MAKİNA-İMALAT TEKNOLOJİLERİ SEMPOZYUMU BİLDİRİLER KİTABI

Transkript

1 - "vmnjf-"- 11 MAKİNA-İMALAT TEKNOLOJİLERİ SEMPOZYUMU BİLDİRİLER KİTABI Editör: Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU MMO Yayın No: EKİM 1999 KONYA

2 tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak. No: 36/1-A Demirtepe, ANKARA Tel : (0.312) Fax : (0.312) e-posta: mmo@mmo.org.tr MMO Yayın No :228 ISBN : Bu yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO 'nun izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. KAPAK TASARIMI : Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU DİZGİ : TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI KONYA ŞUBESİ BASKI : HÜNER-İŞ MATBAACILIK - KONYA Tel: (332)

3 Makina-lmalat Teknolojileri Sempozyumu, Ekim 1999, KONYA ALÜMİNYUMUN HURDADAN GERİ KAZANILMASI Cevdet MERİÇ, Mesut TOKDEMİR, N. Sinan KOKSAL CBÜ, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü Manisa/TÜRKiYE Tel: E-posta cmeric(g)spil.bavar.edu.tr Özet- Alüminyum üretimindeki toplam artışa paralel olarak alüminyum hurda miktarı da artmaktadır. Cevherden hareket edilerek ham metal üretimi için büyük tesisler ve çok fazla enerji gerekmektedir. Halbuki hurda metalin alüminyum endüstrisinde girdi olarak alınmasıyla geri kazanılmakta, daha az enerji ve daha küçük tesislerle yeniden kullanılabilir hale gelmektedir. Alüminyumun hurdadan geri kazanılması konusu özellikle enerji tasarrufu nedeniyle önem kazanmaktadır. Enerji maliyetlerindeki sürekli artış göz önüne alındığında gelecekte alüminyumun geri kazanılması konusu çok daha fazla önem kazanacağı ve gelir sağlayacağı sonucu ortaya çıkmaktadır. Alüminyumun geri kazanılması çok geniş bir konu olup, hurdaların toplanması ve sınıflandırılması, metal veya metal olmayan katışıkların giderilmesi, hurdanın özelliklerine göre en uygun eritme yönteminin seçimi ve sonuçta hurdaların birincil eritme alüminyum gibi kullanılabilir duruma getirilmesi konularını kapsamaktadır. Bu çalışmada Dünya'da ve Türkiye'de alüminyum hurdasının durumu incelenerek, Türkiye'deki iç ve dış hurda kaynakları, bunların tasnifi ve kullanılması sırasında ortaya çıkan problemler incelenmiş, hurda potansiyelinin arttırılması konusunda öneriler dile getirilmiştir. Anahtar sözcükler : Alüminyum, hurda, recycling. 1. GİRİŞ Metal hurdaları diğer çöpler gibi uzaklaştırılması veya imhası gereken atıklar değildir. Bunlar tam tersine yeniden eritmeye ve şekillendirmeye uygun, enerji tasarrufu sağlayan, doğal çevrenin ve hammadde kaynaklarının korunması amacına yönelik çok kıymetli bir ikincil hammaddedir. Metalik hurdaların değerlendirilmesi ülkelerin gelişmişlik düzeylerine ve fertlerinin bilinçlendirilmesine paralel olarak önem kazanan dinamik bir konudur. Hurda oluşumu fazla olan gelişmiş ülkelerde konunun doğal sonucu olarak yeni bir terim olan recycling kavramı ortaya çıkmıştır. Recycling; yeniden değerlendirme, geri kazanma, kullanılıp ekonomik ömürlerini tamamlamış mamullerin işlenip yeniden insanların kullanımı için yararlı hale getirilmesi anlamlarına gelmektedir. Recycling; bir metalin maden cevherinden istihsal edilmesiyle (ön ayıklama, temizleme, tenor yükseltme vb.) başlayıp; hammadde, yarı mamul, mamul aşamalarından geçip insanların hizmetine sunulması ve belirli bir süre kullanıldıktan sonra hurdaya dönüşmesiyle devam eden bir zincirin en son fakat çok önemli bir halkası olmuştur Yerkabuğunun bileşik halde yaklaşık %8 ini oluşturan alüminyum, demir dışı metaller içerisinde, üretim miktarı açısından demirden sonra ikinci sırayı alır. Alüminyum, işlenebilirliği, hafifliği, ısı ve elektrik iletkenliği, korozyon direnci ve yeniden kullanılabilirliği gibi özellikleri nedeniyle, endüstrinin tüm sektörlerinde kendisine yer bulmaktadır. Endüstrileşme hızına paralel olarak, İkinci Dünya Savaşından birinci petrol şokuna kadar (1973) yıllık büyüme hızı %9 civarında olan Dünya alüminyum tüketimi, 1982 yılma kadar %1.2 ye düşmüş, yılları arasında ise ancak %3.6 seviyesine yükselebilmiştir döneminde endüstri tarihinin en zor döneminden birini geçirmiştir. Büyüme 1945 yılından beri ilk defa bu dönemde negatif olmuştur (% -0.3). Görüldüğü gibi bu sektörde büyüme geçen dönemlerde homojen olmayıp, talep belirgin bazı safhalarda -88-

