ ‫إلى‬ ‫الوصول‬ ‫لأللومينا ‪ HPA‬وزيادة مواصفات بعض‬ ‫التطبيقات ‪ -‬مع زيادة الطلب على‬ ‫‪HPA‬‬ ‫وجدت‬ ‫العالية‪،‬‬ ‫الجودة‬ ‫استخدامات في التطبيقات الجديدة‬ ‫عالية التقنية مثل البطاريات‬ ‫وتخزين الطاقة وتطبيقات السيراميك‬ ‫‪146‬‬ ‫ كما هي موضحة في‬.‫عالية الجودة‬ )12( ‫الجدول رقم‬ ‫) توقعات الطلب على‬12( ‫الجدول رقم‬ ‫االلومينا لمختلف االستخدامات لغاية العام‬ 2026 Catego ry LED Bulbs Semico nducto r Substr ates Li-ion Batter ies Optica l Lenses BioMedica l Device s High Purity Alumina Market, by Application, 2018–2026 (Ton) CAG R 201 201 202 202 202 202 202 202 202 (20 8 9 0 1 2 3 4 5 6 18202 6) 15, 17, 21, 25, 31, 38, 47, 58, 73, 22. 079 894 404 806 360 407 404 959 892 5% 4,7 5,6 6,7 8,0 9,7 11, 14, 76 35 03 37 12 829 518 17, 957 22, 380 21. 8% 2,6 3,2 4,0 5,0 6,3 8,0 10, 30 53 47 68 86 98 335 13, 275 17, 163 26. 8% 1,7 2,0 2,4 2,8 3,4 4,0 4,9 88 78 34 72 15 91 38 6,0 03 7,3 50 19. 8% 1,1 1,2 1,5 1,8 2,1 2,6 3,1 06 92 22 07 62 08 69 3,8 81 4,7 88 20. 6% Others 5,0 5,8 6,7 7,9 9,3 11, 13, 42 14 54 01 09 044 191 30, 35, 42, 51, 62, 76, 93, 420 966 864 492 344 076 554 19, 197 144 ,77 0 18. 6% Total 15, 861 115 ,93 5 Source: (CADOUX KAOLIN PROJECT 2020) 147 22. 0% ‫من‬ ‫العالمي‬ ‫الشهري‬ ‫اإلنتاج‬ ‫األلومينا يسجل ارتفاعا بنسبة ‪٪3‬‬ ‫إلى ‪ 11.728‬طن متري‪ ،‬لكن اإلنتاج‬ ‫اليومي ينكمش إلى ‪ 378،300‬طن‬ ‫ووفقا للمعهد الدولي لأللمنيوم‬ ‫(‪ ،)IAI‬سجل اإلنتاج العالمي من‬ ‫األلومينا في مايو ‪ 2022‬ارتفاعا‬ ‫شهريا بنسبة ‪ 3.09‬في المائة إلى‬ ‫‪ 11.728‬مليون طن (بما في ذلك‬ ‫‪ 10.983‬مليون طن من األلومينا‬ ‫المعدنية)‪ ،‬بعد ما يقرب من القيود‬ ‫في الشهر السابق‪ .‬في أبريل‪ ،‬بلغ‬ ‫اإلنتاج ‪ 11.376‬مليون طن‪ ،‬مقارنة ب‬ ‫‪ 11.373‬مليون طن في مارس ‪.2022‬‬ ‫ومع ذلك‪ ،‬على أساس سنوي‪ ،‬عكس‬ ‫اإلنتاج العالمي من األلومينا خالل‬ ‫شهر مايو انخفاضا بنسبة ‪ 3.08‬في‬ ‫المائة من ‪ 12.101‬مليون طن‪ ،‬وفقا‬ ‫لبيانات ‪.IAI‬‬ ‫‪148‬‬ ‫وفي األشهر الخمسة األولى من العام‪،‬‬ ‫بلغ إجمالي اإلنتاج العالمي من‬ ‫طن‪،‬‬ ‫مليون‬ ‫‪56.222‬‬ ‫األلومينا‬ ‫بانخفاض قدره ‪ 2.47‬في المائة من‬ ‫‪ 57.647‬مليون طن‪.‬‬ ‫وبلغ متوسط اإلنتاج اليومي من‬ ‫األلومينا في مايو ‪378,300 2022‬‬ ‫طن‪ ،‬مسجال انخفاضا بنسبة ‪ ٪0.24‬على‬ ‫أساس شهري من ‪ 379,200‬طن على‬ ‫الرغم من زيادة اإلنتاج الشهري‪.‬‬ ‫وعلى أساس سنوي‪ ،‬انخفض اإلنتاج‬ ‫‪149‬‬ ‫اليومي في الشهر نفسه بنسبة ‪3.09‬‬ ‫في المائة من ‪ 390‬ألفا و‪ 400‬طن‪،‬‬ ‫حسبما أظهرت ‪.IAI‬‬ ‫وأنتجت الصين‪ ،‬أعلى منتج لأللومينا‬ ‫في العالم‪ 6.6 ،‬مليون طن في مايو‬ ‫‪ ،2022‬مسجلة قفزة شهرية بنسبة‬ ‫‪ 3.29‬في المائة من ‪ 6.390‬مليون‬ ‫طن‪ .‬وعلى أساس سنوي‪ ،‬ارتفع اإلنتاج‬ ‫بنسبة ‪ 0.61‬في المائة عن ‪6.560‬‬ ‫مليون طن‪.‬‬ ‫وفي الفترة من يناير إلى مايو‬ ‫‪ ،2022‬أنتجت الصين ‪ 30.790‬مليون‬ ‫طن من األلومينا في المجموع‪،‬‬ ‫بانخفاض بنسبة ‪ 1.35‬في المائة من‬ ‫‪ 31.210‬مليون طن خالل الفترة نفسها‬ ‫من العام الماضي‪.‬‬ ‫وفي منطقة أوقيانوسيا‪ ،‬بلغ إنتاج‬ ‫األلومينا خالل شهر مايو ‪1.729‬‬ ‫مليون طن‪ ،‬مسجال ارتفاعا بنسبة‬ ‫‪ 3.53‬في المائة من ‪ 1.670‬مليون طن‬ ‫في أبريل‪ ،‬ولكن بانخفاض قدره ‪7.19‬‬ ‫في المائة من ‪ 1.863‬مليون طن في‬ ‫‪150‬‬ ‫مايو ‪ .2021‬وخالل الفترة من يناير‬ ‫إلى مايو‪ ،‬بلغ إجمالي إنتاج‬ ‫األلومينا في أوقيانوسيا ‪8.593‬‬ ‫مليون طن مقابل ‪ 8.766‬مليون طن‬ ‫قبل عام‪.‬‬ ‫تمويل المشروع‬ ‫ان آلية تمويل المشروع يكون من‬ ‫خالل مجموعة من خيارات التمويل بما‬ ‫في ذلك حقوق الملكية أو الديون أو‬ ‫سلفة الشراء أو عقد المشاركة على‬ ‫حزمة‬ ‫ستكون‬ ‫المشروع‪.‬‬ ‫مستوى‬ ‫التمويل النهائية‪ ،‬على األرجح‪،‬‬ ‫ًا من هذه الخيارات‪ .‬ستسعى‬ ‫مزيج‬ ‫لعدم فقدان المساهمين‬ ‫الشركة‬ ‫لحصصهم االصلية او تقليلها نتيجة‬ ‫‪151‬‬ ‫جلب مساهمين أكثر مع الوقت إضافة‬ ‫الى ضرورة اتباع نهج حكيم ومدروس‬ ‫لخيارات التمويل التي ستطبقها‬ ‫الشركة‪(CADOUX KAOLIN PROJECT 2020).‬‬ ‫انتاج معدن االلمنيوم من االلومينا‬ ‫فإن اوكسيد االلمنيوم له نقطة‬ ‫انصهار تبلغ ‪ 2072‬درجة مئوية‪ ،‬لذا‬ ‫فإن التحليل الكهربائي غير عملي‪.‬‬ ‫في طريقة‪ ، Hall-Heroult‬يتم إذابة‬ ‫األلومينا‪ ،Al2O3 ،‬في الكرايواليت‬ ‫الصناعي المنصهر‪ ، Na3AlF6 ،‬لخفض‬ ‫نقطة انصهاره لتسهيل التحليل‬ ‫الكهربائي‪ .‬مصدر الكاربون بشكل‬ ‫عام هو فحم الكوك (وقود أحفوري)‪.‬‬ ‫ال يمكن إنتاج عنصر األلمنيوم عن‬ ‫طريق التحليل الكهربائي لملح‬ ‫أيونات‬ ‫ألن‬ ‫المائي‪،‬‬ ‫االلمنيوم‬ ‫الهيدرونيوم تؤكسد عنصر األلمنيوم‬ ‫بسهولة‪ .‬على الرغم من أنه يمكن‬ ‫استخدام ملح األلمنيوم المصهور بدالً‬ ‫من ذلك‪،‬‬ ‫‪152‬‬ ‫أوكسيد االلمنيوم او األلومينا‬ ‫أوكسيد غير قابلة للذوبان في جميع‬ ‫الكواشف الكيميائية العادية في‬ ‫درجة حرارة الغرفة ولها نقطة‬ ‫انصهار عالية (فوق ‪ 2000‬درجة‬ ‫الخصائص‬ ‫هذه‬ ‫تجعل‬ ‫مئوية)‪.‬‬ ‫العمليات الكيميائية التقليدية‬ ‫المستخدمة الختزال األكاسيد صعبة‬ ‫وغير عملية لتحويل األلومينا إلى‬ ‫ألمنيوم‪.‬‬ ‫الكهروكيمياوي‬ ‫االختزال‬ ‫يؤدي‬ ‫لأللومينا إلى إنتاج األلمنيوم‬ ‫االولي التجاري‪ .‬يشار إلى هذه‬ ‫العملية عادً‬ ‫ة باسم عملية ‪Hall-‬‬ ‫‪ ،Heroult‬وهي الطريقة األساسية‬ ‫إلنتاج معدن األلمنيوم‪ .‬تتم عملية‬ ‫‪ Hall-Heroult‬في خلية أو وعاء‬ ‫الكتروليتي‪ .‬في الشكل ‪ ،1.1‬تتكون‬ ‫موجب‬ ‫(قطب‬ ‫قطبين‬ ‫من‬ ‫الخلية‬ ‫وكاثود)‪ .‬يحتوي على حمام مصهور من‬ ‫الصوديوم‬ ‫األلمنيوم‬ ‫فلوريد‬ ‫باسم‬ ‫المعروف‬ ‫(‪،)Na3AlF6‬‬ ‫الكرايواليت‪ ،‬والذي يعمل بمثابة‬ ‫‪153‬‬ ‫إلكتروليت ومذيب لأللومينا‪ .‬يتم‬ ‫تمرير تيار كهربائي خالل الحمام‪،‬‬ ‫مما يعمل على اختزال األلومينا‬ ‫لتكوين األلمنيوم المنصهر وغاز‬ ‫االوكسجين‪ .‬يتفاعل غاز األوكسجين مع‬ ‫أنود الكاربون لتكوين ثاني أوكسيد‬ ‫الكاربون‪ .‬يتجمع األلمنيوم المصهور‬ ‫عند الكاثود في أسفل الخلية ويتم‬ ‫إزالته بواسطة سيفون‪.‬‬ ‫مخطط رقم (‪ )13‬اختزال االلومينا‬ ‫االلكتروليتي الى معدن االلمنيوم‬ ‫‪154‬‬ ‫التفاعالت الجارية في خاليا التحليل‬ ‫الكهربائي‬ ‫تحدث التفاعالت المبسطة التالية‬ ‫على أقطاب الكاربون في طريقة‬ ‫‪ ،Hall-Heroult‬فعلى الكاثود يحصل‬ ‫التفاعل التالي‪:‬‬ ‫‪Al3+ + 3 e− → Al‬‬ ‫اما تفاعل األنود‪:‬‬ ‫‪O2- + C → CO + 2 e−‬‬ ‫لذلك يكون التفاعل اإلجمالي‪:‬‬ ‫‪Al2O3 + 3 C → 2 Al + 3 CO‬‬ ‫في الواقع‪ ،‬يتشكل اول اوكسيد‬ ‫الكاربون عند األنود أكثر من ثاني‬ ‫اوكسيد الكاربون‪:‬‬ ‫‪2 O2- + C → CO2 + 4 e−‬‬ ‫‪2 Al2O3 + 3 C → 4 Al + 3 CO2‬‬ ‫الكرايواليت النقي له نقطة انصهار‬ ‫تبلغ ‪ 1 ± 1009‬درجة مئوية‪ .‬مع نسبة‬ ‫صغيرة من األلومينا المذابة فيه‪،‬‬ ‫تنخفض درجة انصهارها إلى حوالي‬ ‫‪ 1000‬درجة مئوية‪ .‬إلى جانب وجود‬ ‫ًا‪ ،‬يتم‬ ‫نقطة انصهار منخفضة نسبي‬ ‫‪155‬‬ ‫كمحلل‬ ‫الكرايواليت‬ ‫استخدام‬ ‫إلكتروليت ألنه‪ ،‬من بين أمور أخرى‪،‬‬ ‫ًا األلومينا جيً‬ ‫دا‪ ،‬ويوصل‬ ‫يذوب أيض‬ ‫ً عند‬ ‫الكهرباء‪ ،‬وينفصل كهربائيا‬ ‫ًا‬ ‫جهد أعلى من األلومينا‪ ،‬وله أيض‬ ‫كثافة أقل من االلمنيوم عند درجات‬ ‫الحرارة المطلوبة بواسطة التحليل‬ ‫الكهربائي )‪. (wikipedia.org‬‬ ‫عادة ما يضاف فلوريد االلمنيوم‬ ‫)‪(AlF3‬إلى االلكتروليت‪ .‬نسبة‬ ‫‪NaF/AlF3‬تسمى نسبة الكرايواليت‬ ‫وهي ‪ 3‬في الكرايواليت النقي‪ .‬في‬ ‫اإلنتاج الصناعي‪ ،‬يتم المحافظة على‬ ‫نسبة الكرايواليت ‪ 3-2‬بإضافة ‪AlF3‬‬ ‫لزيادة تقليل نقطة االنصهار‪ ،‬بحيث‬ ‫يمكن أن يحدث التحليل الكهربائي‬ ‫في درجات حرارة تتراوح بين ‪940‬‬ ‫و‪ 980‬درجة مئوية‪ .‬تبلغ كثافة سائل‬ ‫االلمنيوم ‪ 2.3‬غم ‪ /‬مل عند درجات‬ ‫حرارة تتراوح بين ‪ 950‬و‪ 1000‬درجة‬ ‫كثافة‬ ‫تكون‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ ‫مئوية‪.‬‬ ‫اإللكتروليت أقل من ‪ 2.1‬غم ‪ /‬مل‬ ‫بحيث ينفصل األلمنيوم المصهور عن‬ ‫‪156‬‬ ‫اإللكتروليت ويستقر بشكل صحيح في‬ ‫قاع خلية التحليل الكهربائي‪.‬‬ ‫باإلضافة إلى‪ ، AlF3‬يمكن إضافة مواد‬ ‫مضافة أخرى مثل فلوريد الليثيوم‬ ‫المختلفة‬ ‫الخصائص‬ ‫لتغيير‬ ‫لاللكتروليت مثل (نقطة االنصهار‪،‬‬ ‫الكثافة‪ ،‬التوصيل‪ ،‬إلخ)‪.‬‬ ‫يتحلل الخليط كهربائيا عن طريق‬ ‫تمرير تيار مباشر بجهد منخفض (أقل‬ ‫من ‪ 5‬فولت) عند ‪ 300-100‬كيلو‬ ‫أمبير عبره‪ .‬يؤدي هذا إلى ترسيب‬ ‫عند‬ ‫السائل‬ ‫األلمنيوم‬ ‫معدن‬ ‫الكاثود‪ ،‬بينما يتحد األوكسجين من‬ ‫األلومينا مع كاربون األنود إلنتاج‬ ‫غاز ثاني اوكسيد الكاربون في‬ ‫الغالب‪ .