پایان نامه موردبررسی در شرکت ایرالکو EFQM

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی

رشته مهندسی صنایع (برنامه ریزی وتحلیل سیستمها)

مقدمه

پس از پیروزی انقلاب اسلامی ایران ، به منظور گسستن زنجیر وابستگی و گام نهادن در خطوط کلی استقلال و خود کفائی صنعتی اقدامات موثر در جهت کاهش مصرف مصنوعات وارداتی و افزایش توان تولیدی به عمل آمده است . در این رابطه می توان به یکی از با ارزش و در حال تکوین یعنی صنعت آلومینیوم که نقش مهم و موثری از نظر اقتصادی و صنعتی ایفا می کند اشاره نمود . ارزش و مقام آلومینیوم و آلیاژهای آن از نظر مقدار تولید و مصرف آن در صنایع گوناگون به خاطر خواص فیزیکی ، مکانیکی و شیمیایی منحصر به فردش بر کسی پو شیده نیست . در اینجا به منظور آشنایی با این صنعت و کارخانه تولید آلومینیوم اراک ، مرحل مختلف تولید از آغاز تا بدست آمدن محصول ، بطور خلاصه تشریح می گردد .

پیدایش آلومینیوم

اولین بار در حدود 2500 سال پیش ماده ای به فرمول 12H2O و KAL (SO4) 2 که ترکیبی از سولفات آلومینیوم میباشد کشف و مورد استفاده قرار گرفت و از طرف PLINIUS  نویسنده رومی بنام ALUME  نامگذاری گردید . به طور کلی عنصر آلومینیوم حدود 8 درصد پوسته زمین را تشکیل می دهد و به علت میل ترکیبی شدید با اکسیژن ، این فلز بصورت خالص در طبیعت یافت نمی شود . سال 1886 را می توان آغاز پیشرفت صنعت آلومینیم دانست زیرا در این سال دانشمند فرانسوی PAUL HERAULT  و دانشمند آمریکایی MARTIN HALL  هر یک مستقل و در یک زمان موفق شدند از طریق الکترولیز اکسید آلومینیوم در کریولیت مذابه آلومینیوم تولید نمایند که این روش تاکنون نیز ادامه دارد . کریولیت ماده است که بطور طبیعی در معادن کشور گروئلند یافت می شود . امروزه برای تهیه اکسید آلومینیوم که نام صنعتی آن آلومینا است از بو کسیت که سنگی است معدنی استفاده می گردد . این سنگ اولین بار توسط دانشمند فرانسوی BERTHIER  در نزدیکی شهر LES BAUX  در جنوب فرانسه کشف و بدان جهت بوکسیت نامیده شده سنگ بوکسیت ترکیبی از هید رو کسید آلومینیوم ، اکسید و یا هیدروکسید آهن ، اکسید تیتانیم و مقداری سیلیکات های آلومینیوم است . این سنگ در اثر فرسایش های شیمیایی سنگهای اولیه در دورانهای مختلف جهان بوجود آمده است . ذخایر بوکسیت کشف شده در جهان عبارتند از:    

اروپا : 680 میلیون تن در کشورهای فرانسه ،  یونان ، ایتالیا ، یو گسلاوی ، مجارستان و رومانی

آسیا : 670 میلیون تن در کشورهای چین ، هندوستان ، اندونزی  و مالایا .

آفریقا : 1370 میلیوم تن در کشورهای گینه ، کنیا ، موزامبیک و نیوزلند .

آمریکا : 860 میلیوم تن در کشورهای ایالات متحده آمریکا ، گوایانا ، جامائیکا ، هائتی و برزیل .

استرالیا : 1200 میلیون تن .

لازم به تذکر است که در کشور حودمان در کرمان ، معادل سلسله زاگروس ( در ناحیه شمال شرقی بهبهان ) در حوالی شاهرود ، مشهد  و شمال غربی ایران این معادن شناخته شده اند . سنگ معدنی بوکسیت ، ماده اولیه آلومینیوم ، همانطور که از قبل گفته شد مرکب از آلومینیوم آهن ، سیلیسیم، تیتانیم  ومقدار کمی عناصر دیگر می باشد . ظرفیت و درصد ترکیبات سنگ بوکسیت متغیر بوده و مثال ذیل به عنوان نمونه ذکر شده و عمومیت ندارد . عناصر فوق الذکر همراه کانی های ذیل در بوکسیت وجود دارد :                                                                                                                             

