عملية تحضير مسحوق أكسيد الألومنيوم والابتكار التكنولوجي

عندما يتعلق الأمر بـمسحوق الألوميناقد لا يعرفه الكثيرون. ولكن عندما يتعلق الأمر بشاشات الهواتف المحمولة التي نستخدمها يوميًا، والطلاءات الخزفية في عربات القطارات عالية السرعة، وحتى ألواح العزل الحراري للمكوكات الفضائية، فإن وجود هذا المسحوق الأبيض لا غنى عنه في هذه المنتجات عالية التقنية. وباعتباره "مادة عالمية" في المجال الصناعي، شهدت عملية تحضير مسحوق أكسيد الألومنيوم تغييرات جذرية على مدار القرن الماضي. عمل المؤلف سابقًا في...الألومينالقد عمل في مجال إنتاج الصلب لسنوات عديدة وشهد بأم عينيه القفزة التكنولوجية لهذه الصناعة من "صناعة الصلب التقليدية" إلى التصنيع الذكي.

أولا: "المحاور الثلاثة" للحرف التقليدية

في ورشة تحضير الألومينا، غالبًا ما يقول الخبراء المتمرسون: "للانخراط في إنتاج الألومينا، يجب إتقان ثلاث مجموعات من المهارات الأساسية". يشير هذا إلى التقنيات التقليدية الثلاث: عملية باير، وعملية التلبيد، والعملية المركبة. تشبه عملية باير طهي العظام في قدر ضغط، حيث تذوب الألومينا الموجودة في البوكسيت في محلول قلوي تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين. في عام ٢٠١٨، أثناء تصحيح أخطاء خط الإنتاج الجديد في يونان، بسبب انحراف في التحكم في الضغط قدره ٠.٥ ميجا باسكال، فشل تبلور وعاء الملاط بالكامل، مما أدى إلى خسارة مباشرة تجاوزت ٢٠٠ ألف يوان.

طريقة التلبيد أشبه بكيفية صنع المعكرونة في الشمال. تتطلب خلط البوكسيت والحجر الجيري بنسب متناسبة، ثم خبزهما على درجة حرارة عالية في فرن دوار. تذكروا أن المعلم تشانغ في الورشة يتمتع بمهارة فريدة. فبمجرد ملاحظة لون اللهب، يمكنه تحديد درجة الحرارة داخل الفرن بخطأ لا يتجاوز 10 درجات مئوية. لم تُستبدل هذه "الطريقة التقليدية" المتراكمة من الخبرة بأنظمة التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء إلا في العام الماضي.

تجمع الطريقة المُركّبة بين خصائص الطريقتين السابقتين. على سبيل المثال، عند صنع قدر ساخن ين-يانغ، تُطبّق الطريقتان الحمضية والقلوية في آنٍ واحد. تُعدّ هذه العملية مناسبةً بشكلٍ خاص لمعالجة الخامات منخفضة الجودة. وقد نجحت إحدى الشركات في مقاطعة شانشي في زيادة معدل استخدام الخام الهزيل بنسبة 2.5 من الألومنيوم إلى السيليكون بنسبة 40% من خلال تحسين الطريقة المُركّبة.

ثانيًا: الطريق إلى الاختراقالابتكار التكنولوجي

لطالما شكلت مشكلة استهلاك الطاقة في الصناعات الحرفية التقليدية مصدر قلق كبير في هذه الصناعة. تُظهر بيانات الصناعة لعام ٢٠١٦ أن متوسط استهلاك الكهرباء لكل طن من الألومينا يبلغ ١٣٥٠ كيلوواط/ساعة، أي ما يعادل استهلاك منزل كامل من الكهرباء لمدة نصف عام. وقد طوّرت إحدى الشركات "تقنية الذوبان منخفض الحرارة"، بإضافة محفزات خاصة، مما يُخفّض درجة حرارة التفاعل من ٢٨٠ درجة مئوية إلى ٢٢٠ درجة مئوية. وهذا وحده يُوفّر ٣٠٪ من الطاقة.