‬ان الحد األدنى من متطلبات‬ ‫الطاقة النظرية لهذه العملية هو‬ ‫‪ 6.23‬كيلو واط ساعة لكل كغم من‬ ‫االلمنيوم‪ ،‬ولكن العملية تتطلب‬ ‫عادة ‪ 15.37‬كيلو واط في الساعة‬ ‫لكل كغم‪.‬‬ ‫وصف اإلنتاج بطريقة خاليا التحليل‬ ‫الكهربائي‬ ‫‪157‬‬ ‫تعمل الخاليا في المصانع على مدار‬ ‫‪ 24‬ساعة في اليوم حتى ال تتجمد‬ ‫المواد المنصهرة فيها‪ .‬يتم الحفاظ‬ ‫على درجة الحرارة داخل الخلية عن‬ ‫طريق المقاومة الكهربائية‪ .‬تعمل‬ ‫أكسدة أنود الكاربون على زيادة‬ ‫الكفاءة الكهربائية على حساب‬ ‫استهالك أقطاب الكاربون وإنتاج‬ ‫الكاربون‪.‬‬ ‫أوكسيد‬ ‫ثاني‬ ‫)‪(wikipedia.org‬‬ ‫الكرايواليت الصلب أكثر كثافة من‬ ‫األلمنيوم الصلب في درجة حرارة‬ ‫الغرفة بينما األلمنيوم السائل‬ ‫أكثر كثافة من الكرايواليت المصهور‬ ‫عند درجات حرارة حوالي ‪ 1000‬درجة‬ ‫مئوية‪ .‬يتجمع منصهر األلمنيوم في‬ ‫قاع خلية التحليل الكهربائي‪ ،‬حيث‬ ‫يتم تجميعه بشكل دوري‪ .‬يسحب‬ ‫األلمنيوم المنصهر من الخلية عن‬ ‫طريق سيفون كل يوم إلى ثالثة أيام‬ ‫لتجنب االضطرار إلى استخدام صمامات‬ ‫تضاف‬ ‫الحرارة‪.‬‬ ‫شديدة‬ ‫ومضخات‬ ‫األلومينا إلى الخاليا عند سحب‬ ‫‪158‬‬ ‫األلمنيوم‪ .‬يرش الخليط اإللكتروليتي‬ ‫بفحم الكوك لمنع أكسدة األنود‬ ‫بواسطة األوكسجين المتصاعد‪.‬‬ ‫تنتج الخلية غازات عند األنود وهي‬ ‫غاز ثاني أوكسيد الكاربون من‬ ‫استهالك األنود وفلوريد الهيدروجين‬ ‫(‪ )HF‬من الكريواليت ومساعد الصهر‬ ‫تدوير‬ ‫إعادة‬ ‫يتم‬ ‫(‪.)AlF3‬‬ ‫ًا في‬ ‫الفلوريدات بالكامل تقريب‬ ‫الخاليا وبالتالي يتم استخدامها‬ ‫مرة أخرى في التحليل الكهربائي‪.‬‬ ‫يمكن تحييد حامض الهيدروكلوريك‬ ‫المتسرب بواسطة ملح الصوديوم‬ ‫وفلوريد الصوديوم‪ .‬يتم التقاط‬ ‫المرشحات‬ ‫باستخدام‬ ‫الجسيمات‬ ‫الكهروستاتيكية أو الكيسية‪.‬‬ ‫يؤدي خلط المادة المنصهرة في‬ ‫الخلية إلى زيادة معدل إنتاجها‬ ‫على حساب زيادة شوائب الكريواليت‬ ‫في المنتج‪ .‬يمكن للخاليا المصممة‬ ‫بشكل صحيح االستفادة من القوى‬ ‫التي‬ ‫المغناطيسية‬ ‫الديناميكية‬ ‫يسببها تيار التحليل الكهربائي‬ ‫‪159‬‬ ‫خاليا‬ ‫في‬ ‫االلكتروليت‪.‬‬ ‫لتحريك‬ ‫البركة الساكنة غير المهيجة‪،‬‬ ‫ترتفع الشوائب إلى أعلى طبقة‬ ‫األلمنيوم المعدني أو تتجه إلى‬ ‫عالي‬ ‫األلمنيوم‬ ‫تاركة‬ ‫القاع‪،‬‬ ‫النقاوة في المنطقة الوسطى‪.‬‬ ‫)‪(wikipedia.org‬‬ ‫األقطاب الكهربائية‬ ‫في‬ ‫الكهربائية‬ ‫األقطاب‬ ‫تتكون‬ ‫الخاليا في الغالب من فحم الكوك‬ ‫الذي تمت تنقيته في درجات حرارة‬ ‫عالية‪ .‬يستخدم الزفت أو القطران‬ ‫األكثر‬ ‫المواد‬ ‫رابطة‪.‬‬ ‫كمواد‬ ‫استخداً‬ ‫ما في األنودات‪ ،‬وفحم الكوك‬ ‫وراتنج القار‪ ،‬هي في األساس بقايا‬ ‫من صناعة البترول وتحتاج إلى درجة‬ ‫نقاء عالية بما يكفي حتى ال ينتهي‬ ‫األلمنيوم‬ ‫في‬ ‫بالشوائب‬ ‫األمر‬ ‫المصهور أو اإللكتروليت‪.‬‬ ‫توجد تقنيتان أساسيتان لألنود‬ ‫‪:Hall-Heroult‬‬ ‫طريقة‬ ‫تستخدمان‬ ‫ذاتية التحميص‬ ‫تقنية األنودات‬ ‫‪160‬‬ ‫سودربيرج وتقنية األنودات المسبقة‬ ‫التحميص‪.‬‬ ‫بالنسبة الى الخاليا التي تستخدم‬ ‫تقنية األنودات ذاتية التحميص فانه‬ ‫يوجد أنود واحد لكل خلية تحليل‬ ‫كهربائي‪ .‬يتم احتواء األنود داخل‬ ‫إطار‪ ،‬وبما أن الجزء السفلي‬ ‫الظاهر من األنود يتحول بشكل أساسي‬ ‫إلى ثاني أوكسيد الكاربون أثناء‬ ‫التحليل الكهربائي‪ ،‬فان األنود‬ ‫يفقد الكتلة ويظهر هذا الفقدان‬ ‫على شكل نقصان في طول األنود‬ ‫الظاهر خارج اإلطار‪ ،‬وألنه غير‬ ‫متبلور‪ ،‬فإنه يغوص ببطء داخل‬ ‫إطاره‪.‬‬ ‫تتم إضافة المزيد من المواد إلى‬ ‫الجزء العلوي من األنود بشكل مستمر‬ ‫في شكل مكورات مصنوعة من فحم‬ ‫استخدام‬ ‫يتم‬ ‫والزفت‪.‬‬ ‫الكوك‬ ‫الحرارة المفقودة من عملية الصهر‬ ‫إلنضاج القوالب في شكل الكاربون‬ ‫المطلوب للتفاعل مع األلومينا‪.‬‬ ‫تؤدي عملية االنضاج في أنودات‬ ‫‪161‬‬ ‫سودربيرج أثناء التحليل الكهربائي‬ ‫من‬ ‫المزيد‬ ‫إطالق‬ ‫إلى‬ ‫االروماتية‬ ‫الهيدروكاربونات‬ ‫متعددة الحلقات المسببة للسرطان‬ ‫والملوثات األخرى أكثر من التحليل‬ ‫األنودات‬ ‫باستخدام‬ ‫الكهربائي‬ ‫السبب‬ ‫ولهذا‬ ‫ًا‪،‬‬ ‫مسبق‬ ‫المحضرة‬ ‫ًا‪ ،‬أصبحت الخاليا التي تستخدم‬ ‫جزئي‬ ‫ًا‬ ‫ًا أكثر شيوع‬ ‫ُحضرة مسبق‬ ‫األنود الم‬ ‫في صناعة األلمنيوم‪ .‬يضاف المزيد‬ ‫من األلومينا إلى اإللكتروليت من‬ ‫جوانب أنود سودربيرج بعد تكسير‬ ‫خليط‬ ‫أعلى‬ ‫الموجودة‬ ‫القشرة‬ ‫اإللكتروليت‪(wikipedia.org) .‬‬ ‫يتم تحميص األنودات الجاهزة في‬ ‫أفران كبيرة تعمل بالغاز عند درجة‬ ‫حرارة عالية قبل أن يتم خفضها‬ ‫بواسطة أنظمة الرفع الصناعية‬ ‫الثقيلة المختلفة إلى المحلول‬ ‫الكهربائي‪ .‬يوجد عادة ‪ 24‬أنوً‬ ‫دا‬ ‫ُ‬ ‫ًا في صفين لكل خلية‪ .‬يتم‬ ‫مجهز مسبق‬ ‫خفض كل أنود عمودً‬ ‫يا وبشكل فردي‬ ‫حيث تتآكل‬ ‫بواسطة الكمبيوتر‪،‬‬ ‫‪162‬‬ ‫األسطح السفلية لألنودات أثناء‬ ‫التحليل الكهربائي‪ .‬بالمقارنة مع‬ ‫يمكن تقريب‬ ‫أنودات سودربيرج‪،‬‬ ‫ًا التي يتم‬ ‫ُحضرة مسبق‬ ‫األنودات الم‬ ‫التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر من‬ ‫طبقة األلمنيوم المصهور في أسفل‬ ‫الخلية دون أن يالمس أي منها‬ ‫التحليل‬ ‫مع‬ ‫ويتداخل‬ ‫الطبقة‬ ‫الكهربائي‪ .‬تقلل هذه المسافة‬ ‫الصغيرة من المقاومة التي يسببها‬ ‫خليط اإللكتروليت وتزيد من كفاءة‬ ‫على‬ ‫ًا‬ ‫مسبق‬ ‫المحمصة‬ ‫األنودات‬ ‫األنودات من نوع سودربيرج‪ .‬تتميز‬ ‫ًا بمخاطر‬ ‫تقنية التحضير المسبق أيض‬ ‫أقل بكثير من تأثير األنود (انظر‬ ‫التي‬ ‫الخاليا‬ ‫ولكن‬ ‫‪،‬‬ ‫أدناه)‬ ‫تستخدمها تكون أكثر تكلفة في‬ ‫البناء وتحتاج إلى عمالة كثيفة ‪،‬‬ ‫حيث يجب إزالة كل أنود ُ‬ ‫ًا‬ ‫مجهز مسبق‬ ‫بمجرد‬ ‫واستبداله‬ ‫الخلية‬ ‫في‬ ‫استخدامه ‪ .‬يضاف األلومينا إلى‬ ‫االلكتروليت من بين األنودات في‬ ‫خاليا األنودات المسبقة التحضير‪.‬‬ ‫‪163‬‬ ‫تحتوي األنودات الجاهزة على نسبة‬ ‫أقل من الزفت‪ ،‬حيث يجب أن تكون‬ ‫أكثر صالبة من أنودات سودربيرج‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫ُحضرة‬ ‫تستخدم بقايا األنودات الم‬ ‫ًا لصنع المزيد من األنودات‬ ‫مسبق‬ ‫المسبقة التحضير‪ .‬تصنع األنودات‬ ‫الجاهزة إما في نفس المصنع الذي‬ ‫يحدث فيه التحليل الكهربائي‪ ،‬أو‬ ‫يتم إحضارها من مكان آخر‪.‬‬ ‫يبطن الجزء الداخلي من خلية‬ ‫التحليل بطبقة تمثل الكاثود وهي‬ ‫مصنوعة من فحم الكوك والزفت‪.‬‬ ‫تتحلل الكاثودات أيضا أثناء عملية‬ ‫التحليل الكهربائي‪ ،‬ولكن بشكل‬ ‫أبطأ بكثير من األنودات‪ ،‬وبالتالي‬ ‫فهي ال تحتاج إلى أن تكون ذات نقاوة‬ ‫عالية‪ ،‬وال تحتاج إلى صيانة في‬ ‫كثير من األحيان‪ .‬يتم استبدال‬ ‫الكاثودات عادً‬ ‫ة كل ‪ 6-2‬سنوات‪ .‬هذا‬ ‫يتطلب إغالق الخلية بأكملها‪.‬‬ ‫)‪(wikipedia.org‬‬ ‫‪164‬‬ ‫تأثير األنود‬ ‫تأثير األنود هو حالة تتشكل فيها‬ ‫فقاعات غاز كثيرة جً‬ ‫دا في الجزء‬ ‫ًا لتشكل‬ ‫السفلي من األنود وتتحد مع‬ ‫طبقة‪ .‬هذا يزيد من مقاومة الخلية‬ ‫ألن مناطق أصغر من االلكتروليت تالمس‬ ‫األنود‪ .‬تسخن هذه المناطق من‬ ‫االلكتروليت واألنود عندما تركز‬ ‫كثافة التيار الكهربائي للخلية‬ ‫على المرور من خاللها فقط‪ .‬يؤدي‬ ‫الغاز‬ ‫طبقة‬ ‫تسخين‬ ‫إلى‬ ‫هذا‬ ‫وتوسعها‪ ،‬وبالتالي تقليل مساحة‬ ‫االلكتروليت‬ ‫يتالمس‬ ‫حيث‬ ‫السطح‬ ‫واألنود مع بعضهما البعض‪ .‬يقلل‬ ‫تأثير األنود من كفاءة الطاقة‬ ‫وكذلك تقليل إنتاج األلمنيوم في‬ ‫خلية االنتاج‪ .‬كما أنه يحث على‬ ‫تكوين رباعي فلورو الميثان (‪)CF4‬‬ ‫بكميات كبيرة‪ ،‬ويزيد من تكوين‬ ‫ثاني أوكسيد الكاربون‪ ،‬وبدرجة‬ ‫ًا في تكوين سداسي‬ ‫أقل‪ ،‬يتسبب أيض‬ ‫فلورو إيثان )‪ .(C2F6‬ان كل من‬ ‫‪165‬‬ ‫رباعي فلوريد الكاربون ‪ CF4‬وسداسي‬ ‫فلوريد الكاربون ‪ C2F6‬ليسا من‬ ‫مركبات الكاربون الكلوروفلورية‪،‬‬ ‫وعلى الرغم من أنهما ال يضران‬ ‫بطبقة األوزون‪ ،‬إال أنهما ال يزاالن‬ ‫من غازات الدفيئة القوية‪ .‬يعد‬ ‫تأثير األنود مشكلة في خاليا تقنية‬ ‫سودربيرج بشكل أساسي‪ ،‬وليس في‬ ‫مسبقة‬ ‫األقطاب‬ ‫تقنية‬ ‫خاليا‬ ‫التحضير‪(wikipedia.org) .‬‬ ‫الطاقة الكهربائية‬ ‫الكهرباء‬ ‫على‬ ‫العملية‬ ‫تعتمد‬ ‫ويستخدم الموقع نفس كمية الطاقة‬ ‫الكهربائية التي تستخدمها مدينة‬ ‫صغيرة (يبلغ عدد سكانها حوالي ‪60‬‬ ‫ألف نسمة)‪ .‬سيكون فقدان الطاقة‬ ‫ألن‬ ‫ًا‬ ‫كارثي‬ ‫ساعتين‬ ‫من‬ ‫ألكثر‬ ‫االلكتروليت واأللمنيوم في الخاليا‬ ‫سوف يتصلب‪ ،‬وستكون إعادة تشغيل‬ ‫الخاليا غير عملية‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬يمكن‬ ‫‪166‬‬ ‫مع‬ ‫العملية‬ ‫هذه‬ ‫تتعامل‬ ‫أن‬ ‫انقطاعات الطاقة القصيرة لبضع‬ ‫دقائق‪.‬‬ ‫ًا‬ ‫يستخدم التحليل الكهربائي تيار‬ ‫ًا (‪ 157000‬أمبير) بجهد منخفض‬ ‫عالي‬ ‫ًا نفس الجهد مثل‬ ‫(‪ 4.5‬فولت‪ ،‬تقريب‬ ‫الشعلة النموذجية) بحيث يكون لمس‬ ‫ًا تماً‬ ‫ما‪ .