توصل باحثو الكليات التقنية بجامعة طهران إلى نتائج ملحوظة خلال بحث دام 15 عامًا حول إعادة تدوير الحالة الصلبة (Solid-State Recycling أو SSR) للمغنيسيوم وسبائكه.

وقال "قادر فرجي"، الأستاذ المشارك في كلية الهندسة الميكانيكية بجامعة طهران والمشرف على هذا البحث:

"إن الغرض من هذه الدراسة هو فهم التغيرات الهيكلية الدقيقة لعينات المغنيسيوم المعاد تدويرها أثناء عملية إعادة تدوير الحالة الصلبة، مما يؤدي إلى إنتاج من المغنيسيوم ذي الحبيبات الدقيقة للغاية مع خصائص ميكانيكية فريدة.

وتم في هذا البحث، ومن خلال فحص التجارب الحالية القائمة، تقديم آلية التغيرات الهيكلية الدقيقة لأول مرة لفهم هذه العملية بشكل أفضل، والتي يمكن أن تكون إطارًا للدراسات المستقبلية.

وقال "فرجي" عن أهمية دراسة إعادة تدوير المغنيسيوم:

"إن هذا المعدن، الذي يعرف بأنه أخف المعادن الهيكلية، له أهمية كبيرة في صناعات مختلفة مثل صناعة السيارات، معدات النقل، التغليف، البناء، إزالة الكبريت والطب الحيوي.

تتمتع سبائك المغنيسيوم بنسبة عالية من القوة إلى الكثافة والصلابة، خصائص تخميد ممتازة وتوافق حيوي مقبول. ولذلك فإن إنتاج المغنيسيوم وحده لا يلبي احتياجات الصناعة، ولذلك تتم تلبية جزء من الحاجة لهذا المعدن من خلال إعادة التدوير".

وأضاف عضو هيئة التدريس في كلية الهندسة الميكانيكية بجامعة طهران:

"لا يعاني المغنيسيوم المعاد تدويره من مشاكل المغنيسيوم الأولي مثل استهلاك الطاقة العالي، الانبعاث العالي للغازات الدفيئة، الإنتاج الباهظ الثمن، وارتفاع مخاطر العرض، واستخدامه أكثر توافقًا مع البيئة.

صرح "فرجي" في إشارته إلى تقسيم طرق إعادة تدوير المغنيسيوم إلى فئتين عامتين، "الصهر" و"الحالة الصلبة"، قائلا:

"إن طرق الصهر، التي تتكون من الصهر المباشر لنشارة المغنيسيوم وسبائكها، لا تؤدي فقط إلى فقدان كمية كبيرة من المادة بسبب عملية الأكسدة وتبخر الطبقة السطحية، بل لها أيضا عواقب بيئية سلبية. ولذلك، على الرغم من أن كمية الطاقة والتكلفة في طريقة إعادة التدوير هذه أقل من الإنتاج الأولي للمغنيسيوم، إلا أن هذه الكمية لا تزال كبيرة".

وفضل الأستاذ المشارك بالكليات التقنية، طرق "الحالة الصلبة" على طرق "الصهر" التقليدية وقال:

"يتم في طرق إعادة التدوير "الحالة الصلبة" المقترحة مؤخرا، تحويل النفايات مباشرة إلى منتجات قابلة للاستخدام ذات خواص ميكانيكية أفضل دون الحاجة إلى الصهر. وبما أن التغيرات في البنية الدقيقة لها تأثير مباشر على الخواص النهائية للمواد، يصبح من المهم فهم كيفية حدوث التغيرات في البنية الدقيقة أثناء عملية إعادة تدوير "الحالة الصلبة"، وهو موضوع هذا البحث".

وقال رئيس مختبر علم المعادن والمواد بكلية الميكانيكا في الكليات التقنية بجامعة طهران عن نتائج هذه الدراسة:

"أظهرت هذه الدراسة أن عوامل مثل التوأمة الناتجة عن عملية التصنيع، حدود النشارات ووجود طبقة الأكسيد لها تأثير كبير على تحديد الخواص النهائية للمواد المعاد تدويرها والتحكم في البنية الدقيقة للمادة النهائية.

ويتم أخيرًا كسر وجود طبقات الأكسيد الناتج عن عملية التصنيع بسبب تطبيق إجهاد القص ويعمل كعناصر ثانوية، مما يمنع النمو المفرط لحبيبات المغنيسيوم ويؤدي بعد ذلك إلى بنية مجهرية أدق من المواد الخام.

بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لتطبيق عملية التصنيع، يتم تطبيق كمية كبيرة من الضغط على المواد الخام، مما يتسبب في بنية أولية أكثر دقة والمزيد من العيوب البلورية في العينة قبل عملية إعادة التدوير، مما يؤدي لاحقًا إلى بنية أكثر دقة من تلك الموجودة في العينة بالنسبة إلى السبائك المعالجة بطريقة موحدة".

وأضاف:

"تم التبين في البحث الحالي أن المغنيسيوم الذي يتم الحصول عليه من خلال إعادة تدوير "الحالة الصلبة" وتحت ظروف خاصة واتباع نقاط مهمة أثناء العملية، له خصائص أفضل بكثير من المغنيسيوم الذي يتم الحصول عليه بالطرق التقليدية والرائجة مثل صناعة السبائك والبثق (extrusion).

لذلك، وبناءً على نتائج هذه الدراسة، من الممكن تحويل النفايات غير القابلة للاستخدام والنشارة الناتجة عن التصنيع إلى مغنيسيوم بخصائص محسنة".

وأكد فرجي:

"تم في هذا البحث، بالإضافة إلى عرض آلية التغيرات البنيوية الدقيقة أثناء عملية التصنيع واستعادة "الحالة الصلبة" للمغنيسيوم وسبائكه من خلال التشوه البلاستيكي بناء على الدراسات السابقة، تحديد السمات المميزة للعينة المستردة بواسطة "الحالة الصلبة" " وأيضًا فحص الطريقة والمعلمات التي تؤثر على البنية المجهرية النهائية للعينات المعاد تدويرها بهذه الطريقة.

ونُشرت نتائج هذا البحث بالتعاون مع فرجي، ومحمد رضا صبور، بصفة خريجي كلية الهندسة الميكانيكية بجامعة طهران، وأيضا عرفان طاهرخاني في مجلة المغنيسيوم والسبائك (Journal of Magnesium and Alloys) ذات عامل التأثير 15.8.