لقد قلبت معدات السرير المميع التي رأيتها في أحد مصانع شاندونغ كل تصوراتي رأسًا على عقب. هذا "العملاق الفولاذي" الذي يبلغ ارتفاعه خمسة طوابق يُبقي مسحوق المعدن معلقًا بالغاز، مما يُقلل وقت التفاعل من ست ساعات في العملية التقليدية إلى 40 دقيقة. والأكثر إثارة للدهشة هو نظام التحكم الذكي فيه، الذي يُمكنه ضبط معايير العملية آنيًا، تمامًا كما يفعل الطبيب الصيني التقليدي الذي يقيس نبضه.

فيما يتعلق بالإنتاج الأخضر، يُقدم هذا القطاع عرضًا رائعًا لتحويل النفايات إلى كنز. فالطين الأحمر، الذي كان يُعتبر في السابق بقايا نفايات مزعجة، يُمكن الآن تحويله إلى ألياف سيراميك ومواد لأساسات الطرق. في العام الماضي، نجح المشروع التجريبي الذي زار قوانغشي في إنتاج مواد بناء مقاومة للحريق من الطين الأحمر، وكان سعره في السوق أعلى بنسبة 15% من سعر المنتجات التقليدية.

ثالثًا: إمكانيات لا حصر لها للتطور المستقبلي

يُعد تحضير الألومينا النانوية بمثابة "فن النحت الدقيق" في مجال المواد. تستطيع معدات التجفيف فوق الحرجة المُستخدمة في المختبر التحكم في نمو الجسيمات على المستوى الجزيئي، وتكون المساحيق النانوية المُنتجة أنعم من حبوب اللقاح. عند استخدام هذه المادة في فواصل بطاريات الليثيوم، يُمكنها مضاعفة عمر البطارية.

الميكروويفتُذكرني تقنية التلبيد بفرن الميكروويف المنزلي. الفرق هو أن أجهزة الميكروويف الصناعية تُسخّن المواد إلى 1600 درجة مئوية في غضون 3 دقائق، وتستهلك ثلث طاقة الأفران الكهربائية التقليدية فقط. والأفضل من ذلك، أن طريقة التسخين هذه تُحسّن البنية الدقيقة للمادة. وتتمتع سيراميكات الألومينا التي تُنتجها إحدى المؤسسات الصناعية العسكرية بصلابة تُضاهي صلابة الماس.

التغيير الأبرز الذي أحدثه التحول الذكي هو الشاشة الكبيرة في غرفة التحكم. قبل عشرين عامًا، كان العمال المهرة يتنقلون في غرفة المعدات حاملين دفاتر السجلات. أما الآن، فيمكن للشباب إتمام عملية مراقبة كاملة ببضع نقرات فقط. ولكن المثير للاهتمام أن كبار مهندسي العمليات أصبحوا "معلمي" نظام الذكاء الاصطناعي، إذ يحتاجون إلى تحويل عقود من الخبرة إلى منطق خوارزمي.

إن التحول من خام الألومينا إلى أكسيد الألومنيوم عالي النقاء ليس مجرد تفسير للتفاعلات الفيزيائية والكيميائية، بل هو أيضًا تبلورٌ للحكمة الإنسانية. عندما تلتقي مصانع الجيل الخامس الذكية بـ"تجربة اللمس" التي يختبرها الحرفيون المهرة، وعندما تتفاعل تقنية النانو مع الأفران التقليدية، فإن هذا التطور التكنولوجي الذي استمر قرنًا من الزمان لا يزال بعيدًا عن نهايته. ولعل الجيل القادم من إنتاج الألومينا، كما تتنبأ أحدث ورقة بيضاء في هذا المجال، سيتجه نحو "التصنيع على المستوى الذري". ومع ذلك، مهما تطورت التكنولوجيا، فإن تلبية الاحتياجات العملية وخلق قيمة حقيقية هما المحوران الأساسيان للابتكار التكنولوجي.