‬تتولد‬ ‫كابالت التوصيل آمن‬ ‫العالية‬ ‫المغناطيسية‬ ‫المجاالت‬ ‫بالقرب من خطوط خاليا التحليل‬ ‫التيارات‬ ‫بواسطة‬ ‫الكهربائي‬ ‫العالية ويمكن أن تمسح الشرائط‬ ‫المغناطيسية على بطاقات االئتمان‬ ‫وتوقف الساعات التناظرية وتؤثر‬ ‫على أجهزة تنظيم ضربات القلب‬ ‫(وأجهزة الفيديو!)‪ .‬أثناء تصوير‬ ‫مقاطع الفيديو‪ ،‬كان من الضروري‬ ‫استخدام كاميرا صغيرة‪ ،‬بناً‬ ‫ء على‬ ‫جهاز مقترن بالشحن (‪ ،)CCD‬مرتبط‬ ‫عبر كبل متحد المحور بجهاز تسجيل‬ ‫فيديو تم االحتفاظ به على بعد عدة‬ ‫أمتار في صندوق حديدي‪.‬‬ ‫‪167‬‬ ‫اختيار موقع مصنع استخالص األلمنيوم‬ ‫هناك عدد من العوامل المهمة التي‬ ‫يجب مراعاتها عند اختيار موقع‬ ‫معمل استخالص األلمنيوم‪ .‬يجب أن‬ ‫يكون‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫توليد‬ ‫محطة‬ ‫من‬ ‫بالقرب‬ ‫الكهرباء‪ ،‬من أجل توفير كمية‬ ‫كبيرة من الكهرباء الالزمة‬ ‫للتحليل الكهربائي‪.‬‬ ‫بالقرب من الموانئ للسماح‬ ‫باستيراد المواد الخام‪.‬‬ ‫بالقرب من الطرق وخطوط السكك‬ ‫الحديدية للسماح بأخذ المنتج‬ ‫إلى حيث هو مطلوب‪.‬‬ ‫بالقرب من بلدة أو مدينة‪ ،‬بحيث‬ ‫يسكنون‬ ‫مكان‬ ‫للعمال‬ ‫يكون‬ ‫بالقرب من موقع المصنع‪.‬‬ ‫بعيً‬ ‫دا عن المناطق المبنية بحيث‬ ‫ال تؤثر ضوضاء الموقع وتلوثه‬ ‫على السكان المحليين‪.‬‬ ‫تأثير البصمة الكاربونية‬ ‫‪168‬‬ ‫تحتاج صناعة األلمنيوم العالمية كثيفة‬ ‫خفض‬ ‫إلى‬ ‫للكهرباء‬ ‫االستخدام‬ ‫انبعاثاتها بنسبة ‪ ٪80‬بحلول عام ‪2050‬‬ ‫لتتماشى مع سيناريو ما بعد الدرجة ‪2‬‬ ‫التابع لوكالة الطاقة الدولية‪ ،‬بينما‬ ‫من المتوقع أن ينمو الطلب على‬ ‫األلمنيوم األساسي بنسبة تصل إلى ‪٪40‬‬ ‫ًا لـ ‪ ،IAI‬يسلط‬ ‫خالل نفس الفترة‪ ،‬وفق‬ ‫الضوء على تحديات إزالة الكاربون‬ ‫التي تواجه القطاع‪ .‬علما إن الكهرباء‬ ‫ًا حوالي ‪ ٪60‬من البصمة‬ ‫تشكل حالي‬ ‫الكاربونية لقطاع األلمنيوم‪.‬‬ ‫بلغ الطلب العالمي على األلمنيوم في‬ ‫عام ‪ 95 ،2018‬مليون طن متري‪ .‬تمت‬ ‫تلبية ثلثي (‪ 64‬مليون طن متري) من‬ ‫األلمنيوم األولي (المنتج من الخام)‬ ‫والثلث (‪ 31‬مليون طن متري) من‬ ‫النمو‬ ‫تدويره‪.‬‬ ‫المعاد‬ ‫األلمنيوم‬ ‫السكاني واالقتصادي السريع خالل العقود‬ ‫القادمة يعني أن الطلب العالمي على‬ ‫األلمنيوم سيزداد بنسبة تصل إلى ‪٪80‬‬ ‫بحلول عام ‪ ،2050‬بما في ذلك المعادن‬ ‫‪169‬‬ ‫المعاد‬ ‫‪.IAI‬‬ ‫تدويرها‬ ‫واألولية‪،‬‬ ‫ًا‬ ‫وفق‬ ‫لـ‬ ‫على الرغم من زيادة المعروض من‬ ‫المعادن المعاد تدويرها المتوقعة‪،‬‬ ‫تقدر ‪ IAI‬أن ما يصل إلى ‪ 90‬مليون طن‬ ‫متري من األلمنيوم األساسي ستكون‬ ‫مطلوبة سنوً‬ ‫يا في عام ‪ 2050‬ألنه عامل‬ ‫تمكين النتقال الطاقة‪ :‬فهو يستخدم في‬ ‫الوزن الخفيف في السيارات الكهربائية‬ ‫والمباني الخضراء والكابالت‪ .‬وقد أظهر‬ ‫البحث أن خفض االنبعاثات في نفس الوقت‬ ‫مع تلبية الطلب المتزايد سيتطلب‬ ‫ًا في تقنيات اإلنتاج‪ ،‬إلى‬ ‫ًا ضخم‬ ‫استثمار‬ ‫جانب التزام من جميع أنحاء سلسلة‬ ‫القيمة‪.‬‬ ‫إزالة الكاربون من الكهرباء‬ ‫ًا للتقرير‪ ،‬كان أكثر من ‪ ٪60‬من‬ ‫ووفق‬ ‫انبعاثات مكافئ ثاني أوكسيد الكاربون‬ ‫في قطاع األلمنيوم البالغة ‪ 1.1‬مليار‬ ‫طن في عام ‪ 2018‬ناتجة عن إنتاج‬ ‫الكهرباء المستهلكة أثناء عملية‬ ‫الصهر‪ .‬من إجمالي االنبعاثات‪ ،‬كان ‪752‬‬ ‫‪170‬‬ ‫مليون طن متري من منشآت في الصين‪.‬‬ ‫وقالت إن توليد الطاقة الخالية من‬ ‫وتخزين‬ ‫استخدام‬ ‫ونشر‬ ‫الكاربون‬ ‫الكاربون (‪ )CCUS‬يوفران أهم فرصة‬ ‫لتقليل االنبعاثات إلى ما يقرب من‬ ‫الصفر بحلول عام ‪.2050‬‬ ‫ًا لسيناريو ما بعد ‪ 2‬درجة‪ ،‬ستحتاج‬ ‫وفق‬ ‫الصناعة إلى خفض إجمالي انبعاثاتها‬ ‫إلى ‪ 250‬مليون طن متري من مكافئ ثاني‬ ‫ًا لما ذكرته‬ ‫أوكسيد الكاربون‪ ،‬وفق‬ ‫‪ .IAI‬تؤدي إضافة سعة صهر جديدة دون‬ ‫إزالة الكاربون الى زيادة انبعاثات‬ ‫الكاربون إلى ‪ 1.6‬مليار طن سنوً‬ ‫يا‬ ‫بحلول عام ‪2050‬‬ ‫ويشكل احتراق الوقود ‪ ٪15‬من انبعاثات‬ ‫الصناعة‪ .‬تشكل انبعاثات العمليات ‪٪15‬‬ ‫إضافية وتتطلب تقنيات جديدة‪ ،‬مثل‬ ‫تقنية األنود الخامل ‪ ،Elysis‬التي‬ ‫طورتها ‪ Alcoa‬و‪ Rio Tinto‬بدعم من‬ ‫‪ ،Apple‬والتي ستتطلب استثمارات كبيرة‬ ‫ًا لـ ‪ .IAI‬إن‬ ‫للتركيب في المصاهر‪ ،‬وفق‬ ‫هذه االنبعاثات وتلك الموجودة في‬ ‫النقل والمواد الخام ستحتاج إلى‬ ‫‪171‬‬ ‫تقليلها بنسبة ‪ ٪60- ٪50‬من سيناريو‬ ‫خط األساس ‪ BAU‬بحلول عام ‪.2050‬‬ ‫الفصل السابع‬ ‫االلمنيوم معدن المستقبل‬ ‫األلمنيوم هو ثالث أكثر العناصر وفرة‬ ‫االوكسجين‬ ‫بعد‬ ‫األرض‪،‬‬ ‫قشرة‬ ‫في‬ ‫والسيليكون وهو يمثل ‪ ٪8.13‬من كتلة‬ ‫ًا لميل األلمنيوم‬ ‫القشرة الكلية‪ .‬نظر‬ ‫للتفاعل مع األوكسجين‪ ،‬فإنه ال يوجد في‬ ‫الطبيعة في حالته الحرة‪ ،‬ولكن فقط في‬ ‫األشكال المركبة مثل األكاسيد أو‬ ‫السيليكات‪ .‬بدأ تاريخ اإلنتاج الصناعي‬ ‫لأللمنيوم في عام ‪ 1886‬عندما تم تحسين‬ ‫نظام اإلنتاج الكهربائي في ‪Hall-‬‬ ‫‪172‬‬ ‫اسم‬ ‫على‬ ‫سمي‬ ‫والذي‬ ‫‪،Heroult‬‬ ‫مخترعيها‪ .‬ان االلمنيوم هو مادة‬ ‫متعددة التكافؤ‪ ،‬متعددة االستخدامات‬ ‫من حيث أدائها والتقنيات الممكنة‪،‬‬ ‫ومناسبة لالستخدام في جميع مجاالت‬ ‫ًا بما في ذلك السبائك‪.‬‬ ‫التطبيق تقريب‬ ‫ساعدت بعض خصائصه الفريدة مثل الوزن‬ ‫التدوير‬ ‫إعادة‬ ‫وقابلية‬ ‫الخفيف‬ ‫والموصلية وعدم التآكل والمتانة في‬ ‫للتطبيقات‬ ‫مفضل‬ ‫كمعدن‬ ‫ترسيخه‬ ‫المختلفة عبر مختلف قطاعات قطاع‬ ‫التصنيع‪.‬‬ ‫ً‬ ‫وزنا (‪ 3‬مرات أخف من‬ ‫ًا لكونه أخف‬ ‫نظر‬ ‫الفوالذ)‪ ،‬فهو يساعد على رفع كفاءة‬ ‫ًا فعاالً‬ ‫استهالك الوقود مما يجعله خيار‬ ‫للسيارات والدفاع والطيران‪ .‬هناك‬ ‫التفاضلية‬ ‫الفوائد‬ ‫من‬ ‫العديد‬ ‫للتطبيقات في قطاع السيارات والتي‬ ‫الميكانيكية‬ ‫بالخصائص‬ ‫ترتبط‬ ‫لأللمنيوم مثل الوزن الخفيف ومقاومة‬ ‫ومرونة‬ ‫التآكل‬ ‫ومقاومة‬ ‫الصدمات‬ ‫التصميم وكفاءة اإلنتاج وكفاءة عملية‬ ‫اإلنتاج‪ .‬بالطبع‪ ،‬لم يتم استغالل‬ ‫‪173‬‬ ‫المزايا التفاضلية بشكل كامل حتى‬ ‫اآلن‪ .‬سيكون أهم تأثير لالبتكار في‬ ‫األلمنيوم على النظام االجتماعي مثل‬ ‫تقليل استهالك الطاقة وحماية التلوث‬ ‫البيئي‪ .‬سيكون التأثير الثاني على‬ ‫الذين‬ ‫النهائيين‪،‬‬ ‫المستخدمين‬ ‫ً‬ ‫أمانا بتكلفة‬ ‫سيفضلون وسائل نقل أكثر‬ ‫ًا‪ ،‬سيقوم صانعو وسائل‬ ‫تشغيل أقل‪ .‬ثالث‬ ‫النقل بتصنيع العديد من المنتجات‬ ‫المبتكرة لتحقيق نجاح تجاري واسع‬ ‫النطاق‪ .‬يرغب المنتجون في الحصول على‬ ‫العديد من اإلضافات القيمة لأللمنيوم‬ ‫الستخداماته األفضل والفعالة‪Mishra ( .‬‬ ‫‪)P 2020‬‬ ‫تعتمد صناعة البناء على مجموعة‬ ‫متنوعة من سبائك االلمنيوم في تصنيع‬ ‫المنتجات المختلفة بسبب متانتها‬ ‫وخصائصها غير المسببة للتآكل‪ .‬كما أن‬ ‫قدرتها على توصيل الحرارة والكهرباء‬ ‫في‬ ‫ًا‬ ‫شائع‬ ‫ًا‬ ‫خيار‬ ‫األلمنيوم‬ ‫تجعل‬ ‫الصناعات الكهربائية واإللكترونية‪.‬‬ ‫‪174‬‬ ‫إلى جانب خصائص قابلية إعادة التدوير‬ ‫ًا‬ ‫ًا مناسب‬ ‫بال حدود‪ ،‬ويعد األلمنيوم خيار‬ ‫لصناعة التعبئة والتغليف مثل علب‬ ‫ُ‬ ‫على‬ ‫يطلق‬ ‫والرقائق‪.‬‬ ‫المشروبات‬ ‫ًا اسم "معدن المستقبل"‬ ‫األلمنيوم أيض‬ ‫بسبب الخصائص المذكورة أعاله‪Mishra ( .‬‬ ‫‪)P 2020‬‬ ‫األلمنيوم هو ثاني أكثر المعادن‬ ‫استخداً‬ ‫ما في العالم بعد الفوالذ‬ ‫باستهالك سنوي قدره ‪ 88‬مليون طن (بما‬ ‫ًا المعدن‬ ‫في ذلك السكراب)‪ .‬وهو أيض‬ ‫ًا والذي نما بنحو ‪ 20‬مرة في‬ ‫األسرع نمو‬ ‫‪ 60‬سنة الماضية (مقارنة بـ ‪ 6‬إلى ‪7‬‬ ‫مرات للمعادن األخرى)‪ .‬يمثل الجدول‬ ‫واالستهالك‬ ‫اإلنتاج‬ ‫أرقام‬ ‫التالي‬ ‫حسب‬ ‫الصناعية‬ ‫لأللومينا‬ ‫العالمي‬ ‫المناطق الرئيسية موضحة في الجدول‬ ‫رقم (‪ )13‬أدناه‪:‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )13‬اإلنتاج واالستهالك العالمي‬ ‫لأللومينا الصناعية حسب المناطق الرئيسية‬ ‫‪Producti‬‬ ‫‪on‬‬ ‫‪2019‬‬ ‫‪2018‬‬ ‫‪2017‬‬ ‫‪2016‬‬ ‫‪175‬‬ ‫‪2015‬‬ ‫‪Region‬‬ ‫‪5475‬‬ ‫‪North‬‬ ‫‪America‬‬ ‫‪2275‬‬ ‫‪2171‬‬ ‫‪2384‬‬ ‫‪3300‬‬ ‫‪8617‬‬ ‫‪Asia‬‬ ‫‪excluding‬‬ ‫‪China‬‬ ‫‪401‬‬ ‫‪180‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪Africa‬‬ ‫‪8883‬‬ ‫‪9074‬‬ ‫‪9058‬‬ ‫‪8901‬‬ ‫‪8790‬‬ ‫‪Europe‬‬ ‫‪20419 20336 19879 20009‬‬ ‫‪19854‬‬ ‫‪Australas‬‬ ‫‪ia‬‬ ‫‪12128 12097‬‬ ‫‪12715‬‬ ‫‪South‬‬ ‫‪America‬‬ ‫‪60243 68090 71530 67985‬‬ ‫‪57156‬‬ ‫‪China‬‬ ‫‪11506 12372 12486 12353‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪112607‬‬ ‫‪Total‬‬ ‫‪Productio‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪11512 12388 12472 12314‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪111363‬‬ ‫‪World‬‬ ‫‪Consumpti‬‬ ‫‪on‬‬ ‫‪(+)1245‬‬ ‫‪World‬‬ ‫‪Balance‬‬ ‫‪10075 11758 12187 13264‬‬ ‫‪10717‬‬ ‫‪9842‬‬ ‫‪(+)14 (+)39‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪4‬‬ ‫(‬‫‪)156‬‬ ‫‪(-)60‬‬ ‫‪Source: CRU Monitor – Alumina, May’20‬‬ ‫منذ عام ‪ ،2000‬كان هناك تحول تدريجي‬ ‫في مراكز إنتاج األلمنيوم األولي من‬ ‫الغرب إلى الشرق إلى حد كبير من‬ ‫أمريكا الشمالية إلى الصين والهند‬ ‫والشرق األوسط‪ .