در دو دهه اخیر بحث بازیافت واستفاده مجدد از موادکم ارزش و باطله در صنایع مختلف مورد توجه زیادی قرار گرفته است چراکه با این کار علاوه بر حل مشکل زیست محیطی آن عامل ،به جنبه اقتصادی این مسئله نیز توجه می شود..چنانچه می دانیم درکارخانه ذوب آهن جهت جدایش آهن از سایر ناخالصی های موجود در سنگ معدنی آهن از موادی به عنوان کمک ذوب مانند آهک و... استفاده می شود .این مواد باسایر ناخالصی های موجود در سنگ معدنی آهن مانند سیلیکاتها،کلسیتها و اکسیدها و... در کوره واکنش داده و به صورتی ترکییی یکپارچه که به آن سرباره گفته می شود درآمده وبه خاطر چگالی پایین نسبت به آهن در بالای کوره تجمع می کنند و آهن مذاب نیز به خاطر وزن مخصوص بالاتر در قسمت تحتانی کوره جمع می گردد.در نهایت این دو ازدودریچه مختلف که در بالا وپایین کوره تعبیه شده است خارج می گردند.صنعت فولاد مقادیر بسیار زیادی سرباره تولید می کند.تنها سرباره تولیدی در قسمت کوره بلند 23/0تا1/0تن به ازای تولید هر تن فولاد است.این در حالی است که در سایر کوره های ذوب فلزشبیه قوس الکتریکی و... نیز سرباره داریم.سرباره ها می توانند قسمت زیادی از فضای کارخانه ذوب آهن را اشغال می کند که این نیز می تواند باعث ایجادیک سری مشکلات زیست محیطی از جمله ایجاد گرد وغبار در نواحی شهری گردد.مصارف سرباره ها تاکنون بسیار محدود بوده است .این مصارف شامل استفاده به عنوان لاشه در زیر سازی جاده ها و راه آهن ،ایجاد فرودگاهای صحرایی،ساخت آجر نسوزو...می باشد.البته تلاشهایی جهت استفاده بهینه از سرباره در کشورهای مختلف انجام گرفته است که همه این تلاشها به خاطر غیر اقتصادی و غیر عملی بودن بدون نتیجه باقی مانده است.
سربارة صنایع آهن و فولاد، زباله یا ماده‌ای ارزشمند؟
در فرآیند تولید آهن و فولاد، علاوه بر محصول اصلی، محصولات دیگری نیز تولید می‌گردند که محصولات جانبی (By-Product) نامیده می‌شوند. در صورت عدم توانایی صنایع فولادی در بازیابی و استفاده از این محصولات، با توجه به حجم تولید بالای آنها، این محصولات مشکلات زیادی را از نظر آلایندگی ایجاد می‌نمایند. از جمله محصولات فرعی تولید آهن و فولاد، سرباره، گردوغبار، لجن، ورق‌های پوسته شده و لایه‌های اکسیدی هستند که در میان این محصولات، سرباره به سبب میزان تولید بسیار بیشتر در مقایسه با سایر محصولات جانبی، توجه بیشتری را می‌طلبد:
تاریخچه
حدود 350 سال پیش از میلاد مسیح(ع) ارسطو ف یزیکدان یونانی ، از سربارة آهن‌سازی برای التیام جراحت‌ها استفاده نمود. در روم باستان نیز از دانه‌های سرباره برای راه‌سازی استفاده می‌کردند. از آن دوران به بعد کاربردهای دیگری نظیر ساخت موزاییک‌ها و گلوله‌های توپ هم برای سرباره ابداع گردید. با وجود این، با شروع قرن بیستم و توسعه فرایندهای نوین آهن و فولادسازی بود که استفاده تجاری از سرباره در ابعاد زیاد ، مرسوم شد. امروزه با کمک فرایندهای پیشرفته، از سرباره در بیشتر صنایع سازه ای چون راه‌سازی، سیمان، بلوک‌های ساختمانی سبک، سلختمان‌سازی، بتون‌های ساختمانی، بتون‌های آسفالتی، ماسه‌های خطوط راه‌آهن، پشم سنگ و صنایع شیشه استفاده می‌شود.
