مهندسی سبز برای صنعت فولاد و مس با بازیافت قراضه

از مهم‌ترین منابع ثانویه در صنایع مختلف به شمار می‌رود و نقش کلیدی در حفظ منابع طبیعی، کاهش هزینه‌ها، و حفاظت از محیط زیست دارد. با گسترش صنایع فولاد و الکترونیک، استفاده بهینه از ضایعات به عاملی راهبردی در تولید و توسعه پایدار تبدیل شده است. گفتنی است که بازیافت مس و فولاد از قراضه‌ها دارای فواید مهمی مانند کاهش مصرف انرژی، کاهش استخراج سنگ‌ معدن، و آلاینده‌های زیست‌محیطی است.

روند افزایشی مصرف قراضه مس و فولاد دنیا در ۲ دهه اخیر

از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳، روند سهم مس اولیه تصفیه شده از کل مس تولید شده در دنیا نزولی بوده و میانگین آن به ۶۷/۳ درصد رسیده‌ است. در سال ۲۰۲۳، این سهم برابر با ۶۶ درصد گزارش شد که معادل با ۱۷ میلیون و ۵۰۰ هزار تن بود. در حالی که در سال ۲۰۲۲، با تولید ۱۶ میلیون و ۹۰۰ هزار تن مس اولیه تصفیه شده، سهم آن در تولید مس دنیا به ۶۶/۶ درصد رسید. در سال ۲۰۰۰، حجم مس اولیه تصفیه شده و سهم آن در تولید مس دنیا به ترتیب ۱۰ میلیون و ۴۰۰ هزار تن و ۷۰/۳ درصد برآورد شد. بنابراین می‌توان گفت که در طول دوره مورد بررسی، سهم مس تصفیه شده ثانویه از قراضه و همچنین فرایندهای سبزتر نسبت به تولید مس اولیه افزایش یافته ‌است. در سال ۲۰۲۳، حجم تولید مس ثانویه مجموعا به ۹ میلیون و ۳۰ هزار تن رسید که نسبت به سال قبل از آن، بالغ بر ۵۵۶ هزار تن افزایش پیدا کرد.

در طول دوره مورد بررسی، میانگین مصرف قراضه سالیانه معادل سه میلیون و ۳۰۰ هزار تن محاسبه شده‌ است. بر اساس بررسی‌های آتورپات، اگرچه در سال ۲۰۲۲ مصرف قراضه مس چهار میلیون و ۲۱۰ هزار تن بود اما در سال ۲۰۲۳، حجم مصرف آن در دنیا به چهار میلیون و ۵۹۰ هزار تن رسید که بیشترین حجم مصرف در طول دوره مورد بررسی قلمداد می‌شود. لازم به ذکر است که روند مصرف قراضه مس با نرخ رشد مرکب ۳/۴ درصد در طول دو دهه اخیر صعودی بوده‌ است. در سال ۲۰۲۰ نسبت به سال قبل از آن، مصرف قراضه مس در دنیا حدود ۴/۴ درصد کاهش یافت و به سه میلیون و ۹۲۰ هزار تن رسید. در این سال، شیوع بیماری کرونا روی زنجیره‌های تامین قراضه تاثیرگذار بود و منجر به کاهش مصرف قراضه برای تولید مس ثانویه شد. در سال ۲۰۰۳، کمترین میزان مصرف قراضه مس با حجم یک میلیون و ۸۳۰ هزار تن بود.

در صنعت آهن و فولاد نیز هرچند که مصرف قراضه رشد پیدا کرد اما سهم بازیافت برخلاف صنعت مس روندی نزولی داشت. تولید فولاد دنیا در سال ۲۰۲۳ به یک میلیارد و ۸۹۰ میلیون تن رسید که نسبت به سال قبل از آن، حدود ۰/۱ درصد افزایش یافت. به طور کلی روند تولید فولاد دنیا از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳ با نرخ رشد مرکب سالانه ۳/۵ درصد، صعودی برآورد شده‌ و میانگین سالیانه آن، به بیش از یک میلیارد و ۴۷۰ میلیون رسید. گفته می‌شود که در سال ۲۰۲۰، بالغ بر یک میلیارد و ۹۶۰ میلیون تن فولاد خام تولید شد که بیشترین حجم تولید فولاد خام در طول دوره مورد بررسی بوده‌ است. در صنایع فولادسازی، خوراک اولیه شامل آهن اسفنجی، چدن خام و قراضه است. بر اساس برآوردهای آتورپات، در طول سال‌های مورد بررسی، روند مصرف آهن اسفنجی و چدن خام صنعت فولادسازی با نرخ رشد مرکب به ترتیب ۵/۲ و ۳/۶ درصد، صعودی مشاهده‌ شده‌ است. برای تولید این حجم از فولاد خام در سال ۲۰۲۳، بالغ بر یک میلیارد و ۴۵۰ میلیون تن مواد اولیه شامل چدن و آهن اسفنجی مصرف شد؛ در حالی که در سال ۲۰۲۲ برابر با یک میلیارد و ۴۳۰ میلیون تن بود.