4 Maden Cevheri w W Hammadde w Yarı Mamul Mamul w W Tüketim r r Çöp (recycle edilmeyen) Recycling (yararlı hale getirme) Hurda Şekil 1. Malzeme çevrim zinciri ve recycling işleminin konumu (1). değişme göstermiştir. Özellikle son yirmi yılda, girdi fiyatlarındaki büyük dalgalanmaların yol açtığı nedenlerden dolayı, endüstride bir dengesizlik yaşanmış ve 1990 yılından itibaren bu sektör yeniden bir yapılanma dönemine girmiştir yılına kadar ortalama büyüme hızına paralel olarak Dünyada alüminyum tüketiminin yılda en az %2.5 oranında artacağı tahmin edilmektedir. Ülkemizde 1960 yılma kadar alüminyum tüketimi ile ilgili, sağlıklı veriler bulunmamaktadır. Planlı ekonomiye geçilen 196O'lı yıllardan itibaren gerçekleşen büyüme hızına paralel olarak, tüketim, hızla artmış, yılları arası %32'lik ortalama yıllık değere ulaşmıştır. İkinci petrol şokunun etkilerinin ağırlıkla hissedildiği, yıllan arasındaki dönemde, Dünyadaki durgunluğa paralel olarak ülkemizde de alüminyum tüketim artış hızı %2.5 civarına inmiş, bu dönemden sonra 1990 yılına kadar tekrar, %5.5 değerine ulaşmıştır. Ülkemizde alüminyum tüketim hızının, 2000 yılına kadar %4.5 olarak öngörülen büyüme hızına paralel olarak artması beklenmektedir tonluk 1992 tüketim miktarı ile kişi başına tüketimin 2.5 kg' ı geçmesi, ülkemizde sektörün potansiyel olarak geleceğinin parlak olduğunun bir göstergesidir (2) 2. ALÜMİNYUMUN HURDADAN GERİ KAZANILMASININ ÖNEMİ Alüminyumun hurdadan geri kazanılması konusu enerji tasarrufu sağlaması nedeniyle ekonomik olduğu gibi, bu işlemlerde gerekli yatırımın birincil alüminyum üretimi için yapılması gereken yatırıma göre çok az düzeyde olması açısından da büyük önem taşımaktadır. Alüminyum üretiminin artarak kullanım ömrünü dolduran alüminyum parçaların çoğalması ile günümüzde bunların hurdalarının yeniden değerlendirilmesi konusu önem kazanmaktadır. Önümüzdeki yıllarda bu konu giderek daha da çok önem kazanacaktır (3). Bir kilogram alüminyumun cevherden elde edilişi kwh enerji gerektirmektedir. Bu değer çelik için 9 kwh, bakır için 20 kwh' dır. Hammadde olarak alüminyumun enerji gereği çok yüksek olup çeliğe göre en az beş kat daha fazladır. Alüminyum hurdalarının yeniden değerlendirilerek yeni alüminyum alaşımlarının yapımı ancak 3 k\vh/kg enerji gerektirmektedir. Bu da alüminyumun cevherden üretimin %5 ile %7 si kadar enerjiye eşdeğerdir. Alüminyumun cevherden üretiminde 48 kwh/kg enerji gerektiğini kabul edersek, ikinci eritmeden sonra ortalama enerji gereği 25 kwh/kg' a düşmektedir. Üçüncü eritmeden sonra ise ortalama 18 kwh/kg değerine düşmektedir. Alüminyumun yeniden değerlendirme yoluyla kaç kez yeniden eritilirse o kadar enerji maliyeti düşmektedir. Bu nedenle her alüminyum hurda parçasının eritilerek yeniden alaşım durumuna getirilmesi ulusal ekonomi açısından çok önemli bir konudur (4 ). Alüminyum hurdalarının eritilip yeniden değerlendirilmesi işleminin kaç defa tekrarlanabileceği konusunda bir sınır bulunmamaktadır. Burada en önemli nokta yeniden değerlendirmeye sokulan alüminyum alaşımlarının gelişi güzel karışım ve katkılar sonucu fiziksel ve kimyasal özelliklerinin bozulmamasına dikkat edilmesidir. Bugün batı dünyasında kullanılan alüminyumun ortalama %25 ini hurdalardan elde edilen alüminyum oluşturmaktadır. Hurda kullanımı her yıl giderek artmaktadır. Yeryüzündeki doğal enerji kaynaklarının giderek azalması nedeniyle de alüminyumun yeniden değerlendirilmesi bir açıdan zorunlu olmaktadır (5)

5 3. ALÜMİNYUM HURDA KAYNAKLARI Alüminyumun hurdadan geri kazanılması ile ilgili en önemli konular hurdaların seçimi, gruplandırılması, yabancı metallerden arındırılması ve en yakın alaşıma uyacak şekilde yeni katkı elemanları eklenerek alaşım yapılmasıdır. Alüminyum hurdalar Uç grupta toplanabilir. 1) Ana üretim yerlerindeki teknolojik hurda 2) Kullanım ömrünü doldurmuş parçalar 3) Ocak artıkları Alüminyum hurdaların farklı özellikleri nedeniyle her grubu için ayrı değerlendirme yöntemleri vardır (5). 3.1 Ana üretim yerlerindeki teknolojik hurda Bunlar ekstrüzyon artıkları, kesme ve pres artıkları, hadde ürünleri artıkları, yarı mamul artıklar gibi her birinden çok miktarda toplanabilen homojen artıklardır. Bunlar kısa sürede yeniden üretime sokulabileceği için oksitlenme ve atmosfer korozyonları azdır (5) Kullanım Ömrünü Doldurmuş Parçalar Kullanılmış, aşınmış, bozulmuş alüminyum parça ve aksamın gelişigüzel toplanıp bir araya getirilmesi ile çeşitli alaşımların oluşturduğu bir karışım ortaya çıkmaktadır. Bu parçaların çoğu kullanım ömrünü tamamlamış olduğundan oksitlenme, organik ve inorganik maddelerin etkileri ile fiziksel ve kimyasal bozulmaya uğramışlardır. Bu gruba alüminyum döküm alaşımları, hadde alaşımları, dövme alaşımları girdikleri için çok çeşitli alaşım elemanları bulunmaktadır. Bu hurdalardan yeni alaşım yapılması için çok çeşitli oranlarda ön alaşım ve saf alüminyum gerekmektedir (5). Kullanım alanlarına göre başlıca alüminyum hurda kaynakları (Tablo 1): İnşaat Sektörü: Pencereler, kapılar, vitrinler, oluklar ve saçaklar, jaluzi ve panjurlar, tente, teras kaplama ve garaj, bölme duvarları, tavan ve cephe kaplamaları, süsleme ve dekorlar, güneş kollektörleri, madeni eşyalar, karayolu işaret ve levhaları, cadde aydınlatması, otoyol bariyerleri, köprüler