1. So sánh Quy trình Sản xuất Nhôm Nguyên sinh và Nhôm Tái chế
Nhôm nguyên sinh bắt đầu từ khai thác quặng bauxite và được tinh chế thành alumina thông qua quy trình Bayer. Sau đó, nó được khử thành nhôm lỏng thông qua quá trình điện phân Hall-Héroult và cuối cùng được đúc thành các thỏi nhôm nguyên sinh. Nhôm tái chế sử dụng trực tiếp các loại phế liệu nhôm khác nhau làm nguyên liệu thô, bỏ qua các quy trình khai thác và điện phân. Các quy trình cốt lõi bao gồm nạp liệu tiền gia nhiệt, nấu chảy, tinh luyện, giữ nhiệt, đúc, cưa và xử lý nhiệt đồng nhất.
Sự khác biệt trong quy trình sản xuất giữa nhôm nguyên sinh và nhôm tái chế
Phế liệu được chia thành phế liệu nội bộ và phế liệu bên ngoài. Phế liệu nội bộ đến từ quy trình sản xuất của nhà máy, chẳng hạn như bavia đúc, phoi cưa, và mép cán. Các loại phế liệu này có thành phần sạch và thường không yêu cầu tiền xử lý phức tạp. Chúng có thể được nấu chảy lại trực tiếp trong lò; Phế liệu bên ngoài đến từ các sản phẩm bị loại bỏ ở cuối vòng đời người tiêu dùng, chẳng hạn như các bộ phận ô tô, lon nhôm, cáp và các bộ phận nhôm của thiết bị gia dụng, cần được phân loại và loại bỏ lớp phủ trước khi cho vào lò. Quy trình tinh luyện sau khi nấu chảy bao gồm hợp kim hóa và pha trộn các thành phần, loại bỏ xỉ flux, khử khí quay, lọc gốm và loại bỏ hydro nóng chảy và các tạp chất phi kim loại; Sau đó, kim loại nóng chảy đi vào lò giữ nhiệt để kiểm soát nhiệt độ tĩnh, hoàn thành quá trình đúc bán liên tục để thu được phôi tấm nhôm. Một số phôi cũng cần trải qua xử lý nhiệt đồng nhất dài hạn để loại bỏ sự phân tách khi đúc và cải thiện hiệu suất gia công cán sau này.
Quy trình nhập và xuất năng lượng vật liệu hoàn chỉnh của nhà máy SAPA được thể hiện trong hình sau. Ranh giới hệ thống bao gồm toàn bộ quy trình của lò tiền gia nhiệt, lò nấu chảy, lò giữ nhiệt, đúc, cưa và xử lý nhiệt đồng nhất; Đầu vào bao gồm các thỏi nhôm thô, vật liệu phế liệu nội bộ và bên ngoài, flux, nhiên liệu propane, điện, oxy và khí argon; Đầu ra bao gồm phôi tấm nhôm, xỉ nhôm, các loại phế liệu quy trình khác nhau và tổn thất năng lượng mang theo bởi khí thải và nước làm mát.
2. Các loại lò nấu chảy chính
Nghiên cứu tập trung vào việc so sánh lò cảm ứng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với lò đốt oxy nhiên liệu. (1) Lò cảm ứng: dựa vào cảm ứng điện từ để tạo ra nhiệt Joule trực tiếp bên trong kim loại để nấu chảy vật liệu nhôm, không cần đốt nhiên liệu, với lượng phát thải khói tối thiểu và kim loại nóng chảy không dễ bị nhiễm bẩn bởi các sản phẩm đốt cháy; Tổn thất năng lượng chính đến từ sự tản nhiệt của thành lò, nhiệt mang theo bởi xỉ nhôm loại bỏ xỉ, và lượng nhiệt lớn mang theo bởi nước làm mát của cuộn cảm.

2) Lò đốt oxy nhiên liệu: sử dụng propane làm nhiên liệu, không có không khí hỗ trợ đốt cháy, sử dụng oxy tinh khiết hỗ trợ đốt cháy. Sự đốt cháy nhiên liệu không khí thông thường sẽ mang theo một lượng lớn nitơ, được làm nóng và mang đi cùng với một lượng nhiệt lớn bởi khí thải; Sự đốt cháy oxy nhiên liệu không chứa một lượng lớn nitơ trong khí thải, có thể giảm đáng kể tổng lưu lượng khí thải và giảm thiểu tổn thất nhiệt; Thiết bị được trang bị hệ thống khuấy từ EMS để tăng cường truyền nhiệt cho kim loại nóng chảy và cải thiện tốc độ nấu chảy. Tổn thất nhiệt chính của lò đốt oxy nhiên liệu đến từ khí thải nhiệt độ cao, thành lò, nước làm mát và xỉ nhôm.

