1. Comparaison du flux de processus entre l'aluminium primaire et l'aluminium recyclé
L'aluminium primaire commence par l'extraction de la bauxite et est raffiné en alumine par le procédé Bayer. Il est ensuite réduit en aluminium liquide par électrolyse Hall-Élout et finalement coulé en lingots d'aluminium primaire. L'aluminium recyclé utilise directement divers types de déchets d'aluminium comme matières premières, en contournant les processus d'extraction et d'électrolyse. Les processus clés comprennent le préchauffage, la fusion, le raffinage, l'isolement, la coulée, la sciage et le traitement thermique d'homogénéisation.
Différences dans les processus de production entre l'aluminium primaire et l'aluminium recyclé
Les déchets sont divisés en déchets internes et externes. Les déchets internes proviennent du processus de production de notre usine, tels que les évents de coulée, les chutes de sciage et les bords de laminage. Ces types de déchets ont une composition propre et ne nécessitent généralement pas de prétraitement complexe. Ils peuvent être refondus directement dans le four ; les déchets externes proviennent de produits mis au rebut en fin de vie, tels que les composants automobiles, les canettes en aluminium, les câbles et les pièces en aluminium d'appareils électroménagers, qui doivent être triés et décapés avant d'être introduits dans le four. Le processus de raffinage après la fusion comprend l'alliage et le mélange des composants, l'élimination des scories de fondant, le dégazage rotatif, la filtration céramique et l'élimination de l'hydrogène fondu et des inclusions non métalliques ; ensuite, le métal en fusion entre dans le four d'isolement pour un contrôle de température statique, complétant la coulée semi-continue pour obtenir des ébauches de plaques d'aluminium. Certaines ébauches doivent également subir un traitement thermique d'homogénéisation à long terme pour éliminer la ségrégation de coulée et améliorer les performances de traitement de laminage ultérieures.
Le processus complet d'entrée et de sortie d'énergie matérielle de l'usine SAPA est montré dans la figure suivante. La limite du système comprend l'ensemble du processus du four de préchauffage, du four de fusion, du four d'isolement, de la coulée, du sciage et du traitement thermique d'homogénéisation ; les entrées comprennent les lingots d'aluminium brut, les matériaux internes et externes, le fondant, le propane, l'électricité, l'oxygène et l'argon ; les sorties comprennent les ébauches de plaques d'aluminium, les scories d'aluminium, divers déchets de processus et la perte d'énergie transportée par les gaz de combustion et l'eau de refroidissement.
2. Principaux types de fours de fusion
La recherche se concentre sur la comparaison des fours à induction largement utilisés dans l'industrie avec les fours à oxy-combustible. (1) Four à induction : s'appuyant sur l'induction électromagnétique pour générer directement de la chaleur Joule à l'intérieur du métal pour faire fondre le matériau en aluminium, sans combustion de combustible, avec des émissions de fumées minimales, et le métal en fusion n'est pas facilement contaminé par les produits de combustion ; la principale perte d'énergie provient de la dissipation de chaleur de la paroi du four, de la chaleur emportée par les scories d'aluminium lors de l'élimination des scories, et de la grande quantité de chaleur emportée par l'eau de refroidissement de la bobine d'induction.

2) Four à oxy-combustible : utilisant du propane comme combustible, sans air pour aider à la combustion, utilisant de l'oxygène pur pour aider à la combustion. La combustion d'un combustible à air ordinaire apportera une grande quantité d'azote, qui sera chauffée et emportée avec une grande quantité de chaleur par les gaz d'échappement ; la combustion à l'oxygène ne contient pas une grande quantité d'azote dans les gaz de combustion, ce qui peut réduire considérablement le débit total des gaz de combustion et minimiser la perte de chaleur ; l'équipement est équipé d'un brassage électromagnétique EMS pour améliorer le transfert de chaleur du métal en fusion et augmenter la vitesse de fusion. Les principales pertes de chaleur des fours à oxy-combustible proviennent des gaz de combustion à haute température, des parois du four, de l'eau de refroidissement et des scories d'aluminium.

L'usine est également équipée de fours de préchauffage, qui sont divisés en fours de préchauffage à combustion directe de combustible et fours de préchauffage à chaleur résiduelle des gaz de combustion ; le four de préchauffage à chaleur résiduelle des gaz de combustion récupère la chaleur des gaz de combustion à haute température du four à oxygène-combustible pour sécher et préchauffer les matériaux à introduire dans le four sans consommation de combustible supplémentaire, ce qui constitue une mesure d'économie d'énergie importante. Tous les fours d'isolement sont à gaz, maintenant la température du métal en fusion et complétant le raffinage et l'élimination des scories ; tous les traitements thermiques d'homogénéisation sont effectués à l'aide de fours électriques.
3. Méthodes de comptabilité de la recherche
En suivant la première loi de la thermodynamique, la masse totale d'entrée est égale à la masse totale de sortie ; Énergie totale d'entrée = chaleur utilisée efficacement + diverses pertes de chaleur. [Q {entrée}=Q {sortie}=Q {utile}+Q {perte}] La perte de chaleur est subdivisée en : perte par rayonnement et dissipation thermique convective de la paroi du four, perte de chaleur sensible des gaz de combustion, chaleur emportée par l'eau de refroidissement, perte de chaleur due à la baisse de température pendant le transport, et chaleur sensible emportée par les scories d'aluminium et les déchets de processus. Calcul simultané du transfert de chaleur radiatif et du transfert de chaleur convectif pour la dissipation thermique de la paroi du four ; la perte de chaleur des gaz de combustion est calculée sur la base de la différence d'enthalpie de chaque composant des gaz de combustion ; les valeurs d'enthalpie des matériaux à différentes températures sont calculées à l'aide du logiciel thermodynamique Thermo Calc, base de données TCAL1, pour obtenir les valeurs d'enthalpie de l'aluminium et des alliages à différentes températures, qui sont utilisées pour le calcul de la chaleur pendant les processus de transport, de chauffage et de refroidissement.
Conformément aux normes ISO14040 et ISO14044, en adoptant une limite « du berceau à la porte », excluant les étapes ultérieures d'utilisation et de recyclage des déchets du produit.
Les émissions de carbone comprennent les émissions directes et indirectes :
Émissions directes : La combustion du propane et du diesel dans l'usine produit des gaz à effet de serre ;
Émissions indirectes : émissions provenant de la production en amont de lingots d'aluminium primaire, du prétraitement des déchets, de la production d'électricité et de la préparation des matériaux auxiliaires.
L'électricité utilisée par l'usine provient de l'énergie nucléaire Vattenfall en Suède, avec un facteur d'émission de carbone de seulement 6,5 gCO₂ éq/kWh ; les lingots d'aluminium natif proviennent de la base de données EAA de l'Association européenne de l'aluminium ; le fardeau du prétraitement des matériaux recyclés à l'intérieur de l'usine est calculé à 0 ; les déchets de recyclage externes sont inclus dans les émissions de carbone du traitement de concassage et de tri ; la contribution de l'oxygène, de l'eau de refroidissement et de l'argon est très faible et est ignorée dans le calcul. L'empreinte carbone est égale à la consommation de divers matériaux multipliée par les facteurs d'émission de carbone correspondants, et accumulée pour obtenir l'équivalent CO₂ par tonne de produit.