مع تطور التكنولوجيا وزيادة الوعي بحماية البيئة، أصبحت متطلبات الانبعاثات المنخفضة الخاصة بمواد الصهر المستخدمة في صب الألومنيوم المنصهر لتنقية سبائك الألومنيوم المنصهرة أكثر صرامةً. وقد عزز الباحثون في الداخل والخارج الأبحاث المتعلقة بتأثير تنقية مادة الصهر على البيئة، حيث لم يقتصر الأمر على فحص تأثير عملية التنقية فحسب، بل الأهم من ذلك هو دراسة مؤشرات مثل درجة تلوث البيئة الناجم عن مادة صهر الألومنيوم المنصهرة (انبعاثات الغازات الضارة)، وإجراء تقييم مقارن للأعباء البيئية. فيما يلي وصف موجز لتأثير عوامل منع التكتل في مادة الصهر المستخدمة في صب الألومنيوم المنصهر على البيئة، وتأثير الفلور الموجود في مادة الصهر على البيئة:
(1) عامل مانع للتكتل
من أجل منع التكتل أثناء عملية تكرير وحفظ ملح الكلوريد التقليدي، غالبًا ما تُضاف نسبة معينة من مادة مانعة للتكتل (المادة المانعة للتكتل في كلوريد الصوديوم هي فيروسيانيد البوتاسيوم، أما المادة المانعة للتكتل في كلوريد البوتاسيوم فهي الأمينات الدهنية، والمواد العضوية مثل الأمينات العطرية). لا يتحلل عامل منع التكتل في كلوريد الصوديوم (NaCl) عند درجات حرارة أقل من 300 درجة مئوية، ولكنه يتحلل في بيئة درجات الحرارة العالية (730 درجة مئوية) التي تحدث أثناء صهر سبائك الألومنيوم. والصيغة الكيميائية المحددة للتفاعل هي
K₄[Fe(CN)₆] → 4KCN + FeC₂ + N₂
بناءً على تركيز فيروسيانيد البوتاسيوم البالغ 10 جزء في المليون في كلوريد الصوديوم، تحتوي الطن الواحد من مادة التذويب على 12000 ملغ من مادة KCN شديدة السمية، ويمكن أن تؤدي 200 ملغ من مادة KCN إلى الوفاة؛ ويعد تحلل المواد العضوية الموجودة في عامل منع التكتل في كلوريد البوتاسيوم (KCl) السبب الرئيسي للرائحة النفاذة. في عملية تطوير عوامل التكرير، ينبغي استخدام الطرق الفيزيائية والكيميائية لإزالة عامل منع التكتل الموجود في ملح الكلوريد، مما يقلل من تأثير عملية الصهر على العمال والأضرار التي تلحق بالبيئة من مصدرها.
(2) التلوث بالفلور
ستتفاعل مواد التذويب المحتوية على الفلور، والتي تستخدم الكريوليت وأملاح الفلوريد الأخرى كمواد تذويب، كيميائيًّا لتنتج غاز فلوريد الهيدروجين وغازات نفايات أخرى من أملاح الفلوريد أثناء عملية الصهر، مما سيؤدي إلى إلحاق الضرر بالبيئة والعاملين.
①أضرار الفلوريد على البيئة
ينعكس تأثير الفلوريد على البيئة بشكل رئيسي في الغطاء النباتي. يمكن لأوراق وجذور النباتات المختلفة امتصاص الفلوريد. وبشكل عام، فإن قانون تراكم وتوزيع الفلوريد في النباتات هو: الورقة > الساق > الجذر. ونظرًا لأن الفلوريد الموجود في الأوراق نادرًا ما يُنقل إلى الخارج، فإن تراكمه يرتبط ارتباطًا إيجابيًا بعمر الورقة؛ ومن حيث مواقع الأوراق المختلفة، فإن خصائص توزيع الفلوريد هي: القاعدة > القمة > الجزء الأوسط والجزء العلوي. وهناك اختلافات واضحة في امتصاص وتراكم الفلوريد بين النباتات المختلفة. على سبيل المثال، في نباتات الشاي، تكون كفاءة التراكم البيولوجي للفلورايد في الأوراق عالية جدًّا، حيث تبلغ 1000 ضعف الفلورايد القابل للذوبان في التربة و2-7 أضعاف إجمالي الفلورايد الموجود في التربة؛ حيث يتراكم 97% من الفلورايد في الأوراق، بينما يتراكم 3% فقط في الأجزاء الأخرى.
②أضرار الفلورايد على جسم الإنسان
الأضرار التي تلحق بالأسنان: أفاد هو تيزو وآخرون بأن الفلوريد قد يثبط تكاثر وتمايز خلايا براعم الأسنان عن طريق تثبيط التعبير الطبيعي لبروتينات CyclinD1 وPCNA، مما يؤثر بالتالي على عملية تخليق وإفراز المصفوفة اللاحقة، مما يتسبب في عيوب في نمو براعم الأسنان وتعدينها؛ ويُعد تلوث الهواء بالفلورايد وشرب الشاي الذي يحتوي على نسبة عالية من الفلورايد السبب وراء ارتفاع معدل الإصابة بتسمم الأسنان بالفلورايد بين السكان. كما يمكن للفلورايد أن يثبط التعبير الجيني لبروتينات Smad 1 و Smad 5 في الخلايا الظهارية الداخلية للمينا في براعم الأسنان البشرية المزروعة في المختبر، مما يشير إلى أن الفلورايد قد يتداخل مع البروتين المورفوجيني العظمي (BMP) الطبيعي بين الظهارة والمنشية عن طريق تثبيط جزيئات Smad 1 و Smad 5. وقد يكون نقل الإشارات، الذي يؤثر على تمايز المينا وتطورها، أحد الآليات داخل الخلايا المسؤولة عن الإصابة بتسمم الأسنان بالفلور.