Nhà máy còn được trang bị lò tiền gia nhiệt, được chia thành lò tiền gia nhiệt đốt trực tiếp bằng nhiên liệu và lò tiền gia nhiệt tận dụng nhiệt khí thải; Lò tiền gia nhiệt tận dụng nhiệt khí thải thu hồi nhiệt khí thải nhiệt độ cao của lò đốt oxy nhiên liệu sấy khô và tiền gia nhiệt vật liệu phế liệu trước khi cho vào lò mà không cần tiêu thụ thêm nhiên liệu, đây là một biện pháp tiết kiệm năng lượng quan trọng. Tất cả các lò giữ nhiệt đều sử dụng gas, duy trì nhiệt độ của kim loại nóng chảy và hoàn thành quá trình tinh luyện và loại bỏ xỉ; Tất cả các quá trình xử lý nhiệt đồng nhất đều được thực hiện bằng lò sưởi điện.
3. Phương pháp tính toán nghiên cứu
Tuân theo định luật thứ nhất của nhiệt động lực học, tổng khối lượng đầu vào bằng tổng khối lượng đầu ra; Tổng năng lượng đầu vào = nhiệt được sử dụng hiệu quả + các loại tổn thất nhiệt khác nhau. [Q {vào}=Q {ra}=Q {hữu ích}+Q {tổn thất}] Tổn thất nhiệt được chia nhỏ thành: bức xạ thành lò + tổn thất tản nhiệt đối lưu, tổn thất nhiệt cảm biến của khí thải, nhiệt mang theo bởi nước làm mát, tổn thất nhiệt do giảm nhiệt độ trong quá trình vận chuyển, và nhiệt cảm biến mang theo bởi xỉ nhôm và phế liệu quy trình. Đồng thời tính toán truyền nhiệt bức xạ và truyền nhiệt đối lưu cho sự tản nhiệt của thành lò; Tổn thất nhiệt của khí thải được tính toán dựa trên sự chênh lệch enthalpy của từng thành phần trong khí thải; Giá trị enthalpy của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau được tính toán bằng phần mềm nhiệt động lực học Thermo Calc, cơ sở dữ liệu TCAL1 để thu được giá trị enthalpy của nhôm và hợp kim ở các nhiệt độ khác nhau, được sử dụng để tính toán nhiệt trong quá trình vận chuyển, gia nhiệt và làm mát.
Tuân theo các tiêu chuẩn ISO14040 và ISO14044, áp dụng ranh giới từ Cradle to Gate, loại trừ các giai đoạn sử dụng và tái chế phế liệu sau này của sản phẩm.
Phát thải carbon bao gồm phát thải trực tiếp và gián tiếp:
Phát thải trực tiếp: Sự đốt cháy propane và diesel trong nhà máy tạo ra khí nhà kính;
Phát thải gián tiếp: phát thải từ sản xuất thỏi nhôm nguyên sinh thượng nguồn, tiền xử lý phế liệu, sản xuất điện và chuẩn bị vật liệu phụ trợ.
Điện năng mà nhà máy sử dụng đến từ điện hạt nhân Vattenfall ở Thụy Điển, với hệ số phát thải carbon chỉ 6,5 gCO ₂ eq/kWh; Các thỏi nhôm nguyên sinh được lấy từ cơ sở dữ liệu EAA của Hiệp hội Nhôm Châu Âu; Gánh nặng tiền xử lý cho vật liệu phế liệu trả lại trong nội bộ nhà máy được tính bằng 0; Phế liệu tái chế bên ngoài được tính vào lượng phát thải carbon của quá trình nghiền và phân loại; Đóng góp của oxy, nước làm mát và argon rất thấp và được bỏ qua trong tính toán. Dấu chân carbon bằng với mức tiêu thụ của các vật liệu khác nhau nhân với các hệ số phát thải carbon tương ứng, và cộng dồn để thu được CO ₂ tương đương trên mỗi tấn sản phẩm.