ve köprü korkulukları vb. Kimya ve Gıda Sanayi: Kağıt endüstrisinden hamur değirmenleri, mineral asit üretim teçhizatı, petrol rafinerisi tanker ve treyleri, petrol üretim yapıları, karbonat, kükürt, saf su, buhar üretim sistemleri, gıda, ilaç ve meşrubat endüstrisi, ambalaj endüstrisinde folyo, kutu, kapak, tüp olarak alüminyum vb. Ulaştırma Sektörü: Karayolu taşıtlarında benzin ve dizel yakıtlı motor parçalan ve motor dışı araç gereç aksesuarları, demiryolu taşıtlarında vagonlar, lokomotifler, işaret levha ve sistemleri ile vagon aksesuarları, deniz yolu taşıtlarında yatlar, yolcu ve yük gemileri, donanma gemileri, işaret şamandıraları, havayolu taşıtlarında uçak gövde motorları, elektrik, yakıt, basınç ve havalandırma sistemleri, yer destek ve deney araçları vb. Elektrik ve Elektronik Sanayi: Haberleşme kabloları, iletken tel, yalıtılmış güç kabloları, enerji dağıtım cihazları, güç üretim ve düzeltme araçları, antenler, iç dağıtım ve aydınlatma gereçleri vb. Makine ve Ekipman İmalat Sanayi: Makine yatakları, pompa, kompresör.fan, endüstri makineleri, tarım alet ve makineleri, iş makineleri, ısıtma havalandırma soğutma sistemleri, maden ve petrol üretim araçları yangın söndürme cihazları, tekstil ve matbaa makineleri, askeri araç-gereç ve silah. Diğer: Buzdolabı ve soğurucular, çamaşır bulaşık yıkama makineleri, klimalar, elektrik süpürgesi, fırın, ızgara, muhtelif mutfak ve ev eşyaları, spor araç-gereçleri (6) Kullanılmış İçecek Kutularının Geri Kazanılması Alüminyum içecek kutularının büyüyen piyasasında alüminyum geri kazanımının çok büyük bir rolü vardır. ABD'de üretilen içecek kutularının %96 sı alüminyum esaslıdır. 1992'nin ( ton) ilk beş ayı boyunca, alüminyum kutu geri kazanımı 1991 'in ( ton) aynı periyoduna göre daha fazla olmuştur. Tüm -90-

6 TABLO 1. Alüminyum Mamullerinin Kullanılma ömürleri ve Değerlendirilmesi (7). ALÜMİNYUM KULLANAN SEKTÖRLER Taşıtlar İnşaat, Yapı Ambalaj Elektrik Dayanıklı Ev Aletleri Makine ve Donanımı PAZARDAKİ ORANI (%) MAMUL ÖMRÜ (YIL) YENİDEN DEĞERLENDİRME ORANI (%) kullanılmış içecek kutuları için geri kazanım hızı 1992'de % 68'e ulaşmıştır. Şekil-2'de alüminyum kutuların geri kazanım hızı zamana bağlı olarak verilmektedir. Kullanılmış alüminyum içecek kutuları % 70'e yaklaşan bir geri kazanım hızına sahiptir. Kutu dizaynı 1970'lerin sonlarında üç parçadan iki parçaya dönüşmüştür. Kutu ağırlığı, düşük kalınlıklı levha kullanılmasıyla azaltılmıştır ve yapısal dizaynın geliştirilmesiyle daha az metal kullanılırken, kutunun mukavemeti de korunmaktadır. Şekil-3'de ABD'de 1972'den beri kutu ağırlığındaki azalma eğilimi görülmektedir. Kullanılmış içecek kutularının geri kazanılması, alüminyumun yüksek hurda değerine ve yeni kutu stoğuna dönüştürülebilirliğine bağl: olmaktadır. Kullanılmış içecek kutularının sürekli ergitilmesi için Alcoa tarafından çeşitli metotlar geliştirilmiştir (8) Otomobil Hurdasının Geri Kazanım Teknolojisi Otomobillerde alüminyum kullanımı arttığından otomobil hurdalarından geri kazanılan alüminyum miktarı, metal döküm endüstrisi için özel öneme sahiptir. ABD'de otomobillerdeki alüminyumun kullanımı tipik bir aile taşıt için 44 kg (1977) dan 80 kg' a (1993) yükselmiştir. Ortalama olarak 1990 model bir araba 80 kg. alüminyum içermektedir yılında Almanya'da yapılan bir araştırmada otomobillerde alüminyum kullanımı ile 40 kg'lık bir ağırlık tasarrufu ile, yıllık olarak km'iik bir mesafede ve 100 km' de 100 kg başına 0.7 litrelik yakıt tüketimi ve yılda 1.5 milyar litrelik bir yakıt tasarrufu ortaya çıkmaktadır. Aynı zamanda yaklaşık olarak yıllık 3.7 tonluk CO2 emisyonu azalışı da sağlanmaktadır. Almanya hükümeti 1990 yılındaki 716 milyon tonluk CO 2 emisyonunu 2005 yılına kadar en az %25 oranında azaltmayı karalaştırmiştır yılı sonu itibariyle adet kayıtlı araç ve yük taşıma araçlarındaki yıllık milyon tonluk CO 2 miktarı otobanların payına düşmektedir. Otomobillerde ortalama olarak 300 kg'lık bir ağırlık tasarrufu eşit miktarda alüminyumun kullanımı ile sağlanabilirse, yolcu taşıtlarında yaklaşık %25 oranında CO 2 emisyonunu düşürmede gerekli olan yakıt tasarrufuna erişebildiği görülmektedir. Günümüzde otomobillerde kullanılan alüminyumun %90'nı geri kazanılmaktadır. Otomobillerdeki artan alüminyum kullanımının; birincil metal ve geri kazanılmış alüminyumun miktarını etkilediği görülmektedir. Metalin geri kazanımı için önemli bir değer olan dayanım süresi 12 yıl olarak kab-'l edilmiştir. Yapılan kabul ile prinıer metal ihtiyacı 2005 yılında ton/yıl değerine çıkacaktır. Dünya alüminyum izabe kapasitesi 20 milyon ton/yıl 'dır yılından sonra yüksek değerlikli alüminyum hurdalarının geri kazanımı sürekli olarak artacaktır. Geri kazanım oranının artması da kullanılmak zorunda olan birincil