بر مبنای این نمودار، روند مصرف قراضه فولادی از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳ با نرخ رشد مرکب ۳/۱ درصد صعودی بوده‌ است. برآورد شده‌ است که در سال ۲۰۲۳، حجم مصرف قراضه فولادی به ۵۸۷ میلیون تن رسید که نسبت به سال قبل ۲/۵ درصد کاهش یافت.

قیاس مصرف قراضه و نرخ خوراک بازیافت مس و فولاد

به علت اسکیل بزرگ‌تر تولید فولاد در قیاس با مس، کاربرد‌های گسترده‌تری نیز پیدا کرده‌ و همین امر، منجر به مصرف بالای قراضه آن نسبت به مس در طول بازه مورد بررسی شده‌ است. نمودار ۳، نرخ خوراک بازیافت مس و فولاد را در دو دهه اخیر نشان می‌دهد. لازم به ذکر است که روند نرخ خوراک بازیافت مس در طول بازه مورد بررسی صعودی مشاهده‌ شده‌ است. به طور میانگین سالیانه ۱۵/۷ درصد مس تصفیه شده در دنیا از خوراک‌های بازیافتی بوده‌ است. در سال ۲۰۲۳، این نرخ به ۱۷ درصد رسید که نسبت به سال قبل از آن ۰/۷ واحد درصد افزایش یافت. در سال ۲۰۰۰، نرخ خوراک بازیافت مس برابر با ۱۴ درصد برآورد شد. کمینه نرخ خوراک بازیافت مس در سال ۲۰۰۳ حدود ۱۱/۸ درصد و بیشترین نرخ برابر با ۱۸ درصد در سال ۲۰۱۳ بود. در صنایع فولادسازی، نرخ خوراک بازیافت در طول دوره مورد بررسی روندی نزولی طی کرده و میانگین آن برابر با ۳۲ درصد اعلام شده‌ است. در سال ۲۰۱۹، نرخ خوراک بازیافت به ۳۰/۹ درصد رسید که نسبت به سال قبل از آن، بالغ بر ۲/۲ واحد درصد کاهش پیدا کرد. علت این امر، کاهش مصرف قراضه‌های فولاد در سال مذکور بود. در سال ۲۰۲۲، نرخ خوراک بازیافت به ۳۱/۹ درصد رسید و در سال ۲۰۲۳، حدود ۳۱ درصد اعلام شد. بیشترین نرخ خوراک بازیافت فولاد حدود ۳۴/۶ درصد در سال ۲۰۰۲ بود. بیشترین میزان افت نرخ خوراک بازیافت فولاد در سال ۲۰۰۹، حدود ۳/۹ واحد درصد گزارش شد که به ۲۸/۷ درصد رسید.

علت روند صعودی بودن نرخ خوراک بازیافت مس با توجه به روند آن در طول دوره مورد بررسی را می‌توان به تولید پیچیده و هزینه معدن‌کاری بالای آن مرتبط دانست. در صنایع فولادسازی، وجود تکنولوژی کوره بلند منجر به تولید فولاد در تناژ بالا شد که خوراک اصلی فرایند مذکور، سنگ‌آهن است. افزایش حجم مصرف سنگ‌آهن نسبت به قراضه در طول دوره مورد بررسی، منجر به کاهش نرخ خوراک بازیافت فولاد شده‌ است. ناگفته نماند که بازار فولاد نسبت به بازار قراضه و بازیافت رشد بیشتری داشته و این امر روی کاهش سهم خوراک بازیافت بی‌‎تاثیر نبوده‌ است. پالایش و تولید مس تصفیه شده در صنایع نسبت به صنعت فولادسازی پیچیدگی و هزینه بیشتری دارد؛ بنابراین استفاده از قراضه‌ برای تولید مس تصفیه شده مقرون به صرفه‌تر خواهد بود. یادآور می‌شود که روند صعودی مصرف قراضه مسی دارای نرخ رشد مرکب، حدود ۳/۴ درصد طی دو دهه اخیر بوده‌ است.