ترکیب سرباره
در صنایع آهن و فولادسازی، دو نوع سرباره وجود دارد: 1) سرباره کورة بلند (سربارة آهن خام) و 2) سرباره فولادسازی. برطبق تعریف جامعه آزمون و مواد آمریکا (American Society of Testing & Materials) ، سربارة کورة بلند، ترکیبی است غیرفلزی که دارای سیلیکاتها و آلومینوسیلیکات‌های کلسیم و سایر عناصر بازی است و در کورة بلند به همراه آهن به صورت مذاب تولید می‌شود. همچنین طبق تعریف این جا م عه، سربارة فولاد سازی، ترکیبی غیرفلزی است که دارای سیلیکات‌های کلسیم، فر یت‌های کلسیم و اکسیدهای آهن ، آلومینیوم، منگنز، کلسیم و منیزیم است و به طور همزمان با فولاد تولید می‌شود.
با توجه به این تعریف‌ها مشخص می‌شود که این دو دسته سرباره، از لحاظ ترکیب شیمیایی اختلاف زیادی باهم دارند؛ سربارة کوره بلند بر خلاف سربارة فولادسازی که ترکیبات متنوعی دارد ، ترکیبی نسب تا ً یکنواخت دارد. این یکنواختی ترکیب سربارة کوره بلند، سبب ساده‌تر شدن کاربرد آن شده است. در مقابل، وجود ترکیباتی نظیر اکسید آهن در سربارة فولادسازی، استفاده گسترده از این محصول را به‌ویژه در صنایع سیمان محدود کرده است.
ویژگی‌های فیزیکی هر یک از این دو دسته ثابت نیست و خصوصیاتی نظیر وزن، انداز ة دانه، ویژگی‌های ساختاری و غیره، بر حسب نوع فرآیند تولید سرباره ، تغییر می‌کند.
سرباره کوره های ذوب فلز، در صورت آسیاب و آماده سازی، ضمن وارد کردن محلول Al2O3، به عنوان منبعی برای تامین آلومین، سیلیکا، آهک و اکسید منیزیم در بار شیشه محسوب می گردند. سرباره های خام، گرچه برای تولید پشم معدنی کاربرد قابل ملاحظه ای دارند به طور کلی از دو دیدگاه کیفیت شیمیایی و فیزیکی برای تولید شیشه مناسب نیستند. از این رو جنبه آماده سازی سرباره ها از اهمیت فراوانی برخوردار است و برای مصرف در ساخت شیشه ترکیب شیمیایی آن باید به شدت کنترل شود، حتی اگر مشخصات فیزیکی آنها (دانه بندی) یکنواخت باشد.
در ایالات متحده سرباره های کوره های ذوب فولاد و آهن، مصارف عمده ای را در شیشه پیدا کرده و سرباره های فسفاته نیز کاربرد محدودی یافته اند.
سرباره ها گستردگی بسیاری دارند و با توجه به تنوع صنعت و نوع مواد اولیه می توانند ترکیبات متفاوتی داشته باشند.
سرباره های ذوب آهن عموما" از سیلیس و کلسیم غنی باشند.
سرباره های ذوب مس عمدتا" حاوی آهن و سیلیس می باشند.
در کشوره های متعددی از سرباره ذوب آهن در ساخت شیشه سرامیک و کاشی کف و دیوار استفاده شده است.
سرباره را می توان در آب سرد کرد و هم می توان هوا سرد شده آن را مورد استفاده قرار داد.
آنالیز نمونه ای از سرباره کوره بلند از شرکت سهامی ذوب آهن اصفهان به شرح ذیل می باشد:
سرباره کوره بلند بصورت های دانه بندی (مرطوب و خشک) و کلوخه ای تولید می شود و مورد استفاده آن در کارخانجات تولید شیشه و شیشه سرامیک و سیمان (به میزان حداکثر 30% بصورت مستقیم جایگزین کلینگر می گردد.) و عایق های حرارتی و صوتی (پشم و شیشه)، تهیه بتون سبک می باشد.