‬تهيمن الصين على إنتاج‬ ‫واستهالك األلمنيوم الذي يمثل ما يقرب‬ ‫من نصف اإلنتاج واالستهالك العالميين‪.‬‬ ‫‪176‬‬ ‫استهالك الفرد في الصين البالغ ‪ 24‬كغم‬ ‫مقارنة بالمتوسط العالمي البالغ ‪11‬‬ ‫كغم مدفوع إلى حد كبير باالستثمارات‬ ‫الضخمة في البنية التحتية واإلنشاءات‬ ‫والدعم الحكومي من خالل مبادرات محددة‬ ‫اتخذتها الحكومة الصينية‪ .‬تمثل الصين‬ ‫واإلمارات‬ ‫والهند‬ ‫وكندا‬ ‫وروسيا‬ ‫العربية المتحدة وأستراليا والنرويج‬ ‫مجتمعة ‪ ٪80‬من إنتاج األلمنيوم األولي‬ ‫العالمي‪ )Mishra P 2020( .‬توضح المخططات‬ ‫() و () اإلنتاج العالمي للمعادن‬ ‫األولية واستهالك نصف األلومنيوم حسب‬ ‫المنطقة الجغرافية‬ ‫‪177‬‬ Primary Aluminum Production 63.5 MTPA India 5% Australia Canada 3% RoW 8% 5% Russia 6% Europe 7% China 57% Middle East 9% Aluminum Semis Consumption 87.7 South MTPA Middle East Japan 3% Korea 2% RoW 9% 4% India 4% China 47% North America 15% Europe 16% Figure: Global production of primary metal and consumption of aluminum semis by region ‫) توضح اإلنتاج العالمي‬15( ‫) و‬14( ‫المخططات‬ ‫للمعادن األولية واستهالك األلمنيوم للسيارات‬ ‫حسب المنطقة الجغرافية‬ ‫هيكل صناعة األلمنيوم العالمي‬ 178 ‫تتألف صناعة األلمنيوم من جزأين‬ ‫أساسيين‪ :‬المنبع والمصب‪ .‬ينتج قطاع‬ ‫المنبع األلمنيوم األولي أو "الخام" من‬ ‫صهر األلومينا المكلسنة الذي يتم‬ ‫إنتاجه من البوكسايت‪ .‬يلزم ما يقرب‬ ‫من‬ ‫كيلوغرامات‬ ‫(‪) 4‬‬ ‫أربعة‬ ‫من‬ ‫البوكسايت إلنتاج كيلوغرامين (‪ )2‬من‬ ‫األلومينا وواحد (‪ )1‬كيلوغرام من‬ ‫األلمنيوم‪ .‬األلمنيوم االولي هو المادة‬ ‫االولية لمنتجات األلمنيوم وهو بشكل‬ ‫أساسي على شكل سبائك وكتل‪.‬‬ ‫سلع‬ ‫إلى‬ ‫األلمنيوم‬ ‫معالجة‬ ‫تشكل‬ ‫ألمنيوم نصف مصنعة مثل القضبان بكل‬ ‫المدرفلة‪،‬‬ ‫والمنتجات‬ ‫انواعها‪،‬‬ ‫والبثق‬ ‫والمطروقات‪،‬‬ ‫والمسبوكات‪،‬‬ ‫الجزء السفلي من الصناعة‪ .‬يمكن تصنيع‬ ‫باستخدام‬ ‫هذه‬ ‫األلمنيوم‬ ‫منتجات‬ ‫األلمنيوم األساسي أو الثانوي‪ ،‬أو مزيج‬ ‫المنتج‬ ‫مواصفات‬ ‫حسب‬ ‫االثنين‬ ‫من‬ ‫النهائي‪ .‬يعتبر إنتاج األلمنيوم من‬ ‫السكراب المعاد تدويره إنتاج ثانوي‪.‬‬ ‫الالعبون العالميون الرئيسيون في‬ ‫صناعة األلمنيوم األولية هم ‪Hongqiao‬‬ ‫‪179‬‬ ‫و‪ Rusal‬و‪ Rio Tinto‬و‪ Shandong‬و‪Chalco‬‬ ‫و‪.Alcoa‬‬ ‫ُ‬ ‫تستخدم منتجات البثق بشكل أساسي في‬ ‫قطاع البناء والتشييد ( & ‪Building‬‬ ‫‪ )Construction‬في شكل نوافذ وأبواب‬ ‫وتطبيقات‬ ‫ومشدات‬ ‫وستائر‬ ‫وجدران‬ ‫للحمامات والمطابخ وما إلى ذلك‪ .‬تمثل‬ ‫‪ B&C‬ما يقرب من ‪ ٪62‬من استهالك البثق‪.‬‬ ‫ًا منتجات‬ ‫يستخدم قطاع السيارات أيض‬ ‫البثق لوزن خفيف للمركبات في شكل‬ ‫متعددة‬ ‫ومالمح‬ ‫مبثوقة‪،‬‬ ‫أنابيب‬ ‫الفتحات‪ ،‬وعوارض أبواب‪ ،‬وأنظمة ممتص‬ ‫الصدمات‪ ،‬وما إلى ذلك‪ .‬عدد الالعبين‬ ‫الصغار إلى المتوسطين وعدد قليل من‬ ‫ًا‪ .‬الصين هي أكبر‬ ‫الالعبين األكبر حجم‬ ‫مستهلك لمنتجات البثق وتمثل ما يقرب‬ ‫العالمي‪.‬‬ ‫االستهالك‬ ‫من‬ ‫‪٪63‬‬ ‫من‬ ‫‪( Zhongwang Holdings Limited‬الصين)‬ ‫هي شركة رائدة في مجال البثق‪ .‬سابا‬ ‫(الحلول المائية المبثوقة) هي واحدة‬ ‫من أكبر ماكينات البثق خارج الصين‬ ‫حيث تنتج أكثر من ‪ ٪15‬من اإلنتاج‪.‬‬ ‫يوجد العبون أكبر آخرون مثل ‪Hydro‬‬ ‫‪180‬‬ ‫و‪ Aleris‬و‪ Alcoa‬عبر قطاعات مثل‬ ‫والسيارات‬ ‫والبناء‬ ‫الصناعة‬ ‫ًا عدد قليل من‬ ‫والطيران‪ .‬هناك أيض‬ ‫الالعبين المتخصصين مثل ‪Alu Menziken‬‬ ‫و‪ Universal Alloy‬التي تعمل فقط في‬ ‫قطاعات عالية الهامش من الطائرات‬ ‫والسيارات‪)Mishra P 2020( .‬‬ ‫شكل رقم (‪ )7‬مصنع انتاج روالت االلمنيوم‬ ‫المسطحة‬ ‫األلمنيوم‬ ‫منتجات‬ ‫تشتمل‬ ‫)‪aluminum flat-rolled products(FRP‬‬ ‫على منتجات مثل األلواح مثل ألواح‬ ‫للطيران والطيران المدني‪ ،‬وألواح‬ ‫هياكل السيارات‪ ،‬وعصا جسم العلب‪،‬‬ ‫وألواح البناء‪ ،‬وألواح الليثوغراف‪،‬‬ ‫‪181‬‬ ‫وما إلى ذلك‪ .‬يمكن ان نالحظ جليا ان‬ ‫تطبيقات ‪ FRPs‬تتضمن مجموعة واسعة من‬ ‫التطبيقات في النقل ‪ /‬السيارات‪،‬‬ ‫والبناء والتشييد‪ ،‬وعلب المشروبات‪،‬‬ ‫والتعبئة والتغليف‪)Mishra P 2020( .‬‬ ‫تعتبر شركة ‪( Novelis‬إحدى الشركات‬ ‫التابعة لشركة ‪Hindalco Industries‬‬ ‫‪ ).ltd‬احدى الشركات الرائدة في مجال‬ ‫وإعادة‬ ‫المدرفل‬ ‫األلمنيوم‬ ‫إنتاج‬ ‫تدويره‪ - Aleris .‬شركة عالمية رائدة‬ ‫في تصنيع وبيع منتجات األلمنيوم‬ ‫المدرفلة ‪ -‬تخدم مجموعة متنوعة من‬ ‫صناعات االستخدام النهائي ‪ ،‬بما في‬ ‫ذلك صناعة الطيران والسيارات والدفاع‬ ‫والبناء والتشييد والنقل والتعبئة‬ ‫والسلع االستهالكية‪ .‬شركة ‪Constellium‬‬ ‫هي شركة أوروبية رئيسية في التدوير‬ ‫وإعادة التدوير تنتج مجموعة متنوعة‬ ‫من المنتجات للتغليف والسيارات وحلول‬ ‫الملفات واأللواح الصناعية المخصصة‪.‬‬ ‫‪182‬‬ ‫شكل رقم (‪ )8‬مصهر االلمنيوم‬ ‫األلمنيوم‪ :‬من المنجم الى المنتجات‬ ‫النهائية‬ ‫ارتفع اإلنتاج العالمي من األلمنيوم‬ ‫األولي من ‪ 32.7‬مليون طن في عام ‪2005‬‬ ‫إلى ‪ 63.1‬مليون طن في عام ‪،2019‬‬ ‫بمعدل نمو سنوي مركب بلغ ‪.٪6.66‬‬ ‫يتركز إنتاج األلمنيوم األولي في عدد‬ ‫ًا من البلدان‪ .‬أكبر ستة‬ ‫قليل نسبي‬ ‫منتجين في عام ‪ 2019‬هم الصين (‪35.1‬‬ ‫مليون طن) وروسيا (‪ 3.7‬مليون طن)‬ ‫‪183‬‬ ‫والهند (‪ 3.3‬مليون طن) وكندا (‪3.2‬‬ ‫مليون طن) واإلمارات العربية المتحدة‬ ‫(‪ 2.8‬مليون طن) وأستراليا (‪ 1.5‬مليون‬ ‫طن)‪)Mishra P 2020( .‬‬ ‫زاد االستهالك العالمي لأللمنيوم األولي‬ ‫من ‪ 32.6‬مليون طن متري في ‪ 2005‬إلى‬ ‫‪ 64.2‬طن متري في ‪ 2019‬بمعدل نمو سنوي‬ ‫مركب ‪ .٪6.92‬أكبر ستة مستهلكين‬ ‫أساسيين لأللمنيوم في عام ‪ 2019‬هم‬ ‫الصين (‪ 35.76‬طن متري) والواليات‬ ‫المتحدة األمريكية (‪ 5.2‬مليون طن)‬ ‫وألمانيا (‪ 2.1‬مليون طن) والهند (‪2.1‬‬ ‫مليون طن) واليابان (‪ 1.95‬طن متري)‬ ‫وكوريا الجنوبية (‪ 1.28‬مليون طن)‪.‬‬ ‫ًا هائالً في استهالك‬ ‫أظهرت آسيا نمو‬ ‫األلمنيوم األولي في العقد الماضي‪،‬‬ ‫ًا إلى حد كبير بزيادة االستهالك‬ ‫مدفوع‬ ‫الصناعي خاصة في الصين والهند‪.‬‬ ‫(‪ )Mishra P 2020‬على الصعيد العالمي‪ ،‬من‬ ‫‪184‬‬ ‫المتوقع أن تحافظ تطبيقات التغليف‬ ‫األحدث وزيادة استخدام األلمنيوم في‬ ‫السيارات واإللكترونيات على زيادة نمو‬ ‫الطلب على األلمنيوم‪ .‬الجدول رقم ‪14‬‬ ‫يوضح أرقام اإلنتاج واالستهالك العالمية‬ ‫للمناطق الرئيسية‪:‬‬ ‫اإلنتاج‬ ‫أرقام‬ ‫)‪(14‬‬ ‫رقم‬ ‫الجدول‬ ‫واالستهالك العالمية للمناطق الرئيسية‬ ‫‪Producti‬‬ ‫‪on‬‬ ‫‪Region‬‬ ‫‪2019‬‬ ‫‪2018‬‬ ‫‪2017‬‬ ‫‪2016‬‬ ‫‪2015‬‬ ‫‪3965‬‬ ‫‪3821‬‬ ‫‪3960‬‬ ‫‪4034‬‬ ‫‪4456‬‬ ‫‪North‬‬ ‫‪America‬‬ ‫‪8167‬‬ ‫‪8192‬‬ ‫‪8125‬‬ ‫‪8139‬‬ ‫‪7905‬‬ ‫‪Europe‬‬ ‫‪2801‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪2769‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪27218‬‬ ‫‪2693‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪26329‬‬ ‫‪Asia‬‬ ‫‪(excl.‬‬ ‫)‪China‬‬ ‫‪1679‬‬ ‫‪1695‬‬ ‫‪1702‬‬ ‫‪1697‬‬ ‫‪1676‬‬ ‫‪Africa‬‬ ‫‪1925‬‬ ‫‪1925‬‬ ‫‪1822‬‬ ‫‪1977‬‬ ‫‪1998‬‬ ‫‪Australas‬‬ ‫‪ia‬‬ ‫‪1096‬‬ ‫‪1166‬‬ ‫‪1379‬‬ ‫‪1356‬‬ ‫‪1316‬‬ ‫& ‪Central‬‬ ‫‪South‬‬ ‫‪America‬‬ ‫‪3510‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪3622‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪36262‬‬ ‫‪3206‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪30752‬‬ ‫‪185‬‬ ‫‪China‬‬ ‫‪5900‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪57081‬‬ ‫‪5985‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪56467‬‬ ‫‪Global‬‬ ‫‪Productio‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪6311‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪6392‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪63480‬‬ ‫‪6417‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪6522‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪63229‬‬ ‫(‬‫‪)105‬‬ ‫‪5‬‬ ‫(‬‫‪Global‬‬ ‫(‬‫‪(+)25 )130‬‬ ‫‪Balance‬‬ ‫‪(+)613‬‬ ‫‪)848 1‬‬ ‫‪5‬‬ ‫)‪Source: CRU Monitor – Aluminum (May’20‬‬ ‫‪Global‬‬ ‫‪Consumpti‬‬ ‫‪on‬‬ ‫ان نمط االستهالك العالمي لمنتجات‬ ‫األلمنيوم جاء على النمط التالي‪ ،‬تمثل‬ ‫السيارات والنقل ‪ ٪23‬من استهالك‬ ‫(‪،)٪22‬‬ ‫البناء‬ ‫يليها‬ ‫األلمنيوم‪،‬‬ ‫التعبئة والتغليف (‪ ،)٪13‬الكهرباء‬ ‫(‪ ،)٪12‬اآلالت والمعدات (‪ ،)٪8.5‬السلع‬ ‫(‪،)٪4.5‬‬ ‫المعمرة‬ ‫االستهالكية‬ ‫استخدامات اخرى (‪.)