metal miktarının azalmasına neden olacaktır. Otomobil endüstrisi için uzun vade de alüminyumun temin sıkıntısından korkulmamalıdır (11) Ocak Artıkları Ocak artıklarının yeniden değerlendirilmesinde çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Yeniden değerlendirilmek üzere ikinci eritme işlemine girecek ocak artıkları, kepçe artıkları ve alüminyum cüruflarda %20 ile %80 arasında alüminyum bulunabilir. Ocak artıkları ve cüruflar kırma değirmenlerinden geçirilirken metal olmayan oksit ve bileşikler kırılıp ufalanmakta ve sonraki aşamalarda eleklerden ve manyetik ayırıcılardan geçirilerek alüminyum parçacıklar ayıklanmaktadır. Bu en çok uygulanan bir yöntem olup "kuru metot" olarak bilinmektedir. Ayrıca "yaş metot" olarak bilinen bir yöntemde kullanılmaktadır. Bu yönteme göre ocak artıkları silindirik bir kazanda döndürülerek üzerlerinden bol miktarda su geçirilmektedir. Burada su ile ocak artıklarındaki eritken tuzlar ve -91 -

7 %0,50 %0,51 %0,51 %0,47 Şekil 2. Alüminyum kutularının geri kazanım hızının zamana bağlı olarak değişimi (9) Kutu Ağırlığı (gr) n Yıl Şekil 3. ABD'de 1972 'den itibaren alüminyum içecek kutusu ağırlığındaki değişimi (10). yabancı katışıkların büyük bir kısmı giderilmektedir. Bol su ile yıkanan ocak artıkları kurutularak eleklerden geçirilmekte, manyetik ayırıcılardan geçirilerek eritme ocaklarına yüklenmektedir. Ocak artıklarının yeniden değerlendirilmesinde, özellikle cüruflardan alüminyumun çıkarılmasında yukarıdaki cüruf kırma işlemleri yapılmadan döner ocaklardan doğrudan doğruya yararlanılabilir. Ancak burada oksitlenme miktarı önemli olup, özellikle açıkta uzun zaman beklemiş ocak artıkları için kayıp fazla olmaktadır. Alüminyum ocak artıkları en verimli şekilde döner ocaklarda eritilebilirler. Döner ocaklarda alüminyumun içindeki oksit ve yabancı maddeler ayrışırken tuz banyosu altında sıvı alüminyumun yeniden oksitlenmesi de önlenmiş olmaktadır. 4. ALÜMİNYUMUN HURDADAN GERİ KAZANILMASINDAKİ İŞLEMLER Alüminyumun yeniden değerlendirilmesi işlemlerinin ekonomik ve pratik olma zorunluluğu vardır. Alüminyumun yeniden değerlendirilmesinde alüminyum hurdaların eritilmeye hazırlık işlemleri önemli bir yer tutmaktadır. Bu işlemlerin mekanizasyonu ve giderek otomatikleştirilmesi sonucu alüminyumun büyük tesislerde ekonomik olarak yeniden değerlendirilmesi mümkün olmaktadır. Alüminyum hurdaların eritme ve alaşımlama işleminin genel metalürji kuralları içinde bilinçli olarak yapılması gerekir. İkinci eritme alüminyum alaşımı yapılırken bu elemanlardan bir kısmının azaltılması bir kısmının ise artırılması gerekir. Bunun için bir takım kimyasal ve fiziksel yöntemler kullanılmaktadır (5). 4.1 Alüminyum Hurdalarının Eritme Öncesi İşlemleri Alüminyum hurdaların eritilmeye hazırlanması özel dikkat ve bilgi gerektirir. Hurdalarm gelişigüzel toplanıp bir ocakta eritilmesi alüminyumun bozulmasına ve özelliklerinin kaybedilmesine neden olur. Alüminyumun sonsuz -92 -

8 kullanımı özelliği ancak onun bilinçli eritme ve alaşımlanması ile sağlanabilir. Alüminyum hurdaların eritme öncesi işlemleri gruplandırma, yağ giderme, boya giderme, ve yakma, kırma ve demirli parçaların ayrılması, briketleme ve ön ısıtma olarak sıralanabilir (5) Gruplandırma Alüminyumun yeniden değerlendirilmesinde en önemli konulardan biri de hurdaların cinslerine göre gruplandınlmasıdır. Bu gruplandırma muhtemel alaşım kümeleri oluşturmaktadır. Bunun için aynı cinsten çok miktarda hurda temini gerekli olmaktadır. Hurdaların gruplandırılmasında bir önemli noktada hurdaların talaş, çapak, döküm parça, pres artığı gibi büyüklüklerine göre ayrılmalıdır (5) Yağ Giderme Yağ giderme işlemi genellikle alüminyum talaşlarına uygulanan bir işlemdir alüminyum talaşlar eritilmeden önce üzerlerindeki yağlar kademeli olarak yağ giderme ve kurutma makinelerinden geçerek ön ısıtmalı bir şekilde eritme ocağına beslenirler. Kurutma fırınları indirek alevli olup kademeli yanma ile ayrıca çevre kirlenmesini önleyici tedbirler alınmalıdır. Kurutma fırınlarından çıkan alüminyum talaşlar %0.1 oranında yağ taşıdıkları tespit edilmiştir. Merkez kaç kuvvetiyle çapakların yağlarını gidermek mümkün ise de bu işlem sonunda yağ miktarı %2-3 oranının altına indirilebilmektedir. Alüminyum hurdalarda kabul edilebilir yağ oranı %0.2 olması nedeniyle merkezkaç yöntemiyle yağ giderme yöntemi yeterli olamamaktadır. Yağ giderme işleminden geçen alüminyum talaşlar döner ocaklarda eritilirken daha az eritken harcanmakta ve ocak kayıpları daha az olmaktadır (5) Boya Giderme Alüminyum yiyecek ve içecek kutuları, karton üzerine ince alüminyum folyo kaplamalı ambalajlar, üzeri boyalı alüminyum artıkların yeniden değerlendirilmesinden önce kapalı bir fırında yakılarak alüminyum olmayan kısımların yok edilmesi