فلزات داخل سرباره
یک سرباره ایده آل مقادیر زیادی CaO وMnO2 مقادیر متوسطFeOو Al2O3 و SiO2دارد.همچنین یک سرباره ایده آل بایدحاوی MgO و موادآلکانی پایین باشد.همچنین باید حداقل تغییرات رادر خواص شیمیایی داشته باشد
حجم تولید سرباره
داده‌های آماری در ارتباط با مقدار واقعی تولید سربارة آهن و فولاد در جهان، در دسترس نیست؛ اما میزان تولید این ماده را می‌توان حدود 25 تا 30 درصد تولید آهن خام (Pig Iron) و 10 تا 15 درصد تولید فولاد خام تخمین زد. با استفاده از این تخمین می‌توان آماری برای تولید سرباره در جهان، ایالات متحده و ایران ارایه نمود
میزان مصرف سرباره
از نظر صاحبان صنایع آهن و فولاد در جهان، سرباره و سایر محصولات جانبی نه تنها زباله نیستند، بلکه به این محصولات به عنوان موادی باارزش نگاه می‌شود. در این صنایع سعی بر این است که علاوه بر بازیابی فلزات از این محصولات جانبی، برای این محصولات به ویژه سرباره، کاربردهایی یافته تا از این مواد، به‌صورت مؤثر استفاده شود. این موضوع سبب شده است که سربارة تولیدشده در صنایع آهن و فولاد، خود بازار قابل توجهی داشته باشد.
در سال 2002، در کشور آمریکا حدود 19میلیون تن سرباره به ارزش 300میلیون دلار مصرف شده است که حدود 60 درصد آن، سربارة کوره بلند به ارزش 270میلیون دلار بوده است. (دلیل مصرف بیشتر و نیز ارزش بیشتر سرباره کوره بلند در مقایسه با سرباره فولادسازی، همان نکاتی است که پیش‌تر ذکر شد).
جدول زیر آمار بازار سرباره را در ایالات‌متحده بین سال‌های 1998 تا 2002 ارایه می‌کند. (آمار بر حسب هزار تن). همانطور که از آمارهای جدول پیدا است، ایالات متحده در این سال‌ها، مقدار قابل‌توجهی واردات سرباره نیز داشته است.
در حال حاضر، فعالیت صنایع آهن و فولاد در بخش محصولات جانبی، بر افزایش بازیافت مواد از این محصولات و یافتن بازارها و موارد مصرف برای آنها متمرکز شده است.
کاربردهای مرسوم سرباره
اگر سربارة تولیدشده در کوره بلند را به حال خود گذاریم تا سرد شود و یا آن را با استفاده از آب، سریع سرد کنیم، از آن می‌توان در بتون‌سازی، ساخت جاده‌ها، خاک‌ریزها، آبراهه‌ها، تولید پشم سنگ، ساخت شیشه، ساخت بلوک‌های ساختمانی سبک و مواد اولیه سیمان سرباره‌ای، استفاده کرد.
اگر سرعت سردکردن سرباره مذاب بیشتر شود، سرباره به حالت شیشه‌ای درمی‌آید. از این محصول می‌توان در ساخت سیمان، پرکننده‌های سبک و مواد اولیه شیشه‌سازی استفاده کرد.
سرباره تولیدشده در فولادسازی نیز کاربردهای متنوعی دارد. از این سرباره در ساخت روکش مقاوم و پایا برای جاده‌ها، تولید آسفالت‌های مقاوم در برابر لغزش و زیرسازی و شانه‌سازی جاده‌ها، استفاده می‌شود. علاوه بر این ، سربارة فولادسازی در ساخت سیمان پرتلند نیز استفاده می‌شود. استفاده از این ماده در سیمان پرتلند، سبب افزایش ظرفیت ، کاهش آلودگی محیط‌زیست و صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌گردد.
کاربردهای کشاورزی و کمک به بهبود زیست‌محیطی سواحل نیز از کاربردهای دیگر سرباره‌های آهن و فولاد است. سربارة فولادسازی به سبب داشتن ترکیباتی مفید برای کشاورزی از جمله اکسید مولیبدن، می‌تواند سبب بهبود خاک‌های زراعی و به تبع آن افزایش تولید محصولات کشاورزی شود. به عنوان مثال، از دیرباز از این سرباره در کشت ذرت و سویا استفاده می‌شده است. علاوه بر این ، استفاده از سربارة فولادسازی در کشت نیشکر و برنج نیز نتایج مطلوبی درپی داشته است . هم اکنون برای گسترش استفاده از سربارة فولادسازی در کشاورزی، تحقیقات مختلفی در حال انجام است.
اخیراً، در ژاپن برای بازسازی و ترمیم وضعیت سواحل و تقویت رشد گیاهان، ماهی‌ها و سایر موجودات دریایی، از سرباره‌های آهن و فولادسازی استفاده شده است. برای این منظور، با استفاده از ذرات و بلوک‌هایی از جنس سرباره، بسترهایی درکف دریا ساخته می‌شود که به محلی برای رویش گیاهان و زندگی جانوران دریایی تبدیل می‌گردند.