٪4‬‬ ‫شكل رقم (‪ )9‬خطوط إنتاجية ضمن مصنع انتاج‬ ‫منتجات االلمنيوم‬ ‫‪186‬‬ ‫األلمنيوم كقطاع استراتيجي‬ ‫قد يكون اعتماد الدولة المفرط على‬ ‫للمعادن‬ ‫األجنبية‬ ‫الواردات‬ ‫ًا بهدف األمن‬ ‫االستراتيجية األساسية ضار‬ ‫القومي‪ .‬يجب أن تكون القوة االقتصادية‬ ‫القوية قادرة على إنتاج ما يكفي من‬ ‫المعادن عالية الجودة لضمان االعتماد‬ ‫على الذات في الدفاع واحتياجات‬ ‫البنية التحتية الحيوية من أجل تجنب‬ ‫العرض‬ ‫في‬ ‫العالمية‬ ‫التقلبات‬ ‫واألسعار‪)Mishra P 2020(.‬‬ ‫‪187‬‬ 188 ‫شكل رقم (‪ )10‬االهتمام الدولي بمعدن‬ ‫االلمنيوم كمعدن استراتيجي‬ ‫‪189‬‬ ‫أدرجت العديد من الدول الصناعية‬ ‫المعادن غير الحديدية ‪ /‬صناعة‬ ‫األلمنيوم كقطاع استراتيجي في‬ ‫استراتيجيتها ‪ /‬خطتها الصناعية‪.‬‬ ‫(‪)Mishra P 2020‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫حددت الصين في عام ‪ 2006‬قطاع‬ ‫األلمنيوم من بين تسعة صناعات‬ ‫"ركيزة" حيث كان من المفترض أن تلعب‬ ‫ًا‪ .‬كما تضمنت‬ ‫ًا مهيمن‬ ‫الحكومة دور‬ ‫الخطة الخمسية الثانية عشرة للصين‬ ‫المعادن غير الحديدية كجزء من‬ ‫سيتم‬ ‫التي‬ ‫الرئيسية‬ ‫الصناعات‬ ‫تشجيعها لتوحيد وتشكيل الشركات‬ ‫الكبيرة‪.‬‬ ‫اعترفت الواليات المتحدة األمريكية‬ ‫باأللمنيوم كمعدن استراتيجي للدفاع‬ ‫التحتية‬ ‫والبنية‬ ‫القومي‬ ‫واألمن‬ ‫الحيوية‪.‬‬ ‫كمعدن‬ ‫األلمنيوم‬ ‫روسيا‬ ‫تعتبر‬ ‫استراتيجي للدفاع‪ .‬وافقت وزارة‬ ‫على‬ ‫(‪)MIT‬‬ ‫والتجارة‬ ‫الصناعة‬ ‫غير‬ ‫للصناعة‬ ‫تطوير‬ ‫استراتيجية‬ ‫الحديدية حتى عام ‪.2030‬‬ ‫‪190‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫حدد محرك الصناعة الثقيلة في كوريا‬ ‫الجنوبية في عام ‪ 1973‬ستة قطاعات‬ ‫إستراتيجية بما في ذلك المعادن غير‬ ‫الحديدية حيث قدمت الحكومة مزايا‬ ‫مثل معدالت الفائدة المنخفضة وتقليل‬ ‫المسؤولية الضريبية وما إلى ذلك‬ ‫لدفع نمو قطاعات معينة‪.‬‬ ‫رؤية‬ ‫األوروبي‬ ‫االتحاد‬ ‫صاغ‬ ‫استراتيجية للمعادن غير الحديدية‬ ‫غير‬ ‫المعادن‬ ‫"تصنيع‬ ‫بعنوان‬ ‫‪2050‬‬ ‫لعام‬ ‫رؤية‬ ‫الحديدية‪:‬‬ ‫واإلجراءات المطلوبة" (‪ .)2017‬وهي‬ ‫تحدد‪(" ،‬أ) رؤية طويلة األجل لصناعة‬ ‫تصنيع المعادن غير الحديدية‪( ،‬ب)‬ ‫للصناعة‬ ‫ملموسة‬ ‫إجراءات‬ ‫تقترح‬ ‫وصناع السياسات وأصحاب المصلحة‬ ‫اآلخرين‪ ،‬لمواجهة التحديات التي‬ ‫(التجارة‬ ‫القطاع‬ ‫يواجهها‬ ‫والموارد‬ ‫االبتكار‬ ‫والمنافسة‪،‬‬ ‫في‬ ‫والمهارات)‬ ‫األعمال‬ ‫ونزاهة‬ ‫طريقها نحو الرؤية "‪.‬‬ ‫تقدم كندا الدعم لمصانع األلمنيوم‬ ‫في مقاطعة كيبيك‪ .‬تركز خطة تطوير‬ ‫‪191‬‬ ‫األلمنيوم في كيبيك (‪)2025 - 2015‬‬ ‫على الدعم المالي للبحث والتطوير‪،‬‬ ‫والبصمة‬ ‫الجديدة‪،‬‬ ‫والمشاريع‬ ‫التصدير‪.‬‬ ‫وحوافز‬ ‫الكاربونية‪،‬‬ ‫(‪)Mishra P 2020‬‬ ‫شكل رقم (‪ )11‬أحد مصاهر االلمنيوم في‬ ‫الهند‬ ‫‪‬‬ ‫ًا في عام ‪1982‬‬ ‫صنفت تايوان أيض‬ ‫كقطاع‬ ‫الحديدية‬ ‫غير‬ ‫القطاعات‬ ‫استراتيجي حيث قدمت الحكومة تدابير‬ ‫تفضيلية مثل القروض ذات معدالت‬ ‫والمساعدة‬ ‫المنخفضة‬ ‫الفائدة‬ ‫التقنية واإلدارية‪.‬‬ ‫‪192‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫الصناعة‬ ‫خطة‬ ‫مسودة‬ ‫اعترفت‬ ‫الماليزية لعام ‪ 2017‬بالمعدن كقطاع‬ ‫تركيز مع إمكانات عالية للنمو‬ ‫وتدخالت سياسية محددة لدعم الصناعة‪.‬‬ ‫في إندونيسيا‪ ،‬تم توسيع القطاعات‬ ‫الرائدة لتشمل معادن المنبع في عام‬ ‫‪ .2015‬تم توفير مزايا مثل خطة‬ ‫اإلعفاء الضريبي‪ ،‬واالستهالك واإلطفاء‬ ‫التعويض‬ ‫وخسائر‬ ‫المتسارعين‪،‬‬ ‫الممتدة من ‪ 5‬إلى ‪ 10‬سنوات‪.‬‬ ‫ًا للنمو‬ ‫ًا رئيسي‬ ‫يعد األلمنيوم قطاع‬ ‫وجزً‬ ‫من‬ ‫ءا‬ ‫دبي‬ ‫في‬ ‫الصناعي‬ ‫إستراتيجية دبي واإلمارات الصناعية‬ ‫لعام ‪ .2030‬وكجزء من االستراتيجية‪،‬‬ ‫يتم توفير مجموعة كبيرة من المزايا‬ ‫بما في ذلك ضريبة الشركات المنخفضة‬ ‫وتكاليف الكهرباء األرخص وسهولة‬ ‫الوصول إلى التمويل ورأس المال‪.‬‬ ‫سنحاول ان نتتبع بعض مبادرات دعم‬ ‫السياسات المختارة التي تقدمها‬ ‫الحكومات الوطنية المختلفة لصناعة‬ ‫األلمنيوم الخاصة بهم‪ ،‬كما هو موثق‬ ‫في تقرير ‪Mishra P ( .2017 ،USITC‬‬ ‫‪)2020‬‬ ‫‪193‬‬ ‫المعادن‬ ‫غير‬ ‫الدافع لنمو صناعة‬ ‫الحديدية في الهند‪:‬‬ ‫على الصعيد العالمي‪ ،‬ارتبط نمو‬ ‫الحديدية‬ ‫غير‬ ‫المعادن‬ ‫صناعة‬ ‫النمو‬ ‫بنشاط‬ ‫ًا‬ ‫وثيق‬ ‫ًا‬ ‫ارتباط‬ ‫االقتصادي بسبب التطبيق الواسع لهذه‬ ‫الرئيسية‬ ‫المجاالت‬ ‫في‬ ‫المعادن‬ ‫لألنشطة االقتصادية بما في ذلك‬ ‫قطاعات البنية التحتية مثل البناء‬ ‫والطاقة والصلب والسيارات‪ .‬نما‬ ‫الطلب على المعادن غير الحديدية‬ ‫بوتيرة ثابتة بمعدل نمو سنوي مركب‬ ‫بلغ ‪ 2.8‬في المائة من ‪ 2013‬إلى ‪2017‬‬ ‫بما يتماشى مع نمو الناتج المحلي‬ ‫اإلجمالي العالمي بنسبة ‪ 3.4‬في‬ ‫المائة خالل نفس الفترة‪.‬‬ ‫شكل رقم (‪ )12‬صفوف الخاليا الكهربائية في‬ ‫قاعة انتاج معدن االلمنيوم من االلومينا‬ ‫‪194‬‬ ‫أسرع‬ ‫من‬ ‫واحدة‬ ‫هي‬ ‫الهند‬ ‫ان‬ ‫االقتصادات نموا في العالم‪ .‬إن‬ ‫الطلب المحلي القوي إلى جانب‬ ‫العديد من اإلصالحات التي أجرتها‬ ‫الحكومة يبشر بالخير للحفاظ على‬ ‫زخم النمو االقتصادي في المستقبل‪.‬‬ ‫ًا ألن المعادن غير الحديدية تجد‬ ‫نظر‬ ‫تطبيقات واسعة النطاق في جميع‬ ‫أنحاء االقتصاد‪ ،‬فإن النمو القوي في‬ ‫الناتج المحلي اإلجمالي يوفر فرصة‬ ‫هائلة لتطوير صناعة المعادن غير‬ ‫الحديدية الهندية في المستقبل‪ .‬ومن‬ ‫المتوقع أن تظهر دفعة كبيرة من‬ ‫مبادرة الحكومة "اصنع في الهند"‪.‬‬ ‫حددت‬ ‫المبادرة‪،‬‬ ‫هذه‬ ‫إطار‬ ‫في‬ ‫ًا مثل السيارات‬ ‫الحكومة ‪ 25‬قطاع‬ ‫والطاقة والتصنيع الدفاعي وما إلى‬ ‫ذلك‪ ،‬والتي لها تطبيقات واسعة‬ ‫الحديدية‪،‬‬ ‫غير‬ ‫المعادن‬ ‫لمختلف‬ ‫وبالتالي‪ ،‬يمكن أن توفر دفعة‬ ‫(‪)Mishra P 2020‬‬ ‫للصناعة‪.‬‬ ‫الفصل الثامن‬ ‫‪195‬‬ ‫دراسة حالة مصنع انتاج معدن‬ ‫االلمنيوم في الهند‬ ‫تعد شركة ‪Vedanta Aluminum & Power‬‬ ‫‪ Business‬أكبر منتج في الهند لأللمنيوم‬ ‫"المعدني األخضر"‪ ،‬وهو ثاني أهم معدن‬ ‫في العالم‪ .‬بفضل الرواسب الغنية من‬ ‫البوكسايت عالي الجودة‪ ،‬تمتلك الهند‬ ‫ثاني أكبر قدرة إنتاج لأللمنيوم في‬ ‫العالم بعد الصين‪ .‬ننتج أكثر من نصف‬ ‫األلمنيوم في الهند بطاقة ‪ 1.9‬مليون طن‬ ‫سنوً‬ ‫يا (‪ )MTPA‬في السنة المالية ‪.2020‬‬ ‫تسيطر الشركة على أكثر من ‪ ٪ 40‬من حصة‬ ‫السوق في الهند ومنتجاتنا ذات القيمة‬ ‫المضافة هي رائدة على مستوى العالم في‬ ‫ًا‬ ‫قطاعاتها الخاصة‪ .‬تعد هذه الشركة أيض‬ ‫من بين أكبر منتجي الطاقة الخاصين في‬ ‫الهند بسعة تزيد عن ‪ 5300‬ميكاواط‪ .‬من‬ ‫خالل المصاهر ذات المستوى العالمي‬ ‫ومصفاة األلومينا ومحطات الطاقة في‬ ‫جميع أنحاء الهند‪(Vedanta Limited .‬‬ ‫)‪(VL), 2017‬‬ ‫‪196‬‬ ‫ينتج المصنع معدن االلمنيوم بطاقة‬ ‫إنتاجية تبلغ ‪ 1,600,000‬طن سنويا‪ .‬يتم‬ ‫استقدام شركة لتوسيع طاقة المصنع‬ ‫إلضافة ‪ 200,000‬طن سنويا لتصل الطاقة‬ ‫اإلنتاجية االجمالية الى ‪ 1,800,000‬طن‬ ‫سنويا باالعتماد على االلومينا في‬ ‫استخالص معدن االلمنيوم باستخدام طريقة‬ ‫الخاليا الكهربائية‪.‬‬ ‫وإلجراء الحسابات وفق المعطيات التي‬ ‫اورتها الشركة في دراسة الجدوى األولية‬ ‫التي قدمتها الى الشركة الهندية‬ ‫المستفيدة نجد ان المادة األولية‬ ‫هي‬ ‫الكهربائية‬ ‫للخلية‬ ‫الداخلة‬ ‫الوزن‬ ‫حساب‬ ‫فعند‬ ‫‪Al2O3‬‬ ‫االلومينا‬ ‫الجزيئي لأللومينا نجد كاالتي‬ ‫‪Al2O3 = 2x27 + 3x16 = 102‬‬ ‫‪% O/Al2O3 = 48/102 = 47.1%‬‬ ‫‪% Al/Al2O3 = 54/102 = 52.9%‬‬ ‫فاذا كان االلمنيوم يشكل ‪ %53‬من‬ ‫االلومينا االمر الذي يعني ان المعمل‬ ‫يحتاج الى االلومينا بكمية سنوية تبلغ‬ ‫‪197‬‬ ‫‪52.9 = 1.928 Ton / 102‬‬ ‫‪ton aluminum‬‬ ‫‪alumina per‬‬ ‫وهو مطابق لما ورد في دراسة الجدوى‬ ‫الذي كان ‪ 1.93‬طن الومينا سنويا‪ .‬لذلك‬ ‫تكون الكمية السنوية من االلومينا‬ ‫المطلوبة هي‬ ‫‪1.93 ton Al2O3/ton Al x 200,000 ton‬‬ ‫‪Al/year= 386,000 Ton Al2O3 per year‬‬ ‫قامت الدراسة بتثبيت ان كمية الماء‬ ‫المطلوبة النتاج طن من االلمنيوم هي ‪1‬‬ ‫متر مكعب أي ان الحاجة اليومية من‬ ‫الماء هي ‪ 24‬متر مكعب من الماء في‬ ‫الساعة االمر الذي يدل على ان كمية معدن‬ ‫هي‬ ‫يوميا‬ ‫المنتجة‬ ‫االلمنيوم‬ ‫‪water /ton water/hr. / 1 m3 24 m3‬‬ ‫‪Al = 24 ton Al/hr.