AL    …. AIOOH = DIASPOR        35-60%

AL    …. AIOOH = BOEHMIT        35-60%

AL    …. AL(OH)3= GIBBSIT         35-60%

AL    …. AL SILICAT=KAOLINIT     2-20%

Fe     …. FeOOH=GOETHIT             1-25%

Fe     …. Fe2O3=HEMATIT                 5-28%

Fe     …. Feo-Feo-Fe2o3=MAGNETIT      0-1.0%

Ti      ….TiO2=RUTIL- ANATAS                1- 3.8%

H2O

وجود کانی های آهن در بوکسیت باعث بوجود آوردن رنگ قهوهای یا قرمز بوکسیت می باشد . کیفیت بوکسیت ( علاوه بر مقدار ظرفیت آلومینیوم ) بستگی به مقدار سیلیسیم موجود در آن است . چنانچه سیلیس بیش از حد معینی می باشد ، بوکسیت تجاری نیست زیرا در هنگام تصفیه بوکسیت ، سیلیسم با مقداری آلومینیوم و سدیم ترکیبی ایجاد نموده و باعث از دست رفتن مقداری آلومینیوم و سدیم می گردد . در ذیل نحوه تبدیل بوکسیت به اکسید آلومینیوم تشریح می گردد :

بوکسیت را آسیابی خرد می کنند و با محلول NaOH  مخلوط می نمایند

  پودر بوکسیت را در دستگاه اتو کلاو با NaOH  غلیظ مخلوط نموده و در فشار 30 آتمسفر تا دمای 250 درجه سانتیگراد حرارت می دهند تا بصورت زیر عمل نماید :

عمل فعل و انفعال در اتو کلاو ، چندین ساعت به طول می انجامد سپس موادی را که در NaOH  حل نشده و ته نشین شده اند از محلول جدا می نمایند . این مواد که به علت وجود آهن که قرمز رنگ به نظر می رسد به نام REDMUD  ( گل قرمز ) خوانده می شود و شامل سیلیسیم و اکسید تیتانیوم و آلومینیوم که بصورت سدیم –آلومینیوم سیلیکات است می باشد چون این مواد دارای مقدار زیادی آهن است می توان از آن برای  تهیه آهن استفاده نمود .

محلول آلومینات از صافی گذرانده و وارد مخازن بزرگ نموده و تحت فشار هوا مخلوط می نمایند . در حال مخلوط شدن ، با نزول درجه حرارت ، آلومینیوم بصورت هید روکسید AL ( OH)3 در 90 درجه سانتیگراد شروع به تنشین سدن می نماید . عمل ته نشین شدن را می توان بوسیله تزریق هید روکسید آلومینیوم ( به عنوان جوانه ) تشدید نمود .

رسوب هیدروکسید آلومینیوم را تحت فشار تخلیه و بوسیله فیلتر از محلول جدا می نمایند . این محلول را که ممکن است بیش از 40 درصد اکسید آلومینیوم داشته باشد حرارت داده و با بوکسید مخلوط می نمایند و جریان را دو باره تکرار می کنند تا از این راه از حیف و میل شدن اکسید آلومینیوم جلوگیری شود .

هیدروکسید آلومینیوم بدست آمده علاوه بر اینکه می بایست رطوبت خود را از دست بدهد باید آب ملکولی موجود را نیز از دست داده تبدیل به اکسید آلومینیوم شود این عمل در کوره های استوانه ای شکل به طور 100 متر و قطر 4 متر در دمای 1300 درجه سانتیگراد انجام گردیده و بدین ترتیب هیدروکسید آلومینیوم تبدیل به پودر سفید رنگ اکسید آلومینیوم می گردد . 

(نمودار و جداول در فایل اصلی  موجود است)

موضوع تاسیس کارخانه در سال 1364 به تصویب هیات دولت رسید و اقدامات مربوط به تاسیسات و ساختمان کارخانه از سال 1348  شروع و عملیات بهره برداری در تاریخ بیست و سوم اردیبهشت ماه سال 1351 آغاز گردید . این کارخانه در استان مرکزی و در شمال شرقی شهرستان اراک در کیلومتر 6 جاده اراک – تهران واقع شده است و مساحت تقریبی آن 224 هکتار میباشد ظرفیت فعلی این کارخانه 45000 تن در سال می باشد که قابل توسعه به 120000 تن در سال است . تعداد پرسنل این کارخانه در سال 1351 ( شروع بهره برداری) شامل 176 نفر کارمند و 557 نفر کارگر بوده و این تعداد در اوایل سال 1363 به 443نفر کارمند و 1574 نفر کارگر افزایش یافته است . تا قبل از انقلاب به خاطر سر سپردگی رژیم منحوس شاهنشاهی به امپریالیسم آمریکا 75% سهام اولیه کارخانه متعلق به ایران و 20 درصد متعلق به شرکت رینولدز (آمریکایی) و 5 درصد متعلق به دولت پاکستان بوده که بعد از انقلاب صدرصد این سهام متعلق به جمهوری اسلامی ایران گردید . قابل ذکر است که تکنولوژی فروخته شده به ایران از طرف شرکت رینولدز مربوط به زمان جنگ جهانی دوم بوده است حال آن که در همان زمان می توانست تکنولوژی پیشرفته تری انتخاب گردد که هم از نظر اقتصادی و هم از نظر شرایط کاری سود مند تر واقع شود . پس از انقلاب با اخراج خارجیان از ایران و کوتاه شدن دست آمریکایئی غارتگر از صنایع ، اداره این صنعت بر عهده برادران ایثار گر ایرانی قرار گرفت با تلاش روز افزون و خستگل ناپذیر ، بسیاری از نقایص این سیستم جبران گردید و طرفیت تولید به بالاترین حد ممکن رسید و تحقیق و مطالعه جهت جایگزینی تکنولوژی پیشرفته در حال تگوین است . اینک بطور خلاصه آمار مواد مصرفی و انرژی مورد نیاز جهت تولید آلومینیوم ارائه می گردد :