عوامل موثر در کاهش تشکیل سرباره
1. قراضه
قانونی قدیمی در صنعت آلومینیم وجود دارد که به ازای هر یک درصد آلودگی شارژ شده به کوره مذاب، حداقل یک‌درصد پرت مذاب وجود خواهد داشت. نوع قراضه‌ها و آماده‌سازی آنها قبل از شارژ، تفاوت قابل ملاحظه‌ای در میزان تشکیل سربار ایجاد خواهد کرد. البته همیشه انتخاب نوع قراضه مناسب برای شارژ امکان‌پذیر نمی‌باشد. آلودگی قراضه (نظیر آب، روغن، رنگ، پلاستیک و آلودگی‌های دیگر) فرایند ذوب را مختل کرده و میزان بازیافت آلومینیم موجود را کاهش خواهد داد. روش‌های مختلفی برای کاهش آلودگی قراضه‌ها وجود دارد. اصلی‌ترین روش جداسازی و مرتب‌کردن قراضه‌ها، «دستی» است، به‌طوری‌که مواد زائد از آنها با دست جدا و حذف شوند. از این فرایند، بیشتر در کشورهای پیشرفته مخصوصاً در نقاطی که نیروی انسانی ارزان است، استفاده می‌شود. در حالت پیشرفته، قراضه‌ها به صورت اتوماتیک در خطوطی مخصوص جداسازی می‌شوند. در این روش، قراضه‌ها به اندازه‌های مناسب برش داده شده و مواد زائد، از طریق جداسازهای مغناطیسی و یا «ادی‌کارنت» حذف می‌شوند.
در شرکت‌هایی که به‌طور وسیع و در مقادیر زیاد از قراضه‌های پوشش‌دار و رنگی استفاده می‌کنند، سیستم‌های پوشش‌زدایی اغلب برای حذف پوشش‌های آلی به‌کار می‌روند. پوشش‌زدایی، فرایندی حرارتی است که در آن مواد آلی نظیر پلاستیک‌ها و رنگ‌ها تحت شرایط کنترل شده، بخار می‌شوند. بسته به تیراژ تولید میزان صرفه‌جویی حاصل از کاهش 1 تا 2درصد پرت مذاب می‌تواند بیشتر از هزینه تجهیزات پوشش‌زدایی باشد. علاوه بر بحث‌های اقتصادی، این سیستم‌ها در کنترل مواد مضر و حفظ محیط زیست، موثر هستند.
2. نحوه شارژ کوره
طراحی کوره می‌تواند عاملی اصلی در تشکیل سرباره باشد. شارژ کوره، گام مهم بعدی در کنترل تشکیل سرباره است. قادر بودن به غوطه‌وری قراضه‌های سبک‌تر در زیر مذاب، همیشه مزیت بوده اما بسته به انواع قراضه و کوره مورداستفاده، همواره امکان‌پذیر نیست. به‌صورت قانونی کلی، قراضه سبک باید از تماس مستقیم با شعله دور بماند.
در شارژ اولیه برای شروع عملیات ذوب، بهتر است اول قراضه‌های سبک و سپس قراضه‌های سنگین‌تر شارژ شوند. در کوره‌های شعله مستقیم، استفاده از مواد در اندازه‌های بزرگتر بهتر است. هدایت حرارتی انجام شده از طریق این نوع مواد، به ذوب سریعتر مواد کمک کرده و میزان اکسیداسیون سطوح خارجی‌تر را کاهش خواهد داد.
زمانی که مواد دارای پروفیل نازک، نظیر ورق شارژ می‌شوند، مواد مذاب مستقیماً از شارژ به سمت دیواره‌ها و در کوره رانده می‌شوند. این امر به اکسیداسیون مذاب در این مناطق میانجامد. ماشین‌های شارژ مدرن (شکل2) برای شارژ سریع بار طراحی شده‌اند و می‌توانند شارژ را در کل کف کوره به طوری مناسب توزیع کنند. این ماشین‌ها به‌طوری موثر، چرخه‌های شارژ کوره را کاهش داده و باعث بهبود بازیافت کلی مذاب می‌شوند.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 14 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله سرباره