‬‬ ‫‪24 ton Al/hr. x 24 hr. /day = 576‬‬ ‫‪ton Al/ day‬‬ ‫‪Working days = 200,000 ton Al/year /‬‬ ‫‪576 ton Al/day = 350 day/year‬‬ ‫‪198‬‬ ‫) يوضح المواد المطلوبة‬15( ‫الجدول رقم‬ ‫في اإلنتاج للمشروع‬ Inputs to Aluminum Smelter General Description Additional 2 LTPA or 200,000 TPA Aluminum production capacity Alumina About 1.93 T of Alumina / Ton of Metal (or about 3,86,000 TPA additional Calcined Additional requirement for Petroleum expansion: Coke, cryolite Calcined Petroleum Coke: 74,000 as TPA; Na3AlF6, Cryolite: 400 TPA; Aluminum Aluminum fluoride: 4000 TPA; Coal Tar Pitch: 16,000 TPA. 199 Fluoride (AlF3), Coal Tar Pitch Land requirement Power requirement Water requirement Fuel requirement (Furnace Oil) Manpower requirement Present total plant area: 2061.41 acres. Proposed Expansion will be within the existing plant. Around 350-400 MW Around 1 m3 /T (or around 24 m3/hr. additional) of Aluminum. Around 100 T/day 800 persons additional ‫وصف موجز لطبيعة المشروع‬ ‫تبلغ سعة مصهر األلمنيوم المحدودة‬ ‫ طن سنويا‬1,600,000 ‫ الحالية‬Vedanta ‫ًا إلى جنب مع جميع المرافق‬ ‫جنب‬ ‫ مصنع انتاج عجينة األنود‬،‫اإلضافية‬ ‫ًا‬ ‫ طن‬35 × 4 ‫) بسعة‬GAP( )‫(األنود األخضر‬ ‫ مصانع‬،‫ مصانع أفران االنضاج‬،‫في الساعة‬ ،RPH 160 × 1 ،RPH 90 × 1 ‫انتاج االقطاب‬ (CPP) 9 ‫محطة الطاقة الخاصة بالمشروع‬ 200 ‫‪ × 135‬ميكاواط‪ .‬عالوة على ذلك‪ ،‬تم إنشاء‬ ‫محطة طاقة كهربائية سعة ‪ 2400‬ميكاواط‬ ‫‪( TPP‬طاقة حرارية) في نفس المجمع‪.‬‬ ‫)‪(Vedanta Limited (VL), 2017‬‬ ‫تعتزم شركة ‪ Vedanta‬اآلن توسيع مصنع‬ ‫صهر األلمنيوم بمقدار ‪ 200,000‬طن سنويا‬ ‫الكفاءة‬ ‫وزيادة‬ ‫التحديث‬ ‫خالل‬ ‫من‬ ‫الحالية‪ ،‬وستكون هناك حاجة إلى إضافة‬ ‫طاقة الخاليا للحصول على سعة إضافية‬ ‫للمصهر تبلغ حوالي ‪ 13500‬كيلوواط ساعة‬ ‫‪ /‬طن (‪ .)DC‬إن متطلبات الطاقة اإلضافية‬ ‫المقدرة بالنظر إلى األحمال اإلضافية‬ ‫وتأثيرات األنود وما إلى ذلك ستكون‬ ‫حوالي ‪ 400-350‬ميكاواط‪.‬‬ ‫ مصنع عجينة األنود الخضراء‬‫)‪Green Anode Plant (GAP‬‬ ‫‪Basis of calculation are as follows‬‬ ‫‪for smelter-2:‬‬ ‫‪Requirement of anode: 1.5 anodes /‬‬ ‫‪day/pot‬‬ ‫‪Total Consumption: 2000 anodes/day‬‬ ‫‪Working days: 289‬‬ ‫‪Availability: 85%‬‬ ‫‪201‬‬ Weight of each anode: 1040 kg Total Consumption /day: 1.04 x 2000 = 2080 T Existing GAP design capacity: 70 TPH GAP PRODUCTION: (70 x 24 x 0.85 x 289)/365 = 1150 TPD Additional requirement: (2080 – 1150) = 930 TPD New Design Capacity: 930/ (24 x 0.85 x 289/365) = 58 TPH 1 x 60 T/H GAP is recommended. ‫ مصنع تشكيل االقطاب‬Rodding Plant: Production: 80 RPH Working hours: 2 shifts / day (6.5 hrs./shift) Total production required: 2080 (in 13hrs) = 160 RPH 202 ‫= ‪Extra production required 160-80‬‬ ‫‪80 RPH‬‬ ‫‪Proposed New Design Capacity = 120‬‬ ‫‪RPH‬‬ ‫مما سبق يتضح أنه ستكون هناك حاجة إلى‬ ‫مصنع عجينة األنود الخضراء ‪ GAP‬ومصنع‬ ‫تشكيل األقطاب ‪ Rodding‬إضافي‪.‬‬ ‫كما تتطلب متطلبات التخزين لفحم الكوك‬ ‫البترولي المكلسن وزفت قطران الفحم‬ ‫ًا‪ .‬كان العرض األصلي لسعة تخزين‬ ‫تعزيز‬ ‫فحم الكوك البترولي المكلسن ‪7500 × 4‬‬ ‫طن‪ ،‬تم تركيب ‪ 2‬منها‪ .‬سيكون التوازن‬ ‫ًا إلى جنب مع مرافق‬ ‫‪ 2x7500 T Silos‬جنب‬ ‫الربط للناقالت كافية للتوسع‪ .‬فيما‬ ‫يتعلق بتخزين القطران‪ ،‬كانت االعتبارات‬ ‫األصلية ‪ 1000 × 4‬طن تم تركيب ‪ 2‬منها‪.‬‬ ‫ًا إلى‬ ‫يتم تركيب خزانات التوازن جنب‬ ‫لتلبية‬ ‫الموجود‬ ‫النظام‬ ‫مع‬ ‫جنب‬ ‫احتياجات التوسع في المعمل االصلي‪.‬‬ ‫)‪(Vedanta Limited (VL), 2017‬‬ ‫وحدة الصب‬ ‫تم بالفعل تثبيت القدرة الحالية لصب‬ ‫المعدن المطلوب‪ ،‬في حين سيتم إضافة‬ ‫‪203‬‬ ‫المزيد على السعة بناً‬ ‫ء على متطلبات‬ ‫منتج ذي قيمة مضافة‪(Vedanta Limited .‬‬ ‫)‪(VL), 2017‬‬ ‫خلق فرص العمل‬ ‫سيتم تشغيل مشروع التوسعة المقترح‬ ‫بأفراد من ذوي المهارات وشبه المهرة‪.‬‬ ‫سيكون إجمالي العمالة لتوسيع مصنع‬ ‫الصهر ‪ 800‬شخص من العمالة المباشرة‬ ‫وغير المباشرة‪.‬‬ ‫وصف المشروع مع تفاصيل العملية‬ ‫العملية المعتمدة إلنتاج األلمنيوم هي‬ ‫عملية االختزال الكهربائي لأللومينا إلى‬ ‫األلمنيوم المعدني كما هو معمول به في‬ ‫العصر الحالي لمصنع صهر األلمنيوم‬ ‫المتقدم على مستوى العالم‪ .‬يتم عرض‬ ‫مخطط تسلسل عمليات إنتاج األلمنيوم في‬ ‫الشكل ‪.5‬‬ ‫وصف العملية لمصهر األلمنيوم‬ ‫‪Hall‬‬‫إن عملية االختزال هي عملية‬ ‫‪ Heroult‬المعروفة والمعروفة تجارً‬ ‫يا‬ ‫للتحليل الكهربائي وستستخدم أحدث‬ ‫‪204‬‬ ‫تقنيات التيار الخاصة‪ُ .‬‬ ‫يقترح إجراء‬ ‫عمليات التحليل الكهربائي في خلية‬ ‫تيار تبلغ ‪ 340‬كيلو أمبير‪ .‬تؤدي شدة‬ ‫إنتاج‬ ‫إلى‬ ‫للخاليا‬ ‫األعلى‬ ‫التيار‬ ‫اقتصادي أكثر‪ ،‬وكان االتجاه بمرور‬ ‫الوقت هو تحقيق شدة تيار أعلى‪.‬‬ ‫نظام األنود المقترح استخدامه هو نوع‬ ‫تغذية مركزي مسبق التحضير‪ .‬يتم ترسيب‬ ‫معدن األلمنيوم في شكل منصهر على القطب‬ ‫السالب تحت طبقة االلكتروليت ويتم ضغطه‬ ‫ًا ألن العملية مستمرة‪،‬‬ ‫في الفراغ‪ .‬نظر‬ ‫يتم شحن األلومينا على فترات زمنية‬ ‫مناسبة بعد كسر القشرة المتكونة في‬ ‫الجزء العلوي من طبقة االلكتروليت‪.‬‬ ‫)‪(Vedanta Limited (VL), 2017‬‬ ‫يتكون الدخان المنطلق عند األنود أثناء‬ ‫عملية التحليل الكهربائي بشكل أساسي‬ ‫من أكاسيد الكاربون ومركبات الفلور‪.‬‬ ‫يتم الحصول على األول عن طريق التفاعل‬ ‫الكيميائي لكتلة األنود بينما يتم‬ ‫الحصول على الالحق من تفكك الفلوريدات‬ ‫في حمام الخلية‪ .‬باإلضافة إلى ذلك‪ ،‬يتم‬ ‫تضمين غبار األلومينا في الغازات‬ ‫المتحررة والتي تحتوي على الفلوريدات‬ ‫‪205‬‬ ‫أيضا‪ .‬يتم تنفيس الغازات من خالل نظام‬ ‫تنظيف بالغاز من نوع جهاز التنظيف‬ ‫الجاف‪(Vedanta Limited (VL), 2017).‬‬ ‫‪206‬‬ 207 ‫مخطط رقم (‪ )16‬العملية الصناعية في مشروع‬ ‫انتاج االلمنيوم‬ ‫عملية التحليل الكهربائي للمرافق ذات‬ ‫الصلة‬ ‫بسبب قابلية ذوبان اوكسيد االلمنيوم في‬ ‫الكرايواليت المنصهر (‪ ، )Na3AlF6‬فمن‬ ‫الكهربائي‬ ‫التحليل‬ ‫إكمال‬ ‫الممكن‬ ‫لألوكسيد عند درجة حرارة ‪ 950‬درجة‬ ‫مئوية ‪ 980 -‬درجة مئوية‪ .‬اوكسيد‬ ‫االلمنيوم لديه نقطة انصهار تبلغ ‪2050‬‬ ‫درجة مئوية ولكنه قابل للذوبان في‬ ‫حمام الكرايواليت حتى ‪ ٪10‬من الوزن‪.‬‬ ‫المعادلة األساسية التي تصف التحلل‬ ‫الكيميائي الوكسيد االلمنيوم هي‬ ‫‪2Al2O3 ================ 4Al + 3O2‬‬ ‫كانت خاليا اإللكتروليت السابقة صغيرة‬ ‫بكثافة حالية تبلغ عدة آالف من‬ ‫األمبيرات فقط‪ .‬مع بناء خاليا أكبر‬ ‫ًا‪ ،‬بدأت األنودات المسبقة االنضاج في‬ ‫حجم‬ ‫االنتشار‪ .‬بعض العوامل الرئيسية التي‬ ‫تؤثر على استخدام األنودات المسبقة‬ ‫االنضاج هي‪ :‬إنها تسمح بكثافة تيار‬ ‫ًا الخاليا ذات تصنيف ‪KA 500‬‬ ‫أعلى (حالي‬ ‫‪208‬‬ ‫أو أكثر موجودة في ‪(Vedanta )Vogue‬‬ ‫)‪Limited (VL), 2017‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫تؤمن توزيع الفيض المغناطيسي بصورة‬ ‫ً‬ ‫أفضل ويصبح تدفق الغاز مواتيا‬ ‫تؤمن توازن حراري أفضل‬ ‫ًا من‬ ‫تكون منطقة العمل خالية نسبي‬ ‫األدخنة الضارة‬ ‫ضمان الحصول على معدن بنقاوة أعلى‬ ‫تتكون الخلية اإللكتروليتية من غالف‬ ‫فوالذي على شكل صندوق يحتوي على مجموعة‬ ‫الكاثود واألنود‪ .‬الجزء السفلي من‬ ‫الغالف الفوالذي مبطن بالطابوق الحراري‬ ‫الذي يدعم مجموعة الكاثود‪ .‬تتكون‬ ‫مجموعة الكاثود من كتل وشريط الكاثود‬ ‫الذي يمتد على كامل عرض الخلية ويتم‬ ‫ًا بقضبان الناقل بموصالت‬ ‫توصيله خارجي‬ ‫مرنة‪ .‬تتكون مجموعات األنود من كتلة‬ ‫األنود وقضبان األنود‪ .‬يتم تثبيت كتلة‬ ‫األنود على شعاع األنود‪ .‬يتم التوصيل‬ ‫الكهربائي والميكانيكي بين الكتل‬ ‫والقضبان عن طريق أذرع من الحديد‬ ‫الزهر‪ ،‬يتم قفلها في فتحات دخول‬ ‫الحامل الحديدي داخل كتل األنود‪.‬‬ ‫)‪(Vedanta Limited (VL), 2017‬‬ ‫‪209‬‬ ‫يتم تنظيم توزيع الخاليا في قاعة‬ ‫اإلنتاج على شكل خطوط من الخاليا تتجاور‬ ‫ًا بالكامل‬ ‫من الخاليا االخرى‪ ،‬محاط‬ ‫بأغطية من األلواح المعدنية‪ ،‬ويتم‬ ‫األوعية‬ ‫تمشيط‬ ‫آالت‬ ‫بواسطة‬ ‫خدمته‬ ‫العلوية متعددة األغراض (‪ ،)PTM‬ويتم‬ ‫التحكم فيها بالكامل بواسطة كمبيوتر‬ ‫معالجة‪ ،‬ومتصل من خالل نظام نقل هوائي‬ ‫مركزي عالي الكثافة بإمداد األلومينا‬ ‫والفلورايد إضافة الى تنفيس من خالل‬ ‫نظام مجاري إلى تركيب تنظيف الغاز‬ ‫العادم للغسيل الجاف المركزي‪(Vedanta .