gerekir. Bu yapılmazsa elde edilecek sıvı alüminyum içinde yabancı maddelerin zararlı etkileri görülür. Fırında yakma işleminde fırın sıcaklığı alüminyum olmayan karton, boya, plastik gibi kısımların yanabileceği kadar yüksek, fakat alüminyum parçalarını oksitlemeyecek kadar düşük olmalıdır. Genellikle alüminyum hurdalarda boya, plastik ve vernik kaplama ağırlığı %2 ile %5 arasında kabul edilmektedir. Alüminyum hurdalar bu nedenle dumanlı, isli ve çevreyi rahatsız edici bir şekilde eritilirler. Bu durum ayrıca eritilen alüminyumun daha çok oksitlenmesine neden olmaktadır. Boya giderme ve yakma işleminde kullanılan brülör ısıtmalı döner ocaklarda yakıt-hava karışımı ve ocak sıcaklığı oksitlenmeye imkan vermeyecek şekilde ayarlanmaktadır (5) Kırma ve Demirli Parçaların Ayrılması Kullanım amaçlarına göre içinde demir saplama, burç, yatak gibi parçalar bulunan alüminyum döküm hurdalar eritilmeden önce demirli parçalardan ayrılmalıdır. Bunun için bu hurdalar bir kırıcı değirmende parçalanarak manyetik ayırıcılarla içindeki demir parçalardan ayrılırlar. İçinde çelik tel bulunan alüminyum iletken kablolar da bu grup içindedirler. Bunların hurdalarının değerlendirilebilmesi için iletken telin makaslı değirmenlerde küçük parçalara bölünerek parçalanması ve dağılması sağlanır. Bundan sonraki işlem manyetik ayırıcılarla çelik parçaların ayrılmasıdır. Bu işlemler sonunda alüminyum hurdalardan demir parçalar nedeniyle alaşımın demir oranı artışı %0.2 ye kadar düşürülebilmektedir (5) Briketleme İşlem artıkları alüminyum parçalar (folyo, ince plaka, ince tel gibi) yağlı olmama, demirli malzeme ile karışmama koşulu ile hem hacim azaltılması hem de eritmede yanma kaybını önlemek için hidrolik preslerde sıkıştırılarak briket bloklar haline getirilirler. Bu briketlerin yoğunluğu gr/cm 3 dür. Alüminyum talaş, çapak ve folyolarm briketlenmesi masraf arttırıcı bir işlem olmasına karşılık eritmede sağlayacağı verim nedeniyle büyük ekonomi sağlamaktadır (5). -93-

9 4.1.6 Ön Isıtma Alüminyum hurdaların yeniden değerlendirilmesinde ön ısıtma önemli bir yer tutmaktadır. Ön ısıtma yoluyla hurdaların nemi giderildiği gibi eritme ocağında çalışma ortamını zorlaştıran duman oluşumu da en az düzeye indirilir, örneğin hurda alüminyumlara 400 C ön ısıtma uygulanmasıyla %34 enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Bu durumda eritme verimliliği de %52 artmaktadır. Döner ocaklarda çıkış gazının eritkenler üzerinden geçerken yoğun tuz buharı ile yüklenmesi nedeniyle ön ısıtma yapılamamaktadır. Ön ısıtma yansımalı alevli ocaklarda başarı ile yapılmaktadır (5) Alüminyum Hurdalarının Eritilmesinde Kullanılan Ocaklar Alüminyumun yeniden değerlendirilmesinde kullanılan ocaklarda aranan en önemli özelliklerin başında kolay ve hızlı yüklenebilme, kolay temizlenebilme ve ısı kaybının az olması özellikleri gelir. Ayrıca eritme kapasitesinin artırılması ile cüruf oluşum miktarı arasında en uygun oranların seçimi gereklidir. Alüminyum hurdaların özelliklerine göre eritme ocağı seçilir. Hurda alüminyum parçaların eritilmesinde en çok kullanılan ocak döner ocaklar, yansımalı alevli ocaklar ve indüksiyon ocaklarıdır (Tablo 2) (6). TABLO 2. Fırınlarda Hurdanın Geri Kazanım Oranlan (6). HURDA TURU Levha, Kırpıntı Preslenmiş Talaş, Folyo Döküm, Makine Parçalan Alüminyum Şişe Kapaklan Alüminyumlu Kaplar Eloksallı Alüminyum Saclar Al-Cu Motor Bobinleri Süt, Peynir, Yiyecek Ambalajı, Plastikli Folyolar YANSIMALI ALEVLİ FIRIN %97 %70 %97 % % 69.8 % 59.7 İNDÜKStYON FIRINI %95 %85 %95 _ AKIŞKAN YATAKLI YANSIMALI ALEVLt FIRINDA METAL KAZANIMI % 70.5 % 84.0 _ %81.4 Alüminyum %92- KAVURMA SONRASINDA İNDÜKSİYONDA METAL KAZANIMI %72.1 %85.0 % 84.8 % 85.0 Miktarının %94'ü Döner Ocaklar Alüminyum torna ve testere talaşları, küçük alüminyum hurda parçalan ve alüminyumlu cüruflardan alüminyumun yeniden değerlendirilmesi işleminde döner ocaklar kullanılmaktadır. Alüminyum hurdaların Çoğunluğunu cüruflar, talaşlar ve küçük parçalar oluşturduğundan alüminyumun yeniden değerlendirilmesinde döner ocak kullanımı genel bir uygulamadır. Döner ocaklarda tuz banyosu oluşturulmakta ve bu tuz banyosunun koruyucu etkisi altında alüminyum hurdalar fazla oksitlenmeden eritilmektedir. Ayrıca döner ocaklarda eritilen hurda alüminyumun içindeki cüruf ve yabancı maddeler kolayca ayrışmaktadır. Döner ocakların ısı verimleri oldukça yüksektir. Eksoz gazının sıcaklığına bağlı olarak ocak verimi %60'a kadar çıkabilmektedir. Döner ocakların önemli bir dezavantajı tuz sarfiyatının yüksek olmasıdır. Kullanılan hurda alüminyum içindeki oksit ve yabancı madde miktarına bağlı olarak 1 ton sıvı alüminyum elde etmek için kg tuz kullanılmaktadır. Döner ocakhrda ısı verimi yüksek olduğu halde tuz masraflarının yüksek olması sebebiyle fazla oksitli olmayan ve içinde fazla yabancı maddeler bulunmayan hurdaların döner ocakta eritilmesi ekonomik olmamaktadır (5) Yansımalı Alevli Ocaklar Yansımalı alevli ocakların en önemli özelliği kaba büyük alüminyum hurdaları eritebilmesi ve sıvı alüminyum kapasitesinin yüksek olması ile birlikte alüminyum talaşı ve küçük alüminyum parçalar da sıvı banyoya daldırma yoluyla verimli bir şekilde eritilebilmektedir. Bu ocakların dezavantajı ise eritilmiş alüminyum içindeki oksitler ve yabancı katışıkların fazla miktarlarda cüruf oluşturarak alüminyum kaybına sebep olmasıdır. Eritilecek hurda alüminyumlara ön ısıtma yapıldığında ocağın verimliliği büyük ölçüde artmaktadır (5). -94-