الأضرار التي تلحق بالجهاز التنفسي: يُحدث فلوريد الهيدروجين تهيجًا شديدًا وتآكلًا في الغشاء المخاطي للجهاز التنفسي العلوي والجلد. ويمكن أن يؤدي استنشاق مستويات عالية من فلوريد الهيدروجين إلى الإصابة بالتهاب القصبات والالتهاب الرئوي، كما يؤثر على عملية التمثيل الغذائي للجلوكوز ويؤدي إلى نقص إمداد الخلايا والأنسجة بالطاقة. في حادثة وفاة ناجمة عن التسمم، تعرض المتوفى بشكل مباشر لسائل وغاز يحتويان على نسبة عالية من فلوريد الهيدروجين، ودخلا الجسم عبر الجهاز التنفسي والجلد، مما تسبب في وذمة رئوية حادة، وضيق تنفسي، وفشل تنفسي أدى إلى الوفاة. يمكن أن يؤدي استنشاق الفلوريد إلى فشل تنفسي حاد، وقد تؤثر السمية الخلوية بشكل رئيسي على البلاعم السنخية.
خطر على الجهاز العصبي: يعاني 10% من مرضى التسمم بالفلور العظمي من تلف في الأعصاب. يمكن للفلور أن يخترق حاجز الدم الدماغي ليصل إلى أنسجة الدماغ، ويتراكم فيها، مما يؤدي إلى آثار سامة على أنسجة الدماغ. يمكن أن يؤدي تناول الفلوريد بكميات مفرطة على المدى الطويل إلى حدوث تغيرات في إزالة الميالين في القشرة الدماغية والمناطق تحت القشرية لدى الحيوانات. وقد يكون هذا أحد أسباب انخفاض مستوى الذكاء لدى الأطفال في المناطق التي ترتفع فيها نسبة الفلوريد، وظهور سلسلة من الأمراض العصبية لدى سكان المنطقة. قد يعاني المرضى المصابون بالتسمم بالفلور المتوطن من اضطرابات في الجهاز العصبي المركزي مثل فقدان الذاكرة، وعدم الاستقرار العاطفي، والصداع، وترنح الحركة. تشير هذه الأعراض إلى أن التسمم بالفلور قد يكون له تأثير سام مباشر على الجهاز العصبي المركزي.
بالإضافة إلى ذلك، تحتوي المكونات الفعالة في مواد التلحيم التقليدية على كميات كبيرة من C2Cl6 وNa2SiF6، وما إلى ذلك. ويتحلل Na2SiF6 عند درجات الحرارة المرتفعة ويطلق غاز SiF4 السام. وعلى الرغم من أن مادة C2Cl6 تتمتع بتأثير جيد في إزالة الغازات، إلا أنها تطلق غاز C12 السام، وهو غاز شديد السمية وضار بجسم الإنسان، كما أنه يسبب أضرارًا جسيمة للبيئة والمعدات، ويُعد الكلور السبب الأساسي في تدمير طبقة الأوزون في الغلاف الجوي. وفي الوقت نفسه، تميل هذه المواد المساعدة إلى إصدار دخان أثناء الاستخدام، وهو ما يضر بالعاملين في الميدان. ولذلك، فإن عملية معالجة المواد المساعدة التقليدية لا تقتصر على تأثير تنقية محدود فحسب، بل تتسبب أيضًا في تلوث بيئي خطير.
في السنوات الأخيرة، بدأت بعض المصانع في استخدام عوامل تكرير غير سامة تعتمد على النترات. وتحدث التفاعلات التالية في العملية غير السامة عوامل التكرير في الألومنيوم المنصهر: 4NaNO₃ + 5C = 2NaCO₃ + 2N₂↑ + 3CO₂↑. لا يذوب كل من N₂ و CO₂ في الألومنيوم المنصهر، ويؤديان دورًا في تنقية المعدن عند طفوهما على السطح. في عامل التكرير، يلعب كل من Na₃AlF₆ و Na₂SlF₆ دورًا في التكرير ودورًا في التخزين المؤقت. N₂ و CO₂ غير مهيجين ويحسنان ظروف العمل. ومع ذلك، فإن تفاعل النترات في المادة المنصهرة سيطلق كمية كبيرة من الحرارة، مما سيؤدي بسهولة إلى ارتفاع درجة حرارة المادة المنصهرة محليًّا، وزيادة فقدان المادة المنصهرة، وزيادة محتوى الشوائب في المادة المنصهرة.
ويُظهر ذلك أن تطوير مواد صهر الألومنيوم الصديقة للبيئة يمثل اتجاهاً لا مفر منه. وتستخدم شركة AdTech مبدأ مركبات المعادن السائلة في تطوير وتصميم منتجاتها بهدف الحد من الدخان وتقليل الأضرار الناتجة عن الحرق، فضلاً عن حماية البيئة وتحقيق الوفورات الاقتصادية.