میزان برق مصرفی سالیانه865 میلیون کیلووات ( ظرفیت 45000تن )

میزان آب مصرفی سالیانه1/2 میلیون متر مکعب ( ظرفیت45000 تن )

میزان آلومینای مصرفی ماهیانه   7500 تن AL2O3

 میزان کریولیت مصرفی ماهیانه  450 تن Na3ALF6 

 میزان آلومینیوم فلوراید مصرفی  65تنALF3     

                میزان اسپار مصرفی ماهیانه           20تن CaF2  

                 میزان سود اش مصرفی                بستگی به دیگ در مدار دارد

                 میزان پترولیوم کک مصرفی      2300 تن

                 میزان قیر (LSP) مصرفی سالیانه           175تن

                  میزان فاندری کک مصرفی سالیانه     450تن

                  میزان آنتراسیت مصرفی سالیانه            320تن

                  میزان قیر (HSP) مصرفی سالیانه           7500تن

لازم به تذکر است که جهت آستر کاری هر دیگ،مقذار 5تن از مخلوط قیر LSP و فاندری کک و آنتراسیت MIXمصرف می شود و اعداد داده شده ،با توجه به مقداری از مواد اولیه که در جریان عمل تلف می شود محاسبه شده است .

کارگاه احیاء

در این کارگاه که یکی از قسمت های کارخانه استفلز آلومینیوم تولید می گردد . ظرفیت تولیدی کارگاه احیاءسالیانه 42تا 45هزار تن می باشد و عمل تولید بطور شبانه روزی ادامه دارد و دارای دو خط تولید و280عدد دیگ احیاء(REDUCTION  CELL99) می باشد .از نظر تکنولوژی ،سیستم موجود از نوع PREBAKEED   می باشد و نحوه قرار گرفتن دیگ ها نیز پهلو به پهلو (SIDE BY SIDE)است . آمپر اسمی خط تولید 72کیلو امپر و تولید متوسط روزانه هر دیگ حدود 450کیلو گرم آلومینیوم می باشد . تعداد پرسنل کارگاه 500نفر است . عواملی که در تولید آلومینیوم نقش دارند عبارتند از :مواد اولیه ، انرژی الکتریکی ، الکترودها ، سلولهای احیا ء و روش تولید (تکنولوژی) .

1- مواد اولیه : مهمترین مواد اولیه مصرفی جهت تولید  آلومینیوم ،اکسید آلومینیوم (AL2O3) یا پودر آلومینا است . دارا بودن حداکثر درجه خلوص و حداقل ناخالصی ار فاکتورهایی هستند که در مورد انتخاب ماده مزبور از اهمیت زیادی بر خوردار ند. دیگری کریولیت یا (Na3ALF6) که ترکیب اصلی کریولیت می باشد و به عنوان حلال الومینا بکار می رود . این ماده از نظر هدایت الکتریکی ،حل کردن اکسید آلومینیوم، ترکیب نشدن با فلز آلومینیوم تولید شده مقاومت در برابر تجزیه الکتریکی و حرارتی ، عدم مصرف در اثر فعل و انفعالات شیمیایی و دارا بودن نقطه ذوب مناسب بهترین کاتالیزوری بوده است که تا کنون جهت الکتولیز آلومینیوم شناخته شده است . در مورد این ماده 3 فاکترو : درجه خلوص ، رشیوNaF/ALF3 و دانه بندی حائز اهمیت می باشد .همچنین آلومینیوم فلوراید (ALF3) و کلسیم فلوراید (CaF2) از جمله موادی هستند که جهت بهبود خواص الکترولیت و تنظیم شرایط دلخواه بکار می روند. در مجموع آنچه که در مورد مواد اولیه باید گفته شود این است که دارا بودن بالاترین درجه خلوص و پایین ترین درجه ناخالصی و همچنین دانه بندی مناسب شرط اولیه و الزامی است که باید رعایت گردد تا هم فلز آلومینیوم خالصتر تولید گردد و هم از اتلاف مواد و انرژی اجتناب شود .