10 4.2.3 tndüksiyon Ocakları Alüminyumun yeniden değerlendirilmesinde indüksiyon ocaklan ancak kuru, yağsız ve oksitsiz talaş ve hurdaların eritilmesinde başarı ile kullanılır. İndüksiyon ocaklarının alüminyum hurda eritiminde en büyük avantajı hurdaların sıcak ocak atmosferinde kalarak oksitlenmesine meydan vermeden sıvı alüminyum banyosuna daldırılıp kısa sürede eritilmesidir. Ancak burada belirtilmesi gereken bir dezavantaj da yüzeyden gelen oksitlenmiş alüminyumun banyoya karışarak cüruf oluşturması ve alüminyum kaybına sebep olmasıdır. İndüksiyon ocaklarında alüminyum hurdalar eritilirken oluşan cüruflar, oksitler ve yabancı bileşikler için de cüruf eriticiler ve temizleyici eritkenler kullanılır. İndüksiyon ocaklarının en önemli yaralarından biri de alüminyum hurdalarının eritilip yeni alaşım yapılırken ocak içinde elektrik akımının etkisi ile iyi bir karışımın sağlanmasıdır. Bu nedenle alüminyum alaşımlarının üretiminde özellikle indüksiyon ocağı kullanımı gerekli olmaktadır (5) Alüminyum Hurdaların Eritme ve Alaşımlama İşlemi Alüminyum hurdaların eritme öncesi işlemleri tamamlandıktan sonra yeniden oksitlenmeye imkan vermemek için eritme işleminin hemen yapılması gerekmektedir. Eritme ve alaşımlama işleminde ocak sıcaklıkları, oksitlenmeyi önleyici eritkenler, gerekiyorsa sürekli tane inceltici katkı maddelerinin kullanımı konulan önem taşımaktadır (5) Eritme Alüminyum hurdalarının eritilmesinde düşük ergime dereceli eritkenler kullanılmaktadır. Örnek olarak %50 kalsiyum klorür (CaCl 2 ), %30 sodyum klorür (NaCl) ve %20 potasyum klorürden (KC1) oluşan eritken 500 C dolaylarında erimektedir. Alaşımda magnezyum var ise kalsiyum klorür yerine magnezyum klorür de kullanılmaktadır. Bu eritkenler sıvı alüminyum içindeki oksitleri ve yabancı bileşikleri eriyikten dışarı çıkarırlar. Bu eritkenler alüminyumun ergime sıcaklığında başarı ile kullanılırlar. Ocağın soğuması ile kalsiyum klorür ve magnezyum klorür higroskopik oldukları için ortamdan nem toplarlar ve ocağın astarlarında da nemlenmeye sebep olurlar. Bu nedenle kullanımından sonra eritkenler ocaktan dışarı alınmalıdır. Alüminyumun eritilmesi sırasında su buharı ile sıvı alüminyumun tepkimesi sonucu alüminyum oksit ve hidrojen oluşmaktadır. 2A1+3H 2 O > A1 2 O 3 +6H Aynı şekilde azot gazı sıvı alüminyum ile tepkimeye girerek alüminyum-nitrat oluşturmaktadır, bunlar alüminyum alaşımlarının eritilmesi sırasında meydana gelen cüruf ve yabancı katışıkların başlıca nedenidir. Alüminyum oksit ve alüminyum nitrat sıvı alüminyum içinde erimedikleri için eriyik içinde asılı parçalar halinde bulunurlar ve kalıntılara neden olurlar. İkinci eritmede oluşan cüruf, oksit ve yabancı bileşikler sıvı metalin özgül ağırlığına oranla farklılık gösterirler (12). Bu farklılık nedeniyle bunların eriyikten ayıklanması mümkün olmaktadır. Tablo-3 de görülen özgül ağırlık farklılıklarına göre bazı oksitler sıvı alüminyum yüzeyine çıkarken bazıları ağır olduklarından çamurumsu bir doku oluşturarak dipte toplanırlar. Alüminyum hurdalarının eritme ve alaşımlama işleminde oksit, cüruf ve istenmeyen bileşiklerin oluşumunun önlenmesi için eritilen hurdaların yağsız, temiz ve kuru olmasına dikkat edilmeli ayrıca sıvı alüminyumun sıcaklığının gereğinden fazla artırılması önlenmelidir. Eritilecek hurdalar çapak, talaş gibi küçük parçalarsa bunların eritme ocağında sıvı alüminyum banyosuna doğrudan daldırılmaları oksit ve cüruf oluşumunu azaltacaktır (5) Alaşımlama Hurda alüminyumlar çok çeşitli alaşımlardan meydana gelirler. Bu hurdaların kabaca gruplandırılması ve ön hazırlık işlemleri tamamlanarak eritilmesi ile ortaya çıkan yeni alaşımın analizinin tespit edilmesi gerekir. Çok çeşitli ve oksitlenmiş hurda alüminyum parçaların eritilmesi ile meydana gelen alüminyum alaşımında -95-