‬‬ ‫)‪Limited (VL), 2017‬‬ ‫شكل رقم (‪ )13‬نظام توزيع الخاليا الكهربائية‬ ‫في قاعة االنتاج‬ ‫توزيع الطاقة لنظام إنتاج األنود‬ ‫‪210‬‬ ‫سيتم تجهيز وحدة تصنيع األنود األخضر‬ ‫بمحوالت مناسبة‪ ،‬والتي يمكنها تلبية‬ ‫متطلبات إمداد الطاقة ألقسام مختلفة من‬ ‫تصنيع األنود األخضر‪ ،‬ونظام تدوير‬ ‫المياه لضغط األنود‪.‬‬ ‫تم تجهيز معمل االنضاج بمحوالت يمكنها‬ ‫تلبية متطلبات اإلمداد بالطاقة لوحدة‬ ‫االنضاج واألنظمة المساعدة المختلفة‪.‬‬ ‫)‪(Vedanta Limited (VL), 2017‬‬ ‫ًا‪ ،‬في إنتاج األلمنيوم‪،‬‬ ‫كما ذكرنا سابق‬ ‫هناك نوعان من تقنيات األنود األساسية‬ ‫المستخدمة عادً‬ ‫ة وهما أنود الكاربون‬ ‫سودربيرج‪.‬‬ ‫وأنود‬ ‫االنضاج‬ ‫المسبق‬ ‫األنودات الجاهزة تسيطر على النوع اآلن‪.‬‬ ‫األنود النموذجي مصنوع من خليط من كوك‬ ‫القطران‬ ‫(‪،)CPC‬‬ ‫المكلسن‬ ‫البترول‬ ‫البترولي (‪ ،)CTP‬األنودات المستهلكة‬ ‫(المشار إليه فيما بعد بـ "بوت او‬ ‫ّر‬ ‫األنود المستهلك")‪ .‬في األنود المحض‬ ‫ًا‪ ،‬ال يمكن استهالك القطب الموجب‬ ‫مسبق‬ ‫‪211‬‬ ‫بالكامل أثناء التحليل الكهربائي بسبب‬ ‫احتماالت حصول مشاكل تلوث المعادن‬ ‫المحتملة‪.‬‬ ‫يتم إعادة تدوير ما تبقى من األنود‬ ‫("األنودات المستهلكة") عن طريق إضافته‬ ‫إلى عجينة األنود الجديدة‪ .‬إعادة‬ ‫استخدام هذه المواد يقضي على النفايات‬ ‫الناحية‬ ‫من‬ ‫مطلوبة‬ ‫عملية‬ ‫وهي‬ ‫األنودات‬ ‫تتلوث‬ ‫ايضا‪.‬‬ ‫االقتصادية‬ ‫الصوديوم بكميات‬ ‫المستهلكة بعنصر‬ ‫كبيرة ويجب إزالة اثار االلكتروليت‬ ‫(‪ )Na3AlF6‬بشكل صحيح من القطب المعاد‬ ‫تدويره الن هذه المخلفات تعمل على تلوث‬ ‫األنودات الجديدة‪ .‬تؤثر درجة نظافة‬ ‫الخصائص‬ ‫على‬ ‫المستهلك‬ ‫األنود‬ ‫الفيزيائية لألنود الجديد بما في ذلك‬ ‫القوة الميكانيكية ونفاذية الهواء‬ ‫وسلوك تفاعل الكربوكسى النتاج غاز ثاني‬ ‫أوكسيد الكاربون‪(Vedanta Limited (VL), .‬‬ ‫)‪2017‬‬ ‫عملية إنتاج األنود‬ ‫تقنية األنود المسبق االنضاج أثناء‬ ‫إنتاج األلمنيوم‪ .‬يتم تصنيع األنود‬ ‫النموذجي لمثل هذه العملية بواسطة‬ ‫‪212‬‬ ‫خليط من ‪ CPC‬لفحم الكوك المكلسن (‪- 60‬‬ ‫‪ ،)٪57‬القطران البترولي ‪- 13( CTP‬‬ ‫‪ ،)٪15‬األنودات المستهلكة (‪.)٪30 - 25‬‬ ‫تتكون مصانع تصنيع األنود من ثالثة‬ ‫مصانع متكاملة (مصنع العجينة ألخضراء‪،‬‬ ‫ومصنع لإلنضاج‪ ،‬ومصنع تشكيل القضبان)‪.‬‬ ‫)‪(Vedanta Limited (VL), 2017‬‬ ‫يتم إنتاج معجون األنود في مصنع خلط‬ ‫يعمل بالنظام الدفعي بحجم األنود‬ ‫الحالي (‪ 1600‬ملم × ‪ 920‬ملم × ‪ 630‬ملم)‬ ‫وهو ما يسمى جيل األنود الكبير ‪LA-( 4‬‬ ‫‪ )4‬كما هو موضح في الشكل ‪ .1‬يتم تحديد‬ ‫أبعاد األنود بشكل كبير من خالل كمية‬ ‫التيار الكهربائي المستخدم في عملية‬ ‫التحليل الكهربائي النتاج األلمنيوم‬ ‫وبشكل عام تصمم األنودات لحمل تيار‬ ‫كهربائي يتراوح بين ‪ 235 - 195‬كيلو‬ ‫أمبير‪(Sinaga D. A. 2020).‬‬ ‫‪213‬‬ ‫)‪Source: (Sinaga D. A. 2020‬‬ ‫شكل رقم (‪ )14‬االنود الخاص بالخاليا الكهربائية‬ ‫النتاج االلمنيوم‬ ‫ان مصنع العجينة الخضراء يعمل على‬ ‫‪Green‬‬ ‫انتاج كتلة األنود الخضراء‬ ‫)‪ Block (GB‬والذي يتم نقله إلى مصنع‬ ‫االنضاج ليتم اجراء عميلة االنضاج‬ ‫لألنود‪ .‬تهدف عملية تحميص األنود إلى‬ ‫تعزيز الخواص الفيزيائية والميكانيكية‬ ‫والكيميائية‪ .‬تتطلب عملية تحميص األنود‬ ‫تسخين األنودات الى درجة حرارة تصل إلى‬ ‫‪ 1100‬درجة مئوية لتفحيم القطران ‪CTP‬‬ ‫وتحويله الى كاربون (القطران يعمل‬ ‫كمادة رابطة لمكونات األنود)‪ .‬بعد‬ ‫االنضاج بحوالي ‪ 20 - 15‬يوً‬ ‫ما‪ ،‬يتم تفريغ‬ ‫البلوك المنضج (‪ )BB‬ثم نقله إلى مصنع‬ ‫تشكيل األنودات وتجميعه باستخدام قضيب‬ ‫األنود‪ .‬باإلضافة إلى أنه مصنع تجميع‬ ‫األنودات فان المصنع يعمل ايضا على‬ ‫تنظيف األنودات المستهلكة‪(Sinaga D. .‬‬ ‫)‪A. 2020‬‬ ‫يجب على مصنعي األنود االنتباه إلى‬ ‫الجوانب البيئية في عملية انتاج‬ ‫األنودات وإحدى االستراتيجيات هي إعادة‬ ‫‪214‬‬ ‫استخدام األنودات المستهلكة المرفوعة‬ ‫من الخاليا الكهربائية‪ .‬يجل االخذ بنظر‬ ‫االعتبار ان التلوث بالصوديوم الموجود‬ ‫على عقب األنود بالكرايواليت (‪)Na3AlF6‬‬ ‫أثناء عملية التحليل الكهربائي يؤثر‬ ‫الجديدة‬ ‫األنودات‬ ‫على‬ ‫كبير‬ ‫بشكل‬ ‫وبالتالي تغيير جودتها‪ .‬لتحسين تكلفة‬ ‫اإلنتاج‪ ،‬يتم إعادة استخدام تلك المواد‬ ‫المستهلكة كمواد خام إلنتاج األنود‪.‬‬ ‫ًا إلى‬ ‫استخدام عقب األنود يؤدي تقني‬ ‫التأثير بشكل سلبي كبير على األنود‬ ‫وعلى أداء خلية التحليل الكهربائي‪.‬‬ ‫تلعب عملية تنظيف المؤخرة في مصنع‬ ‫ًا في الحصول على‬ ‫ًا مهم‬ ‫تشكيل األنود دور‬ ‫انود مستهلك يمكن استخدامه في انتاج‬ ‫األنودات‪.‬‬ ‫)‪Source: (Sinaga D. A. 2020‬‬ ‫شكل رقم (‪ )15‬االنودات بعد إخراجها من الخاليا‬ ‫الكهربائية‬ ‫‪215‬‬ ‫يتم تنظيف األنودات المستهلكة في‬ ‫غرفتين مقصورتين يتم تمرير األنودات من‬ ‫خالل الغرفتين لتنظيفهما‪ .‬الغرفة األولى‬ ‫عبارة عن غرفة تنظيف والغرفة المجاورة‬ ‫عبارة عن غرفة نفخ هواء قادرة على‬ ‫إنتاج عقب أنود فعال إلعادة استخدامه‬ ‫كمواد خام لألنود‪ .‬جودة األنود المستهلك‬ ‫التي ينتجها نظام التنظيف أفضل بكثير‬ ‫من النطاق المعتاد‪ .‬باستخدام نسبة‬ ‫بعقب ‪ ٪30‬إلنتاج األنود‪ ،‬يمكن للمصنعين‬ ‫توفير تكاليف اإلنتاج بمقدار ‪180 +‬‬ ‫ًا ‪ /‬األنود وهذا يعد‬ ‫ًا أمريكي‬ ‫دوالر‬ ‫ًا لمتوسط إنتاج األنود‬ ‫ًا كبير‬ ‫توفير‬ ‫البالغ ‪ 112000‬أنود ‪ /‬سنوً‬ ‫يا بمعدل‬ ‫إنتاج متوسط‪.‬‬ ‫)‪Source: (Sinaga D. A. 2020‬‬ ‫‪216‬‬ ‫) شكل انودات بعد عملية التنظيف‬16( ‫شكل رقم‬ Carbon Plant Smelter will be self-contained for anode requirement. Anode production facility will Comprise:  Green anode plant;  Baking Furnace; and  Rodding facility. The process flow sheet of carbon plant is shown in Figure-6. Green Anode ‫مصنع األنودات الخضراء‬ Plant ‫المواد الخام الرئيسية لمصنع األنودات‬ ‫الخضراء هي فحم الكوك البترولي‬ .‫المكلس ومادة رابطة مثل القطران‬ ‫يتضمن المسلك التكنولوجي للتصنيع‬ ‫خطوات المعالجة المواد األولية‬ ‫التالية‬  Calcined Petroleum Coke: (around 60%)  Butts: (around 25%) 217 ‫)‪ Green Scrap: (around 1%‬‬ ‫)‪ Pitch: (around 14%‬‬ ‫‪ Paste mixing & compacting‬‬ ‫تتألف العملية الصناعية من العديد من‬ ‫الوحدات االنتاجية يتم فيها وزن العديد‬ ‫من المقاطع ذات األحجام المختلفة‬ ‫الخشنة‪ ،‬وفحم الكوك المتوسط والناعم‪،‬‬ ‫والمطحنة والغبار‪ ،‬وتسخينها‪ ،‬وخلطها‬ ‫مع الخردة الخضراء وزفت السائل‪ ،‬ويتم‬ ‫عمل العجينة عن طريق العجن‪ .‬يتم تشكيل‬ ‫األنود بواسطة آلة تشكيل باالهتزاز‪.‬‬ ‫لمصنع‬ ‫المادة‬ ‫موازنة‬ ‫حسابات‬ ‫ان‬ ‫االنودات الخضراء هي كاالتي‬ ‫‪Requirement of anode: 1.5 anodes /‬‬ ‫‪day/pot‬‬ ‫‪Total Consumption: 2000 anodes/day‬‬ ‫‪Working days: 289‬‬ ‫‪Availability: 85%‬‬ ‫‪Weight of each anode: 1040 kg‬‬ ‫‪218‬‬ Total Consumption /day: 1.04 x 2000 = 2080 T Existing GAP design capacity: 70 TPH GAP PRODUCTION: (70 x 24 x 0.85 x 289)/365 = 1150 TPD Additional requirement: (2080 – 1150) = 930 TPD New Design Capacity: 930/ (24 x 0.85 x 289/365) = 58 TPH 1 x 60 T/H GAP is recommended. ‫العمليات‬ ‫تسلسل‬ ‫يوضح‬ 17 ‫الشكل‬ ‫الصناعية الخاصة بمصنع األنود األخضر‬ 219 ‫مخطط رقم (‪ )17‬تسلسل العمليات في مصنع الكاربون‬ ‫‪220‬‬ ‫مخطط رقم (‪ )18‬تسلسل العمليات في مصنع االنودات الخضراء‬ ‫‪221‬‬ ‫فرن االنضاج ‪Baking Furnace‬‬ ‫ستتم المعالجات التالية بعد تشكيل‬ ‫القطب وهي‪:‬‬ ‫‪Cooling & Storing‬‬ ‫‪Baking‬‬ ‫‪Baked Anode Clearing & Storage‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫تتطلب المعالجة المذكورة أعاله مساحة‬ ‫تخزين وحركة واسعة للمواد‪ .‬من منطقة‬ ‫تخزين األنود األخضر‪ ،‬يتم نقل األنودات‬ ‫الكاربونية الخضراء بواسطة نواقل‬ ‫في على شكل‬ ‫اسطوانية دوارة وكرين‬ ‫مناسب إلى فرن تحميص األنود ‪. (Vedanta‬‬ ‫)‪Limited (VL), 2017‬‬ ‫مصنع تشكيل األنودات ‪Rodding Plant‬‬ ‫بعد االنضاج‪ ،‬تخضع األنودات لعملية‬ ‫التنظيف وفك ارتباط قضبان األنودات‬ ‫التي تم إزالتها من كتلة األنود‬ ‫المرتبطة بالقضبان وفحصها وإعادة‬ ‫استخدامها‪ .‬يتم تسخين الثقوب في‬ ‫األنودات الكاملة االنضاج ويتم وضع‬ ‫القضبان وتثبيتها في مكانها باستخدام‬ ‫الحديد الزهر المصهور واستخدامها في‬ ‫الخاليا الكهربائية بعد فحص الجودة‪.‬‬ ‫متطلبات المواد الخام‬ ‫المادة الخام األولية للمصهر هي‬ ‫األلومينا الصناعية القابلة لالنصهار‪.‬‬ ‫‪222‬‬ ‫المواد األخرى ستكون الكرايواليت‪،‬‬ ‫فلوريد األلمنيوم‪ ،‬فحم الكوك المكلسن‪،‬‬ ‫القطران البترولي لتصنيع األنود‪.