2- انرژی الکتریکی : نظر به اینکه عمل تجزیه اکسید آلومینیوم در الکترولیت و تبدیل آن به یونهای AL+3 وo-2  و جذب آنها بوسیله آند و کاتد توسط انرژی الکتریکی صورت می گیرد تا لایه فلز مذاب در کف دیگ تشکیل گردد و با توجه به اینکه در ازای هر یک کیلو گرم آلومینیوم تولید شده در سیستم فعلی حدود 20 کیلو وات ساعت انرژی مصرف می شود ، از این رو انرژی الکتریکی در صنعت آلومینیوم نقش تعیین کننده ای را دارا می باشد .

3- الکترود ها : همانطوریکه گفته شد پس از تجزیه الکتریکی اکسید آلومینیوم و تبدیل آن به یونهای AL+3 و O-2 برای جذب یونهای مثبت ومنفی تعداد 28آند و 14 کاتد که از جنس بلوکهای گرافیکی می باشند در دیگ تعبیه شده اند . در مورد الکترود ها هدایت الکتریکی ، مقاومت فیزیکی و شیمیایی مناسب حائز اهمیت است .    

4-سلول احیاء: عمل تولید فلز در دیگهای فولادی که دارای ابعاد889*201*665 سانتیمتر می باشد صورت می گیرد . برای محافظت آن در مقابل خورده شدن توسط مذابه دیواره های جانبی آن را با مواد کربنی که مخلوطی از فاندری کک ، قیر و آنتراسیت است می پوشانند همچنین جهت جلوگیری از اتلاف انرژی حرارتی و الکتریکی ، کف آن را عایق کاری می کنند .

کارگاه آندسازی

در این کارگاه( آند های مورد نیاز سلولهای الکترولیز کارگاه احیاء و مواد مخصوص)MIX  جهت آسنر کاری دیگ ها تهیه می گردد . ظرفیت تولید سالیانه آن 280000عدد آند است ودارای 98نفر پرسنل می باشد . مواد اولیه مصرفی در این کارگاه عبارتند از : پترولیوم کک ، قیر H.S.P ، قیر L.S.P ، آنتراسیت و فاندری کک . نظر به اینکه آند (بلوک کربنی ) قبل از استفاده در کارگاه احیاء در دمای بین 1100-1200  درجه سانتیگراد پخت می گردد از این جهت به نام آند پخته یا PREBAKED ANOD معروف است و مشخصات آن به صورت زیر می باشد :  

                                            وزن   125-130Kg                      

                                             وزن مخصوص         1/59 -1/63   gr/cm3

                                             ابعاد                                         40/6   cm    ×39/9× 51/6 

قابل توجه است که هر چه دانسیته آند ( وزن مخصوص آن ) بیشتر باشد آند تولید شده از کیفیت بالاتری برخوردار است . مواد تشکیل دهنده آند قبل از پپخت شدن به شرح زیر است :

1- پترولیوم کک 62% آن بصورت پپودر (DUST) می باشد .

2- قیر H.S.P   13% ،

3- باتز ( باقیمانده آند هایی که پس از مصرف در کارگاه احیاء مجددﴽ به کارگاه آند سازی بر گردانده می شوند ) 15%  ،

4- اسکراپ ( آند هایی که جزء ضایعات تولید کارگاه آند سازی می باشد ) 10%  البته درصد مقادیر فوق جز در مورد (DUST) بنا به شرایط کارگاهی متغیر است .

مخلوطی از مواد ذکر شده ، پس از انجام عملیاتی از قبیل آهن یابیس ، تهیه دانه بندی مناسب و کسب درصد های دلخواه ، وارد مخلوط کننده ها ( MIXER) شده و به مدت یک ساعت و نیم در دمای 150 درجه سانتیگرادکاملا مخلوط می شود . پس از آن از طریق چند نقاله وارد ماشین پرس هیدرولیک شده و به صورت قالب در می آید . دو دستگاه ماشین پرس هیدرولیک در این کارگاه وجود دارد که هر کدام دارای فشار 300 کیلو گرم نیرو بر سانتیمتر مربع و ظرفیت پرس  90 عدد آند در هر ساعت است .

کارگاه ریخت

ظر فیت اسمی این کارگاه 120000 تن در سال می باشد . ظرفیت تولیدی آن در سال 1362 برابر 72000 تن بوده است . از این مقدار حدود 42000تن مربوط به تولید کارگاه احیاء و بقیه بصورت فلز آلومینیوم خالص از خارج خریداری گردیده است . این کارگاه ﺟﻤﻌﴼدارای 11 کوره نگهدارنده و یک کوره ذوب مجدد با ظرفیت های مختلف به شرح زیر است :

2 کوره 20 تنی

4 کوره 25 تنی

6 کوره 45 تنی