11 TABLO 3. Alüminyum Cüruflarında Bulunan Bileşiklerin özgül Ağırlıklarının Karşılaştırılması (12). BİLEŞİK AcO, A1 2 O 3 3H 2 O Al MgO Mg Si SiO 2 CuO Cu,0 ÖZGÜL AĞIRLIK istenmeyen metalik bileşikler mutlaka oluşmaktadır, ikinci eritmede alüminyum içinde en çok bulunan elemanlar magnezyum, silisyum, demir, çinko, bakır, mangan, kurşun, krom, kalay, sodyum ve kalsiyumdur. Hurdalarm karışık olması sebebiyle, eritilmiş alüminyumun analizine göre bu hurdalardan ne gibi alaşımların yapılabileceğinin tespit edilmesi gerekli olmaktadır. Karışık hurdalardan elde edilen sıvı alüminyum içinde istenmeyen elementler saf alüminyumla seyreltme yoluyla azaltılırken, eksik olduğu tespit edilenler ise ön alaşımlar katılarak amaçlanan alaşım elde edilmektedir. Alüminyum döküm hurdaları genellikle silisyumlu alaşımlardır. Ancak bol miktarda hadde ürünleri artıkları kullanıldığında sıvı alaşım içindeki silis yüzdesi azalacağı için silisyum ilavesi yapılmaktadır (13). Silisyum ilavesi için Al-Si ön alaşımı kullanabileceği gibi öğütülmüş metalik silisyumda kullanılır. Bunun için genel uygulama olarak sıvı alüminyum sıcaklığı C çıkarılmakta ve ocağın yüzeyine silisyum parçacıkları serpilmektedir. Bir süre bekletildikten sonra mekanik karıştırma işlemi veya kimyasal gaz alma işleminin sağladığı karıştırma hareketi ile silisyum alaşıma ilave edilmektedir. Bu işlem istenen alaşım miktarları sağlanana kadar tekrarlanmaktadır. İkinci eritme sıvı alüminyum banyosuna magnezyum ilavesi saf magnezyumun yanmadan banyoya daldırılıp karıştırılması yolu ile yapılmaktadır. Magnezyum yanıcı olması nedeniyle bu işlem özel dikkat gerektirmektedir. Magnezyum oranı yükseldiğinde koruyucu gaz altında çalışmalıdır. Bakır ilavesi Al-Cu ön alaşımı kullanılarak yapılabileceği gibi saf bakır ile de yapılmaktadır. Alüminyumun yeniden değerlendirilmesinde magnezyum dışındaki alaşımlama elemanlarının miktarlarının azaltılması mümkün değildir. Magnezyum hemen hemen eritilen her alüminyum hurda grubu içinde var olan bir metaldir. Magnezyum bir kısmı eritme sırasında oksitlenme veya yanma sonucu kaybolmaktadır. Sıvı alüminyumun sıcaklığı arttıkça magnezyum kaybını artırmaktadır. Bu reaksiyon 800 C hızlanmaktadır. Magnezyum klorür oluşumunda çok az alüminyum kaybı olmaktadır. Mg+Cl 2 > MgCl 2 Sodyum klorür de 800 C ve daha fazla sıcaklıklarda magnezyum kaybına neden olmaktadır. 2 NaCl +Mg > MgCl 2 +2Na Buna göre döner ocaklarda magnezyum tuz banyosuna geçerek fazla miktarda kayba uğramaktadır. Silisyum, çinko, demir, bakır gibi metallerinde alüminyum içindeki yüzdelerini kayba uğratarak azaltmak mümkün değildir. Metalik sodyum antimuan, kurşun, bizmut ve kalayla bileşik meydana getirerek bunların kaybına sebep olmaktadır (14). Eritme ve alaşımlama işlemi tamamlanmış olan sıvı alüminyum hemen üretimde kullanılacak ise içindeki gazların alınması gerekir. Gaz alma işlemi klor ve azot gazlarının sıvı alüminyum içinden geçirilmesi ile yapılmaktadır. Bu gazların üretimi için tesis gerekeceğinden en pratik olarak gaz alma işlemi tablet haline getirilmiş hegzakloretan (C 2 Cl 6 ) bileşiği ile yapılmaktadır (5). -96-

12 5. TÜRKİYE'DE VE DÜNYA'DA UYGULAMA Endüstriyel atıkların geri kazanılması artık hiç bir endüstriyel sektörün ihmal edemeyeceği geleceğe dönük bir sorumluluktur. Gerek milli ekonomiye katkısı, gerek yeni istihdam oluşturması, ve gerekse de enerji tasarrufu nedeniyle alüminyum hurdalarının yeniden kazanılması için bütün ülkelerde tedbirler alınmış ve alınmaktadır. ABD'de 1979'da çıkarılan bir kanunla alüminyum hurdalarının ülke dışına ihraç edilmesini yasaklamıştır. Alüminyumun hurdadan geri kazanılması ABD'de hurda işleri ile uğraşan şirketler tarafından yürütülmektedir. Bilhassa üreticiler tarafından yürütülen büyük kampanyalarda alüminyum kutuların ve hurdaların atılmaması temin edilmiş ve bilhassa hayır cemiyetleri ve belediyeler tarafından organize ekiplerle toplanmış ve toplanmaktadır. Alüminyum hurdalarının bir kısmı da şehir artıklarının yakıldığı yakma merkezlerinde kurulan tesislerden elde edilmektedir. İngiltere'de bu iş MRCP adında bir şirket tarafından yürütülmektedir. 36 şehirde alüminyum kutu toplayıcı kutu bankaları kurulmuştur. Maucherter şehrinde ise kurulan bir organizasyonla kutu toplamakta ve kutu başına para ödenmektedir. Avusturya'da Vereinigte Metal Worken Ranshofen'in sorumluluğu altında Viyana'da büyük satış merkezlerine alüminyum kutu iade makinesi yerleştirilip kutu toplanmasına 1983'ün baharında başlandı. Böylece tüketilen kutuların %80'inin geri dönmesi sağlanmıştır. İsveç hükümeti alüminyum kutuların değerlendirilmesi için 18 Mayıs 1982'de bir kanun çıkarmıştır. Bu kanun kutuların geri alınmasını ve karşılığında ödeme yapılmasını önermektedir. Bu yöntemle tüketilen kutuların % 75'i geri dönmektedir. Türkiye'de hurdadan alüminyum elde edilmektedir halen bu iş hurdacılar tarafından yapılmaktadır. Dökümhaneler hurdacılardan aldıkları hurdaları indüksiyon ocaklarında eriterek alüminyum alaşımlarında TABLO-4 Alüminyum Döküntü ve Hurdaları İthalat ve ihracat Miktarları (15) YILLAR İTHALAT MİKTAR (KG) İHRACAT MİKTAR (KG) kullanılmaktadırlar. Alüminyum sarfiyatının az olması ve Türkiye'de alüminyum tüketiminin 30 yıllık bir geçmişi olması ve tüketimin % 78'ini inşaat, dayanıklı tüketim malları ve elektrik sektörlerinde kullanılması ve bu sektörde geri dönüşümün uzun olması potansiyelin kısıtlı olmasına yol açmaktadır. Alüminyum hurdası toplayan resmi kuruluş olarak MKEK vardır. Resmi sektörün hurdaları bu kuruluş tarafından Sanayi Bakanlığınca tespit edilen fiyatlarla alınmaktadır. Yıllık alman hurda miktarı çeşitli hurdalar arasından ayıklama şeklinde olduğu için tespit edilememektedir. Ankara civarındaki dökümhanelerde yapılan bir araştırmada alüminyum alaşımları için hurda alüminyum kullanıldığı ve bunun yılda ton civarında olduğu tespit edilmiştir. İstanbul civarındaki dökümhanelerde yapılan bir araştırmada ise kullanılan hurda alüminyum miktarının ton civarında olduğu tahmin edilmektedir. İstatistik Enstitüsü'nden alınan bilgiye göre yılları arasında alüminyum döküntü ve hurdaları ithalat ve ihracat miktarları Tablo-4 de gösterilmiştir (2)

13 5. SONUÇ Alüminyumun yeniden değerlendirilmesi konusu teknik açıdan olduğu kadar ülke ekonomisi açısından da önemli bir konudur. Çağımızda hemen hemen her makine ve cihazda kullanım yeri olan ve üstün özellikleri nedeniyle kullanım alanı giderek yayılan alüminyum alaşımlarının enerjiye bağlı olarak maliyetinin yüksekliğine karşılık yeniden değerlendirilmesinin çok ekonomik olması büyük bir önem taşımaktadır. Ülkeler artık tükettikleri alüminyumun geri dönüş süre ve miktarları üzerinde araştırmalar yapmakta, alüminyum üretimi kadar alüminyumun yeniden değerlendirilmesi için yeni teknolojiler geliştirmektedirler. Alüminyumun yeniden değerlendirilmesi işlemlerinin ekonomik olması için büyük miktarlardaki hurdaların eritme öncesi işlemlerinin kısa sürede tamamlanması, eritme ve alaşımlama işlemlerinin ise laboratuar kontrolü altında ve hassas limitlerde yapılması gereklidir. Alüminyumun yeniden değerlendirilmesi konusu ile ilgili dikkat edilmesi gereken en önemli bir nokta da hurda alüminyumların gelişigüzel toplanıp karıştırılmasının ve hiçbir geliştirme işlemi yapılmadan eritilerek kullanılmasının önlenmesidir. Bu şekilde dolaşımda bulunan alüminyum alaşımları teknik özelliklerini kaybetmekte ve ileride de bunların ıslahı için çok miktarda saf alüminyum gerekmektedir. Bir başka deyişle bu şekilde alüminyum kullananlar para kazansalar bile ülke ekonomisine büyük zararlar vermektedirler. Kullanımda bulunan alüminyumların bilgisizlik ve ihmal sonucu teknik özelliklerinin bozulmamasına büyük özen gösterilmelidir. Birçok ülkede hurda malzeme ihracı sınırlandırılmıştır. Alüminyum hurdalarının bir çeşit enerji stoku olmaları nedeniyle değerleri büyüktür. Ayrıca ülkemizde alüminyum hurdalarının değerlendirilebilme potansiyeli mevcuttur. Türkiye'den alüminyum hurdası ihracatında bir yarar bulunmamaktadır. Ülkemizde ucuz hurda alüminyumu ihraç edip, pahalı alüminyum alaşımı ithal etmek yerine hurda alüminyumun bilinçli kullanımı teşvik edilmelidir. Sonuç olarak; metal hurdaları yeniden değerlendirildiğinde, maden cevherine dayanan hammaddeden yapılan üretime göre daha az enerji gereksinimi doğar, dolayısıyla enerji üretimi ve tüketiminden kaynaklanan çevre kirliliği azalır. Metal hurdaları yeniden değerlendirilebildiği için oluşan çöp miktarı azaltılmış olur. REFERANSLAR [I] A.U. Avcı, Mühendis ve Makine, Cilt: 35, Sayı: 415 [2] Devlet İstatistik Enstitüsü verileri 1999 Ankara [3] C. Meriç, R. Çetin, "Dökümcülükte Hurda Malzeme Kullanımı" Konya'da Döküm Sanayii ve Problemleri Paneli, TSE, 1987, s [4] H. G. Niedcrglatt, "The İmportance of Energy İn the Secondary Aluminium Industry", Aluminium, Vol 60, 1984, March,s.E197 [5] Ş. Muter "Alüminyumun Yeniden Değerlendirilmesi" II Ulusal Alüminyum Sanayii Kongresi, Ekim Seydişehir, 1984 s [6] S. Kabukçu, "Alüminyum Hurdalarının Yeniden Değerlendirilmesi ve Geri Kazanma" Alüminyum Sanayicileri ve İşadamları Derneği; Sayı:14, 1993, s [7] "Aluminium and Energy" Alusuisse, 1978, Zürich [8] N.Onlü, S. Gürmen, A. Altmışoğlu, N. Eruslu, İTÜ Kimya Metalürji Mühendisliği Bölümü, İSTANBUL. [9] R. J. Garino "Can Recycling" Serap Processing and Reycling, May/june 1993, s [10] Can Manufactures Institue, Washington D.C. U.S.A. II1] J. Schırner," Aluminium ist Ökologisch" Aluminium. 69. Jahrgang, , s [12] W. R. Neine, C. R. Loper, P. C. Rosenthal, "Principles of metal Casting ", Mc Graw-Hill Inc., 1982, s.269 [13] A. Kaye, A. Street, "Die Casting Metallurgy", Buttenvorth Scientifıc, 1982, s.21 [14] G. Kiteley, M. D. Hunt, "Appied Science in the Casting of Metals", 1970 [15] Devlet Planlama Teşkilatı Verileri 1999, Ankara -98-