‬‬ ‫سيتم الحصول على األلومينا من مصنع‬ ‫انتاج االلومينا من الكاؤولين ضمن‬ ‫المجمع الصناعي اويتم استيرادها‪.‬‬ ‫سيتم استيراد فلوريد األلمنيوم‪ .‬سيتم‬ ‫شراء فحم الكوك ‪ CP‬من الموردين‬ ‫المحليين أو الخارجيين‪ .‬سيتم شراء‬ ‫قطران الفحم من المصادر المحلية‪.‬‬ ‫)‪(Vedanta Limited (VL), 2017‬‬ ‫يتم عرض تفاصيل متطلبات المواد الخام‬ ‫للمشروع في الجدول ‪.15‬‬ ‫الجدول رقم (‪ )15‬متطلبات المواد‬ ‫الخام للمشروع‬ ‫‪Sr. Description Quantity‬‬ ‫‪No.‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1.93 T/Ton of metal or‬‬ ‫‪Alumina‬‬ ‫‪386,000 TPA additional‬‬ ‫‪223‬‬ ‫‪2 kg/T or 400 TPA‬‬ ‫‪0.37 T/T (gross anode‬‬ ‫‪consumption is around‬‬ ‫‪545 kg/T) or 74000 TPA‬‬ ‫‪additional‬‬ ‫‪Cryolite‬‬ ‫‪Calcined‬‬ ‫‪Petroleum‬‬ ‫‪Coke‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪0.08 T/T or 16000 TPA‬‬ ‫‪additional‬‬ ‫‪20 Kg/T or 4000 TPA‬‬ ‫‪additional‬‬ ‫‪Coal Tar‬‬ ‫‪Pitch‬‬ ‫‪Aluminum‬‬ ‫‪Fluoride‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪5‬‬ ‫الطاقة الكهربائية‬ ‫بالنسبة للمصهر‪ ،‬ستحتاج إلى ‪13500‬‬ ‫كيلوواط ساعة (‪ / )DC‬طن من المعدن‪.‬‬ ‫المساعدة‬ ‫الوحدات‬ ‫إلى‬ ‫بالنظر‬ ‫المتطلبات‬ ‫فإن‬ ‫األخرى‪،‬‬ ‫والعوامل‬ ‫المقدرة للطاقة ستكون ‪ 14200‬كيلو واط‬ ‫ساعة ‪ /‬طن‪ .‬سيتم أخذ كمية الطاقة‬ ‫المطلوبة من ‪ 2400‬ميجاواط من محطة‬ ‫من‬ ‫او‬ ‫الصناعي‬ ‫بالمجمع‬ ‫ملحقة‬ ‫الكهرباء المجهزة من المحطة العامة‪.‬‬ ‫توزيع الطاقة لنظام إنتاج األنود‬ ‫سيتم تجهيز وحدة تصنيع األنود األخضر‬ ‫بمحوالت مناسبة‪ ،‬والتي يمكنها تلبية‬ ‫متطلبات إمداد الطاقة ألقسام مختلفة‬ ‫من تصنيع األنود األخضر‪ ،‬ونظام تدوير‬ ‫المياه لضغط األنود‪.‬‬ ‫‪224‬‬ ‫تم تجهيز معمل الخبز بمحوالت يمكنها‬ ‫تلبية متطلبات اإلمداد بالطاقة لوحدة‬ ‫الخبز واألنظمة المساعدة المختلفة‪.‬‬ ‫زيت الوقود‬ ‫سيكون زيت الوقود مطلوً‬ ‫با لفرن‬ ‫االنضاج بكمية ‪ 48‬كغم ‪ /‬طن من األنود‬ ‫المسبق االنضاج‪ .‬ستكون هذا الكمية‬ ‫(حوالي ‪ 100‬طن ‪ /‬يوم)‪(Vedanta .‬‬ ‫)‪Limited (VL), 2017‬‬ ‫توليد النفايات وإدارتها‬ ‫إدارة مياه الصرف‬ ‫اإلضافية‬ ‫الصرف‬ ‫مياه‬ ‫كمية‬ ‫تبلغ‬ ‫الناتجة عن معمل صهر األلمنيوم ‪ 576‬م‪3‬‬ ‫‪ /‬يوم‪ .‬اهم الوحدات الصناعية التي‬ ‫تستهلك المياه وكذلك تعمل على توليد‬ ‫مياه الصرف في مصهر االلمنيوم هي‬ ‫أبراج التبريد‪ .‬تتم معالجة مياه‬ ‫الصرف الصحي وإعادة استخدامها وإعادة‬ ‫تدويرها للحماية من الحرائق وإخماد‬ ‫الغبار والبستنة‪.‬‬ ‫متطلبات استهالك المياه الرئيسية هي‬ ‫أبراج التبريد والمياه المنزلية‪.‬‬ ‫ستتم معالجة مياه الصرف الصحي وإعادة‬ ‫تدويرها إلى أقصى حد ممكن‪ .‬سيتم‬ ‫‪225‬‬ ‫اتباع سياسة عدم اهدار أي كمية من‬ ‫الماء‪.‬‬ ‫إدارة مياه األمطار‬ ‫سيتم جمع مياه األمطار واستخدامها في‬ ‫عمليات الصهر‪.‬‬ ‫الفلوريدات‬ ‫انبعاثات‬ ‫غسل‬ ‫يتم‬ ‫المتسربة التي تترسب على السطح‬ ‫ومناطق أخرى خالل زخات االمطار األولى‪،‬‬ ‫ويتم جمع مياه األمطار هذه في بركة‬ ‫مياه األمطار‪ .‬يتم إنشاء المصارف‬ ‫الالزمة داخل منطقة المصنع لتجميع‬ ‫مياه الصرف‪ .‬تم إنشاء بركة تجميع‬ ‫مياه األمطار بشكل مناسب لمنع تلوث‬ ‫المياه الجوفية‪ .‬يتم استخدام مياه‬ ‫االمطار المخزونة في عمليات مصهر‬ ‫االلمنيوم‪.‬‬ ‫النفايات الصلبة‬ ‫كمية‬ ‫ستزداد‬ ‫المصنع‪،‬‬ ‫توسع‬ ‫مع‬ ‫النفايات الصلبة والتي سيتم االهتمام‬ ‫بها في نظام إدارة النفايات الصلبة‬ ‫المستمر‪ .‬سيتم إعادة تدوير األنود‬ ‫المستهلكة والخردة الخضراء في مصنع‬ ‫االنودات الخضراء ‪ .GAP‬الجدول رقم‬ ‫(‪ )16‬يوضح تفاصيل النفايات الصلبة‬ ‫المتولدة في المصنع‪.‬‬ ‫‪226‬‬ TABLE-16 ESTIMATED EXISTING SOLID WASTE GENERATION All units in Tonnes Waste Spent Pot lining (Cathode residues)-(T) Used Oil (KL) Shot blasting dust (T) ETP Sludge (T) Battery (Nos) Aluminium Dross (T) Anode Butt (T) Existing Proposed generatio generation n (18 LTPA) (16 LTPA) 40,000 45,000 530 3,000 564 3,375 520 150 35,000 585 170 39,375 3,00,000 3,37,500 227 ‫المصادر‬ 1. Dr. Michael Green 2018, FYI Resources – a route to HPA production, DOC Investments Limited, Kemp House, 152 City Road, London EC1V 2NX. 2. https://www.wakaolin.com.au/thekaolin-market 3. The Teijin Group, https://www.teijin.com/ 4. https://www.globaldata.com/datainsights/automotive/china-will-end-evsubsidies-after-30-cuts-in-2022/ 5. A.B. ElDeeba et al 2019, Extraction of alumina from kaolin by a combination of pyroand hydrometallurgical Processes, Applied Clay Science 172 (2019) 146–154 228 6. https://www.marketsandmarkets.com/M arket-Reports/kaolin-market91196438.html 7. Barry T. S. 2018, Thermal and Mechanical Activation in Acid Leaching Processes of Nonbauxite Ores Available for Alumina Production—A Review, Mining Metallurgy & Exploration · December 2018 DOI: 10.1007/s42461-018-0025-7 8. Mohamed A. I 2017, Kaolinite clays in Iraq and its Industrial Applications, internal report, State Company for Mining Industries, Mineral Excavation Department. 9. Jassim R. Z. et al 2007, HOLOCENE ARIDIFICATION IN CENTRAL IRAQ, Iraqi Bulletin of Geology and Mining Vol.3, No.1, 2007 p 1- 9 10. Tamar-Agha M. Y. et al 2019, The Geology and Economic Potential of Mineral Deposits and Occurrences of Iraq, Iraqi Bulletin of Geology and Mining Special Issue, No.8, 2019, pp 147-173 11. https://www.globenewswire.com/newsrelease/2022/01/25/2372595/0/en/Kaolin -Market-Size-5-512-4-Million-by-2028Lead-by-Automotive-and-Paper-Industry3-5-CAGR-Exclusive-Research-Report-byThe-Insight-Partners.html 12. Salahudeen N. 2018, Metakaolinization Effect on the Thermal 229 and Physiochemical Properties of Kankara Kaolin, KMUTNB Int J Appl Sci Technol, Vol. 11, No. 2, pp. 127–135, 2018 13. BERGAYA F.2006, HANDBOOK OF CLAY SCIENCE, First edition 2006 Elsevier 14. Ahmed M. F. 2021, Utilization of Iraqi Metakaolin in Special Types of Concrete: A Review Based on National Researches, Journal of Engineering journal homepage: www.joe.uobaghdad.edu.iq Number 8 Volume 27 August 2021 15. Astutiningsih S. 2018, Characterization and Fabrication of Metakaolin using Pulau Bangka Kaolin, E3S Web of Conferences 67, 03021 (2018) 3rd i-TREC 2018, https://doi.org/10.1051/e3sconf/201867 03021. 16. https://en.wikipedia.org/wiki/Hall% E2%80%93H%C3%A9roult_process 17. Adeoye J. B. et al 2018, Development of alum from kaolin deposit using response surface methodology, MOJ Biorg Org Chem. 2018;2(3):166‒169. 18. KURANGA et al 2018, Production and Characterization of Water Treatment Coagulant from locally sourced Kaolin 230 Clays, J. Appl. Sci. Environ. Manage. January 2018 Vol. 22 (1) 103-109. 19. Aderemi B.O. et al 2009, A New Approach to Metakaolin Delamination, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 3(3): 2243-2248, 2009 ISSN 1991-8178 20. CADOUX KAOLIN PROJECT 2020, FYI Resources – a route to HPA production, Dr. Michael Green Independent Mining Analyst, DOC Investments Limited, Kemp House, 152 City Road, London EC1V 2NX. 21. Mishra P 2020., Aluminium Industry – Challenges And Opportunities, https://www.publiteconline.it/ael/alum inium-industry-challenges-andopportunities/ 22. Vedanta Limited (VL), 2017,PREFEASIBILITY REPORT FOR THE PROPOSED EXPANSION OF ALUMINIUM SMELTER PRODUCTION CAPACITY FROM 16 LTPA SMELTER &1215 MW CPP TO 18 LTPA SMELTER &1215 MW CPP AT BHURKAMUNDA/BRUNDAMAL VILLAGE, JHARSUGUDA DISTRICT, ODISHA, Submitted to Ministry of Environment, Forest and Climate Change New Delhi. 23. Sinaga D. A. 2020, INALUM environmentally friendly strategy by reusing spent anode (butt) management, Materials Science and Engineering 801 (2020) 012068 doi:10.1088/1757899X/801/1/012068. 231

دراسة موسعة ومنقحة في استخلاص الالومينا وإنتاج معدن الالمنيوم من خام الكاؤولين

Products

Support

دراسة موسعة ومنقحة في استخلاص الالومينا وإنتاج معدن الالمنيوم من خام الكاؤولين

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib