תהליך הכנה וחדשנות טכנולוגית של אבקת תחמוצת אלומיניום

כשמדובר באבקת אלומינה, אנשים רבים עשויים להרגיש לא מוכרים עם זה. אבל כשמדובר במסכי הטלפונים הניידים שאנו משתמשים בהם מדי יום, בציפויים הקרמיים בקרונות רכבת מהירים, ואפילו באריחי הבידוד החום של מעבורות חלל, נוכחותה של אבקה לבנה זו היא הכרחית מאחורי מוצרים היי-טק אלה. כ"חומר אוניברסלי" בתחום התעשייתי, תהליך ההכנה של אבקת תחמוצת אלומיניום עבר שינויים מרעידים במאה האחרונה. המחבר עבד פעם ב... מסויםאלומינהמפעל ייצור במשך שנים רבות וחזה במו עיניו בקפיצה הטכנולוגית של תעשייה זו מ"ייצור פלדה מסורתי" לייצור חכם.

א. "שלושת הצירים" של אומנות מסורתית

בסדנת הכנת אלומינה, המאסטרים המנוסים אומרים לעתים קרובות, "כדי להשתתף בייצור אלומינה, יש לשלוט בשלושה סטים של מיומנויות חיוניות." זה מתייחס לשלוש הטכניקות המסורתיות: תהליך באייר, תהליך הסינטר והתהליך המשולב. תהליך באייר דומה לבישול עצמות בסיר לחץ, שבו האלומינה בבוקסיט מתמוססת בתמיסה בסיסית תחת טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. בשנת 2018, כאשר ביצענו תיקון ניפוי באגים בקו הייצור החדש ביונאן, עקב סטיית בקרת לחץ של 0.5 מגה פסקל, התגבשות כל סיר התרחיף נכשלה, וכתוצאה מכך נגרם הפסד ישיר של למעלה מ-200,000 יואן.

שיטת הסינטור דומה יותר לאופן שבו אנשים בצפון מכינים אטריות. היא דורשת "ערבוב" של בוקסיט ואבן גיר בפרופורציות מסוימות ולאחר מכן "אפייה" בטמפרטורה גבוהה בכבשן סיבובי. זכרו שלמאסטר ג'אנג בסדנה יש מיומנות ייחודית. רק על ידי התבוננות בצבע הלהבה, הוא יכול לקבוע את הטמפרטורה בתוך הכבשן עם שגיאה של לא יותר מ-10 מעלות צלזיוס. "שיטה עממית" זו, המבוססת על ניסיון מצטבר, לא הוחלפה על ידי מערכות הדמיה תרמית אינפרא אדום עד השנה שעברה.

השיטה המשולבת משלבת את המאפיינים של שתי הקודמות. לדוגמה, בעת ייצור סיר יין-יאנג חם, מתבצעות בו זמנית גם השיטה החומצית וגם השיטה הבסיסית. תהליך זה מתאים במיוחד לעיבוד עפרות באיכות נמוכה. מיזם מסוים במחוז שאנשי הצליח להגדיל את שיעור הניצול של עפרות רזה עם יחס אלומיניום-סיליקון של 2.5 ב-40% על ידי שיפור השיטה המשולבת.

II. הדרך לפריצהחדשנות טכנולוגית

סוגיית צריכת האנרגיה של אומנות מסורתית תמיד הייתה נקודת כאב בתעשייה. נתוני התעשייה משנת 2016 מראים כי צריכת החשמל הממוצעת לטון אלומינה היא 1,350 קילוואט-שעה, שווה ערך לצריכת החשמל של משק בית במשך חצי שנה. "טכנולוגיית המסה בטמפרטורה נמוכה" שפותחה על ידי מיזם מסוים, על ידי הוספת זרזים מיוחדים, מפחיתה את טמפרטורת התגובה מ-280 מעלות צלזיוס ל-220 מעלות צלזיוס. זה לבדו חוסך 30% מהאנרגיה.

ציוד המיטה המנוזלת שראיתי במפעל מסוים בשאנדונג שינה לחלוטין את תפיסתי. "ענק הפלדה" הזה, בגובה חמש קומות, שומר על אבקת המינרלים במצב מרחף באמצעות גז, ומפחית את זמן התגובה מ-6 שעות בתהליך המסורתי ל-40 דקות. מדהים עוד יותר הוא מערכת הבקרה החכמה שלו, שיכולה להתאים את פרמטרי התהליך בזמן אמת בדיוק כמו רופא סיני מסורתי שמודד דופק.

מבחינת ייצור ירוק, התעשייה מציגה מופע נפלא של "הפיכת פסולת לאוצר". בוץ אדום, שבעבר היה שארית פסולת בעייתית, ניתן כיום לייצר סיבים קרמיים וחומרי בסיס לכבישים. בשנה שעברה, פרויקט ההדגמה שנערך בגואנגשי אף ייצר חומרי בניין חסיני אש מבוץ אדום, ומחיר השוק היה גבוה ב-15% מזה של מוצרים מסורתיים.

ג. אפשרויות אינסופיות לפיתוח עתידי

ניתן להתייחס להכנת ננו-אלומינה כ"אמנות המיקרו-פיסול" בתחום החומרים. ציוד הייבוש הסופר-קריטי הנראה במעבדה יכול לשלוט בגדילת חלקיקים ברמה המולקולרית, והננו-אבקות המיוצרות הן אפילו עדינות יותר מאבקנים. חומר זה, כאשר משתמשים בו במפרידי סוללות ליתיום, יכול להכפיל את חיי הסוללה.

מִיקרוֹגַלטכנולוגיית הסינטר מזכירה לי את תנור המיקרוגל בבית. ההבדל הוא שמכשירי מיקרוגל ברמה תעשייתית יכולים לחמם חומרים ל-1600 מעלות צלזיוס תוך 3 דקות, וצריכת האנרגיה שלהם היא רק שליש מזו של תנורים חשמליים מסורתיים. יתרה מכך, שיטת חימום זו יכולה לשפר את המיקרו-מבנה של החומר. לקרמיקה מאלומינה המיוצרת על ידי מפעל תעשייתי צבאי מסוים באמצעותה יש קשיות דומה לזו של יהלום.

השינוי הבולט ביותר שהביאה טרנספורמציה חכמה הוא המסך הגדול בחדר הבקרה. לפני עשרים שנה, עובדים מיומנים הסתובבו בחדר הציוד עם ספרי רישומים. כיום, צעירים יכולים להשלים את ניטור התהליך כולו בכמה לחיצות עכבר. אך באופן מעניין, מהנדסי התהליך הבכירים ביותר הפכו במקום זאת ל"מורים" של מערכת הבינה המלאכותית, שצריכים להמיר עשרות שנות ניסיון ללוגיקה אלגוריתמית.

השינוי מעפרה לאלומינה בעלת טהרה גבוהה אינו רק פרשנות של תגובות פיזיקליות וכימיות, אלא גם התגבשות של חוכמה אנושית. כאשר מפעלים חכמים של 5G פוגשים את "חוויית התחושה הידנית" של אומנים מומחים, וכאשר ננוטכנולוגיה משוחחת עם כבשנים מסורתיים, האבולוציה הטכנולוגית בת מאה השנים הזו רחוקה מלהסתיים. אולי, כפי שצופה המסמך הלבן האחרון בתעשייה, הדור הבא של ייצור אלומינה ינוע לכיוון "ייצור ברמה אטומית". עם זאת, לא משנה כמה הטכנולוגיה תתקדם, פתרון צרכים מעשיים ויצירת ערך אמיתי הם הקואורדינטות הנצחיות של חדשנות טכנולוגית.